Ce se întâmplă cu bateriile mașinilor electrice iarna și cum se poate rezolva problema încărcării rapide

Deși iarna s-a încheiat, majoritatea șoferilor de mașini electrice au putut observa faptul că performanța la stațiile de încărcare rapidă scade odată cu temperaturile, iar industria auto a făcut o promisiune: mașinile electrice ar trebui să se poată încărca din ce în ce mai repede. Cu toate acestea, scrie electrive.com, în timpul testelor din viața reală din această iarnă, doar un sfert din curba ideală de încărcare ar putea fi apelată uneori, din cauza frigului. Iar acest comportament poate fi observat în grade diferite la aproape toate mașinile electrice.

De altfel, unul dintre principalele argumente ale celor care nu au încredere în mașinile electrice sună astfel: „Ia să rămâi înzăpezit în mijlocul pustietății, să vedem cine te salvează?”

Ce se întâmplă de fapt cu celulele bateriei la temperaturi scăzute? Ce efecte are încărcarea? Și ce concluzii rezultă din asta – ce trebuie corectat și compensat de componente dacă celulele prezintă date slabe de performanță în condiții de vreme rece?

Conform analiștilor de la P3 Automotive este „esențial” ca sistemele de baterii să fie preîncălzite automat la temperaturi scăzute înainte de încărcarea rapidă. Temperatura optimă de pornire este între 20 și 30 de grade Celsius, potrivit P3. De îndată ce începe un proces de încărcare, o celulă a bateriei se încălzește. Dacă este înghețată, de exemplu, la zero grade Celsius, are o rezistență internă foarte mare, iar mare parte din puterea de încărcare scapă sub formă de căldură, necesară pentru a aduce celula la temperatura de încărcare.

La vehiculele electrice, puterea maximă de încărcare depinde de interacțiunea perfectă a tuturor componentelor sistemului bateriei: celulele bateriei și compoziția lor chimică, sistemul de control al temperaturii pentru răcirea și încălzirea celulelor bateriei, carcasa bateriei pentru izolare împotriva căldurii și frigului, sistemul de management ca unitate centrală de control pentru controlul performanței în timpul încărcării și descărcării și interfața vehiculului pentru optimizarea strategiei de operare pentru recuperare, precondiționare și alte funcții.

Dacă bateria este prea rece se inhibă performanța inițială de încărcare – un deficit care nu poate fi compensat pe parcursul încărcării. Dimpotrivă, bateria se încălzește atunci când absoarbe energie electrică, astfel încât sistemul de control al temperaturii din vehicul trebuie să răcească activ bateriile chiar și în zilele caniculare deoarece bateriile îmbătrânesc mai repede la peste 45 de grade Celsius.

În ambele cazuri, în afara ferestrei de temperatură ideală (20-30 de grade), puterea de încărcare este redusă pentru a proteja sistemul de baterii de îmbătrânire și uzură, denumită în jargonul tehnic derating.

Managementul termic eficient și precondiționarea sistemului de baterii la temperaturi scăzute este o condiție prealabilă pentru performanța ideală la stația de încărcare rapidă.

Cel puțin la fel de important, potrivit P3, este preîncălzirea în cazul rezistenței ciclice a bateriei – o celulă necălită îmbătrânește de patru ori mai repede în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare la sub cinci grade Celsius decât una care este încărcată și descărcată la căldură mare. Acesta este rezultatul așa-numitei placări cu litiu, adică depunerea de litiu pe electrodul negativ. Ca urmare a placării, ionii de litiu nu mai sunt disponibili pentru transportul de încărcare și descărcare, ceea ce, spune P3, poate duce la o „reducere a capacității cu 50% sau mai mult și la o reducere exponențială a vieții”. În plus, pe măsură ce placarea cu litiu crește, se pot forma așa-numitele dendrite, crescând riscul de scurtcircuitare și pericol de incendiu.

De aceea, devine din ce în ce mai clar cât de important este, la temperaturi extreme, să se combine planificarea perfectă a rutei cu precondiționarea automată și gestionarea atentă a bateriei, pe de o parte – adică software-ul – și hardware-ul necesar, pe de altă parte.

Modelul inițial pentru planificatorul de rute cu precondiționare a fost Tesla. Între timp, producători precum BMW, Mercedes și Porsche au urmat exemplul, iar Hyundai a anunțat și o revizuire a lui Ioniq 5. Toyota, pe de altă parte, raportează că SUV-ul bZ4X  are o pompă de căldură ca standard pentru a „aduce bateria de înaltă tensiune la temperatură” – și nu în primul rând pentru a reduce consumul de energie la încălzirea interiorului.

Ce au descoperit cei de la P3:

• Rezistența internă a celulelor crește în condiții de frig. Mobilitatea ionilor de litiu scade, iar puterea furnizată scade. Creșterea vâscozității electrolitului la frig intensifică acest efect.
• În condiții de frig, capacitatea de stocare a energiei scade cu 30% sau mai mult. Transportul de sarcină este redus la temperaturi scăzute, tot datorită proprietăților electrolitului. Celulele LFP sunt afectate în special de frigul extrem.
• Placarea cu litiu este dezastruoasă pentru durabilitatea ciclică a celulelor. Încărcarea rapidă în condiții de frig ar trebui evitată.
• Mașinile electrice care se mișcă constant au, în consecință, o speranță de viață mai mare decât cele maltratate prin utilizare necorespunzătoare. Este la latitudinea producătorilor să limiteze suplimentar puterea de încărcare în condiții de frig.

Concluzie: industria trebuie să instaleze un planificator de rute cu precondiționare automată a sistemului de baterii chiar și în mașinile electrice ieftine, precum Dacia Spring. Acesta este singurul mod de a acoperi confortabil distanțe mai lungi fără a deteriora bateria la temperaturi scăzute și înseamnă mai mult decât software, deoarece încălzirea și răcirea active nu sunt încă un standard în multe BEV-uri cu preț redus.

Acest hardware este, de asemenea, condiția prealabilă pentru asigurarea durabilității celulelor bateriei. Dacă toate acestea nu sunt combinate, reputația e-mobility în sine va avea de suferit.

sursa: economedia.ro