Если у вас есть аккумуляторный электромобиль (EV), вы, возможно, столкнулись с этой разочаровывающей ситуацией: вы начинаете заряжаться на той же станции, что и другой водитель, но они отключаются и уходят, пока ваша машина все еще медленно заряжается. Или, возможно, вы используете быстрое зарядное устройство, но пока кто-то другой достигает мощности более 100 кВт, ваш автомобиль потребляет всего несколько десятков киловатт. Если предполагается, что это "быстрая зарядка", почему она иногда кажется медленной?

Ответ не прост. На скорость зарядки электромобиля влияют несколько факторов, включая зарядную станцию, сам автомобиль, состояние аккумулятора и температуру окружающей среды. Давайте подробно разберем их, чтобы помочь вам полностью понять, что влияет на зарядка электромобиля Выступление.

Чтобы понять скорость зарядки, начните с простой формулы:

• Мощность зарядки = напряжение × ток

Чем выше напряжение и ток, подаваемые зарядным устройством, тем больше мощность и тем короче время зарядки.

Сегодняшние зарядные станции обычно делятся на две категории:

• Зарядные устройства уровня 2 / AC (медленная зарядка): Эти зарядные устройства используют переменный ток 220 В и обычно обеспечивают мощность от 3,5 кВт до 7 кВт. Зарядка автомобиля батареей мощностью 70 кВт / ч обычно занимает около 10 часов. Конструктивно простые и компактные, они часто напоминают небольшую электрическую коробку счетчика, установленную на стене.
• Зарядные устройства DC: Эти зарядные устройства обеспечивают постоянный ток при напряжении 380 В и выше с выходной мощностью от 60 кВт до 250 кВт. Ту же батарею мощностью 70 кВт можно зарядить примерно за час. Быстрые зарядные устройства намного больше - часто размером с холодильник - потому что они интегрируют сложные системы transformer-rectifier и охлаждающее оборудование.

Ранние электромобили имели емкость батареи около 20 кВтч, что делало зарядное устройство постоянного тока на 10 кВт быстрым. Сегодня, когда основные батареи достигают 70 кВтч (запас хода около 500 км), 10 кВт эффективно медленная зарядка, требующая 7-8 часов для полной зарядки. В результате мощность зарядного устройства неуклонно росла, а обычные быстрые зарядные устройства теперь обеспечивают 60-120 кВт, а сверхбыстрые модели - более 250 кВт.

Даже при использовании быстрого зарядного устройства реальные скорости могут не оправдать ожиданий. Это объясняют два основных фактора.

Многие люди считают, что зарядная станция диктует скорость, но на самом деле автомобиль принимает решения, в то время как зарядное устройство пассивно реагирует.

• Максимальная мощность зарядки: Каждое транспортное средство имеет аппаратный предел зарядки. Если ваш автомобиль поддерживает максимум 120 кВт, подключение к зарядному устройству на 250 кВт не выведет его за пределы этого порога.
• Система управления батареей (BMS): BMS действует как "мозг" батареи, контролируя температуру, напряжение и ток. Если он обнаруживает аномальные условия, он автоматически уменьшает ток зарядки для защиты аккумулятора. Когда зарядка замедляется, автомобиль часто защищает себя.
• Различия в протоколе зарядки: разные производители используют разные протоколы связи. Если совместимость ограничена, зарядное устройство и транспортное средство не могут "плавно общаться", ограничивая подачу питания. Это объясняет, почему две машины с одним и тем же зарядным устройством могут работать на совершенно разных скоростях.

Скорость зарядки не постоянна - она обычно следует кривой медленно-быстро-медленно:

• СОК 10% -60%: Самая быстрая зарядка; батарея может принять более высокий ток.
• СОК 60% -80%: Скорость постепенно снижается по мере того, как BMS ограничивает ток.
• Более 80%: Зарядка значительно замедляется, чтобы предотвратить перезарядку и повреждение аккумулятора.

Здоровье батареи (состояние здоровья или SOH) также имеет значение. По мере старения батарей внутреннее сопротивление растет, что побуждает BMS снижать пиковую мощность зарядки. Таким образом, трехлетний электромобиль может заряжаться заметно медленнее, чем новый.

Аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к температуре, что делает их основной причиной колебаний заряда.

• Защита от холода: Зимой металлический литий может накапливаться внутри батареи, что резко замедляет диффузию литий-ионов. Ранним владельцам электромобилей иногда приходилось "разогревать" свои автомобили за рулем перед зарядкой. Современные автомобили часто включают в себя системы нагрева аккумуляторов, но нагрев батареи расходует как время, так и энергию.
• Теплоиндуцированное уменьшение силы: Чрезмерное тепло не менее проблематично. Когда температура аккумулятора превышает оптимальный диапазон (примерно 20-40 ° C), транспорт электролита замедляется, вынуждая систему снижать мощность зарядки. Этот громкий шум вентилятора, который вы слышите во время быстрой зарядки? Это система охлаждения усердно работает, чтобы рассеять тепло.
• Реальный пример: Два одинаковых автомобиля используют одно и то же зарядное устройство. Один только что проехал 20 км; другой проехал 200 км по шоссе. Более горячая батарея последнего может заряжаться при более низком уровне мощности, что занимает больше времени для достижения полной емкости.

Помимо автомобиля, сами зарядные станции значительно различаются.

• Различные рейтинги мощности: Быстрые зарядные устройства варьируются от 60 кВт до 250 кВт. Если ваш автомобиль поддерживает 120 кВт, вы получите только 60 кВт при зарядном устройстве мощностью 60 кВт и всего 120 кВт при зарядном устройстве мощностью 250 кВт. Оптимальная скорость требует соответствия возможностей автомобиля с мощностью зарядного устройства.
• Распределение полномочий: На загруженных станциях общая мощность может быть разделена между несколькими транспортными средствами. Зарядное устройство мощностью 120 кВт может обеспечить только 60 кВт для каждого автомобиля при подключении двух транспортных средств.
• Загрузка сетки: Зарядные сети полагаются на общественную электросеть. Во время пикового спроса на электроэнергию мощность может быть автоматически ограничена. Вот почему многие водители выбирают непиковую ночную зарядку.
• Состояние оборудования: Старые зарядные устройства могут страдать от снижения мощности или плохого охлаждения, что вынуждает их дросселировать выходную мощность. Ухоженные, новые станции обычно обеспечивают лучший опыт.

Почему зарядные устройства переменного тока маленькие и стабильные, а быстрые зарядные устройства постоянного тока большие и переменные? Ответ заключается в их принципах работы.

• Зарядка переменного тока: Станция в основном обеспечивает питание и связь переменного тока. Настоящее зарядное устройство - это бортовое зарядное устройство (OBC) внутри автомобиля, которое преобразует переменный ток в постоянный для батареи. Поэтому скорость зарядки полностью зависит от конструкции автомобиля, а не от станции. Пока розетка обеспечивает питание, любое зарядное устройство переменного тока будет обеспечивать ту же скорость для вашего автомобиля.
• DC быстрая зарядка: Здесь зарядное устройство содержит источник высокой мощности и подает постоянный ток непосредственно к аккумулятору. Скорость зарядки зависит как от выхода зарядного устройства, так и от возможности приема аккумулятора - чем выше каждое, тем быстрее заряд.

Это объясняет, почему:

• Зарядные устройства переменного тока могут быть компактными.
• Быстрые зарядные устройства постоянного тока должны быть большими для размещения силовой электроники и систем охлаждения.
• Скорости зарядки переменного тока одинаковы для разных станций.
• Скорости зарядки постоянного тока различаются, потому что они зависят от координации зарядного устройства и транспортного средства.

На техническом уровне катодные материалы принципиально влияют на скорость зарядки.

Скорость диффузии литий-ионов: зарядка включает ионы лития, покидающие анод, пересекающие сепаратор и электролит и внедряющиеся в катод. Скорость диффузии устанавливает верхний предел для производительности зарядки.

Материальные различия: Фосфат лития-железа (LFP): более низкая стоимость и длительный срок службы, но более слабые низкотемпературные характеристики. При 0 ° C емкость падает примерно до 60-70%, а при -20 ° C она может упасть до 20-40%.

Трехкомпонентный литий (NCM / NCA): более высокая плотность энергии и более быстрая зарядка, что делает его предпочтительным выбором для многих автомобилей с быстрой зарядкой.

Тариф обязанности (C-rate):

• Ключевой показатель, описывающий скорость.
• 1С: Полностью заряжается за один час
• 2C: около 30 минут

Большинство современных литиевых батарей поддерживают зарядку 1C-3C, а высококлассные модели достигают 5 ° C - все еще ниже, чем скорость разряда, которая может превышать 10 ° C.

Компромисс дизайна: хотя более высокий ток теоретически может ускорить зарядку, чрезмерный ток приводит к отставанию диффузии литий-ионов от переноса электронов, что приводит к внутреннему напряжению, потере емкости и даже тепловому разгону. Поэтому быстрая зарядка требует балансировки скорости, срока службы и безопасности.

Чтобы улучшить свой опыт зарядки, рассмотрите следующие рекомендации:

Ежедневные поездки на работу не требуют полной зарядки - 80% -90% экономит время и защищает аккумулятор.

Избегайте частого падения заряда ниже 10%; повторный глубокий разряд вредит здоровью батареи.

В дальних поездках планируйте зарядку в диапазоне от 20% до 80%, чтобы обойти медленную финальную стадию.

Зимой поезжайте ненадолго перед зарядкой, если это возможно, чтобы нагреть батарею.

Летом избегайте быстрой зарядки сразу после длительного пребывания на солнце; припаркуйтесь в тени или дайте аккумулятору сначала остыть.

В чрезвычайно холодных регионах отдавайте предпочтение транспортным средствам с функциями нагрева аккумулятора.

Знайте максимальную мощность зарядки вашего автомобиля и выберите совместимые быстрые зарядные устройства.

Предпочитайте новые станции с большей мощностью.

Избегайте часов пик, когда несколько автомобилей могут разделить доступную мощность.

Используйте медленную зарядку для обычных нужд и быструю зарядку в первую очередь, когда это необходимо для продления срока службы батареи.

Следите за состоянием батареи (SOH) и корректируйте ожидания по мере старения автомобиля.

Скорость зарядки электромобилей - это сложная системная задача, связанная с мощностью зарядного устройства, конструкцией автомобиля, состоянием аккумулятора, температурой окружающей среды и нагрузкой на сеть. Как только вы поймете эти принципы, станет ясно, почему "быстрая зарядка" не всегда быстрая, и как планировать более разумные стратегии зарядки.

Проще говоря: зарядное устройство устанавливает теоретический потолок, транспортное средство определяет фактическую скорость, состояние батареи контролирует скорость от момента к моменту, а окружающая среда управляет стабильностью. Только когда все четыре выравниваются, может быть достигнута действительно эффективная зарядка.

По мере развития технологий опыт зарядки будет продолжать улучшаться. Для водителей понимание вашего автомобиля, выбор правильного зарядного устройства и принятие научных привычек зарядки являются ключом к максимальной производительности современных электромобилей.