Domů
Elektromobilita
Asymetrickou teplotní modulací k rychlému nabíjení elektromobilů
Zdroj: ABB

Asymetrickou teplotní modulací k rychlému nabíjení elektromobilů

Lithium Iontové baterie poskytují celou řadu výhod a obecně dobrý výkon pro velkou řadu aplikací. Problém nastává když teplota trakční baterie elektromobilu poklesne pod optimální teplotu pro nabíjení. Řidič může být nepříjemně překvapen dlouhou dobou nabíjení. Lze tyto vlastnosti využít v náš prospěch?

Co je problém

S klesající teplotou klesá i mobilita nosičů náboje v Li-ion bateriích a roste viskozita elektrolytu, to je dáno fyzikálními principy. Pokud je baterie nabíjena za snížené teploty, BMS neboli systém managementu baterie musí zajistit optimální proud nabíjení tak, aby nebyla zkracována životnost baterie a její bezpečnost kvůli hrozícímu pokovování anody lithiem. Například rozsah teplot při kterém je nabíjení povoleno je od 0 do +45 stupňu Celsia. Pro vybíjení je rozsah širší, od -20 do +60 stupňů Celsia pro článek od firmy LG typ MJ1 18650 s kapacitou 3500 mAh. Vybíjení je obecně menší problém, než nabíjení.

Nabíjení se může protáhnout

Pokud řidič elektromobilu vyráží za chladného počasí na cestu a po již krátké době se chystá zastavit na nabíjecí stanici, může být nepříjemně překvapen. Pokud systém BMS vyhodnotí teplotu baterie jako příliš nízkou k nabíjení, elektromobil bude muset nejprve baterii ohřát na vhodnou teplotu. To může trvat i desítky minut. Většina běžných případů není tak extrémních a uživatel se setká pouze se sníženým nabíjecím výkonem. Tomuto stavu se přezdívá #ColdGate.

U elektromobilů, které nedisponují responzivním ohřívačem baterie lze aplikovat „YoYo driving“. Jedná se o styl, který doporučuje norský EV guru Bjorn Nyland. Jedná se o opakovanou silnou akceleraci následovanou silnou rekuperací. Vysoké proudy trakční baterie zpravidla vytvoří na vnitřním odporu po několika kilometrech jízdy dostatek tepla umožňující dosažení uspokojivého nabíjecího výkonu. Pokud máte v autě spolujezdce, nezapomeňte je upozornit na to, co na ně chystáte.

Využití zvýšené teploty baterie ke komfortu řidiče

Podaří-li se baterii včas ohřát před nabíjením na požadovanou teplotu, nabíjecí výkon vás může mile potěšit. Mnohokrát se může jednat o rozdíl okolo hodiny času stráveného na nabíjecí stanici. Řidič však musí udělat několik kroků, aby se elektromobil stihl připravit na nabíjení. Řidič musí auto předehřát skrz aplikaci, to funguje například u Tesly a u Volkswagenu (ID.3), nebo zadat do navigace u Tesly nejbližší Tesla Supercharger. U jiných elektromobilů není zatím s touto funkcí počítáno a tak nezbyde než řídit YoYo stylem.

HPC a Tesla model 3

Například v elektromobilu Tesla model 3 je baterie ohřáta před nabíjením na nabíječkách poskytující vysoký výkon (nad 50 kW) až na teplotu okolo 50 stupňů celsia, a tím lze dosáhnout nabíjecího výkonu až 270 kW u verze s prodlouženým dojezdem. V praxi se jedná o rychlost nabíjení skoro čtyřnásobkem kapacity, konkrétně 3,6C.

Žádný jiný výrobce elektromobilů zatím nemá tak robustní nabíjecí výkon vzhledem ke kapacitě baterie. Například nabíjení z 5 % na 80 % zabere při optimálních podmínkách v nabíjecí síti Ionty cca 23 minut, za tu dobu lze dobít přibližně 280 kilometrů dálničního dojezdu, nebo zhruba 340 km dojezdu „okreskovou“ rychlostí.

Teplotní management a #Rapidgate

Na trhu jsou však i elektromobily bez jakékoliv možnosti chlazení baterie. Jmenujme například elektromobily Nissan LEAF, Volkswagen E-golf, E-up, Honda E a tak podobně. U těchto elektromobilů se projevuje jev zvaný #RapidGate, tedy stav kdy je nabíjecí výkon omezen vysokou teplotou baterie. Projevuje se hlavně v horkém létě a nebo po několika po sobě jdoucích rychlonabíjeních bez přestávek. Praktický limit dosažitelné vzdálenosti je u Nissan LEAF zhruba 650 km za den. Pak je již nabíjení velmi pomalé a oproti maximálním 45 kW se můžete dostat až na 11 kW v extrémních příkladech.

Výhody a nevýhody

Teplo, respektive teplota baterie je jeden z nejdůležitějších parametrů ovlivňující životnost Li-ion baterií. To se týká více méně všech typů baterií, ale míra vlivu je různá. V tomto ohledu mají velkou výhodu elektromobily s kapalinovým chlazením baterie. Jmenujme například Tesla model S, X, 3, Y, Audi E-Tron a další.

Při využití asymetrické teplotní modulace baterie dochází krátkodobě ke zvýšení teploty baterie na relativně vysokou úroveň. V tomto čase také dochází k akcelerované degradaci a rychlejšímu stárnutí baterie. Avšak tím, že je tato doba omezená na nezbytné minimum, je poškození minimální, nikoliv však zanedbatelné. Teplo je po nabití odvedeno chladicím systémem z baterie do okolí, nebo v případě elektromobilů vybavených rekuperací tepla do kabiny cestujících.

Metoda není vhodná pro každé chemické složení baterie, společnost Tesla používá speciální aditiva v elektrolytu, která zajišťují jeho dobrou tepelnou odolnost a časovou stálost. Přímý dopad je hlavně ekonomický, protože baterie je „zbytečně“ ohřívána, což stojí energii. Je tedy nutné připočítat několik kilowatthodin navíc, které byly použity na ohřev. Odměnou za to je krátký čas strávený na nabíjecí stanici. Pokud ale neplánujete se svou Teslou model 3 vybavenou tepelným čerpadlem vyrazit hned po rychlonabíjení na cestu za chladného dne a užít si naakumulovaného tepla v baterii, tak toto teplo postupně přejde do okolí bez smysluplného využití.

Potřebujete být v obraze ohledně elektromobility?

Každý den pečlivě vybíráme nejdůležitější informace z oblasti elektromobility a odesíláme je odběratelům do jejich e-mailové schránky. Přihlaste se k odběru Monitoringu oEnergetice.cz také a nic vám neunikne.
Naposledy jsme informovali o:
Elektromobilů na českém trhu přibývá. K dobíječkám míří víc aut, nabíjení zdražuje
8. srpen 2022, 12:20
Nejrychlejší a nejdražší Tesla. Model S a X Plaid míří do Česka, berany jim nechybí
3. srpen 2022, 14:15
Vyzkoušejte Monitoring oEnergetice.cz na 14 dní zdarma!

Mohlo by vás zajímat:

Komentáře(4)
Maximus
26. březen 2021, 11:36

Zákony fyziky jsou neúprosné a nedá se s nimi moc diskutovat.

Do akumulátoru auta potřebujete dostat energii dle součinu tři veličin tj. napětí, proudu a času. Pokud zkracujete dobu nabíjení tedy čas, musíte druhé dvě veličiny zvětšit! A to podstatně. Malá šance na úsporu času je pak ještě třífázovým napájením u nabíjení aku. Ale i tak je čas třeba 5 minut, což by konkurovalo tankování ropnými deriváty, pořád dlouhý. Zatím mají černého Petra akumulátory, tedy baterie a záleží na dalším technickém a vědeckém vývoji zda se tady prolomí tato bariéra. Jenže se tady zvyšuje velmi cena a jsou tu další palčivé problémy jako nedostatek el. výkonu v soustavě EU, při zavedení plné elektrizace jen na osobní vozy by soustava zkolabovala a dále, není na to uzpůsoben el.rozvod

hlavně ve městech. Např. dnes má Praha cca 4 tisice trafostanic 22/0,4kV a pro zavedeni elektrizace os.dopravy by jich potřebovala dvojnásobek a to nehledě k vypracování nových rozvodů (kabeláže)! A ještě perlička: A co národ panelákový a sídlištní, jak budou nabíjet svá e-auta?

Martin Špina
13. duben 2021, 11:41

Dobrý den, děkuji va Váš komentář. Budoucnost nikdy nebyla bez problému, které je nutné řešit. Stejně jako kdysi nebyly benzínové pumpy ani jiná infrastruktura jsme teď v době, kdy nejsou nabíjecí stanice na každém rohu a elektrizační soustava ještě není plně připravena. Nakonec ukáže tu správnou cestu ekonomická situace. Zatím se míra adopce EV zvyšuje spontánně. Měl jsem možnost se svétz ve všem možném, ale k životu by mě stačil i dnes zastaralý VW e-UP (18,6 kWh). Bohužel cena je zatím vysoká, ikdyž se jedná o výběhový typ na trhu použitých vozidel. Vývoj jde mílovými kroky kupředu. Zajimavé by bylo vidět situaci, kdyby se elektromobilita začala více rozvíjet již v dobách Peugeotu 106 Electric a VW City Stormer, tedy okolo roku 2000.

JL
26. březen 2021, 14:25

Moc hezký a pravdivý článek!

Martin Špina
13. duben 2021, 11:42

Děkuji Vám.

Komentáře pouze pro přihlášené uživatele

Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.

V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.

Přihlásit se