Punti chiave
- La velocità di ricarica dei veicoli elettrici è limitata dalla capacità del caricabatterie di bordo del veicolo, dalla potenza della stazione di ricarica e dallo stato di carica e dalla temperatura della batteria.
- La ricarica rapida in corrente continua (livello 3) è molto più veloce di quella in corrente alternata (livello 2), ma la maggior parte dei veicoli elettrici limita la ricarica rapida continua per proteggere la durata della batteria.
- I sistemi di gestione della batteria limitano la velocità di ricarica quando la batteria è molto fredda, molto calda o ha un livello di carica superiore all'80%.
- La "regola dell'80%" esiste perché la ricarica rallenta drasticamente al di sopra di tale soglia: l'ultimo 20% può richiedere tanto tempo quanto il primo 80%.
- La compatibilità tra veicolo e caricabatterie è fondamentale: un veicolo CCS, se utilizzato con un caricabatterie di potenza inferiore, è limitato dalla potenza del caricabatterie stesso, non dalle capacità dell'auto.
- La batteria ausiliaria da 12 V deve essere in buone condizioni affinché il sistema di controllo della carica funzioni correttamente; una batteria da 12 V scarica può causare errori di ricarica.
I pendolari e i viaggiatori che cercano di rispettare un programma di solito riescono a fare il pieno presso una stazione di servizio in circa cinque minuti. È a malapena un'interruzione e può essere inserito in un viaggio senza rimanere indietro. Ma quando si guida un'auto elettrica, una sosta alla stazione di ricarica non è solo il tempo sufficiente per prendere un caffè al minimarket; è sufficiente scolare tutta la tazza.
Rispetto ai veicoli con motore a combustione interna (ICE), il “rifornimento” di un veicolo elettrico richiede molto più tempo. Persino il auto elettriche a ricarica più rapida aggiungi solo da 13 a 20 miglia al minuto al caricabatterie alle tariffe di punta. E la ricarica richiede molto, molto più tempo con un caricabatterie domestico, sia di livello 1 che di livello 2. La ricarica lenta è a ostacolo all’adozione dei veicoli elettrici è stata identificata come un'area che necessita di un drastico miglioramento.
Perché ci vuole così tanto tempo per caricare un veicolo elettrico e c'è qualcosa che potrebbe migliorarlo?
Quanto tempo richiede la ricarica del veicolo elettrico?
Quanto tempo impiega la ricarica per un tipico veicolo elettrico? Come i serbatoi di gas dei veicoli ICE, esiste un'ampia gamma di dimensioni dei pacchi batteria, quindi non è una stima esatta. Ad esempio, è necessaria la ricarica rapida CC di una batteria all'80% della capacità circa 30-45 minuti. Con la ricarica di livello 2, è esponenzialmente più lento, aggiungendo circa 20-30 miglia di autonomia all'ora. Per la maggior parte dei veicoli, ciò richiede una ricarica notturna per passare da vuoto a pieno.
Se si dispone solo della ricarica di Livello 1, tuttavia, il tempo di ricarica si allunga di circa dieci volte rispetto al Livello 2. Con velocità di ricarica di circa XNUMX-XNUMX miglia orarie, la maggior parte dei veicoli elettrici a lungo raggio impiegherebbe tre giorni o più per ricaricarsi. quasi vuoto.
Per i conducenti che non dispongono dell'infrastruttura per ricaricare la propria auto a casa, la ricarica rapida CC è l'opzione più veloce. Esploriamo cosa ostacola l'accelerazione della velocità di ricarica.
Come funziona la ricarica della batteria agli ioni di litio
Scaricare una batteria è un concetto piuttosto semplice. Immagina una batteria AA con un'estremità positiva, o catodo, e un'estremità negativa, o anodo. Tra i due c'è un materiale separatore che funge da barriera attraverso la quale possono passare solo gli ioni di litio e non gli elettroni. Quando la batteria è carica, gli ioni si concentrano tutti sul catodo. Poiché la batteria si scarica lentamente e costantemente con l'uso, gli ioni passano da un lato del separatore all'anodo. Quando rimangono pochissimi ioni sul lato del catodo, la carica della batteria è bassa.
Per ricaricare la batteria, viene applicata corrente elettrica alla batteria. In sostanza, inverte il flusso degli ioni di litio e questi ritornano al lato del catodo dove vengono trattenuti finché non viene nuovamente richiesta energia.
Ma l’atto di ricaricare una batteria crea rapidamente un’immensa energia cinetica nella batteria che si traduce in calore. Troppo calore può causare danni permanenti alla batteria. E con le batterie agli ioni di litio, intercalazione – sull’anodo può verificarsi un effetto di placcatura che compromette le prestazioni di carica. La ricarica deve essere ottimizzata per prevenire il rischio di una reazione pericolosa.
La velocità di ricarica rallenta
Anche se la ricarica rapida può avere effetti negativi, in genere non costituiscono un problema finché la batteria non è quasi completamente carica. L'energia cinetica raggiunge il massimo quando la batteria è carica oltre l'80%. Quando ti trovi in una stazione di ricarica rapida o utilizzi un caricabatterie di livello 2, noterai un significativo rallentamento della velocità di ricarica una volta raggiunta la soglia dell'80%.
Questo è previsto dalla progettazione. Otterrai la ricarica più veloce che la tua auto è in grado di ricevere fino al punto dell'80%, al quale la velocità viene ridotta. L’ultimo 20% può richiedere tanto tempo quanto il primo 80%. Ad esempio, se occorrono 30 minuti per passare da vuoto all'80%, potrebbero essere necessari altri 30 minuti per raggiungere la capacità del 100%.
Tieni presente che una batteria agli ioni di litio carica al 100% rischia una reazione pericolosa. Pertanto, mentre l'indicatore dello stato di carica (SoC) della tua auto potrebbe mostrare che è stato ricaricato, il sistema di gestione della batteria del produttore è progettato per lasciare un po' di margine per mantenerla al sicuro.
Il caricabatterie sta limitando la velocità di ricarica
Ma non è solo la chimica della batteria a impedire velocità di ricarica più elevate. Stazioni di ricarica hanno una capacità elettrica limitata per il loro sito. Il numero di veicoli che utilizzano una stazione di ricarica può, e di fatto provoca, una limitazione o una riduzione della velocità di ricarica per gestire la potenza disponibile.
Ecco come funziona:
- Una stazione di ricarica rapida ha 1 MW di potenza disponibile.
- Due auto iniziano a ricaricarsi tramite caricabatterie CCS a una velocità di 350 kW.
- Arrivano altre due auto, ma la stazione non ha la capacità di quattro veicoli da 350 kW.
- Tutti e quattro i veicoli hanno velocità di ricarica ridotte a un valore uguale di 250 kW o meno.
- Se arrivano altri quattro veicoli, tutti e otto verranno limitati a 125 kW.
- Man mano che i veicoli finiscono e partono, le tariffe di addebito sono medie tra i veicoli rimanenti.
Ciò presuppone che tutti i veicoli possano effettuare la ricarica alla stessa tariffa CCS elevata, ma non è sempre così. Un algoritmo calcola il livello massimo di potenza e la distribuisce di conseguenza.
In generale, più veicoli utilizzano una stazione di ricarica, più lento potrebbe essere il tempo di ricarica.
I veicoli elettrici si ricaricheranno mai alla stessa velocità con cui si riempie un serbatoio di benzina?
Il governo degli Stati Uniti sta investendo miliardi di dollari nelle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici per favorirne l’adozione e fornire opzioni affidabili a chi è in viaggio. Questo sviluppo sta avvenendo rapidamente, ma anche la tecnologia delle batterie deve essere testata e avanzata sul mercato.
Sicuramente sono in corso miglioramenti nella tecnologia dei veicoli elettrici che potrebbero ridurre drasticamente il tempo necessario per ricaricare le batterie scariche. Batterie a stato solido sono un tipo di batteria che potrebbe rendere la ricarica molto più veloce pur avendo una capacità maggiore e più sicura, mentre la ricerca su progetti come gli elettrodi a nanotubi di carbonio potrebbe anche aiutare a raggiungere il traguardo della ricarica veloce quanto riempire un serbatoio di gas.
Domande frequenti
Perché la ricarica dei veicoli elettrici rallenta dopo l'80%?
Le celle agli ioni di litio diventano più sensibili al sovraccarico man mano che si avvicinano alla piena capacità. Il sistema di gestione della batteria riduce la corrente di carica oltre l'80% per prevenire lo stress delle celle, un processo chiamato "tapering". Questo protegge la durata della batteria a lungo termine, ma significa che l'ultimo 20% richiede un tempo sproporzionatamente maggiore rispetto al primo 80%.
Qual è la differenza tra la ricarica di livello 1, livello 2 e livello 3 per veicoli elettrici?
Il livello 1 utilizza una presa standard da 120 V e aggiunge da 3 a 5 miglia di autonomia all'ora. Il livello 2 utilizza un circuito dedicato da 240 V e aggiunge da 15 a 30 miglia all'ora. Il livello 3 (ricarica rapida in corrente continua) può aggiungere da 100 a oltre 200 miglia in 30 minuti, a seconda del veicolo e della potenza del caricabatterie. La maggior parte delle ricariche giornaliere avviene al livello 2.
Il freddo rallenta la ricarica dei veicoli elettrici?
Sì. Le basse temperature riducono la conduttività delle celle agli ioni di litio, quindi il BMS limita la velocità di carica finché la batteria non si riscalda. Ecco perché precondizionare la batteria prima di arrivare a una stazione di ricarica rapida, riscaldandola alla temperatura ottimale utilizzando il pacco batterie di trazione mentre è ancora collegata alla rete elettrica domestica, migliora significativamente la velocità di ricarica.
Perché un veicolo elettrico dovrebbe rifiutarsi di ricaricarsi presso una stazione di ricarica rapida?
Diversi fattori possono causare una condizione di mancata o lenta carica: la batteria è troppo fredda, troppo calda, già oltre l'80% oppure la batteria ausiliaria da 12 V è troppo debole per supportare l'elettronica di controllo della carica. Una batteria da 12 V scarica o quasi scarica è una causa comune trascurata. Eseguire un test con il xLVS-9000 dovrebbe far parte di qualsiasi diagnosi di un problema di ricarica dei veicoli elettrici.
Caricare la batteria di un veicolo elettrico al 100% ogni giorno la danneggia?
La ricarica regolare al 100% accelera il degrado della batteria più della ricarica all'80%. La maggior parte dei produttori di veicoli elettrici raccomanda di ricaricare quotidianamente la batteria all'80-90%, riservando le ricariche al 100% ai viaggi lunghi. Il sistema di gestione della batteria (BMS) presente nella maggior parte dei veicoli elettrici consente di impostare un limite di carica proprio per questo motivo.
In che modo la compatibilità del caricabatterie influisce sulla velocità di ricarica?
La velocità di ricarica è sempre limitata dal componente con la capacità inferiore: il caricabatterie di bordo del veicolo o la potenza della stazione. Un veicolo in grado di effettuare una ricarica rapida in corrente continua a 150 kW si ricaricherà solo a 50 kW presso una stazione da 50 kW. Anche la compatibilità dei connettori (CCS, NACS, CHAdeMO) deve essere garantita affinché la ricarica abbia luogo.