Waarom laden elektrische voertuigen zo langzaam op?

Forensen en reizigers die zich aan een schema proberen te houden, kunnen hun tank meestal in ongeveer vijf minuten bij een benzinestation tanken. Het is nauwelijks een verstoring en kan in een reis worden geperst zonder dat u achterop raakt. Maar als u een elektrische auto bestuurt, is een stop bij het laadstation niet alleen voldoende tijd om een ​​kopje koffie te halen in de buurtwinkel; het is voldoende om de hele kop leeg te maken.

Vergeleken met voertuigen met een verbrandingsmotor (ICE) duurt het ‘tanken’ van een elektrische auto meerdere malen zo lang. Zelfs de snelst opladende elektrische auto’s voeg bij pieksnelheden slechts 13 tot 20 mijl per minuut toe aan de lader. En het opladen duurt veel, veel langer met een thuislader, of het nu niveau 1 of niveau 2 is. Langzaam opladen is een obstakel voor EV-adoptie dat is geïdentificeerd als een gebied dat drastische verbetering behoeft.

Waarom duurt het zo lang voordat een elektrische auto is opgeladen, en is er iets dat dit kan verbeteren?

Hoe lang duurt het opladen van een EV?

Hoe lang duurt het opladen van een gemiddelde elektrische auto? Net als bij ICE-gastanks voor voertuigen is er een breed scala aan accugroottes, dus het is geen exacte schatting. Het DC-snelladen van een batterij tot 80% capaciteit duurt bijvoorbeeld ongeveer 30 tot 45 minuten. Met opladen op niveau 2 is het exponentieel langzamer, wat een bereik van ongeveer 20 tot 30 kilometer per uur oplevert. Voor de meeste voertuigen vereist dit een nachtelijke lading om van leeg naar vol te gaan.

Als je echter alleen oplaadniveau 1 beschikbaar hebt, wordt de oplaadtijd ongeveer tien keer zo lang verlengd als niveau 2. Met oplaadsnelheden van zo'n vijf tot tien kilometer per uur zouden de meeste EV's met een groot bereik drie dagen of langer nodig hebben om op te laden. bijna leeg.

Voor de bestuurder zonder de infrastructuur om zijn auto thuis op te laden, is DC-snelladen de snelste optie. Laten we onderzoeken wat het versnellen van de laadsnelheid in de weg staat.

Hoe het opladen van lithium-ionbatterijen werkt

Het ontladen van een batterij is een vrij eenvoudig concept. Stel je een AA-celbatterij voor met een positief uiteinde, of kathode, en een negatief uiteinde, of anode. Tussen de twee bevindt zich een scheidingsmateriaal dat fungeert als een barrière waar alleen lithiumionen doorheen kunnen, en geen elektronen. Wanneer de batterij vol is, worden de ionen allemaal verzameld bij de kathode. Terwijl de batterij door gebruik langzaam maar zeker leegraakt, gaan de ionen van de ene kant van de separator naar de anode. Wanneer er zeer weinig ionen aan de kathodezijde achterblijven, is de batterij bijna leeg.

Om de batterij op te laden, wordt er elektrische stroom op de batterij toegepast. In wezen keert het de stroom lithiumionen om, en keren ze terug naar de kathodezijde waar ze worden vastgehouden totdat er weer energie nodig is.

Maar door het opladen van een batterij ontstaat er al snel een enorme kinetische energie in de batterij, die warmte tot gevolg heeft. Te veel hitte kan permanente schade aan de batterij veroorzaken. En met Li-ion-batterijen intercalatie – een galvaniseringseffect – kan optreden op de anode, wat de laadprestaties schaadt. Het opladen moet worden geoptimaliseerd om de kans op een onveilige reactie te voorkomen.

De laadsnelheid vertraagt

Hoewel snel opladen negatieve gevolgen kan hebben, zijn deze doorgaans geen probleem totdat de batterij bijna volledig is opgeladen. De kinetische energie komt pas echt in een hogere versnelling als de batterij voor meer dan 80% is opgeladen. Wanneer u zich bij een snellaadstation bevindt of een lader van niveau 2 gebruikt, zult u een aanzienlijke vertraging van de laadsnelheid opmerken zodra u de drempel van 80% bereikt.

Dit is zo ontworpen. U krijgt de snelste oplaadsnelheid die uw auto kan ontvangen, tot aan het punt van 80%, waarbij de snelheid wordt verlaagd. Die laatste 20% kan net zo lang duren als de eerste 80%. Als het bijvoorbeeld 30 minuten duurt om van leeg naar 80% te gaan, kan het nog eens 30 minuten duren om de capaciteit van 100% te bereiken.

Houd er rekening mee dat een werkelijk 100% opgeladen Li-ion-batterij een gevaarlijke reactie kan veroorzaken. Dus hoewel de laadstatusindicator (SoC) van uw auto kan aangeven dat deze is bijgevuld, is het batterijbeheersysteem van de fabrikant ontworpen om wat speelruimte over te laten om de auto veilig te houden.

De oplader beperkt de laadsnelheden

Maar het is niet alleen de batterijchemie die een snellere oplaadsnelheid in de weg staat. Laadstations hebben een beperkte elektrische capaciteit voor hun locatie. Het aantal voertuigen dat gebruik maakt van een laadstation kan ervoor zorgen dat de laadsnelheid wordt beperkt of verlaagd om het beschikbare vermogen te beheren.

Hier is hoe het werkt:

• Bij een snellaadstation is 1MW aan vermogen beschikbaar.
• Twee auto's beginnen te laden bij CCS-laders met een vermogen van 350 kW.
• Er arriveren nog twee auto's, maar het station heeft niet de capaciteit voor vier voertuigen van 350 kW.
• De laadtarieven van alle vier de voertuigen zijn verlaagd tot een gelijk tarief van 250 kW of minder.
• Als er nog vier voertuigen arriveren, worden ze alle acht teruggeschroefd naar 125 kW.
• Naarmate voertuigen klaar zijn en vertrekken, worden de tarieven voor de resterende voertuigen gemiddeld berekend.

Daarbij wordt ervan uitgegaan dat alle voertuigen tegen hetzelfde hoge CCS-tarief kunnen laden, maar dat is niet altijd het geval. Een algoritme berekent het maximale vermogensniveau en verdeelt het vermogen dienovereenkomstig.

Over het algemeen geldt dat hoe meer voertuigen een laadstation gebruiken, hoe langzamer de potentiële laadtijd kan zijn.

Zullen EV’s ooit zo snel opladen als het vullen van een benzinetank?

De Amerikaanse overheid investeert miljarden dollars in de oplaadinfrastructuur voor elektrische voertuigen om de adoptie ervan te vergemakkelijken en betrouwbare opties te bieden aan mensen die onderweg zijn. Deze ontwikkeling gaat snel, maar batterijtechnologie moet ook worden getest en naar de markt worden gebracht.

Er worden zeker verbeteringen aangebracht in de EV-technologie die de tijd die nodig is om lege batterijen op te laden drastisch kunnen verkorten. Solid state batterijen Dit is één type batterij dat het opladen veel sneller zou kunnen maken, terwijl het ook een hogere capaciteit en veiliger zou hebben, terwijl onderzoek naar ontwerpen zoals koolstofnanobuiselektroden ook zou kunnen helpen de mijlpaal te bereiken om net zo snel op te laden als het vullen van een benzinetank.