Как температура влияет на зарядку электромобилей: полное руководство

Температура является одним из важнейших внешних факторов, влияющих на скорость зарядки электромобилей, состояние аккумуляторов, производительность зарядного устройства и срок службы оборудования. В данной статье всесторонне анализируется влияние высоких и низких температур на аккумуляторы электромобилей и зарядное оборудование соответственно.

Литий-ионные батареи используют внутренние химические реакции для хранения и высвобождения электрической энергии, но эти реакции резко замедляются при температуре ниже 10°C, особенно ниже 0°C. Низкие температуры также влияют на нормальную работу наружных зарядных устройств.

Когда температура батареи падает ниже 5°C, система управления батареей (BMS) автоматически ограничивает зарядный ток, чтобы предотвратить осаждение лития внутри батареи. Например, быстрое зарядное устройство постоянного тока мощностью 120 кВт может выдавать всего 30-60 кВт при -10°C; при -30°C мощность может снизиться более чем на 70%, а время зарядки увеличится в два-три раза.

Низкие температуры уменьшают запас хода. Аккумулятор емкостью 60 кВт⋅ч может выдавать всего 45-50 кВт⋅ч заряда при -20°C, из-за чего пользователи могут считать эффективность зарядки очень низкой.

Прямая быстрая зарядка высоким током при низких температурах может привести к отслоению литиевого металла от электродов, образованию необратимых литиевых дендритов, что необратимо снижает емкость аккумулятора и даже создает угрозу безопасности из-за короткого замыкания.

Современные электромобили активируют функцию предварительного нагрева аккумулятора перед быстрой зарядкой, что потребляет собственную энергию аккумулятора. Простое нагревание аккумуляторного блока до безопасной температуры зарядки приводит к потере запаса хода.

Стандартное зарядное устройство, рассчитанное на -10°C, не работает должным образом при -20°C/-30°C:

Сбой холодного запуска: зависание ЖК-экрана, уменьшение емкости электролитического конденсатора, сбой инициализации основной платы управления, заклинивание реле из-за обледенения;

Неисправность зарядного пистолета и кабеля: Обычные резиновые кабели становятся хрупкими и трескаются при изгибе; держатель зарядного пистолета замерзает и отключается, электронный замок заклинивает, вызывая ошибки обнаружения изоляции;

Внутренняя конденсация: Большая разница температур между холодным наружным воздухом и теплыми внутренними компонентами приводит к образованию водяного пара на печатной плате, вызывая короткие замыкания и перегорание;

Снижение мощности силового модуля: Компоненты IGBT и PFC теряют стабильность при сверхнизких температурах, что вынуждает зарядное устройство активно снижать выходную мощность.

Когда температура окружающей среды превышает 35°C, как батарея, так и зарядное устройство подвергаются риску перегрева, что создает потенциальную опасность.

Когда температура батареи превышает 40°C, система управления батареей (BMS) снижает зарядный ток, чтобы замедлить химические реакции и предотвратить перегрев. Даже полнофункциональные зарядные устройства постоянного тока не могут работать на номинальной выходной мощности

Длительная зарядка при высоких температурах ускоряет разложение электролита, увеличивает внутреннее сопротивление и сокращает общий срок службы батареи. Длительное воздействие солнечного света перед зарядкой усугубляет это повреждение.

Чрезвычайно высокие температуры в сочетании с быстрой зарядкой высоким током приводят к перегреву; если система охлаждения батареи выходит из строя, риск теплового разгона и возгорания значительно возрастает.

Модули питания постоянного тока, трансформаторы и индукторы выделяют значительное количество тепла во время работы. Если температура окружающей среды достигает 45–50 °C, внутреннее тепло не успевает вовремя рассеяться, что приводит к автоматическому снижению мощности зарядного устройства или его полному отключению.

Длительная работа при высоких температурах ускоряет износ подшипников вентилятора, сокращает срок службы конденсаторов и полупроводников и значительно увеличивает частоту отказов оборудования летом.

Высокие температуры размягчают изоляцию кабелей, ускоряют старение резины, увеличивают риск утечки и повышают вероятность перегрева и возгорания зарядного сопла при зарядке высокой мощности.

Все силовые компоненты находятся на виду рядом с местом для парковки. В холодных регионах небольшие стойки не имеют достаточного обогрева и изоляции; в жарких регионах плохая вентиляция приводит к накоплению тепла внутри стойки. По сравнению с модульными, раздельными стойками, этот тип стоек более подвержен снижению мощности и отказам.

Силовой шкаф может быть размещен в затененном, вентилируемом или изолированном отдельном помещении:

Холодные регионы: Основная стойка оснащена независимым PTC-нагревателем, обеспечивающим постоянную температуру и герметичность для предотвращения замерзания силовых модулей; легкие клеммные колодки содержат только простые коммуникационные компоненты, что приводит к низкой частоте отказов при низких температурах; Жаркие регионы: Силовой шкаф имеет централизованную конструкцию рассеивания тепла, что позволяет легко добавлять дополнительные охлаждающие устройства и эффективно снижать потери мощности летом.

Оснащено зональным PTC-нагревателем, широкодиапазонными компонентами промышленного класса, криогенной системой жидкостного охлаждения и системой осушения воздуха от конденсации. Даже в экстремально холодных условиях (-30°C) оно может завершить холодный запуск в течение 3 минут и поддерживать более 90% номинальной выходной мощности в условиях сильного холода.

Перед прибытием на зарядную станцию ​​активируйте функцию предварительного подогрева аккумулятора через приложение;

Избегайте немедленной сверхбыстрой зарядки после парковки на открытом воздухе в морозную погоду; сначала заряжайте медленно, чтобы аккумулятор успел прогреться;

Зимой паркуйте свой автомобиль в отапливаемом подземном гараже, а не на открытой парковке.

В жаркую погоду паркуйте свой автомобиль в тени и подождите 10-20 минут, пока аккумулятор остынет, прежде чем начинать быструю зарядку; не заряжайте непрерывно в течение нескольких часов под прямыми солнечными лучами.

Оптимизация площадки в холодных регионах

Выбирайте модульные зарядные станции с широким диапазоном температур -30°C и встроенным PTC-нагревом и осушением; устанавливайте снегозащитные чехлы для зарядных устройств и регулярно очищайте от инея крепления зарядных пистолетов;

Включайте режим ожидания с низким энергопотреблением для устройств, простаивающих длительное время, чтобы предотвратить повреждение компонентов от замерзания.

Оптимизация выбора места для установки в зонах с высокими температурами
Обеспечьте достаточное вентилируемое пространство вокруг каждой зарядной станции, избегая закрытых, небольших парковочных мест с плохой циркуляцией воздуха;

Установите навесы для защиты от прямых солнечных лучей; отдавайте приоритет моделям с жидкостным охлаждением и превосходными теплоотводящими свойствами; регулярно очищайте вентиляторы от пыли, чтобы предотвратить перегрев.

Регулярно обновляйте прошивку для оптимизации алгоритмов регулирования мощности в зависимости от температуры; ежеквартально проверяйте датчики температуры, компоненты отопления и охлаждения.

Даже при 25–30°C непрерывная зарядка высокой мощности постепенно нагревает аккумулятор, вызывая небольшое снижение мощности после 30 минут зарядки.

Модульные стойки обеспечивают централизованное рассеивание тепла и независимое расширение системы охлаждения, что значительно улучшает теплоотвод по сравнению с интегрированными зарядными устройствами, расположенными под прямыми солнечными лучами.

Медленная зарядка по-прежнему страдает от потери мощности из-за предварительного нагрева при низкой температуре и перегрева бортового компьютера автомобиля, хотя это менее выражено, чем при быстрой зарядке постоянным током.

Температура окружающей среды и внутренняя температура батареи являются ключевыми переменными, влияющими на эффективность зарядки, безопасность батареи и стабильность электромобилей. Низкие температуры ниже 0°C могут замедлить зарядку, временно уменьшить запас хода и вызвать повреждение литиевых батарей из-за осаждения лития; в то время как высокие температуры выше 35°C могут привести к снижению мощности, ускоренному старению компонентов и рискам, связанным с термической безопасностью.