Влияет ли температура на зарядку электромобиля?

Многие владельцы электромобилей сталкиваются с распространенной проблемой: почему скорость зарядки увеличивается летом, но резко замедляется зимой при использовании одной и той же зарядной станции? Иногда мощность быстрой зарядки значительно падает, а иногда происходят перебои в зарядке и уменьшение запаса хода, что заставляет многих ошибочно полагать, что это неисправность зарядной станции или повреждение батареи.

На самом деле, температура окружающей среды является ключевым, хотя и часто скрытым, фактором, влияющим на скорость, эффективность и срок службы батареи электромобиля. Литий-ионные батареи чрезвычайно чувствительны к температуре; чрезмерно высокие или низкие температуры активируют защитные механизмы системы управления батареей (BMS) автомобиля, напрямую изменяя мощность зарядки, время зарядки и безопасность зарядки.

В условиях низких температур активность ионов лития внутри литий-ионных батарей значительно снижается, скорость их движения замедляется, а внутреннее сопротивление батареи значительно возрастает. Для защиты батареи от повреждений система управления батареей (BMS) автомобиля активно ограничивает зарядный ток и мощность. Зарядка, которая обычно занимает 30 минут, зимой может занять более часа, а в экстремально холодных регионах запас хода может временно снизиться на 20–40%.

Большинство новых электромобилей оснащены системой терморегулирования батареи. При обнаружении слишком низкой температуры батареи она сначала потребляет небольшое количество электроэнергии для нагрева батареи и начинает нормальную зарядку только после того, как температура поднимется до безопасного порога. Этот процесс предварительного прогрева потребляет дополнительную электроэнергию и напрямую увеличивает общее время зарядки.

Проблема ограничения мощности особенно заметна при использовании мощной быстрой зарядки постоянным током зимой. На станциях быстрой зарядки, заявленная мощность которых составляет 150 или 250 кВт, фактическая мощность зарядки может уменьшиться вдвое, или даже поддерживать низкую мощность зарядки в течение длительного времени. Это необходимый защитный механизм для предотвращения осаждения лития и повреждения элементов батареи.

После воздействия солнечных лучей летом температура шасси и батареи автомобиля может легко превысить 45°C. В сочетании с остаточным теплом от высокоскоростной езды температура элементов быстро превысит допустимый предел. Даже при подключении к мощной станции быстрой зарядки система управления батареей (BMS) принудительно снизит мощность зарядки, чтобы предотвратить перегрев батареи, что приведет к ситуации, когда «зарядная станция имеет достаточную мощность, но автомобиль заряжается недостаточно быстро».

Высокие температуры ускоряют разложение электролита внутри батареи и повреждают защитную пленку элементов, вызывая необратимое снижение емкости. Соответствующие данные испытаний батарей показывают, что при каждом повышении рабочей температуры батареи на 10°C срок службы значительно сокращается. Длительная зарядка в условиях выше 45°C будет постоянно ухудшать состояние батареи, что приведет к ежегодному снижению значения SOH (состояния здоровья) автомобиля.

Непрерывная зарядка на высокой мощности в условиях экстремально высоких температур усугубляет накопление тепла в аккумуляторе, значительно увеличивая риск теплового разгона. Это основная причина, по которой некоторые зарядные станции ограничивают быструю зарядку на полной мощности летом и оптимизируют стратегии зарядки в периоды высоких температур.

Идеальный температурный диапазон зарядки аккумуляторов электромобилей составляет примерно 20℃-35℃. В этом диапазоне активность элементов оптимальна, а эффективность зарядки максимальна.

Более широкий безопасный температурный диапазон зарядки составляет 0℃-40℃. При температурах ниже 0℃ или выше 40℃ эффективность зарядки значительно снижается.

Когда температура батареи слишком низкая, BMS сначала использует электрическую энергию для нагрева батарейного блока, а затем начинает обычную зарядку, как только температура достигает подходящего диапазона. Когда температура батареи слишком высокая, BMS активно снижает зарядный ток (т.е. «уменьшает мощность»), чтобы предотвратить перегрев батареи и возникновение угроз безопасности.

Температура напрямую и существенно влияет на скорость зарядки, эффективность зарядки и срок службы батареи электромобилей. Низкие температуры приводят к замедлению зарядки и ограничению мощности, в то время как высокие температуры вызывают ограничение тока и снижение скорости, ускоряя необратимую деградацию батареи. Температура является одним из наиболее часто упускаемых из виду ключевых факторов, влияющих на использование электромобилей.