Sạc nhanh DC có thực sự làm giảm dung lượng pin của xe điện không?

Sạc nhanh EV của bạn nghe có vẻ tuyệt vời vì bộ sạc nhanh 350 kilowatt có thể đưa EV pin lớn như Lucid Air Pure đến trạng thái sạc 80 phần trăm trong 15 phút. Mặc dù không nhanh như đổ đầy một chiếc xe chạy xăng truyền thống, nhưng sạc nhanh DC giúp giảm thời gian đổ đầy một chiếc xe điện.

Nhưng sự tiện lợi của việc sạc một chiếc xe điện có phải trả giá bằng sự xuống cấp của pin không? Vâng, chúng ta hãy tìm hiểu.

Sạc nhanh DC là gì và nó hoạt động như thế nào?

Để hiểu rõ hơn về tuổi thọ của pin EV, điều quan trọng là phải biết sạc nhanh là gì và cách thức hoạt động của nó. Nói chung, pin của xe điện có thể được bổ sung bằng ba phương pháp khác nhau được gọi là sạc Cấp 1, Cấp 2 và Cấp 3. Hai loại đầu tiên dựa vào dòng điện xoay chiều (AC), trong khi sạc cấp 3, còn được gọi là sạc nhanh DC, yêu cầu dòng điện một chiều.

Sự khác biệt quan trọng ở đây là bộ sạc Cấp 1 và Cấp 2 sử dụng bộ sạc tích hợp trên xe để chuyển đổi dòng điện từ AC sang DC, vì pin lithium-ion trên xe của bạn không thể lấy trực tiếp dòng điện xoay chiều.

Tuy nhiên, khi nói đến bộ sạc nhanh Cấp 3, chúng chỉ có thể bơm trực tiếp nước trái cây vào pin mà không cần bộ sạc tích hợp. Điều này cho phép sạc DC đẩy một lượng lớn dòng điện và điện áp tới bộ pin mà không bị hạn chế bởi khả năng của bộ sạc tích hợp trên xe.

Tại sao pin Lithium-Ion giảm dung lượng theo thời gian?

Pin lithium-ion chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện và theo giả thuyết, phản ứng này sẽ diễn ra mãi mãi. Tuy nhiên, chúng ta đều biết rằng pin lithium-ion không tồn tại mãi mãi. Nhưng lý do chính xác cho sự xuống cấp này là gì?

Chà, một số phản ứng hóa học xảy ra bên trong pin lithium-ion khi nó được sạc hoặc xả. Một số phản ứng hướng tới việc tạo ra điện, trong khi những phản ứng khác tiêu thụ các ion lithium làm giảm dung lượng của pin. Nói cách khác, với mỗi chu kỳ sạc-xả, pin lithium-ion của EV sẽ mất đi một phần dung lượng; điều này thực sự xảy ra và không thuộc danh mục huyền thoại về sạc EV.

Điều đó nói rằng, điều quan trọng là phải hiểu rằng những phản ứng này xảy ra ở các tốc độ khác nhau dựa trên một số điều kiện môi trường và bạn có thể thực hiện các bước để kéo dài tuổi thọ của pin.

Do đó, hầu hết các nhà sản xuất pin đều cung cấp một phạm vi nhiệt độ mà tại đó pin hoạt động tốt nhất. Phạm vi này thay đổi dựa trên thành phần hóa học của pin, nhưng trong hầu hết các trường hợp, nó nằm trong khoảng từ -4 đến 140 độ F khi xả và từ 0 đến 45 độ F khi sạc.

Phạm vi hoạt động này cho thấy rằng pin có thể được sạc trong phạm vi nhiệt độ thấp hơn và việc sạc pin trong điều kiện khắc nghiệt, cả lạnh và nóng, có thể gây ra sự cố vì những điều kiện này làm tăng tốc độ xảy ra các phản ứng không mong muốn, tiêu thụ các ion lithium và giảm dung lượng.

Điều Gì Xảy Ra Khi Pin Lithium-Ion Sạc Nhanh?

Bây giờ chúng ta đã biết tại sao dung lượng của pin lithium-ion giảm, chúng ta có thể cố gắng hiểu điều gì xảy ra bên trong pin khi nó được sạc nhanh.

1. Hư hỏng các điện cực của ắc quy do dòng điện và điện áp cao

Sạc nhanh sử dụng dòng điện cao thế để sạc pin. Các ion liti được kéo ra khỏi cực âm với lực lớn hơn và di chuyển về cực dương khi được tích điện. Điều này gây ra các vết nứt ở cực âm và cũng tạo ra các sợi nhánh trên các điện cực. Do những vết nứt và sự tích tụ dendrite này, dung lượng của các tế bào lithium-ion giảm và chúng cũng làm tăng điện trở của pin.

2. Suy thoái ở nhiệt độ cao

Điện trở trong của pin tăng lên khi được sạc nhanh. Do sự gia tăng điện trở này và dòng điện đầu vào cao trong quá trình sạc nhanh, nhiệt độ quá cao được tạo ra bên trong pin. Nhiệt độ cao này làm giảm dung lượng của pin lithium-ion.

3. Mạ Lithium ở nhiệt độ thấp

Khi pin lithium-ion được sạc nhanh bằng dòng điện cao ở nhiệt độ thấp, hiện tượng được gọi là lớp mạ lithium xảy ra ở cực dương. Do đó, các nguyên tử liti không xen kẽ bên trong cực dương. Điều này dẫn đến kim loại lithium trơ (không thể tạo ra điện) trên bề mặt của các điện cực.

Hiểu bộ pin EV

Nhìn vào danh sách các cơ chế xuống cấp được đưa ra ở trên, rõ ràng là sạc nhanh chắc chắn sẽ làm giảm tuổi thọ của xe điện. Điều đó nói rằng, bộ pin EV được thiết kế để tránh làm hỏng pin. Do đó, trước khi kết luận rằng sạc nhanh có hại cho xe điện, chúng ta hãy tìm hiểu xem bộ pin của chúng được thiết kế như thế nào để chống lại sự xuống cấp.

Bộ pin EV bao gồm một số tế bào lithium-ion được kết nối để tạo ra các mô-đun. Một số mô-đun được kết nối để tạo gói và tình trạng pin của gói được quản lý bởi Hệ thống quản lý pin, còn được gọi là BMS.

BMS về cơ bản là một máy tính được kết nối với một số cảm biến theo dõi điện áp, dòng điện và nhiệt độ của từng tế bào. Sau đó, nó phân tích dữ liệu này để đảm bảo rằng mỗi tế bào đang hoạt động tối ưu.

Nếu các tế bào bên trong bộ pin quá nóng, BMS sẽ tăng cường làm mát để giảm nhiệt độ tổng thể của bộ pin. Nếu phát hiện thấy dòng điện hoặc điện áp di động cao trong quá trình sạc nhanh DC, nó sẽ điều chỉnh cả hai thông số để tránh làm hỏng pin.

Do đó, BMS là bộ phận EV có vai trò lớn nhất trong việc giảm sự xuống cấp của pin.

Sạc nhanh gây ra bao nhiêu thiệt hại cho pin xe điện của bạn?

Hãy xem xét một số nghiên cứu cho thấy mức độ thiệt hại của xe do sạc nhanh. Bốn chiếc xe điện Nissan Leaf 2012 đã được Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho lái ở Phoenix, Arizona. Hai xe được sạc bằng sạc nhanh DC, trong khi hai xe còn lại được sạc bằng sạc AC cấp 2, với kết quả như sau:

1. Các bài kiểm tra công suất cho cả hai bộ phương tiện đã được thực hiện sau khi đi được 50.000 dặm và sự khác biệt về tổn thất công suất giữa các phương tiện được sạc bằng sạc nhanh và sạc AC cấp 2 nằm trong khoảng từ 3 đến 9%.

   

2. Các phương tiện được sạc bằng sạc nhanh khi chạy ở tốc độ không đổi 45 dặm/giờ có thể đi được 70 dặm, trong khi những phương tiện được sạc bằng AC Cấp 2 đi được 82 dặm.

   

3. Khi bắt đầu thử nghiệm, các phương tiện được sạc bằng sạc nhanh DC có thể cung cấp phạm vi hoạt động 102 dặm khi được điều khiển ở tốc độ không đổi 45 dặm/giờ. Sau khi hoàn thành 63.000 dặm thử nghiệm, chiếc xe tương tự cung cấp một phạm vi 58 dặm. Hiển thị giảm 43 phần trăm trong phạm vi. Chiếc xe được sạc bằng cách sử dụng sạc nhanh AC cung cấp một phạm vi 104 dặm, đã giảm xuống còn 64 dặm sau khi hoàn thành các bài kiểm tra. Trải qua một sự xuống cấp phạm vi 38 phần trăm.

   

Sự xuống cấp của ắc quy xảy ra bất kể phương pháp sạc nào, nhưng nó tăng lên ở những phương tiện được sạc nhanh; sự khác biệt là khoảng 5 phần trăm.

Ý nghĩa của việc sạc nhanh trong pin Lithium-Ion

Trong một thử nghiệm riêng biệt với thử nghiệm ở trên, hai bộ pin Nissan Leaf đã được thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho. Một chiếc được sạc nhanh DC, trong khi chiếc còn lại chỉ sạc AC. Mục tiêu của thử nghiệm này là để xem điều gì xảy ra với toàn bộ đàn thay vì từng ô như trong thử nghiệm trước.

1. Gói được sạc bằng sạc AC có dung lượng giảm dần 23,1% sau khi hoàn thành 780 chu kỳ sạc-xả. Gói chỉ được sạc nhanh có dung lượng giảm 28,1%.

   

2. Mối tương quan chặt chẽ giữa dung lượng và nhiệt độ đã được tìm thấy khi dung lượng gói được so sánh với dung lượng tế bào ở các nhiệt độ khác nhau: công suất giảm dần cao hơn trong các tế bào được thử nghiệm ở nhiệt độ cao hơn và thấp hơn khi các tế bào ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 68 độ F (20 độ độ C).

Điều này cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa sự xuống cấp của pin và nhiệt độ, cho thấy rằng sạc nhanh không phải là yếu tố quan trọng gây ra sự xuống cấp của pin.

Pin 6.000 EV cho chúng tôi biết gì về tình trạng pin EV

Trong một nghiên cứu khác, Geotab, một công ty quản lý đội xe, đã thu thập dữ liệu về tình trạng pin từ 6.000 xe điện và kết luận rằng sạc nhanh làm tăng tốc độ xuống cấp của pin. Nghiên cứu này, giống như nhiều nghiên cứu khác, cho thấy rằng sạc nhanh làm tăng tốc độ xuống cấp của pin lithium-ion trong xe của bạn và nhấn mạnh vai trò quan trọng của BMS trong việc giữ mức xuống cấp ở mức thấp nhất có thể.

Sạc nhanh DC có hại cho xe điện của bạn không?

Bộ pin EV của bạn chắc chắn sẽ mất dung lượng theo thời gian. Điều đó nói rằng, tốc độ xảy ra sự xuống cấp này phụ thuộc vào một số yếu tố và sạc nhanh chắc chắn là một yếu tố có thể tăng tốc độ này.

Một điều cần lưu ý khác là việc sử dụng sạc nhanh ở mức độ vừa phải sẽ không làm giảm đáng kể phạm vi sử dụng của pin và bạn có thể sử dụng nó trong các chuyến đi đường dài để giảm thời gian nạp năng lượng cho phương tiện của mình.