Расчет деградации батареи и потери емкости
| Состояние | Общая емкость | Потери (%) | Потеря мощности (кВтч) | Энергия на 100% | Расчет потерь | Диапазон | Расчетное время зарядки при быстрой зарядке постоянного тока мощностью 150 кВт |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Новая батарея | 60 кВтч | 0 | 0 кВтч | 60 кВтч | — | 450 км | ~24 мин |
| Потеря мощности на 10 % | 54 кВтч | 0.1 | 6 кВтч | 54 кВтч | 60 кВтч x 0,10 = 6 кВтч | 450 − (450×0,10) = 405 км | 54/150 × 60 = ~22 мин |
| Потеря мощности на 20% | 48 кВтч | 0.2 | 12 кВтч | 48 кВтч | 60 кВтч x 0,20 = 12 кВтч | 450 − (450×0,20) = 360 км | 48/150 × 60 = ~19 минут |
📌 Эта таблица основана на автомобиле с аккумулятором емкостью 60 кВтч и номинальным запасом хода 450 км. Расчеты предполагают постоянные скорость и расход, а запас хода рассчитывается линейно. В реальных условиях такие факторы, как погода, скорость движения, уклон дороги, состояние шин и эффективность системы, могут вызвать отклонения в запасе хода и расходе топлива.
⚡ Расчеты времени зарядки показывают теоретическое минимальное время. В реальных сценариях зарядки постоянным током система управления батареями (BMS) может постепенно снижать мощность зарядки в зависимости от состояния заряда (SOC), температуры и состояния элементов. Кроме того, на время влияет максимальная мощность, поддерживаемая зарядной станцией и автомобилем. Поэтому фактическое время зарядки может оказаться больше расчетного.
🔍 🔍 Объяснение: химический состав аккумуляторов, BMS и деградация с течением времени
Циклы зарядки/разрядки, температура, высокая мощность зарядки и хранение приводят к старению аккумулятора. Внутренняя химическая структура деградирует → клетки теряют способность хранить энергию.
Он всегда показывает текущую максимальную емкость. Таким образом, если потери составляют 10 %, 100 % = 54 кВтч; если потери 20%, 100% = 48 кВтч. Поэтому, даже если на дисплее отображается 100%, оно содержит не так много энергии, как раньше (меньше запасенной энергии).
Время зарядки немного уменьшается, поскольку требуется восполнить меньше энергии.
Батарея — это не электронная схема; поэтому его внутреннее состояние не может быть точно известно. Расчеты основаны на токе, напряжении, энергии и потоке электронов, входящих и выходящих из батареи. Такие данные, как количество часов зарядки аккумулятора и его возраст, также оцениваются для оценки времени использования, а на дисплее автомобиля отображается состояние энергии в процентах или диапазоне. Система управления батареями (BMS) постоянно контролирует поток электронов, тепло, напряжение и ток; он ограничивает батарею от перезаряда, чрезмерной разрядки и перегрева. Он также генерирует расчетные данные о состоянии батареи (SOH) на основе циклов зарядки-разрядки.
электролитная жидкость разлагается, образуется газ, увеличивается тепло, происходит набухание элементов, возникает опасность возгорания, а срок службы батареи значительно сокращается.
В химической структуре происходят обратные реакции, электроды разрушаются, клетка полностью погибает и становится невосстанавливаемой.
Мощность, отображаемая на зарядной станции и на экране автомобиля, практически идентична (например, 11 кВт переменного тока, 150 кВт постоянного тока). Однако фактическая мощность, поступающая в батарею, на 5–12 % ниже для переменного тока и на 3–7 % ниже для постоянного тока из-за потерь в кабеле и разъемах. BMS всегда учитывает эту небольшую разницу и защищает аккумулятор от чрезмерного или недостаточного заряда.
Он корректирует неопределенности, возникающие из-за химических изменений в аккумуляторе и дисбаланса между элементами, гарантируя, что дисплей автомобиля отображает точное состояние энергии и состояние аккумулятора. Во время обычной зарядки входная и выходная энергия может быть неточной из-за ошибок измерения, старения и потерь в кабеле/разъеме; калибровка позволяет BMS видеть истинную мощность и SOH.
Потери в первый год происходят быстро из-за «химического оседания и клеточного баланса»; после этого заряд батареи стабилизируется и потери замедляются (около 95%→92%). В течение первых нескольких циклов зарядки-разрядки формируется слой SEI (межфазный слой твердого электролита); этот слой химически потребляет энергию. Аккумулятор новый, поверхности электродов и электролит не полностью стабильны. Также устраняются небольшие дисбалансы и различия в сопротивлении между клетками. Отсюда и быстрое первоначальное падение.
Слой SEI отстоялся, химические структуры стабильны, клетки сбалансированы. При одинаковом использовании циклы зарядки-разрядки вызывают меньшие потери. Результат: Ежегодная потеря мощности ниже, нелинейна и прогрессирует медленно.