Hoe beïnvloedt temperatuur de fysica en het bereik van EV-batterijen?

We moedigen lezers aan met vragen over elektrische voertuigen, opladen en alles wat u nog meer wilt leren. Dus stuur ze alsjeblieft door en we zullen onze experts ertoe brengen om te reageren en andere mensen uit te nodigen om bij te dragen via het opmerkingengedeelte.

Ik zou graag meer willen weten over de fysica van de batterijcapaciteit van elektrische voertuigen, met name de relatie tussen temperatuur en actieradius. Ik weet dat bij koude temperaturen het bereik afneemt, ik heb begrepen dat dit betrekking heeft op de efficiëntie van het ontladen, niet op de opslagcapaciteit.

Is dit correct, en volgt hieruit dat als bijvoorbeeld een batterij volledig is opgeladen bij 25 graden, dan 's nachts afkoelt om te zeggen nul graden (gebruikelijk in de Alice of Canberra) dat het verlies van bereik niet permanent is - het bereik zou toenemen naarmate de temperatuur weer stijgt naar 25 graden?

Proost

Mike

Hallo Mike - je stelt een nogal gekrulde vraag - namelijk, wat is de relatie tussen omgevingstemperatuur en EV-bereik?

In zekere zin is het antwoord simpel:de nieuwe WLTP-testcyclus wordt uitgevoerd bij 23 graden Celsius (23 ⁰ C) precies - dus het bereik dat door fabrikanten wordt gegeven, is gebaseerd op die temperatuur. De auto koelen na het opladen maar niet gebruiken, en dan terugkeren naar 23 ⁰ C geeft het volledige bereik terug.

Nu voor het meer gecompliceerde antwoord. Bij lagere temperaturen - EV-batterijen zijn gebaseerd op een reeks chemische reacties en, zoals bij de meeste chemische reacties, geldt:hoe kouder de reactanten, hoe langzamer de reactie.

De theorie gaat dat de reacties in de batterij om elektrische stroom te produceren minder efficiënt worden wanneer ze worden gedwongen dezelfde stroom te leveren bij lagere temperaturen, vandaar het kleinere bereik. (En omgekeerd tijdens het opladen - dus het kost meer energie om volledig op te laden als het in de kou wordt opgeladen).

Op korte termijn geen schade en bij terugkeer naar een ‘normale’ omgevingstemperatuur (d.w.z. 23 ⁰ C), keert het volledige bereik terug.

Dit is wat ik heb gevonden in 6 jaar EV-autorijden met verschillende EV's, vooral met mijn Leaf. In de Leaf verlies ik in de winter 10-15% van het bereik, zelfs als ik de verwarming niet gebruik (en 25% als ik dat doe!), maar dat bereik komt terug in de warmere maanden.

Op een dieper niveau vereiste het antwoord dat we moesten ploeteren in de duistere kunsten! De exacte procentuele afname van het bereik per graad temperatuurdaling vinden is verwant aan hekserij. Dit komt omdat:

• Verschillende EV-fabrikanten gebruiken iets andere lithium-chemie in hun batterijen, dus omdat elke chemie iets anders reageert op koude temperaturen, is de manier waarop een model op kou reageert specifiek voor die chemie, plus
• Veel EV-fabrikanten nemen verwarmings-/koelsystemen op in de batterijbehuizing, dus de afname van het bereik bij koud weer kan te wijten zijn aan dat verwarmingssysteem, niet aan de vertraging van de chemische reactie. In feite kan de batterij nog steeds op optimale bedrijfstemperatuur zijn bij een omgevingstemperatuur ver onder nul:het is alleen het verwarmingssysteem dat steeds harder werkt om een ​​optimale batterijtemperatuur te behouden die de relatie tussen lagere temperaturen en kortere actieradius veroorzaakt.
• Sommige van deze EV-batterijverwarmingssystemen zijn beter in het handhaven van de batterijtemperatuur dan andere - dus het bereikverlies kan een combinatie zijn van een lagere batterijtemperatuur (maar niet zo laag als de omgevingstemperatuur) PLUS het gebruik van het batterijverwarmingssysteem.
li>

Daarom bestaat het antwoord op uw vraag uit verschillende delen:

1. De meeste EV-batterijen hebben een verwarmingssysteem - dus opladen/draaien bij koud weer betekent dat het batterijverwarmingssysteem in gebruik is, waardoor het bereik kleiner wordt. Het effect is ofwel niet direct gerelateerd aan de werking van de batterij bij een koude omgeving, maar eerder aan het gebruik van het verwarmingssysteem; of kan er slechts gedeeltelijk aan worden toegeschreven door koeler te draaien, maar niet bij volledige omgevingstemperatuur.
2. Voor accu's zonder verwarmingssystemen (Leafs, iMiEV's, de meeste geconverteerde ICE naar BEV-voertuigen) - de relatie tussen hoe koud het is en bereikvermindering hangt af van:

• de chemische mix van de batterij,
• hoe oud het is, (vanwege het effect van toenemende interne celweerstand) en
• hoe hard je ermee rijdt.
• Op voorwaarde dat u de batterij niet misbruikt bij extreem koud weer (ofwel veel snelladen of extreem hard rijden) - u zult er waarschijnlijk geen schade aan toebrengen en het volledige bereik zal in de lente terugkeren.
li>

Om te eindigen – nadat ik de theeblaadjes had gecontroleerd en een geit had geofferd om de ingewanden te lezen – reed ik in een elektrische auto op min 6 ⁰ C resulteert gemiddeld in een actieradius van 12% op 'normale' rijbereiken.

Het gebruik van het cabineverwarmingssysteem kan resulteren in een vermindering van het bereik tot 40%. (Eigenlijk heb ik deze cijfers gekregen van de 'American Automobile Association Inc. Electric Vehicle Range Testing van februari 2019 in relatie tot omgevingstemperatuur en HVAC-gebruik' verslag doen van. Zie:http://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/AAA-Electric-Vehicle-Range-Testing-Report.pdf )

In de tussentijd – graag tot de lezers van de batterijchemicus hier – maar ik wilde niet te ver het chemieland in gaan, uit angst dat de redacteur bovenaan dit artikel zou plaatsen:“WAARSCHUWING:DIT ARTIKEL BEVAT EXPLICIT WETENSCHAPPELIJKE INHOUD ”

Proost

Bryce