Introdução

Os veículos elétricos são uma parte crescente do mercado automotivo. Eles têm muitas vantagens em relação aos veículos tradicionais movidos a gasolina, incluindo menores custos de manutenção e maior segurança. O carregamento rápido DC é atualmente uma das maneiras mais rápidas de carregar um veículo elétrico. A tecnologia usa um carregador rápido industrial para fornecer um veículo elétrico com uma grande quantidade de eletricidade rapidamente.

Essas cargas de alta tensão e corrente podem ter um impacto negativo na bateria, que os fabricantes geralmente tentam evitar ao projetar carros verdes. No entanto, isso nem sempre é possível em condições do mundo real.

Por exemplo, fazer paradas frequentes nas estações de carregamento pode não ser possível durante uma longa viagem.

No entanto, a tecnologia de bateria melhorada poderia aproximar o carregamento rápido de carros elétricos DC.

O artigo descreve como as baterias são afetadas pelo carregamento rápido DC, e o impacto dessa questão no design de futuros carros elétricos é discutido.

1. O que é a bateria elétrica EV ? Como é que funciona das EV?

Todos os veículos elétricos têm baterias para armazenar e fornecer a energia necessária para a condução. A bateria em um veículo elétrico pode ser comparada ao tanque em um carro movido a gasolina: ele fornece energia.

O tipo mais comum de bateria de veículo elétrico é o íon de lítio. As baterias de íons de lítio são recarregáveis e fortes o suficiente para uso em aplicações de carros elétricos.

Eles podem ligar um veículo e executar seus sistemas de energia, mas também fornecer energia extra para aceleração e auxiliar na frenagem regenerativa, onde a energia produzida de quebra se move de volta para a bateria, em vez de ser adicionada à resistência da estrada.

Sem esse processo, grande parte da energia criada durante a frenagem seria perdida como calor, e é por isso que precisa de energia adicional.

Existem diferentes baterias de íons de lítio, incluindo a bateria do laptop 18650, com os números referentes a uma forma e tamanho padrão. O íon de lítio também é usado em outros aplicativos, como telefones, ferramentas elétricas e muitos outros itens.

O íon de lítio vem em dois tipos principais:

Cobalto de Lítio (LiCoO2) e Lítio Manganês (LiMnO2).

A principal vantagem das baterias de cobalto de lítio é que elas podem fornecer correntes mais altas do que as baterias de manganês de lítio. No entanto, existem diferentes graus de cobalto, que afetam o desempenho da bateria.

Como é que funciona as baterias EV?

Um veículo elétrico típico tem três sistemas principais: o sistema de acionamento do motor, a bateria e um sistema de conversão de energia. O motor é alimentado diretamente da bateria, que carrega de várias fontes, incluindo combustíveis fósseis, energia gerada de forma renovável e energia solar direta.

Se os níveis de carga cairem abaixo de uma certa tensão, o carro não pode funcionar e não se moverá.

A principal função da bateria é fornecer corrente para aceleração ou potência extra para frenagem regenerativa.

O sistema de conversão de energia converte essa energia elétrica em energia mecânica através de sua unidade de controle de energia.

Essa energia mecânica é a força que dirige as rodas, que são conectadas a uma caixa de câmbio e transformadas em torque para dirigir o carro. A caixa de velocidades envia esta potência mecânica para as rodas através do seu eixo.

Cada veículo elétrico tem sua unidade de controle de potência. Isso permite que um veículo elétrico tenha características diferentes, como aceleração e frenagem regenerativa, dependendo de como ele foi projetado.

2. O que é o carregamento EV rápido DC

O carregamento rápido DC traz os veículos elétricos de volta até 80% de carga em apenas meia hora, fornecendo uma corrente muito alta, energia suficiente pode ser transferida para as baterias em uma hora ou menos em comparação com 6 horas se estiver usando um carregador AC geral.

Carregadores rápidos AC e DC separados funcionarão com ambos os tipos de carros, mas geralmente, uma saída tem uma potência combinada de 150 kW. Em contraste, as estações de carregamento rápido DC dedicadas podem ter uma potência significativamente maior.

Com os níveis atuais de tecnologia, após uma carga completa ou recarga, uma bateria de íons de lítio pode durar aproximadamente 1500 ciclos antes de atingir o fim de seu ciclo de vida. As baterias usadas em veículos elétricos podem se degradar muito rapidamente em caso de sobrecarga ou sobrecarga. Se ficarem abaixo de 50%, eles não poderão ligar o veículo e perder muito de sua capacidade.

O carregamento rápido DC impõe uma grande quantidade de estresse na bateria. Quando um veículo elétrico é conectado a um carregador rápido DC, a corrente necessária para a recarga pode ser significativamente maior do que em um carregador padrão de 230V.

Uma pilha de bateria típica de íons de lítio tem centenas de células; muitas delas são usadas apenas para balanceamento (o balanceamento permite que a energia seja transferida de forma eficiente e reduz a energia desperdiçada).

As baterias atuais de íons de lítio são projetadas para que possam se recuperar rapidamente quando recarregadas. Isso ocorre porque a energia necessária para ser adicionada à célula durante a recarga é maior do que sua capacidade de absorção.

Carrecar uma bateria que não tem esse recurso levará o tempo que o carregamento padrão. Em outras palavras, descarregar a bateria muito antes de carregá-la novamente não a prejudicará ou fará com que ela se torne menos eficiente do que se fosse usada corretamente.

3. Um carregador EV rápido DC afeta a vida útil da bateria EV?

Usar um carregador rápido DC para carregar a bateria EV degrada a vida útil da bateria mais rápido do que usando carregadores AC. A vida útil da sua bateria EV depende dos ciclos de carregamento. Estes são os ciclos entre uma bateria totalmente carregada e uma bateria descarregada.

Quanto mais ciclos, mais perda de vidas. No entanto, quanto mais ciclos você puder usar, mais longa a bateria de EV é eficaz. Isso não significa que esses ciclos extras são “verdes” se sua bateria não estiver completamente esgotada.

As baterias de lítio usam uma técnica de carregamento única que envolve o fluxo de íons de lítio do eletrodo negativo da bateria para o eletrodo positivo. Durante o carregamento rápido, o carregador rápido DC força os íons de lítio a fluir a uma velocidade mais alta, o que causa um desequilíbrio nos eletrodos positivos e negativos. Esse desequilíbrio faz com que o eletrodo negativo comece a se degradar porque há íons carregados mais positivamente do que íons negativos. Quanto mais a bateria é carregada com um carregador DC, mais rápido ele se degrada devido à polarização. Isso também significa que, se os veículos elétricos forem usados para longas distâncias e carregados em locais com carregadores rápidos, suas baterias perderão sua capacidade mais rapidamente.

No entanto, isso não significa que o carregamento rápido CC faz com que a bateria EV perca sua carga mais rapidamente do que seu carregador AC padrão. Mesmo com um carregador rápido DC, as baterias de íons de lítio podem durar cerca de 1500 ciclos antes de, teoricamente, deixarem de funcionar de forma eficaz. Em teoria, as baterias de fosfato de lítio podem durar até 2000 ciclos.

Embora o carregamento rápido DC afete a vida útil geral da sua bateria, outros fatores, como condições climáticas, uso do veículo e ciclos de carregamento estão envolvidos.

Baterias mais novas podem compensar taxas de carregamento mais altas, reduzindo o impacto desses estressores na vida útil da bateria.

Um aspecto crítico é como as baterias são especialmente projetadas quando deixam o fabricante para ser instalado em veículos elétricos.

Um fator importante é se eles são montados em uma unidade selada ou se eles são montados em uma caixa aberta com uma pressão negativa dentro dele (como uma bolha de ar).

A baixa densidade de células de bateria de íons de lítio em unidades abertas pode aumentar o estresse interno e encurtar a vida útil da bateria.

As altas temperaturas que ocorrem durante o carregamento e descarga das baterias precisam ser gerenciadas com muito cuidado.

A bateria de íons de lítio contém alguns materiais líquidos e sólidos, que é altamente inflamável.

Para evitar isso, deve-se tomar cuidado durante o processo de fabricação para selar a célula e impedir que a água entre em contato com seus eletrodos.

Manter uma certa quantidade de pressão dentro das células é necessário para que os gases não entrem. Isso é feito fornecendo pressão negativa ou “de volta” dentro da célula, então uma bolha de ar está presa dentro dela. Isso ajuda a garantir que quaisquer gases não entrem nas células ao carregá-las em altas taxas.

Conclusão

O principal benefício de usar um carregador rápido DC é o tempo de carregamento rápido. Usar um carregador rápido DC é bom, mas não é aconselhável usá-lo sempre. Isso garante que sua bateria dure mais tempo. Seguir os ciclos de carregamento da bateria EV também é essencial porque garante que não esteja sobrecarregado.

Embora não haja regras específicas para dizer com que frequência você deve carregar a bateria do seu carro, algumas regras podem ser aplicadas para evitar danificar sua bateria e prolongar a vida útil de forma eficaz.

Aqui estão outras dicas que podem ajudá-lo a prolongar a vida útil da sua bateria de EV:

1. Não carregar a tempo: Os veículos elétricos devem ser carregados a tempo antes que a energia seja inferior a 20%, caso contrário, a bateria será descarregada em excesso, o que afetará diretamente a vida útil da bateria;

2. Frequentemente totalmente carregado: Carregar frequentemente a bateria de um veículo elétrico também fará com que a bateria seja sobrecarregada, o que reduzirá a vida útil e a capacidade da bateria ao longo do tempo;

3. Carregamento irregular: Se você costuma usar equipamentos elétricos, como condicionadores de ar ao carregar o veículo, ele aumentará a carga dentro da bateria de energia e reduzirá a vida útil da bateria. O veículo deve ser mantido desligado durante o carregamento, e é melhor não ficar no carro.

Se você tiver a oportunidade de instalar uma pilha de carregamento pessoal, tente instalá-la o máximo possível e carregue lentamente se puder. Se houver apenas carregamento rápido disponível fora, tente não deixar a energia cair muito baixa, e os 20-30% restantes podem estar prontos para carregar. Ao mesmo tempo, não busque o carregamento completo durante o carregamento rápido e você pode sacar a arma depois de carregar para cerca de 80% Primeiro, o desgaste após 80% leva muito tempo e, em segundo lugar, também pode impedir ativamente que a bateria sobrecarregue e superaquecimento da bateria

Ao longo da última década, o rápido desenvolvimento da tecnologia EV tornou possível que mais e mais cidades seguissem a liderança da cidade avançada na construção de um grande número de estações de carregamento dentro da área urbana. Espera-se que essa tendência continue na próxima década em todas essas cidades.

O alto custo das baterias de carros significa que uma transição completa para veículos elétricos não é esperada tão cedo.

Existem também várias barreiras tecnológicas, geográficas e de infraestrutura para a adoção de veículos elétricos.

No entanto, um elemento crucial para reduzir os gases de efeito estufa gerados pelas atividades relacionadas ao transporte é a expansão de VEs e carregadores rápidos DC dentro das áreas urbanas.

Com o desenvolvimento de um grande número de estações de recarga em níveis municipais, haverá uma redução significativa nas emissões de gases de efeito estufa em comparação com os modos de transporte movidos a motores de combustão.

Para atingir esse objetivo, é importante entender como os VEs interagem com seu ambiente urbano. Isso ajudará as cidades a desenvolver uma visão de como esses carregadores podem melhor atender os moradores urbanos, bem como criar uma política adequada e estrutura institucional para apoiar a expansão da infraestrutura de veículos elétricos em todas as cidades.