Commerciële snellaadstations onderwerpen batterijen van elektrische auto's aan hoge temperaturen en een hoge weerstand waardoor ze kunnen barsten, lek, en hun opslagcapaciteit verliezen, schrijfingenieurs aan de Universiteit van Californië, Riverside in een nieuwe studie gepubliceerd in Energie opslag . Om dit te verhelpen, de onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om bij lagere temperaturen te laden met minder risico op catastrofale schade en verlies van opslagcapaciteit.

Mihri Ozkan, een professor in elektrische en computertechniek en Cengiz Ozkan, een professor in werktuigbouwkunde aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, leidde een groep die één set ontladen Panasonic NCR 18650B cilindrische lithium-ionbatterijen oplaadde, gevonden in Tesla-auto's, met behulp van dezelfde snellaadmethode in de branche als snelladers die langs snelwegen worden gevonden.

Ze laadden ook een set op met behulp van een nieuw snellaadalgoritme op basis van de interne weerstand van de batterij, die de stroom van elektronen verstoort. De interne weerstand van een batterij fluctueert afhankelijk van de temperatuur, laadtoestand, batterij leeftijd, en andere factoren. Hoge interne weerstand kan problemen veroorzaken tijdens het opladen.

De oplaadmethode van het UC Riverside Battery Team is een adaptief systeem dat leert van de batterij door de interne weerstand van de batterij tijdens het opladen te controleren. Het rust wanneer interne weerstand optreedt om verlies van laadcapaciteit te elimineren.

Voor de eerste 13 laadcycli, de batterijopslagcapaciteiten voor beide laadtechnieken bleven gelijk. Daarna, echter, de snellaadtechniek in de industrie zorgde ervoor dat de capaciteit veel sneller vervaagde - na 40 oplaadcycli behielden de batterijen slechts 60% van hun opslagcapaciteit. Batterijen die zijn opgeladen met behulp van de oplaadmethode met interne weerstand, behielden meer dan 80% van de capaciteit na de 40e cyclus.

Bij 80% capaciteit, oplaadbare lithium-ionbatterijen hebben voor de meeste doeleinden het einde van hun gebruiksduur bereikt. Batterijen die zijn opgeladen met de snellaadmethode van de industrie bereikten dit punt na 25 oplaadcycli, terwijl batterijen met interne weerstandsmethode goed waren voor 36 cycli.

"Industrieel snelladen heeft een negatief effect op de levensduur van lithium-ionbatterijen vanwege de toename van de interne weerstand van de batterijen, wat op zijn beurt resulteert in warmteontwikkeling, " zegt doctoraalstudent en co-auteur Tanner Zerrin.

Slechter, na 60 laadcycli, de industrie methode batterij gevallen gebarsten, de elektroden en elektrolyt blootstellen aan lucht en het risico op brand of explosie vergroten. Hoge temperaturen van 60 graden Celsius/140 graden Fahrenheit versnelden zowel de schade als het risico.

"Capaciteitsverlies, interne chemische en mechanische schade, en de hoge hitte voor elke batterij zijn belangrijke veiligheidsproblemen, vooral gezien het er 7 zijn, 104 lithium-ionbatterijen in een Tesla Model S en 4, 416 in een Tesla Model 3, ' zei Mihri Ozkan.

Interne weerstandslading resulteerde in veel lagere temperaturen en geen schade.

"Ons alternatieve adaptieve snellaadalgoritme verminderde de capaciteitsvervaging en elimineerde breuken en veranderingen in samenstelling in de commerciële batterijcellen, ' zei Cengiz Ozkan.

"Het voorgestelde adaptieve snelladen biedt een nieuw perspectief voor het ontwerp van snellaadtechnologie voor elektrische voertuigen met betere veiligheidsprestaties en een langere levensduur van de batterij, "Bo Dong, een promovendus en papier co-auteur gezegd.

De onderzoekers hebben een patent aangevraagd op het adaptieve, snelladende algoritme met interne weerstand dat in licentie kan worden gegeven door batterij- en autofabrikanten. Ondertussen, het UCR-batterijteam beveelt aan om het gebruik van commerciële snelladers tot een minimum te beperken, opladen voordat de batterij helemaal leeg is, en het voorkomen van overladen.