Время зарядки электромобилей: как на него влияет внутренний нагрев аккумуляторов?

Знаете ли вы, что внутреннее тепло, которое выделяют аккумуляторы во время зарядки, может увеличивать время зарядки? Это одна из главных причин, по которым производители электромобилей внедряют инновационные системы охлаждения. Благодаря этим элементам срок службы аккумуляторов значительно выше.

Эффективное управление теплом, выделяемым аккумулятором во время зарядки, — одна из самых сложных задач, с которыми сегодня сталкиваются производители электромобилей. Кроме того, следует учитывать, что сверхбыстрые зарядные станции на 800 В и 350 кВт только что появились в Европе. Усложняет ли это задачу охлаждения?

Литий-ионные аккумуляторные батареи, которые сегодня питают электромобили, собираются из элементов. Стоит отметить, что один литий-ионный элемент выдаёт 3,6 В и имеет электрическую ёмкость 3,4 А·ч. Чтобы получить большее напряжение, элементы объединяют в группы с параллельным соединением. Таким образом увеличиваются и напряжение, и ёмкость.

Однако производителей действительно интересует скорость C аккумулятора. Она описывает, с какой скоростью можно заряжать и разряжать батарею относительно её ёмкости. Чем выше коэффициент C, тем быстрее происходит зарядка, но есть ограничение: тепло, выделяемое внутренним сопротивлением по мере зарядки. Поскольку элементы сосредоточены в большом объёме, отводить это тепло сложно.

Аккумуляторные батареи: как охлаждать их оптимально?

Чтобы справиться с этой трудностью, литий-ионные батареи электромобилей начинают охлаждать водой или раствором воды с гликолем. Жидкость охлаждается в теплообменнике. Эту тепловую энергию можно повторно использовать, например, для обогрева салона. Яркий пример — батарея Audi e-tron: охлаждающая жидкость прокачивается через каналы в холодных пластинах из экструдированного алюминия. Отдельные элементы крепятся в гель, который передаёт тепло от них к пластинам, а затем к охлаждающей жидкости.

Это лишь один из методов: Tesla использует систему охлаждающих трубок, размещённых между цилиндрическими элементами в батарейном блоке. В целом элементы при зарядке выделяют примерно в три раза больше тепла, чем при движении, и чем быстрее идёт зарядка, тем больше выделяется тепла. Непрямое охлаждение имеет ограничения, поскольку тепло отводится от элементов только в точках контакта с пластинами или трубками системы охлаждения. Некоторые компании уже работают над проектами, направленными на улучшение и снижение тепловыделения.

В частности, существует проект под названием I-CoBat, цель которого — разработать новый метод иммерсионного охлаждения, при котором элементы и соединители буквально погружаются в биоразлагаемую диэлектрическую жидкость (то есть не проводящую электричество). Поскольку жидкость контактирует со всей поверхностью элемента, ожидается, что иммерсионное охлаждение сократит время зарядки электромобилей за счёт значительно более высоких значений C, повысит запас хода и замедлит процесс старения благодаря более точному терморегулированию батареи.