Apakah Mekanisme Pemulihan Tenaga dalam Bateri Litium?
Pemasangan SEPTA 2019 memberitahu anda segala-galanya tentang kedudukan kami dengan sistem penjanaan semula. Mereka menggugurkan bank ion litium-1.5 MW di pencawang, memperoleh hampir $500,000 pada tahun pertama-separuh daripada pengurangan kos elektrik, separuh daripada pasaran peraturan frekuensi (scientificamerican.com). Bukan kerana mereka mencipta sesuatu yang baru. Kerana elektrokimia akhirnya mengejar apa yang diingini oleh jurutera transit sejak tahun 1920-an.
Motor elektrik berjalan ke belakang. Itu sahaja. Apabila EV anda perlahan, motor menjadi penjana. Tenaga kinetik bertukar kepada arus, arus mengalir ke dalam pek, sel mengecas semula. Kami memanggilnya brek regeneratif, tetapi tiada apa-apa yang eksotik tentang fizik-cuma teknologi bateri menghabiskan beberapa dekad menjadi terlalu perlahan, terlalu mahal atau terlalu rapuh untuk menjadikannya berfungsi pada skala.
Masalah kecekapan tiada siapa yang bercakap
Di sinilah ia menjadi menarik. Motor-sebagai-kecekapan penjana berjalan 85-92%, bergantung pada kelajuan dan beban anda. Penyongsang mengambil potongan lain, sekitar 95% jika ia direka dengan betul. Bateri mengecas sendiri? 90-95% dalam keadaan baik. Rangkaikannya bersama-sama dan anda berada pada 60-70% kecekapan penjanaan semula keseluruhan.
Bunyi buruk sehingga anda ingat alternatifnya ialah pad geseran menukarkan segala-galanya menjadi haba buangan. 60% daripada sesuatu mengalahkan 0% daripada tiada.
Apa yang sebenarnya mengehadkan keseluruhan sistem ialah penerimaan caj. Ion litium perlu berhijrah dari katod melalui elektrolit, berselang ke dalam anod grafit. Itu proses resapan-terhad. Daya arus masuk lebih cepat daripada ion boleh berselang dan anda mendapat penyaduran litium-mendapan logam pada anod dan bukannya selingan yang betul. Membunuh kapasiti, membuang hayat kitaran, kes paling teruk mencipta seluar pendek dalaman.
C-kadar memberitahu anda berapa pantas sel boleh mengecas. 1C bermakna cas penuh dalam satu jam. Kimia LFP mengendalikan 1C yang berterusan tanpa masalah. NMC yang serupa, berbeza dengan kandungan nikel. LTO adalah outlier-10C yang dikekalkan kerana kimia anod pada asasnya mengetepikan isu penyaduran. Itulah sebabnya anda melihat LTO dalam aplikasi dengan permintaan regen yang kejam, walaupun ketumpatan tenaga terjejas.
Pengurusan bateri adalah tempat wang itu hidup
BMS bukan sahaja memantau-ia membuat keputusan berpecah-saat tentang penerimaan dan pengedaran semasa merentas kumpulan sel. Pek menghampiri penuh? Ruang kepala untuk arus regen hilang. Kebanyakan sistem mula mengehadkan sekitar 90-95% keadaan cas, melumpuhkan sepenuhnya berhampiran voltan maksimum. Jika anda telah memandu EV, anda tahu perkara ini: tinggalkan jalan masuk anda dengan bateri penuh dan regen berasa lemah untuk beberapa batu pertama.
Suhu adalah kekangan lain yang tiada siapa mahu tangani. Di bawah 10 darjah, mobiliti ionik dalam elektrolit jatuh. Sistem mengehadkan arus regen untuk mengelakkan penyaduran. Cukup sejuk dan regen dimatikan sepenuhnya sehingga pek panas.
Pengendali iklim sejuk tahu ini-15 hingga 20 minit pemanduan sebelum keupayaan regen penuh kembali. AIR6897 SAE merangkumi bahagian aeroangkasa ini, tetapi prinsip di sekitar kawalan cas dan pengurusan terma diterjemahkan terus kepada kenderaan darat.
Di mana kadar pemulihan sebenarnya penting
EV penumpang bandar? 15-25% pemulihan. Layak. Bas elektrik mengendalikan laluan tetap? Di situlah ia menjadi nyata. Bas BYD di Antelope Valley Transit Authority-37.3% pemulihan pada model standard 40 kaki, 40.2% pada 60 kaki yang diartikulasikan. Kitaran tugas itu sesuai untuk regen: nyahpecutan kerap daripada kelajuan yang konsisten.
Aplikasi industri menjalankan matematik yang berbeza. Forklift melakukan pengangkatan berterusan-kitaran rendah, trak melombong turun dari rim pit ke kawasan pemprosesan dengan muatan penuh. Penukaran tenaga berpotensi dalam kes tersebut boleh menjadi besar.
Robin Zeng di CATL merangka ini lebih baik daripada kebanyakan: kos setiap kitaran, bukan harga pendahuluan (rolandberger.com). Berapa banyak tenaga yang dibawa oleh bateri, sejauh mana ia memandu, cara ia berfungsi sepanjang kitaran hayat. Itulah yang penting untuk aplikasi regen-sama ada sel boleh mengendalikan denyutan pengecasan yang kerap tanpa merosot.
Keluk degradasi mengejutkan orang ramai
Anda fikir denyutan semula-yang tinggi akan mempercepatkan penuaan. Data berkata sebaliknya. Keamatan brek regeneratif yang lebih tinggi sebenarnya berkorelasi dengan penurunan degradasi. Mekanismenya ialah kedalaman nyahcas-apabila regen menangkap lebih banyak tenaga nyahpecutan, bateri menjalankan kitaran yang lebih cetek, kurang berbasikal dalam. Memandangkan nyahcas dalam memacu kapasiti pudar dalam sel-ion litium, regen yang agresif boleh memanjangkan hayat.
Suhu semasa regen masih penting. Bateri sejuk sama dengan interkalasi yang lembap, kebarangkalian penyaduran yang lebih tinggi. Bateri panas mempercepatkan tindak balas sampingan pada antara muka elektrolit-elektrod. Model terma BMS melaraskan arus regen yang dibenarkan berdasarkan suhu sel yang diramalkan, tetapi ketepatan model banyak bergantung pada peletakan penderia dan kecanggihan algoritma. Di situlah anda melihat perbezaan antara pelaksanaan yang murah dan yang baik.
Pemilihan kimia bukan satu-saiz-sesuai-semua. LFP memberikan anda hayat kitaran yang sangat baik dan kestabilan terma pada kadar cas sederhana-aplikasi armada menyukainya. NMC memperdagangkan sebahagian daripada itu untuk ketumpatan tenaga yang lebih tinggi di mana berat dan isipadu dikekang. LTO mengorbankan ketumpatan tenaga sepenuhnya tetapi memberi anda penerimaan caj tiada apa-apa lagi yang dapat menandinginya. Bas transit bandar dengan kerap-perhentian nyahpecutan, kenderaan berprestasi dengan-brek hari-iaitu wilayah LTO.
Penyepaduan sistem adalah lebih sukar daripada yang kelihatan
Pengawal motor, penyongsang, BMS, unit kawalan kenderaan-semuanya perlu diselaraskan. Pemandu mengangkat pemecut, yang menghasilkan permintaan tork. Diterjemah kepada arahan arus motor. Inverter menguruskan aliran kuasa dari motor ke bateri. BMS mengesahkan bateri boleh menerima arus itu tanpa melanggar had perlindungan. Mana-mana komponen mengalami kekangan dan anda sedang menggabungkan brek geseran untuk mengekalkan kadar nyahpecutan.
Peralihan antara regen dan geseran adalah lancar dari tempat duduk pemandu, tetapi algoritma kawalan di belakangnya adalah canggih. Anda juga perlu menonton pemadanan voltan-magnitud arus regen bergantung pada perbezaan antara voltan belakang motor-EMF dan pek bateri. Kelajuan kenderaan yang tinggi bermakna EMF-belakang yang lebih tinggi, berkemungkinan melebihi voltan pengecasan maksimum bateri. Fasa reka bentuk perlu mengambil kira titik operasi tersebut.
Sistem brek campuran adalah standard kini dalam kenderaan pengeluaran. Perkadaran secara automatik antara regen dan geseran, memaksimumkan pemulihan sambil memastikan tingkah laku kenderaan boleh diramal. Kecanggihan di sana telah meningkat dengan ketara sepanjang dekad yang lalu.
Apakah maksud ini secara praktikal
Kemajuan dalam kecekapan motor, reka bentuk penyongsang, kimia bateri, pengurusan haba, algoritma kawalan-mana-mana ini menggerakkan jarum pada keberkesanan penjanaan semula keseluruhan. Operasi yang diselaraskan sistem penuh adalah apa yang menyampaikan pemulihan tenaga.
Memandu lebuh raya? Peluang regen minimum. Laluan dengan penurunan lanjutan atau perhentian yang kerap? Pemulihan tenaga yang ketara. Pengendali armada juga melihat jangka hayat komponen brek dilanjutkan tiga hingga lima kali berbanding kenderaan konvensional-brek geseran dalam EV yang direka bentuk dengan baik-hampir tidak digunakan dalam pemanduan bandar.
Apa yang bermula sebagai faedah sekunder dua dekad yang lalu kini menjadi asas kepada cadangan nilai. Fizik tidak berubah. Teknologi bateri yang diperlukan untuk mengeksploitasi fizik itu dengan berkesan telah matang. Itu bezanya. SEPTA menjana setengah juta setiap tahun daripada pemasangan pencawang tunggal-itu bukan tentang inovasi rel, ia mengenai sistem ion litium-yang akhirnya cukup baik untuk menangkap apa yang sentiasa ada.
