Szybkie i bardzo szybkie ładowarki
Chyba nigdzie jednak potrzeba błyskawicznego ładowania baterii (np. tyle, ile trwa napełnienie baku paliwa do pełna), nie jest tak pożądana co w motoryzacji. Niestety, z wielu powodów ładowanie EV nigdy nie doścignie w prędkości zwykłego napełniania zbiornika. Co więcej, bateria zawsze będzie dostarczać mniej energii na jednostkę masy niż paliwa kopalne. Cóż – coś za coś. Dla mnie ochrona środowiska, jak wiecie, jest bardzo ważna. Dziś kilka ważnych kwestii, o których trzeba pamiętać „tankując” energię do naszego auta, obojętnie, czy ma silnik hybrydowy, czy wyłącznie elektryczny.
Na początek ważna informacja – pamiętajcie, że akumulator jest z natury słaby. Można go porównać do starzejącego się człowieka, którego kondycja fizyczna z biegiem lat staje się coraz słabsza i coraz trudniej mu „ładować akumulatory”. Tak samo dzieje się z możliwością szybkiego ładowania baterii. Dlatego bez względu na to, czy mamy do czynienia z samochodem, rowerem elektrycznym, Twoim urządzeniem przenośnym czy po prostu ulubionym elektronicznym gadżetem, zawsze trzeba pamiętać o tych kilku rzeczach:
- Akumulator musi być specjalnie zaprojektowany, aby móc wytrzymać ultraszybkie ładowanie i musi być w dobrym stanie.
- Ultraszybkie ładowanie może być stosowane tylko w pierwszej fazie ładowania. Natężenie prądu podczas ładowania powinno się zmniejszyć, kiedy bateria osiągnie poziom 70% naładowania.
- Wszystkie komórki w opakowaniu muszą być wyważone i mają bardzo niską rezystancję. Starzejące się komórki często rozchodzą się co do pojemności i oporu, czego skutkiem jest niedopasowanie i zbyt duży nacisk na słabsze komórki.
- Ultraszybkie ładowanie można wykonywać tylko w umiarkowanych temperaturach, bowiem niska temperatura spowalnia reakcję chemiczną, a niewykorzystana energia zamienia się gazy, powoduje rozlewanie się metali i wytwarza nadmierne ciepło.
- Ultraszybką ładowarkę możemy porównać do szybkiego pociągu, który jedzie z prędkością 300 km na godzinę (188 mph). Dla niego zwiększenie mocy jest stosunkowo proste, ale to tor, a nie sama maszyna, determinuje dopuszczalną prędkość pociągu. W taki sam sposób kondycja, w jakiej jest bateria, determinuje szybkość jej ładowania.
Superszybka ładowarka, jeśli jest dobrze zaprojektowana, sama ocenia stan akumulatora „chemicznego” i wprowadza korekty w zależności od jego zdolności do przyjęcia ładunku. Ładowarka powinna również zapewniać równoważenie wysokości temperatury i inne funkcje bezpieczeństwa, aby spowolnić proces ładowania, gdy zaistnieją pewne warunki, a nawet zatrzymać go, jeśli akumulator jest zbyt przeciążony. Takie inteligentne akumulatory działające wg SMBus lub podobnych protokołów są odpowiedzialne za proces ładowania. Ich system obserwuje stan baterii i zmniejsza lub przerywa proces, gdy pojawią się niepożądane okoliczności. Najczęstsze nieprawidłowości to brak równowagi komórkowej lub potrzeba kalibracji. Może się nawet zdarzyć, że inteligentna bateria przestanie działać, jeśli błąd nie zostanie naprawiony.
Wracając do samej baterii – o tym, jakie maksymalne natężenie prądu w trakcie ładowania może wytrzymać bateria Li-Ion, decyduje konstrukcja komórki, a nie materiał, z jakiego zrobiono katodę, jak często się uważa. Chodzi o to, żeby uniknąć rozlania się litu na anodę i utrzymywania kontroli nad temperaturą. Cienka anoda o wysokiej porowatości i małych cząstkach grafitu pozwala na bardzo szybkie ładowanie, ze względu na dużą powierzchnię. Komórki zasilania mogą być ładowane i rozładowywane przy dużym natężeniu, ale gęstość energii jest wówczas niska. Dla porównania komórki energetyczne mają grubszą anodę, mniejszą porowatość i szybkość ładowania na poziomie 1C lub mniej. Niektóre komórki hybrydowe w bateriach NCA (niklowo-kobaltowo-aluminiowych) można ładować powyżej 1C, ale z umiarkowanym natężeniem.
Dobrze zaprojektowana superszybka ładowarka powinna dawać możliwość wyboru czasu ładowania. Rysunek poniżej to porównanie żywotności typowej baterii litowo-jonowej naładowanej i rozładowanej według skali 1C, 2C i 3C. Długość życia baterii może być dodatkowo przedłużona, gdy ładujemy ją i rozładowujemy poniżej 1C, przy czym rekomendowany poziom to 0,8C.
Podsumowanie
Wszystkie akumulatory zachowują swoje optymalne właściwości w temperaturze pokojowej i przy umiarkowanym stanie ładowania i rozładowania. Taki spokojny styl życia nie zawsze odzwierciedla rzeczywiste sytuacje w świecie, gdzie kompaktowe opakowanie musi być naładowane szybko jak najsilniej. Typowym przykładem są tutaj drony i zdalne urządzenia sterujące dla hobbystów. W tej sytuacji, gdy takie małe urządzenie musi dawać z siebie wszystko za każdym razem, trzeba się przyzwyczaić do ich krótkiego życia 😉
Gdy jednak pojawia się potrzeba szybkiego ładowania dużym ładunkiem, świetnie sprawdzają się porowate komórki zasilania. Oznacza to jednak większe rozmiary i ciężar akumulatorów. Tu dla pełnego obrazu można porównać ciężki silnik wysokoprężny, który ma uruchamiać dużą ciężarówkę, do lekkiego, szybko nabierającego prędkości silnika dla samochodu sportowego.
Jeśli używacie urządzeń napędzanych elektrycznie, które wymagają szybkiego ładowania, koniecznie podzielcie się swoimi spostrzeżeniami 🙂
Anoda
