Perché la ricarica degli EV rallenta dopo l'80 percento

Ogni carica rapida DC segue una forma simile. La potenza sale fino a ciò che l'armadio e il veicolo concordano, resiste per un po', poi scompare molto prima che la batteria sia piena. I conducenti tendono a interpretare quella caduta come un difetto, o come se il caricabatterie li avesse limitati di proposito.

Di solito non è così. Il caricabatterie segue un limite imposto all'interno del veicolo, e questo limite esiste per proteggere le celle. La domanda utile non è perché la potenza diminuisce, ma dove si trova l'angolo in un dato giorno e perché si muove.

Come appare effettivamente la curva di ricarica

Una carica veloce non è un processo continuo. Funziona in due regimi, e la transizione tra di essi è ciò che la gente chiama la curva.

Nel primo regime il veicolo mantiene una corrente fissa e lascia salire la tensione man mano che il pacchetto si riempie. Poiché la potenza è la tensione moltiplicata per la corrente, e la corrente è costante mentre la tensione sale, la potenza in uscita aumenta con essa. Ecco perché una sessione spesso inizia con una cifra modesta e si avvicina alla valutazione del gabinetto nei primi minuti.

A un certo punto la tensione della cella si avvicina al suo limite superiore. Da lì il veicolo cambia strategia: mantiene la tensione stabile e lascia che la corrente si riduca. La tensione non aumenta più, quindi la potenza si sincronizza con la corrente. Questo secondo regime è dove avviene il calo visibile, e può sembrare drammatico perché la corrente scende rapidamente all'inizio e poi si appiattisce man mano che il gruppo si avvicina al pieno.

L'angolo tra i due è spesso chiamato ginocchio. È una transizione, non un interruttore, e raramente è un punto affilato su un grafico.

Perché la batteria non può accettare corrente completa a stato di carica elevato

Ricarica non significa riempire un serbatoio. Sta spostando ioni di litio negli spazi tra gli strati del materiale elettrodo, e questi spazi sono finiti. Quando lo zaino è quasi pieno, la maggior parte viene presa.

Spingi corrente più veloce di quanto gli ioni possano depositarsi, e non si mettono in coda educatamente. Alcuni di essi si depositano in superficie come litio metallico invece di entrare nella struttura. Quel deposito è difficile da annullare. Rimuove capacità in modo permanente e, nelle condizioni sbagliate, crea un percorso per cortocircuiti interni. Il sistema di gestione della batteria esiste in parte per evitare che ciò accada, e lo fa riducendo la corrente richiesta man mano che le celle si riempiono.

C'è una seconda ragione che indica la stessa direzione: la resistenza interna aumenta quasi a piena carica. La stessa corrente produce più calore in un pacco quasi pieno che in uno vuoto, e il calore è ciò che accorcia la vita della cellula. Quindi il taper protegge due cose contemporaneamente: capacità e temperatura.

l'80 percento è un'impostazione o una coincidenza

È più simile a una coincidenza che è diventata un'abitudine.

Nella maggior parte delle configurazioni pubbliche di ricarica il caricabatterie non conosce lo stato di carica del veicolo. Il veicolo lo sa, ed è il veicolo che decide quanta corrente richiedere. Il caricatore fornisce ciò che gli viene richiesto, fino alle sue capacità. Quindi una spegna fissa in uno stato di carica particolare non è qualcosa che il caricatore impone; non è in grado di farlo.

Quello che succede è che per molti zaini il ginocchio si posiziona nella parte alta della gamma, e l'80 percento è diventato la forma abbreviata nei consigli per guidatori e nelle impostazioni dei veicoli che offrono un limite di carica. Su un zaino diverso, o lo stesso zaino in un giorno diverso, l'angolo può essere visibilmente più alto o più basso.

Quattro cose lo muovono: temperatura del pacchetto, stato di carica da cui è partita la sessione, quanto bene sono bilanciate le celle e la chimica delle celle. Un veicolo che arriva al 60 percento non vede alcuna parte piatta della curva, perché parte già oltre il ginocchio. Un impacco freddo può iniziare ad allentarsi molto prima del numero previsto dai guidatori.

La chimica conta più di quanto la maggior parte dei piloti pensi. I pacchetti con una curva di tensione molto piatta danno al sistema di gestione meno con cui lavorare nella stima della carica, quindi la strategia per la fascia alta può apparire diversa da un pacco la cui tensione aumenta in modo più costante. Questo è uno dei motivi per cui due auto con lo stesso caricatore possono produrre curve visibilmente diverse.

I due numeri che vale la pena leggere sul sito

Quando una sessione sembra sbagliata, un solo numero non è sufficiente per indicare chi è il responsabile. Due sono: la corrente richiesta dal veicolo e quella effettivamente fornita dal caricabatterie.

Letto insieme, separano i tre casi che contano:

• entrambi cadono insieme. Il veicolo sta riducendo la sua richiesta. Il caricatore sta offrendo ciò che è stato richiesto, e il limite è nel pacchetto.
• La richiesta rimane alta mentre la consegna scende. Il caricatore è il lato limitante. Questo indica la temperatura del mobile, lo stato del modulo, la temperatura del cavo o un'assegnazione a livello di sito, ed è una conversazione per il fornitore piuttosto che per il driver.
• entrambi sono bassi dal primo minuto. Nulla si sta riducendo; La sessione non raggiunse un valore elevato. Questo è un problema diverso — connettore, handshake o un sito che condivide la capacità tra i connettori.

Un avvertimento sul primo numero. La richiesta è visibile solo quando il veicolo e il caricabatterie la scambiano come parte di una sessione di comunicazione ad alto livello. Su una stretta di mano semplice il caricabatterie sa quanta corrente il veicolo è disposto ad accettare, ma non il motivo del cambiamento. In tal caso, confronta il registro del caricabatterie con i dati riportati dal veicolo per gli stessi minuti.

Un singolo screenshot dimostra ben poco in entrambi i sensi. Venti minuti di entrambi i valori, tracciati insieme, mostrano dove le due linee si separano, ed è in quel momento che appare la risposta.

Perché alcuni veicoli si assottigliano prima di altri

Due auto sullo stesso mobile alla stessa carica di partenza possono produrre curve che si somigliano appena. Le ragioni sono per lo più le proprietà del veicolo.

Dimensione del pacco rispetto alla potenza del caricatore. Un piccolo pacco che assorbe una grande corrente lavora ogni cella più duramente di un grande pacco che consuma la stessa corrente. Il piccolo branco raggiunge il limite per cella prima, quindi il ginocchio arriva prima nella sessione.

Percorso termico. I pacchi con raffreddamento attivo possono trattenere una corrente più alta più a lungo, perché possono rimuovere il calore che essa produce. I pacchi che dipendono dall'aria, o che arrivano caldi dopo un lungo viaggio, tendono ad allentarsi prima.

Politica di gestione. Due produttori possono usare la stessa cella e impostare limiti diversi. Uno permette più corrente e accetta maggiore usura; L'altra è conservativa e protegge la longevità. Entrambe sono scelte ingegneristiche, e nessuna delle due è visibile su una scheda tecnica.

Bilanciamento e età delle celle. La cella più debole del branco stabilisce il limite per tutto il branco. Un pacco con celle che si muovono raggiunge la tensione massima su una cella mentre le altre hanno ancora spazio, e la corrente diminuisce presto per un motivo che non ha nulla a che fare con il caricatore.

Cosa significa questo per il design del sito

Potenza di picco è una figura con il nome. Ciò che un sito vende effettivamente è energia fornita entro una finestra di tempo, e la curva è ciò che collega i due.

Due siti valutati alla stessa potenza possono fornire quantità di energia visibilmente diverse in venti minuti, perché uno mantiene la figura più a lungo prima del ginocchio e l'altro no. Se un sito è pianificato solo attorno alla targhetta, quella differenza si manifesta più tardi come code nell'ora più affollata, con gli armadietti che riportano di non essere al massimo della produzione.

Le domande pratiche per un sito riguardano quindi i veicoli che si aspetta di vedere, non l'armadietto: in che stato di carica arrivano tipicamente i conducenti, quanto tempo restano e quanta energia ci riesce in quel supporto. Un sito autostradale dove i conducenti restano quindici-venti minuti è un problema diverso rispetto a un luogo di lavoro dove le auto restano ferme per sei ore e le curve non hanno la stessa forma.

Sul lato dell'attrezzatura, una riga di specifica vale la pena di essere letta attentamente: la finestra di alimentazione costante. Descrive la banda di tensione su cui il caricatore può mantenere la sua uscita nominale. Una finestra ampia significa che il caricatore è meno probabile che diventi il lato limitante man mano che la tensione del pacco aumenta tra i diversi veicoli. Il taper sopra il ginocchio appartiene comunque al veicolo. Ad esempio, i modelli 120 kW e 180 kW DC indicano una finestra di potenza costante che copre DC 300–1000 V.

Niente di tutto ciò rende il drop dopo il ginocchio un problema da risolvere. È la forma di accettazione della batteria, e l'attrezzatura la segue. Ciò che vale la pena risolvere è la discrepanza che si presenta quando un sito è progettato per una vetta che nessun veicolo davanti può usare a lungo.

Se i termini in questo articolo sono nuovi, le definizioni di potenza di ricarica, velocità e uso commerciale sono trattate separatamente in cos'è un caricatore rapido DC.