Una batería de iones de litio para automóvil eléctrico que se agrietó después de una carga rápida estándar de la industria. Crédito:Laboratorio Ozkan / UCR
Las estaciones comerciales de carga rápida someten las baterías de los automóviles eléctricos a altas temperaturas y alta resistencia que pueden hacer que se agrieten. fuga, y pierden su capacidad de almacenamiento, escribir ingenieros en la Universidad de California, Riverside en un nuevo estudio publicado en Almacen de energia . Para remediar esto, los investigadores han desarrollado un método para cargar a temperaturas más bajas con menos riesgo de daños catastróficos y pérdida de capacidad de almacenamiento.
Mihri Ozkan, profesor de ingeniería eléctrica e informática y Cengiz Ozkan, profesor de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería Marlan and Rosemary Bourns, lideró un grupo que cargó un juego de baterías de iones de litio cilíndricas Panasonic NCR 18650B descargadas, encontrado en autos Tesla, utilizando el mismo método de carga rápida de la industria que los cargadores rápidos que se encuentran en las autopistas.
También cargaron un conjunto utilizando un nuevo algoritmo de carga rápida basado en la resistencia interna de la batería, que interfiere con el flujo de electrones. La resistencia interna de una batería varía según la temperatura, estado de carga, edad de la batería, y otros factores. Una alta resistencia interna puede causar problemas durante la carga.
El método de carga UC Riverside Battery Team es un sistema adaptativo que aprende de la batería al verificar la resistencia interna de la batería durante la carga. Descansa cuando se activa la resistencia interna para eliminar la pérdida de capacidad de carga.
Durante los primeros 13 ciclos de carga, las capacidades de almacenamiento de la batería para ambas técnicas de carga se mantuvieron similares. Después, sin embargo, La técnica de carga rápida de la industria hizo que la capacidad se debilitara mucho más rápido; después de 40 ciclos de carga, las baterías mantuvieron solo el 60% de su capacidad de almacenamiento. Las baterías cargadas con el método de carga de resistencia interna retuvieron más del 80% de su capacidad después del 40º ciclo.
Al 80% de su capacidad, Las baterías recargables de iones de litio han llegado al final de su vida útil para la mayoría de los propósitos. Las baterías cargadas con el método de carga rápida de la industria llegaron a este punto después de 25 ciclos de carga, mientras que las baterías del método de resistencia interna duraron 36 ciclos.
Diferencia en la capacidad de carga de la industria frente a las baterías de vehículos eléctricos cargadas por resistencia interna. Crédito:Sebastian et. Alabama.
"La carga rápida industrial afecta negativamente a la vida útil de las baterías de iones de litio debido al aumento de la resistencia interna de las baterías, que a su vez da como resultado la generación de calor, ", dijo el estudiante de doctorado y coautor Tanner Zerrin.
Peor, después de 60 ciclos de carga, las cajas de batería del método industrial se agrietaron, exponer los electrodos y el electrolito al aire y aumentar el riesgo de incendio o explosión. Las altas temperaturas de 60 grados Celsius / 140 grados Fahrenheit aceleraron tanto el daño como el riesgo.
"Pérdida de capacidad, daño químico y mecánico interno, y el alto calor de cada batería son problemas de seguridad importantes, especialmente considerando que hay 7, 104 baterías de iones de litio en un Tesla Model S y 4, 416 en un Tesla Model 3, "Dijo Mihri Ozkan.
La carga de resistencia interna resultó en temperaturas mucho más bajas y sin daños.
"Nuestro algoritmo alternativo de carga rápida adaptativa redujo el desvanecimiento de la capacidad y eliminó las fracturas y los cambios en la composición de las celdas de las baterías comerciales, "Dijo Cengiz Ozkan.
"La carga rápida adaptativa propuesta proporciona una perspectiva novedosa para el diseño de tecnología de carga rápida para vehículos eléctricos con un mejor rendimiento de seguridad y una mayor vida útil de la batería, "Bo Dong, dijo un estudiante de doctorado y coautor del artículo.
Los investigadores han solicitado una patente sobre el algoritmo de carga rápida de resistencia interna adaptativa que podrían obtener las licencias de los fabricantes de baterías y automóviles. Mientras tanto, el equipo de baterías de UCR recomienda minimizar el uso de cargadores rápidos comerciales, recargar antes de que la batería se agote por completo, y prevenir la sobrecarga.
