Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos en China, muchos países del mundo han comprado vehículos eléctricos chinos. Algunas marcas de vehículos eléctricos chinos utilizan tecnología de carga superrápida para cargar la batería, pero algunos usuarios sugieren que no se debe utilizar la carga superrápida con frecuencia. En respuesta a esta inquietud, realizamos un análisis exhaustivo basado en el impacto de la carga súper rápida de vehículos eléctricos en las baterías, combinando la tecnología original con casos reales.
Principio de la tecnología de carga súper rápida
La carga súper rápida utiliza corriente continua para inyectarla directamente en la batería, logrando un ingreso rápido de energía eléctrica a través de alto voltaje (400-800 V) y gran corriente (300-500 A). Su esencia es lograr una rápida reposición de energía acortando el tiempo que tardan los iones de litio en migrar del electrodo positivo (como los materiales ternarios NMC) al electrodo negativo (materiales a base de grafito o silicio).
La química de la carga de la batería
Cuando se carga una batería de iones de litio, los iones de litio deben desintercalarse del electrodo positivo, pasar a través del electrolito y el separador e incrustarse en el material del electrodo negativo. La carga rápida hace que los iones de litio migren demasiado rápido, lo que puede causar los siguientes problemas:
Deposición de litio en el electrodo negativo: los iones de litio no están completamente incrustados en el electrodo negativo bajo alta corriente y se depositan en forma de litio metálico para formar dendritas de litio;
Descomposición del electrolito: La alta temperatura acelera la oxidación y descomposición del electrolito, generando gas y engrosando la película de interfaz del electrolito sólido (película SEI);
Estrés estructural: La rápida inserción/extracción de iones de litio provoca una mayor expansión y contracción del volumen de los materiales de los electrodos, lo que induce microfisuras.
Disminución de la vida útil de la batería
La carga rápida reducirá el número de ciclos de la batería. Los datos de laboratorio muestran que la carga rápida y frecuente (más de 3 veces por semana) puede acortar el ciclo de vida de la batería entre un 20% y un 30%, principalmente debido a las reacciones secundarias que aceleran la alta temperatura y al engrosamiento irreversible de la película SEI.
Pérdida de capacidad
Un análisis de caso de una determinada marca mostró que la capacidad de la batería de los vehículos que utilizaban frecuentemente la carga rápida disminuyó un promedio del 15% en un período de dos años (en comparación con el 8% de los vehículos de carga lenta). Esto está directamente relacionado con la ruptura de la membrana semipermeable del electrodo negativo y la pérdida de sustancias activas.
Desafíos de la gestión térmica
La prueba del supercargador Tesla V3 muestra que la temperatura de la batería puede alcanzar más de 45 °C durante la carga rápida (la carga lenta suele ser ≤35 °C). Las temperaturas elevadas a largo plazo acelerarán la volatilización del electrolito y el colapso de la red de material del electrodo, lo que provocará que la capacidad se desplome.
Daños a nivel material
Pelado de la capa de grafito del electrodo negativo: la corriente alta provoca una incrustación desigual de iones de litio y una estratificación de la estructura de la capa de grafito;
Disolución del metal del electrodo positivo: los iones metálicos como el níquel, el cobalto y el manganeso se disuelven bajo alto voltaje, destruyendo la estabilidad del electrodo.
Datos experimentales de CATL
La batería NCM811 se sometió a una prueba de ciclo de carga rápida de 1,5 C (aproximadamente 30 minutos para cargar al 80 %). Después de 800 ciclos, la tasa de retención de capacidad fue solo del 78%, mientras que la tasa de retención del grupo de carga lenta de 0,5 C alcanzó el 92%.
Investigación de escenarios de usuario
Las estadísticas de una conocida plataforma de operación de automóviles chinos (promedio de 2 cargas rápidas por día) muestran que la pérdida de capacidad de las baterías de los vehículos en funcionamiento es generalmente más del 25% en 3 años, significativamente más alto que el 12% de los automóviles privados (promedio de <50 cargas rápidas por año).
Estrategia de prioridad
La carga diaria es principalmente una carga lenta (se recomienda una carga rápida ≤ 1 vez por semana);
Evite iniciar la carga rápida cuando la temperatura de la batería sea superior a 40 °C.
Optimización de los hábitos de carga
Después de una carga rápida al 80%, cambie a carga lenta para reducir la presión de carga de alto voltaje al final;
Después de un largo viaje, deje que la batería se enfríe durante 30 minutos antes de cargarla.
Medidas de compensación técnica
La nueva generación de baterías (como las baterías CATL Kirin y las baterías BYD Blade) pueden reducir la tasa de atenuación de la carga rápida a menos del 3 % por año mediante enfriamiento tridimensional y un diseño de electrodos flexibles.
Combinado con el análisis del uso frecuente de la carga súper rápida en vehículos eléctricos, hemos aprendido que la carga súper rápida tiene un impacto negativo significativo en la vida útil y el rendimiento de la batería, pero se puede aliviar de manera efectiva mediante estrategias de uso razonables y nuevas tecnologías de batería. Se recomienda que los usuarios equilibren la eficiencia de carga y la salud de la batería según las necesidades reales.
Taizhou, Zhejiang, CHINA.
