Hur påverkar temperaturen EV-batteriernas fysik och räckvidd?

Vi ställer uppmuntrande frågor från läsare om elfordon och laddning och allt annat du vill lära dig. Så skicka dem igenom så får vi våra experter att svara och bjuda in andra personer att bidra via kommentarsektionen.

Jag skulle vilja förstå mer om fysik för elfordons batterikapacitet – särskilt förhållandet mellan temperatur och räckvidd. Jag vet att vid kalla temperaturer minskar räckvidden, min förståelse är att detta relaterar till effektiviteten för urladdning, inte lagringskapacitet.

Är detta korrekt, och följer det att om säg att ett batteri är fulladdat vid 25 grader, kyls det över natten till att säga noll grader (vanligt i Alice eller Canberra) att förlusten av räckvidd inte är permanent – ​​räckvidden skulle öka när temperaturen ökar tillbaka till 25 grader?

Hej

Mike

Hej Mike – du ställer en ganska krullig fråga – för att veta, vad är förhållandet mellan omgivningstemperatur och EV-räckvidd?

På en nivå är svaret enkelt:den nya WLTP-testcykeln körs vid 23 grader Celsius (23 ⁰ C) precis – så de intervall som tillverkaren anger är baserade på den tempen. Kylning av bilen efter laddning men inte använt den och återgår sedan till 23 ⁰ C ger tillbaka hela intervallet.

Nu till det mer komplicerade svaret. Vid lägre temperaturer – EV-batterier är baserade på en rad kemiska reaktioner och, som de flesta kemiska reaktioner, desto kallare reaktanter desto långsammare reaktion.

Teorin säger att reaktionerna i batteriet för att producera elektriskt flöde blir mindre effektiva när de tvingas leverera samma ström vid lägre temperaturer, därav det minskade intervallet. (Och vice versa vid laddning – så det tar mer energi att få full laddning när man laddar i kylan).

På kort sikt, ingen skada skedd och vid återgång till en "normal" omgivningstemperatur (dvs. 23 ⁰ C), återgår hela intervallet.

Det här är vad jag har hittat under 6 år av elbilskörning med flera elbilar nu, speciellt med min Leaf. I Leaf tappar jag 10-15 % av räckvidden på vintern även om jag inte använder värmaren (och 25 % om jag gör det!), men den räckvidden återkommer under de varmare månaderna.

På ett djupare plan återigen, krävde svaret att pyssla med mörka konster! Att hitta den exakta procentuella minskningen i intervall per grad fall i temperatur är, eh, besläktad med häxkonst. Detta beror på:

• Olika elbilstillverkare använder lite olika litiumkemi i sina batterier, så eftersom varje kemi reagerar på kalla temperaturer lite olika, är hur en modell kommer att reagera på kyla speciellt för den kemin, plus
• Många elbilstillverkare inkluderar värme-/kylsystem i batterihöljet, så minskningen av räckvidden i kallt väder kan bero på det värmesystemet, inte att den kemiska reaktionen saktar ner. Faktum är att batteriet fortfarande kan ha optimal driftstemperatur vid långt under noll omgivningstemperatur:det är bara värmesystemet som arbetar hårdare och hårdare för att upprätthålla en optimal batteritemperatur som orsakar förhållandet mellan lägre temperaturer och kortare avstånd.
• Vissa av dessa batterivärmesystem för elbilar är bättre på att upprätthålla batteritemperaturen än andra – så räckviddsförlusten kan vara en kombination av en lägre batteritemperatur (men inte så låg som omgivningstemperaturen) PLUS användningen av batterivärmesystemet.

Därför kommer svaret på din fråga i flera delar:

1. De flesta elbilsbatterier har värmesystem – så laddning/körning i kallt väder innebär att batterivärmesystemet används, vilket minskar räckvidden. Effekten är antingen inte direkt relaterad till batteridrift i en kall omgivning utan snarare till dess användning av värmesystem; eller kan bara delvis hänföras till det genom att köra svalare, men inte vid full omgivning.
2. För batterier utan värmesystem (Leafs, iMiEVs, de flesta konverterade ICE till BEV-fordon) – förhållandet mellan hur kallt det är och räckviddsminskning beror på:

• batteriets kemiblandning,
• hur gammal den är, (på grund av effekten av ökande inre cellmotstånd) och
• hur hårt du kör den.
• Förutsatt att du inte missbrukar batteriet i extremt kallt väder (antingen gör många snabbladdningar eller extremt hård körning) – är det osannolikt att du skadar det och hela räckvidden kommer tillbaka under våren.

Som avslutning – efter att ha kontrollerat tebladen och offrat en get för att läsa dess inälvor – köra en elbil vid minus 6 ⁰ C kommer i genomsnitt att resultera i en minskning av räckvidden med 12 % på "normala" körsträckor.

Användning av kupévärmesystemet kan resultera i en räckviddsminskning på upp till 40 %. (Faktiskt – jag fick dessa siffror från februari 2019 ‘American Automobile Association Inc. Electric Vehicle Range Testing i relation till omgivningstemperatur och HVAC-användning’ Rapportera. Se:http://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/AAA-Electric-Vehicle-Range-Testing-Report.pdf )

Under tiden – hänvisar gärna till batterikemistläsarna här – men jag ville inte gå för långt in i kemiland, av rädsla för att redaktören skulle sätta överst i denna artikel:"VARNING:DENNA ARTIKEL INNEHÅLLER EXPLICIT VETENSKAPLIGT INNEHÅLL ”

Skål

Bryce