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Selbsterhitzende, schnell aufladende Batterie macht Elektrofahrzeuge klimafest
Jul 12, 2018

Selbsterhitzende, schnell aufladende Batterie macht Elektrofahrzeuge klimafest

28. Juni 2018, Pennsylvania State University

Weitere Informationen: Xiao-Guang Yang el al., "Schnellladung von Lithium-Ionen-Batterien bei allen Temperaturen", PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1807115115  

Bereitgestellt von der Pennsylvania State University

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Kalifornier kaufen keine Elektrofahrzeuge, weil sie cool sind, sie kaufen Elektrofahrzeuge, weil sie in einem warmen Klima leben. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien können bei Temperaturen unter 50 Grad Celsius nicht schnell aufgeladen werden, aber jetzt hat ein Team von Penn State-Ingenieuren eine Batterie entwickelt, die sich selbst erhitzen kann und ein schnelles Laden unabhängig von der Außenkühlung ermöglicht.

 

"Elektrofahrzeuge sind an der Westküste beliebt, weil das Wetter förderlich ist", sagte Xiao-Guang Yang, Assistenzprofessorin für Maschinenbau, Penn State. "Sobald man sie an die Ostküste oder nach Kanada bringt, gibt es ein gewaltiges Problem. Wir haben gezeigt, dass die Batterien unabhängig von der Außentemperatur schnell geladen werden können ."

 

Wenn der Fahrzeugbesitzer die Autobatterien in 15 Minuten an einer Ladestation aufladen kann, wird die Betankung des Elektrofahrzeugs in der Zeit, die es dauert, fast der Betankung des Benzins gleichkommen. Unter der Annahme, dass Ladestationen großzügig platziert sind, können Autofahrer ihre "Reichweitenangst" verlieren und lange Strecken ohne Sorgen zurücklegen.

 

Zuvor entwickelten die Forscher eine Batterie , die sich selbst erhitzen könnte, um einen Stromausfall unter dem Gefrierpunkt zu vermeiden. Jetzt wird das gleiche Prinzip auf die Batterien angewendet, um eine 15-minütige Schnellladung bei allen Temperaturen, sogar bei minus 45 Grad F, zu ermöglichen.

 

Die selbsterwärmende Batterie verwendet eine dünne Nickelfolie, wobei ein Ende an dem negativen Anschluß und das andere an der Außenseite der Zelle angeordnet ist, um einen dritten Anschluß zu bilden. Ein Temperatursensor, der an einem Schalter angebracht ist, bewirkt, dass Elektronen durch die Nickelfolie fließen, um die Schaltung zu vervollständigen, wenn die Temperatur unter Raumtemperatur liegt . Dadurch erwärmt sich die Nickelfolie durch Widerstandserwärmung schnell und erwärmt das Innere der Batterie. Sobald die Innentemperatur der Batterie über der Raumtemperatur liegt, öffnet der Schalter und der elektrische Strom fließt in die Batterie, um sie schnell aufzuladen. "Eine einzigartige Eigenschaft unserer Zelle ist, dass sie die Heizung macht und dann automatisch zum Aufladen wechselt", sagte Chao-Yang Wang, William E.

 

Diefenderfer Lehrstuhl für Maschinenbau , Professor für Chemieingenieurwesen und Professor für Materialwissenschaften und -technik sowie Direktor des Electrochemical Engine Center. "Außerdem müssen die Stationen, die bereits da draußen sind, nicht gewechselt werden. Die Kontrolle der Heizung und des Ladevorgangs erfolgt in der Batterie, nicht in den Ladegeräten."

 

Die Forscher berichten über die Ergebnisse ihrer Prototypentests in der dieswöchigen Ausgabe der Proceedings der National Academy of Sciences. Sie fanden heraus, dass ihre selbsterwärmende Batterie 4500 Zyklen einer 15-minütigen Ladung bei 32 Grad F mit nur 20 Prozent Kapazitätsverlust standhalten konnte. Dies bietet ungefähr 280.000 Meilen Fahrt und eine Lebensdauer von 12,5 Jahren, länger als die meisten Garantien.

 

Eine herkömmliche Batterie, die unter den gleichen Bedingungen getestet wurde, verlor 20 Prozent Kapazität in 50 Ladezyklen.

 

Lithium-Ionen-Batterien bauen ab, wenn sie unter 50 Grad F schnell geladen werden, da sich das Lithium nicht in die Kohlenstoffanoden einlagert, sondern sich in Spitzen auf der Anodenoberfläche ablagert. Diese Lithiumbeschichtung reduziert die Zellenkapazität, kann aber auch elektrische Spannungsspitzen und unsichere Batteriezustände verursachen. Gegenwärtig ist langes, langsames Laden die einzige Möglichkeit, eine Lithiumplattierung unter 50 Grad F zu vermeiden.

 

Batterien, die über die Lithiumplattierungsschwelle erhitzt werden, ob durch Umgebungstemperatur oder durch interne Erwärmung, zeigen keine Lithiumplattierung und verlieren keine Kapazität.

 

"Diese allgegenwärtige Schnelllade-Methode ermöglicht es den Herstellern auch, kleinere Batterien zu verwenden, die in einem Fahrzeug leichter und sicherer sind", sagte Wang.