Καμπύλη φόρτισης

Η καμπύλη φόρτισης είναι το διάγραμμα που δείχνει πώς μεταβάλλεται η ισχύς φόρτισης ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου κατά τη διάρκεια μιας ταχείας φόρτισης, σε συνάρτηση με τη στάθμη φόρτισης της μπαταρίας. Αντί να διατηρεί σταθερό ρυθμό από το άδειο μέχρι το γεμάτο, μια μπαταρία δέχεται ισχύ ακολουθώντας ένα χαρακτηριστικό μοτίβο: η ισχύς συνήθως ανεβαίνει σε μια κορυφή νωρίς στη συνεδρία και έπειτα μειώνεται σταδιακά, κατά βήματα, καθώς η συστοιχία γεμίζει. Αυτό το σχήμα είναι θεμελιώδες για την κατανόηση του πόσο πραγματικά θα διαρκέσει μια ταχεία φόρτιση στην πράξη, επειδή η εντυπωσιακή τιμή κορυφής που διαφημίζει ο κατασκευαστής διατηρείται μόνο για λίγο.

Ο λόγος της σταδιακής μείωσης βρίσκεται στη χημεία της μπαταρίας. Καθώς τα κελιά ιόντων λιθίου πλησιάζουν σε υψηλή στάθμη φόρτισης, η τάση ανεβαίνει και ο ρυθμός με τον οποίο τα ιόντα μπορούν να εισχωρήσουν με ασφάλεια στο ηλεκτρόδιο μειώνεται. Η ώθηση υψηλού ρεύματος μέσα σε ένα σχεδόν γεμάτο κελί ενέχει κίνδυνο επικάθισης λιθίου και επιταχυνόμενης φθοράς, ενώ παράγει και περίσσεια θερμότητας, οπότε το σύστημα διαχείρισης της μπαταρίας μειώνει προοδευτικά την ισχύ για να προστατεύσει τα κελιά. Η καμπύλη επομένως δεν είναι ένας περιορισμός που πρέπει να εξαλειφθεί με μηχανική σχεδίαση, αλλά μια σκόπιμη δικλείδα ασφαλείας, και μια καλοσχεδιασμένη συστοιχία διαχειρίζεται αυτή την κάθοδο έξυπνα και όχι απότομα.

Αυτή η συμπεριφορά εξηγεί τη συνηθισμένη συμβουλή να φορτίζει κανείς από περίπου 10 σε 80 τοις εκατό σε ένα μεγάλο ταξίδι. Το κατώτερο και μεσαίο τμήμα της καμπύλης είναι εκεί όπου η ισχύς είναι υψηλότερη και η ενέργεια εισρέει πιο γρήγορα, ενώ το τελευταίο κομμάτι, από περίπου 80 τοις εκατό μέχρι το πλήρες, μπορεί να διαρκέσει σχεδόν όσο όλα τα προηγούμενα μαζί. Για τον σχεδιασμό μιας διαδρομής, είναι συνήθως συνολικά ταχύτερο να σταματήσει κανείς στο 80 τοις εκατό και να συνεχίσει την οδήγηση, παρά να περιμένει για την τελευταία φέτα χωρητικότητας, και γι' αυτό τόσες οδηγίες φόρτισης και τόσα συστήματα πλοήγησης βελτιστοποιούν γύρω από αυτό το παράθυρο.

Δεν είναι όλες οι καμπύλες ίδιες, και το σχήμα μετράει περισσότερο από την κορυφή. Ένα αυτοκίνητο που αγγίζει στιγμιαία μια πολύ υψηλή τιμή αλλά έπειτα πέφτει απότομα μπορεί να προσθέσει λιγότερη ενέργεια σε δέκα λεπτά από έναν αντίπαλο, του οποίου η ισχύς είναι χαμηλότερη στην κορυφή αλλά διατηρείται σταθερή και επίπεδη σε μια ευρεία ζώνη της χωρητικότητας της μπαταρίας. Γι' αυτό μια επίπεδη, σταθερή καμπύλη είναι γενικά πιο πολύτιμη από μια ψηλή, στενή αιχμή, και γι' αυτό οι συγκρίσεις μεταξύ οχημάτων επικεντρώνονται ολοένα και περισσότερο στη μέση ισχύ κατά τη φόρτιση από 10 σε 80 τοις εκατό, παρά στη μέγιστη τιμή.

Αρκετοί παράγοντες διαμορφώνουν την καμπύλη κάθε φορά, μεταξύ των οποίων η θερμοκρασία της μπαταρίας, η στάθμη φόρτισης από την οποία ξεκινά η συνεδρία και οι δυνατότητες του ίδιου του φορτιστή. Μια κρύα συστοιχία θα βρίσκεται πολύ κάτω από τις δυνατότητές της, και ακριβώς γι' αυτό χρησιμοποιείται η προθέρμανση της μπαταρίας (preconditioning), ώστε να ζεσταθεί η μπαταρία εκ των προτέρων και να ανέβει το αρχικό μέρος της καμπύλης. Η καμπύλη φόρτισης συνδέεται έτσι στενά με την ταχεία φόρτιση DC, τη μέγιστη ισχύ φόρτισης, τη στάθμη φόρτισης και την προθέρμανση, και η σωστή ανάγνωσή της είναι μία από τις πιο χρήσιμες δεξιότητες για τον κάτοχο ηλεκτρικού αυτοκινήτου που σχεδιάζει μεγαλύτερες διαδρομές.