Volgens ingenieurs aan de Universiteit van Californië kan snelladen bij commerciële snellaadstations funest zijn voor de accu’s van elektrische auto’s. De accupakketten worden mogelijk blootgesteld aan hoge temperaturen waardoor ze kunnen barsten, lekken en hun opslagcapaciteit verliezen.
Dit schrijven de onderzoekers in een nieuwe studie die is gepubliceerd in ‘Energy Storage’ van de Wiley Online Library. Om de problemen met snelladen te verhelpen hebben de onderzoekers een methode ontwikkeld waarbij de accu’s bij lagere temperaturen worden opgeladen. Dit vermindert het risico op catastrofale schade en verlies van opslagcapaciteit. Mihri Ozkan (hoogleraar elektro- en computertechniek) en Cengiz Ozkan (hoogleraar werktuigbouwkunde aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering) hadden de leiding over een groep onderzoekers die een reeks ontladen Panasonic NCR 18650B lithium-ionacu’s laadden. Deze accu’s zijn afkomstig uit Tesla’s en werden geladen met dezelfde technologie als de snelladers die je langs de snelwegen vindt.
Nieuw adaptief algoritme
Ze laadden ook een set accu’s op met behulp van een nieuw snellaadalgoritme. Het is gebaseerd op de interne weerstand van de accu, die de elektronenstroom verstoort. Die interne weerstand fluctueert steeds. Deze is namelijk afhankelijk van de temperatuur, de laadtoestand, de leeftijd van de batterij en andere factoren. Een hoge interne weerstand kan tijdens het laden voor flinke problemen zorgen. De laadmethode van het UC Riverside Battery Team is een adaptief systeem dat tijdens het laden de interne weerstand van de accu monitort. Het systeem vermindert de laadstroom zodra de interne weerstand hoger wordt. Zo wordt het verlies van oplaadcapaciteit voorkomen.
Bij het testen bleek dat de opslagcapaciteit van de accu tijdens de eerste 13 laadcycli bij beide laadtechnieken gelijk bleef. Daarna zorgde de conventionele snellaadtechniek er echter voor dat de capaciteit sneller daalde. Na 40 laadcycli hadden de accu’s nog slechts 60% van hun opslagcapaciteit. Accu’s waarbij de laadstroom afhankelijk was van de interne weerstandslading hadden na de 40e cyclus meer dan 80% van hun capaciteit.
Snelladen sowieso niet goed voor accu’s
Die 80% is vaak het ‘end-of-life’ signaal voor lithium-ionaccu’s. Accu’s die worden opgeladen met de normale methode van de commerciële snelladers bereikten dit punt na 25 laadcycli. De accu’s die volgens het nieuwe, adaptieve logaritme werden geladen waren goed voor 36 cycli. Evengoed is snelladen volgens de onderzoekers dus niet al te best voor de accu’s van elektrische auto’s: “Het conventionele snel opladen beïnvloedt de levensduur van lithium-ionaccu’s ongunstig vanwege de toename van de interne weerstand van de batterijen, wat op zijn beurt resulteert in warmteontwikkeling,” zei doctoraalstudent en co-auteur Looier Zerrin.
Gevaarlijk
Het veelvuldig snelladen kan ook gevaarlijk zijn. Men heeft geconstateerd dat na 60 laadcycli volgens de conventionele snellaadmethode accucellen zijn gebarsten. Daardoor worden de elektroden en de elektrolyt aan de lucht worden blootgesteld. Het risico op brand of een explosie neemt dan uiteraard toe. Hoge temperaturen van 60 graden Celsius versnelden zowel de schade als het risico. “Capaciteitsverlies, interne chemische en mechanische schade en de hoge hitte zijn voor elke accu belangrijke veiligheidsissues, vooral gezien het feit dat er zich 7.104 lithium-ionaccucellen in een Tesla Model S bevinden en 4.416 in een Tesla Model 3,” zei Mihri Ozkan.
Lagere temperaturen en geen schade
Snelladen met de adaptieve methode resulteerde in veel lagere temperaturen en het uitblijven van schade. “Ons alternatieve adaptieve snellaadalgoritme verminderde de capaciteit en elimineerde breuken en veranderingen in de samenstelling van de accucellen,” zei Cengiz Ozkan. “Het voorgestelde adaptieve snelladen biedt een nieuw perspectief voor het ontwerp van snelladen voor elektrische voertuigen. Naast de verhoogde veiligheid wordt de levensduur van de accu verlengd,” zei Bo Dong, een doctoraatsstudent en co-auteur van de publicatie.
Patent
De onderzoekers hebben een patent aangevraagd op het adaptieve algoritme, dat is gebaseerd op de interne weerstand van de accu. Dit zou in licentie aan de accu- en autofabrikanten kunnen worden gegeven. In de tussentijd beveelt het UCR Battery Team aan om het gebruik van conventionele snelladers te minimaliseren, de accu op te laden voordat hij volledig leeg is en om overbelasting te voorkomen.
En wat vinden wij ervan?
Het bovenstaande is slechts een samenvatting van de publicatie, die je hier kunt lezen. Voorts zijn de onderzoekers behoorlijk kritisch over de huidige snellaadtechnologieën. Enig voorbehoud lijkt ons daarom op zijn plaats, vandaar deze ‘disclaimer’. Er zijn al vele jaren laadtechnieken die temperatuur van de accu en fluctuaties van de laadstroom monitoren. Wij kunnen ons daarom ook niet voorstellen dat de accu van een EV bij het laden aan de huidige snelladers totaal niet gemonitord wordt. Uiteraard is het algemeen bekend is dat ‘normaal’ laden altijd te prefereren is boven snelladen. Toch distantiëren wij ons van aantijgingen dat de (snel)laadmethodes die door de autofabrikanten en (toeleveranciers) van snelladers worden gebruikt, niet goed functioneren en schade aan de accu’s veroorzaken.
