Bron: Sustainable Bus – 23 juni 2021 – Auteur: de redactie
Hieronder een bijdrage van Claudius Jehle, CEO van volytica diagnostics GmbH*. Het is de vierde van een reeks kennisartikelen (een cyclus, inderdaad) over een reeks onderwerpen rond Li-Ion-batterijen, geschreven door Claudius en andere veldgerelateerde experts. Feedback, vragen en bijdragen zijn welkom (op info@sustainable-bus.com) In ons laatste artikel van de Battery Cycle-serie hebben we geleerd dat we batterijen zoals […]
In ons laatste artikel van de Battery Cycle-serie hebben we geleerd dat we ons batterijen kunnen voorstellen als bolvormige wijnkaraffen gevuld met schuimend bier, wat enorm helpt om de dagelijkse problemen met SOC-schatting, evenwichtsproblemen en plotselinge stilstand te begrijpen. Maar deze analogie helpt ook enorm bij het begrijpen van typische vragen over het opladen van batterijen, die we zullen behandelen in de 4e van de 12 artikelen van de batterijcyclus van vandaag.
Hier wordt onder meer uitgelegd hoe en waarom een verdubbeling van het laadvermogen de laadtijd niet kan halveren, tenminste als men van plan is om volledig op te laden.
De eigenaardige “glasvorm”* van Li-ionbatterijen, met als meest problematische LFP en LTO, maakt het voor elektronica en software moeilijk om de vulhoogte (voltage) te relateren aan de vulinhoud (SOC). De schuimcomponent** op de vulhoogte maakt zelfs het meten van deze hoogte een complexe taak, vooral in dynamische situaties. Het ligt voor de hand dat SOC-bepaling een complexe taak is.
Maar laten we het schuim eens nader bekijken – het kan helpen om nog veel meer uit te leggen. Laten we beginnen met depotoplaadopstellingen, dat wil zeggen met bussen met vrij grote accu’s (150-350 kWh) die bedoeld zijn om de hele dag een traject af te leggen zonder of slechts weinig oplaadbeurten. Meestal wil men dat de batterij ’s morgens 100% is en aan het einde van de dag met wat reserve eindigt.
Depotladen: een verstandige keuze?
Maar een batterij opladen tot 100% voordat de dag begint, is niet zo eenvoudig als je zou denken. De lader “onderhandelt” eerst met het voertuig over het komende laadproces via een bepaald communicatieprotocol, waarbij eerst en vooral wordt overeengekomen welk laadvermogen de lader kan leveren, maar ook dat de accu in staat is om ontvangen! We beperken ons hier tot het batterijgedeelte, want over dit delicate en kwetsbare communicatiegedeelte zou men eindeloos kunnen schrijven.
De lader begint nu met het leveren van de afgesproken stroom in een constante stroom – deze fase wordt daarom de constante stroomfase of kortweg CC-fase genoemd. Doordat het “glas” constant vol raakt, neemt ook de vulhoogte toe. De niet-schuimende vloeistofhoogte neemt toe afhankelijk van de glasvorm, d.w.z. langzaam in de “volumineuze” en sneller in de smalle gebieden. En bovendien roert de stroomstroom schuim op, hoe hoger de stroom, hoe meer schuim. Zodra de totale vulhoogte de bovenkant van het glas nadert, dwz de accuspanning de absoluut maximaal toelaatbare spanning bereikt, beginnen lader en accu snel opnieuw te onderhandelen over een nieuw, soepel veranderend stroomprofiel dat de totale vulhoogte net constant bovenaan houdt – de constante spanning of CV-fase. Wat in essentie gebeurt, is dat het stapsgewijs verminderen van de stroom het schuimende deel laat afnemen, terwijl het vloeibare deel kan blijven stijgen. Dit proces wordt in totaal CCCV-laden genoemd.
Stel dat u gewoon volledig zou stoppen met opladen wanneer de spanning voor het eerst de bovenkant bereikt – schuim zou neerslaan en, enigszins verrassend, zou u uw glas na ongeveer 10 tot 30 minuten slechts 85% vol vinden. Het is dus precies zoals het tappen van een bier: CC-bierstroom totdat het schuim de rand raakt, dan vermindering van de bierstroom, waarbij de totale hoogte constant (CV) wordt gehouden, waarbij alleen de vloeistof-tot-schuimverhouding wordt gewijzigd.
