Beeinträchtigen V2G-Aktivitäten die Lebensdauer der Batterie Ihres Fahrzeugs?

Trotz der vielen Vorteile besteht einer der größten Zweifel am Einsatz der V2G-Technologie darin, dass ihr Betrieb die Lebensdauer der Batterie eines Elektrofahrzeugs verlängern könnte. Die Nutzer sind der Meinung, dass sich die Batterie eines Elektrofahrzeugs schneller entladen könnte, wenn mehr Lade- und Entladevorgänge stattfinden, als bei normaler Nutzung. Obwohl die Produktionskosten für Batterien ständig sinken, machen sie immer noch bis zu 40 % der Gesamtkosten eines Elektrofahrzeugs (BEV) aus, und als Nutzer werden Sie es vorziehen, die Lebensdauer Ihrer Batterie zu verlängern, um die Kosten für den Batteriewechsel zu senken. Außerdem zögern die Hersteller von Elektrofahrzeugen, ihre Produkte für den V2G-Betrieb freizugeben, weil sie eine Schädigung der Batterie befürchten, und es gibt zahlreiche Untersuchungen, die belegen, dass V2G die Batterie schädigt. Daher schreibe ich aus der Sicht eines Anbieters von V2G-Technologien und werde die Frage beantworten, um EV-Nutzern das Vertrauen zu geben, an V2G-Aktivitäten teilzunehmen.

Verständnis der V2G-Dienste und ihrer Vorteile

Vehicle-to-Grid ist eine bidirektionale Interaktion zwischen einem Elektrofahrzeug und einem Energieverteilungsnetz. Eine der gebräuchlichen Kommunikationsschnittstellen ist die ISO/IEC 15118 - "ein internationaler Standard, der eine Vehicle-to-Grid (V2G) Kommunikationsschnittstelle für das bidirektionale Laden/Entladen von Elektrofahrzeugen definiert". Mit Hilfe dieser V2G-Kommunikationsprotokolle kann ein Elektrofahrzeug seine gespeicherte Energie an das Stromnetz senden und umgekehrt, wenn die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden muss. Elektrofahrzeuge, die an V2G-Diensten teilnehmen, tragen dazu bei, die Effizienz der Stromnetze zu steigern und die Zuverlässigkeit und Stabilität des Stromnetzes durch Dienste wie Lastausgleich, Spitzenabdeckung, Frequenzregulierung und Unterstützung bei der Einspeisung erneuerbarer Energien zu verbessern.Untersuchungen haben gezeigt, dass Autofahrer ihre Fahrzeuge bis zu 95 % des Tages parken. Anstatt dass die Energieversorgungsunternehmen Batteriebänke für diese Dienste bauen, verfügen die E-Fahrzeuge über beeindruckende Batterien mit erheblichen Kapazitäten, die wir nutzen können. Aber zu welchem Preis?

Wie sich die Lebensdauer von EV-Batterien verkürzt.

Wenn man Preis und Zuverlässigkeit in Betracht zieht, kann man mit Sicherheit sagen, dass die Batterie eine der wichtigsten Komponenten eines Elektrofahrzeugs ist. Daher wurden das Verpackungsdesign und die Elektrodenmaterialien gründlich erforscht, um die Langlebigkeit und die allgemeine Leistung der Batterie weiter zu verbessern. Es isterwiesen, dass die Qualität und Effizienz von Batterien im Laufe der Zeit abnimmt, je nachdem, um welchen Batterietyp es sich handelt. Zu den für die Elektrofahrzeugtechnik geeigneten Batterietypen gehören Bleisäure- und Nickel-Metallhydrid-Batterien sowie Lithium-Ionen-Batterien, die erhebliche Vorteile in Bezug auf Energiedichte, Leistungsdichte, Umweltfreundlichkeit und Ladeeigenschaften aufweisen. Die von den Elektrofahrzeugherstellern bevorzugte Batterie ist jedoch die Lithium-Ionen-Batterie, die eine hohe Energiedichte von über 220Wh/kg aufweist. Aus den Forschungsergebnissen der Aston University School of Engineering und vielen anderen Veröffentlichungen geht hervor, dass Lithiumplattierung, Wachstum der festen Elektrolytinterphase (SEI) und chemische Zersetzung mikroskopische Phänomene der Batteriedegradation sind. Von den oben genannten Faktoren wird die SEI-Bildung allgemein als der Hauptprozess angesehen, der die Degradation der Batterie verursacht. Die SEI entsteht auf der Oberfläche der Anode als Ergebnis der elektrochemischen Reduktion des Elektrolyten und ist für die langfristige Zyklierbarkeit einer Lithium-Ionen-Batterie von wesentlicher Bedeutung. Die SEI ist eine Passivierungsschicht, die sich bildet, wenn ein flüssiger Elektrolyt mit der elektronenleitenden Oberfläche (NE) einer negativen Elektrode in Kontakt kommt. Diese elektrochemischen Reaktionen führen zu einer Verringerung der Batteriekapazität bzw. der verfügbaren Leistung sowie der Gesamtleistung und Effizienz der Batterien.

Kalenderalterung und Zyklusalterung in Elektrofahrzeugbatterien.

Es gibt zwei Hauptperspektiven für die Messung der Batteriedegradation;

1. die kalendarische Alterung
2. die Alterungsmechanismen des Zyklus.

Kalenderalterung in EV-Batterien

Unter kalendarischer Alterung versteht man alle Alterungsprozesse, die dazu führen, dass sich eine Batteriezelle verschlechtert, ohne dass sie einem Lade-/Entladezyklus unterzogen wird. Sie ist bei vielen Lithium-Ionen-Batterieanwendungen von entscheidender Bedeutung, da die Betriebszeiten sehr viel kürzer sind als die Leerlaufintervalle, z. B. bei Elektrofahrzeugen. Darüber hinaus kann die Verschlechterung aufgrund der Kalenderalterung in Zyklusalterungsanalysen deutlich hervortreten, insbesondere wenn die Zyklustiefe und die Stromstärke gering sind. Die Bildung von Passivierungsschichten an den Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen ist das häufigste Muster der kalendarischen Alterung. Sie tritt auf, wenn sich eine Batterie im Ruhezustand befindet - das heißt, wenn kein Strom durch die Batterie fließt.

Zyklusalterung in EV-Batterien

Wenn eine Batterie geladen oder entladen wird, unterliegt sie einer zyklischen Alterung. Mechanische Belastungen der aktiven Elektrodenmaterialien oder der Lithiumbeschichtung können während der zyklischen Alterung zu einer erheblichen Verschlechterung führen. Die durch das Einbringen und Herausziehen von Lithiumionen verursachten mechanischen Spannungen und Dehnungen führen in erster Linie zu strukturellen Unregelmäßigkeiten. Lithiumplattierung auf der negativen (Graphit-)Elektrode ist der repräsentativste Zyklusalterungsmechanismus. Wenn die Batterie mit hohen Stromstärken oder bei niedrigen Temperaturen geladen wird, kommt es zu einer Diffusionsbegrenzung der Lithiumeinlagerung. Anstatt in den Graphit eingelagert zu werden, kann sich das Lithium in dieser Situation an der negativen Elektrode ablagern. Partikelrissbildung und Kollektorkorrosion sind zwei weitere Alterungsmechanismen in Lithium-Ionen-Batterien. Diese Art von Mechanismus tritt jedoch eher in extremen Nutzungssituationen auf, wie z. B. bei sehr hohen Stromstärken oder sehr tiefen Entladungen, als unter normalen Nutzungsbedingungen.Gibt es Zusammenhänge zwischen den beiden Degradationsmechanismen von Batterien?Da die Degradation der Batterie unterschiedlich ist, je nachdem, ob sie sich in Ruhe befindet oder von Strom durchflossen wird, ist es schwierig herauszufinden, wie die Effekte der kalendarischen und zyklischen Alterung zusammenwirken. Wenn Elektroautos betrieben werden, verbringen sie die meiste Zeit (95 Prozent oder mehr) im Stand, und die Stromstärke der Batterie ist relativ gering.

Belastet V2G Ihre Batterie?

Laut einer Studie der University of Warwick schadet der Einsatz einer Batterie in einem V2G-Szenario nicht unbedingt ihrer Leistung - er kann sie sogar erhöhen. Die Forscher entwickelten eine V2G-Technik zur Minimierung der Degradation, nachdem sie Simulationen mit einem "umfassenden Batteriedegradationsmodell" durchgeführt hatten. Sie entdeckten auch, dass die Übertragung von Energie ins Netz unter bestimmten Umständen die Lebensdauer der Batterie verlängern kann. "Umfassende Modellierungsergebnisse zeigen, dass bei einem täglichen Fahrzyklus, der zwischen 21 % und 38 % des Ladezustands verbraucht, die Entladung von 40 % bis 80 % des Ladezustands der Batterie in das Netz den Kapazitätsabfall um etwa 6 % und den Leistungsabfall um 3 % über einen Zeitraum von drei Monaten minimieren kann", so die Forscher.In einer Fallstudie wurde der Strombedarf eines repräsentativen Bürogebäudes der Universität mit Hilfe der Smart-Grid-Optimierung untersucht. Den Ergebnissen zufolge kann die Smart-Grid-Formulierung den Kapazitätsabfall von EV-Batterien um bis zu 9,1 % und den Leistungsabfall um 12,1 % reduzieren.

Schlussfolgerung:

Bisher wurde davon ausgegangen, dass der Einsatz der V2G-Technologie zu einer schnelleren Degradation von Lithium-Ionen-Batterien führt. Andererseits ist die Degradation von Batterien komplizierter - und diese Komplexität kann genutzt werden, um die Lebensdauer einer Batterie zu verlängern.Dieser Blog ist Teil einer V2X-Serie. Fahren Sie mit den anderen Blogs der Serie fort.

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