Zullen V2G-activiteiten de levensduur van de batterij van uw EV verminderen?

Ondanks de vele voordelen is een van de grootste twijfels over de toepassing van V2G-technologie dat de levensduur van de batterij van een EV sneller zou kunnen afnemen. De gebruikers zijn van mening dat de batterijen van EV's sneller zouden kunnen slijten naarmate ze meer worden opgeladen en ontladen dan bij normaal gebruik. Hoewel de productiekosten van batterijen voortdurend dalen, maken ze nog steeds tot 40% uit van de totale kosten van een elektrisch voertuig (BEV). Als gebruiker zult u er onmiddellijk de voorkeur aan geven de levensduur van de batterij van uw EV te verlengen om de kosten voor het vervangen van de batterij te drukken. Ook zijn fabrikanten van EV's terughoudend om hun producten te garanderen voor V2G-diensten vanwege de angst voor degradatie van de batterij.Er zijn vele onderzoeken gedaan om te bewijzen dat V2G de batterij al dan niet degradeert. Daarom schrijf ik vanuit het standpunt van een aanbieder van V2G-technologieoplossingen en zal ik de vraag beantwoorden om EV-gebruikers vertrouwen te geven om deel te nemen aan V2G-activiteiten.

Inzicht in V2G-diensten en de voordelen ervan

Vehicle-to-Grid is een tweerichtingsinteractie tussen een elektrisch voertuig en een energiedistributienet. Deze interactie is mogelijk door middel van een verbindingssysteem dat de tweerichtingsstroom van energie en informatie mogelijk maakt.Een van de gangbare communicatie-interfaces wordt de ISO/IEC 15118 genoemd - "een internationale standaard die een voertuig-naar-net (V2G) communicatie-interface defin ieert voor het in twee richtingen opladen/ontladen van elektrische voertuigen." Met behulp van deze V2G-communicatieprotocollen kan een elektrisch voertuig zijn opgeslagen energie naar het net sturen en vice versa wanneer het batterijpak van het voertuig moet worden opgeladen.EV's die deelnemen aan V2G-diensten helpen de efficiëntie van netten te verhogen en de betrouwbaarheid en stabiliteit van het net te verbeteren door middel van diensten zoals load balancing, peak shaving, frequentieregeling en het bieden van ondersteuning voor de integratie van hernieuwbare energie.Uit onderzoek is gebleken dat bestuurders hun auto tot 95% van de dag parkeren. Dus, in plaats van dat energiebedrijven batterijbanken aanleggen voor deze diensten, beschikken EV's over indrukwekkende batterijen met aanzienlijke capaciteiten die we kunnen inzetten. Maar tegen welke prijs?

Hoe EV Batterijen Levensduur Vermindert.

Wanneer men prijs en betrouwbaarheid in overweging neemt, kan men gerust stellen dat de batterij een van de belangrijkste componenten is van een EV. Daarom zijn het verpakkingsontwerp en de elektrodematerialen grondig onderzocht om de levensduur van de batterij en de algemene prestaties nog te verbeteren.Bij normaal gebruik is bewezen dat de kwaliteit en de efficiëntie van batterijen na verloop van tijd afnemen, afhankelijk van het type batterij in kwestie. De soorten accu's die geschikt zijn voor de elektrische voertuigtechnologie zijn onder meer loodzuur- en nikkel-metaalhydride-accu's en lithium-ion-accu's, die aanzienlijke voordelen bieden op het gebied van energiedichtheid, vermogensdichtheid, milieuvriendelijkheid en laadeigenschappen.De meest geprefereerde voor fabrikanten van elektrische voertuigen is echter de lithium-ion-accu, die een hoge energiedichtheid heeft van meer dan 220Wh/kg. Onderzoekers zijn dan ook geneigd deze batterij te gebruiken om vast te stellen of V2G-diensten de levensduur van de batterij verkorten of niet.Uit onderzoek aan de Aston University School of Engineering en vele andere papers blijkt dat lithiumplating, vaste elektrolyt interfase (SEI)-groei en chemische ontleding microscopische verschijnselen zijn van batterijdegradatie. Van deze factoren wordt SEI-vorming algemeen aanvaard als het belangrijkste proces dat batterijdegradatie veroorzaakt. SEI ontstaat aan het oppervlak van de anode als gevolg van de elektrochemische reductie van de elektrolyt, en is essentieel voor de langdurige cyclabiliteit van een lithium-ion batterij. SEI is een passiveringslaag die ontstaat wanneer vloeibaar elektrolyt in contact komt met het elektron-geleidende oppervlak (NE) van een negatieve elektrode. Deze elektrochemische reacties leiden tot een vermindering van de capaciteit of het beschikbare vermogen van de batterij en van de algehele prestaties en efficiëntie van de batterijen.

Kalenderveroudering en cyclusveroudering in accu's voor elektrische voertuigen.

Er zijn twee belangrijke perspectieven om de degradatie van batterijen te meten;

1. de kalenderveroudering
2. de cyclus verouderingsmechanismen.

Kalenderveroudering in EV-batterijen

Met kalenderveroudering worden alle verouderingsprocessen bedoeld waarbij een batterijcel wordt afgebroken zonder dat deze aan een laad-ontlaadcyclus wordt onderworpen. Het is een essentieel element in veel toepassingen met lithium-ionbatterijen, omdat de bedrijfstijden veel korter zijn dan de intervallen van inactiviteit, zoals bij elektrische voertuigen. Bovendien kan de degradatie als gevolg van kalenderveroudering prominent aanwezig zijn in cyclusverouderingsanalyses, vooral wanneer de cyclusdiepten en de stroomsterkte laag zijn. De vorming van passiveringslagen op de elektrode-elektrolyt grensvlakken is het meest voorkomende patroon van kalenderveroudering. Het treedt op wanneer een batterij in rust is - dit is wanneer er geen stroom door de batterij loopt.

Cyclusveroudering in EV-batterijen

Wanneer een batterij wordt opgeladen of ontladen, ondergaat zij cyclische veroudering. Mechanische spanning in de actieve elektrodematerialen of de lithiumplating kunnen tijdens de cyclusveroudering een aanzienlijke verslechtering veroorzaken. De mechanische spanning en rek veroorzaakt door het inbrengen en uitnemen van lithium ionen veroorzaakt voornamelijk structurele ontregeling. Lithiumplating op de negatieve (grafiet) elektrode is het meest representatieve mechanisme voor cyclusveroudering. Wanneer de batterij bij hoge stroomsnelheden of bij lage temperaturen wordt geladen, treedt een diffusiebeperking van de lithiuminsertie op. In plaats van in het grafiet, kan het lithium in deze situatie op de negatieve elektrode worden afgezet. Scheuren van deeltjes en corrosie van de collector zijn twee andere verouderingsmechanismen bij het cyclisch verouderen van lithium-ionbatterijen. Dit type mechanisme komt echter meer voor in extreme gebruikssituaties, zoals zeer hoge stroomsnelheden of zeer diepe ontladingen, dan in normale gebruiksomstandigheden.Bestaat er een verband tussen de twee degradatiemechanismen van batterijen?Aangezien de degradatie van batterijen verschilt naargelang de batterij in rust is of stroom doorloopt, is het moeilijk te bepalen hoe de kalender- en cyclische verouderingseffecten op elkaar inwerken. Wanneer elektrische auto's worden gebruikt, staan zij het grootste deel van de tijd (95% of meer) geparkeerd en is de stroomsterkte door de batterij relatief laag.

Zal V2G uw batterij degraderen?

Volgens een studie van de Universiteit van Warwick hoeft het gebruik van een batterij in een V2G-scenario niet per se schadelijk te zijn voor de prestaties ervan - het kan die zelfs verhogen. De onderzoekers bedachten een V2G-techniek om de degradatie te minimaliseren na simulaties met een "uitgebreid degradatiemodel voor batterijen". Ze ontdekten ook dat, in bepaalde omstandigheden, het overbrengen van energie naar het net de levensduur van batterijen kan verlengen. "Uitgebreide modelresultaten tonen aan dat als een dagelijkse rijcyclus tussen 21% en 38% van de ladingstoestand verbruikt, het ontladen van 40%-80% van de ladingstoestand van de accu naar het net de capaciteitsafname met ongeveer 6% en de vermogensafname met 3% kan minimaliseren over een periode van drie maanden," verklaarden de onderzoekers. Een casestudy van de elektriciteitsvraag voor een representatief universitair kantoorgebouw werd onderzocht met behulp van smart-grid optimalisatie. Volgens de bevindingen kan de smart-grid formulering het capaciteitsverlies van EV-batterijen met 9,1% en het vermogensverlies met 12,1% verminderen.

Conclusie:

Vroeger dacht men dat lithium-ionbatterijen door het gebruik van V2G-technologie sneller zouden degraderen. Maar aan de andere kant is de afbraak van batterijen ingewikkelder - en deze complexiteit kan worden gebruikt om de levensduur van een batterij te verlengen.Deze blog maakt deel uit van een V2X-reeks. Ga verder naar de andere blogs in de serie.

1. Zeven (7) wereldwijde V2X-projecten die u moet kennen.
2. Is V2X een winstgevende onderneming voor belanghebbenden in de energiesector?
3. Hoe EV's zullen helpen om de distributie en transmissie netwerken te stabiliseren.
4. AC versus DC oplaadinfrastructuur voor elektrische voertuigen.
5. Alles wat u moet weten over V1G, V2H, V2B, V2G, en V2X