A gdyby zadać to samo pytanie, gdyby chodziło o twego … smartfona?
Co siedzi w baterii auta elektrycznego?
Bateria auta elektrycznego to jego najważniejszy i najdroższy komponent. Obecnie koszt baterii litowo-jonowej to 20-40% wartości samochodu. To od jej jakości i pojemności zależy zasięg naszego auta.
Użytkując elektryka, lub zamierzając go kupić warto wiedzieć jak jest zbudowana i jak zadbać o jej bezpieczne i długie użytkowanie. Obecnie w pojazdach elektrycznych stosowane są głównie baterie litowo-jonowe, które dzielą się na kilka podkategorii:
Litowo-manganowe (LMO), ich cechy to niskie koszty produkcji, mniejsza pojemność energetyczna w porównaniu do innych typów baterii litowo-jonowych, dobra stabilność termiczna i bezpieczeństwo. Są stosowane głównie w hybrydach i mniejszych pojazdach elektrycznych, czyli elektrykach wolnobieżnych.
Litowo-niklowo-kobaltowo-manganowe (NMC) to najpopularniejszy typ baterii w samochodach elektrycznych. Cechują się wysoką pojemnością energetyczną i gęstością energii, dobrą równowagą między wydajnością, a ceną. Obecnie stosowane w szerokiej gamie pojazdów elektrycznych, od kompaktowych aut miejskich po duże SUV-y.
Litowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA) charakteryzują się bardzo wysoką gęstością energii, ale za to mniejszą stabilnością termiczną w porównaniu do baterii NMC. Są stosowane głównie w wyczynowych samochodach elektrycznych i tych o dużym zasięgu.
Litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) to najbezpieczniejszy typ baterii litowo-jonowych charakteryzujący się dłuższą żywotnością, ale mniejszą gęstością niż baterie NMC i NCA. Stosowane głównie w autobusach elektrycznych, ciężarówkach i innych pojazdach użytkowych, gdzie bezpieczeństwo i żywotność są priorytetem.
Baterie litowo-siarkowe to nowa technologia. Badania obiecują bardzo wysoką gęstość energii, co umożliwi znaczące wydłużenie zasięgu. Póki co trudne do produkcji na skalę masową.
Baterie składają się z ogniw i modułów
Ogniwa są połączone w serie i równolegle, tworząc moduły. Pozwala to na zwiększenie pojemności i napięcia baterii. Moduły są wyposażone w systemy bezpieczeństwa, takie jak bezpieczniki i zawory przelewowe. Moduły są połączone ze sobą i umieszczone w obudowie, tworząc pakiet baterii. Obudowa chroni ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi i czynnikami zewnętrznymi. Pakiet baterii jest wyposażony w system zarządzania baterią (BMS), który monitoruje stan ogniw i reguluje ich ładowanie i rozładowywanie. Zaawansowane technologicznie baterie mają również system chłodzenia (zwykle cieczowy), który reguluje temperaturę baterii, aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo.
Czym jest degradacja baterii i uszkodzenie celi?
Degradacja baterii w samochodach elektrycznych to naturalny proces utraty pojemności i wydajności baterii z biegiem czasu. Oznacza to, że samochód będzie miał mniejszy zasięg na jednym ładowaniu, a bateria może nie działać tak sprawnie jak kiedyś.
Jest kilka czynników, które mogą wpływać na tempo degradacji baterii, są to:
Liczba cykli ładowania,
czyli im więcej razy bateria jest ładowana i rozładowywana, tym szybciej będzie się zużywać.
Głębokość rozładowania.
Głębokie rozładowanie baterii (do niskiego poziomu naładowania) może przyspieszyć jej degradację.
Temperatura.
Wysokie temperatury mogą również negatywnie wpływać na żywotność baterii.
Szybkie ładowanie
generujące ciepło, które może przyspieszyć degradację baterii.
Sposób jazdy.
Agresywna jazda z częstym przyspieszaniem i hamowaniem może również szybciej zużywać baterię.
Jak zatem zminimalizować degradację baterii?
Należy unikać głębokich rozładowań, czyli powinniśmy doładować baterię, gdy poziom naładowania spadnie do około 20%. Nie należy ładować baterii do pełna, zaleca się ładowanie baterii do około 80%. Należy chronić baterię przed ekstremalnymi temperaturami. Najlepiej parkować samochód w garażu lub w cieniu, aby chronić baterię przed dodatkowym nagrzewaniem się. Należy unikać szybkiego ładowania i korzystać z niego tylko wtedy, gdy jest to konieczne.
Drugim najczęściej występującym problemem w bateriach aut elektrycznych jest uszkodzenie celi, czyli pojedynczego ogniwa w baterii. Ten rodzaj uszkodzenia jest najczęściej wyłapywany w procesie produkcji i kontroli jakości. Natomiast problem „przemycony” w sprzedanym aucie objawia się najczęściej tym, że auto traci zasilanie w nieoczekiwanym momencie tj. gdy komputer pokazuje, że bateria ma jeszcze zapas pojemności. Jest to sytuacja niebezpieczna, gdyż pojazd niespodziewanie wyłącza się. Użytkowałem i testowałem sporo pojazdów elektrycznych przez ostatnie 6 lat. Sytuacja taka zdarzyła mi się dwukrotnie: w samochodzie TESLA X bateria przestawała zasilać auto przy wskazaniu 8% pojemności i w hulajnodze elektrycznej Blaupunkt ESC910, w której prąd przestawał płynąć przy około 20% pojemności.
Zła eksploatacja baterii również może doprowadzić do uszkodzenia celi. Powodem może być: nadmierne rozładowanie (tzw. głębokie rozładowanie), przeładowanie, czyli ładowanie baterii dłużej niż jest to zalecane lub prądem o zbyt dużym natężeniu i wreszcie uszkodzenia mechaniczne czyli uderzenia, upadki lub zgniecenia baterii, które prowadzą do uszkodzenia fizycznego ogniw. Niezależnie co jest powodem uszkodzenia celi, w razie jego wystąpienia powinniśmy natychmiast zaprzestać użytkowania takiej baterii. Uszkodzenia celi objęte są gwarancją w okresie nią przewidzianą i producent jest wtedy zobowiązany wymienić całą baterię na nową. Większość producentów samochodów elektrycznych oferuje gwarancję na baterie, która zwykle obejmuje spadek pojemności o określony procent (np. 70%) w ciągu określonego czasu (np. 8 lat lub 160 000 km). W przypadku, gdy pojemność baterii spadnie poniżej poziomu objętego gwarancją, może być konieczna jej wymiana. Koszt wymiany baterii po gwarancji może być wysoki, dlatego ważne jest, aby dbać o baterię i zmaksymalizować jej żywotność.
Coraz większa popularność aut elektrycznych i dostępność technologii, powoduje, że pojawiają się pierwsze warsztaty samochodowe, które naprawiają/regenerują baterie. Nie są to jednak stacje autoryzowane i należy mieć to na uwadze.
Jak degradują się baterie?
Największe doświadczenie w produkcji i użytkowaniu zaawansowanych baterii do aut elektrycznych poza firmami z Chin, ma TESLA.
Raport Tesli Impact Report opublikowany w maju 2024 roku, opisuje kwestie trwałości baterii w samochodach tej marki. Badania wykazały, że nawet po 320 000 km (czyli około 200 000 mil, co odpowiada średniemu okresowi użytkowania auta w USA), akumulatory w Modelu 3 i Modelu Y tracą średnio zaledwie 15% pojemności. W Modelu S i X spadek ten jest jeszcze mniejszy i wynosi średnio 12%.
Raport podkreśla również, że baterie Tesli dobrze znoszą chłodniejszy klimat, wykazując lepszą trwałość w porównaniu do cieplejszych regionów. Przykładowo, baterie używane w Kanadzie są trwalsze niż te w USA. Podobne wyniki badań uzyskano w Norwegii, gdzie mimo surowego klimatu, auta TESLI cieszą się największą popularnością, a w tym skandynawskim kraju auta elektryczne stanowią już 85% wszystkich sprzedawanych aut.
Dla porównania, przeciętny Europejczyk pokonuje rocznie 10 000 – 15 000 km. Oznacza to, że pokonanie dystansu 320 000 km zajmie mu średnio około 20 lat. Auta elektryczne nie mają jeszcze takiej metryki, a zatem w przyszłości przekonamy się jak maksymalnie długo da się jeździć autami elektrycznymi na jednej baterii.
Technologia baterii do samochodów elektrycznych stale się rozwija i nowe baterie są coraz bardziej wydajne i odporne na degradację. Można się spodziewać, że w przyszłości baterie będą miały dłuższą żywotność i będą objęte dłuższymi gwarancjami. Przykładem jest brytyjski startup Nyobolt EV z siedzibą w Cambridge, który ogłosił niedawno przełom w technologii akumulatorów i ładowania pojazdów elektrycznych. Opracowana przez nich metoda pozwala naładować baterię 35 kWh do 80% w zaledwie 4 minuty i 37 sekund, bez negatywnego wpływu na jej żywotność.
Technologia ta ma znacząco zapobiec degradacji baterii. Ogniwa były testowane przez 4000 cykli bez zauważalnego spadku pojemności. Osiągnięto to dzięki temu, że skład chemiczny ogniw i system chłodzenia ograniczają temperaturę do 60°C, nawet przy bardzo szybkim ładowaniu prądem stałym o mocy 350 kW pod napięciem 800 V.
Postęp technologiczny doprowadzi nas wkrótce do bardziej wydajnych i wolniej degradujących się baterii, ale to nie zwalnia nas od dbania o nie. Zatem użytkując jakąkolwiek baterię litowo -jonową, czy to w samochodzie elektrycznym, hulajnodze, rowerze elektrycznym, laptopie czy smartfonie pamiętajmy, że nie lubią one przeładowania, całkowitego rozładowania, ładowania dużym prądem i przegrzewania.
fot. Adrian Newell
