Деградация АКБ электромобиля: стоит ли переживать из-за этого?

Все, кто планирует купить электромобиль, так или иначе рассматривают три ключевых критерия будущей покупки: цену, запас хода и срок службы аккумуляторной батареи.

Если судить по влиянию на эксплуатационные характеристики электрокара, главным критерием этой тройки, является срок службы АКБ, который определяется: жизненным циклом, производительностью и здоровьем аккумулятора.

Сколько времени прослужит аккумуляторная батарея электромобиля?

Ответ на этот вопрос может быть очень неоднозначным, если учитывать то, какую степень деградации АКБ водитель считает для себя приемлемым.

Производители обычно указывают стандартные для всех АКБ гарантийные обязательства, определяя их в среднем в 8 лет или 160 000 км пробега. Эти цифры могут отличаться в зависимости от производителя и страны реализации, но в любом случае очень значительный срок заявленный производителями внушает определенный оптимизм.

Чтобы обеспечить положительный опыт использования и 8 лет надежной работы, в электромобилях есть понятие размера батареи брутто и нетто. Владельцу электрокара заявляется емкость батареи нетто, а со временем буферные ячейки разблокируются, тем самым обеспечивается идентичный запас хода даже после 6 лет активных поездок. Практически все производители ограничивают верхний порог зарядки, другими словами на экране вы видите заряд 100%, но практически батарея заряжена до 95%, это дополнительная мера защиты от проявлений деградации. Например:

• в Audi e-tron 55 размер буфера составляет 9кВт*часов: полная батарея – 95kWh, а доступная к использованию – 86kWh.
• У спортивного седана Audi e-tron GT общая емкость батареи 93.4 кВт-ч, а доступная часть (Net battery capacity) – 83.7 кВт*ч.
• У европейского электромобиля VW ID4 батарея "брутто" - 83 кВтч, а доступно в течение всего времени эксплуатации - 77 кВтч.

Однако не лишним будет узнать, как быстро происходит деградация батареи и как сократить эти потери.

Здоровье АКБ: в чем процесс деградации батареи?

Деградация АКБ – это процесс, который нам известен по использованию смартфонов, ноутбуков и других гаджетов с литий-ионными батареями. Все мы замечаем, что с годами наши гаджеты поддерживают все меньше и время их автономной работы неуклонно сокращается. В этом плане электромобили ничем не отличаются от смартфонов и ноутбуков, потому что их АКБ также подвержена деградации.

Но, если смартфон мы заряжаем до физических 100% (из-за малого размера батареи и ее низкой цены), то электромобиль мы можем зарядить только физически до 90-95% (именно ту часть netto которая доступна водителю) и на дисплее уже будет отметка 100 процентов. Деградация происходит на верхних уровнях заряда и разряда, что делается невозможным из-за политики автопроизводителя.

Фактически мы покупаем часть батареи, которую никогда не сможем использовать!

Деградация АКБ - процесс уменьшения количества энергии, на хранение и выдачу которой способна батарея.

Для определения состояния (здоровья) батареи (степени деградации) есть специальный параметр под названием «State Of Health» (SOH). У здоровой батареи в начале эксплуатации SOH составляет 100% и постепенно снижается по мере активности использования АКБ.

Здесь следует оговориться и сказать, что SOH это не то же самое, что запас хода электрокара, который зависит от ряда факторов не обязательно связанных со здоровьем АКБ.

Что влияет на здоровье аккумулятора?

Согласно множеству практических исследований, а также пользовательским опытом огромного количества владельцев электромобилей, определены следующие факторы, влияющие на SOH АКБ:

• срок службы;
• эксплуатация при высоких температурах;
• частая эксплуатация электрокара на минимуме зарядки;
• долговременное хранение электромобиля со 100% зарядом;
• частое использование мощных станций постоянного тока.

BMS - система разумной зарядки для защиты от деградации?

Каждая батарея электромобиля оснащена контроллером BMS (Battery Management System), регулирующим скорость зарядки на всем диапазоне. Инженеры автопроизводителей тестируют батарею и закладывают параметры, по которым аккумулятор прослужит максимальный срок. Здесь учитываются факторы размера батареи, запаса "буфера", типа химии, нагрев каждой ячейки, температура за бортом, история поездки и многие другие параметры, чтобы обеспечить 8 лет гарантии.

Кривая зарядка Jaguar i-pace на станциях 100+ кВт и 50кВт.

Когда вредит скоростная станция постоянного тока?

Зная следующие простые правила, вы можете комфортно путешествовать без страха деградации.

• Общеизвестен факт, что зарядка литий ионных батарей мощностью 1С постепенно начинает влиять на состояние химических элементов (С – capacity, емкость батареи). То есть для Nissan Leaf скоростной считается зарядка от 24кВт, а для VW ID4 – станция выше 90кВт. BYD Tang может принимать высокую мощность до 99%, так как высоковольтная батарея на химии LifePo4
• После активной поездки, электромобилям без теплового насоса, лучше подождать 15 мин перед началом зарядки на станции высокой мощности HPC DC.
• Даже скоростная зарядка 250кВт не влияет на деградацию когда зарядка происходит в диапазоне 30% - 70%, ведь нет дефицита электронов на стороне катода и анода, простыми словами зарядка происходит легко для батарейки.

Зарядка постоянным током на быстрых зарядных станциях повышает темпы деградации на автомобилях без теплового насоса, когда это происходит до 100% после активной поездки. Однако автопроизводители учитывают это программно ограничивая зарядную мощность с помощью системы BMS.

Как свидетельствуют проведенные исследования и анализ данных, батареи в процессе эксплуатации производят устойчивый уровень своего состояния, которое при корректной эксплуатации может оставаться относительно стабильным долгое время. То есть, даже с учетом неизбежной деградации, батареи современных электромобилей могут прослужить дольше, чем заявляют производители, особенно если речь идет о LFP Литий-железо-фосфатные батареи.

Также отмечается, что средняя деградация батареи выявляется в 2,3%. Другими словами, электромобиль с запасом хода около 250 км, за пять лет деградации батареи теоретически потеряет менее 30 км пробега, но с учетом разблокированных запасных ячеек - фактический запас будет почти идентичен начальному.

Исследования обнаружили, что процесс деградации батареи электрокара является нелинейным. Сама деградация протекает следующим образом: в первый год эксплуатации мы видим самое заметное падение емкости батареи, а затем снижение здоровья происходит умеренными темпами, поскольку производится упомянутый выше устойчивый уровень состояния АКБ. Поскольку в современных электромобилях запас пробега будет идентичен, то определить реальную деградацию можно только диагностическим оборудованием на СТО.

Тепловой насос - эффективный термоменеджмент для защиты от деградации

Определяющее влияние на темпы деградации оказывает химия батареи и наличие/отсутствие систем температурного контроля, которые могут быть воздушными и жидкостными. На примерах это выглядит следующим образом, АКБ Tesla Model S 2015 с жидкостным охлаждением деградирует со среднегодовыми показателями в 2,3%, а вот батарея Nissan Leaf 2015, но уже с воздушным охлаждением, деградирует со скоростью 4,2%. Вывод напрашивается сам собой, ВВБ с тепловым насосом лучше охлаждаются и дольше прослужат в плане хранения емкости.

Разряжать батарею в ноль не самый лучший вариант для городского авто с небольшой батарейкой. Поэтому все производители электрокаров страхуют от этого водителей, предлагая "пользовательский SOC", который еще называют буферным. Как говорили ранее, производители предоставляют меньшую рабочую емкость АКБ, замедляя тем самым темпы деградации.

Интенсивное управление не усиливает темпы деградации на электромобилях с емкостью 60кВт*ч и выше, поэтому владельцы современных электрокаров иногда могут позволить себе "педаль в пол".

Критически важным для деградации АКБ является температурный режим использования. Достоверно известно, что электромобили, эксплуатируемые при высоких температурах, ощущают более быструю деградацию АКБ, чем используемые в умеренном климате.

В качестве вывода можно сказать, если вы будете учитывать все описанные аспекты быстрой зарядки, то сможете максимально долго сохранить наилучшее состояние батареи с минимальной деградацией.