Деградація АКБ електромобіля: чи варто переживати через це?

Всі, хто планує купити електромобіль так чи інакше розглядають три ключові критерії майбутньої покупки: ціну, запас ходу та термін служби акумуляторної батареї.

Якщо судити з впливу на експлуатаційні характеристики електрокара, найголовнішим критерієм цієї трійки, є термін служби АКБ, який визначається: життєвим циклом, продуктивністю та здоров'ям акумулятора.

Скільки часу прослужить акумуляторна батарея електромобіля?

Відповідь на це питання може бути дуже неоднозначною, якщо враховувати те, який ступінь деградації АКБ водій вважає для себе прийнятним.

Виробники зазвичай вказують стандартні для всіх АКБ гарантійні зобов'язання, визначаючи їх в середньому в 8 років або 160 000 км пробігу. Ці цифри можуть відрізнятися залежно від виробника та країни реалізації, але в будь-якому випадку дуже значний термін заявлений виробниками вселяє певний оптимізм.

Щоб забезпечити позитивний досвід використання і 8 років надійної роботи, в електромобілях є поняття розміру батареї брутто і нетто. Власнику електрокара заявляється ємність батареї нетто, а з часом буферні комірки розблоковуються, тим самим забезпечується ідентичний запас ходу навіть після 6 років активних поїздок. Майже всі виробники обмежують верхній поріг заряджання, тобто на дисплеї ви бачите заряд 100%, але фактично батарея заряджена до 95%, це додаткова міра захисту від проявів деградації. Наприклад:

• в Audi e-tron 55 розмір буферу складає 9 кВт*годин: повна батарея - 95kWh, а доступна до використання - 86kWh.
• У спортивного седана Audi e-tron GT загальна ємність батареї 93.4 кВт-год, а доступна частина (Net battery capacity) - 83.7 кВт-год.
• У європейського електромобіля VW ID4 батарея "брутто" - 83 кВтч, а доступно протягом всього часу експлуатації - 77 квтч.

Однак не зайвим буде дізнатися, як швидко відбувається деградація батареї і як скоротити ці втрати.

Здоров'я АКБ: у чому полягає процес деградації батареї?

Деградація АКБ - це процес, який нам відомий щодо використання смартфонів, ноутбуків та інших гаджетів з літій-іонними батареями. Всі ми помічаємо, що з роками наші гаджети підтримують заряд дедалі менше і час їхньої автономної роботи неухильно скорочується. У цьому плані електромобілі нічим не відрізняються від смартфонів і ноутбуків, тому що їх АКБ також схильна до деградації.

Але, якщо смартфон ми заряджаємо до фізичних 100% (через малий розмір батареї і її низьку ціну), то електромобіль ми можемо зарядити тільки фізично до 90-95% (саме ту частину netto яка доступна водію) і на дисплеї вже буде позначка 100 відсотків. Деградація відбувається на верхніх рівнях заряду і розряду, що унеможливлюється через політику автовиробника.

Фактично ми купуємо частину батареї яку ніколи не зможемо використати!

Деградація АКБ - процес зменшення кількості енергії, на зберігання та видачу якої здатна батарея.

Для визначення стану (здоров'я) батареї (ступеня деградації) є спеціальний параметр під назвою «State Of Health» (SOH). У здорової батареї на початку експлуатації SOH становить 100% і поступово знижується в міру активності використання АКБ.

Тут слід зробити застереження і сказати, що SOH це не те ж саме, що запас ходу електрокара, який залежить від ряду факторів не обов'язково пов'язаних з здоров'ям “АКБ”.

Що впливає на здоров'я акумулятора?

Згідно з безліччю практичних досліджень, а також користувальницьким досвідом величезної кількості власників електромобілів, визначено наступні фактори, що впливають на SOH АКБ:

• термін служби;
• експлуатація при високих температурах;
• часта експлуатація електрокара на мінімумі зарядки;
• довготривале зберігання електромобіля з 100% зарядом;
• часте використання потужних станцій постійного струму.

BMS - система розумного заряджання для захисту від деградації?

Кожна батарея електромобіля оснащена контролером BMS (Battery Management System), який регулює швидкість заряджання на всьому діапазоні. Інженери автовиробників тестують батарею і закладають параметри, за яких акумулятор прослужить максимальний термін. Тут враховуються фактори розміру батареї, запасу "буфера", типу хімії, нагрів кожної комірки, температура за бортом, історія поїздки, та багато інших параметрів, щоб забезпечити 8 років гарантії.

Крива заряджання Jaguar i-pace на станціях 100+ кВт і 50кВт.

Коли шкодить швидкісна станція постійного струму?

Знаючи наступні прості правила, ви можете комфортно подорожувати без страху деградації.

• Загальновідомий факт, що зарядка літій іонних батарей потужністю 1С поступово починає впливати на стан хімічних елементів (С - capacity, ємність батареї). Тобто для Nissan Leaf швидкісною вважається зарядка від 24кВт, а для VW ID4 - станція вище 90кВт. BYD Tang може приймати високу потужність до 99% бо високовольтна батарея на хімії LifePo4.
• Після активної поїздки, електромобілям без теплового насоса, краще зачекати 15хв перед початком заряджання на станції високої потужності HPC DC.
• Навіть швидкісна зарядка 250кВт не впливає на деградацію коли, заряджання відбувається в діапазоні 30% - 70%, адже немає дефіциту електронів на стороні катода і анода, простими словами заряджання відбувається легко для батарейки.

Заряджання постійним струмом на швидких зарядних станціях підвищує темпи деградації на автомобілях без теплового насоса, коли це відбувається до 100% після активної поїздки. Проте автовиробники враховують це, програмно обмежуючи зарядну потужність за допомогою системи BMS.

Як свідчать проведені дослідження та аналіз даних, батареї в процесі експлуатації виробляють стійкий рівень свого стану, який при коректній експлуатації може залишатися відносно стабільним довгий час. Тобто навіть з урахуванням неминучої деградації, батареї сучасних електромобілів можуть прослужити довше, ніж заявляють виробники, особливо якщо мова йде про LFP Літій-залізо-фосфатні батареї.

Також наголошується, що середня деградація батареї виявляється у 2,3%. Іншими словами, електромобіль із запасом ходу близько 250 км, за п'ять років деградації батареї теоритично втратить менше ніж 30 км пробігу, але з врахуванням розблокованих запасних комірок - фактичний запас буде майже ідентичний початковому.

Дослідження виявили, що процес деградації батареї електрокара є нелінійним. Сама деградація протікає наступним чином: у перший рік експлуатації ми бачимо найпомітніше падіння ємності батареї, а згодом зниження здоров'я відбувається помірними темпами, оскільки виробляється згаданий вище стійкий рівень стану АКБ. Оскільки в сучасних електромобілях запас пробігу буде ідентичний, то визначити реальну деградацію можливо тільки діагностичним обладнанням на СТО.

Тепловий насос - ефективний термоменеджмент для захисту від деградації

Визначальний вплив на темпи деградації має хімія батареї та наявність/відсутність систем температурного контролю, які можуть бути повітряними та рідинними. На прикладах це виглядає наступним чином, АКБ Tesla Model S 2015 з рідинним охолодженням деградує з середньорічними показниками в 2,3%, а ось батарея Nissan Leaf 2015, але вже з повітряним охолодженням, деградує з швидкістю 4,2%. Висновок напрошується сам собою, ВВБ з тепловим насосом краще охолоджуються і довше прослужать у плані збереження ємності.

Розряджати батарею в нуль не найкращий варіант для міського авто з невеликою батарейкою. Тому всі виробники електрокарів страхують від цього водіїв, пропонуючи "користувацький SOC", який ще називають буферним. Як говорили раніше, виробники надають меншу робочу ємність АКБ, уповільнюючи цим темпи деградації.

Інтенсивне керування не посилює темпи деградації на електромобілях з ємністю 60кВт*г і вище, тому власники сучасних електрокарів іноді можуть дозволити собі “педаль у підлогу”.

Критично важливим для деградації АКБ є температурний режим використання. Достеменно відомо, що електромобілі, які експлуатуються при високих температурах, відчувають швидшу деградацію АКБ, ніж ті, які використовуються в помірному кліматі.

В якості висновку можна сказати, якщо ви враховуватимете всі описані аспекти швидкого заряджання, то зможете максимально довго зберегти найкращий стан батареї з мінімальною деградацією.