Ako udržiavať kapacitu batérie vášho elektronického automobilu - Energiedienst-Blog

Batéria, ktorá uchováva elektrinu, je dôležitým komponentom v elektrických autách a je tiež drahá. Kapacita kilowatthodiny lítium-iónovej batérie stojí v súčasnosti okolo 150 až 200 eur. Pri kapacitách 30 až 100 kWh, ktoré sú zabudované do bežných automobilov, zaplatíte za samotnú batériu 5 000 až 20 000 eur. Aj keď je to celkovo podstatne menej ako pred piatimi rokmi, keď bola cena dvakrát vyššia, batéria zostáva v dnešnej dobe rozhodujúcim činiteľom nákladov pri stanovovaní cien elektromobilov.

Nie je preto prekvapením, že najmä tento komponent určí v budúcnosti hodnotu ojazdeného elektromobilu. V súčasnosti používané lítium-iónové systémy majú jednu vlastnosť, ktorá nemusí nevyhnutne prispievať k udržaniu ich hodnoty: strácajú dostupnú kapacitu. Konkrétne to znamená stratu kapacity pre batériový systém, ktorý sa zvyčajne skladá z mnohých jednotlivých batériových článkov a je vybavený elektronickým monitorovaním (takzvaný systém správy batérií, BMS): Postupne s ním možno uložiť čoraz menej nabitia.

Na „zdravie“ batériového systému majú vplyv veľmi odlišné faktory. Tieto faktory pôsobia jednotlivo alebo spoločne na fyziku batérie a v rôznej miere určujú jej postupnú stratu kapacity. Výpočet tohto všetkého správne nie je nijakou maličkosťou kvôli zložitosti, a preto sme vyhľadali odbornú radu od Stephana Rohra, ktorý pracuje ako vedec na Technickej univerzite v Mníchove. Rohr tam vedie tím 10 zamestnancov na katedre automobilovej technológie (FTM), aby dosiahli životnosť batérií a to, ako na ne vplývajú nevyhnutné fyzické procesy alebo chyby, ktorým sa dá predísť počas používania.

Fyzika lítium-iónovej batérie

Pri súčasnom dizajne lítium-iónovej batérie migrujú lítiové ióny z katódy na anódu a samozrejme naopak, v závislosti od toho, či sa batéria nabíja alebo vybíja. Dva póly napätia sú oddelené separačnou membránou, cez ktorú musia prechádzať ióny. Kobalt, grafit, nikel, kremík - okrem lítia sa veľa kovov používa v čistej forme alebo ako oxidy kovov. Elektrochemický proces prebiehajúci v batérii nie je po celú dobu statický, ale materiály a ich zloženie sa menia, navzájom reagujú a samozrejme na vonkajšie vplyvy.

Faktor stresu 1: Kalendárny čas

Množstvo elektriny uloženej v lítium-iónových batériách sa časom zhoršuje, a to aj bez použitia. Nastávajú takzvané parazitné, nezvratné chemické reakcie, ktoré dokonca rýchlo viedli k úplnej strate batérií prvej generácie. Teraz to máme oveľa lepšie pod kontrolou. Čistý čas preto teraz zohráva menšiu úlohu pri zhoršovaní kapacity. Napriek tomu sa dá povedať: čím je batéria staršia, tým je jej kapacita nižšia.

Faktor stresu 2: teplota

„Teplota batérie počas skladovania, nabíjania a vybíjania je zásadná pre jej zdravie,“ hovorí Stephan Rohr. Teploty od -10 do +40 stupňov sú vo všeobecnosti absolútnymi minimálnymi a maximálnymi limitmi, ktorým by mala byť batéria počas prevádzky vystavená. Hodnoty nižšie alebo vyššie ju môžu vážne poškodiť. Preto majú batériové systémy v elektromobiloch zodpovedajúcu reguláciu teploty. Takto je zaistené, že batéria je vždy správne zahriata alebo ochladená. Aká je však optimálna teplota? Stephan Rohr: „Optimálna prevádzková teplota pre batériu je tá, s ktorou sa ľudia cítia najpríjemnejšie - okolo 20 stupňov. 10 stupňov je však ešte lepších na samotné skladovanie, keď ho nepoužívate. “

Faktor stresu 3: nabíjacie cykly

Čím častejšie sa batéria nabíja a potom vybíja, tým viac to negatívne ovplyvňuje jej kapacitu. Na scéne elektromobilov kolujú počty 1 000 až 2 000 takzvaných nabíjacích cyklov, ktoré batéria vydrží nepoškodená. Potom sa začne zhoršovať zdravotný stav batérie. Stephan Rohr nemôže potvrdiť také všeobecné informácie: „Pojem nabíjací cyklus je nielen mimoriadne nepresný, ale aj veľmi zavádzajúci. Nikto nevie presne, čo to v skutočnosti znamená. “Problém je: Teoreticky cyklus nabíjania znamená, že prázdna batéria je nabitá z 0 na 100%. Takéto správanie 0-100 sa bežne vyskytuje iba zriedka, pretože batérie nie sú nikdy úplne vybité a zvyčajne nie sú nabité na 100%, aspoň v prípade elektromobilov. Samotný počet nabíjacích procesov preto hovorí len málo o ich negatívnom potenciáli pre zdravie batérie. Závisí to viac od toho, ako je navrhnutá nakládka a vykládka.

Faktor stresu 4: zaťaženie

„Pomer veľkosti batérie a nabíjacieho napätia by nemal v ideálnom prípade presiahnuť 1 C,“ vysvetľuje Stephan Rohr. „Čím nižšia je hodnota C pri nabíjaní, tým lepšie pre batériu.“ To znamená nasledovné: Ak je prúd pri nabíjaní pre batériu príliš vysoký, bude trvale poškodený. Preto by ste mali dávať pozor, aby ste nabíjali pomalšie, najlepšie s čo najmenším prúdom.
Príklady:

Nový Nissan Leaf má 30 kWh batériu. Ak nabíjate na rýchlo nabíjacej stanici s výkonom 50 kW, hodnota C je 1,66. Správanie pri nabíjaní zdôrazňuje batériu, ale samozrejme sa vám na takej stanici nechce dlho čakať. Robíte teda kompromisy.
Tesla Model X so 100 kWh batériou niekedy dosahuje nabíjací výkon 120 kW na vlastnom firemnom kompresore. Hodnota C: 1,2. To tiež zdôrazňuje batériu.

Pri nabíjaní vysokými prúdmi vznikajú hlavne problémy s teplotou. Bunky sa prehrievajú a je potrebné ich ochladiť.

Faktor stresu 5: vybíjanie

Úroveň prúdu počas vybíjania môže mať tiež negatívny vplyv na zdravie batérie. Rovnako ako pri nabíjaní je prehriatie rozhodujúcim stresovým faktorom pre články batérie. V elektromobiloch sa vyskytujú vysoké výboje, napríklad pri akcelerácii. Ak stále stlačíte pedál akcelerácie, regulácia batérie reguluje plný výkon. Dôvodom je skutočnosť, že chladiaci systém nemôže reagovať tak rýchlo, ako sa bunky zohrievajú.
Je nevyhnutné urgentne zabrániť takzvanému hlbokému vybitiu, t. J. Vybitiu batérie na 0, čo môže mať vplyv na elektrochémiu batérie.

Tipy na predĺženie životnosti batérie elektronického automobilu

Batériu vždy udržiavajte v nabitom stave medzi 40 a 80% svojej kapacity.
Čím pomalšie sa načítava, tým lepšie. Fanúšikovia elektronických automobilov musia byť teraz silní: Zamračený pri nabíjaní chrápaním (t. J. V zásuvke pre domácnosť s 3,5 kW) je pre batériu výhodou. Pre používateľov nástenného boxu úplne jasné: „Pretože batérie majú teraz kapacitu minimálne 20 - 30 kWh, trojfázové nabíjanie na nástennom boxe so striedavým prúdom 11 kW nie je pre e-automobily problémom,“ uviedol Stephan Rohr.
Batérie žiletiek majú kratšiu životnosť. Ak často akcelerujete na plnú rýchlosť, vaša batéria bude trpieť.
Nikdy nie je hlboko vybitý!

Pri kúpe ojazdeného elektromobilu by ste tomu mali venovať pozornosť

Pretože batéria je rozhodujúcim komponentom v elektromobile, ktorého „opotrebenie“ sa skutočne počíta z dôvodu zníženého dojazdu, kupujúci chce prirodzene vedieť, aký je stav batérie. Pretože, ako je znázornené, je to, ako užívateľ manipuluje s batériou, rozhodujúce pre jej stav, čo však na vozidle nie je zrejmé, v súčasnosti si niekto kupuje prasa v hrude. Iste, informácie ako vek vozidla a najazdené kilometre poskytujú informácie o kalendárnom veku a pravdepodobných nabíjacích cykloch. Ale používateľ opakovane hlboko vybil batériu? Bolo to veľmi zrýchlené? Účtovali ste často viac ako hodnota C nad 1? O ničom neviete a ste závislí od vyjadrení predajcu. Bolo by preto vhodné zistiť čo najviac informácií o aktuálnej kapacite batérie v porovnaní s úplne novým stavom. Hodnoty viac ako 10% straty kapacity zvyšujú pravdepodobnosť ďalších strát a mali by značne znížiť hodnotu vozidla.

Koľko kapacity vlastne stratíte?

Pretože, ako sme videli, na zdravie batérie vplýva veľa faktorov, o stratách kapacity nemožno robiť nijaké všeobecné vyhlásenia. Záleží len na tom. Súčasné vedecké štúdie prichádzajú k záveru, že všetky skúmané vozidlá a scenáre používania ukazujú stratu kapacity 10% po 100 000 najazdených kilometroch. „To sa teraz až tak nezdá,“ hovorí Rohr, „ale problém je v tom, že k stratám môže dochádzať exponenciálne od určitého bodu.“ Takže akonáhle je batéria poškodená, padá do kanalizácie ešte rýchlejšie. Spolu s kolegom Michaelom Baumannom založil Rohr startup, ktorý dokáže vypočítať a overiť zdravotný stav batérií bezdrôtovo a predpovedať zostávajúcu životnosť. Takáto metóda by v prípade sekundárnej recyklácie umiestnila hodnotenie použitých batérií na vedecký základ.