Автомобили на электричестве неплохо проявили себя в качестве альтернативы транспорту с ДВС, перестав быть чем-то из области научной фантастики. Даже среди белорусских водителей есть немало тех, кто сумел ознакомиться с особенностями эксплуатации подобной техники.
Те, кто не первый год интересуется электромобилями, знают, что слабым местом этих машин являются накопительные батареи, от емкости которых зависит запас хода авто. И пока инженеры всего мира бьются над тем, чтобы этот показатель увеличить, bamper.by расскажет, почему батареи электрокаров изнашиваются.
Мировые исследования
Несмотря на то что серьезное промышленное развитие электромобилей началось в 2010 году, проблемы, с которыми столкнулись при реализации данной технологии, с тех пор так и не были решены. Аккумулятор электромобиля, безусловно, прибавил в ёмкости, но по-прежнему остается самой дорогой его деталью. Производители авто на электрическом ходу, среди которых безусловным лидером является Tesla, заявляют, что в среднем срок «жизни» блока литий-ионных аккумуляторов составляет 8 лет или 150-200 тысяч километров пробега (в зависимости от марки). Впрочем, это не значит, что, достигнув таких показателей, батарея окажется недееспособной.
Компания Geotab Inc. собрала и проанализировала данные статистики эксплуатации 6300 электромобилей, принадлежащих как юридическим, так и физическим лицам. Общий объем исследования перевалил за 1.800.000 дней. Результаты данного анализа позволили ответить на ряд вопросов, замалчиваемых производителями, а именно: сколько фактически может проработать батарея электрокара, из-за чего падают ее характеристики и при каких условиях эксплуатации износ будет оптимальным? Давайте разбираться.
Деградация батареи
К сожалению, для электромобиля это естественный процесс, при котором уменьшается объем заряда, хранимый и выдаваемый АКБ. Как правило, аккумуляторы электромобилей могут выдавать больше мощности, чем нужно силовому агрегату, поэтому деградация проявляется в виде снижения его емкости.
Степень работоспособности аккумулятора оценивается таким показателем, как SOH (State Of Health). Он измеряется в процентах и обозначает остаточную емкость батареи. В процессе исследования ученые выяснили, что SOH не имеет единой формулы исчисления и пороговой величины, после прохождения которой аккумулятор будет считаться нерабочим, – все индивидуально и зависит от конкретного разработчика.
Данную величину следует отличать от «запаса хода» (дистанции, что машина может проехать на выдаваемых кВт*ч), который постоянно меняется в зависимости от уровня заряда, рельефа местности, использования вспомогательных систем, стиля вождения, количества пассажиров и веса перевозимого груза.
Деградация батареи электрокара зависит от таких факторов, как время, бренд-изготовитель, конструктивные особенности, работа на высоком и низком уровне заряда, интенсивность эксплуатации (количества циклов зарядки), высокие температуры, высокие токи. Давайте рассмотрим каждый из них подробнее.
Время эксплуатации
Следует сразу отметить, что износ батарей происходит медленно. Анализ более 6000 моделей электромобилей показал, что деградация их АКБ не так велика, чтобы обращать внимание на заявленный производителем срок службы. Как оказалось, аккумуляторы отличаются живучестью, и если такая динамика будет сохраняться, то большинство из них переживет сами автомобили.
Конечно, батареи «стареют», поэтому, если в техпаспорте вашей Tesla Model 3 указан 2014 год выпуска, следует ожидать, что емкость ее батареи будет отличатся от первоначальных показателей. Однако средняя деградация по всем маркам и моделям не превышает 2,3% в год. Таким образом, покупая электромобиль с запасом хода 200 километров, за 5 лет вы потеряете всего 23 километра, что вряд ли доставит серьезные неудобства.
Некоторые пользователи считают, что деградация батареи происходит линейно, то есть емкость АКБ снижается постепенно через равные промежутки времени. Это не совсем так. Поначалу происходит относительно резкое падение, которое затем постепенно замедляется. В конце срока службы батареи происходит еще одно заметное снижение емкости.
К счастью для автовладельцев, лишь немногие изученные батареи достигли той точки, в которой наблюдается резкое снижение емкости. По этой же причине пока невозможно точно сказать, в какой момент оно начинается.
Производитель и конструкция
Даже по заявленным характеристикам новых моделей электрокаров очевидно, что разные батареи по-разному ведут себя с течением времени, а зависит это от конкретного бренда и года выпуска машин. Так, сравнение продукции различных марок показало, что, помимо прочего, на износ батареи влияет химический состав и управление температурой аккумуляторов.
Несмотря на то что во всех современных электромобилях используются литий-ионные батареи, их химический состав отличается (одно из заметных отличий – материалы электродов). А от этого напрямую зависит реакция аккумулятора на нагрузки. Кроме химического состава ячеек способы контроля температуры в разных авто также могут отличаться: в одних батареи нагреваются и/или охлаждаются за счет воздуха, в других – с помощью жидкости.
Если сравнить Tesla Model S с жидкостной системой охлаждения и Nissan Leaf с его пассивной системой воздушного охлаждения (обе модели 2015 года впуска), мы увидим, что за год средний показатель деградации у Nissan составит 4,2%, тогда как у Tesla он не превысит 2,3%. Таким образом, контроль температуры батареи является одним из способов защиты от потери емкости.
Работа на высоком и низком уровне заряда
Еще одна причина, по которой аккумуляторы разных производителей имеют разную «живучесть», – отличие в способе контроля SOC (уровень заряда). Эксплуатация почти полностью заряженной/ разряженной батареи также влияет на ее состояние. Чтобы снизить это влияние, многие производители добавляют буфер, блокирующий доступ к крайним областям аккумулятора.
Помимо использования защитных буферов в верхней и нижней частях диапазона аккумуляторов многие производители также ограничивают ежедневную зарядку показателем ниже 100%. Это значит, что батарея на полной зарядке не является заряженной на 100%, а при 0% – полностью разряженной.
Многие автовладельцы даже не догадываются о том, что не имеют доступа к самому нижнему порогу диапазона SOC, – эта мера безопасности также помогает замедлить деградацию батареи.
Следует заметить, что из-за периодических беспроводных обновлений ПО размер буфера может меняться время от времени. Такую ситуацию заметили некоторые владельцы Tesla в 2019 году. Жалобы на снижение запаса хода дошли до производителя, и он подтвердил: причиной стало обновление, направленное на «защиту батареи и продление срока ее службы».
Для справки: ограничение доступа к крайним областям диапазона не только продлевает «жизнь» аккумуляторам, но и повышает безопасность вождения. При почти полной зарядке/разрядке батарея не способна получать и выдавать возможный максимум энергии, что напрямую влияет на поведение машины и ее управляемость.
Эксплуатация и циклы зарядки
Распространенным заблуждением является уверенность в том, что частая эксплуатация электромобиля отрицательно влияет на емкость батарей. Это не так.
Судя по результатам анализа, активная езда оказывает незначительное влияние на деградацию батарей, а значит, переживать на этот счет не имеет смысла. Если постоянно не превышать стандартный дневной пробег, повышенного износа аккумулятора не будет. А вот тем, кто при этом пользуется быстрыми зарядками, следует задуматься, однако об этом мы поговорим чуть ниже.
Типы зарядок и высокие токи
Помимо всего прочего, при анализе были учтены и типы зарядки, используемые для электромобилей.
Североамериканские зарядные станции оборудованы зарядками трех основных типов:
• Тип 1 (Level 1) – 120 вольт, обычная домашняя зарядка;
• Тип 2 (Level 2) – 240 вольт, вариант для личных и корпоративных авто;
• DCFC – быстрая зарядка с постоянным током.
В большинстве европейских стран выделяют зарядку переменным током (аналог Level 2 в Северной Америке) и постоянным (DCFC). И хотя оптимальным видом зарядки электромобиля считается использование Level 2, разница между первым типом и вторым не такая уж большая.
А вот тем автолюбителям, кто часто пользуется быстрой зарядкой, стоит поостеречься. Именно ее постоянное применение ведет к гораздо более заметному ускорению деградации. Чтобы зарядить аккумулятор быстрее, используются более высокие токи, приводящие к повышению температуры. И то и другое сильно перегружает батарею. Многие производители советуют ограничить число быстрых зарядок в месяц, чтобы продлить жизнь аккумулятору.
Подведем итоги
Чтобы избежать преждевременной деградации батареи вашего авто, достаточно придерживаться этих нехитрых правил.
Избегайте простоев авто с полностью заряженной или полностью разряженной батареей. В идеале SOC (уровень заряда) должен находиться в пределах от 20 до 80%, особенно при длительных перерывах в эксплуатации. Заряжайте аккумулятор до предела только перед дальней поездкой.
Помните, что активная эксплуатация не является проблемой, поэтому не нужно бояться частой езды. Длительные простои в гараже не очень полезны для электромобиля, а регулярные поездки, напротив, не причиняют никакого вреда.
Постарайтесь свести к минимуму число быстрых зарядок от постоянного тока (DCFC). Иногда они неизбежны, но для ночной «подпитки» авто обычно достаточно и более «легких» вариантов.
Мы не можем контролировать климат, но надо стараться избегать сильной жары. Например, выбирать места в тени на парковке.
Наконец, не стоит слишком сильно беспокоиться по мелочам. Современные электромобили оснащены хорошими батареями, а небольшая потеря емкости вряд ли как-то повлияет на ваши повседневные поездки. У электромобилей много достоинств, и на этот маленький недостаток можно просто закрыть глаза.
