Высоковольтная батарея — самый обсуждаемый элемент электрокаров, вокруг которого до сих пор циркулирует множество мифов. В этом выпуске "Теории и практики электромобилей” мы предлагаем подробно рассмотреть, что из себя представляют современные батареи, насколько они безопасны и ремонтопригодны, а также дадим рекомендации, которые позволят обеспечить стабильную и беспроблемную эксплуатацию вашего электрокара.
Мифы и реальность
Коротко перечислим самые частые мифы на эту тему: батареи “электричек” плохо приспособлены к российским морозам и в целом к перепаду температур, они плохо держат заряд и могут быть небезопасны. Главный страх - в случае, если с батареей что-то случится, ремонт окажется настолько сложным и дорогостоящим, что проще будет купить новое авто.
Уверяем, все перечисленные страхи уже не актуальны. Техника не стоит на месте — большинство проблем, возникавших в выпущенных в прошлом десятилетии батареях электрокаров первого поколения, решены производителями.
В качестве примера приведем тяговую батарею SKYWELL ET5 от Farasis Energy. Она прошла испытания в различных климатических условиях, не перегревается летом и не замерзает зимой (допустимый диапазон эксплуатации — от -30 до +55°С), обладает большим ресурсом и поддержана официальной гарантией производителя сроком 8 лет или 200 тысяч км пробега. Физически она тоже достаточно защищена. Если в этот период с ней все-таки что-то случится, то конструкция автомобиля позволяет выполнить демонтаж батареи с заменой ее на новую. Важно помнить о том, что все подобные работы должны выполняться только в авторизованном сервисе, и только специалистами с соответствующим допуском. В ином случае ответственность за последствия неправильного ремонта или утилизации батареи полностью перекладывается на владельца электромобиля.
Аккумуляторный прогресс в цифрах
В 2010 году каждый киловатт-час в системах хранения энергии электромобилей обходился в $1183. За десять лет развития индустрии он снизился до $150, причем цена «батарейного» киловатт-часа продолжает уменьшаться примерно на 10-15% в год, то есть за это время она упала уже более чем в десять раз!
Батарея первого массового электрокара весила 275 кг и вмещала лишь 24 киловатт-часа. Получше была батарея в первой премиальной электрической модели одного известного немецкого бренда — она обладала емкостью 95 кВт·ч, но её масса превышала 700 кг. Применяемая на модели ET5 тяговая батарея на 72 кВт·ч весит всего 442 кг — в каждом килограмме своей массы она запасает в полтора-два раза больше энергии, чем батареи первого поколения.
Это не предел. Компания Farasis Energy, производящая высоковольтные батареи для SKYWELL, уже выпускает литий-ионные ячейки с энергетической плотностью 285 ватт-час/кг и собирается улучшить этот показатель до 400 ватт-час/кг.
Безопасны ли высоковольтные батареи для электромобилей
Ответим на один из главных вопросов: почему батареи для электромобилей сделаны высоковольтными? Тут правила диктует физика. Высокое рабочее напряжение позволяет электросистеме передавать больше мощности. Привычная автомобилистам 12-вольтовая проводка при той же силе тока пропускает в 33 раза меньше мощности, чем 400-вольтовая. Согласитесь, это большая разница. Вдобавок, низковольтная архитектура получилась бы тяжелой, громоздкой и менее эффективной.
Второй волнующий всех вопрос — как обеспечивается защита от поражения током. Не беспокойтесь, всё продумано уже на уровне стандартов. Все кабели, соединяющие высоковольтные узлы автомобиля, включая и линию подключения к зарядной станции, имеют надлежащую изоляцию, контроль утечек, функцию тестирования соединений и т.д. Напряжение просто не подаётся, если что-то вдруг идет не так.
Управление режимами заряда-разряда и балансировка токов между модулями и ячейками внутри батареи также находится под контролем микропроцессоров, а каждый аккумуляторный элемент имеет несколько датчиков температуры и собственные цепи защиты от перенапряжения, чрезмерного заряда и опасного нагрева. Иными словами, контроль ведется на всех уровнях, а в самых ответственных точках еще и дублирован.
Наконец, чисто механически, батарея выполняется всегда в герметизированном усиленном корпусе, который заведомо прочнее кузова. А оптимальный температурный режим всей сборки обеспечивает развитая система жидкостного нагрева/охлаждения.
Зимняя эксплуатация: преимущества литий-ионных батарей
Зимняя эксплуатация — тема, заслуживающая отдельного разбора. Пользователи электромобилей знают, что запас хода без подзарядки снижается. Но важно понимать, что это происходит не от пресловутой потери заряда при заморозке литий-ионных ячеек, которой пугают некоторые «эксперты» (такая проблема была характерна для аккумуляторов смартфонов с их теплолюбивой химией), а по куда более банальной причине: часть запасенной энергии батарея вынуждена тратить на обогрев салона и самой себя. Что касается саморазряда при отрицательных температурах, то в современных тяговых батареях для электромобилей он не превышает нескольких процентов.
Широкий температурный диапазон, допускающий эксплуатацию даже в самые сильные морозы, современным электромобилям обеспечивают тяговые батареи из литий-ионных элементов. В SKYWELL ET5, например, применяется трехкомпонентная батарея с химическим составом литий плюс никель-марганец-кобальт. Ее преимущества: длительный срок службы, высокая пропускная способность, благодаря которой обеспечивается большая мощность и высокая скорость заряда, а также морозоустойчивость.
Напомним, что в первых экспериментальных электромобилях в батарейных сборках применялись никель-металлгидридные (Ni-MH) ячейки, не обладающие теми характеристиками, которыми обладает Li-Ion. Это, к слову, общее название для целой группы совершенно разных по химии, конструкции и форм-фактору аккумуляторов. Существует уже несколько десятков их разновидностей, отличающихся энергоемкостью, мощностью, долговечностью, стоимостью, температурными допусками и другими параметрами. Так что у производителей батарей есть широкие возможности для подбора оптимальных технологий и даже их комбинирования.
Как правильно эксплуатировать батарею: рекомендации от SKYWELL
И вот мы подошли к главному — к рекомендациям, которые позволят обеспечить стабильность показателей батарей при эксплуатации, и к наиболее выигрышной стратегии зарядки электромобиля, экономящей ваше время. Правила довольно просты и логичны.
1) Вы значительно увеличите запас зимнего хода, если отправитесь в поездку из теплого гаража. Аналогичный результат обеспечит и предварительный прогрев электросистемы автомобиля от зарядной станции. В SKYWELL ET5 для этого в меню настроек есть специальная установка «Поддержание температуры батареи», которую целесообразно включать при -10°С и ниже.
2) Вы ускорите время зарядки, если батарея перед подключением к станции уже будет разогрета интенсивной ездой. При отрицательных температурах зарядка начинается всегда на минимальной мощности из-за замедленного протекания химических реакций в ячейках. Если подключаетесь с холодной батареей, то придется подождать 10-20 минут, пока она не выйдет в оптимальный терморежим.
3) В жаркое время года работает обратное правило — для ускорения процесса перед зарядкой (особенно от быстрых ЭЗС) умерьте темп езды, чтобы кондиционирование сняло избыточное тепло с батареи, которое тоже может стать причиной снижения зарядной мощности.
4) Тяговая батарея значительно лучше принимает высокую мощность заряда, когда уже достаточно разряжена. И наоборот, с ростом процента заряда батареи скорость зарядки заметно снижается. Поэтому к станциям быстрой зарядки постоянным током имеет смысл направляться, когда в батарее остаётся примерно 15-20% заряда, и заряжаться не до 100%, а до 80-90%.
5) Зарядка переменным током через встроенный в электромобиль инвертор хотя и занимает намного больше времени в сравнении с многокиловаттной быстрой зарядкой, но именно она для батареи является наиболее щадящей.
6) Для химического «здоровья» ячеек автомобильных батарей критично не столько количество циклов заряда, сколько крайние фазы процесса. Если избегать глубокого разряда (ниже 10%), как и сессий до максимальных 100%, то тяговая батарея лучше сохранит свои рабочие параметры на протяжении многих лет. В SKYWELL ET5 величину принимаемого заряда легко ограничить через системное меню (установить, например, «зарядить только до 90%»).
