Сколько проживет батарея?

Если вы задумываетесь о покупке электромобиля (EV), то наверняка знаете о нескольких важных факторов, которые следует учитывать. Вот самые важные из них:

  • Сколько будет стоить электромобиль?
  • Какой у него запас хода?
  • Как долго будет работать батарея?

С точки зрения жизненного цикла, производительность и здоровье (state of health/SOH) батареи имеют наибольшее влияние на эти факторы. Поскольку батарея является самым дорогим компонентом в EV, здоровье батареи не только влияет на остаточную стоимость автомобиля, но и оказывает прямое влияние на максимальный запас хода.

Батареи начинают свою жизнь с 100% SOH, ухудшающимся с течением времени. SOH — это показатель того, сколько энергии может выдать аккумулятор (кВтч). Деградация батареи — это естественный процесс, который постоянно снижает количество энергии, которое может хранить батарея, или количество энергии, которое она может выдавать. Аккумуляторы в электрокарах обычно могут обеспечить большую мощность, чем способны «осилить» компоненты трансмиссии, поэтому деградация мощности не имеет такого значения, как потеря способности батареи хранить энергию. Это не то же самое, что запас хода транспортного средства (расстояние, которое электромобиль может проехать на этих кВтч). Запас хода электромобиля может меняться в зависимости от ряда факторов, включая уровень заряда, топографию, температуру, вспомогательной нагрузка от приборов, привычки вождения и нагрузку на пассажира или груз.

Общие факторы, влияющие на здоровье литий-ионного аккумулятора:

  • Время
  • Воздействие высоких температур
  • Работа при высоком и низком уровне заряда
  • Высокое напряжение
  • Использование (циклы зарядки)

Хотя было проведено довольно много исследований по SOH батарей, до сегодняшнего дня было очень мало данных о реальной производительности электромобилей с течением времени, не говоря уже о сравнениях между различными марками и моделями. Но недавно компания Geotab разработала EV Battery Degradation Tool — инструмент  для оценки устойчивости батареи и  относительной важности вышеуказанных факторов на срок службы батареи EV в реальных условиях.

Разработчики проанализировали состояние батареи 6300 автомобилей, что позволило сделать выводы о том, как реальные условия влияют на работоспособность батарей 21 модели электромобилей разных годов выпуска.

Прежде всего, можно сделать вывод о том, что батареи демонстрируют высокую устойчивость SOH. Если наблюдаемые темпы деградации сохранятся, то подавляющее большинство батарей переживет срок службы транспортного средства.

Как и следовало ожидать, чем старше автомобиль, тем более вероятно, что его аккумулятор станет работать хуже. Однако, если смотреть на среднее снижение по всем транспортным средствам, эта потеря довольна незначительна — 2,3% в год. Если вы сегоня покупаете электромобиль сегодня с запасом хода 150 км, потеря около 17 км через пять лет вряд ли повлияет на ваши повседневные потребности.

Является ли деградация батареи EV линейной? Как правило, параметры аккумулятора должны снижаться нелинейно: начальное относительно резкое падение, затем дальнейшее снижение показателей, но гораздо более умеренными темпами. К концу своего срока службы батарея снова демонстрирует значительное снижение SOH, как показано ниже.

EV battery degradation curve

К счастью для водителей, слишком мало исследуемых батарей достигли конца срока эксплуатации, чтобы стало возможным предсказать, в какой момент это может произойти. Разработчики планируют и дальше следить за этим показателем, чтобы увидеть, когда начинается нелинейная деградация.

Из представленных данных видно, что существует ощутимая разница в продолжительности жизни аккумуляторов разными между марками, моделями и годами выпуска. Хотя все EV используют литий-ионные батареи, существует множество различных вариантов их химического состава (наиболее заметно различаются материалы, используемые для электродов). Химический состав батареи влияет на то, как она реагирует на стресс. Кроме того, различаются и методы контроля температуры в разных моделях. Основное различие заключается в том, как охлаждается/нагревается блок батарей — воздухом или жидкостью.

Авторы программы сравнили модель с системой жидкостного охлаждения и модель с пассивной системой воздушного охлаждения: 2015 Tesla Model S и 2015 Nissan Leaf, соответственно. Leaf имеет среднюю скорость деградации 4,2%, в то время как показатель Tesla составляет 2,3%. Хорошее управление температурой означает лучшую защиту от деградации.

liquid-system-chart

Еще одной предсказуемой причиной отличий в работоспособности батарей разных производителей является то, как контролируется состояние заряда батареи (SOC) . Работа в состоянии, близком к полному заряду или полной разрядке, влияет на работоспособность батареи. Чтобы ограничить этот эффект, многие производители программно ограничивают пороговый уровень зарядки, предотвращая доступ к крайним границам диапазона SOC (см. рисунок ниже).

top-buffer-chart

По сути, даже при достижении «100% заряда» батарея не полностью заряжена с точки зрения чистой химии. Аналогично, 0% не является полной разрядкой. Поскольку владельцы транспортного средства не могут получить доступ к этим частям диапазона батарей по соображениям безопасности и срока службы батареи, вполне вероятно, что многие из них даже не знают об этом. Благодаря обновлениям программного обеспечения over-the-air, размер этого буфера может меняться. Так, некоторые владельцы Tesla в 2019 году заметили снижение верхнего диапазона заряда своих автомобилей. Компания подтвердила, что обновление было проведено “для защиты батареи и повышения долговечности.” Кроме того, некоторые автопроизводители позволяют регулировать потолок заряда, и пользователь может заранее установить, в какой момент батарея прекращает зарядку (например, на 75% вместо 100%). Это позволяет ограничить работу батареи в областях более высокой деградации и продлить срок ее службы.

Основываясь на данных телематики, специалисты Geotab смогли также оценить влияние следующих факторов на деградацию батареи:

  • режим пользования
  • экстремальные климатические условия
  • тип зарядки

Весьма интересный вывод, который удалось сделать на основе полученых данных, заключается в том, что автомобили с высоким уровнем использования не показали статистически более высокого износа батареи.

EV battery SOH vs time: Comparing high and low use

Если говорить о влиянии климатических условий, то известно, что эксплуатация батареи под воздействием очень высоких температур негативно влияет на срок ее службы. Чтобы выяснить насколько сильно это влияние, транспортные средства сгруппировали по следующим климатическим группам:

  • Умеренная (температура выше 27°C или ниже -5°C — менее 5 дней в году)
  • Горячая (температура выше 27°C — более 5 дней в году)

Как оказалось, транспортные средства эксплуатируемые в жарком климате, демонстрируют значительно более высокие темпы деградации, чем транспортные средства эксплуатируемые в умеренном климате.

EV battery SOH vs time: Comparing Variable Climates

Исследователи изучили также взаимосвязь между предпочитаемым способом зарядки и SOH батарей. Зарядные станции в Северной Америке и Европе в основном делятся на три категории:

  • Уровень 1 (120 вольт)
  • Уровень 2 (240 вольт)
  • Быстрое зарядное устройство постоянного тока (DCFC).

Хотя Уровень 2 считается оптимальным способом зарядки EV, разница в состоянии между батареями автомобилей, которые обычно заряжаются на Уровне 2 по сравнению с теми, которые используют Уровень 1, не выходила за пределы уровня статистической значимости.

Battery SOH vs time with primary charge level

Однако использование DCFC, по-видимому, влияет на скорость износа батарей. Быстрая зарядка аккумулятора означает высокие токи, приводящие к высоким температурам, которые, в свою очередь, нагружают батареи. И многие автопроизводители предлагают ограничить использование DCFC, чтобы продлить срок службы батареи своих автомобилей.

Разница между теми транспортными средствами, которые никогда не использовали DCFC, и теми, которые использовали его даже иногда в жарких климатических условиях, была заметной. Хотя на это могли повлиять и другие факторы,  зарядка с более низкой мощностью все же предпочтительнее.

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что большинство электромобилей сегодня не подвержены значительному снижению SOH. Общая деградация оказалась очень скромной, со средней потерей мощности всего на 2,3% в год. При идеальном климате и условиях зарядки потери составляют всего 1,6%.

 

Источник: Geotab

 

Электрокары: Tesla Model 3 может подешеветь на 20%
PREVIOUS POST
Конкурент Tesla привлек еще $1,3 млрд инвестиций
СЛЕДУЮЩИЙ

Добавить комментарий

Your email address will not be published. Required fields are marked *