6 самых частых вопросов об АКБ электромобиля
Знакомим с аккумуляторами и отвечаем на распространенные вопросы.
Содержание:
Що всередині акумулятора електромобіля, як довго він заряджається, наскільки швидко втрачає ємність, скільки коштує, як його замінити і що робити зі старим. Відповідаємо на найчастіші запитання власників електромобілів і всіх, хто планує приєднатися до EV клубу.
Трохи загальної інформації
Що це таке
Акумулятор електромобіля — це великий батарейний відсік з розмірами приблизно 200х150х15 см і вагою близько 540 кг. Розташовується в днищі автомобіля і приєднується до кузова кронштейнами. Якщо його розрізати, ви побачите ряд блоків, кожен з яких складається з декількох тисяч компактних літій-іонний елментів. У Tesla ці елементи схожі на звичайні пальчикові батарейки, у Nissan Leaf або Chevrolet Bolt вони мають пакетну форму, а у Audi — призматичну. Такий акумулятор генерує стільки енергії, скільки виробляють більше ніж 1500 батарей від портативних комп’ютерів. Щоб контролювати температуру нагрівання батареї під час експлуатації, вона оснащується системою охолодження.
Типи
Акумулятори бувають різних типів: літій-іонні, алюміній-іонні, літій-сірчані, літій-фосфат залізні, метал-повітряні. Найчастіше в електромобілях використовуються літій-іонні акумулятори. Вони мають високу щільність енергії, велику потужність, низький саморозряд, відсутність ефекту пам’яті і досить великий термін використання (8-10 років). Але при цьому дорого коштують, можуть перегріватися і вибухати.
Незважаючи на високу вартість літій-іонних акумуляторів і сумнівну безпечність, з ними майже ніщо не може конкурувати за потужністю і кількістю циклів заряду-розряду. Розробники постійно ведуть пошук оптимальної за характеристиками формули для виробництва акумулятора: безпечного, з низькою собівартістю виробництва, довгою службою експлуатації, простотою в утилізації, швидким часом зарядки і максимально ефективного (з питомою енергією 400 і більше Wh/кг).
Хто виробляє
Акумулятори для електромобілів виробляють в Азії: Китаї, Південній Кореї, Японії. Це компанії BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI, Farais, AESC Automotive Energy Supply Corp., CATL. Лідером серед всіх виробників є китайська фірма CATL — завдяки активному субсидуванню держави. Батареї для автомобілів Tesla виробляє компанія Panasonic, а BYD начиняє акумуляторами електробуси. Багато виробників розміщують виробничі потужності в Європі та Америці.
Перспективи
Найперспективнішими вважаються аккумуляторы на основі графену. За допомогою нього покращують властивості батареї, наприклад, додають його до електродів і збільшують їх провідність. Такі акумулятори виходять набагато легше літій-іонних і не вибухають. Питома ємність в 5 разів перевищує ємність літій-іонного акумулятора (1000 Вт/год проти 200 Вт/год на 1 кг ваги). Tesla Model S з графеновою батареєю може проїхати на одному заряді замість 334 км — 1013 км, а заряджається менш ніж за 10 хвилин.
При всіх своїх чудових характеристиках, графенові акумулятори, та інші сучасні розробки (наприклад, батареї на основі материалів, отриманих з морської води), давно повинні були заповнити ринок. Але виробники продовжують покращувати літій-іонні батареї, створені ще в 70-х роках XX століття, а інвестори не дуже хочуть вкладати гроші в розробку нових технологій. Адже для цього потрібні мільйони доларів, які не окупляться з тих причин, що нові батареї будуть тестувати роками, потім вони почнуть проходити тривалий період адаптації на ринку і дуже повільно підвищувати інтерес покупця. Залишається сподіватися, що графен зможе змінити цю ситуацію на краще, тому що в розробку акумуляторів на його основі вже вкладено величезний капітал.
А поки графенові батареї залишаються проектом майбутнього, пропонуємо дізнатися, що з себе представляє звичайний літій-іонний акумулятор на прикладі домашньої збірки. Майстри з українського YouTube-каналу KREOSAN збирають літій-іонні акумулятори для зварювальних апаратів, електровелосипедів, тощо. В електромобілях застосовують той же принцип, тільки збірка не кустарна, а виробнича.
Как скоро мне придется заменять АКБ своего электромобиля?
Средний срок службы аккумуляторов электромобилей - 5-8 лет (если заряжать каждый день). Это не значит, что через эти годы батарея потеряет 100% емкости и ее нужно будет заменять. На самом деле она сохранит около 70% и ее можно будет продолжать использовать дальше, только придется смириться с тем, что дистанция пробега с одного заряда уменьшится. Например, через 5 лет эксплуатации Nissan Leaf может на одном заряде проезжать 100-130 км от заявленных 160 км. Учитывайте, что на показатели пробега и здоровье батареи влияет не только время, но и режим эксплуатации с количеством циклов заряда-разряда, нагрева-перегрева, наличие охлаждения или его отсутствие (как у того же Nissan Leaf), в зависимости от конструктивных особенностей автомобиля.
Скорость снижения емкости также зависит от конкретной модели электромобиля. Наблюдение за поведением АКБ Tesla Model S и Nissan Leaf показывает, что емкость активно снижается в течение 5 лет эксплуатации: первые 1-2 года запас хода уменьшается на 5-10%, а в течение следующих 3-х лет - еще на 20-30%. После этого процесс приостанавливается и становится стабильным: снижение происходит ежегодно только на 0,5%.
Если слишком часто пользоваться технологией быстрой зарядки (чаще 4-5 раз в неделю), батарея деградирует в 1,5-2 раза быстрее, поэтому лучше заряжать полноценно на стоянке, или ночью, а не во время движения. Стоит пользоваться тем же принципом, что и при зарядке гаджетов: держать заряд в диапазоне 20-80%, не допуская полной разрядки. Худшее, что можно сделать - это регулярно разряжать батарею до 0%, а затем оставлять ее в таком состоянии на длительное время. Так она потеряет буферный запас и быстро испортится.
Чтобы продлить срок эксплуатации батареи, следите за тем, чтобы она не перегревалась (комфортная температура - 21° C). Не оставляйте электромобиль на открытом солнце и ищите для него тень.
Можно ли отремонтировать или заменить аккумулятор электромобиля?
Можно и нужно, если аккумулятор потерял большую часть емкости. Но сделать это не так просто, как, например, заменить батарею смартфона или ноутбука. Нельзя просто вынуть ее и поменять на новую:
нужно убедиться, что разъемы и крепления нового аккумулятора подходят к конкретной модели электромобиля - именно поэтому АКБ подбирают индивидуально;
после установки нужно перепрограммировать электронные системы - "познакомить" блок управления аккумулятором с бортовым компьютером автомобиля;
если батарея была повреждена (например, выступом или наплывом на дорожном покрытии), она не требует полной замены. За счет того, что это не монолитная конструкция, а объединенные между собой блоки (их число варьируется от 16 до 48 штук), можно менять только поврежденные участки, но при условии того, что внутрь конструкции не попала влага, которая будет разрушать батарею.
Сколько стоит новый АКБ для электромобиля?
Цены на аккумуляторы с каждым годом становятся все ниже. Согласно прогнозам компании Energy Trend стоимость АКБ в 2020 году составит менее $150 /кВт*ч. Для сравнения: в 2016 году цена литий-ионный аккумуляторов составляла $300-300/кВт*ч., а в 2018 - уже $180-200/кВт*ч. Стоимость одного киловатт-часа планируют снижать за счет новых конструкций упаковок, изменения цепочек поставок и сокращения затрат на производство.
В Украине можно купить новым блок для Nissan Leaf по цене около $100 и, соответственно, по $4-5 тысяч всю батарею. Tesla стоит намного дороже и блоков нужно собрать больше: 1 блок обходится в $1000, а целая батарея из 16 блоков - $16000. Владельцы электромобилей экономят, покупая б/у блоки. Они стоят дешевле, но нужно учитывать, что их емкость будет на 5-15% меньше, чем заявленная изначально.
Куда сдавать отработанный аккумулятор?
В Украине нет заводов по переработке аккумуляторов электромобилей. При этом просто вывезти АКБ на мусорный полигон тоже нельзя, потому что он содержит опасные токсичные вещества, которые несут в себе большую угрозу для экологии. Украинские владельцы электромобилей могут воспользоваться беспроигрышным вариантом: повторно использовать батарею в качестве источника стационарного хранения энергии.
Например, если у вас на крыше установлены солнечные панели, можно подключить к ним отработанные АКБ, заряжать их и использовать в качестве резерва в системе автономного электропитания дома. В некоторых странах к этому делу подошли масштабно: в Японии такие батареи питают уличные фонари, в Париже они поддерживают работу лифтов, а в Амстердаме благодаря им освещают целый стадион.
В Германии и Финляндии есть компании, которые занимаются массовой и безопасной переработкой аккумуляторов, но у них нет прямого сотрудничества с Украиной. Поэтому нельзя просто позвонить и сдать свой аккумулятор. Остается ждать, пока в Украине появятся представительства этих предприятий, или утилизационные фонды, и уже сейчас стараться максимально эффективно использовать батареи для своих нужд. В дальнейшем, когда количество электромобилей и АКБ для них будет расти, повторное использование станет нормой.
Немецкая компания по переработке отходов Duesenfeld изобрела технологию безопасной утилизации отработанных АКБ. От других методов она отличается тем, что компоненты аккумуляторов не сжигают, а измельчают с помощью газообразного азота - это устраняет все реакции в батарее. После переработки от аккумулятора остаются только черные, цветные металлы и остатки катода с марганцем, кобальтом, никелем. Все это можно использовать повторно.
Сколько нужно заряжать АКБ?
В Украине практически во всех городах есть зарядные станции. Их мощность составляет 2-23 кВт. Есть и быстрые: до 50 кВт, которые заряжают аккумулятор за 30-40 минут (заряда хватает на 80-100 км пробега). Быстрые станции подходят электромобилям, которые адаптированы под трехфазные сети и способны принимать от 22 кВт и выше. Зарядки переменного тока сейчас активно распространяются по Украине, потому что они дешевле скоростных станций постоянного тока и их проще вводить в эксплуатацию.
Выгодно заряжать автомобиль дома от розетки ночью. С 23:00 до 7:00 вся потребляемая электроэнергия оценивается только в 0,5 тарифа. Этих 8 часов хватает, чтобы зарядить электромобиль от домашней розетки (Tesla заряжается дольше: полный заряд при условии батареи в 75 кВт/ч и мощности зарядки 3 кВт составляет более суток).
Для зарядки в домашних условиях нужна трехфазная розетка с силой тока 16 А и мощностью 11 кВт. У обычной розетки на 220 В мощность не более 3 кВт, из-за чего зарядка может занять около 33 часов. Чтобы заряжать электромобиль от бытовой сети, обязательно нужно установить заземление и защитить проводку от перепадов напряжения.
Зарядка дешевле, чем заправка бензином?
Чем дороже электроэнергия - тем дороже зарядка электромобиля. Если вы заряжаете его от домашней розетки, то платите по коммунальным тарифам, а если пользуетесь сетью зарядных станций - платите по индивидуальным для каждой компании ценам.
Стоимость подзарядки от сетевых ЗУ зависит от мощности станции и скорости зарядки. Ориентировочная цена за 1 кВт - 5 грн, если зарядка быстрая - 7-9 грн. Например, для зарядки Nissan Leaf с аккумулятором на 24 кВт/ч на пробег более 100 км можно потратить около 150 грн, а если заряжать дома по ночному тарифу - всего 15-20 грн. Есть бесплатные зарядные станции, но они заряжают электромобиль дольше и их еще надо найти в городе.
Для сравнения: на "зарядку" обычного автомобиля с ДВС нужно потратить примерно 240-300 грн на 100 км пробега.
Підсумки
Поки що немає таких старих електромобілів, щоб користувачі могли точно дізнатися, на який термін вистачає акумулятора і коли його потрібно міняти. Тому протягом кількох років можна не думати про утилізацію АКБ і його заміну (у 2020 році це торкнеться тільки власників моделей Nissan Leaf 2010 року). До того моменту, як знадобиться масова заміна і переробка батарей, з’являться більш досконалі механізми утилізації/повторного застосування і знизяться ціни. Але навіть без цього електромобіль з кожним роком стає все більш зручним і економічним видом транспорту, ніж автомобіль в ДВЗ.