Почему срок службы батареи электромобиля вопрос сложный?
Электрические автомобили существуют не так давно, чтобы можно было с уверенность говорить о сроке службы высоковольтных батарей. Лучшее, что можно сделать, это наблюдать за деградацией батарей этих автомобилей в процессе эксплуатации. Однако даже это наблюдение может оказаться не достоверным, поскольку большинство электромобилей находятся в эксплуатации менее шести лет, и почти 30% из них будут проданы в 2022 году. Таким образом, у нынешних и будущих владельцев все еще очень мало понимания того, как деградируют батареи в течение срока службы, который, по словам автопроизводителей, должен составлять до 20 лет. До сих пор кажется, что аккумуляторы электромобилей имеют достаточно длительный срок службы, поскольку очень немногие из них были заменены, даже после окончания 8-летнего гарантийного периода.
Почему стоит беспокоиться о разрядке батареи в электромобилях?
В большинстве электромобилей используется высоковольтная литий-ионная батарея, такая же, как и в других бытовых устройствах. Литий-ионные аккумуляторы начинают разлагаться сразу после их изготовления — это неизбежное последствие, которое вы, возможно, заметили на своем мобильном телефоне или ноутбуке. Даже если никогда не использовать эти батареи, со временем они постепенно теряют мощность и эффективность. С электромобилями все сложнее, но это в общем-то хорошо. Аккумулятор для электромобиля намного сложнее и изощреннее, чем другие литий-ионные аккумуляторы из повседневной жизни, и создан так, чтобы срок его службы превышал гарантийный срок — и даже больше.
Дать точный ответ на вопрос, что же такое срок службы батареи, вызывает сложности из-за пары моментов:
Аккумуляторы — сложные системы.
То, что устройство питающееся от батареи включается и работает, в наше время вовсе не означает, что внутри скрыты последние инженерные достижения. Аккумуляторы — это тщательно откалиброванные химические, физические и электрические системы, которые используют некоторые из самых фундаментальных научных принципов для производства электроэнергии. Однако трудно сказать, что происходит внутри них в текущий момент времени. Для примера, несколько пунктов накладывающих ограничения:
- Вы не можете увидеть, какое количество энергии осталось в батарее;
- Вы не можете увидеть, какое количество мощности осталось в батарее
- Общая доступная емкость батареи рассчитывается математически, но не может наблюдаться.
Решением этих проблем стала система управления батареями (BMS), которая взаимодействует между батареей, электромобилем и водителем. BMS — это компьютер, который получает данные от батареи, экстраполирует и вычисляет информацию. Он также запускает программное обеспечение для защиты аккумулятора от опасного напряжения, экстремальных температур и экстремального уровня заряда во время зарядки и использования.
Про аккумуляторные элементы мы знаем больше, чем про аккумуляторные батареи
Были проведены десятилетия исследований элементов для аккумуляторов из различных химических веществ, включая литий-ионные. Эти исследования дали понимание, что вызывает более быструю деградацию аккумуляторных элементов:
- Высокая температура — высокие температуры ускоряют химические и физические реакции, которые разрушают материалы внутри элемента.
- Высокое напряжение — высокое напряжение, которое часто приводит к сильному нагреву, также может ускорять реакции.
- Экстремальное состояние заряда и глубина разряда — литий-ионные аккумуляторы наиболее стабильны, когда их уровень заряда приближается к 50%. Высокий уровень заряда, низкий уровень заряда или использование большего количества энергию батареи перед перезарядкой — все это может ускорить деградацию.
Однако отдельная ячейка, состоящая из положительного и отрицательного электродов и электролита между ними, гораздо более уязвима и беззащитна, чем аккумуляторная батарея, которая включает в себя BMS, помогающую регулировать вышеуказанные факторы. К тому же не все аккумуляторы созданы одинаково. Пакет может соединять тысячи ячеек в различных конфигурациях и проводкой. Кроме того, программное и аппаратное обеспечение, используемое для управления батареями, различно и проприетарно(не является свободным/открытым).
Например, Nissan был известен тем, что использовал пассивное воздушное охлаждение в своих батареях Лифов. Это сделало первые батареи электромобилей более уязвимыми к теплу, чем модели, которые использовали жидкостное охлаждение для управления температурой батареи. То, как Tesla рассчитывает уровень заряда батареи, отличается от того, как это делает Chevy. И так далее.
В совокупности это означает, что научные знания в отношении аккумуляторных элементов, не обязательно применимы для советов по поводу аккумуляторных блоков. Вместо этого американские исследователи предлагают использовать наблюдения. До тех пор, пока на дорогах не появится больше электромобилей возрастом более десяти лет, направление в основном полагается на самые старые модели: Nissan LEAF и Tesla Model S.
Известно: форма деградации
Все элементы литий-ионных аккумуляторов подвергаются деградации одинаковым образом.
- Когда они впервые используются, наступает короткий период довольно быстрой потери диапазона, поскольку батарея создает защитный слой вокруг одного из узлов. Этот защитный слой состоит из лития, поэтому часть источника энергии расходуется. В некоторых электромобилях эта первая фаза, кажется, длится 35-50 тысяч километров, в других же вообще не видно отчетливой первой фазы. Обратите внимание, что почти все производители аккумуляторов также предварительно кондиционируют аккумуляторы, чтобы у них был уже создан защитный слой, прежде чем они будут использоваться в транспорте.
- После того, как защитный слой создан, работоспособность батареи начинает выравниваться снижаясь дальше медленным линейным образом — примерно так, как стареем мы с вами. Ведь существенные изменения в уровне энергии или подвижности в течение нескольких недель или месяцев незаметны. Однако когда мы оглядываемся на годы нашей жизни, все становится отчетливо видно. Именно на этом этапе батареи электромобилей проводят большую часть своей эксплуатационной жизни.
- Наконец, батареи достигают конца срока службы, когда их емкость снова начинает быстро снижается. Никто точно не знает, когда аккумуляторы электромобилей достигнут этого этапа, потому что в электромобилях с нормальными литий-ионными батареями этого пока не происходило.
Известно: большинство аккумуляторов до сих пор в электромобилях
За последние годы было два крупных отзыва аккумуляторов, оба из которых были связаны с аналогичными аккумуляторами в Chevrolet Bolt EV и EUV, а также в Hyundai Kona Electric. Результатом обоих этих отзывов стала масштабная программа замены батарей, реализованная производителями. Однако, за исключением этих двух отзывов, замена батарей всё же редкость. На диаграммах ниже показано количество замен аккумуляторов, о которых сообщают владельцы, в сообществе Recurrent, насчитывающем около 15 000 американских водителей:
Неудивительно, что LEAF и Model S имеют самый высокий процент замененных аккумуляторов, поскольку они являются одними из самых старых моделей в исследовании. Ниже мы рассмотрены те же замены аккумуляторов по годам выпуска.
Пик в 2017 году связан с отзывом автомобилей Chevrolet Bolt, когда моделям этого года производили замены аккумуляторов.
Сейчас наблюдается увеличение количества замен ВВБ без отзывных компаний для:
- 2013 Тесла Модель S (на 8,5%)
- 2014 Тесла Модель S (на 7,3%)
- 2015 Тесла Модель S (на 3,5%)
- 2011 Nissan LEAF (на 8,3%)
- 2012 Nissan LEAF (на 3,5%)
Источник: Recurrent
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
