6 самых частых вопросов об АКБ электромобиля
Что внутри аккумулятора электромобиля, как долго он заряжается, насколько быстро теряет емкость, сколько стоит, как его заменить и что делать со старым. Отвечаем на самые частые вопросы владельцев электромобилей и всех, кто планирует присоединиться к EV клубу. Немного общей информации Что это такое Аккумулятор электромобиля - это большой батарейный отсек с размерами примерно 200х150х15 см и весом [...]
Содержание:
Что внутри аккумулятора электромобиля, как долго он заряжается, насколько быстро теряет емкость, сколько стоит, как его заменить и что делать со старым. Отвечаем на самые частые вопросы владельцев электромобилей и всех, кто планирует присоединиться к EV клубу.
Немного общей информации
Что это такое
Аккумулятор электромобиля - это большой батарейный отсек с размерами примерно 200х150х15 см и весом около 540 кг. Располагается в днище автомобиля и присоединяется к кузову кронштейнами. Если его разрезать, вы увидите ряд блоков, каждый из которых состоит из нескольких тысяч компактных литий-ионный элментов. У Tesla эти элементы похожи на обычные пальчиковые батарейки, у Nissan Leaf или Chevrolet Bolt они имеют пакетную форму, а у Audi - призматическую. Такой аккумулятор генерирует столько энергии, сколько производят более 1500 батарей от портативных компьютеров. Чтобы контролировать температуру нагрева батареи во время эксплуатации, она оснащается системой охлаждения.
Типы
Аккумуляторы бывают разных типов: литий-ионные, алюминий-ионные, литий-серные, литий-фосфат железные, металл-воздушные. Чаще всего в электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы. Они имеют высокую плотность энергии, большую мощность, низкий саморазряд, отсутствие эффекта памяти и достаточно большой срок использования (8-10 лет). Но при этом дорого стоят, могут перегреваться и взрываться.
Несмотря на высокую стоимость литий-ионных аккумуляторов и сомнительную безопасность, с ними почти ничто не может конкурировать по мощности и количеству циклов заряда-разряда. Разработчики постоянно ведут поиск оптимальной по характеристикам формулы для производства аккумулятора: безопасного, с низкой себестоимостью производства, долгой службой эксплуатации, простотой в утилизации, быстрым временем зарядки и максимально эффективного (с удельной энергией 400 и более Wh/кг).
Кто производит
Аккумуляторы для электромобилей производят в Азии: Китае, Южной Корее, Японии. Это компании BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI, Farais, AESC Automotive Energy Supply Corp. Лидером среди всех производителей является китайская фирма CATL - благодаря активному субсидированию государства. Батареи для автомобилей Tesla производит компания Panasonic, а BYD начиняет аккумуляторами электробусы. Многие производители размещают производственные мощности в Европе и Америке.
Перспективы
Самыми перспективными считаются аккумуляторы на основе графена. С помощью него улучшают свойства батареи, например, добавляют его к электродам и увеличивают их проводимость. Такие аккумуляторы получаются намного легче литий-ионных и не взрываются. Удельная емкость в 5 раз превышает емкость литий-ионного аккумулятора (1000 Вт/ч против 200 Вт/ч на 1 кг веса). Tesla Model S с графеновой батареей может проехать на одном заряде вместо 334 км - 1013 км, а заряжается менее чем за 10 минут.
При всех своих замечательных характеристиках, графеновые аккумуляторы, и другие современные разработки (например, батареи на основе материалов, полученных из морской воды), давно должны были заполнить рынок. Но производители продолжают улучшать литий-ионные батареи, созданные еще в 70-х годах XX века, а инвесторы не очень хотят вкладывать деньги в разработку новых технологий. Ведь для этого нужны миллионы долларов, которые не окупятся по тем причинам, что новые батареи будут тестировать годами, потом они начнут проходить длительный период адаптации на рынке и очень медленно повышать интерес покупателя. Остается надеяться, что графен сможет изменить эту ситуацию к лучшему, потому что в разработку аккумуляторов на его основе уже вложен огромный капитал.
А пока графеновые батареи остаются проектом будущего, предлагаем узнать, что из себя представляет обычный литий-ионный аккумулятор на примере домашней сборки. Мастера из украинского YouTube-канала KREOSAN собирают литий-ионные аккумуляторы для сварочных аппаратов, электровелосипедов и т.д. В электромобилях применяют тот же принцип, только сборка не кустарная, а производственная.
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.
Итоги
Пока что нет таких старых электромобилей, чтобы пользователи могли точно узнать, на какой срок хватает аккумулятора и когда его нужно менять. Поэтому в течение нескольких лет можно не думать об утилизации АКБ и его замене (в 2020 году это коснется только владельцев моделей Nissan Leaf 2010 года). К тому моменту, как понадобится массовая замена и переработка батарей, появятся более совершенные механизмы утилизации/повторного применения и снизятся цены. Но даже без этого электромобиль с каждым годом становится все более удобным и экономичным видом транспорта, чем автомобиль в ДВС.