Когато температурите паднат до около -20°C, собствениците на електромобили бързо усещат ефекта. Пробегът намалява, зареждането се забавя, а батерията се изтощава по-бързо. Причината обаче не е само отоплението в купето.
Заредили сте автомобила до 80% вечерта. На сутринта обаче показанието вече е 78%. Бързото зарядно, което обикновено зарежда за около половин час, сега се нуждае от почти два часа. По пътя към работа забелязвате и нещо друго – процентът на батерията пада по-бързо от обичайното.
Старшият изследовател и експерт по батерии Фриде Вулум-Бруер обяснява защо батериите се държат така при ниски температури и какво могат да направят водачите, за да ги щадят през зимата.
Какво се случва с батерията в студено време
Когато температурата спадне, химичните процеси в батерията се забавят. Вътрешното съпротивление се увеличава. В резултат батерията става по-малко ефективна при отдаването на енергия.
Литиево-йонната батерия може да се разглежда като система, в която литиевите йони се движат свободно между два електрода – анод и катод. Това движение генерира електричество. Йоните се намират в разтвор, съдържащ електролит, който им позволява да провеждат ток.
При ниски температури този разтвор се сгъстява. Става по-вискозен и по-трудно пропуска йоните. Вулум-Бруер го сравнява с мед – течност, която при студ се движи бавно, а в екстремни случаи може дори да се втвърди. Когато това се случи, литиевите йони се придвижват по-трудно и батерията не може да генерира енергия толкова ефективно.
При много ниски температури батерията може и да „се предаде“ по-рано. Напрежението ѝ спада по-бързо. Когато достигне определено ниво – т.нар. cut-off – системата спира работа, дори ако вътре все още има неизползвана енергия. Това е защитен механизъм, който предотвратява повреда.
Шест съвета за използване на батерията през зимата
Експертът предлага няколко практични препоръки:
- Загрявайте автомобила, докато е включен към зарядното, а не след това.
- Не зареждайте батерията, когато е напълно изстинала; по-добре го направете веднага след пътуване, когато тя е още топла.
- Не зареждайте до 100% редовно. Ограничете се до около 80–90%.
- Използвайте отоплението на волана и седалките вместо силно отопление на купето, тъй като те консумират по-малко електроенергия.
- Избягвайте множество кратки пътувания при много ниски температури.
- При по-дълги маршрути планирайте допълнителна спирка за бързо зареждане, ако се съмнявате, че батерията ще издържи целия път.
Не става дума само за отоплението
Често се смята, че намаленият пробег през зимата се дължи основно на отоплението в купето. Това обяснение е само частично вярно. Отоплението наистина използва електроенергия, но основната причина за по-малкия пробег е самото охлаждане на батерията и забавянето на химичните процеси в нея.
Колко енергия всъщност се използва за отопление? Според Вулум-Бруер, това зависи от няколко фактора. Значение имат размерът на автомобила, химичният състав на батерията и най-вече външната температура. Колкото по-студено е, толкова по-големи са загубите.
При съвременен електромобил с размерите на Tesla Model 3 или Model Y предварителното загряване обикновено изисква около 0,5-1,5 kWh. За поддържане на топлината по време на движение се изразходват приблизително още 1-2 kWh на час.
Това означава, че отоплението представлява сравнително малка част от общото енергийно потребление. Особено в сравнение с ефекта на студа върху самата батерия.
При батерия с капацитет около 75 kWh тези стойности съответстват на енергиен разход от приблизително 2-5%. За сравнение, отоплението на волана и седалките консумира многократно по-малко. Самата батерия обаче може да загуби между 20 и 50% от нормалния си пробег при температури около -20°C.
Избягвайте зареждане на ледено студена батерия
Кога е най-подходящият момент за зареждане? Дали е по-добре автомобилът да се зарежда през нощта, или е приемливо да се използва бързо зарядно сутрин?
По правило зареждането е по-бързо, когато батерията е достигнала работната си температура. Затова често е по-разумно тя да се зареди веднага след пътуване, докато все още е топла, вместо да се чака следващата сутрин.
Бързото зареждане на силно изстинала батерия може да отнеме много време. Първо батерията трябва да се загрее. Освен това ниските температури влияят и върху самия процес на зареждане.
При студ литиевите йони се придвижват значително по-бавно. Затова зареждането протича по-трудно.
В някои случаи бързото зареждане при ниска температура може дори да бъде вредно. Литиевите йони могат да се отлагат върху повърхността на анода като метален литий, вместо да се вграждат в структурата на графита. Това явление и води до загуба на активен литий.
С течение на времето могат да се образуват и игловидни структури, известни като дендрити. Те са способни да предизвикат вътрешно късо съединение в батерията. В най-лошия случай това може да доведе до пожар.
Как да се намалят енергийните загуби
Според Вулум-Бруер ключът е в предотвратяването на излишни загуби на енергия. Предварителното загряване на автомобила и батерията значително намалява негативния ефект на ниските температури.
Изследванията показват и друго. Батерията има значително по-дълъг живот, ако не се зарежда постоянно до 100%.
Най-дълъг жизнен цикъл се постига, когато батерията работи в относително тесен диапазон – между 40% и 60%. В ежедневната употреба това рядко е практично. Но ако зарядът се поддържа между 20% и 80%, животът на батерията може значително да се удължи в сравнение със ситуация, в която тя постоянно се зарежда до максимума.
Тази препоръка важи независимо от външната температура. При студ обаче тя става още по-важна.
Батерията не бива да остава дълго време напълно заредена. Ако автомобилът няма да се използва продължително, оптималният заряд е между 40% и 60%.
Това е различно от препоръките при бензиновите и дизеловите автомобили, при които съветът е резервоарът да бъде пълен, за да се намали образуването на конденз.
Идват и по-добри батерии
Изследванията върху нови технологии за батерии се развиват активно. Пътят от лабораторията до серийното производство обаче обикновено е дълъг.
Една от най-обещаващите концепции в момента са твърдотелните батерии. При тях течният електролит се заменя със солиден или полутвърд материал.
За тази технология се говори от години. Масовото ѝ внедряване все още не е факт. Няколко китайски компании обаче вече обявиха, че очакват мащабно производство в рамките на следващите една до три години.
Китайският автомобилен производител FAW наскоро представи и първи прототип на автомобил с твърдотелна батерия. Това показва, че развитието продължава, макар че ще е нужно време, преди подобни решения да достигнат до масовия пазар.
Дали и кога новите технологии ще променят електромобилите, които се продават днес, ще зависи от допълнителни тестове, производствени мащаби и икономическа ефективност. Засега настоящото поколение батерии определя правилата за използване на електромобилите, особено през зимата.
