Temperatura a trwałość baterii

Czy inaczej jeździ się samochodem elektrycznym po Oslo a inaczej po Barcelonie?

Tak, a wszystko zależy od tego jak bateria zachowuje się w różnych skrajnych temperaturach. Samochody elektryczne cieszą się coraz większą popularnością, szacuje się że sam tylko rynek baterii do 2030 roku osiągnie wartość ok. 900 mld. Wpływ na to ma nie tylko rosnąca świadomość ekologiczna i decyzje formalno prawne ale również rozwój technologiczny, który wpływa na komfort użytkowania tego typu pojazdów.

SPIS TREŚCI

1. Czy temperatura wpływa na żywotnością baterii?
2. Stan akumulatora a jego wydajność
3. Jakie czynniki wpływają na wydajność baterii litowo-jonowych?
4. Tesla inspiruje
5. Użytkowanie samochodu elektrycznego w wysokich temperaturach
6. Optymalna temperatura
7. Rozwój rynku samochodów elektrycznych

Wpływ pogody na wytrzymałość baterii

Planując zakup samochodu elektrycznego bierzemy po uwagę wiele składowych. Niektóre z nich takie jak cena, zasięg czy design są oczywiste, ale czy rozważając zakup konkretnego modelu zastanawiamy się nad czynnikami wpływającymi na wytrzymałość baterii? W trakcie badań przeprowadzonych na grupie ponad 6300 samochodów elektrycznych (flotowych i konsumenckich) różnych marek zebrano 1.8 milina dni danych. Na podstawie przetworzonych danych telematycznych uzyskano wgląd do warunków jakie rzeczywiście wpływających na stan akumulatora. Zagregowane dane o średniej degradacji pochodziły z 21 różnych modeli pojazdów z 64 marek z różnych modeli pochodzących z różnych lat. Z zebranych danych wynika, że istnieje związek między temperaturą a zasięgiem i żywotnością baterii.

Jaki jest średni zasięg baterii?

Biorąc pod uwagę cykl życia wydajności oraz kondycję bateria jest kluczowym elementem samochodu elektrycznego. Co więcej, akumulator jest jego najdroższym elementem a stopień jego zużycia bezpośrednio wpływa na wydajność a w konsekwencji zasięg pojazdów. Analizując parametry dotyczące baterii w samochodach elektrycznych trudno znaleźć jednoznaczną informację jaka jest żywotność takiej baterii. Natomiast producenci bardzo często zapewniają gwarancję w przypadku nie prawidłowego funkcjonowania. Z zebranych danych wynika, ze średni zasięg baterii wynosi około 160934 km co przekłada się na 8 lat eksploatacji. Z punktu widzenia klientów takie gwarancje są ważne i w pewnym sensie uspakajające.

Należy zaznaczyć, że ceny baterii spadają z roku na rok. Od 2010 roku cena przeciętnego akumulatora litowo-jonowego spadła o ponad 80%. Znaczne obniżenie kosztów w połączeniu z gwarancją producencką przekonuje coraz większą grupę odbiorców, szczególnie tych niezdecydowanych.  

Wpływ pogody na samochody elektryczne

Do najważniejszych czynników wpływających na kondycję baterii do samochodów elektrycznych należy zaliczyć jest czas eksploatacji, użytkowanie przy wysokim/niskim stanie naładowania, wysoki prąd elektryczny, cykle energetyczne (zużycie) oraz właśnie temperatura.

W obiegowej opinii panuje przekonanie, że największym zagrożeniem dla żywotności baterii są niskie temperatury. Od czasu pojawienia się pierwszych samochodów elektrycznych na rynku jedną z najczęstszych awarii były problemy z funkcjonalnością właśnie zimą. Analizując między innymi zasięgi zauważono znaczące różnice pomiędzy pojazdami użytkowanymi w Kanadzie a tymi w Norwegii. Wniosek z tych badań był prosty: możliwe zasięgi zależą od temperatury, im niższa tym mniejsze zasięgi.

Ze względu na dodatkowe ogrzewanie (i chłodzenie) codzienny zakres zasięgu się zmniejsza. Energia z akumulatora zasila przecież nie tylko pojazd, ale również systemy pomocnicze głównie ogrzewanie i chłodzenie kabiny samochodu oraz samego akumulatora. Należy również zaznaczyć, że akumulatory litowo- jonowe są wolniejsze w ekstremalnych temperaturach. Niskie wartości natomiast wpływają na ich zdolność do magazynowania i uwalniania energii, co bezpośrednio wpływa na zasięgi w większym stopniu niż obciążenie pomocnicze. Jednym z rozwiązań minimalizujących utratę wydajności akumulatora jest wprowadzenie przez producentów systemów zarządzania temperaturą akumulatorów.

Pionierskie rozwiązanie

Tesla jest doskonałym przykładem na to jak producenci radzą sobie z wpływem temperatury na akumulatory. W tym przypadku wprowadzono dwa sposoby. Po pierwsze wykorzystując rozbudowany system zarządzania temperaturą możliwe jest utrzymanie baterii w optymalnym dla niej zakresie temperatur roboczych (zimą jest ogrzewana a latem chłodzona). Drugim sposobem jest obliczanie zasięgu samochodu elektrycznego przy użyciu stałej wartości wydajności zamiast wartości dynamicznej opartej na czynnikach zewnętrznych.

Czy lepiej jeździć samochodem elektrycznym po Oslo czy Barcelonie?

Baterię w samochodach elektrycznych wystawiane na działanie wysokich temperatur są podatne na większe uszkodzenia, ale jak duże są różnice? Aby odpowiedzieć na to pytanie do badań wykorzystano pojazdy używane w strefach umiarkowanych, gdzie w ciągu roku jest mniej niż 5 dni gdzie temperatura wynosi poniżej 27 C lub poniżej -5 C oraz w strefach gorących (w ciągu roku jest ponad 5 dni w roku z temperaturą powyżej 27 C. Samochody elektryczne, które były użytkowane w strefie umiarkowanej charakteryzowały się znacznie szybszym tempem spadku poziomu baterii niż te poruszające się w klimacie umiarkowanym.

Jak jest idealna pogoda dla samochodów elektrycznych?

21.5 C, ponieważ w takiej temperaturze osiąga swoją wartość szczytową szacowaną na 115%.  Z przeprowadzonych analiz wynika, że sama temperatura może zmniejszyć zasięg nawet o 10-12%. Co ciekawe włączenie klimatyzacji może zredukować zasięg nawet o 40% natomiast w temperaturze -15 C spadają o 54% względem swoich zasięgów znamionowych, co oznacza, że samochód, który (w warunkach testowych) mógłby pokonać 402 km rzeczywiście w takiej temperaturze przejedzie średnio 217 km.

Zapotrzebowanie na baterie rośnie

Wraz ze wzrostem popularności samochodów elektrycznych rośnie również rynek baterii, szacuje się ze do 2030 roku osiągnie wartość 900 mld USD. Regulacje wprowadzane przez Unię Europejską potwierdzają tylko, że nie jest to chwilowy trend a stała tendencja. Duże zainteresowanie spowoduje zwiększenie zapotrzebowania na baterie litowo-jonowe. Dostarczenie odpowiedniej ilości produktu na rynek będzie dużym wyzwaniem dla przemysłu. Niezbędna będzie nie tylko budowa nowych fabryk, ale również zautomatyzowanie i zrobotyzowanie już istniejących taśm produkcyjnych. Zwiększenie produkcji niesie za sobą ryzyko utraty jakości. Co może się bezpośrednio przekładać na straty nie tylko finansowe czy wizerunkowe, co więcej może się wpłynąć na kwestie bezpieczeństwa, które są niezwykle istotne. Jednym ze sposobów jak temu zapobiec jest stała kontrola procesy produkcji przy wykorzystaniu systemów wizyjnych. Odpowiednio zbudowany system składający się z odpowiednio dobranej kamery, oświetlacza oraz dedykowanego systemu software jest w stanie (bez zatrzymywania produkcji) w czasie rzeczywistym kontrować między innymi: poprawność rozmieszczenia ogniw, orientacje akumulatorów czy spoiw oszczędzając przy tym znaczą ilość czasu.