Що се отнася до електрическата кола, животът на батерията със сигурност е най-обсъжданата тема - разбира се след пробег. Трябва да се каже, че това парче е не само съществено, но и обект на всички фантазии.
Ако тази статия няма за цел да даде количествен и безспорен отговор, тя предоставя някои първоначални елементи за оценка на теоретичния и реалния живот на батериите. Това са съществени елементи за демистифициране на електрическите превозни средства и възприемане на добро поведение при използване.
Как работи акумулаторът на електрическа кола?
Всички говорят за акумулатори на електрически автомобили. Понякога замърсяват, друг път не са достатъчно мощни. Отвъд тези съображения е преди всичко необходимо да се разбере тяхното функциониране, за да може да се разбере техният живот. Изпробваме го, опитвайки се да бъдем възможно най-педагог.»Прочетете също» Наистина ли електрическите превозни средства са по-замърсяващи от бензиновите автомобили?
В основата на литиево-йонната батерия
Преди да разгледате продължителността на живота на акумулатора на електрически автомобил, първата стъпка е да разберете как работи. След като разчитат на технологиите никел-кадмий (NiCd) и никел-метал-хидрид (Ni-MH), електрическите превозни средства вече носят - в по-голямата си част - литиево-йонна батерия. Търгуван от 90-те години на миналия век, той се основава на операция, подобна на тази на оловно-киселинната батерия, основната технология на превозните средства за горене.Неговият принцип? Циркулирайте електрони, за да създадете потенциална разлика между два електрода: положителен (катод) и отрицателен (анод), като първият обикновено е съставен от метален оксид, а вторият от графит. Тази реакция е възможна благодарение на проводима течност, наречена електролит и осигуряваща пренасянето на литиеви йони (Li + йони), в която електродите са потопени. Когато батерията работи, Li + йони се отблъскват от отрицателния електрод, с който нямат афинитет и се привличат от положителния електрод: това е фазата на разреждане. Обратно, Li + йонът се освобождава от анода във фазата на презареждане, преди да бъде вкаран в катода.
Редица клетки, които са важни
Литиево-йонните батерии са изградени от множество клетки, всяка от които възпроизвежда описаната по-горе реакция, за да създаде потенциална разлика. Те са свързани помежду си и се ръководят от електронна схема, която координира тяхното производство на електричество. Работата на батерията ще зависи главно от броя на клетките на борда, техния размер и начина, по който се разпределят. Тези три елемента ще определят основно:- капацитетът на акумулатора, изразен в kWh в автомобила, който съответства на количеството електричество, което той може да съхранява;
- и неговата интензивност, изразена в ампери на символ А, който съответства на електрическия заряд, който е възможно да се предаде за една секунда.
Висока енергийна плътност, ниска устойчивост на пълни цикли
Ако литиево-йонните батерии са станали стандарт за електрическите автомобили - поне в момента - това е главно защото те имат висока енергийна плътност. Това означава, че съотношението между капацитет за съхранение и тегло (или отпечатък) е много високо, от съществено значение за бордовите системи. Тази специфична енергия е от порядъка на 300 до 500 Wh / kg за литиево-йонна батерия, т.е. до 10 пъти повече, отколкото за оловно-киселинна батерия (1). С други думи, батерията ще бъде по-лека или по-малко обемиста за еквивалентен капацитет. Освен че не изисква поддръжка, тази технология има предимството, че има нисък саморазряд, а именно постепенно намаляване на нивото на зареждане, когато автомобилът не се използва.И накрая, трябва да се отбележи, че литиево-йонните батерии също се отличават с ограничен ефект на паметта, което им позволява да се презареждат - докато разрядът не е завършен - без да ги повреди.Литиево-йонните батерии за електрическите превозни средства обаче не са без вина. Освен че са относително скъпи за производство, главно поради недостига на литий, те не издържат на пълни цикли на зареждане и разреждане. С други думи, дълбокият разряд - съответстващ на общ капацитет по-малък от около 5% - ще се окаже разрушителен и ще нанесе непоправими щети на неговите характеристики. Трябва да се отбележат и други недостатъци (температурна чувствителност, опасност на електролита и др.), Но те обикновено се споделят от другите основни технологии, използвани в автомобилния свят.
Каква е продължителността на живота на акумулатора на електрически автомобил?
Сега, когато знаем - приблизително - как работи литиево-йонната батерия, е време за обекта, който наистина ни интересува, неговия живот. Теоретично дълголетие, обратна връзка и фактори за влошаване: ние ви предоставяме основните отговори на въпроса.1000 до 1500 цикъла: теоретичната продължителност на живота на акумулатора на електрическа кола
Средно се изчислява, че животът на оловно-киселинната батерия е от 4 до 5 години. Но какво ще кажете за литиево-йонната батерия в електрическа кола? На първо място, трябва да знаете, че е трудно да се изчисли с години - което в по-малка степен се отнася и за термичните превозни средства - защото много параметри влизат в сила. Следователно е за предпочитане подхождайте към въпроса от ъгъла на броя на циклите на разреждане-презареждане. Въпреки че тези цифри са дискусионни и варират при различните модели, е прието, че животът на акумулатора на електрическа кола в момента е между 1000 и 1500 цикъла. Отвъд този праг производителите смятат, че капацитетът за съхранение е само 70% до 80% от този, който е бил впроизход. Процент, който вече не е достатъчен, доколкото ограничава обхвата на превозното средство и който след това изисква подмяна на батерията.Възниква още един въпрос: колко години са необходими, за да се завършат тези 1000 до 1500 цикъла? Според производителите средната продължителност ще бъде около 10 години в "класическо" състояние на употреба. За да се опитаме да си отговорим сами, нека вземем примера на новото Renault Zoé с батерия с капацитет 52 kWh, чийто теоретичен разход е около 17 kWh / 100 км и който не се презарежда. отколкото в диапазона от 20 до 80% от капацитета на батерията, за да се ограничат пълните цикли на разреждане и презареждане (които са вредни, както вече обсъдихме). Обърнете внимание също, че Renault дори препоръчва да има цикли на презареждане-разреждане между 30 и 80%, поради което позволява да се използва само половината от капацитета на батерията.За да се върнем към нашия пример, шофьорът ще използва ежедневно 31,2 kWh (60% от 52 kWh), което му позволява - теоретично за пореден път - да изминава около 184 километра на цикъл. Ако приемем, че изминава 20 000 километра годишно, той ще извърши приблизително 109 годишни цикъла, за да достигне този пробег. Ако продължителността на живота е 1250 цикъла например, батерията може да се използва повече от 11 години, преди да премине прага на остаряване (между 70 и 80% от първоначалния капацитет на батерията), т.е. близо до 230 000 километра. Фигура, която трябва да успокои потенциалните купувачи, въпреки по-строгите условия за отпускане на екологичния бонус от 2020 г. насам.което му позволява - теоретично за пореден път - да измине приблизително 184 километра за всеки цикъл. Ако приемем, че изминава 20 000 километра годишно, той ще извърши приблизително 109 годишни цикъла, за да достигне този пробег. Ако продължителността на живота е 1250 цикъла например, батерията може да се използва повече от 11 години, преди да премине прага на остаряване (между 70 и 80% от първоначалния капацитет на батерията), т.е. близо до 230 000 километра. Фигура, която трябва да успокои потенциалните купувачи, въпреки по-строгите условия за отпускане на екологичния бонус от 2020 г. насам.което му позволява - теоретично за пореден път - да измине приблизително 184 километра за всеки цикъл. Ако приемем, че изминава 20 000 километра годишно, той ще извърши приблизително 109 годишни цикъла, за да достигне този пробег. Ако продължителността на живота е 1250 цикъла например, батерията може да се използва повече от 11 години, преди да премине прага на остаряване (между 70 и 80% от първоначалния капацитет на батерията), т.е. близо до 230 000 километра. Фигура, която трябва да успокои потенциалните купувачи, въпреки по-строгите условия за отпускане на екологичния бонус от 2020 г. насам.той ще извърши приблизително 109 годишни цикъла, за да постигне този пробег. Ако продължителността на живота е 1250 цикъла например, батерията може да се използва повече от 11 години, преди да премине прага на остаряване (между 70 и 80% от първоначалния капацитет на батерията), т.е. близо до 230 000 километра. Фигура, която трябва да успокои потенциалните купувачи, въпреки по-строгите условия за отпускане на екологичния бонус от 2020 г. насам.той ще извърши приблизително 109 годишни цикъла, за да постигне този пробег. Ако продължителността на живота е 1250 цикъла например, батерията може да се използва повече от 11 години, преди да премине прага на остаряване (между 70 и 80% от първоначалния капацитет на батерията), т.е. близо до 230 000 километра. Фигура, която трябва да успокои потенциалните купувачи, въпреки по-строгите условия за отпускане на екологичния бонус от 2020 г. насам.по-стриктно разпределение на екологични бонуси от 2020 г.по-стриктно разпределение на екологични бонуси от 2020 г.
Нека си го припомним още веднъж: това изчисление не е абсолютно вярно. Той просто дава представа за теоретичната продължителност на живота на литиево-йонна батерия, като същевременно ви позволява да повторите изчислението сами. Наясно сме, че много фактори не могат да се наблюдават в действителност (дневен пробег, процент на презареждане и разреждане и т.н.) и че някои елементи ще повлияят на работата на батерията (метеорологични условия, стил на шофиране, средна скорост и т.н.). Това упражнение обаче ни дава урок: животът на батерията обикновено ще бъде по-дълъг от този на електрическата кола. Наблюдение, което бързо трябва да стане по-демократично,доколкото производителите се надяват бързо да достигнат теоретичен брой цикли от около 2000.
Литиево-йонната батерия би загубила 2,3% от капацитета си всяка година
За да се надяваме да имаме малко по-конкретни резултати по отношение на живота на батерията, нека отидем в Канада. Тук се намира Geotab, компания, специализирана в управлението на автомобилни паркове. Защо се интересуваме от него? Съвсем просто, защото току-що е разработил инструмент, анализиращ разграждането на литиево-йонните батерии, благодарение на информацията, събрана за повече от 6300 електрически автомобила, принадлежащи на автопаркове, т.е. еквивалент на 1,8 милиона дни данни. . Бяха анализирани общо 21 отделни модела от различни години, вариращи от Tesla Model S през 2017 г. до Kia Soul EV от 2018 г. до Renault Kangoo ZE през 2014 г. (2).Благодарение на този инструмент, наречен EV Battery Degradation Comparison Tool, е възможно да получите обратна връзка за състоянието на батерията след определен период на реална употреба - и вече не теоретично, както преди. . Първи урок: при различните анализирани превозни средства капацитетът на батерията намалява средно с 2,3% годишно. Тази цифра обаче трябва да бъде взета с малко внимание, тъй като времето за анализ никога не е надхвърляло 5 години. По този начин нищо не ни казва, че след 7 до 8 години, например, капацитетът за съхранение не намалява драстично. От друга страна, това дава възможност да се изчисли, че капацитетът на батерията все още се обръща средно около 90% след 5 години.Толкова много резултати, които изглежда потвърждават, че животът на батерията на електрически автомобил наистина може да бъде средно 10 години, периодът, необходим за капацитета да бъде не повече от 70 до 80% от това, което е. тя първоначално беше. Geotab също потвърждава, че повечето батерии ще могат да оцелеят в превозните средства, които ги носят.
Би било твърде лесно да се представи тази цифра, без да се вземат предвид всички изключения, които Geotab отбеляза. Например, 5 модела се открояват благодарение на много ниско разграждане на батерията след 2 години:
- 2017 Kia Soul EV (капацитетът на батерията му е все още 99,1% след 2 години употреба);
- Renault Kango ZE от 2014 г. (98,3%);
- 2017 e-Golf на Volkswagen (97,7%);
- и 2017 Tesla Model X и Model S (съответно 97,6% и 97,4%).
От друга страна, другите превозни средства далеч не са примерни, като BMW i3 от 2017 г., който губи 5,9% от капацитета за съхранение само след една година. Версията за 2018 г. обаче се справя по-добре със спад от само 1,6% за същия период (3). Допълнително доказателство, че не всички батерии изглеждат еднакви в тази област.
Температура и работен цикъл: два важни фактора за влошаване
Сега имаме два елемента, които ни позволяват да оценим по-добре продължителността на живота на литиево-йонна батерия: тя може да се използва от 1000 до 1500 цикъла и губи средно 2,3% от капацитета си всяка година. Но там, където прищипването на обувките е, че много фактори ще повлияят на тези две цифри. Някои, за които вече подозирахме, също бяха потвърдени от Geotab чрез нейното проучване.- Работната температура : точно както при оловните батерии, топлината ще доведе до траен спад на капацитета на литиево-йонната батерия. Оттук е важността да не паркирате автомобила си под пряка слънчева светлина. В допълнение към валидирането на това наблюдение, Geotab ни казва, че батериите, включващи ефективна система за термично регулиране, показват по-бавно разграждане. От друга страна, студът просто ще повлияе на незабавната автономност, но няма да окаже влияние върху живота на батерията.
- Зареждане и разреждане: Както вече обсъдихме, пълните цикли на зареждане и разреждане значително ускоряват износването на литиево-йонната батерия. В допълнение към препоръките да не се надвишават определени прагове (между 20 и 80% като общо правило), производителите често са склонни да запазват определен неизползваем процент, за да се избегнат екстремни натоварвания. Като пример, Tesla Model S има батерия от 102 kWh, чийто капацитет е ограничен до 98 kWh. Препоръчва се също да се избягват бързи зареждания, което Geotab потвърждава, тъй като те са склонни да ускоряват разграждането на батерията, точно както незабавните презареждания след интензивна употреба на автомобила. Затова когато избирате как да зареждате електрическия си автомобил, най-добре е да го направитезаложете на подсилен дом.
- Възрастта на превозното средство : ако влошаването на капацитета може да бъде линейно в определени случаи, то обикновено следва друг модел. Много често има значителен първоначален спад, преди темпото да се забави. Най-накрая в края на живота си се забелязва по-нататъшно значително намаляване. От друга страна, интензивното използване на електрическата кола изглежда не оказва влияние върху живота на батерията. Според Geotab разликата в деградацията ще бъде минимална между превозно средство, използвано по-малко от 8 000 км годишно, и друго над 20 000 км годишно (4). Осигурено е, за пореден път, да се спазва диапазонът на презареждане-разреждане средно между 20 и 80%.
Ето защо закупуването на употребяван електрически автомобил остава толкова несигурно, тъй като е невъзможно да се знае как предишният собственик е използвал тяхното превозно средство. За щастие SOH (състоянието на здравето) може да дава индикации за здравословното състояние на батерията.
Какво бъдеще за батерията на електрическа кола?
Животът на литиево-йонна батерия обаче не приключва напълно след тези 1000 до 1500 цикъла на презареждане-разреждане. Ако рециклирането е тема, която се обсъжда, то е преди всичко повторно използване, което изглежда може да предложи втори живот на литиево-йонните батерии. Втори живот, на който трябва да се радват, тъй като бързо могат да бъдат изтласкани към изхода.Тези инициативи, които удължават живота на батериите
След като капацитетът му вече не е достатъчен за нуждите на електрическата кола, литиево-йонната батерия вече има все повече и повече втори живот. Ако рециклирането за повторна употреба на материали е възможно решение, то все още не е толкова демократизирано поради цената си. Ето защо производителите първоначално превръщат батериите в решения за съхранение на електроенергия, на принципа на кръговата икономика. В тази област няколко инициативи - ако не и филантропски - заслужават да бъдат отбелязани със своята изобретателност.- UEX236 : зад това кодово име се крие индустриален демонстратор, управляван от SNAM (Société Nouvelle d'Affinage des Métaux), който е в състояние да диагностицира състоянието на батериите, за да използва повторно най-добрите за втори живот.
- Renault : френският производител използва повторно определени клетъчни пакети за съхраняване на възобновяема енергия, особено от вятърни турбини и фотоволтаични панели. Целта? Удължете живота на батерията с допълнителни 5 до 10 години. Предвиждат се и други приложения, особено за подмяна на генератори или за компенсиране на прекъсвания на тока.
- xStorage Home : управлявано от Nissan, това устройство също така осигурява съхранение на слънчева енергия. Но излезлите от употреба батерии на марката се използват и за съхранение на електричество в извън пиковите часове, преди да го освободят в пиковите часове.
Въпреки тези различни инициативи, ситуацията далеч не е розова. Защо ? След втория им живот идва времето за рециклиране. Съвременните разпоредби обаче изискват рециклиране само на 50% от теглото на батерията. Остатъка ? Той е унищожен, изгорен или дори погребан. Тази ситуация е още по-тревожна, тъй като - според Кристел Борис, председател на Стратегическия комитет за минно-металургичния сектор - тонажът на батериите, които ще бъдат рециклирани в Европа, трябва да се умножи по три до 2027 г. (5).
Какво ще стане, ако литиево-йонната батерия вече е свършила?
Колкото повече време минава, толкова повече цената на литиево-йонните батерии намалява благодарение на ефекта на мащаба. В същото време капацитетът им продължава да нараства, като Tesla Model S дори претендира за 100 kWh. И все пак тази технология никога не е изглеждала толкова близо до края. Трябва да се каже, че няколко алтернативи започват да се появяват и че производителите им вярват твърдо като желязо, като BMW, което е инвестирало 200 милиона евро, за да отвори своя нов център, посветен на батериите на групата (6 ). Това са по-специално три технологии, които могат да олицетворяват бъдещето.- Изцяло твърдата батерия : за разлика от традиционните батерии, както оловно-киселинни, така и литиево-йонни, електролитът не е течен разтвор, а по-скоро плоча от стъкло или гел. Освен че се справя без скъпи метали, включително кобалт, тази технология би предложила много по-добра енергийна плътност и диапазон на работната температура, умножен до 6 пъти (от -20 до 100 ° C). Но преди всичко изцяло твърдата батерия би намалила теглото и цената на електрическите превозни средства (тъй като е по-евтина за производство), като същевременно значително увеличава автономността. Toyota и Volkswagen вече обявиха, че възнамеряват да използват този тип батерии до 2025 година.
- Натриево-йонната батерия : както подсказва името й, тази батерия има за цел да замести лития с натрий в електродите. Основното му предимство? Намалете производствените разходи с до 30%, тъй като натрият е много по-богат на Земята. От друга страна, натриево-йонната батерия няма да може да предложи същата енергийна плътност. С други думи, той ще трябва да бъде много по-голям или по-тежък от литиево-йонната батерия, за да предложи същия капацитет за съхранение. Ето защо, по всяка вероятност, тази технология трябва да се използва повече за стационарни приложения или за съхранение на енергия.
- Литиево-сярната батерия : за схематизиране, такава батерия разтваря лития при контакт с отрицателния електрод по време на разреждането, като сярата се трансформира в различни материали. Основното му предимство е, че използва много леки активни съставки. Последствия ? Енергийната плътност на литиево-сярна батерия е до 4 пъти по-голяма от тази на литиево-йонната батерия. По този начин би било възможно значително да се намали обемът или теглото на батерията, като същевременно се увеличи нейният капацитет. Тази технология обаче е най-несигурна, тъй като не е най-много инвестирана от производителите, особено защото степента на влошаване на нейния капацитет изглежда много важна.
(1) Електрическа кола: как работи литиево-йонната батерия? - Easy Electric Life - 2019
(2) Geotab представя инструмента за разграждане на акумулаторни батерии EV, осигуряващ оценка и сравнение на живота на батерията на електрически превозни средства - Geotab - 2020
(3) Инструмент за сравнение на EV акумулатора на батерии - Geotab - 2020
(4) Какво може да каже 6000 електрически автомобила за здравето на EV батерията? - Geotab - 2019
(5) Електрически превозни средства: 700 000 тона батерии, които ще бъдат рециклирани през 2035 г. - Le Parisien - 2019
(6) В Мюнхен BMW подготвя батериите на бъдещето - Clean Automobile - 2019
