Postanowiliśmy wykonać prosty eksperyment z Nissanem Ariya. Przy temperaturze bliskiej zeru przejechaliśmy kilkadziesiąt kilometrów, podłączyliśmy go do ładowarki, następnie uruchomiliśmy podgrzewanie baterii na kilka minut i ponownie podłączyliśmy go do ładowarki. Efekt? Moc ładowania skoczyła o około 25 procent. Opiszemy ten eksperyment, wyjaśnimy, dlaczego tak się dzieje i pokażemy auta, które potrafią przygotować akumulator do ładowania (ang. preconditioning).
Wideo to tylko prezentacja eksperymentu, szczegółowy opis na poziomie ogniw znajduje się wyłącznie w tekście poniżej.
Co daje przygotowanie baterii do ładowania / podgrzanie ogniw zimą [+wideo]
Spis treści
Jeśli interesuje Was wstęp, możecie obejrzeć go na wideo w 360 stopniach (koniecznie 4K!) lub 2D. Obydwa filmy powstały w tym samym czasie i pokazują mniej więcej to samo, na komórkach wygodniejsze będzie wideo klasyczne, 2D:
Nissan Ariya to samochód, w którym podgrzewanie baterii można wymusić z użyciem przycisku w opcjach (EV -> Podgrzewanie akumulatora). Hałas, który słyszycie w tle, to zapewne pompa tłocząca ciecz, żeby zapewnić ciepło wszystkim ogniwom w pojemniku. Samo podgrzewanie odbywa się z użyciem pompy ciepła lub z wykorzystaniem elementów grzejnych (oporowych) – producent zapewne zoptymalizował je pod kątem zużycia energii. Istnieją samochody, które grzeją baterie automatycznie, takie, w których da się to wymusić ręcznie, oraz takie, gdzie możliwe są obie opcje.
Elektryczny Nissan po kilkudziesięciu kilometrach, ale przed podgrzaniem baterii, ładował się z mocą niecałych 52 kW. Około osiem minut później, gdy włączyliśmy grzanie akumulatora, moc wzrosła do ponad 65 kW. Później nieco spadła, lecz ciągle była wyższa niż przy chłodnej baterii (~62 kW). W ciągu ośmiu minut temperatura wzrosła na tyle, że ładowanie było o 20-25 procent szybsze. A szybsze ładowanie to krótsza przerwa podczas podróży.
Zaraz wymienimy samochodu elektryczne, które posiadają tę funkcję, ale najpierw wyjaśnimy, jakie jest podłoże tego zjawiska.
Dlaczego podgrzewanie baterii w samochodzie elektrycznym jest ważne
Istnieje kilka różnych rodzajów ogniw Li-ion, jednak właściwie wszystkie preferują pracę w temperaturze pokojowej, optimum wydajności i żywotności osiągają w przedziale mniej więcej 20-30 stopni Celsjusza. Wydajność ogniw Li-ion z katodami zawierającymi nikiel (NCM, NCA) mocno spada podczas ujemnych temperatur, z kolei ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe podczas mrozów właściwie przestają działać, co widać na poniższym wykresie (niebieskie słupki plus ten artykuł).
Gdy temperatura wynosi 0 i mniej stopni Celsjusza, ogniwa trzeba podgrzać (czerwone słupki), żeby działały optymalnie (NCM, NCA) lub w ogóle działały (LFP). Dlaczego? Otóż elektrody – i anoda, i katoda – to wielka trójwymiarowa siatka, w której zakotwiczają atomy litu. Kiedy spada temperatura, atomy w tej wielkiej siatce zaczynają się do siebie zbliżać. Tunele, które przy temperaturze pokojowej pozwalają na wędrówkę jonów litu, przy temperaturze bliskiej zeru stają się zbyt ciasne. Część atomów litu zostaje uwięziona, na wyświetlaczu czy to telefonu, czy samochodu objawia się to nagłym spadkiem pojemności (procenty) lub zasięgu.
Kiedy jest za zimno, użycie zbyt dużych mocy może prowadzić do platerowania litem, tj. odkładania się pierwiastka na powierzchni elektrody zamiast we wszystkich jej strukturach 3D – bo prowadzące do nich tunele będą zbyt małe. Platerowanie to niebezpieczne zjawisko, może prowadzić do rozrostu litowych dendrytów, krótkiego spięcia i całkowitej awarii ogniwa. Dlatego elektryki zimą ładują się wolniej, komputer zarządzający parametrami uzupełniania energii wybiera bezpieczeństwo i długowieczność nad szybkość ładowania.
Podgrzanie baterii, owszem, powoduje zużycie części energii, ale rachunek zysków i strat jest zdecydowanie na plusie. Rozszerzające się struktury elektrod sprawiają, że atomy litu, które dotychczas były w pułapce bez wyjścia, nagle mogą się wydostać i oddać (jazda) lub odebrać (ładowanie) energię. Dzięki temu kierowca ma do dyspozycji wyższą moc lub może się ładować z wyższą mocą bez ryzyka uszkodzenia baterii.
Jakie samochody potrafią podgrzać baterie przed ładowaniem
Tak jak wspomnieliśmy, istnieją dwie główne strategie podgrzewania ogniw: 1/ wymuszona przyciskiem w interfejsie lub 2/ uruchamiana automatycznie, gdy nawigacja prowadzi nas do ładowarki a jest zimno. Możliwe jest również podejście hybrydowe. Auta elektryczne, które potrafią podgrzewać baterię, żeby przyspieszyć ładowanie (ang. precondition, preconditioning), to:
- Tesle (trasa w nawigacji wyznaczona do Superchargera),
- BMW i4, BMW iX, BMW iX1 (trasa w nawigacji wyznaczona do ładowarki, w najnowszych wersjach software’u – także wymuszenie),
- Nissan Ariya (wymuszenie w oprogramowaniu), niewykluczone, że także Renault Megane Elektryczny,
- Kia EV6, Hyundai Ioniq 5 od roczników modelowych (2022), zapewne też Hyundai Ioniq 6, Kia EV9 i wszystkie inne auta na platformie E-GMP (trasa w nawigacji wyznaczona do ładowarki),
Mini Electric(opcja została usunięta z aplikacji),- Volvo C40, Volvo XC40 (trasa w nawigacji wyznaczona do ładowarki),
- Porsche Taycan, Audi e-tron GT (trasa w nawigacji wyznaczona do ładowarki),
- Mercedes EQS, Mercedes EQE (trasa w nawigacji wyznaczona do ładowarki, może zależeć od rocznika i działać nieprzewidywalnie).
Lista nie jest wyczerpująca, ponieważ producenci dopiero niedawno dostrzegli, że ładowanie zimą może być problemem. Wiele samochodów elektrycznych dysponuje odpowiednim sprzętem (grzałki w baterii), potrafi rozgrzać akumulator do założonej temperatury, nie ma natomiast odpowiednich funkcji w oprogramowaniu.
Jak rozpoznać, czy auto ma przygotowanie / podgrzewanie baterii do ładowania?
Najprostszą metodę wymyślił Bjorn Nyland. Wystarczy po niezbyt długiej i dynamicznej jeździe podczas mrozów zatrzymać się na dowolnym parkingu. Następnie w nawigacji samochodu trzeba wyznaczyć trasę do pobliskiej szybkiej ładowarki. Jeśli elektryk potrafi podgrzewać baterię i warunki są odpowiednie, w ciągu kilkudziesięciu sekund mocno skoczy pobór mocy (kW) lub zużycie energii w trasie (kWh). Tę drugą sytuację obserwowaliśmy przy Nissanie Ariya: auto nie jechało, nie zwiększał się pokonany dystans, natomiast zaczęło nagle potrzebować dodatkowych ilości energii. W efekcie prezentowane na licznikach średnie zużycie na 100 km szybko wędrowało do góry.
Podgrzewanie ogniw nie uruchomi się, jeśli bateria będzie zbyt mocno rozładowana. Nie objawi się też, gdy temperatury będą zbyt wysokie (najczęściej: od kilku stopni Celsjusza w górę).
Nie przegap nowych treści, OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy:
