Jeden z Czytelników zadał nam pytanie o to, czym się różni całkowita i użyteczna pojemność baterii. Inni pytali, czy można jakoś skorzystać z pojemności całkowitej, skoro użyteczna jest mniejsza. Spróbujmy wyjaśnić tę kwestię w możliwie najprostszy sposób.
Pojemność całkowita i użyteczna akumulatorów
Spis treści
Dwa słowa wstępu: w przypadku wielu modeli samochodów elektrycznych i olbrzymiej większości hybryd plug-in producenci podają pojemności całkowite zamiast użytecznych. Dlaczego? Zawsze lepiej podać większą liczbę niż mniejszą, szczególnie, że obie są prawdziwe. Dlatego wszystkim utrwaliło się, że Nissan Leaf ma baterię 40 kWh, a Audi e-tron – 95 kWh.
Staramy się sprzeciwiać temu trendowi i najczęściej podajemy pojemności użyteczne. Dlatego w naszych artykułach Leaf ma ~37,5 kWh, a Audi e-tron – 83,6 kWh pojemności (ale w nawiasach dodajemy nierzadko wartości całkowite). Dlatego, że to pojemność użyteczna/netto decyduje o tym, jak daleko zajedziemy na jednym ładowaniu. Nie tylko ona, ale jej wpływ jest niebagatelny.
> Hyundai Ioniq Electric zdetronizowany. Tesla Model 3 (2020) najbardziej oszczędna na świecie
A skąd się biorą te różnice? Jeśli spojrzycie na rysunek poniżej i zignorujecie na chwilę czerwoną ramkę, zobaczycie charakterystykę pracy przykładowego ogniwa Li-ion. Zwróćcie uwagę, że nominalne 100 procent pojemności osiąga ono przy 25 stopniach Celsjusza (niektórzy producenci dokonują pomiaru przy 20 stopniach Celsjusza), przy 60 stopniach pojemność wynosi około 103 procent, a przy -20 stopniach Celsjusza – około 70 procent. Przedział od zera do 100 procent to jest pojemność całkowita.
To jednak nie wszystko. Producenci ogniw elektrycznych zauważyli i wielokrotnie sprawdzili, że głębokie cykle pracy (0-100 procent) powodują znacznie szybsze zużycie ogniw – są to różnice rzędów wielkości:
> Jak należy ładować baterie w samochodzie elektrycznym, żeby posłużyły jak najdłużej?
Dlatego układy BMS zostają skalibrowane w taki sposób, żeby ogniwa nie pracowały w pełnym cyklu, a zamiast tego funkcjonowały tylko od, dajmy na to, w przedziale 10-90 procent całkowitej pojemności ogniwa (czerwona ramka). Na znajdującym się powyżej wykresie byłoby to od napięcia 4 do 3,6 wolta dla 25 stopni Celsjusza. Przedziały mogą być oczywiście różne, bo ścierają się tutaj dwie potrzeby:
- wykorzystanie jak największej pojemności ogniw kontra
- zapewnienie jak najdłuższego czasu życia ogniw.
I właśnie ten przykładowy przedział 10-90 procent przedstawiany jest nam jako 0-100 procent. To jest pojemność użyteczna, netto, ta, z której możemy skorzystać.
Różnice między pojemnością użyteczną i całkowitą zależą od projektanta baterii
Oczywiście producent może zmienić przedział lub nałożyć dodatkowe warunki, ponieważ bateria jest zbiorem ogniw, o który się dba, bo użytkownik ma względem niego spore wymagania: oczekuje dużej pojemności, dużej mocy samochodu (oddawanie energii), ale też szybkiego ładowania (przyjmowanie energii).
Generalnie można przyjąć, że duża różnica między pojemnością użyteczną a całkowitą występuje tam, gdzie producent zaplanował sobie zapas pojemności, bo spodziewa się degradacji. Tak jest choćby we wspomnianym Audi e-tron, które podczas premiery po prostu musiało ładować się z mocą 150 kW, żeby nie wypadać blado na tle Tesli.
Wykorzystywanie tylko pojemności użytecznej jest powszechne nie tylko w samochodach elektrycznych czy hybrydach, ale też w laptopach czy telefonach komórkowych.
Ogniwa czy baterie?
Mówiliśmy tutaj głównie o ogniwach, które są podstawowymi cegiełkami budulcowymi baterii, ale podobne zachowanie jest rekomendowane w przypadku baterii. Często zaleca się, żeby akumulatory (zbiory ogniw) pracowały w przedziale 10-90 czy nawet 20-80 procent pojemności całkowitej (niebieska ramka).
Ta rekomendacja wzięła się częściowo ze świadomości opisanego powyżej faktu dotyczącego ogniw, a częściowo z tego, że producenci zamiast stosować przedział 10-90 wolą raczej 5-95 procent lub jeszcze szerszy, żeby maksymalnie wykorzystywać możliwości drogich ogniw (ramka czerwona, kreskowana):
Kierowca pilnujący, żeby bateria pracowała w przedziale, powiedzmy 15-80 może mieć pewność, że ogniwa funkcjonują w optymalnych dla siebie warunkach. Czyli bateria będzie mu służyła długo i szczęśliwie (chyba że zawiedzie jakieś ogniwo).
Z tego wynika, że czasem lepiej jest wozić ze sobą „za dużą” pojemność baterii: bo im więcej mamy do dyspozycji, tym łatwiej będzie nam żyć z cyklem od ~20 do ~80 procent pojemności.
Osobom zainteresowanym szczegółami dotyczącymi ładowań oraz działaniem ogniw, polecamy również poniższy artykuł:
> Dlaczego ładowanie do 80 procent, a nie do 100? O co w tym chodzi? [OBJAŚNIAMY]
Nota od redakcji www.elektrowoz.pl: jest jeszcze jeden twist terminologiczny. „Pojemność baterii” tak naprawdę określa się w amperogodzinach (Ah), a kilowatogodziny (kWh) to ilość energii, którą bateria jest w stanie przechować w określonych warunkach. Uznaliśmy jednak, że ten ostatni parametr również będziemy nazywać pojemnością – przeliczenie kWh na Ah jest możliwe, gdy znamy napięcie na stykach baterii.
Zdjęcie z charakterystyką pracy ogniw: (c) IBT-Power
