Baterie samochodów elektrycznych - jaka jest ich pojemność, degradacja ogniw, koncepcje SoC i DoD

Bateria samochodu - pojemnosć akumulatorów brutto i netto?

W kontekście samochodów elektrycznych, pojęcia "pojemność brutto" i "pojemność netto" akumulatora odgrywają ważną rolę. Pomagają one właścicielom pojazdów zrozumieć, ile energii jest dostępna do użytku oraz jak bateria jest zarządzana w celu optymalizacji bezpieczeństwa i wydajności.

Pojemność Brutto Baterii:

Pojemność brutto baterii odnosi się do całkowitej, fizycznej pojemności akumulatora, czyli maksymalnej ilości energii, którą bateria może przechowywać, wyrażonej w kilowatogodzinach (kWh). Jest to wartość mierzona przed uwzględnieniem jakichkolwiek strat energetycznych. Niektórzy producenci podają tę wartość, co może być mylące dla potencjalnych klientów, sugerując, że cała ta energia jest dostępna do użytku.

Pojemność Netto Baterii:

Pojemność netto baterii to ilość energii dostępna do użytku po uwzględnieniu pewnych rezerw energetycznych na zarządzanie baterią oraz systemem operacyjnym pojazdu. Zazwyczaj jest to wartość niższa o 2-5% w porównaniu do pojemności brutto. Oto kilka powodów, dla których warto zwracać uwagę na wartości netto i brutto baterii:

• Bezpieczeństwo i Żywotność: Rezerwy energii są stosowane w celu przedłużenia żywotności baterii i zapobiegania głębokiemu rozładowaniu (wysoki poziom DoD - a o tym dalej), które mogłoby uszkodzić baterię.
• Zarządzanie Termiczne: Baterie działają najefektywniej w określonym zakresie temperatur. Dodatkowy bufor pojemności jest wykorzystywany do zarządzania temperaturą baterii, aby uniknąć przegrzewania lub przechłodzenia.
• Ochrona przed Awariami: System Zarządzania Baterią (BMS) może wymagać pewnej ilości rezerw energetycznych, aby zapobiec nieoczekiwanym awariom lub kompensować normalne zużycie baterii.

Pojęcia - DoD (Depth of discharge) oraz SoC (State of Charge)

• Stan Naładowania (SoC): Stan naładowania (SoC) to poziom naładowania baterii elektrycznej w stosunku do jej całkowitej pojemności. Wyraża się go zazwyczaj w procentach, gdzie 0% oznacza, że bateria jest pusta, a 100% oznacza, że bateria jest w pełni naładowana​.
• Głębokość Rozładowania (DoD): Głębokość rozładowania (DoD) to parametr określający, ile energii zostało użyte z baterii między cyklami ładowania. Na przykład, jeśli masz baterię o pojemności 100 kWh i użyjesz 80 kWh energii przed naładowaniem, głębokość rozładowania wynosi 80%​.

W teorii są to poprostu terminy odwrotne, jednak ze względu na różne metody wyliczania faktycznego stanu naładowania/rozładowania akumulatorów te terminy funkcjonują obok siebie.

 

Znaczenie SoC i DoD dla Właścicieli Samochodów Elektrycznych:

Zarządzanie Ładowaniem: Zrozumienie SoC i DoD jest kluczowe dla efektywnego zarządzania ładowaniem baterii. Na przykład, wiele badań sugeruje, że utrzymanie SoC baterii (czyli stan naładowania) samochodu elektrycznego między 20% a 80% może znacząco przedłużyć żywotność baterii.

 

Degradacja baterii w aucie elektrycznym

Akumulator w samochodzie elektrycznym jest jak serce pojazdu, zapewniające energię, która napędza wszystko, od silnika po elektronikę pokładową. Jednak z biegiem czasu, podobnie jak inne elementy pojazdu, bateria może tracić swoją pierwotną zdolność do przechowywania energii. Proces ten, znany jako degradacja baterii, może wpłynąć na zasięg, wydajność i ogólne doświadczenie z jazdy samochodem elektrycznym. Czyli z biegiem czasu pojemność netto baterii będzie maleć.

Czynniki Degradacji Baterii:

Degradacja baterii może być spowodowana różnymi czynnikami, takimi jak naturalne starzenie się komponentów chemicznych, częste głębokie rozładowania i naładowania, oraz ekspozycja na skrajne temperatury. Na przykład, baterie mogą degradować szybciej w bardzo gorących lub bardzo zimnych warunkach. Ponadto, częste szybkie ładowanie może również przyspieszyć proces degradacji.

Wpływ Degradacji na Pojemność Baterii:

W miarę degradacji komórki baterii tracą swoją zdolność do przechowywania i uwalniania energii, co prowadzi do zmniejszenia pojemności baterii. Ten proces jest stopniowy i może być zauważalny po kilku latach użytkowania. Zmniejszenie pojemności baterii oznacza, że pojazd będzie miał mniejszy zasięg na pełnym naładowaniu, co może być szczególnie uciążliwe dla właścicieli samochodów elektrycznych, którzy polegają na dłuższych trasach.

Dobre praktyki aby utrzymać degradacje na najniższym poziomie:

1. Unikaj Częstego Szybkiego Ładowania: Szybkie ładowanie jest wygodne, gdy jesteś w podróży, ale regularne korzystanie z niego może przyspieszyć degradację baterii. O ile to możliwe, korzystaj z standardowych stacji ładowania, zwłaszcza podczas codziennego ładowania.
2. Unikaj Głębokich Rozładowań: Staraj się nie dopuszczać do całkowitego rozładowania baterii. Zamiast tego, jeśli to możliwe, naładuj pojazd, gdy poziom naładowania spadnie poniżej 10-30%.
3. Zarządzaj Temperaturą: Baterie działają najlepiej w umiarkowanych temperaturach. Jeśli mieszkasz w bardzo gorącym lub zimnym klimacie, zastanów się nad garażowaniem swojego samochodu w temperaturze kontrolowanej, aby chronić baterię przed ekstremalnymi temperaturami. Pamiętaj jednak, że auto elektryczne funkcjonują od lat w Skandynawii i mimo ekstrymalnych temperator użytkownicy nie skarżą się na skrajną degradacje baterii.
4. Zredukuj Maksymalny Poziom Ładowania: Wiele samochodów elektrycznych pozwala zdefiniować maksymalny poziom naładowania, na przykład do 80%. Ustawienie niższego maksymalnego poziomu naładowania może pomóc w zminimalizowaniu stresu dla baterii i przedłużeniu jej żywotności.
5. Regularne Przeglądy / weryfikacja statystyk baterii: Regularne przeglądy/analizy mogą pomóc w wykryciu i rozwiązaniu problemów z baterią zanim staną się poważniejsze. Zwracaj uwagę na pobór energii auto przy dłuższych postojach oraz jakie systemy pobierają najwięcej energii.
6. Unikaj Niepotrzebnego Obciążenia: Wyłączanie niepotrzebnych funkcji elektrycznych i elektronicznych, takich jak klimatyzacja czy ogrzewanie, gdy nie są potrzebne, może również pomóc w zminimalizowaniu obciążenia baterii.