Prečo trakčné batérie starnú a čo rozhoduje o ich životnosti? V elektromobiloch sú dva typy batérií, obidve životne dôležité. Trakčná batéria je ako veľká domáca batériová elektráreň (Powerwall), ktorá dokáže zásobovať energiou celý dom. Malá autobatéria je ako malá UPS pri počítači – udrží pamäť nastavení, spúšťa systémy a dokáže zabezpečiť v chode drobné spotrebiče.

Séria na tému Batérie v elektromobiloch 3/5

Keď si kupujeme nové vozidlo so spaľovacím motorom, len málokto sa zamýšľa nad tým, ako dlho vydrží jeho palivová nádrž. Pri elektromobiloch je však situácia odlišná. Hlavnú pozornosť zákazníkov pri kúpe vozidla púta trakčná batéria. Koľko rokov vydrží? Koľko kilometrov zvládne? Ako rýchlo bude strácať kapacitu? A dá sa jej životnosť nejako predĺžiť?

Dobrou správou je, že moderné trakčné batérie sú podstatne odolnejšie, než sa predpokladalo ešte pred desiatimi rokmi. Skúsenosti z miliónov elektromobilov jazdiacich po celom svete ukazujú, že pri správnom používaní zostáva po 200 až 300 tisíc kilometroch vo väčšine prípadov stále viac než 85 až 90 % pôvodnej kapacity. Mnohé vozidlá dnes bez problémov prekračujú hranicu pol milióna kilometrov bez potreby výmeny celej batérie.

(Pojem trakčná batéria označuje hlavný vysokonapäťový akumulátor elektromobilu, ktorý ukladá elektrickú energiu potrebnú na pohon vozidla. Prívlastok „trakčná“ znamená, že slúži na vytváranie trakcie – teda pohybu vozidla. Nejde o klasickú 12-voltovú autobatériu, ktorá napája svetlá či autorádio, ale o niekoľkonásobne výkonnejší akumulátor schopný dodávať energiu elektromotoru s výkonom desiatok až stoviek kilowattov.)

To však neznamená, že batéria nestarne. Starne neustále – už od okamihu výroby. Rozhodujúce však je, ako rýchlo tento proces prebieha.

Batéria nestarne iba jazdou

Mnohých vodičov prekvapí, že počet najazdených kilometrov nie je jediným ani najdôležitejším faktorom ovplyvňujúcim životnosť akumulátora.

Odborníci rozlišujú dva základné druhy starnutia. Prvým je kalendárne starnutie. To prebieha neustále bez ohľadu na to, či sa vozidlo používa alebo stojí zaparkované v garáži. V článkoch prebiehajú pomalé chemické procesy, ktoré postupne znižujú množstvo aktívneho lítia a mierne zvyšujú vnútorný odpor batérie.

Druhým je cyklické starnutie spôsobené samotným nabíjaním a vybíjaním. Každý prejdený kilometer znamená pohyb lítiových iónov medzi elektródami. Po tisíckach cyklov sa materiál elektród postupne opotrebúva. Tieto dva procesy sa navzájom kombinujú a vytvárajú prirodzené starnutie batérie.

Ilustračné foto Jamu Jay AI, viac v popise¹.

Čo sa deje vo vnútri článku

Na prvý pohľad sa môže zdať, že počas nabíjania sa v článku nič nemení. V skutočnosti ide o mimoriadne zložitý chemický proces.

Pri prvých nabitiach vzniká na povrchu zápornej elektródy veľmi tenká ochranná vrstva označovaná skratkou SEI (Solid Electrolyte Interphase). Táto vrstva je pre správnu funkciu batérie nevyhnutná. Umožňuje prechod lítiových iónov, zároveň však zabraňuje ďalšiemu rozkladu elektrolytu. Bez nej by dnešné lítium-iónové akumulátory prakticky nemohli fungovať. Problém spočíva v tom, že táto ochranná vrstva počas rokov pomaly narastá. Na jej tvorbu sa spotrebúva malé množstvo aktívneho lítia, ktoré sa už následne nemôže podieľať na ukladaní energie. Výsledkom je postupný pokles využiteľnej kapacity článku a mierne zvýšenie jeho vnútorného odporu.

Výrobcovia elektromobilov často hovoria o zostávajúcej kapacite batérie, označovanej ako SOH (State of Health). Ak má nová batéria hodnotu SOH 100 %, znamená to, že dokáže uložiť celé projektované množstvo energie. Po niekoľkých rokoch môže mať napríklad SOH 92 %. To však vôbec neznamená, že je „pokazená“. Znamená iba to, že namiesto pôvodných 75 kWh je schopná uložiť približne 69 kWh energie. V praxi si vodič všimne najmä mierne kratší dojazd. Dynamika vozidla zostáva vo väčšine prípadov prakticky nezmenená.

Čo batérii škodí najviac je vysoká teplota

Hoci moderné systémy riadenia batérií dokážu vodiča vo veľkej miere chrániť pred nesprávnym zaobchádzaním, existuje niekoľko faktorov, ktoré degradáciu urýchľujú.

Chemické reakcie prebiehajú pri vyšších teplotách podstatne rýchlejšie. Ak batéria dlhodobo pracuje pri teplotách nad približne 40 °C, proces jej starnutia sa zrýchľuje. Preto výrobcovia venujú mimoriadnu pozornosť kvapalinovému chladeniu trakčných batérií. Podobne nevhodné je aj dlhodobé skladovanie úplne nabitej batérie. Pri vysokom stave nabitia sú elektródy vystavené vyššiemu chemickému namáhaniu, čo podporuje vznik vedľajších reakcií vo vnútri článkov. Naopak ani úplné vybitie batériám neprospieva. Moderné elektromobily preto nikdy nedovolia skutočné vybitie na nulu. Aj keď prístrojová doska ukazuje 0 %, v článkoch zostáva bezpečnostná rezerva energie.

Mýtus o rýchlonabíjaní

Medzi vodičmi sa často traduje, že každé nabíjanie na rýchlej DC stanici výrazne ničí batériu.

Realita je podstatne zložitejšia

Samotné jednosmerné nabíjanie batériu automaticky nepoškodzuje. Rozhodujúce sú podmienky, za akých prebieha. Ak je batéria správne temperovaná, má optimálnu teplotu a nabíja sa iba do približne 70 až 80 %, jej degradácia je pomerne malá. Oveľa väčší problém predstavuje časté rýchle nabíjanie studenej batérie alebo opakované nabíjanie až na 100 % bezprostredne pred dlhým státím vozidla. Práve preto moderné elektromobily pred príchodom na ultrarýchlu nabíjačku automaticky predhrievajú alebo ochladzujú batériu.

Veľa vodičov sa obáva počtu nabíjacích cyklov

Treba si však uvedomiť, že jeden cyklus neznamená jedno pripojenie nabíjačky. Za jeden úplný cyklus sa považuje odobratie energie zodpovedajúcej celej kapacite batérie. Ak dnes nabijete vozidlo z 50 na 80 % a zajtra z 30 na 70 %, stále nejde o dva cykly, ale iba o približne jeden. Práve preto môže elektromobil absolvovať desaťtisíce nabíjaní bez toho, aby dosiahol hranicu niekoľkých tisíc úplných cyklov.

Môže vodič životnosť predĺžiť?

Jednoznačne áno. Nie je pritom potrebné meniť spôsob jazdy ani sa neustále zaoberať sledovaním každého percenta. Stačí dodržiavať niekoľko jednoduchých zásad. Pri každodennom používaní je vhodné nabíjať približne do 70 až 80 %, ak to dojazd umožňuje. Na 100 % má zmysel nabiť vozidlo tesne pred dlhšou cestou. Ak vozidlo nebude niekoľko týždňov používané, optimálny stav nabitia predstavuje približne 40 až 60 %. Počas horúcich letných dní je vhodnejšie parkovať v tieni alebo v garáži. V zime zase prospieva predhriatie batérie pred rýchlym nabíjaním, čo dnes väčšina novších elektromobilov zabezpečuje automaticky. Netreba sa však stať otrokom týchto odporúčaní. Riadiace systémy moderných elektromobilov dnes robia väčšinu ochranných opatrení automaticky a vodičovi výrazne uľahčujú správne zaobchádzanie s akumulátorom.

Životnosť je dnes podstatne dlhšia, než sa očakávalo

Keď sa pred viac než desiatimi rokmi začali elektromobily objavovať na cestách vo väčšom počte, panovali obavy, že trakčné batérie bude potrebné po ôsmich až desiatich rokoch meniť. Reálne skúsenosti ukazujú celkom iný obraz. Výrobcovia dnes bežne poskytujú záruku osem rokov alebo 160 000 kilometrov s garanciou zachovania minimálne 70 % pôvodnej kapacity. V praxi však veľká časť batérií túto hranicu výrazne presahuje a zostáva plne použiteľná aj po oveľa vyššom nájazde. To zároveň mení ekonomiku elektromobility. Trakčná batéria sa postupne prestáva vnímať ako spotrebný diel a čoraz viac sa približuje životnosti samotného vozidla.

Súvisiace:
Batérie v elektromobiloch 1/5
Batérie v elektromobiloch 2/5

Zdroje:

1 Foto: Jamu_Jay. ai-generated-9055470 In: PIXABAY, A CANVA GERMANY GMBH BRAND. [online]. 2024 [cit. 2024-03-06]. Dostupné z:
https://pixabay.com/sk/illustrations/ai-generovan%C3%A9-elektrick%C3%A9-vozidlo-9055470/
2 U.S. Department of Energy (DOE)
Princíp batérií, vývoj, nabíjanie, výskum a bezpečnosť batériových systémov.
3 DOE – Office of Science
Podrobné vysvetlenie fungovania batérií, elektrochémie a lítium-iónových článkov.
4 Oak Ridge National Laboratory (ORNL)
Výskum trakčných batérií, degradácia, recyklácia, druhý život batérií a výroba.
5 Argonne National Laboratory (ANL)
Vývoj nových batériových technológií, materiálov článkov a systémov ukladania energie.
6 National Renewable Energy Laboratory (NREL)
Elektromobilita, nabíjanie, tepelný manažment batérií, výskum a testovanie.
7 Royal Society of Chemistry (RSC)
Recenzované vedecké štúdie o degradácii lítium-iónových batérií, elektrochémii a materiáloch.
8 International Energy Agency (IEA)
Svetový trh s batériami, výroba, ceny, suroviny, prognózy a energetická politika.
9 International Council on Clean Transportation (ICCT)>
Analýzy elektromobility, životný cyklus vozidiel, emisie a legislatíva.
10 European Environment Agency (EEA)
Environmentálne dopady dopravy, európska legislatíva a štatistiky.
11 Battery University
Praktické vysvetlenia nabíjania, životnosti, skladovania a používania akumulátorov.
12 Nabito.sk, Nabíjanie, Fotovoltaika, pre Firmy, Domácnosti
https://nabito.sk/

Údaje použité v článku sú verejne dostupné v rámci informácií z médií, rozhodujúce fakty je vhodné overovať v citovaných
zdrojoch Autor pri vyhľadávaní okrem iného používa aj nástroje umelej inteligencie.