Как долго служат аккумуляторы для электромобилей?

Аккумулятор на сегодняшний день является самым дорогим компонентом электромобиля, поэтому оценка того, как долго он прослужит, является важным фактором, если вы думаете о переходе на электромобиль. Один из способов взглянуть на это – задаться вопросом о том, каков срок службы аккумуляторов электромобилей; иными словами, на сколько хватит заряда электромобиля, прежде чем мне придется платить за его замену? Короткий ответ: за некоторыми исключениями, аккумулятор вашего электромобиля будет работать значительно дольше, чем двигатель в автомобиле, работающем на бензине, и в большинстве случаев ваш аккумулятор прослужит дольше оставшегося срока службы вашего автомобиля.

Более длинный ответ приходит при изучении того, что находится на гарантии. В отношение электромобилей правительство требует, чтобы производители давали гарантию на аккумулятор как минимум восемь лет/160 000 километров (1). В других местах этот срок может составлять 10 лет/240 000 километров. Некоторые автомобили даже предлагают неограниченный пробег на своих аккумуляторах. Для сравнения: большинство гарантий на трансмиссию автомобилей с бензиновым двигателем (включая двигатель, трансмиссию и раздаточную коробку) составляют пять лет/100 000 километров (2). Минимальная гарантия на аккумулятор электромобиля превышает среднюю гарантию на трансмиссию на три года/60 000 километров. Это четверть срока службы среднего автомобиля на сегодня (3).

Что представляет собой аккумулятор электромобиля

Основным типом аккумулятора в электромобилях является литий-ионный аккумулятор. Литий-ионные аккумуляторы произвели революцию в портативных технологиях, поскольку они легкие и «энергоемкие» – это означает, что они могут переносить гораздо больше энергии на массу, чем другие типы аккумуляторов. Это сделало их достаточно легкими, чтобы сделать возможным электрифицированный транспорт. С увеличением экономии от масштаба, цены литий-ионных аккумуляторов упали на 97% с 1991 года и по-прежнему продолжают снижаться. Поскольку аккумулятор на сегодняшний день является самым дорогим компонентом электромобиля, эксперты прогнозируют, что рекомендованная цена электромобиля будет конкурентоспособной по стоимости с сопоставимыми бензиновыми автомобилями в ближайшие два-три года. (4)

Аккумулятор электромобиля – это набор отдельных аккумуляторных ячеек, каждая размером с батарею AA. Они связаны друг с другом физически и электронно со схемами и программным обеспечением для регулирования зарядки и разрядки энергии. Аккумуляторная батарея может состоять из 96 отдельных ячеек, сгруппированных в восемь модулей по 12 ячеек в каждом.

Литий третий по легкости элемент в периодической таблице после водорода и гелия. У него есть три электрона, вращающихся вокруг трех протонов, два электрона на его внутренней оболочке и один на внешней оболочке. Этот один внешний электрон, связанный с ядром электромагнитной силой, может быть сбит более сильной электромагнитной силой, которая создает ион лития с положительным зарядом (поскольку электроны заряжены отрицательно). Поток этих ионов создает электрический заряд.

Что такое ион?

Ион – это заряженный атом. Все нерадиоактивные элементы периодической таблицы имеют одинаковое количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов. Но когда элемент теряет или получает электрон, он называется ионом. Будучи нестабильными, ионы перемещаются, чтобы получить или сбросить электрон.

Литий-ионный аккумулятор хранит ионы лития в отдельных частях батареи, называемых анодами и катодами. Раствор, называемый электролитом, переносит положительно заряженные ионы от анода к катоду, создавая электрический заряд, который проходит через положительный конец батареи и попадает в цепи ноутбука, телефона или, в данном случае, двигателя транспортного средства, а затем обратно к отрицательной части АКБ. Когда автомобиль подключен к электросети, поток электронов движется в другом направлении от катода к аноду, заряжая аккумулятор.

Читайте также: Есть ли коробка передач в электромобиле?

Факторы, влияющие на срок службы аккумулятора электромобиля

У литий-ионных аккумуляторов есть свои пределы; со временем количество энергии, которое они могут хранить, уменьшается. При средней скорости деградации аккумулятора в 2,3% в год «подавляющее большинство аккумуляторов прослужат дольше, чем автомобиль». (5)

Проблема оценок

Проблема с оценкой фактического срока службы аккумулятора электромобиля, а не его гарантированного срока службы, заключается в том, что доступные данные ограничены количеством времени, в течение которого электромобили находятся в дороге. Из 1,4 миллиона электромобилей, проданных в США с момента их появления в 2010 году, только 400 000 старше пяти лет (6). Nissan Leaf был представлен в США в конце 2010 года. Chevy Bolt вышел на рынок США в конце 2016 года, самая продаваемая Tesla Model 3 была представлена ​​в середине 2017 года, а первый владелец Model 3, который проехал 160 000 километров, сделал это только в 2019 году (7). Эффективность аккумулятора и плотность энергии также продолжают регулярно улучшаться. Когда Национальная лаборатория по изучению возобновляемой энергии в 2014 году оценила, что аккумуляторы электромобилей могут прослужить от 12 до 15 лет в умеренном климате (от 8 до 12 лет в экстремальных климатах), она точно отметила, что «все еще необходима долгосрочная проверка.» (8)

Однако оценить реальный срок службы двигателя автомобиля, работающего на бензине, не легче. Средний срок службы легкового автомобиля с бензиновым двигателем составляет 215 000 километров (9), но автомобили ломаются по многим причинам, кроме отказа двигателя. Если вы спросите эксперта о том, как долго работает бензиновый двигатель, вы, вероятно, получите расплывчатый ответ: все зависит от того, насколько хорошо двигатель сделан и обслуживается. Обычная оценка 240 000 километров.

Затраты на замену аккумулятора

Хотя с 1991 года цены на литий-ионные аккумуляторы упали на 97% и продолжают снижаться, замена аккумулятора электромобиля по-прежнему обходится дороже, чем замена двигателя бензинового автомобиля. Без учета затрат на рабочую силу новый двигатель может стоить от 4000 до 7000 долларов, в зависимости от количества цилиндров, в то время как подержанный двигатель составляет десятую часть этой цены (10). Замена аккумулятора на 24 кВтч на Nissan Leaf может стоить от 5500 долларов для новой батареи, и примерно вдвое меньше для отремонтированной опять же без учета затрат на оплату труда (11). Замена аккумулятора Tesla Model 3 может стоить вам 13 500 долларов (12). Однако, поскольку аккумуляторы электромобилей состоят из множества отдельных модулей, и эти модули состоят из отдельных элементов, возможно, нет необходимости в замене всей аккумуляторной батареи. Эксперты Current Automotive отмечают, что они столкнулись только с одним случаем, когда требовалась замена всего аккумулятора Tesla.

Читайте также » Электромобили в холодную погоду: как повысить эффективность зимой.

Как продлить срок службы аккумулятора

Главное, что влияет на срок службы аккумулятора, это количество циклов, которые проходит каждая ячейка батареи. (Цикл аккумулятора – это разрядка и перезарядка аккумулятора.) Следующий совет исходит от MotorTrend (13), Car and Driver (14), и ClipperCreek (15), производителя зарядных станций для электромобилей.

• Как и в случае с автомобилем, работающим на бензине, способ вождения влияет на количество потребляемой энергии. То же самое и с электромобилями: при быстром старте и резком ускорении от аккумуляторной батареи к двигателю происходит скачок энергии.
• Не заряжайте аккумулятор полностью, если полный заряд вам не нужен. Также избегайте полной разрядки аккумулятора. Если предстоящая поездка или поездка на работу не требует полной зарядки, держите аккумулятор заряженным от 30 до 80%, когда аккумулятор работает максимально эффективно.
• Избегайте резких перепадов температуры и влажности. Высокая температура заставляет систему охлаждения аккумулятора работать интенсивнее (и потреблять больше энергии), в то время как при зарядке следует избегать низких температур. Температура от 15,5 до 26,5 градусов по Цельсию – это то, когда батареи электромобилей наиболее эффективны.
• Быстрая зарядка удобна, но снижает долговременную емкость аккумулятора.
• Планируйте свой маршрут заранее. Если вам нужно заряжать аккумулятор в дороге, хороший план поможет вам не прибегать к быстрой зарядке. Если у вас недостаточно заряда, чтобы добраться до пункта назначения, достаточно зарядить только для того, чтобы добраться туда, а затем завершите зарядку по прибытии.

Построено на совесть?

Если производители электромобилей собираются привлечь клиентов, им необходимо заверить их в том, что их автомобиль рассчитан на длительный срок службы, включая аккумулятор. В то время как относительно недавнее появление электромобилей на рынке затрудняет определение их будущего, эксперты в автомобильной промышленности прогнозируют, что аккумулятор вашего электромобиля, вероятно, прослужит дольше, чем остальная часть вашего автомобиля.

Treehugger