Kdo někdy v zimě zastavil u rychlonabíječky se studenou baterií, zná ten zvláštní pocit zklamání. Výkon se plazí. Místo slibovaných 150 kW naskočí padesát, někdy i méně, a minuty se vlečou. Proč tomu tak je?
Rychlonabíjení baterie vyžaduje její předehřev. Jak to funguje?
Články na téma nabíjení elektromobilů:
- Cena nabíjení elektromobilu: Který se komu vyplatí?
- Jak se nabíjí elektromobil
- Nabíjení elektromobilu generátorem - vyzkoušeli jsme to a fakt se to nevyplatí
- Nabíjení elektromobilů - doma i z dobíjecí stanice
- Jak funguje wallbox
- Jak dlouho se nabíjí elektromobil
- Nabíjení elektromobilu v zahraničí – rady a tipy pro začátečníky
- Nabíjení elektroaut zlevňuje
- Kde vezmeme energii pro všechny ty elektromobily?
- Realita nabíjení elektromobilů
- Nabíjení elektromobilu – jak dlouho to zabere na dlouhé cestě?
- Bezdrátové nabíjení elektromobilů
- Nabíjecí stanice – Tesla vás nechá hlasovat, kde bude další
- Nabíjení elektromobilu: Jaký výkon je dostatečný?
- Zvládne elektrická síť všechny ty elektromobily?
- Nabíjení elektroauta je ztrátové. Jak moc?
- Nabíjení elektromobilu doma z klasické zásuvky má svá nemalá rizika
- Rychlonabíjení a aktivní chlazení kabelů nabíječek
- Nabíjení baterie elektromobilu: Co se děje uvnitř?
- Rychlé nabíjení elektromobilu: Jak moc opotřebovává baterii?
- Nabíjení elektromobilu ze zásuvky a na cestách
- Nabíjení elektromobilu v praxi
- Domácí nabíjení elektromobilu: Jak to bude na sídlištích?
- Cena nabíjení elektromobilu: Jak si stojí oproti spalováku?
- Jaké problémy nás čekají s rozšířením elektromobilů?
- Preconditioning baterie: Proč auto na cestě k rychlonabíječce zahřívá baterii? - právě čtete
- Smart load balancing nám zachrání síť, až budou ulice plné elektromobilů
- V2G (Vehicle-to-Grid): Auto jako součást energetické sítě
Stejné auto přitom u stejného stojanu dokáže o pár měsíců později ve vlažném jarním odpoledni sát energii skoro trojnásobnou rychlostí. Rozdíl? Teplota článků. Právě proto moderní elektromobily během jízdy k rychlonabíječce baterii aktivně temperují – odborně se tomu říká preconditioning. Auto se zahřívá, aby bylo připraveno pořádně čerpat energii.
Co se odehrává v článcích
Lithium-iontová baterie není nádrž, kam se něco nalije. Je to elektrochemický systém, v němž se při nabíjení přesouvají ionty lithia z katody přes elektrolyt do grafitové anody, kde se cpou mezi vrstvy uhlíkové mřížky. Tomuto procesu se říká interkalace. A jako každá chemická reakce je silně závislá na teplotě. Ideální okno pro nabíjení lithium-iontových článků leží zhruba mezi 15 a 35 °C.
Pod deseti stupni začínají problémy, pod nulou je to ještě horší. Za chladu totiž klesá vodivost elektrolytu, zpomaluje se difúze iontů a celková kinetika reakce se výrazně zadrhává. Výsledkem je vyšší vnitřní odpor a nižší akceptovatelný nabíjecí proud.
Prakticky to poznáte tak, že nabíječka nedává plný výkon, i když by technicky mohla. Horká baterie je na tom podobně špatně. Nad zhruba 55 °C začínají bezpečnostní systémy omezovat výkon, aby nedošlo k přehřátí článků a zrychlení jejich degradace. BMS (battery management system) zkrátka v obou extrémech zasáhne a chrání akumulátor.
- Přečtěte si také: Lithiové baterie nejsou jen záležitostí elektromobilů. V některých autech i startují spalovací motor
Lithium plating: Nepřítel, kterému se chceme vyhnout
Nejde ale jen o rychlost. U studené trakční baterie hrozí fenomén zvaný lithium plating. Když ionty lithia nestíhají kvůli pomalé kinetice zapadat mezi vrstvy grafitu, začnou se místo toho hromadit na povrchu anody a ukládat se jako kovový lithiový film. Část tohoto lithia se při následném vybíjení vrátí zpět do oběhu. Další část ne, zůstává tak inertní, tvoří vysokoodporovou „mrtvou" vrstvu a dál spolu s elektrolytem vytváří překážku, která zhoršuje průchod iontů.
Důsledkem je nevratný úbytek kapacity. V nejhorším případě mohou z nánosu lithia vyrůst dendrity, tedy tenké kovové výčnělky, které teoreticky dokážou prorazit separátor a způsobit vnitřní zkrat. V praxi k tomu u elektrických aut dochází výjimečně, protože BMS proti tomu aktivně zasahuje právě tím, že za studena drží nabíjecí proud nízko. Lepší ale je problém úplně obejít a článek napřed prohřát.
Jak preconditioning funguje v autě?
Když navigace rozpozná, že cíl je DC rychlonabíječka (nebo že kvůli dojezdu auto nabíjecí zastávku potřebuje vložit), systém termálního managementu začne baterii zahřívat ještě za jízdy. Využívá k tomu kapalinové okruhy, rezistivní topení a u některých modelů zejména tepelné čerpadlo, které umí přenášet teplo mezi pohonem, kabinou a bateriovým paketem.
Pokud je naopak pack rozpálený od letního slunce a dlouhé rychlé jízdy, systém chladí. Proces nezačíná náhodně. Auto si spočítá, kolik času do dojezdu zbývá a kolik energie na ohřev potřebuje. Obecně platí, že preconditioning dává smysl začít zhruba dvacet až třicet minut před nabíječkou — v tuhých mrazech i déle. Některé vozy to řeší plně automaticky přes vlastní navigaci. Jiné vyžadují, aby řidič funkci aktivoval ručně, nebo alespoň stiskl tlačítko.
Háček je v tom, že pokud řidič navigaci nepoužívá nebo si pouští mapy jen v telefonu (bez propojení s palubním systémem), auto o plánované zastávce vůbec neví. A bez informace nezahřívá. Proto výrobci doporučují, aby se k rychlonabíječce navigovalo přes palubní systém, případně přes Apple Maps nebo Google Maps s podporou EV routingu.
- Mohl by vás zajímat: Každý elektromobil plánuje trasu trochu jinak. Srovnali jsme Škodu a Volvo
Kolik to stojí a kdy se to nevyplatí
Temperování baterie něco stojí, energie musí odněkud přijít, a pokud vůz není zapojen do sítě, bere si ji z hlavního paketu. Ztráta dojezdu bývá v řádu jednotek procent, někdy o něco víc, při extrémní zimě. Proti ušetřeným minutám na nabíječce je to obvykle výhodný obchod. Rozdíl v praxi může vypadat tak, že nepředehřátý vůz startuje v mrazu na padesáti kilowattech a teprve postupně se rozehřívá, zatímco připravený akumulátor naskočí rovnou na 150 kW nebo i výš.
Zdroj info: Lin et al., Lithium Plating Mechanism, Detection, and Mitigation in Lithium-Ion Batteries, Guide to Lithium Plating in Lithium-Ion Batteries.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zvažujete koupi elektromobilu?
Ano, zvažuji.
4 040
Již elektromobil mám.
3 346
Zatím ne, čekám, že zlevní.
2 997
Rozhodně ne, bez ohledu na cenu.
8 241
