Деградация батареи электромобиля — надолго ли хватит аккумулятора для электромобиля и можно ли его заменить

Новый обзор авторазбора Гидрач.рф тесно связан с электрокарами. Россияне активно скупают китайские электрокары — только за 2024 год в автосалонах было куплено 17805 новых «электричек». Также массово ввозятся б/у электромобили из азиатских стран и количество импортированных электрических авто продолжает расти. При этом российский климат нерадушно относится к аккумуляторам и сложной электронике. «Не превратится ли карета в тыкву» — в текущей статье рассмотрим тему деградации батарей и целесообразность эксплуатации электротранспорта в России в целом. 

Суть электромобиля — как устроен электротранспорт и чем он хорош

Без трансмиссии и привычного топливного бака — электрические машины в России все еще считаются чем-то необычным. Они стали хорошей альтернативой обычным авто с двигателем внутреннего сгорания. В электрическом автомобиле меньше трущихся и вращающихся деталей. Радиаторы, бензонасосы, выхлоп, раздатки и коробки передач ушли в прошлое. В электрокаре химические реакции внутри батареи выдают энергию, которая поступает в инвертор. Преобразователь меняет постоянный ток батареи на переменный, который далее поступает в электромотор. Энергия с ротора электромотора передается в редуктор с фиксированным передаточным числом, который переносит крутящий момент на колеса машины-электромобиля. Электрическая батарея для «электрички» заряжается не только из розетки. Инженеры предусмотрели рекуперативное торможение, когда электромотор работает как генератор при замедлении машины-электрокара. Простое и эффективное устройство электромобиля имеет следующие плюсы:

• выхлопные газы не загрязняют окружающую среду;
• экономия на топливе — владельцы загородных домов с «дешевой розеткой» кратно экономят на своих поездках;
• меньше поломок — покупка электромобиля сулит неплохую экономию на обслуживании за счет отсутствия множества вращающихся элементов;
• «плюшки» от государства — чиновники снижают стоимость парковок для электромобилей, снижают цену проезда по платным трассам и дают прочие преференции.

У всего этого есть и обратная сторона. Для производства литиевых аккумуляторов ради расширения рынка электромобилей осушаются соленые озера, что приводит к деградации почв. «Электрички» с батареей в полу имеют не только низкий центр тяжести, но и отличаются серьезной массой. Покрышки истираются быстрее и опасная пыль из шин оседает на городских улицах и в человеческих легких. Ломается электрический транспорт действительно реже. Однако в стране начисто отсутствует инфраструктура для ремонта и обслуживания «электричек», которые совсем не являются вечными. Проблемы с запчастями также возникнут, поскольку практически все электромобили в РФ являются китайскими. Кроме того, дорогие электромобили станут инструментом для отсечения бедных. Постепенно крупные центральные и деловые районы мегаполисов закрываются от бензиновых и дизельных ДВС. Комфортные центральные кварталы будут «запускать» автомобили-электромобили, поскольку они не отравляют улицы выхлопом и не раздражают высокопоставленную публику своим шумом. Первым городом, запретившим все машины кроме электромобилей, стал европейский Стокгольм. Подобная «сегрегация» водителей наблюдается и в России. К примеру, в 2025 году бесплатный проезд по коммерческим трассам в РФ сохранили лишь для электромобилей российского производства. Еще одним примером разделения автовладельцев стал запрет проезда электромобилей по Крымскому мосту. Вот почему электромобилям ограничили движение по Крымскому мосту. «Электрички» с батареями имеют скрытые полости, которые правоохранителям сложно проверить без вскрытия. Также бортовая электроника является весьма сложной, техника может «заглохнуть» из-за глушения радиосигналов или стать источником таких помех для оборудования, обслуживающего мост. Все это намекает на то, что ежегодно электромобили будут обрастать новыми нюансами и ограничениями, что снижает их привлекательность для пользователя. 

Устройство батареи электромобиля — из чего сделана и каков ее ресурс

Аккумуляторный отсек размещается под днищем автомобиля и занимает практически все свободное пространство между осями машины. К примеру, масса «батарейки» электромобилей Тесла может превышать 500 килограммов. Это приводит к появлению низкого центра тяжести — вот почему электрокары так хорошо «рулятся». В большинстве электромобилей используются батареи из лития. Для простоты восприятия можно взять аккумулятор от шуруповерта, который состоит из нескольких отдельных элементов, напоминающих пальчиковые батарейки. Литий-ионный батареи обычно имеют схожий формат 21700. Они упаковываются в крупные контейнеры, всего АКБ содержат 5-7 тысяч таких элементов-батареек. Далее ответим на основные вопросы про тяговые батареи для электромобилей.

Во сколько обходится зарядка электромобиля. Дешевле всего обходится заряд электромобиля от бытовой сети — 50-150 рублей за 100 километров пробега (в зависимости от региона), быстрые станции для электротранспорта (быстрые ЭЗС) обходятся вдвое дороже. За 100 километров пробега пользователи быстрых ЭЗС отдают 230-375 рублей, примерно столько же платят владельцы машин с классическими ДВС на нефтепродуктах. 

Какова емкость батареи электромобиля. Стандартные электрокары имеют АКБ емкостью от 20 до 70 кВт/ч. Стоит учитывать, что одна и та же модель «электрички» может иметь аккумуляторы с разной емкостью — тут все зависит от комплектации. Обычно на одном заряде транспорт проезжает от 100 до 400 километров, но в сильные морозы киловатты электромобиля «скукоживаются» и предполагаемый пробег на одной зарядке падает на 20-30%. 

Стандартное время подзарядки электромобиля. При подключении к домашней сети время «заправки» электромобилей составляет 10-14 часов. На быстрых ЭЗС зарядка электромобилей длится не более 30 минут — за это время машина пополняет 50-70% от обей емкости.

Какое напряжение у батареи электромобиля. Один элемент электромобиля в разряженном состоянии выдает 2.75 Вольт. Напряжение заряженного элемента составляет 3.6-4.2 Вольт. Вся аккумуляторная батарея для электромобиля выдает 350-450 Вольт.  

Какие батареи встречаются в электромобилях. Большинство электрокаров в России имеет на борту литий-ионные аккумуляторы. Также в производстве есть электромобили с никель-металлгидридными, натрий-ионными, а также литий-железо-фосфатными АКБ. 

Как производится утилизация батарей электромобилей. Содержимое «батарейки» сжигается (пиролиз) или подвергается воздействию растворов, которые позволяют разделить металлы. Второй метод наиболее предпочтителен, но при этом требует запуска серьезных фабрик. Они уже есть в США, Европе и Китае, в России электромобили попросту облагаются утильсбором без выстраивания реальной инфраструктуры для переработки их деталей. 

Срок ресурса батареи электромобиля. Обычно автопроизводители громко не заявляют о сроке службы батареи электромобилей. Однако любой литий-ионный аккумулятор рассчитан на 10 лет. На практике при активной эксплуатации деградация аккумулятора начинается через 5 лет. Именно о деградации и пойдет речь в следующем разделе статьи. 

Что такое деградация батареи для электромобиля

Литий-ионные АКБ считаются самым ходовым направлением в электромобильной отрасли. Технологии выпуска совершенствуются непрерывно: запас хода электромобиля увеличивается, снижается стоимость кВт/ч. Они устанавливаются практически на все гибридные машины и электромобили в виде цилиндрических «батареек» или плоских пластин, которые собираются в пакеты. Ведется подзарядка батареи для электромобиля в три этапа: сначала происходит заряд постоянным током (объемный), далее следует заряд постоянным напряжением (заряд насыщения) и затем идет подзарядка. Ячейка считается заряженной, когда напряжение подходит к отметке в 4.2 В и ток зарядки падает до 3% от номинального значения. Поглощать перезаряд литий-ионные аккумуляторы не могут. Любой ток после достижения полной зарядки ведет к росту напряжения в ячейке. При перезаряде напряжение подскакивает до 4.7 В, электролит и растворители переходят в легковоспламеняющийся газ. Далее батарея вздувается, взрывается и начинается литиевый пожар. Конечно, новые электромобили имеют сложный алгоритм электронной защиты от подобных ситуаций. Однако даже самые продвинутые производители не могут дать стопроцентной гарантии от возгорания.

Кстати, «электрички» сгорают дотла и не тушатся обычной водой, средства для тушения литиевых пожаров в России отсутствуют. Еще одним последствием перезаряда аккумулятора является литиевое покрытие. Так называется ситуация, когда на аноде образуется литиевый слой налета. Следствием является потеря емкости АКБ и рост дендритов (волокон из металлизированного лития). Такие образования также приводят к замыканию батареи. Итак, деградация батареи — это постепенное снижение ее емкости, приводящее к уменьшению запаса хода электромобиля. Подсчитано, что в европейских или американских климатических условиях емкость «батарейки» электрического авто снижается на 2.3% каждый год. При этом скорость деградации может снижаться или нарастать — все зависит от пробега, климатических условий с типа применяемого зарядного для электромобиля. 

Правильная зарядка батареи электромобиля и предотвращение деградации

Каждый электрокар имеет такой индикатор как SOH (состояние здоровья или state of health). Важно, что замена батареи электромобиля в текущих реалиях не является рентабельной затеей. На рынке существует услуга, называемая перепаковкой — в корпус от старой АКБ вставляются новые ячейки, после они подвергаются балансировке и финальной настройке. Для скромного Nissan Leaf такая «перепаковка» обходится в полмиллиона рублей, а новые оригинальные АКБ для большинства «электричек» и вовсе недоступны в РФ. Поэтому на первый план выходит сбережение ресурса, а не ремонт электромобилей. Вот как можно уйти от быстрой деградации батареи электрического авто. Каждая зарядка батареи до 100% от емкости серьезно сокращает срок ее службы. Полный заряд приводит к коррозии на алюминиевом коллекторе и газообразованию внутри батареи, отсюда мы получаем рост механических напряжений.

Такое состояние лишь ускоряет разрядку аккумуляторов. Вот как заряжать электромобиль — для продления срока службы зарядку нужно доводить лишь до 80% от полной емкости (достаточно вспомнить, что подобная опция сохраняет ресурс АКБ и в «яблочных» смартфонах от Apple). Оставшиеся 20% позволят эффективно принимать заряд от рекуперативного торможения. Обычно после 80% эта опция отключается и полезная кинетическая энергия от замедления авто попросту теряется. Подключать зарядное устройство для электромобиля нужно лишь тогда, когда заряд батареи упадет до 10%. Ни в коем случае нельзя разряжать АКБ до 0%. Глубокая разрядка ухудшает состояние медного токосъемника и самих металлов. Кроме того, аккумулятор не должен оставаться разряженным при длительном простое автомобиля. «Ахиллесова пята» кроется и в скорости зарядки электрокаров. Зарядка на быстрых ЭЗС ведет к интенсивному нагреву батареи, из-за этого химические реакции ускоряются и батарея деградирует за счет разрушения ячеек. Поэтому выбирать скорость зарядки нужно исходя из состояния ячеек и остаточного ресурса батареи.

Подводя итоги

«Электрички» остаются несовершенными. Когда-то батареи станут компактными и перестанут перегреваться. Однако сейчас они быстро теряют свой ресурс, из-за чего владельцам приходится идти на всяческие доработки. Простые правила зарядки позволят сохранить емкость и снизить темпы деградации. В текущей ситуации «электрички» приобретаются на 5-7 лет, поскольку дальше «карета становится тыквой» из-за трудностей с заменой батареи, общий ресурс которой не превышает 10 лет.