življenjska doba baterije

Baterije so v današnjih električnih vozilih najdražji in najbolj občutljiv sestavni del. Nepoučeni bodoči lastniki električnih avtomobilov se zato bojijo, da bi bilo potrebno že po nekaj letih baterijo menjati, kot smo tega vajeni pri mobilnih telefonih. Strah je povsem odveč, saj pogonske baterije delujejo v precej drugačnih okoliščinah kot baterije v zabavni elektroniki.

Življenjsko dobo baterije označujemo s cikli

Ko baterijo enkrat do konca napolnimo in do konca izpraznimo, izpolnimo en polnilni cikel. Če napolnimo samo tretjino kapacitete baterije, to ni poln cikel, temveč tretjina cikla. En poln cikel torej dosežemo tudi, če npr. petkrat napolnimo petino kapacitete. Povedano drugače: če ima baterija kapaciteto 30 kWh, dosežemo en cikel, ko seštevek krajših polnjenj doseže 30 kWh.

Kakšna je torej pričakovana življenjska doba baterij?

Dejstvo je, da kapaciteta baterije pada s številom polnilnih ciklov, s katerimi lahko v grobem merimo življenjsko dobo baterije. Današnje pogonske baterije zmorejo v življenjski dobi od pribl. 500 pa do več tisoč polnilnih ciklov. Sodobne litij-ionske baterije zmorejo ob upoštevanju pravil optimalnega polnjenja in praznjenja 5.000 do 6.000 ciklov. Običajno se v industriji kot merilo uporabnosti baterije šteje, da se ji življenjska doba konča, ko njena kapaciteta pade na 70-75%. Če pomnožimo povprečen domet avtomobila z enim polnjenjem s številom pričakovanih ciklov, dobimo število kilometrov, ki jih bomo lahko prevozili do izgube 30% kapacitete in s tem tudi dometa.

Poglejmo primer: avtomobil, ki uporablja baterijo s 30 kWh kapacitete in npr. 3000 polnilnimi cikli, prevozi povprečno 170 km z enim polnjenjem. Povprečen domet naj bi tako padel na 120 km po prevoženih 510.000km ali 34 letih, če upoštevamo statistično povprečje 15.000 km letno. Življenjska doba po tem načelu raste s skupno kapaciteto baterije, saj en polnilni cikel enkrat večje baterije zagotavlja dvojen domet in s tem število kilometrov v življenjski dobi. Seveda pa je lahko življenjska doba bistveno krajša ali daljša od opisanega pričakovanja v soodvisnosti od dejavnikov, ki na življenjsko dobo vplivajo.

Kateri dejavniki najbolj skrajšajo življenjsko dobo baterije?

Na dobo uporabnosti baterije vpliva veliko dejavnikov, npr. kemična sestava, velikost baterije, temperaturni pogoji delovanja, pravilno polnjenje in praznenje itd. Predvideno število ciklov in s tem življenjska doba baterije se v praksi lahko zmanjša zaradi naslednjih negativnih dejavnikov:

previsoka temperatura celic zaradi delovanja in zunanjih temperatur.
prepogosto prekomerno polnjenje oz. visoka napetost celic.
prepogosto globoko praznjenje oz. nizka napetost
prehitro polnjenje ali praznjenje

Najmanj zaželjena kombinacija dejavnikov tveganja je daljši čas (več dni ali celo tednov) polno napolnjena baterija ob visoki temperaturi celic. Tako si lahko naredimo medvedjo uslugo, če napolnimo baterijo do 100% in avto cel teden ali dva pustimo na razbeljenem asfaltu.

Kako se najlažje izognemo dejavnikom tveganja

Zgoraj opisanim dejavnikom, ki skrajšujejo življenjsko dobo baterije, se najlažje izognemo tako, da:

kupimo vozilo, ki ima urejeno vsaj hlajenje baterije, še bolje tudi ogrevanje. Trenutno so taki skoraj vsi elektirčni avtomobili z izjemo Nissana Leafa, katerega lastniki so doslej imeli največ težav zaradi prehitrega padanja kapacitete baterije.
Preverimo, ali lahko spremljamo temperaturo baterije in jo lahko dodatno znižamo po potrebi. Kot zanimivost, najcenejši trojček e-avtomobila, Mitsubishi i-miev, Citroen C-Zero in Peugeot Ion spadajo med redka vozila, ki omogočajo oboje: natančne podatke o temperaturi posameznih celic in ročen vklop hlajenja in ogrevanja baterije po potrebi.
Če nastavitve v vozilu omogočajo in nam nekoliko krajši domet ustreza, nastavimo, da se polnjenje ustavi na 70-80% napolnjenosti in da se baterija izprazni samo do 20% napolnjenosti. Če to ni možno, sami poskrbimo s časovnim stikalom med polnjenjem, da se bo stanje napolnjenosti čim več časa gibalo v razponu med 20 in 70-80 odstotki.
Izogibajmo se nepotrebnemu hitremu polnjenju (50kW in več). Z novimi izboljšavami se občutljivost baterij na hitro polnjenje počasi zmanjšuje. Kljub temu za vse tipe baterij velja, da jim bolj godi počasno polnjenje (do 11kW)
Izberimo vozilo z ustrezno velikostjo baterije. Upoštevajmo pričakovan upad kapacitete baterije v letih lastništva, da se bomo lahko tudi čez npr. 15 ali 20 let let vozili z njim po običajnih opravkih. Nakup avtomobila s preveliko baterijo trenutno ni smiseln, saj drago plačamo dodatno kapaciteto, ki jo potrebujemo le redko. Ko bodo baterije bistveno cenejše, to ne bo več tako pomembno.

Zakaj baterija v avtomobilu zdrži toliko dlje kot v mobilnem telefonu?

Če smo vajeni, da je življenjska doba baterije v elektronskih "igračah" le dve do tri leta, pa lahko zdržijo pogonske baterije v električnih avtomobilih krepko preko običajne življenjske dobe avtomobila samega. Strokovnjaki ocenjujejo, da lahko modro uporabljane baterije služijo svojemu namenu preko 40 let. Razlogov za dolgo življenjsko dobo je več.

Masa pogonskih baterij je ogromna v primerjavi z baterijo za mobilni telefon. Spremembe temperature zaradi delovanja, polnjenja in zunanjih vplivov so zato mnogo počasnejše. Med vožnjo in polnjenjem se baterija počasneje segreva. Ko avto stoji, se tudi počasneje ohlaja. Nasprotno se baterija mobilne naprave hitro pregreje že, če vklopimo nekaj potratnih aplikacij. Tudi podhladi se hitro, če jo izpostavimo mrazu. To se pri pogonskih baterijah zaradi velike mase/akumulacije ne more zgoditi. Nihanja temperature so mnogo manj izrazita in počasnejša.
Avtomobilski BMS (Battery Management System) v avtomobilih zagotavlja mnogo bolj konzervativno okno uporabnega dela baterije, kar pomeni, da se celice ne napolnijo do tako visoke napetosti kot v telefonu in ne izpraznijo tako globoko. Temperaturna regulacija in hladilno/ogrevalni sistemi dodatno skrbijo za čim manjša odstopanja temperature celic od idealnih. V telefonih tega ne moremo zagotoviti zaradi pomanjkanja prostora in ekonomskih razlogov, saj so baterije mobilnih naprav mnogo cenejše kot aktivni hladilni sistemi.
Hitrost polnjenja kljub vse večji kapaciteti baterij mobilnih naprav hitro raste na račun ohranjanja zdravja baterije. Kot sem že prej omenil, imajo baterije rade počasno polnjenje. Sodoben uporabnik mobilnih naprav uporablja vse bolj energetsko potratne aplikacije, velikost baterij ostaja enaka zaradi trenda zmanjševanja volumna telefonov. Baterije so tako izpostavljene velikim obremenitvam in običajno ne zdržijo dlje kot en dan. Marsikdo jih mora polniti tudi večkrat dnevno. Na začetku dobe mobilnih telefonov smo bili vajeni polnilec iskati samo enkrat ali dvakrat tedensko.

N'č bat!

Strah pred stroškom menjave baterije je torej iz trte zvit. Seveda obstaja drobcena možnost okvare baterije ali elektronike, ki skrbi za njo, vendar je tako zanemarljiva, da ne predstavlja omembe vrednega tveganja. Garancijski pogoji sodobnih avtomobilov zagotavljajo jamstvo na normalno delovanje pogonskih baterij pribl. 8 let in med 100 in 200 tisoči kilometrov. V praksi se je pokazalo, da električni avtomobili, razen morda Nissan Leafa iz prej omenjenih razlogov, že leta in leta vozijo po cestah brez vsakršnih težav s pogonom in baterijo. Stopnja upada kapacitete je pri voznikih, ki upoštevajo prej navedena načela skrbi za zdravje baterije, manjša od predvidene. Vozniki se tako lahko zanesejo, da bodo lahko brez skrbi in nepotrebnih stroškov uporabljali svoje električne avtomobile najmanj toliko časa, kot smo bili vajeni pri fosilcih.