Ново проучване показва: Батериите на електромобилите издържат много по-дълго от очакваното

Докато дизеловите автомобили се движат и работят, батериите на електрическите автомобили бързо се развалят и превръщат скъпия нов автомобил в пълна финансова загуба - подобни изявления могат да бъдат открити многократно в социалните мрежи. P3 вече анализира данни от над 7000 електрически автомобила, като предоставя информация за реалното стареене на батериите. Данните от полето показват съвсем различна картина.

Понякога става дума за детски труд при добива на кобалт, след това - за безпокойство за пробега или за срив на електропреносната мрежа, ако всички електромобили се зареждат едновременно - интернет е пълен с неверни твърдения и полуистини за електромобилите и техните батерии. Веднага щом една тема бъде опровергана с факти или остаряла поради по-големия пробег и по-добрите мрежи за зареждане, се разпространява следващият слух. Един от тези митове е стареенето на батериите: употребяваните електрически автомобили ще бъдат почти невъзможни за продажба, тъй като батериите стареят бързо, губят пробег и в най-лошия случай трябва да бъдат заменени - уж.

Подобно на много други митове, този за стареенето на батериите има ядро истина - батериите стареят по два начина. Така че всеки, който иска да научи повече за електрическите автомобили, рано или късно ще се сблъска с подобни истории. Едно е ясно: батерията е най-скъпият компонент на електромобила, поради което възниква основателният въпрос как това се отразява на остатъчната стойност на автомобила или колко често всъщност трябва да се подменят батериите на електромобилите и какви са финансовите последици от това.

Консултантската компания P3, специализирана в областта на електрическата мобилност, проведе проучване, за да даде отговор, основан на факти, и да се противопостави на митовете за батериите. На първия етап P3 изследва 50 електромобила от собствения си автопарк, а по-късно анализира реалните данни от измерванията на 7000 електромобила. P3 иска да използва резултатите, за да предостави на потребителите изчерпателна информация и да премахне недоразуменията относно електрическата мобилност и живота на батериите. "Дезинформацията може да има отрицателно въздействие върху прехода към електрическа мобилност, като подхранва неоснователни страхове и по този начин намалява социалното приемане и навлизането на пазара на електромобили. Ето защо предоставянето на надеждни и прозрачни данни е от решаващо значение, за да се осигури реалистична картина на действителния живот на батерията и по този начин да се засили доверието в електрическите превозни средства", се посочва в бялата книга.

Здравословното състояние като основен показател

Преди да преминем към резултатите, нека изясним накратко няколко термина. "Състоянието на здравето", или накратко SoH, е от основно значение за стареенето на батерията. Тук няма стандартизирано определение; в тази публикация P3 се отнася единствено до капацитета на батерията. SoH се определя като съотношение между текущия, измерен капацитет и този в ново състояние - строго казано, нетният капацитет във всеки случай, т.е. енергийното съдържание, което клиентът може да използва. Брутният капацитет, т.е. енергийното съдържание, инсталирано в превозното средство, е по-висок, но тук е без значение. В крайна сметка от значение е само енергията, с която разполага клиентът в електромобила. С други думи, нетният капацитет, когато батерията е нова, съответства на SoH от 100 %. Ако по-късно текущият капацитет намалее, SoH също пада под 100 %. В гаранционните условия на производителя често се посочват 70 или 80 процента след определен пробег или период на използване.

За пълнота, често се говори за "календарно" и "циклично" стареене. По време на календарното стареене на батерията химическите структури в клетките на батерията се променят, дори без да се използват активно. Цикличното стареене причинява допълнително напрежение поради зареждането и разреждането на батерията. И двата фактора не могат да бъдат избегнати напълно (повече за това по-късно) и не могат да бъдат ясно разграничени един от друг. По тази причина определението за SoH не включва стойности като история на зареждане и разреждане, а само капацитет - който е от значение за електромобилите от гледна точка на клиента.

Анализирани данни от над 7000 автомобила

Новото в това проучване е, че то се основава на реални данни от автомобили в движение. В своя модел SoH P3 преди това правеше прогнози за експлоатационния живот въз основа на академични данни и лабораторни измервания - обикновено на ниво клетки. Данните от електромобилите добавят не само външни фактори като влиянието на околната среда и поведението при шофиране и зареждане, но и програмирането на системата за управление на батерията и стратегиите за стареене, прилагани от производителите на автомобили по отношение на начина, по който натоварват и/или защитават своите батерии.

P3 използва два подхода за получаване на важните данни за автомобила: Първо, бяха измерени 50 автомобила от собствения автопарк на компанията, батерията беше изследвана за предишно стареене, а SoH беше съпоставена с начина на използване и зареждане. "Превозните средства бяха подбрани така, че да се придобие представа за възможно най-много различни профили на шофиране и зареждане и да се установят разликите между производителите", казва P3.

За да подкрепим тези качествени индивидуални анализи с по-количествени данни, във втората стъпка участва австрийският стартъп за диагностика на батерии Aviloo. По данни на последното то вече е извършило над 60 000 теста за капацитет. Кратко отклонение: Aviloo предлага два различни анализа: "Flash Test" и "Premium Test". И в двата случая така нареченият Aviloo Box, OBD ключ, се свързва към OBD порта на автомобила. При "Premium Test" акумулаторът се зарежда до 100 % и се изтощава до 10 % при свързан донгъл. По този начин безброй данни, свързани с акумулатора, се измерват и анализират на сървърите на Aviloo. Тестът "Flash Test" се провежда само когато автомобилът е неподвижен и анализира наличните измерени стойности въз основа на базата данни, която е създадена за съответния тип батерия чрез теста "Premium Test".

За своя анализ P3 използва данните на над 7000 автомобила, които бяха анализирани чрез "теста Premium" - тази процедура е по-сложна, но и по-прецизна. Този набор от данни включваше и превозни средства с пробег над 300 000 км. "Това позволи да се оцени по-подробно и количествено стареенето на акумулатора в зависимост от пробега", се казва в бялата книга. "Това конкретно допълва анализа на автопарка P3 и осигурява по-широка база данни за добре обоснована оценка."

Изображение: P3 Group

Оценката има ясен резултат: през първите около 30 000 километра загубата на капацитет се ускорява, което означава, че здравословното състояние спада сравнително бързо от 100 на около 95 %. Добрата новина е, че реалното влошаване на състоянието намалява с увеличаване на пробега. Данните на Aviloo от 7000 автомобила показват (осреднено) SoH от около 90 % при 100 000 км. И след това линията на тенденцията е почти хоризонтална; между 200 000 и 300 000 километра тя е почти стабилна - и е доста над 70-80 процента от гаранцията на батерията. Всъщност тя се доближава до 87%.

Има просто обяснение за бързата загуба на SoH в началната фаза: така нареченият SEI слой (твърда електролитна интерфаза) се образува върху анода (т.е. отрицателния полюс) в акумулаторната клетка по време на първите цикли на зареждане и разреждане. Това са отлагания на продукти на реакцията от електролита, които винаги се образуват. В зависимост от превозното средство и химическия състав на акумулатора това може да се случи по много различни начини, поради което има големи различия в данните. Въпреки това, линията на тенденцията от повече от 7000 набора от данни за превозни средства дава добра оценка.

Данните от 50-те автомобила P3 също съвпадат с резултатите от анализа на Aviloo. Някои от тези превозни средства са били използвани и за други тестове, така че профилът на шофиране и зареждане на тези превозни средства може да е по-екстремен от този на служебен автомобил, който се използва предимно за пътуване до работа. Независимо от това, техните батерии са доказали своята дълготрайност: "Почти всички тествани автомобили P3 имат SoH над 90%. Това показва, че батериите в автопарка P3 продължават да се представят много добре въпреки различните производители, различните профили на използване и интензивната употреба."

Друга интересна констатация от над 7000 набора от данни: Данните от полевите условия показват, че действителният капацитет на батерията се запазва по-дълго от предполагаемия в реални условия, особено при често споменаваните високи пробези от 200 000 км и повече. Въз основа на лабораторните тестове на клетките моделът SoH, публикуван от P3 през 2023 г., дава много по-песимистична прогноза за състоянието на батерията. До около 50 000 километра лабораторният модел и данните от полето са приблизително еднакви - над 100 000 километра. Линиите на тенденциите обаче се разминават значително. P3 стига до заключението, че действителните потребителски профили и контролът на клетките от системата за управление на акумулатора на място значително намаляват стареенето.

Но как могат да се обяснят наблюдаваните разлики? В края на краищата, някои превозни средства все още имат изключително висока SoH след повече от 50 000 километра, докато отделни превозни средства все още са на ниво от 98% след почти 200 000 километра - докато други бързо падат под 90%. Всъщност върху това влияние оказват както поведението на водачите при зареждане и използване на автомобилите, така и самите производители. От една страна, предвиденият буфер (т.е. разликата между брутния и нетния капацитет) играе важна роля по отношение на размера и използването на буфера. Това е така, защото той може да се използва например за намаляване на забележимото стареене по време на гаранционния период - чрез освобождаване на малко повече нетен капацитет с течение на времето. От друга страна, поведението на зареждане може да се регулира чрез актуализация на софтуера. От една страна, това може да бъде по-висока мощност на зареждане за по-кратко време на зареждане, което води до по-голямо напрежение в клетката. От друга страна, възможно е актуализацията да подобри управлението на клетките, например чрез оптимизиране на предварителната подготовка за намаляване на напрежението по време на бързо зареждане при неоптимални условия.

Базата данни се влошава с по-голям пробег

Не бива да се пропускат две критични точки по отношение на наборите от данни: Самият P3 посочва, че базата данни за превозни средства с пробег над 200 000 км е значително по-малка от тази за превозни средства с по-малък пробег. "Причината е, че има само няколко превозни средства с толкова голям пробег. Това донякъде ограничава валидността на данните за показания с голям пробег и също така води до по-голямо разсейване на данните", се казва в проучването. Трябва да се вземе под внимание и "отклонението на оцеляването". В края на краищата са измерени само автомобили с голям пробег, които са все още годни за движение на 200 000 или 300 000 км. Не са включени превозни средства, които вече не се използват поради повреда на акумулатора. Това може да накара надеждността на автомобилите да изглежда твърде положителна. Но големият проблем е, че дори ако един електромобил се повреди преждевременно, според статистиката на ADAC за повредите от 2023 г. това само понякога се дължи на тяговата батерия. "Отделни случаи, като например повреди, причинени от специално поведение при употреба или производствени грешки, все още могат да се случат и често се случват в рамките на гаранционния период и следователно рядко представляват финансов риск за потребителите", пише P3.

И така, какво могат да направят потребителите, за да подобрят състоянието на батерията и да забавят процеса на стареене? Най-общо казано, с внимателно шофиране и зареждане. За по-подробен отговор трябва да се прави разлика между календарно и циклично стареене. Важно: Това са общи твърдения. В отделни случаи е възможно различно поведение в зависимост от автомобила и акумулатора. Въпреки това следните препоръки на P3 няма да повредят акумулатора.

При стареенето на календара с течение на времето основните фактори са температурата и състоянието на заряда. Когато не се използват, батериите предпочитат ниски до средни температури под 25 градуса, според P3. Твърде високата температура (споменава се над 60 градуса) е "движеща сила за химични реакции, което води до ускорено влошаване на капацитета". Въпреки това управлението на автомобила или батерията също може да помогне тук, както показва нашето техническо задълбочаване в платформата PPE на VW Group. Нивото на зареждане, при което електрическият автомобил е паркиран за по-дълъг период от време, също е важно. По-високото ниво на заряд означава по-високо напрежение в клетката - което ускорява стареенето за по-дълъг период от време. P3 препоръчва паркирането на автомобила с ниско до средно ниво на заряд (от десет до 50 %) за много дълги периоди на паркиране.

Внимателното шофиране и зареждане помагат на батерията

Температурата също играе роля за цикличното стареене, т.е. за използването, но в друга област. Ако батерията се използва, тя не трябва да бъде нито прекалено гореща, нито прекалено студена. Това се отнася за (бързото) зареждане и шофирането. Високите токове (бързо зареждане, силно ускорение, шофиране с висока скорост) по принцип не са благоприятни за SoH, но особено при екстремни температури. С други думи, умереното шофиране с постоянни, ниски скорости и рядко бързо зареждане при средни температури би било идеално - и при ниска дълбочина на разреждане, т.е. ако нивото на зареждане остава между 20 и 80 %. Не е краят на света, ако в отделни случаи се отклоните от това (защото бързото зареждане е необходимо и по магистрала през зимата). Въпреки това, преобладаващо щадящото шофиране и зареждане може да забави стареенето на акумулатора.

Проучването показва също, че реалното стареене на батерията рядко нарушава условията на гаранцията за батерията. Стандартната гаранция за акумулаторните системи на електромобилите в момента е над осем години или 160 000 км, като първите производители достигат до 250 000 км и десет години. Lexus дори предлага удължаване на гаранцията до един милион километра или десет години за (признаваме, че не е широко използван) UX300e. По този начин батерията обикновено издържа много по-дълго от гаранцията или други части на автомобила.

Изображение: P3 Group

С дългия експлоатационен живот, разбира се, е възможно и второ използване на батерията след "първия живот" в превозното средство, например като стационарно хранилище на енергия - "втори живот". Едва след тази втора употреба, т.е. около 20 или повече години, акумулаторът отива за рециклиране. Поне такъв е моделът.

В отговор на поставения в началото въпрос за остатъчната стойност, тя зависи до голяма степен от текущата фаза на използване. В рамките на гаранционния период на производителя тя естествено е по-висока, отколкото след изтичането на гаранцията, дори ако акумулаторът в автомобила все още функционира. Остатъчната стойност намалява, тъй като тя вече не се заменя или ремонтира в рамките на гаранцията. "В рамките на гаранционния период загубата на стойност зависи в голяма степен от стареенето и остатъчния капацитет", пише P3. "След изтичането на гаранцията може да се очаква по-голяма загуба на стойност. В края на първия експлоатационен период, в зависимост от цената на новите батерии, батерията все още може да има значителна остатъчна стойност чрез втора употреба."