Az elektromos autók akkumulátorai kulcsfontosságú szerepet játszanak a járművek működésében, hiszen ezek tárolják és alakítják át a kémiai energiát elektromos energiává, meghajtva az autó motorját és különböző rendszereit.
Az ilyen akkumulátorok leggyakrabban lítium-ion technológián alapulnak, és moduláris felépítésűek, azaz több cellából állnak, amelyek együtt alkotják az akkumulátor csomagot. A cellák katódból, anódból, elektrolitból és szeparátorból épülnek fel. A töltési és kisülési ciklusok során a lítium-ionok és elektronok vándorlása biztosítja az energiaáramlást az akkumulátorban.
Az elektromos autók akkumulátorának kapacitása jellemzően 40 kWh és 100 kWh között mozog gyártói adatok szerint. Az akkumulátorok hatékonysága ténylegesen általában 90-95%-a a névleges kapacitásnak. Az akkumulátorok súlya átlagosan 300 kg, de egy nagyobb kapacitású akkumulátor súlya akár 600 kg is lehet, ami a jármű teljes tömegének jelentős részét képezi. Az akkumulátor az elektromos autók árából is nagy hányadot, általában 30-40%-ot tesz ki.
Az elektromos autó akkumulátorainak négy fő típusa van.
lítium-ion
nikkel-kadmium (Ni-Cd)
nikkel-metálhidrid (Ni-MH)
szilárdtest-akkumulátorok.
A lítium-ion akkumulátorok a legelterjedtebbek a kiváló teljesítményük és újrahasznosíthatóságuk miatt, bár gyártásuk igen környezetszennyező. A nikkel-kadmium akkumulátorok már nem használatosak a kadmium mérgező volta miatt. A nikkel-metálhidrid akkumulátorok kevésbé károsak a környezetre, de a lítium-ion technológia megjelenésével háttérbe szorultak. A szilárd állapotú akkumulátorok még fejlesztés alatt állnak, de általuk nagyobb hatótávolság és biztonság lenne elérhető.
Az akkumulátorok általában 2 000-3 000 töltési ciklust bírnak ki, ami megfelelő karbantartás és optimális használat mellett 10-15 év folyamatos használatra lehet elegendő, hiszen az akkumulátor kapacitása átlagosan 2-3%-kal csökken évente. Az akkumulátor élettartamát megközelítő időtartamú garanciát adnak a gyártók is, ami 8-10 év vagy 16 000 kilométer. Ezt követően az akkumulátor cseréje igen költséges lehet, középkategóriás járműveknél 2-3 millió, luxusautóknál 8 millió Ft-ról is lehet.
Az akkumulátor élettartama függ a hőmérséklettől, a töltési szokásoktól, a mélykisülések gyakoriságától, a vezetési stílustól, és a gyártói szoftverfrissítések alkalmazásától. Az akkumulátor élettartamát úgy növelhetjük, ha 20-80% közötti töltöttségi szinten tartjuk az autót, kerüljük a gyakori gyorstöltést és 20°C - 40°C közötti hőmérsékleten tároljuk az autót.
Különösen fontos hogy kerüljük a mélykisülést, ami az akkumulátor olyan mértékű kisütését jelenti, amely a maximális töltési kapacitás 20%-át vagy annál kevesebbet tesz ki.
Ebben a cikkben az elektromos autó akkumulátorárának működéséről, áráról és élettartamáról olvashatsz
Hogy működik az elektromos autó akkumulátora?
Az elektromos autó akkumulátora olyan energiatároló eszköz, amely kémiai energiát tárol és azt elektromos energiává alakítja, hogy meghajtsa a jármű elektromos motorját. Az akkumulátor kulcsfontosságú szerepet játszik az elektromos autók működésében, mivel biztosítja a szükséges áramforrást a jármű meghajtásához és a különböző rendszerek működtetéséhez. Így alapvetően ez határozza meg a járművek teljesítményét és használhatóságát.
Hogyan épül fel az elektromos autó akkumulátora?
Az elektromos autók akkumulátorának számos része van, ahogy az alábbi képen látható.
Az elektromos autókban használt akkumulátorok túlnyomó többsége lítium-ion (Li-ion) technológián alapul.
Felépítésüket tekintve az akkumulátorok több cellából állnak, amelyek modulokat alkotnak, ezért is nevezik modulárisnak a felépítésüket.
Az egyes cellák négy fő részből állnak: katód, anód, elektrolit, és szeparátor. A katód általában lítium-fém-oxidból (például lítium-kobalt-oxid, lítium-vas-foszfát) készül, az anód pedig grafit vagy más szénalapú anyag. Az elektrolit lítium-sókat tartalmazó folyadék, gél vagy szilárd anyag, amely lehetővé teszi a lítium-ionok mozgását. Végül a szeparátor, ami egy porózus membrán, amely elválasztja a katódot és az anódot, miközben átengedi az ionokat. Az elektromos autó akkumulátorának működési elvét írja le az alábbi ábra.
A töltési ciklus során egy külső forráson keresztül bevezetett elektromos áram leválasztja az elektronokat a katódban lévő lítiumatomokról. Az elektronok egy külső áramkörön keresztül áramlanak az anódhoz, amely kiválóan tárolja az energiát. Ezzel egyidőben az ionizált lítium atomok az elektroliton keresztül az anódhoz áramlanak, és újra egyesülnek elektronjaikkal.
A kisülési ciklusok során a folyamat megfordul. Az anódban lévő lítiumatomok ismét elválnak elektronjaiktól, az ionok áthaladnak az elektroliton, az elektronok pedig a külső áramkörön keresztül áramlanak, amely a motort táplálja.
Mekkora az elektromos autó akkumulátorának kapacitása?
Az elektromos autók akkumulátorának kapacitása jellemzően 40 kWh és 100 kWh között mozog. Például egy Tesla Model S akár 100 kWh-s akkumulátorral is rendelkezhet, míg egy kisebb Nissan Leaf 40-62 kWh közötti akkumulátorral van felszerelve.
A gyártók által megadott kapacitás eltér a ténylegesen felhasználható kapacitástól, a valós kapacitásra szokás hatékonyságként hivatkozni. Az elektromos autó akkumulátor hatékonysága, tehát a valós kapacitása, általában 90-95%-a a névleges kapacitásnak. Ennek oka, hogy vannak energiaveszteségek az akkumulátor működése során, amelyek főként hő formájában jelentkeznek.
Mekkora az elektromos autó akkumulátorának súlya?
Egy elektromos autó akkumulátorának súlya átlagosan 300 kg. Egy nagyobb kapacitású akkumulátor súlya akár 600 kg is lehet, ami a jármű teljes tömegének jelentős részét teszi ki, mivel az elektromos autók súlya általában 1,500 kg és 2,200 kg között mozog.
Az akkumulátorokat általában az autó padlólemeze alatt helyezik el, hogy alacsonyan tartsák a jármű súlypontját, javítva ezzel a stabilitást és kezelhetőséget. Ez az elrendezés egyben helyet is spórol az utastérben és a csomagtérben. Az akkumulátorok ilyen elhelyezése nemcsak a jármű teljesítményére van pozitív hatással, hanem a biztonságot is növeli, mivel baleset esetén jobban védettek.
A súly mellett az akkumulátorok az elektromos autók árának is nagy hányadot teszik ki, általában az autó árának 30-40%-át. Ez az arány az akkumulátor technológia fejlődésével és gyártási költségek csökkenésével változhat. A lítium-ion akkumulátorok előállítása drága, de a tömeggyártás és az újrahasznosítási technológiák fejlődése segíthet csökkenteni a költségeket és ezáltal az autók árát is.
Milyen típusai vannak az elektromos autó akkumulátorának?
Az elektromos autó akkumulátornak 4 típusa van.
Lítium-ion akkumulátorok
Nikkel-kadmium (Ni-Cd) akkumulátorok
Nikkel-metálhidrid (Ni-MH) akkumulátorok
Szilárdtest-akkumulátorok
Lítium-ion akkumulátorok
Az elektromos autók többsége jelenleg lítium-ion akkumulátorral rendelkezik. Ez a technológia széles körben elterjedt az okostelefonok és laptopok világában is, a nagy teljesítmény/tömeg aránnyal és a kiváló magas hőmérsékleti teljesítménye segítségével. A lítium-ion akkumulátorok rendkívül hatékonyak és képesek stabil töltést biztosítani, emellett újrahasznosíthatóak is. Előállítások azonban igen környezetszennyező a bányászati folyamatok miatt. Az American Chemical Society szerint egy tonna lítium kinyeréséhez 500 000 - 600 000 liter víz is szükséges lehet.
Nikkel-kadmium (Ni-Cd) akkumulátorok
A Ni-Cd akkumulátorok a 90-es években voltak rendkívül népszerűek, mivel 500-1000 ciklus közötti élettartammal rendelkeztek. Azonban a kadmium mérgező volta miatt ma már nem használják őket. A kadmium nemcsak az emberi egészségre veszélyes, hanem súlyosan szennyezi a talajt és a vízkészleteket is. Újrahasznosíthatóságuk pedig nehéz és költséges.
Nikkel-metálhidrid (Ni-MH) akkumulátorok
A Ni-MH akkumulátorok ugyanolyan hatékonyak, mint a Nikkel-kadmium (Ni-Cd) akkumulátorok, de nem tartalmaznak nehézfémeket, ami jelentős előny környezetvédelmi szempontból. A lítium-ion akkumulátorok megjelenéséig a legtöbb tölthető hibrid autóban ilyen akkumulátor volt. A Ni-MH akkumulátorok környezeti hatása kevésbé káros, mint a Ni-Cd akkumulátoroké, és újrahasznosíthatók, bár az újrahasznosítási folyamat bonyolultabb és kevésbé elterjedt.
Szilárdtest-akkumulátorok
A szilárdtest-akkumulátorok a hagyományos akkumulátorok folyékony elektrolitját szilárd anyaggal helyettesítik, amely lehet műanyag polimer, tömörített szervetlen por vagy ezek keveréke. Ezek az akkumulátorok nem tartalmaznak nehézfémeket és oldószereket, ami potenciálisan kisebb környezeti terhelést jelent. A szilárdtest-akkumulátorok nagyobb hatótávolságot és biztonságot jelentenének az elektromos járművek számára.
Újrahasznosíthatóságuk jelenleg még kutatás tárgyát képezi, de a cél az, hogy a fejlesztés során olyan anyagokat használjanak, amelyek könnyen újrahasznosíthatók és kevésbé károsítják a környezetet. Ezek az új típusú akkumulátorok az elektromos autók karbonlábnyomát 40%-al is csökkenthetik.
Mennyibe kerül az elektromos autó akkumulátora?
Az elektromos autók akkumulátorának ára 2-9 millió forint, amit legnagyobb mértékben a kémiai összetétel határoz meg.
Ahogy már fentebb is írtuk, a lítium-ion akkumulátorok esetén az anód alapanyaga grafit, a katód ásványi összetétele azonban gyakran változik. A legdrágábbak a lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid (NCA) akkumulátorcellák. Ezt követik a lítium-nikkel-kobalt-mangán-oxid (NCM) akkumulátorcellák, a legolcsóbbak pedig lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátorcellák.
Ez az összetétel határozza meg az akkumulátor kapacitását, teljesítményét, biztonságát, valamint élettartamát, és erősen befolyásolja az akkumulátor árát.
Az akkumulátorok magas ára miatt a gyártók gyakran különféle garanciákat és biztosítási lehetőségeket kínálnak, ami nagyobb biztonságérzetet ad a vásárlóknak és csökkenti a későbbi költségeket. Ezek a garanciák jellemzően 8-10 évre vagy 160 000 kilométerre szólnak, attól függően, hogy melyik következik be előbb. Néhány gyártó, mint például a Tesla, garantálja, hogy az akkumulátor kapacitása nem csökken 70% alá a garanciaidő alatt.
Az elektromos autók biztosítása általában kiterjed az akkumulátorra is, bár a fedezet mértéke változó lehet. A biztosítás általában fedezi az akkumulátor meghibásodását baleset esetén, de nem minden biztosítási csomag tartalmazza a természetes elhasználódás vagy a gyártási hibák miatti meghibásodásokat. Fontos, hogy ellenőrizzük a biztosítási kötvényt, hogy pontosan lássuk, hogy milyen kockázatokra nyújt fedezetet a biztosításunk!
Mennyibe kerül az akkumulátorcsere egy elektromos autóban?
Az elektromos autó akkumulátorának cseréje középkategóriás járműveknél 2-3 millió, luxusautóknál 8 millió Ft. Hüvelykujj-szabály szerint kilowattóránként 50-100 ezer forint közötti összeggel kell számolni ennek költségét.
Az akkumulátor teljesítménye folyamatosan csökken, és amikor már nem képes megfelelő hatótávolságot biztosítani, vagy ha meghibásodott, esetleg sérült, akkor ki kell cserélni egy új akkumulátorra.
Az akkumulátor cseréjének költsége az alábbiaktól függ.
Az akkumulátor kapacitásától
Az akkumulátor típusától és minőségétől
A használati és töltési körülményektől
A karbantartás gyakoriságától
A gyártó által vállalt garancia időtávjától
Ha egy elektromos autó akkumulátora elromlik, tanácsos először felkeresni a jármű hivatalos szervizét vagy márkaképviseletét, ahol a szakemberek diagnosztizálják a hibát. Ha az akkumulátor még garanciális, akkor a gyártó gyakran ingyenesen cseréli vagy javítja azt. Garancián túl, a szervizben új vagy gyári újracsomagolt akkumulátort kínálnak, amely a gyári specifikációknak megfelelő teljesítményt és megbízhatóságot ad.
Bizonyos esetekben lehetséges az akkumulátor celláinak javítása vagy a hibás modulok cseréje, ami költséghatékonyabb a teljes akkumulátorcsomag cseréjénél. Az újrahasznosított vagy felújított akkumulátorok is elérhetők, amelyek olcsóbb alternatívát nyújtanak a vadiúj akkumulátorokkal szemben.
Milyen hosszú az élettartama az elektromos autó akkumulátorának?
Az elektromos autók akkumulátorának élettartama átlagosan 10-20 év, ez függ a vezetési stílustól és a töltési szokásoktól. Az akkumulátorok általában 2 000-3 000 töltési ciklust bírnak ki. Ez a ciklusszám megfelelő karbantartás és optimális használat mellett 10-15 év folyamatos használatra lehet elegendő.
Ez az időintervallum átlagos használatot feltételez, ami az alábbi tényezőket foglalja magában.
Napi használat városi és autópályás vezetési körülmények között
Éves futásteljesítmény 15 000-20 000 kilométer között
Rendszeres töltés normál és gyorstöltő állomásokon
Az akkumulátorok élettartama és hatékonysága idővel csökken, amit degradálódásnak nevezünk. Az akkumulátor kapacitása átlagosan 2-3%-al csökken évente. Tehát egy villanyautó, ami újonnan 200 km hatótávra képes, öt éves korában már csak 178 kilométert, 10 éves korában pedig 158 kilométert tud majd megtenni teljesen feltöltött akkuval. A legtöbb akkumulátor 160 000 kilométer után, egyes kutatások szerint 350 000 kilométer után is képes biztosítani a gyári kapacitás 70%-át.
A degradálódás mértéke nagymértékben függ a hőmérséklettől és a töltési sebességtől. Az optimális töltési szokások, például az otthoni fali töltők használata, lassíthatják az akkumulátor degradálódását.
A megfelelő hőmérséklet és töltési szokások mellett általában az elektromos autó akkumulátorát elegendő egyszer, különleges esetekben kétszer cserélni. De ma már a legújabb technológiák és fejlesztések lehetővé teszik, hogy az akkumulátor élettartama meghaladja a jármű élettartamát is, így sok esetben egyáltalán nem szükséges cserélni az akkumulátort a jármű teljes élettartama alatt.
Milyen tényezőktől függ az elektromos autó akkumulátorának élettartama?
Az elektromos autó akkumulátorának élettartama az alábbi tényezőktől függ.
Hőmérséklet
Töltési szokások
Mélykisülés
Vezetési stílus
Gyártói szoftver frissítések telepítése
Hőmérséklet
Az optimális hőmérséklet feletti tartós használat akár 20-30%-kal is csökkentheti az élettartamot. Melegben a túlmelegedés gyorsítja az akkumulátor kémiai reakcióit, ami idő előtti degradációhoz vezethet. Emellett az alacsony hőmérséklet is csökkenti az akkumulátor kapacitását. Bár ez általában átmeneti, hosszabb távon kisebb mértékű degradációt okozhat.
Töltési szokások
Ha az akkumulátort gyakran töltjük fel teljesen, az növeli a cellák közötti feszültségkülönbséget, ami hosszabb távon károsíthatja az akkumulátort. A gyakori gyors töltés sem tesz jót az akkumulátornak, hiszen akár 10-15%-kal is csökkentheti az élettartamot. Ennek oka, hogy a gyors töltés nagyobb hőt termel, ami megnöveli az akkumulátor belső hőmérsékletét, ami gyorsabb degradációhoz vezethet.
Mélykisülés
A mélykisülés az akkumulátor olyan mértékű kisütését jelenti, amely a maximális töltési kapacitás 20%-át vagy annál kevesebbet tesz ki. Az akkumulátor gyakori teljes lemerítése miatt az akkumulátor feszültsége olyan alacsony szintre csökken, amely már károsíthatja az akkumulátor celláit. A mélykisülés akár 20%-kal is csökkentheti az akkumulátor kapacitását.
Vezetési stílus
A gyors gyorsítások és hirtelen fékezések több energiát igényelnek, ami növeli az akkumulátor hőmérsékletét és feszültségét. Az egyenletes sebességgel történő vezetés kíméletesebb az akkumulátornak. A gyakori rövid utak, hirtelen gyorsítás és lassítások során gyakoribb a hőmérséklet ingadozás, az akkumulátor gyakran melegszik fel és hűl le. Ez az ingadozás mechanikai stresszt okozhat az akkumulátor belső szerkezetében, ami idővel anyagfáradáshoz és mikrosérülésekhez vezethet.
Gyártói szoftverfrissítések
A gyártó által kiadott szoftverfrissítések javíthatják és optimalizálhatják az akkumulátor kezelését és hatékonyságát.
Hogyan lehet növelni az elektromos autó akkumulátorának élettartamát?
Az elektromos autó akkumulátorának élettartamát a következő tanácsok betartásával növelhetjük.
Kerüljük a szélsőséges töltöttségi szinteket, azaz tartsuk az akkumulátor töltöttségét 20% és 80% között.
Kerüljük a gyakori gyorstöltést, helyette válasszuk a lassú töltést, ami kíméletesebb az akkumulátor számára és hosszabb élettartamot biztosít.
Tartsuk 20 °C és 40 °C között az akkumulátort. Az akkumulátor ebben a hőmérsékleti intervallumban a leghatékonyabban, így ennek fenntartásával lassíthatjuk a degradációt. Nyáron ajánlott árnyékban, télen pedig meleg garázsban parkolni.
Kerüljük a túlmelegedést, ne hagyjuk az autót hosszú ideig közvetlen napfényben vagy forró helyeken parkolni, mivel a magas hőmérséklet károsíthatja az akkumulátort
Kíméletesen vezessünk, kerüljük a hirtelen gyorsításokat. Az egyenletes, sima vezetési stílus kevesebb terhelést jelent az akkumulátorra.
Használjunk tempomatot, mert az egyenletes sebesség fenntartása az autópályán segít az energiafelhasználás optimalizálásában és az akkumulátor kímélésében.
Használjuk ki a regeneratív fékezést, melynek során a mozgási energia az akkumulátor újratöltését szolgálja, ami növeli az akkumulátor hatékonyságát és élettartamát.
Rendszeresen ellenőrizzük az akkumulátort. Az akkumulátor és az elektromos rendszer időszakos ellenőrzése segíthet megelőzni a problémákat. Ellenőrizzük a kábeleket, csatlakozókat és az akkumulátor csatlakozóit a korrózió vagy lazaság jeleit keresve.
Hogyan töltsem megfelelően az elektromos autó akkumulátorát?
A lítium-ion akkumulátorok élettartama szempontjából fontos, hogy az akkumulátort ne töltsd teljesen fel és ne merítsd le teljesen. Az optimális töltöttségi szint 20% és 80% között van. Az akkumulátor teljes lemerítése károsíthatja az akkumulátort és jelentősen csökkentheti annak élettartamát. Az akkumulátorok jobban teljesítenek, ha a töltöttségi szintjük sosem csökken 20% alá.
Az akkumulátor töltöttségi szintje a hosszabb állásidő alatt az ún. "alvó áramfelvétel" miatt is csökkenhet. Ennek oka, hogy az autókban lévő elektronikai rendszerek, mint például az ébresztési és biztonsági rendszerek, folyamatosan fogyasztanak valamennyi energiát, még parkolás közben is. Modern elektromos autók gyakran rendelkeznek távoli hozzáférési és kommunikációs funkciókkal, amelyek szintén hozzájárulnak a folyamatos energiafogyasztáshoz.
Ha egy elektromos autó több hétig vagy hónapig parkol, a töltöttség jelentős mértékben csökkenhet. Ezért ha tudjuk, hogy hosszabb ideig használaton kívül lesz az autó akkor érdemes 50% körüli töltöttségi szinttel otthagyni, hogy az állási idő alatt se essen a töltöttségi szint 20% alá.
Az akkumulátor élettartamának növelése érdekében a normál sebességű töltés előnyösebb a gyorstöltéssel szemben, mivel a gyorstöltők által okozott melegedés hosszú távon károsíthatja az akkumulátort. A lítium-ion akkumulátorok esetében a gyakori, de kismértékű töltés előnyösebb, mint a ritkább, de teljes töltés. Az ilyen típusú töltés nem csak az akkumulátor élettartamát növeli, hanem az autó hatótávját is javítja.
Az elektromos autó akkumulátorának töltöttségi szintjét és töltés közbeni hőmérsékletét a töltőhöz tartozó applikációban is ellenőrizni lehet. Az adatok ismeretében optimalizálható a töltés, ami meghosszíthatja az akkumulátor élettartamát, ezért mindenképpen érdemes használni az ilyen applikációkat.
Comments