Все для авто

Типи батарей в сучасних електромобілях: що обрати та як вони відрізняються

ЗМІ/Блог

16 жовтня 2024

728

Поділитися:

Однією з ключових компонентів, яка визначає ефективність та практичність електромобіля є батарея. Саме від неї залежить дальність ходу, швидкість заряджання, надійність та вартість автомобіля.

У цій статті ми розглянемо три найпоширеніші типи батарей, що використовуються у сучасних електромобілях: NMC (Нікель-Марганець-Кобальт), NCA (Нікель-Кобальт-Алюміній) та LiFePO4 (Літій-залізо-фосфат). Кожна з них має свої особливості, переваги й недоліки, які впливають на вибір тієї чи іншої батареї для конкретної моделі електромобіля.

То яку обрати? Давайте детально розберемося про особливості кожного з типів.

1. NMC (Нікель-Марганець-Кобальт)

Загальні характеристики

NMC батареї — це один з найпоширеніших типів акумуляторів у сучасних електромобілях. Вони поєднують в собі три ключові компоненти: нікель, марганець та кобальт, кожен з яких має свою роль у забезпеченні енергетичної щільності та довговічності. NCA батареї зазвичай витримують 1000-2000 циклів повного заряду

Нікель забезпечує високу енергетичну щільність, що збільшує дальність пробігу.
Марганець стабілізує структуру акумулятора і підвищує безпеку.
Кобальт відповідає за підвищену стабільність циклів заряду-розряду.

NMC батареї зазвичай використовуються у балансі між високою енергетичною щільністю та безпекою, що робить їх популярними для багатьох середньорівневих та преміум-електромобілів.

Переваги:

Висока енергетична щільність: NMC батареї можуть зберігати більше енергії при тій самій вазі, що забезпечує більшу дальність на одному заряді.
Збалансована продуктивність: Добре підходять для повсякденного використання, де важливими є як дальність пробігу, так і вартість.
Стабільність і безпека: Завдяки використанню марганцю, батареї є стабільними і захищені від перегріву.

Недоліки:

Дорожчі у виробництві через високий вміст кобальту, який є дорогим і видобуток якого пов’язаний із серйозними екологічними та соціальними проблемами.
Зменшення терміну експлуатації при високих температурах: Постійний вплив високих температур може скоротити ресурс батареї.

Термін експлуатації та особливості заряджання:

Термін експлуатації NMC батарей зазвичай становить від 8 до 15 років, залежно від умов експлуатації та температурного режиму. Для підтримки максимальної ефективності, важливо уникати тривалого перебування автомобіля на повному заряді або повністю розрядженого стану. Оптимальний рівень заряду для зберігання — 20-80%.

Заряджати ці батареї можна як на звичайних зарядних станціях, так і на швидкісних, але слід уникати частого використання надшвидкісних зарядок, оскільки це може пришвидшити деградацію батареї.

2. NCA (Нікель-Кобальт-Алюміній)

Загальні характеристики

NCA батареї — це інший тип літій-іонних акумуляторів, який широко використовується у преміальних електромобілях. Ці батареї мають ще вищу енергетичну щільність завдяки використанню високого вмісту нікелю, що дозволяє значно збільшити дальність пробігу. Відразу відмітимо, що на масовому ринку, такій тип батарей використовує компанія Tesla, і вона поступово переходить на більш дешевші варіанти батарей типу NMC або LiFePO4 в своїх сучасних авто. NCA батареї зазвичай витримують 1000-1500 циклів повного заряду

Нікель тут відіграє основну роль в забезпеченні високої щільності енергії.
Кобальт покращує стабільність циклів заряду-розряду.
Алюміній додається для зменшення витрат та покращення стійкості.

Переваги:

Максимальна енергетична щільність: NCA батареї пропонують одну з найвищих щільностей енергії, що дозволяє досягати великих відстаней на одному заряді.
Тривалий термін служби: Ці батареї можуть зберігати ефективність протягом тривалого часу при правильному догляді.
Підходять для високопродуктивних електромобілів: Завдяки своїй здатності підтримувати високу потужність і дальність, NCA батареї часто використовуються у спортивних або преміальних електромобілях.

Недоліки:

Висока вартість: Використання великої кількості нікелю та кобальту робить ці батареї дорожчими у виробництві.
Менш стабільні при перегріванні: У порівнянні з іншими типами батарей, NCA менш стійкі до перегріву, тому важливо забезпечити ефективне охолодження.

Термін експлуатації та особливості заряджання:

Термін служби NCA батарей може перевищувати 15 років, особливо при дбайливому догляді. Для заряджання NCA батарей також діє правило 20-80%, яке дозволяє збільшити їх термін експлуатації. Хоча вони добре переносять швидкі зарядки, надмірне використання надшвидкісних зарядних станцій може знижувати їх ефективність.

3. LiFePO4 (Літій-Залізо-Фосфат або скорочено LFP)

Загальні характеристики

LiFePO4 батареї — це відносно новий тип літій-іонних акумуляторів, який активно використовується у в недорогих електромобілях (але тенденції змінюються, і все частіше їх встановлюють на більш дорогі моделі та бренди).

Головна особливість цих батарей — їх висока стійкість до перегріву та безпека, що робить їх ідеальним варіантом для автомобілів, орієнтованих на довговічність і безпеку.

Залізо та фосфат є основними компонентами катоду, що забезпечує стабільність та довговічність.
Вони мають нижчу енергетичну щільність порівняно з NMC та NCA, але значно перевершують їх за безпекою та кількістю циклів перезарядки.

Переваги:

Висока безпека: LiFePO4 батареї практично не схильні до самозаймання і мають кращу термостійкість.
Довгий термін служби: Ці батареї можуть витримати до 3000-4000 циклів заряджання, що значно перевищує ресурси інших типів.
Відносно невелика вартість: Використання дешевших матеріалів знижує загальну вартість батареї, що робить їх ідеальними для бюджетних електромобілів.

Недоліки:

Низька енергетична щільність: LiFePO4 батареї мають меншу щільність енергії, що означає меншу дальність пробігу на одному заряді.
Менша ефективність при низьких температурах: Цей тип батарей менш ефективний при низьких температурах, що може знижувати дальність пробігу в холодну погоду.
Більша вага в порівняні з NMC та NCA, що робить її менш оптимальною для електромобілів які орієнтовані на максимальну продуктивність розгону, та велику дальність запасу ходу.

Термін експлуатації та особливості заряджання:

LiFePO4 батареї мають один із найдовших термінів служби — 15-20 років або більше за рахунок значно вищої кількості циклів перезарядки. Також вони менш чутливі до частих швидких зарядок, тому можуть використовуватися в умовах інтенсивної експлуатації без значної втрати ємності. Однак, щоб максимізувати ресурс, все ж рекомендується дотримуватися оптимального рівня заряду — 20-80%.

Однією з ключових переваг LiFePO4 батарей, окрім їх довговічності та безпеки, є здатність безпечно витримувати постійний повний заряд (100%) без значної втрати ємності. Це велика перевага перед іншими типами літій-іонних батарей, як NMC і NCA, які є більш чутливими до тривалого перебування на 100% заряді, що може призводити до пришвидшеної деградації.

Ця властивість робить LiFePO4 батареї ідеальними для використання в електромобілях, які часто заряджаються до 100% (наприклад, у міському середовищі, де автовласники заряджають свої машини щодня). Вони можуть підтримувати свою ємність навіть при частому використанні повного циклу заряду-розряду, що зменшує потребу в занадто строгому контролі за рівнем заряду, як це необхідно для інших типів батарей.

Висновок: що обрати?

Не варто зациклюватися на виборі електромобіля лише за типом батареї!

Хоча тип батареї відіграє важливу роль в характеристиках електромобіля, не варто робити його основним критерієм вибору. На деградацію батареї впливає багато різних факторів, і багато з них ще не до кінця вивчені. Наприклад, стиль водіння, частота використання швидкісних зарядок, температурні умови експлуатації — все це може суттєво вплинути на термін служби акумулятора.

Крім того, важливо враховувати наявність системи термо-менеджменту батареї — спеціальних рішень для підтримки оптимальної температури акумулятора під час його роботи та зарядки. Всі сучасні електромобілі, випущені приблизно з 2015 року, мають ефективні системи термо-менеджменту, які захищають батареї від перегріву чи переохолодження, тим самим зменшуючи їх деградацію. Завдяки цьому навіть батареї типу NMC та NCA можуть зберігати свою працездатність упродовж 10–15 років або більше при правильній експлуатації, що робить їх надійним вибором для багатьох користувачів.

Тому, під час вибору електромобіля, варто зосередитися не лише на типі батареї, а й на комплексі факторів, таких як ефективність термо-менеджменту, загальні характеристики автомобіля та його відповідність вашим потребам.

Ось чудове відео де автор перевіряє електромобілі які використовувалися для таксі, переважно з NMC батареями з пробігами 200+ тисяч, які мають 99% SOH (це конкретно про випадок з Hyundai Ioniq 5 з даного відео).

Кількість повних циклів заряду та розряду батареї, це також все дуже відносний прорахунок, який не завжди має щось спільне з реальністю, і на це впливає надзвичайно велика кількість факторів. Багато хто не розуміє, що це вказані цикли не до повної непридатності батареї до використання, а цикли до втрати 20-30% ємності, а після цього ще може бути тисячі циклів! Так - ємністю акумулятора значно впаде, але ви все, ще зможете комфортно пересуватися без ніяких проблем, хоча можливо потрібно буде відновлення деяких комірок батареї.

Повертаючись до хімічного складу батареї, ми можемо зробити такі висновки:

NMC — це чудовий вибір для тих, хто шукає баланс між дальністю пробігу та вартістю. Ці батареї використовуються у багатьох популярних моделях і є надійним варіантом для щоденного використання.
NCA — найкращий варіант для тих, хто прагне до максимальної ефективності та дальності. Вони використовуються у преміальних моделях Tesla і підходять для високих швидкостей та дальніх поїздок.
LiFePO4 — ідеальний варіант для тих, хто цінує безпеку та довговічність. Ці батареї використовуються у бюджетних електромобілях і підходять для інтенсивної експлуатації, зокрема в умовах міського руху.