Fakty i mity na temat samochodów elektrycznych. Ile wytrzymuje bateria w samochodzie elektrycznym?

Osobiście nie dziwię się ani trochę obawom ludzi dotyczącym żywotności baterii w samochodzie elektrycznym. W końcu mają mnóstwo doświadczeń związanych z bateriami używanymi w codziennym życiu. Smartfon, który po roku nie wytrzymuje już pełnego dnia bez podładowania albo laptop, który po dwóch latach intensywnego użytkowania musi być cały czas podłączony do gniazdka, aby w ogóle udało się go uruchomić – to chyba dwa najbardziej jaskrawe przykłady. Zatem nie ma co się dziwić, że spora część ludzi uważa, że podobne problemy dotyczą samochodów elektrycznych. Czy to prawda?

Zacznijmy od tego, że z technicznego punktu widzenia to, co znajduje się w samochodach elektrycznych, to akumulator, a nie bateria, a to nie to samo. Baterie (fachowo nazywa się je również ogniwami pierwotnymi) są jednorazowe tzn. zgromadzona w nich energia jest tracona bezpowrotnie i nie można ich ponownie naładować. Z kolei akumulatory (ogniwa wtórne) po rozładowaniu można naładować ponownie. Mimo tej istotnej różnicy pojęcia „akumulator” i „bateria” w wielu publikacjach używane są wymiennie i pozwólcie, że ja będę robił podobnie. Głównie po to, aby w materiale akumulator akumulatora akumulatorem nie poganiał. Po prostu potrzebuję dla tego słowa jakiegoś synonimu i umówmy się, że będzie to właśnie „bateria”.

Wracając do meritum, bateria w każdym samochodzie elektrycznym składa się z ogniw. To pojedyncze elementy, połączone ze sobą równolegle lub szeregowo. Współcześnie zdecydowanie najczęściej spotyka się ogniwa litowo-jonowe (Li-Ion) lub litowo-jonowo-polimerowe (LiPo), które stanowią odmianę baterii litowych. Stąd mówimy o akumulatorach litowo-jonowych. Są one takie same, jak w laptopach czy smartfonach, ale oczywiście o zdecydowanie większej pojemności. Baterie Li-Ion oferują większe gęstości energetyczne od coraz popularniejszych litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), a także można je ładować wyższymi mocami. Są także droższe dlatego część producentów decyduje się na zastosowanie LFP nawet kosztem nieznacznego pogorszenia parametrów.

Przeciętny współczesny samochód elektryczny ma zainstalowany akumulator o pojemności 60 kWh. Można to sobie wyobrazić w ten sposób, że samochód może oddawać przez 60 godzin energię o mocy 1 kW, czyli 1000 Watów. Innymi słowy, gdybyśmy podłączyli do takiej baterii odkurzacz o mocy 1 kW, to pracowałby on non stop przez 60 godzin.

Na ile starcza bateria w samochodzie elektrycznym?

Tu wracamy do tematu smartfonów i telefonów, które mają małe akumulatory przystosowane do ładowania z niewielkim natężeniem i mocą. Ładujemy je często i najszybciej jak się da, do tego niemal zawsze rozładowujemy maksymalnie, a potem ładujemy do pełna. Innymi słowy, robimy absolutnie wszystko, aby skrócić ich żywotność.

Baterie litowo-jonowe nie lubią:

• częstego rozładowywania poniżej 10-20 proc.
• ładowania cały czas z maksymalną mocą
• ładowania do 100 proc., gdy wiemy, że urządzenie nie będzie używane od razu po naładowaniu.

To samo dotyczy baterii w samochodzie elektrycznym, niemniej mają one coś, co zdecydowanie ogranicza ich zużycie – BMS, czyli Battery Management System. Mówiąc w uproszczeniu, to komputer, który zarządza pracą akumulatorów w taki sposób, aby zachowały swoje parametry jak najdłużej. Czyli np. rozgrzewa je przed osiągnięciem maksymalnej mocy ładowania, ogranicza moc ładowania, kiedy jest to konieczne, nie dopuszcza ich rozładowania do absolutnego zera itp.

Ponadto baterie w samochodach mają tzw. bufor. Producenci podają ich pojemność w wartościach brutto i netto. Brutto to pojemność całkowita, a netto – użyteczna, która jest zazwyczaj o kilka do kilkunastu procent mniejsza. Ta różnica między netto a brutto, to właśnie bufor, który ma zapobiegać zarówno rozładowaniu akumulatorów poniżej ok. 5 proc. ich rzeczywistej pojemności, jak i ich naładowaniu powyżej ok. 95 proc. (zależnie od producenta wartości te mogą być różne). Takie rozwiązanie chroni je przed degradacją.

Ile w takim razie wytrzyma bateria w samochodzie elektrycznym? Producenci określają jej żywotność na kilka tysięcy cyklów ładowania i rozładowania oraz minimum 10 lat. Ostatnio opisywałem przykład trzech Kii e-Niro, które miały 250 tys. km przebiegu, a ich akumulatory nadal miały 95 proc. pierwotnej pojemności. Jak to możliwe?

Wszystko sprowadza się do warunków eksploatacji akumulatorów, czyli tego, z jaką mocą ładuje się je prądem stałym czy zmiennym, jak głęboko rozładowuje i jak często pozostawia w stanie spoczynku naładowane do pełna. Jeżeli ktoś ładuje elektryka tylko na stacjach szybkiego ładowania z dużą mocą i rozładowuje akumulator niemal do zera za każdym razem, to po około 300 cyklach ładowania i rozładowania bateria straci około 10 proc. swojej pierwotnej pojemności. Niemniej przyjmując, że każde ładowanie da zasięg 400 km, to te 300 ładowań wystarczy na przejechanie 120 tys. km. Przeciętny kierowca użytkujący auto prywatnie, pokonuje taki dystans w ciągu 5-6 lat. Wychodzi więc na to, że nawet ładując elektryka wyłącznie prądem stałym na najszybszych ładowarkach, jego akumulatory zachowają 90 proc. pierwotnej pojemności przy przebiegu 120 tys. km. Moim zdaniem to świetny rezultat. A może być jeszcze lepiej.

Bateria w samochodzie elektrycznym: co zrobić, żeby wytrzymała jak najdłużej?

Jak pokazuje przykład Kii e-Niro, o których pisałem, wystarczy stosować się do kilku zasad, aby przy przebiegu 100 tys. km baterie nadal miały 98-99 proc. pierwotnej pojemności:

• Ładujemy prądem zmiennym z mocą do 11 kW. Najlepiej z wallboxa lub przez gniazdo siłowe. Wszystkie elektryczne modele Kia wyprodukowane w 2024 r. mają na standardowym wyposażeniu ładowarkę Habu, którą wystarczy wpiąć do „siły” i od razu ładować auto z mocą 11 kW.

• Możemy ładować akumulatory nawet do 100 proc., ale po naładowaniu musimy od razu jeździć autem. Nie powinno ono stać z pełnymi akumulatorami. Dlatego w każdej elektrycznej Kii można zaznaczyć w komputerze, o której planujemy ruszyć w drogę, a BMS sam dostosuje parametry ładowania w taki sposób, aby bateria napełniła się tuż przed tym, jak ruszamy w drogę.

• Nie rozładowujemy akumulatorów poniżej 10-20 proc.

Oczywiście nic się nie stanie, gdy jadąc w dłuższą trasę nawet kilkukrotnie z rzędu skorzystamy z ultraszybkiej ładowarki i uzupełnimy energię w akumulatorach do 100 proc. i rozładujemy je do 0 proc. Ale w codziennej eksploatacji, gdy przejeżdżamy dziennie kilkadziesiąt kilometrów, najlepiej ustawić ładowanie do maksymalnie 80 proc. i codziennie podładowywać samochód do takiej wartości. Wówczas bateria trakcyjna zachowa świetną kondycję przez setki tysięcy kilometrów i wiele lat. Nawet przy przebiegu 500 tys. km nadal może mieć 90 proc. swojej początkowej pojemności!

Ile kosztuje wymiana akumulatorów?

Zacznijmy od tego, że gwarancje, jakich udzielają producenci samochodów na same akumulatory, są wyjątkowo długie. W przypadku marki Kia to aż siedem lat lub 150 000 km, a w tym czasie ich pojemność nie może spaść poniżej 70 proc. wartości przyjętej dla nowego akumulatora. Przy czym, jak widzieliśmy na przykładzie e-Niro, to mocno zaniżone parametry. Dlaczego? Bo te 70 proc. to przypadek skrajny, gdy np. ktoś będzie ładował przez te siedem lat samochód wyłącznie z dużą mocą, zawsze do 100 proc., a potem rozładowywał go niemal do 0 proc. W praktyce trudno sobie wyobrazić taką sytuację.

A co, gdybyśmy stanęli przed koniecznością wymiany akumulatora? Cóż, po pierwsze w przypadku jego niesprawności w wyniku np. uszkodzenia fizycznego, nie wymienia się całej baterii trakcyjnej tylko jej niesprawne moduły. Przykładowo, akumulator Kii EV6 z baterią 77,4 kWh brutto składa się z 32 modułów, które łącznie mają 384 ogniw (po 12 ogniw na moduł). To znacząco ogranicza koszty.

Z kolei w przypadku konieczności wymiany całego akumulatora, co ma miejsce niezwykle rzadko i ewentualnie dopiero po wielu latach eksploatacji bądź setkach tysięcy przejechanych kilometrów, sprawa również nie jest tak beznadziejna, jak wiele osób sądzi. Po pierwsze wymiana akumulatora to szybki proces. Jego zdemontowanie i zamontowanie nowego to 5-6 godzin pracy dla wykwalifikowanych mechaników. Po drugie, koszty też nie są tak spektakularne, jak kiedyś. W ciągu minionej dekady koszt wyprodukowania akumulatora litowo-jonowego znacząco zmalał. W 2010 r. było to 1200 dol. za każdą 1 kWh pojemności, podczas gdy dzisiaj to nieco ponad 130 dol.

Ten trend widać po cenach samych elektryków. Gdy w 2010 r. do sprzedaży w Polsce wchodziło Mitsubishi iMIEV, kosztowało 160 tys. zł, miało baterię o pojemności zaledwie 16 kWh, zasięg około 150 km, przyspieszało do 100 km/h w ciągu 16 sekund, maksymalnie jechało tylko 120 km/h, a do tego było tandetne, jak asortyment sklepu „Wszystko za 2 zł”. Dzisiaj za podobne pieniądze (wliczając dopłatę z programu „Mój elektryk”) kupujemy pełnowartościową Kię Niro EV, która ma akumulator o pojemności niemal 65 kWh, na jednym ładowaniu przejeżdża 460 km, a przede wszystkim jest porządnym, przestronnym, dynamicznym (tylko 7,8 sekundy do 100 km/h), świetnie wykonanym i wyposażonym crossoverem. To porostu pełnowartościowe auto, a nie – jak niegdyś iMIEV – jego substytut.

Dzisiaj ceny samochodów elektrycznych zrównały się z cenami aut spalinowych o podobnych gabarytach i osiągach. A w przyszłości powinno być jeszcze taniej, ponieważ – zdaniem ekspertów – ceny samych akumulatorów spadną poniżej poziomu 100 dol. za 1 kWh. Kia w swojej wieloletniej strategii wprost pisze o celu, jakim jest ograniczenie kosztów produkcji elektryków.

Co się dzieje ze zużytymi akumulatorami?

To temat wyjątkowo chętnie poruszany przez niektóre środowiska „ekologów”. Ich zdaniem elektryfikacja w motoryzacji doprowadzi do tego, że w przyszłości zaleje nas fala zużytych baterii, które zdegradują środowisko. Ale taka wizja nie ma żadnych logicznych podstaw. Przede wszystkim dlatego, że odzyskanie ze zużytego akumulatora metali ziem rzadkich, takich jak kobalt, lit i nikiel jest dużo tańsze i szybsze, niż ich wydobycie. Dlatego równolegle z popytem na auta elektryczne rośnie popyt na recykling akumulatorów. Obecnie ze zużytych baterii litowo-jonowych odzyskuje się około 80 proc. surowców – łącznie z elementami stalowymi, aluminiowymi, plastikowymi oraz wiązkami elektrycznymi. Dzięki nowoczesnym technologiom recyklingu za około 10 lat możliwe będzie przetworzenie i ponowne wykorzystanie 99 proc. surowców, z jakich zbudowane są akumulatory. Ale w przypadku sporej części z nich nie będzie to konieczne. Bo wymontowane z elektryków baterie posłużą też do innych celów.

Półtora roku temu Kia nawiązała współpracę z niemieckim encore DB – startupem utworzonym przez niemieckie Deutsche Bahn. Razem z nim zamienia zużyte akumulatory z elektryków w banki energii. Cały proces jest dość prosty: zużyte zestawy baterii z samochodów elektrycznych są demontowane do poziomu pojedynczych modułów i poddawane testom diagnostycznym. Poprawnie działające moduły wykorzystuje się w systemach magazynowania energii, a te w gorszej kondycji trafiają do recyklingu. W ten sposób powstał m.in. magazyn energii w kampusie EUREF w Berlinie. Jest w całości wykonany z używanych modułów akumulatorowych wymontowanych z Kii e-Soul, ma 74 kWh i gromadzi wyłącznie czystą energię wyprodukowaną przez panele fotowoltaiczne. Następnie energia ta wykorzystywana jest do ładowania aut elektrycznych.

W przyszłości takie rozwiązanie będzie mógł mieć w domu każdy z nas. Wyobraźmy sobie, że akumulator 70 kWh wymontowany z auta po przebiegu 500 000 tys. km będzie miał nadal 40 kWh pojemności. To za mało, aby zapewnić elektrykowi solidny zasięg, ale wystarczająco, aby jednorodzinnemu domowi zapewnić niezależne zasilanie przez pięć dni! A połączenie dużej liczby takich akumulatorów zaopatrzy w czystą energię całe osiedla, przedsiębiorstwa, fabryki, a nawet miasteczka. Po prostu dzięki elektrykom z biegiem czasu zmieni się całkowicie sposób dystrybucji energii i jej wykorzystywania. A to dowód na to, że  rewolucja w motoryzacji rozleje się na inne branże. I zmieni nie tylko to, jak podróżujemy, ale także to, jak żyjemy.