Zgłębimy dziś nieco wiedzę na tematy związane z tym, jak zadbać o naszą baterię trakcyjną w samochodzie elektrycznym. Wbrew pozorom, nie jest to bardzo trudne. Wymaga naprawdę minimum wysiłku z naszej strony, oraz trochę zdrowego rozsądku i chęci…
Główne zasady:
Utrzymywanie wysokiego poziomu naładowania przez długi czas, może negatywnie wpływać na żywotność baterii, ale jak to działa?
1. Wysokie napięcie przy wyższym naładowaniu
– Gdy akumulator jest naładowany do 90–100%, jego napięcie jest wyższe. Może to przyspieszać degradację chemiczną ogniw. Zwłaszcza w wyższych temperaturach.
– Wysokie napięcie może prowadzić do utleniania katody, co z czasem zmniejsza pojemność baterii. Więcej na ten temat w dalszej części tekstu.
2. Czy lepiej zostawić auto z niższym stanem naładowania?
– Tak, jeśli nie planujesz jazdy przez kilka dni. Lepiej zostawić auto z poziomem 50–60% – to optymalne dla długowieczności baterii.
– Nie zostawiaj auta na długi czas z poziomem naładowania poniżej 20%. Ponieważ BMS (Battery Management System) zużywa energię na monitoring systemów auta, a zbyt duże rozładowanie może prowadzić do tak zwanego głębokiego rozładowania, co jest szkodliwe i może być niebezpieczne dla naszej baterii.
– W zimie warto zostawić nieco więcej energii (np. 60-70%), ponieważ w niskich temperaturach, bateria może tracić trochę energii na „samoogrzewanie”.
3. Wpływ temperatury
– Latem wysoki stan naładowania jest bardziej szkodliwy – wysoka temperatura + wysoki poziom naładowania przyspiesza degradację.
– Zimą wysokie naładowanie jest mniej szkodliwe, ale nadal, lepiej nie trzymać baterii długo naładowanej w granicach 90–100%.
Rekomendacja dla Tesli
– Na co dzień: Ładować do 80–90% i unikać długiego postoju powyżej 90%.
– Jeśli auto ma stać tydzień: Naładować do 50–60% i zostawić podłączone do ładowarki (jeśli to możliwe).
– Zimą: Można zostawić trochę więcej, np. 60–70%, ale nadal unikać 90–100% naładowania przez długi czas.
Podsumowując
Lepiej zostawić auto z niższym poziomem naładowania (~50–60%), jeśli ma stać długo. Jest to zdrowsze dla baterii. Co do codziennej jazdy, ja utrzymuje poziom naładowania w granicach właśnie 50-70%. Przy zasięgu mojego auta, które po naładowaniu do 100% wskazuje 487 km, owe 50-70% w zupełności wystarcza mi do komfortowego użytkowania pojazdu. Nie ma problemu z zasięgiem, bo robię dziennie w granicach 30-50 km. Jeśli więc naładuję samochód do 60%, zasięg prawie 300 km jest aż nadto wystarczający. Oczywiście, kiedy jadę w trasę, ładuje Teslę do 100% SoC. Po czym ruszam, jak najszybciej aby obniżyć poziom naładowania.
Dzięki przestrzeganiu pewnych zasad, o których możecie tu przeczytać, udało mi się doprowadzić baterię mojego auta do nieco lepszej kondycji. Jeszcze dwa miesiące temu, kiedy Model 3 do mnie trafił, sytuacja wyglądała inaczej. Wtedy samochód wskazywał, przy naładowaniu do 100% – 475 km. Dziś po 2 miesiącach „zabawy” baterią i ładowaniem, wskazanie Tesli to 487 km.
Jak to się stało? Wyjaśnię w osobnym artykule. Faktem jest jednak, że zmniejszyłem degradację swojej baterii z 8%, do zaledwie 5,8%. Co uważam za swój mały sukces. Po przetestowaniu 58 elektrycznych samochodów, wiedza którą zgromadziłem, pozwala mi na eksperymenty, które nie są skomplikowane, jednak dają pożądany efekt.
Wróćmy jednak do meritum sprawy.
Napięcie akumulatora litowo-jonowego zmienia się
Jest to zależne od jego stanu naładowania (SoC – State of Charge). Oto szczegółowe wyjaśnienie:
Zależność napięcia od stanu naładowania
– Pełne naładowanie (100% SoC): Napięcie ogniwa osiąga maksymalnie około 4,2 V.
– Nominalne napięcie (około 50% – 60% SoC): Średnie napięcie wynosi około 3,7–3,9 V.
– Pełne rozładowanie (0% SoC): Napięcie spada do około 3,0 V, (maksymalnie 3,5V), choć nie zaleca się schodzenia poniżej tego poziomu ze względu na ryzyko uszkodzenia ogniwa.
W miarę rozładowywania akumulatora napięcie stopniowo maleje. Ta zależność jest kluczowa dla monitorowania stanu naładowania i zarządzania pracą akumulatora.
Wpływ napięcia na żywotność akumulatora
WAŻNE!
Wysokie napięcie (powyżej 4,2 V): Długotrwałe utrzymywanie akumulatora w pełni naładowanego może prowadzić do przyspieszonej degradacji ogniw. Wysokie napięcie sprzyja procesom chemicznym, które mogą obniżać pojemność akumulatora z czasem.
Niskie napięcie (poniżej 3,0 V): Głębokie rozładowanie może powodować nieodwracalne uszkodzenia struktury chemicznej ogniwa. Co również skraca jego żywotność, lub spowoduje uszkodzenie uniemożliwiające działanie baterii.
Zalecenia dla użytkowników
• Unikaj skrajnych poziomów naładowania: Najlepiej utrzymywać poziom naładowania między 20% a 80%, co sprzyja dłuższej żywotności akumulatora.
• Regularne ładowanie: Zamiast czekać na pełne rozładowanie, warto doładowywać akumulator częściej, ale mniejszymi porcjami.
• Monitoruj temperaturę: Ekstremalne temperatury (zarówno wysokie, jak i niskie) mogą negatywnie wpływać na napięcie i ogólną wydajność akumulatora.
Pamiętaj, że dokładne wartości napięcia mogą nieco różnić się w zależności od specyfikacji konkretnego akumulatora. Jego producenta oraz warunków jego eksploatacji. Wartości podane w tekście są wielkościami uśrednionymi i nie muszą idealnie pasować do akumulatorów, które posiadacie w swoich autach. Chodzi mi o pokazanie zasady, która ogólnie dotyczy baterii trakcyjnych.
Trochę nauki
Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) ulegają degradacji, zarówno przy wysokim napięciu (dużym naładowaniu), jak i przy niskim napięciu (głębokim rozładowaniu). W obu przypadkach zachodzą różne procesy chemiczne, które przyspieszają zużycie ogniw.
Wysokie napięcie – 4,2 V (lub więcej):
(Stan naładowania 90–100% SOC, wysokie napięcie na ogniwie)
W pełni naładowana bateria ma napięcie ok. 4,2 V na ogniwo. Co oznacza, że elektroda dodatnia (katoda) jest maksymalnie utleniona, a elektroda ujemna (anoda) maksymalnie nasycona jonami litu. To sprzyja kilku szkodliwym procesom:
Po pierwsze degradacja katody (warstwa pasywacyjna na katodzie – CEI)
• Wysokie napięcie powoduje utlenianie materiału katody, co prowadzi do powstawania niestabilnych związków tlenowych.
• Katoda stopniowo traci swoją zdolność do magazynowania jonów litu, co zmniejsza pojemność baterii.
Po drugie powstawanie gazów i pęcznienie ogniwa
• Przy długotrwałym przebywaniu w wysokim napięciu dochodzi do elektrolitycznej degradacji elektrolitu, co może prowadzić do powstawania gazów.
• Gazy te mogą powodować pęcznienie ogniwa, co może wpłynąć na bezpieczeństwo użytkowania.
Po trzecie „utrata” cykli ładowania – zużycie elektrolitu
• Wysokie napięcie przyspiesza rozpad organicznych składników elektrolitu, co prowadzi do utraty przewodnictwa jonowego w baterii.
• To powoduje zwiększenie rezystancji wewnętrznej, co sprawia, że bateria gorzej oddaje i przyjmuje energię.
Po czwarte zmiana struktury SEI na anodzie (Solid Electrolyte Interphase – warstwa pasywacyjna na anodzie)
• SEI to cienka warstwa ochronna, która zapobiega degradacji anody.
• Wysokie napięcie może powodować rozrost i destabilizację warstwy SEI, co zwiększa zużycie elektrolitu i zmniejsza efektywną pojemność baterii.
Podsumowanie skutków wysokiego napięcia (4,2V i więcej):
1. Szybsza degradacja katody → mniejsza pojemność baterii
2. Zużycie elektrolitu → wyższa rezystancja wewnętrzna
3. Możliwość pęcznienia ogniwa → ryzyko uszkodzeń mechanicznych
4. Zwiększone ryzyko termiczne → większa szansa na przegrzanie
Niskie napięcie
(Stan naładowania 0–20% SOC, głębokie rozładowanie)
Przy bardzo niskim napięciu (poniżej 3,0 V na ogniwo) zachodzą inne negatywne procesy, które mogą prowadzić do trwałego uszkodzenia baterii.
Degradacja SEI i uszkodzenie anody
• Podczas głębokiego rozładowania jony litu opuszczają anodę, co zmienia jej strukturę.
• Jeśli napięcie spadnie za nisko, może dojść do powstania litu metalicznego na anodzie – to prowadzi do powstawania dendrytów, które mogą przebić separator i spowodować zwarcie baterii. Co jest bardzo niebezpiecznym zdarzeniem i może uszkodzić baterię nieodwracalnie.
Rozkład elektrolitu i pasywacja elektrody
• Przy niskim napięciu składniki elektrolitu mogą ulegać nieodwracalnym zmianom chemicznym, co skutkuje jego degradacją.
• To prowadzi do wzrostu oporu wewnętrznego baterii, a co za tym idzie – gorszej wydajności.
Samorozładowanie i ryzyko uszkodzenia baterii
• W stanie niskiego napięcia bateria stopniowo traci energię przez procesy samorozładowania.
• Jeśli ogniwo pozostanie rozładowane przez dłuższy czas, może dojść do nieodwracalnego uszkodzenia chemicznego, które sprawi, że bateria przestanie działać lub straci znaczną część swojej pojemności.
Podsumowanie skutków niskiego napięcia (3,0V i mniej)
- Możliwe powstawanie dendrytów litu → ryzyko zwarcia baterii
- Trwała degradacja elektrolitu → większa rezystancja, gorsze ładowanie
- Nieodwracalna utrata pojemności → bateria nie może już magazynować tej samej ilości energii
- Ryzyko uszkodzenia ogniwa → może stać się bezużyteczne
Jak więc chronić baterię?
Najlepszy zakres napięć to 3,6 V – 4,0 V (około 20–80% SoC).
Unikaj:
✅ Trzymania baterii na długo w zakresie 90–100%
✅ Głębokiego rozładowania poniżej 20%, czyli poniżej 3,0 V
✅ Ekstremalnych temperatur (zarówno wysokich, jak i bardzo niskich)
Według badań najbezpieczniejsze wydaje się ładowanie i użytkowanie auta w zakresie nominalnego napięcia ogniw. Czyli 50-60% SoC (stanu naładowania baterii). Mamy wtedy idealne napięcie około 3,6-4,0V, co zdaje się najlepszym rozwiązaniem dla trwałości baterii. Wytrzyma ona wtedy znacznie dłużej niż bateria ładowana często do „pełna”. Oczywiście nie bójmy się ładowania do 100%, bo musimy w końcu normalnie używać auta. Jednak starajmy się po naładowaniu „pod korek” od razu ruszyć w trasę. Tak aby napięcie na poziomie 4,2V nie utrzymywało się zbyt długo w naszym pakiecie.
Jak widzicie nie sam poziom naładowania ma znaczenie w procesach degradacji baterii. Jest wiele zmiennych, które wpływają na szybsze lub wolniejsze degradowanie się ogniw w bateriach litowo-jonowych. Czas, cykle ładowania, temperatura, napięcie, elektrolit, anoda, separatory… i wiele innych składowych, które w mniejszym lub większym stopniu mogą „zaszkodzić” naszej baterii. Ale tylko wtedy, kiedy nie będziemy zupełnie przestrzegać zasad opisanych w artykule. Każde auto można „zajechać” jak i każdą baterię w aucie EV. Warto jednak zastanowić się czy to aż taka trudność, zmienić nieco przyzwyczajenia i stosować małe triki, które ochronią nasza baterię i wydłużą jej żywotność.
W bateriach zachodzi wiele procesów fizyczno-chemicznych, które mają wpływ na degradację i działanie całości jako pakietu. Warto więc zadbać o nasze auta elektryczne, w taki sposób aby ich baterie służyły nam przez wiele lat.
Trzymając się powyższych zasad, można znacząco wydłużyć żywotność akumulatora i zachować jego optymalną wydajność przez dłuższy czas.
