Перед приобретением электромобиля особое беспокойство у покупателя вызывает его аккумуляторная батарея, поскольку она является главным агрегатом, обеспечивающим работу двигателя.
Запас хода, ресурс, возможность быстрой зарядки – важнейшие параметры, которые определяют работу машины. Кроме того, долговечность аккумулятора определяет экономичность эксплуатации электрокара.
Содержание
Срок службы аккумулятора и падение емкости со временем
Считается, что тяговая батарея при нормальных условиях эксплуатации может проработать 8-10 лет. К сожалению, подтвердить или опровергнуть эту информацию на практике пока что нельзя, поскольку автомобили Nissan Leaf, Tesla Model S, Mitsubishi i-MiEV, Ford Focus Electric являются достаточно новыми моделями. По этим причинам обширная статистика по их АКБ отсутствует.
С другой стороны, большинство производителей дают гарантию на аккумулятор как минимум на 5-8 лет. По истечении этого времени электрокар можно будет продолжать эксплуатировать, но расстояния пробега после полного заряда заметно уменьшатся. Это вызвано тем, что остаточная емкость снизится до 70%.
Но радует, что прогресс не стоит на месте. Обновленные аккумуляторы постоянно увеличивают запас хода.
Например, если изначально производители предлагали расстояние пробега после зарядки в пределах 130-160 км, то в процессе обновления эти параметры увеличились до 160-250 км. В электрокарах будущего запас хода планируется на уровне 400-500 км.
В ходе исследования состояния АКБ наиболее массовых моделей Nissan Leaf, Tesla Model S появилась определенная статистика:
- Согласно полученным данным, за первые два года эксплуатации авто емкость аккумулятора уменьшается на 5-10%.
- За период 3-5 лет использования электромобиля запас его хода снижается на 20-30%.
По данным активных владельцев таких авто в первые 10-20 тысяч километров пробега батарея практически не деградирует.
Во время активной эксплуатации в промежутке 20-50 тысяч километров емкость падает максимально до 30%.
В дальнейшем после 50 тысяч деградация аккумулятора практически прекращается. Даже относительно старые машины имеют две трети от заявленного изначально запаса хода.
Есть ли смысл покупать б/у электромобиль
С каждым годом все большую популярность приобретают технологии, дружественные к окружающей среде. Такие тенденции…
Зависимость от температуры и климата
В условиях холодной зимы емкость любого аккумулятора заметно уменьшается. Тяговые батареи также подвержены негативному влиянию низких температур.
Например, на практике было установлено, что емкость таких агрегатов уменьшается на 1% с каждым градусом мороза. Таким образом, при морозной температуре 25 градусов расстояние пробега авто уменьшится на 25%.
С помощью современных технологий эти проблемы решаются двумя основными способами:
- Во-первых, свою эффективность доказала технология утепления аккумуляторного блока авто. Такие материалы стоят относительно недорого.
- Во-вторых, установка автономного обогрева в виде специальной печки радикально решает погодные проблемы. Если соединить данные варианты утепления, то при эксплуатации авто можно вообще забыть о смене сезонов.
Новые разработки по повышению долговечности
Ресурс работы аккумуляторов современных электромобилей можно увеличить вдвое с помощью нового прибора, который запатентовали ученые университета Вандербильта (США).
Данное устройство работает автономно или в режиме реального времени. Оно изменяет конфигурацию каждого отдельного модуля аккумуляторных ячеек, ориентируясь на эффективность функционирования соседних областей батарейного блока.
Чтобы увеличить долговечность, использовалась литий-ионная батарея опенсорсного типа компании Tesla. Специальный контроллер следил за состоянием каждого отдельного элемента батареи.
Наряду с этим, разрабатываются технологии быстрой зарядки тяговой АКБ. Дальше всех продвинулась в этом направлении компания Fisker, которая запатентовала новую заряжающую систему. Специалисты фирмы сконцентрировались на разработке твердотельных батарей, которые смогут обеспечить запас хода до 800 километров. При этом они смогут заряжаться всего за 1 минуту.
Компания Tesla Motors совершила настоящий прорыв на рынке электромобилей, впервые предложив покупателям экологически чистые серийные машины с выдающими динамическими характеристики и приемлемым для каждодневного использования запасом хода.
Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ
Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S
Согласно US Environmental Protection Agency (EPA) заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 85 кВт/ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет Model S преодолевать наибольшую дистанцию из доступных на рынке электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.
Made in USA
Одним словом: не лезь — убьет!
Секрет успеха Tesla Model S — в эффективных литий-ионных батареях высокой емкости, поставщиком базовых элементов для которых является известная японская фирма Panasonic. Вокруг батарей Tesla ходит немало слухов и домыслов, поэтому один из владельцев и энтузиастов Tesla из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S емкостью 85 кВт/ч, чтобы детально изучить ее конструкцию. Кстати, ее стоимость, как запчасти, составляет 12 тысяч долларов.
Последние приготовления перед актом технического вандализма
Вскрывается почти как консервная банка
Блок аккумуляторов Model S находится в днище автомобиля (по сути это и есть пол машины), за счет чего Tesla имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой структуре кузова при помощи мощных кронштейнов.
Коробочка поддалась
Батарейный блок во всей красе
Батарейный отсек состоит из 16 крупных отдельных блоков, соединенных паралельно и надежно защищенных от внешней среды металлическими пластинами, поэтому, чтобы добраться до внутренней начинки этот «панцырь» пришлось сорвать. Сверху блоки источников питания укрыты дополнительным кожухом из прозрачного пластика, который призван исключить попадание влаги и короткие замыкания.
Проверка вольтажа В передней части — 2 блока
Перед окончательный разборкой были проведены замеры вольтажа, которые показали, что батарея полностью исправна и способна подавать электроэнергию.
Защитный скальп полностью снят Эффектно, черт побери!
Собраны аккумуляторы очень плотно, четко и качественно: подгонка деталей — на самом высоком уровне. На производстве задействованы современные роботы, а в цехах царит абсолютная стерильность: выдерживается даже определенная температура и влажность.
Платы продвинутой системы управления Элементы системы жидкостного охлаждения батарей
В каждом из 16 блоков находится 6 групп по 74 маленьких элементов в виде цлиндрических капсул — литий-ионных ячеек Panasonic 18650 весом 46 грамм. Они поразтельно похожи на обычные пальчиковые батарейки. Схема их расположения и взаимодействия держится в строжайшем секрете и даже раскурочив аккумулятор докопаться до инженерных тайн практически невозможно: китайцам скопировать конструкцию будет весьма проблематично.
Процесс вынимания батарейных блоков из своих гнезд в самом разгаре
В качестве анода у этих капсул используется графит, а для катода применяется NCA (никель, кобальт, оксид алюминия). Номинальный вольтаж одной капсулы — 3,6 В.
Один из блоков пошел в разрыв Для понимания размеров ячеек Panasonic 18650: почти как пальчиковые батарейки формата АА
В наиболее мощном аккумуляторе емкостью 85 кВт/ч число таких батарей-ячеек достигает 7104 штук. Общий вес аккумулятора в сборе составляет примерно 540 кг, при этом его длина достигает 210 см, ширина — 150 см, а толщина — 15 см. Отдача только одного из 16 блоков эквивалентна примерно 100 батареям для ноутбука среднего уровня!
Патронташ будущего Финальный аккорд: вскрытие ячейки
При постройке батареи Tesla используются комплектующие, изготовленные в самых разных странах: Индии, Мексике, Китае, но окончательная сборка осуществляется в США, о чем информирует фирменная лейба. Кстати, Tesla дает на батарею 85 кВт/ч гарантию 8 лет без ограничения по пробегу, что как бы намекает на их качество.
Также в моем блоге можно почитать о советском электромобиле ВАЗ-2801.
Итак, 1 мая 2015 года Элон Маск глава комании Tesla, той самой что стала всемирно известной поставив на поток производство легковых электромобилей по 98 000$ презентовал новое устройство – аккумулятор «Powerwall», который может снабжать энергией частные дома и коммерческие предприятия. По мысли создателей, точнее по тому как они подают свое изделие, эта штуковина будет аккумулировать электрическую энергию от солнечных батарей, таким образом владельцы по сути оказываются обладателями своей личной электростанции.
Когда я прочел в ленте новостей про эту презентацию, она не произвела на меня решительно никакого впечатления. Ну в чем, собственно, ноухау? Солнечные батареи известны уже лет 50 и их ставят куда попало. Аккумуляторы делали еще в XIX веке, а литиевые и литий-ионные которые произвели определенную революцию в питании автономных устройств активно используются везде уже лет десять. Сейчас ни в мобилы, ни в ноутбуки, ни в планшеты, никакие другие аккумуляторы кроме литиевых не ставят. В чем проблема присоединить солнечную батарею к аккумулятору и заряжать его? Само собой через специальное зарядное устройство. Неужели раньше никто не делал ничего подобного? Но меня завалили письмами различные люди, они задавали вопросы, я бы сказал «восторженные вопросы» типа «Это же реально изменит всю структуру мировой энергетики, как думаешь?» Но я думал о другом: где они нахватались таких слов? Ну, про «структуру мировой энергетики». Или фирма «Тесла» наладила выпуск автономных термоядерных реакторов? Портативных. Размером с холодильник. Работающих на воде из крана. Доступных по цене среднему классу. В общем, окунулся в интернет. А там – ба! – тысячи статей и комментариев написанных как под копирку на тысячах сайтов. «Революция в энергетике!», «Не нужно платить за киловатты!», «Энергетические компании в панике» ну и дальше в таком же духе. Сразу было понятно, что фирма вложила серьезные деньги в рекламу. И это только то, что было на русском языке. На английском материалов было в разы больше. Про другие языки не знаю, но думаю картина аналогичная.
А на самом деле…
Я уже давно усвоил одну вещь: если некое устройство столь усиленно рекламируется, то оно либо просто обман, либо заявленные параметры соответствуют действительности, но цена сильно задрана, а эффективность завышена. Типичные примеры задранной цены – продукция фирмы «Эппл». Но они грамотно построили рекламную стратегию, превратив своих пользователей в натуральную секту. И расходятся все эти айфоны сотнями миллионов.
Создатели батарейки «Powerwall» — ну вот этой, о которой мы ведем рассказ, обещают нам всего лишь за 3500 долларов целых 10 киловатт-часов. И 7 киловатт-часов за 3000 долларов. 10 лет гарантии. И еще говорят, что установка ее в вашей квартире или доме обойдется в 2-3 тысячи.
В общем, начал с того, что полез на официальный сайт изделия. Сразу в глаза бросается красная кнопка «Зарезервировать» — говорят уже на миллиард баксов «зарезервировали». Не, ну а че? Но мне не это интересно, не это. Мне интересны технические моменты и вот тут-то на сайте ничего путного узнать не удалось. По факту они дают общую схему: солнечная батарея дает постоянный ток некоего напряжения. Это некое напряжение каким-то образом подается на наш аккумулятор. В свою очередь написано, что выходное напряжение аккумулятора 350-450 вольт, то есть он высоковольтный. Это правильно. Но фишка в том, что у нас в домах все рассчитано на переменный ток, на переменное напряжение. И значение напряжение выбрано чтобы легче было получать трехфазное переменное в 380 вольт. Поэтому в схеме нарисован инвертор – то есть преобразователь постоянного напряжения в переменное. Ну и дальше раздача по потребителям.
Итого: чтобы стать обладателем собственной электростанции и послать на три известные буквы погрязшие в коррупции и откатах энергетические компании, вам надо:
1.Аккумулятор «Тесла Пауэрволл» за 3000-3500 $
2.Солнечные батареи вырабатывающие примерно киловатт электроэнергии, они нужны для подзарядки аккумулятора. При средней цене солнечной панели в доллар за ватт она будет стоить 1000 $. Это минимальная цена, о батареях подробнее чуть ниже.
3.Контроллер к солнечной батарее (осуществляет согласование между батареей и аккумулятором) – 300 $ (точную цену я не знаю, но такие штуки стоят примерно столько).
4.Инвертор для преобразования постоянного напряжение в переменное – 1200 $
То есть примерно 5500-6000 $.
Будем считать, что вы всё умеете делать сами, сами всё приобретете, установите на крышу дома солнечные батареи, соберете правильно все компоненты электростанции. Если не умеете, накиньте еще примерно 1000 $ за монтаж. Итого – 6000-7000 $. Запоминаем эти цифры.
Дебет-кредит
А теперь займемся небольшими расчетами.
Для упрощения допустим, что вся эта система будет совершенно надежно работать и ни разу не сломается. КПД инвертора примем за 100%, он, в общем, довольно высок. Тепловые потери (на нагрев СТОКИЛОГРАММОВОГО литиевого аккумулятора – а вы пощупайте как греется во время зарядки такой же в ноутбуке или мобиле) будем тоже считать нулевыми.
Сейчас стоимость киловатт-часа для населения в разных странах колеблется примерно от 2 до 10 центов. Посчитаем по минимуму и максимуму. Допустим у вас трёхкомнатная квартира или небольшой дом, с газовым отоплением и газовой плитой. Таким образом, вы потребляете примерно 300 квт-часов в месяц или 10 квт-час в день. То есть как раз для заявленной номинальной работы такого аккумулятора. В год, при цене в 2 цента получается 300 x 12 = 3600 квт-часов или 7200 центов или 72 доллара. Фирма «Тесла» гарантирует работу аккумулятора (только аккумулятора!) в течении десяти лет, хотя тут возникает ряд интересных вопросов. Но поверим и в это. 72 х 10 = 720 долларов за 10 лет. А при цене в 10 центов за киловатт — 3600 долл. Но вы-то вложили 7 тысяч! И считаете что ваша энергия якобы «бесплатная». Я на форумах много раз встречал даже идеи что типа «если не надо столько энергии, можно часть продавать соседям». Ага. По ценам в 10 раз выше чем они за нее платят. Осталось самая малость – найти таких дураков. Хотя с наличием дураков вроде проблем до сих пор не было. Это мы рассчитали для тех у кого идет потребление в 300 киловатт в месяц. У меня оно 80-100, то есть вещь принципиально неокупаемая. Или окупаемая за лет 50 если все будет работать как новое и никогда ни разу не сломается.
А теперь про «интересные вопросы»
Литиевый аккумулятор – штука капризная со своей весьма своеобразной методикой зарядки. Я тут не буду углубляться в разные тонкости и подробности, но для зарядки небольшой кассеты литиевых батарей что питает ноутбук используется целая схема с микроконтроллером, памятью, разными защитами, причем контролируется там зарядка каждого аккумулятора отдельно.
Кассета с литиевыми аккумуляторами от ноутбука. Виден контроллер зарядки.
Я, понятное дело, не разбирал эту «Теслу», но если она выдает до 450 вольт постоянного напряжения, то число аккумуляторов там явно больше сотни. Считается что количество циклов перезарядки литий-ионных аккумуляторов – около тысячи. При этом даже при правильной зарядке всё же со временем они перестают держать ту емкость которая на них указана. Все знают что мобилы или ноутбуки через пару лет держат заряд не так долго как новые. Но допустим этот «Пауэрволл» необычайно качественный и свои 1000 циклов отработает как надо. Впрочем, нужно знать одну деталь, про которую на официальном сайте не пишут. Фирма «Тесла» вообще не производит аккумуляторов. Никаких. Она их закупает в Китае у фирмы «Панасоник» через оффшорных посредников из одной интересной древней ближневосточной страны. В общем, американский хайтек. Только сейчас вроде как начали строить завод в штате Невада. И если энергию планируется отбирать каждый день (своя собственная электростанция!), то уже через три года количество перезарядок будет исчерпано. Как же они гарантируют десять лет работы? Странно всё это.
А вот так выглядит высоковольтный литиевый аккумулятор. Много последовательно-параллельно включенных батарей по 3,3 вольта. В электромобиле «Тесла» аккумулятор весит 500 килограмм и стоит 20 000 долларов.
То, о чем не пишут
Дальше. Почему-то нигде на официальном сайте я не увидел описание режима зарядки такого аккумулятора. Но очевидно, что если мы хотим выкачать с него 10 кВт-часов, то нужно «закачать» в него с солнечной батареи явно больше – ибо будут потери на тепло, потери в проводах, в инверторе. Но, ладно, допустим КПД 100% и хватит десять. У нас солнечная батарея на 1 киловатт, но это при достаточном освещении, то есть заряжать она должна минимум 10 часов днем. Но будут ли у вас всегда эти десять часов нормально солнца в день? А если зима? В 8 утра еще темно, в 4 вечера уже темно. А если пасмурно? То есть надо будет ставить более мощные панели, скажем на 2-3 киловатта, чтобы за несколько часов аккумулятор успел зарядиться. То есть накиньте еще 2-3 тысячи долларов. То есть итоговая стоимость выходит в 10 тысяч. Но и тут засада! С ростом скорости зарядки литиевого аккумулятора резко падает его КПД и опять-таки резко (закон сохранения энергии!) возрастает теплоотдача. Насколько? Сложно сказать, вся интересная инженерная информация про сей девайс на сайте производителя отсутствует, но думаю в форсированном режиме зарядки аккумулятора такой емкости, будет выделяться минимум киловатт, не меньше. Такая вот печка. Ну и понятно, что форсированный режим сокращает срок службы. И еще раз напомню, что все наши ценовые расчеты делались при 100% КПД (который в принципе невозможен).
Адиос, батарейкос!
Внезапно в американо-китайские отношения влезли испанцы. И вот уже на сотнях сайтов мы читаем буквально следующее:
«Прощай бензин! Испанские инженеры разработали аккумуляторную батарею нового поколения. Она дешевле аналогов на 77% и позволяет заряжать электромобиль всего за 8 минут и проехать до 1000 км. Графеновые батареи уже взяли на тестирование две из 4-х немецких автомобильных компаний».
Ну да. Дешевле аж на 77%, то есть почти ничего не стоит. 1000 километров можно проехать. И заряжается всего за 8 минут. То есть вы зашли быстренько Бигмак сожрать и кофем запить, а за это время вам зарядили аккумулятор и вы можете ехать целых 1000 километров. Ура!
Но… Автомобиль «Тесла» на аккумуляторе емкостью 60 кВт-час и напряжением на выходе в 375 вольт (там оно также преобразовывается инвертором в три фазы что оптимально для питания двигателя) может проехать 335 километров. А тут – 1000 км. То есть емкость должна быть в 3 раза выше, примерно 180 кВт. И эти 180 кВт (а реально – больше, ведь потери на тепло и на всё остальное неизбежны!) нужно «вдуть» в аккумулятор за 8 минут. То есть реально, если считать с потерями – минимум четверть мегаватта! За 8 минут! Я вот думаю, а какая толщина подводящего провода, ведь там ток зарядки будет под 500-600 ампер, не меньше. С другой стороны, смотрю на фотки американских станций быстрой зарядки «Тесламобилей» (заряжают за 20 минут, на 80% емкости) – обычный в общем провод! Странно всё это. Или он сверхпроводниковый? Вряд ли, сверхпроводники себя ведут плохо на больших токах. Перестают «сверхпроводить». Впрочем, как знать, как знать. Но все равно это всё выглядит очень странно.
Ну и вообще
Вся эта солнечная и прочая ветровая энергетика почти никогда не окупается, либо окупается по самому минимуму, причем в странах, где солнце шмалит 365 дней в году через самый прозрачный в мире воздух. Солнечные батареи подвержены износу. И вообще, вся эта «альтернативная энергия» существует только потому что есть дешевая обычная электроэнергия которой всем хватает. По разным оценкам, доля электрической энергии в общем объеме потребляемой энергии составляет 3-6%. Всё остальное – бензин, газ, мазут, уголь, дрова, торф. Поэтому когда вы слышите что в ФРГ (то есть в очень развитой стране) солнечные батареи производят аж 5% электроэнергии вы должны понимать что это 5% не от всей нужной энергии, а 5% от 3-6% приходящихся на долю электроэнергии вообще. То есть как ни крути, больше сотых долей процента не выходит. И это в стране которая может себе позволить такую блажь. А таких стран – пальцев хватит чтобы пересчитать.
И поймите главное: суть западной экономики состоит в том, что вы должны платить всегда, за всё и при этом оставаться в долгах. В режиме 24/7/365 в течение всей жизни. А тут как бы вам бесплатно дается самое важное – энергия! И кто это предлагает? Америка, страна, давшая миру «резервную валюту» и кейнсианскую модель. По такой логике, следующим ноухау должно быть изобретение бесплатной самовоспроизводящейся еды.
Каждому овощу – свое место
Нет, нет, вы не подумайте что я против подобной вещи. Она действительно весьма полезна, но только там где себя оправдывает. Где нет альтернатив или они еще менее удобны. Например, в местах где критически важно бесперебойное электроснабжение: в больницах, измерительных станциях, компьютерных серверах. Но там нет необходимости в солнечной батарее – аккумулятор можно зарядить когда есть электричество в сети. Ну а весь комплект вместе с солнечной батареей можно размещать там, куда сложно провести электрические провода, например, в горах, в пустыне, на малозаселенных территориях, особенно если в этих местах достаточно солнечных дней. Но дело как раз в том, что ее позиционируют как вещь в каждый дом. Пишут даже что намечается выпуск сотен миллионов таких батарей. Опять использована психология – «сэкономить навсегда», «не платить», «получать киловатты задаром». Это, кстати, и вызывает самый большой энтузиазм. Так что у фирмы «Тесла» большое будущее. Хотя, что мешает тем же китайцам наладить выпуск точно таких же литиевых батарей? И даже целых комплектов, с инверторами и прочими прибамбасами. В чем проблема? Тем более «американские батареи «Тесла» и так выпускаются в Китае фирмой «Панасоник». И еще интересный вопрос: а куда будут выбрасывать эти миллионы и сотни миллионов аккумуляторов? Литиевых, между прочим. А его соединения что применяются в аккумуляторах чрезвычайно ядовиты. Известны случаи когда маленькие дети проглатывали литиевую батарейку-таблетку что вставляются в материнские платы компьютеров и их не удавалось спасти. А тут стокилограммовые аккумуляторы! Не, ну в какой-нибудь Голландии или Дании возможно и будут центры переработки и утилизации, а в «этих странах»? Сомневаюсь. А вы видели как взрываются литиевые аккумуляторы, как из них прёт ядовитый черный дым. Не видели? Тогда вперед, смотреть ролики в ютубе. А если рванет 100-килограмовый? Размером метр на полметра.
Так что если вы хотите «нагнуть» электрические компании или сэкономить деньги поищите какой-то другой способ.
