Влияние жары на электромобили: опасность для аккумуляторов и снижение автономности

Жара оказывает комплексное воздействие на электромобили, затрагивая, в первую очередь, аккумуляторные батареи. Высокая температура окружающей среды влияет на долговечность и производительность АКБ. Из-за жары снижается автономность автомобиля и быстрее происходит деградация батареи.

Тепловой менеджмент аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея является сердцем электромобиля, обеспечивая энергией двигатель и все электрические системы. В современных авто на электротяге чаще всего установлены литий-ионные (Li-ion) батареи, известные своей высокой плотностью энергии и относительно долгим сроком службы. Однако Li-ion аккумуляторы чувствительны к температурным колебаниям и работают наиболее эффективно в диапазоне температур от 20°C до 40°C.

Высокие значения — серьезная угроза для Li-ion аккумуляторов. Когда температура поднимается выше оптимального диапазона, происходят следующие процессы:

• Ускорение химических реакций. В жару ускоряются химические реакции внутри аккумулятора, что приводит к более быстрому разложению электролита и других компонентов. Это становится причиной снижения емкости аккумулятора и его способности удерживать заряд. 

• Деградация катода и анода. Высокая температура также ускоряет деградацию материалов катода и анода. Это ведет к потере активного лития и снижению емкости аккумулятора.

• Увеличение внутреннего сопротивления. Это означает, что большее количество энергии теряется в виде тепла при зарядке и разрядке. Из-за внутреннего сопротивления снижается эффективность и увеличивается время зарядки.

Важно! В жару существует риск термического разгона аккумулятора. В экстремальных случаях, когда температура батареи достигнет критических значений, может произойти термический разгон – неконтролируемая цепная реакция, приводящая к перегреву, возгоранию и даже взрыву аккумулятора.

Для поддержания оптимальной температуры аккумуляторных батарей в электромобилях используются сложные системы терморегулирования. Эти системы включают в себя:

• Воздушное охлаждение. Простой и относительно недорогой способ охлаждения аккумулятора путем обдува воздухом. Однако воздушное охлаждение менее эффективно в экстремально жарких условиях.

• Жидкостное охлаждение. Более эффективный способ охлаждения, при котором охлаждающая жидкость циркулирует через аккумуляторный блок, отводя избыточное тепло. Жидкостное охлаждение позволяет поддерживать более стабильную температуру аккумулятора даже в жаркую погоду.

• Системы подогрева. В холодную погоду системы подогрева используются для поддержания оптимальной температуры аккумулятора, так как низкие температуры также негативно влияют на его производительность.

• Тепловые насосы. В некоторых электромобилях (например, в Zeekr 01, Zeekr X, во многих моделях Tesla, в BYD Seal, BYD Dolphin и некоторых других) установлены тепловые насосы для эффективного управления температурой аккумулятора и салона, что позволяет снизить энергопотребление и увеличить автономность.

Несмотря на наличие систем терморегулирования, в экстремальную жару поддержание оптимальной температуры аккумулятора — сложная задача. Системам охлаждения приходится работать на пределе своих возможностей, потребляя значительное количество энергии и снижая общую эффективность электромобиля.

Влияние жары на автономность электромобиля

Одним из наиболее заметных последствий воздействия жары на электромобили является снижение дальности хода. Это связано с несколькими факторами:

• Повышенное энергопотребление системы охлаждения. При интенсивной работе системы охлаждения аккумулятора потребляют больше энергии от аккумулятора. 

• Использование кондиционера. В жаркую погоду водители и пассажиры включают кондиционер, чтобы охладить салон автомобиля. Кондиционер является одним из самых энергоемких устройств в электромобиле, и его использование значительно снижает автономность.

• Снижение эффективности аккумулятора. Высокая температура уменьшает способность аккумулятора отдавать энергию. 

• Изменение сопротивления качению шин. Жара может влиять на давление в шинах и, следовательно, на сопротивление качению. Повышенное сопротивление качению требует больше энергии для движения автомобиля.

Многие исследования показывают, что в жаркую погоду автономность электромобилей снижается на 20-50% по сравнению с оптимальными условиями. Это является серьезной проблемой для водителей, особенно при дальних поездках.

Долгосрочное воздействие жары на аккумуляторные батареи

Помимо краткосрочного снижения автономности, жара оказывает долгосрочное негативное воздействие на аккумуляторные батареи электромобилей. Постоянное воздействие высоких температур ускоряет деградацию аккумулятора, сокращая его срок службы и снижая его емкость. 

Чтобы минимизировать долгосрочное воздействие жары на аккумуляторные батареи электромобилей, придерживайтесь следующих рекомендации:

• Паркуйте электромобиль в тени или в гараже. Это поможет снизить температуру аккумулятора.

• Избегайте полной зарядки и разрядки аккумулятора. Поддерживайте уровень заряда в диапазоне от 20% до 80%.

• Чаще используйте медленную зарядку. Медленная зарядка производит меньше тепла, чем быстрая зарядка.

• Периодически проверяйте состояние аккумулятора. Многие электромобили имеют встроенные системы мониторинга состояния аккумулятора, которые позволяют отслеживать его емкость и другие параметры. Если таких систем нет, делайте раз в год диагностику в автосервисе.

Разработка устойчивых к жаре аккумуляторных технологий

В настоящее время ведется активная разработка новых аккумуляторных технологий, которые будут более устойчивы к высоким температурам. К ним относятся:

• Твердотельные аккумуляторы. В них используют твердый электролит вместо жидкого, что делает их более безопасными. Пока машин с такими батареями мало. Это Toyota bZ4X, NIO ET7 (с полутвердотельным АКБ) и VW ID.7 (поддерживает 800 циклов зарядки/разрядки без деградации).

• Аккумуляторы на основе новых материалов. Исследователи разрабатывают новые материалы для катода и анода, которые будут более устойчивы к деградации при высоких температурах.

• Усовершенствованные системы терморегулирования. Разрабатываются более эффективные системы терморегулирования, которые смогут поддерживать оптимальную температуру аккумулятора даже в экстремально жарких условиях.

Внедрение новых технологий позволит значительно улучшить производительность и долговечность электромобилей в жарком климате, сделав их более привлекательной альтернативой традиционным автомобилям с двигателями внутреннего сгорания.