e-autó Extra tartalmak Technika 2024. április 18.

Nem örökzöld

Az elektromos autók akkumulátorai idővel elveszítik kapacitásuk egy részét. Miért van ez így, és milyen a csökkenés mértéke? Hogyan lehet minimalizálni a veszteséget? Na és mire kell figyelnünk, ha használt elektromos autót akarunk vásárolni?

Sokan gondolják úgy, hogy nekik egy elektromos autó kellene. Nem új, mert azok még túl drágák, megfelelne egy használt is. Na de mi lehet az akkumulátorával, mennyire egészséges? Mi van, mondjuk ha két év után használhatatlan lesz? Az rengetegbe kerülhet, mert az akkumulátor messze a legdrágább alkatrész minden elektromos autóban. A cseréje milliós tétel is lehet, ami egy régebbi autónál gazdasági totálkárt jelent.

A jó hír az, hogy az akkumulátorok túlnyomó többsége eléggé tartós, amit a gyártók garanciái is bizonyítanak. Az olyan, komoly darabszámokat forgalmazó márkák, mint a Hyundai, az Opel, a Renault és a VW, szabványosan nyolc évet és 160 000 km-t írnak elő, a Mercedes-Benz pedig modelltől függően még ennél is többet kínál. Ha az akkumulátor kapacitása a kezdeti érték 70 százaléka alá csökken, azelőtt, hogy bármelyik határértéket elérné, a gyártó saját költségén kicseréli. Ez tisztességes viselkedés a vásárlóval szemben, hiszen az akkumulátor állapotának (State of Health, SOH) 30 százalékos csökkenése 30 százalékkal kisebb hatótávolságot jelent.

Tesztelve és jóváhagyva: az Aviloo tanúsítványa igazolja, hogy a Mini akkumulátorának a teljesítménye
megfelelő

És milyen gyorsan öregednek az egyes márkák és modellek akkumulátorai? Erről egyelőre még nincsenek megbízható adatok. Részben azért, mert még viszonylag kevés az öreg elektromos autó, másrészt a romlás nagyban függ a használati módtól és az akku kialakításától. Nincs értelme almát körtével összehasonlítani, de néhány trend megfigyelhető. Az ADAC tartóstesztjén egy ötéves BMW i3 akkumulátora 100 000 km megtétele után is 86 százalékos volt; egy hatéves, első generációs Nissan Leaf viszont csak 75,5 százalékot ért el. A japán villanyautót úgy tervezték, hogy elérhető árú legyen, ezért akkumulátorát csak passzívan, levegővel hűtik. Ugyan ez igaz a VW e-Golfra és az e-Upra, meg részben a Renault Zoéra is, amelynek léghűtése már aktív. Ezeknél az autóknál várható, hogy az akkumulátor viszonylag gyorsan öregszik.

Jobb a folyadékhűtés

Mára változott a helyzet. A folyadékhűtés, amely az akkumulátort széles üzemi tartományban az optimumközeli hőmérsékleten tartja, ma már minden modern elektromos autóban alapfelszereltség. Ez a tartomány általában 30 Celsius-fok körül van, ahol a jó teljesítmény és hatótávolság, másrészt a hosszú élettartam görbéjének a metszéspontja találkozik. Az akkumulátor és a meghajtás szabályzásával szorosan együttműködő hőkezelő rendszer vezérlése rendkívül összetett, például egyre több autóban képes arra, hogy az akkumulátort a gyorstöltésre menet közben előkondicionálja.

Egyenáramú töltés közel 150 kW-os teljesítménnyel. Az utóbbi évek elektromos autói a tapasztalatok szerint ezt elég jól bírják. 

A mindennapi használatban a hideg és a meleg gondos kezelése nagy előnyökkel jár. Jan Singer, a müncheni székhelyű Twaice akkumulátorelemző vállalat kutatási és fejlesztési vezetője szerint: „A működtetési stratégiák ma már annyira biztonságosak, hogy az ügyfél szinte semmit sem csinálhat rosszul. Sok autóban az akkumulátorok SOH-értéke még két év intenzív használat után is 98 százalék körüli.” Hatékony és biztonságos fűtés és hűtés – egyszerűen hangzik, holott a villanyautók technikájának egyre fontosabb fejlesztési területe. És a fejlődés nem ér véget az autó átadásával. A VW például szoftveres frissítésekkel javítja a hőkezelést az ID modelljeinél – követve a Tesla példáját, amely a mobilhálózaton keresztül tartja frissen autóit, és folyamatosan, igen mélyen beavatkozik rendszereinek működésébe.

Az elért eredmények ellenére a legnagyobb kihívást még mindig a gyors töltés jelenti hideg körülmények között, amikor a cellákban lévő elektrolit sűrűbb. Mielőtt rákapcsolnánk a nagy teljesítményű egyenáramot, az akkumulátort fel kell melegíteni. A Porsche Taycan, amellyel tartóstesztet végzünk, a töltés elején csak mintegy 60 kW-os teljesítménnyel tölt, ha az akkumulátor hőmérséklete alacsonyabb 10 foknál – ez a több mint 250 kW-os maximális teljesítményének csupán töredéke. A Tesla Model 3 és Model Y alapváltozatainál az egyenáramú töltés türelemjátékká válik, amikor a levegő hőmérséklete fagypont körüli. Összesen 13-15 kW az a töltési teljesítmény, amit a lítium-vas-foszfát (LFP) katódkémiájú akkumulátor kezdetben elvisel. Akár hideg, akár meleg – minden töltési folyamat hozzájárul az öregedéshez. Az LFP-akkumulátorok előnye, hogy élettartamuk alatt több töltési ciklust bírnak ki, mint a nikkel-, mangán- és kobalttartalmú NMC-akkumulátorok. Az LFP-cellák esetében az irányadó érték 5000-10 000 töltési ciklus, míg az NMC-kémia esetében 1000-3000 ciklus – és akár 1000 teljes töltés is könnyen jelenthet 300 000 kilométernyi futásteljesítményt. Úgy tűnik azonban, hogy az új NMC-ötvözetek, amelyekben a problémás anyagot, a kobaltot nagyrészt nikkel helyettesíti, valamivel gyorsabban elfáradhatnak. A töltések miatti öregedés mellett létezik a naptár szerinti öregedés is, amely főként a cella anódján lévő passzív réteg fokozatos növekedésének köszönhető (lásd a keretes írást).

Zsákbamacska?

Sok e-autó-tulajdonos, és még inkább a használt villanyautó vásárlása iránt érdeklődő számára az akkumulátor  feltérképezhetetlen terület marad, mert az állapotát csak nagyjából lehet megbecsülni a hatótávolság alapján. Mivel senki sem akar zsákbamacskát venni, a használt e-autókkal való kereskedés még visszafogottan zajlik. Szerencsére 2024 májusától az EU minden e-autó számára előírja, hogy az akkumulátor vezérlőelektronikájának képesnek kell lennie az akkumulátor állapotának és hátralévő élettartamának becslésére, és ezt az érdekelt felek rendelkezésére kell bocsátani. Az adatok egy digitális akkumulátor-útlevélbe kerülnek majd, amely 2026-ban válik kötelezővé. Ennek fő célja az energiatárolók káros környezeti hatásának csökkentése.

Mintha egy művészi grafika lenne: egy akkumulátorvezérlő elektronika képe a Fraunhofer Institute ISE-től

Ez még túl messzinek tűnik? Vannak márkák, ahol már ma elvégezhet egy ellenőrzést. A Tesla-tulajdonosok az interneten beszerezhetik a szükséges dongle-okat (mérőeszközöket) és szoftvereket. Több márka esetében viszont egy harmadik fél szaktudására kell hagyatkozni, mivel az adatgyűjtés korántsem magától értetődő. Az egyik ilyen a bécsújhelyi Aviloo GmbH, amely tesztjeit online vagy a GTÜ tesztközpontjain keresztül értékesíti. A cég az adatok kinyerésére az autó OBD-csatlakozóját használja. Az ide csatlakoztatott kis eszköz kiolvassa a releváns adatokat, és egy SIM-kártyán keresztül elküldi azokat az osztrák cég szerverére. A teszt során az akkumulátort egy hét alatt 100-ról 10 százalékos SOC-értékre kell lemeríteni. Az adatokat algoritmusok segítségével elemzik is, a tanúsítványt pedig e-mailben kapja meg az ügyfél. Ez az úgynevezett prémiumteszt 99 euróba kerül.

Az Aviloo második ajánlata egy villámteszt műhelyek és más kereskedelmi felhasználók számára. Itt mindössze egy lekérdezésre van szükség, miközben a jármű áll, bár az eredmények kevésbé pontosak. A Mahle, a DAT, a TÜV Rheinland (a Twaice-vel együttműködve) és a DEKRA hasonló SOH-teszteket kínál üzleti ügyfelek számára, sőt az utóbbinak van a végfelhasználók számára is elérhető változata.


Az akkuk öregedésének okai

Az anódon passzív réteg képződik, és fémes lítium is lerakódhat rajta. Az aktív anyagokban keletkező apró repedések és nagy pórusok további károsító tényezők.

■ A lítiumion-akkumulátorcellában a folyékony elektrolit teszi lehetővé az ionok mozgását. Ez a cella gyártását követő első töltési folyamat során érintkezésbe kerül az anóddal (a negatív elektróddal), ami valójában egy grafitbevonatú rézfólia. A töltés folyamán az elektrolit szilárd bomlástermékeiből filmréteg alakul ki a fólián. Bár ez bizonyos fokú védelmet nyújt, ahogy a réteg növekszik, azzal gátolja a lítiumionok diffúzióját. Ettől az akkumulátor veszít a kapacitásából, igaz, nagyon kis mértékben.

A leépülés másik tényezője a lítiumozódás. Ez akkor fordulhat elő, ha az alacsony hőmérsékletű akkumulátort nagy áramerősséggel töltik. Ekkor az anódon lévő ionok reakcióba lépnek, és fémes lítiumot képeznek, ami lerakódik a grafitrészecskék felületén, és már nem tud teljesen lebomlani. A helyzet akkor válik kritikussá, amikor a fém lítiumnak apró ágai képződnek, mivel szélsőséges esetben ezek az úgynevezett dendritek átüthetik az anód és a katód közötti elválasztófóliát. Az ennek következtében fellépő rövidzárlat tűzveszélyt okozhat az NMC-akkumulátorban.

A cellák előállítása egy már több milliárdszorosan kipróbált, de még mindig rendkívül érzékeny folyamat. A katódon és az anódon lévő aktív anyagok részecskeeloszlása minimálisan lehet inhomogén, ahogyan a rétegek vastagsága is, ami a század- és tizedmilliméteres tartományban mozog. A nagy pórusok, a csapdába esett idegen részecskék és a bevonaton idővel kialakuló apró repedések azonban szintén felgyorsítják az öregedési folyamatot.

Moduláris. A BMW i3 akkumulátora nyolc modult tartalmaz. Probléma esetén a modulok és bennük a cellák akár egyenként is cserélhetők

Mindezen hatások eredményeként az akkumulátorcellákban fokozatosan megnő az elektromos ellenállás, milliohmban mérve. Ez pedig csökkenti az elektromosság felvételére és leadására való képességüket. Ez a hatás a gyorstöltés lassulása – különösen télen, amikor a hideg miatt már megnövekedett az ellenállás – és a gyengébb hajtási teljesítmény révén válik érzékelhetővé. A leírt folyamat általában csak nagy futásteljesítménynél kezdődik, de egy bizonyos ponton túl exponenciálisan felgyorsul. Szélsőséges esetben alacsony akkumulátortöltöttségi szintnél (SOC) az áramáramlás teljesen leállhat, ami az autó leállását eredményezi.


Hat tipp, hogy az akkumulátor sokáig éljen

Tartson határokat! Ha lehetséges, ne engedje, hogy a töltöttségi szint (SOC) 20 százalék alá csökkenjen. És ne töltsön 80 százalék fölé, még otthon, a fali dobozon sem. Az akkumulátor ugyanis nem szereti sem a túl alacsony, sem a túl magas töltöttségi szintet. Legalábbis a legtöbb, de ahogy korábbi számainkban már írtunk róla, vannak olyan technológiát használó akkuk, ahol nem gond a 100%-ra töltés és a szinte teljesen lemerítés sem.

Jobb lassan tölteni! A szakértői vélemények megoszlanak abban a tekintetben, hogy az egyenárammal történő gyakori gyors töltés káros-e az akkumulátorra vagy sem. A legújabb eredmények arra látszanak utalni, hogy a negatív hatás kisebb, mint azt kezdetben várták. Ennek ellenére nem árt óvatosnak lenni.

Számítson töltési veszteségekre! Akár gyors, akár lassú a töltés, az elektromos autóknál mindig vannak töltési veszteségek. A 11 kW-ot szolgáltató otthoni fali doboznál azonban ezek magasabbak, akár több mint 10 százalékosak is lehetnek. A 2,3 kW-os háztartási konnektoron pedig akár 15 százalékra is emelkedhetnek. Ezeket a veszteségeket a váltóáramot egyenárammá alakító töltőben keletkező hő, valamint a 12 voltos fedélzeti elektromos rendszer és a vezérlőegységek igénybevétele okozza.

Ne melegítse túl az akkumulátort! Autó-pályán ne haladjon folyamatosan csúcssebességgel, mivel az ehhez szükséges nagy áramfelvétel jelentősen felmelegíti az akkumulátort. Ez vonatkozik az ismételt erőteljes gyorsításokra is.

Ne hagyja sokat fagyos időben az akkumulátort! A hajtó akkumulátorok – különösen az LFP kémiai összetételűek – egyáltalán nem szeretik a hideget. Télen hagyja az autót a fali dobozon, hogy meleg akkumulátorral indulhasson. Ha ez nem lehetséges, akkor hideg akkumulátor esetén ne nyomja a gázt! És ne menjen egyenesen a gyorstöltő oszlophoz, mert az akku úgysem tölthető nagy teljesítménnyel.

Tervezze meg helyesen a tárolási kapacitást! Ha hosszabb ideig nem mozgatja elektromos autóját, például egy nyaralás miatt, akkor úgy parkoljon, hogy az SOC körülbelül 50 százalék legyen. Ne aggódjon, négy hét alatt az akkumulátorok túlnyomó többsége csak 4-8 százalékot veszít kapacitásából.

Kapcsolódó cikkek