Majd, ha fagy? Mennyit bírnak a villanyautó akkumulátorok?

Szerző: Halász György, energiaközgazdász

 

Míg a belső égésű motorok esetében a folyamatos hűtés megoldása a kulcs, addig az elektromos autók esetében a külső hőmérsékletváltozásoktól való minél jobb izoláció lehet majd a cél. Az átlagosnál hidegebb vagy melegebb hőmérséklet ugyanis egyelőre még jelentősen befolyásolja nemcsak a motorok energiafogyasztását, az akkumulátorok hatékonyságát, hanem azok töltési idejét is.

 

Ismert, hogy hideg télben nemcsak a téli gumik megléte előnyös, hanem más tényezők is szükségesek lehetnek a gördülékeny közlekedéshez. Benzinnel ugyan meglehetősen alacsony hőmérsékleten válik csak problémássá az indulás – a Közép-Európában kevéssé jellemző -40-50 ˚C alatt – a dízel azonban már ennél jelentősen magasabb hőmérsékleten is problémákkal szembesül. Nem véletlen, hogy a téli dízel üzemanyag reklámokban a hidegen van a hangsúly. A téli dízel összetétele eltér ugyanis a nyáritól: több benne a „fagyálló” adalék (pl. kerozin, ami jól bírja az akár -50 ˚C körüli hőmérsékletet is) és ezért jellemzően drágább is.

Kevésbé számon tartott ugyanakkor, hogy a hideg más nehézségeket is okozhat: a csak lassan felmelegedő járművek problémája még réteges öltözködéssel kiküszöbölhető és az ablakra fagyott zúzmara is inkább csak kellemetlen – az viszont, hogy a gépjármű-akkumulátorok teljesítménye is rosszabb hidegben, már kevésbé része a közgondolkodásnak. Ez a hatás jelentős lehet: a 27 ˚C mellett 100 százalékos kapacitással bíró „tipikus” akkumulátorok (legyen szó belső égésű motorról, vagy elektromos hajtásláncról, de akár információtechnológiai eszközök energiaforrásáról) kihasználható kapacitása már fagypont alatt érzékelhetően romlik. -5 ˚C hőmérsékleten pedig csupán 75-80 százalékos kapacitást tudnak biztosítani, vagyis a teljes töltöttség negyede-ötöde nem használható fel, növekvő belső ellenállással kísérve – tehát alacsonyabb teljesítményt nyújtanak. Az elemek összetétele, fajtája a változás mértékét módosíthatja, ahogy a használhatóságukhoz szükséges minimumhőmérséklet sem azonos. Bizonyos körülmények között nikkel-kadmium (NiCd) és egyes lítium-ion (Li-ion) elemek is képesek – alacsonyabb hatásfokkal ugyan, de – -40 ˚C-on is működni, azonban a feltöltés ennél a hőmérsékletnél lényegében nem működik.

Egy lítium-vas-foszfor-oxid (LiFePO4) bázisú akkumulátorok működését elemző másik forrás szerint a jelenség még ennél is szélsőségesebb lehet: -20 ˚C mellett csupán a maximális kapacitás 20 százalékát mérték. Szerencsére egy közelmúltbeli norvég EV-teszt nem mutatott ekkora kiesést, bár az optimálisan megtehető úthoz képest 32-51 százalékos kiesést jelzett – miközben nem tudjuk a pontos hőmérsékletet (csak azt, hogy havas, téli időben hajtották végre) és az akkumulátorok típusa is eltérhetett az elméleti tesztben vizsgálttól.

  1. ábra: Az akkumulátorok használható kapacitása és a hőmérséklet

Forrás: J. Sun et al. (2014)

 

Az akkumulátorokat a meleg sem kíméli. Bár, ahogy az 1. ábra is mutatja, a használható kapacitással nincs probléma, ám minél magasabb a hőmérséklet, annál gyakrabban kell tölteni az akkumulátort. Míg 20 ˚C-on, vagy kicsit alatta optimális a helyzet, 30 ˚C mellett már 20, 45 ˚C mellett pedig 50 százalékkal rövidül az az idő, amikor újra töltésre lehet szükség . Az EV-k körében is használt LiFePO4 bázisú elem elemzésénél becsült kapacitáskiesés mértéke különféle hőmérsékleteken 10 ˚C (283 K) és 60 ˚C (333 K) között ennél kisebb, de szintén jelentős mértékű, ráadásul a töltések számával növekvő mértékű. A 60 ˚C ugyan első olvasásra extrém magas értéknek tűnik, azonban ne felejtsük el, hogy a levegő hőmérsékleténél gyakran lényegesen melegebb aszfalt és – különösen sötétebb autóknál – erős napsugárzás hatására szintén jelentősen a külső hőmérséklet fölé melegedő karosszéria között elhelyezkedő gépjármű-akkumulátor könnyen szembesülhet ilyen hőmérséklettel.

Sőt, jellemzően nemcsak a töltési ciklusok (a két töltés közti időtartam) hossza, hanem a teljes élettartam is csökken. Vagyis, ha egy akkumulátor kikerül a „komfortzónájából”, az vagy hatékonyságából, vagy élettartamából veszít.

 

  1. ábra: Az akkumulátorok kapacitáscsökkenése a hőmérséklet függvényében

Forrás: J. Sun et al. (2014)

 

Ezzel pedig el is érkeztünk a poszt központi kérdéséhez: hat-e a külső hőmérséklet az elektromos autók (EV-k) teljesítményére? A válasz természetesen igen, de legalább ilyen fontos megnézni, hogy miként hat.

Általában elmondható, hogy egy autónak megfelelő hőmérsékleti kezelésre van szüksége a működéséhez, de míg ez a belső égésű motorok esetén több mint egy évszázadon keresztül alakult ki (különböző hűtőrendszerekkel, illetve a hideg tűrésére használt adalékanyagokkal), addig az EV-knél ez még csak kialakulófélben van. Maga a kérdés is eltérő: míg egy belső égésű motornál lényegében attól a pillanattól kezdve, hogy a motor elindult, a hűtésről kell gondoskodni, addig az EV esetében az optimális intervallum elérését kell célozni, amely lehet hidegebb – de akár melegebb is a külső hőmérsékletnél, mivel nem egy égési folyamat biztosítja a mozgáshoz szükséges energiát.

A töltés még a használatnál is érzékenyebb a hőmérsékletre. Míg a nem megfelelő hőmérsékleten folyó használat az elem hatékonyságát vagy élettartamát csökkenti ugyan, de többnyire nem lehetetleníti el, addig a töltés csak bizonyos hőfokok között lehetséges. Persze ezek az intervallumok is viszonylag tágak, de érdemes két megjegyzést tenni: egyrészt a régebbi típusú elemeknél – pl. (ólom)savas, vagy nikkel-kadmium akkumulátorok – az intervallum tágabb, másrészt viszont az extrém(ebb) hőmérsékleti viszonyok mellett lassabb a töltés. Az optimális hőmérsékleti intervallum gyorstöltésre 10-30 ˚C közé esik, vagyis sem az igazán meleg nyár, sem a hidegebb ősz, vagy a tél nem támogatja a gyorstöltést – kivéve persze, ha megfelelően temperált garázsban tudják alkalmazni, ami viszont az elektromos autók környezettudatosabb képével aligha összeegyeztethető. Ez is az egyik oka lehet, hogy a nagy arányban EV-ket vásárló és használó és töltési infrastruktúráját tekintve is kiemelkedően fejlett Norvégiában is alacsony (12%) a rendszeresen gyorstöltést használók aránya egy ezt (is) firtató kérdőíves elemzés alapján.

A fent leírtak súlyos dilemmákat vetnek fel: egy EV esetén nehezen megengedhető, hogy a teljes töltéshez adott névleges távolság megtételének csupán a tört részére legyenek alkalmasak (avagy -10 fokban már hóvihar sem kell, hogy a készületlen, esetleg fedélzeti számítógépében nem bízó sofőrnek más autóba kelljen átszállnia mondjuk 50 km-re a céltól, amit egy töltéssel simán elér). A fent már hivatkozott norvégiai téli EV-teszt – ahogy írják magukról, a világ valaha volt legnagyobb téli EV tesztje – árnyalja ezt a képet, ugyanis a teszteredmények alapján az autók – az eredetileg használt NEDC-hez (New European Driving Cycle) képest lényegesen alacsonyabb WLTP (Worldwide harmonized Light-duty vehicle Test Procedure) töltési távolsághoz mérten 67-93 százalékát képesek megtenni téli utakon. Meg kell azonban jegyezni, hogy az NEDC alapú megközelítés közelebb áll az ideális helyzetben elérhető maximális töltés mellett megtehető úthoz, így pedig a hatékonysági arányok már 49-68 százalékra módosulnak, sokkal közelebb az elméleti eredményekhez. Emellett az is problémás lehet, amint az egyszeri, Közel-Kelet gazdagabb vidékein Teslát használó autós bőven a 8 éves garanciaidőn belül fog kopogtatni a szervíznél új autóért, mert az akkumulátor már 3-5 év alatt elvesztette az egy töltéssel elérhető maximális kapacitása több mint 20 százalékát.

Hosszabb távon az EV-knél az akkumulátorok hőmérséklet-érzékenységéről szerzett tapasztalat fontosságát tovább növeli, hogy az energiatárolásra használt berendezések is – legalább részben – hasonló elven működhetnek, így akár villamosenergia rendszerek optimalizálásában is hasznosítható lesz.

A bejegyzés trackback címe:

https://gurulohordo.blog.hu/api/trackback/id/tr6314504982

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Facebook oldaldoboz

Elérhetőségeink

Magunkról

Energiáról, gazdaságról és minden egyébről.

A posztok szerzői a MOL-csoport dolgozói, írásaik a magánvéleményüket és nem feltétlenül a MOL-csoport hivatalos álláspontját képviselik.

Hírlevél

Our English blog has moved!

United-Kingdom-flag-24.png Visit Barrelperday.com!

 

Címkék

2021 (4) 2022 (4) ACEA (3) Afrika (3) áram (24) atom (10) autó (13) benzin (4) budget (3) car (4) China (6) climate change (17) CO2 (50) coal (3) cseppfolyós földgáz (LNG) (11) demográfia (6) dízel (5) electricity (4) elektromos autó (11) élet (23) élettartam (5) energia (5) energiahatékonyság (8) energiaválság (4) english (73) EU (47) euro (3) Euro (4) Euróövezet (3) Európa (9) Eurozóna (8) Eurozone (4) EV (3) fenntarthatóság (3) finance (3) finomítás (4) földgáz (6) gas (23) gasztro (4) gáz (51) gázár (4) gazdaság (10) Gazprom (19) GDP (3) geopolitika (10) Görögország (5) green (3) háború (6) heavy (3) heti olvasnivaló (129) Hungary (5) IEA (9) import (5) infláció (5) Iran (4) Irán (7) Japán (3) Japan (3) jövő (3) kérdőív (10) kereskedelem (3) kereslet (5) készletek (3) Kína (19) kitekintés (4) kivándorlás (3) klímaváltozás (24) költségvetés (5) környezetvédelem (22) Koronavírus (6) koronavírus (4) Közel-Kelet (3) közlekedés (10) KSH (6) life (3) light (6) LNG (20) magyar (139) Magyarország (16) megújulók (19) MidEast (8) munkaerőpiac (5) napelem (5) off-topic (33) oil (23) olaj (57) olajár (24) OPEC (8) OPEC+ (4) Oroszország (37) összefoglaló (3) palagáz (10) palaolaj (3) pénzügyek (17) petrolkémia (3) politika (10) poll (3) portfolioblogger (333) prices (4) renewables (11) Russia (4) Saudi Arabia (4) shale gas (3) szankciók (4) Szaúd-Arábia (7) szén (6) széndioxid (6) szolgálati (10) társadalmi problémák (3) tech (9) Tesla (3) transport (3) Ukrajna (12) USA (29) utazás (5) üzemanyag (10) várakozások (5) vásárlóerő-paritás (3) Venezuela (5) video (4) Összes címke
süti beállítások módosítása