Temperatura, pojemność i poziom naładowania – jak wpływają na szybkość ładowania i żywotność baterii elektryka?

• Prędkość ładowania baterii znacznie spada po przekroczeniu 80% naładowania – przyczyną dbałość o kondycję urządzenia. 
• Większa pojemność wcale nie musi oznaczać dłuższego ładowania, duże baterie dłużej pozostają w trybie ładowania z maksymalną mocą.
• Dogrzewanie baterii przed procesem ładowania pozwala minimalizować ryzyko trwałego spadku pojemności. 

Typ i poziom naładowania baterii mają znaczenie

Pierwszą istotną rzeczą, o której trzeba pamiętać mówiąc o parametrach ładowania baterii w samochodzie elektrycznym, jest oczywiście jej typ. Wyróżnić możemy 2 podstawowe rodzaje baterii stosowanych w samochodach elektrycznych, jakimi są baterie LFP oraz NCM/NCA. Pierwszy z typów jest starszym, który generalnie charakteryzuje się wolniejszym tempem ładowania, jednak w zamian za to posiada większą tolerancje na wysoki i niski poziom naładowania. Baterie NCM/NCA choć ładują się dynamiczniej, i tak zaleca się w nich unikać częstego ładowania powyżej 80%, aby nie przyspieszać ich degradacji, a więc nie skracać żywotności. Podobnie jest ze schodzeniem z naładowaniem poniżej 10%, które również znajduje się poza optimum. W przypadku baterii LFP optimum pracy to właściwie cały zakres tej pracy, a ważnym jest tylko, aby nie pozostawiać tego typu baterii zbyt długo przy pełnym naładowaniu, na przykład na kilka dni. 

Ładowanie baterii powyżej 80% nie jest jednak tylko niepożądane ze względu na aspekt kondycji urządzenia, ale również przez wzgląd na samą w sobie prędkość ładowania. Samochody elektryczne są wyposażone w systemy zarządzania ładowaniem baterii (BMS), które w celu ochrony urządzenia są zaprogramowane na zmniejszenie mocy ładowania w miarę zbliżania się do 100%. Wytyczne tego typu zapobiegają przeładowaniu baterii, pozwalają na łatwiejsze balansowanie napięcia na ogniwach oraz ułatwiają chłodzenie baterii, co pozwala uniknąć przegrzania. Zmniejszenie mocy oznacza jednak spadek prędkości ładowania, dlatego nieraz możemy zaobserwować jak pojazd szybko ładuje się do pewnego poziomu, a później długo zajmuje mu doładowanie się do pełnej pojemności baterii. 

Kolejnym aspektem wpływającym na prędkość ładowania jest maksymalna pojemność baterii. W tym przypadku analogia jest bardzo prosta, większa pojemność baterii gwarantuje szybsze ładowanie. Jest to spowodowane przez to, że większa pojemność pozwala na dłuższe ładowanie przy maksymalnej mocy ładowania, ponieważ mamy więcej miejsca na te duże moce. Wynika to z krzywej ładowania, czyli wykresu obrazującego stosunek mocy ładowania do poziomu naładowania baterii. 

Więcej informacji o krzywej ładowania przedstawiliśmy w artykule Krzywa ładowania – jak optymalizować proces ładowania samochodu elektrycznego?.

Temperatura baterii – lepsza niska czy wysoka?

Przechodząc do parametrów niezwiązanych bezpośrednio z samym projektem baterii, trzeba powiedzieć o temperaturze urządzenia, która będzie się zmieniać w zależności od etapu pracy, a która będzie dla nas bardzo ważna. Każda bateria w samochodzie elektrycznym posiada zakres temperatur, w którym ładowanie będzie nie tylko optymalne, ale także bezpieczne dla urządzenia. Podstawowym i oczywistym zagrożeniem dla baterii będzie ich przegrzewanie się, co jest możliwe podczas ładowania na dużych mocach. Degradacja termiczna jest jednym z powodów, dla których nie możemy stale ładować baterii z maksymalną dopuszczalną dla niej mocą, a także musimy stosować systemy chłodzenia. Do wyboru będziemy mieli systemy aktywne oraz pasywne, przy czym pasywne stają się powoli mało wydajnym reliktem przeszłości. Aktywne systemy chłodzenia baterii pozwalają na większą elastyczność zarządzania ładowaniem przez BMS, co przyspiesza proces ładowania.

Z drugiej strony zbyt niskie temperatury baterii również nie są wskazane, ponieważ mogą one obniżać prędkość reakcji chemicznych zachodzących w baterii, co zmniejsza jej pojemność i zwiększa opór wewnętrzny. Próby przyłożenia dużych mocy do zimnej baterii mogą kończyć się trwałymi uszkodzeniami, które zmniejszą żywotność urządzenia. Aby zapobiegać ładowaniu baterii na niskich temperaturach BMS ma wbudowane zabezpieczenia, które zmniejszają moc ładowania w jego początkowych fazach, co daje czas baterii na właściwe nagrzanie się. Dodatkowo wiele samochodów posiada systemy umożliwiające nagrzanie baterii do odpowiedniej temperatury przed procesem ładowania. Czasem trzeba je uruchamiać ręcznie, a czasem istnieje możliwość ustawienia automatycznego przygotowania baterii w sytuacji zbliżenia się do stacji ładowania. W części przypadków odpowiednia temperatura baterii jest jednak osiągana poprzez samą jazdę i pracę urządzenia.