Rychlonabíjení a jeho vliv na životnost baterie

Rychlonabíjení baterii opotřebovává víc než pomalé střídavé nabíjení, ale u vozů s kapalinovým temperováním baterie je ten rozdíl při rozumném používání malý. Článkům neškodí vysoký výkon sám o sobě. Škodí jim vysoký proud ve chvíli, kdy jsou studené, přehřáté nebo téměř plné – a právě tyhle situace si vůz hlídá sám a řidič je může ještě omezit.

Co se děje na elektrodách při vysokém proudu

Při nabíjení putují ionty lithia z kladné elektrody do záporné, grafitové, a ukládají se mezi její vrstvy. Tento děj má omezenou rychlost. Pokud proud žene ionty k elektrodě rychleji, než je grafit stačí přijímat, začne se lithium vylučovat na jejím povrchu jako kov. Tomuto jevu se říká lithium plating a je hlavním mechanismem, kterým rychlé nabíjení trvale ubírá kapacitu.

Druhým mechanismem je teplo. Průchodem proudu přes vnitřní odpor se články zahřívají a za vyšší teploty rychleji narůstá pasivační vrstva na záporné elektrodě, která rovněž váže lithium. Obojí probíhá pomalu a nenápadně; auto po jednom nabíjení nejezdí jinak. Jak se úbytek sčítá za léta provozu, popisuje článek o degradaci baterie po sto tisících kilometrech.

Proč nabíjecí křivka od určitého stavu nabití padá

Čím je záporná elektroda plnější, tím hůř další lithium přijímá a tím blíž je k vylučování kovu. Řídicí systém baterie proto s rostoucím stavem nabití povolený proud snižuje. Na displeji stanice to vypadá tak, že výkon je nejvyšší někde mezi deseti a čtyřiceti procenty a pak postupně nebo skokově klesá; nad osmdesát procent bývá jen zlomkem maxima.

Tvar křivky je u každého vozu jiný. Některá auta drží vysoký výkon dlouho, jiná mají krátkou špičku a rychlý pokles. Podle mě je proto údaj o maximálním nabíjecím výkonu v katalogu přeceňovaný – o délce zastávky vypovídá víc průměrný výkon mezi deseti a osmdesáti procenty, a ten se dá dohledat v nezávislých měřeních nabíjecích křivek.

Vozy s architekturou 800 V dosahují stejného výkonu při polovičním proudu než vozy se 400 V. Kabely a kontakty se tak méně zahřívají a auto vydrží na vysokém výkonu déle, pokud ho stanice umí napětím obsloužit.

Studená a horká baterie u rychlonabíječky

Za nízkých teplot se ionty v článku pohybují pomaleji a vylučování lithia hrozí už při mnohem menším proudu. Vůz na to reaguje jednoduše: studené baterii dovolí jen malý výkon, dokud se neohřeje. Proto v zimě po krátké jízdě ukazuje stanice třetinu toho co v létě.

Většina novějších elektromobilů umí baterii před nabíjením předehřát, obvykle automaticky, když je rychlonabíječka zadaná jako cíl v navigaci vozu. Doporučil bych tuhle funkci používat i tehdy, když cestu znáte nazpaměť. Stojí trochu energie, ale zkrátí zastávku a baterie se nabíjí v teplotě, která jí svědčí.

Opačný případ nastává v létě po dlouhém dálničním úseku, kdy jsou články teplé už z jízdy. Chladicí okruh pak běží naplno a vůz může výkon omezit. Starší modely bez kapalinového chlazení baterie na opakované rychlé nabíjení během jednoho dne reagují výrazným zpomalením a u nich bych byl s častým rychlonabíjením zdrženlivý.

Chemie článků a rozdíl mezi LFP a NMC

Baterie s katodou NMC, tedy nikl-mangan-kobalt, mají vyšší hustotu energie a hůř snášejí dlouhé stání v plně nabitém stavu. Výrobci u nich pro denní provoz obvykle doporučují limit kolem osmdesáti procent. Články LFP, lithium-železo-fosfát, jsou vůči plnému nabití odolnější a výrobci u nich naopak často doporučují pravidelně nabíjet do sta procent, aby řídicí systém mohl zpřesnit odhad stavu nabití. V mrazu ale LFP přijímají proud hůř než NMC.

Který typ je ve voze, zjistíte z technických údajů konkrétní verze. Řídil bych se pak návodem výrobce, ne obecnými poučkami z diskusí, protože doporučení pro obě chemie jdou zčásti proti sobě.

Návyky, které dávají smysl na dlouhé trase

Na cestě se vyplatí přijíždět ke stanici s nízkým stavem nabití, kdy baterie přijímá nejvíc, a odjíždět kolem osmdesáti procent. Posledních dvacet procent trvá často stejně dlouho jako předchozích šedesát a články zatěžuje nejvíc. Nabíjet rychle do plna má smysl jen před úsekem, kde další stanice opravdu není.

Počítejte i s tím, že výkon neurčuje jen auto. Stanice se dvěma kabely si výkon mezi vozy dělí a nechlazený kabel má vlastní proudový strop; jak jsou stejnosměrné zástrčky řešené, vysvětluje text o konektorech Type 2 a CCS.

Za nejužitečnější krok považuji nastavit si v menu vozu limit denního nabíjení podle doporučení výrobce a rychlonabíječky nechat na cesty. Kdo má možnost nabíjet pomalu přes noc, tomu ubude i samotných rychlých nabíjení – souvislosti shrnuje přehled o nabíjení elektromobilu doma i na veřejných stanicích.

Zdroje

• Robert Bosch GmbH – Automotive Handbook (Kraftfahrtechnisches Taschenbuch), kapitoly o trakčních bateriích
• ADAC – měření nabíjecích křivek elektromobilů (Ladekurven)
• Fraunhofer ISI – studie k technologiím lithium-iontových baterií
• CharIN e. V. – specifikace systému CCS