Можно ли использовать электромобили в Сибири?
Ребята, привет! Первого января мы праздновали, а второго тяжело «разгоняться» и писать что-нибудь осмысленное. Так что вот вам немного теории про электромобили, зиму и где в тайге искать розетку :-)))
Многие «эксперты» в коментах замечают, что запас хода электромобилей уменьшается при понижении температуры. То есть зимой. И это правда, и для этого есть много причин. Именно на это я сегодня и взгляну.
Для начала, надо сразу сказать, что далеко не во всём виноваты аккумуляторы. Так, зимняя резина обычно имеет более высокое сопротивление качению, особенно по сравнению с летней резиной для электромобилей, которая специально была разработана для того чтобы катиться «легче» и увеличивать запас хода. Другая очевидная причина заключается в том, что больше энергии используется для обогрева салона. В конце концов, поддержание температуры на комфортном уровне, когда на улице мороз, требует много энергии.
Тем не менее, часто именно сама батарея является самой важной причиной того, что запас хода уменьшается. Потому что, когда температура в ячейках батареи падает до температуры окружающей среды, производительность также снижается. Этому подвержены практически все типы аккумуляторов. Недаром у многих зимой на обычных автомобилях разряжается свинцовый аккумулятор. Вы, наверное, тоже заметили, что мобильный телефон вдруг резко «умирает», если вы долго разговариваете или делаете фотографии на морозе. Даже обычные одноразовые щелочные батареи имеют худшие характеристики на морозе.
ТЕОРИЯ
Причина в том, что электрохимические реакции протекают медленнее при низкой температуре. Для простоты можно сказать, что большинство батарей работают лучше всего при комнатной температуре.
Так что, если электромобиль простоял ночь на морозе, температура в ячейках аккумулятора упадет до уличной или близкой к ней. А как мы уже знаем, чем холоднее становятся ячейки, тем медленнее в них идут реакции. Короче говоря, это означает, что ионы, которые перемещаются между электродами ячеек, движутся медленнее. Это одновременно увеличивает и сопротивление в ячейке, и, как следствие, эффективность реакции снижается. В итоге доступная емкость аккумулятора падает.
Ячейка в батарее состоит из анода, электролита и катода. Когда литий-ионный элемент полностью заряжен, атомы лития сохраняются в аноде. Когда на ячейку подаётся нагрузка, электроны перемещаются от анода к катоду через внешнюю цепь.
В то же время ион лития, т.е. атом лития, потерявший электрон, мигрирует к катоду через электролит. Однако, свойства электролита меняются при охлаждении: он становится более вязким и имеет более низкую ионную проводимость, то есть ионы лития хуже проходят через электролит.
Это приводит к более высокому внутреннему сопротивлению в ячейках, что снижает напряжение и мощность, которые могут быть извлечены из аккумулятора. Кроме того, здесь в игру вступают и такие факторы, как тип используемого электролита и конструкция различных компонентов ячейки, таких как анод и катод. Некоторые исследования показывают, что эти факторы так же сильно влияют на работу литий-ионных аккумуляторов в холодном состоянии.
Хотя точные цифры зависят от типа аккумулятора, существует четкая связь между производительностью элемента и температурой. Например, согласно одному из исследований, по сравнению с комнатной температурой емкость аккумулятора упала до 93, 88 и 77% при температуре элемента -5, -10 и -15 градусов Цельсия соответственно.
Более ранние исследования показали, что при той же силе тока относительная емкость снижается до 60% от емкости при комнатной температуре, когда температура в ячейке составляет -20 градусов Цельсия.
Очевидно, верно и обратное: ёмкость увеличивается при увеличении температуры.
ПРАКТИКА
Но, насколько это всё плохо на практике? Действительно ли электромобиль потеряет 40% заряда на морозе -20?
Такое может случится, если вы используете электромобиль для коротких поездок зимой. Типа в магазин и обратно. Хотя простое использование батареи, как в случае простой езды на электромобиле, уже увеличивает температуру батареи, при коротких поездках у аккумулятора просто не хватит времени достаточно нагреться. Но при более длительных поездках батарея прогревается и вполне может иметь примерно такой же запас хода, как и в более теплые периоды.
Кроме того, батарея нагревается при зарядке. Поэтому, если вы собираетесь в длительную поездку, обычно только первый пробег до первой быстрой зарядки будет более коротким на практике. Уже после первой быстрой зарядки батарея выйдет на рабочую температуру. Так же используется трюк со временем зарядки: машина програмируется закончить зарядку как раз к выезду. То есть, когда вы садитесь в машину, батарея будет тёплая.
В добавок к первым двум факторам, в современных электромобилях ставятся системы кондиционирования батареи, которые греют батарею зимой и охлаждают летом. Так что, батарея выходит на рабочий режим относительно быстро.
Хуже для старых электромобилей, без кондиционирования батареи. В ходе опроса, проведенного Fleetkarma в 2013 году, был изучен реальный запас хода первой модели Nissan Leaf на основе реального вождения при различных температурах воздуха в Канаде. Результаты показали, что средний запас хода упал с примерно 110 км при 25 градусах Цельсия до менее 60 км при -25.
По моим личным наблюдениям, запас хода у электромобилей падает примерно на треть норвежской зимой (-5 - -10 градусов Цельсия). То есть, если ли мой Лиф проезжает до 150 км летом, он проедет всего лишь 100 км зимой. Причина этого, конечно, не просто ухудшение работы аккумулятора, но и погодные условия, зимние шины, печка, и т д.
Так что да, электромобили использовать в Сибири можно.
Это блог про Норвегию вообще и про электромобили в частности ;-) Добавляйтесь в друзья или подписывайтесь!