Jak to jest z tymi akumulatorami?

Tym razem będzie mniej „pod prąd”, a bardziej o prądzie. Tak się składa, że na sąsiedniej posesji prowadzona jest działalność związana ze sprzedażą i montażem akumulatorów. Starszy już Pan „zjadł zęby na akumulatorach”. Po pomoc przyjeżdża do niego połowa miasta.

Sympatyczny właściciel tego biznesu posiada sporą wiedzę i sprzęt pozwalający na ocenę stanu akumulatora, pomiar napięcia ładowania, poboru prądu przez rozrusznik czy poboru prądu w stanie „uśpienia” pojazdu. Dla mnie jego działalność ma jeszcze jedną zaletę. Spoglądając przez okno wiem, jaka jest pogoda. Jak rano u sąsiada „kocioł” – w nocy był mróz, latem świadczy o upałach.

To co obserwuję, pozwala na sformułowanie mało odkrywczego wniosku – w skrajnych temperaturach akumulatory częściej odmawiają posłuszeństwa. Przez analogię skłonny jestem stwierdzić, że problem dotyka również właścicieli elektryków.  Nie chodzi mi oczywiście o konieczność wymiany akumulatorów, lecz o wpływ warunków atmosferycznych na „komfort” użytkowania samochodu elektrycznego.

Zacznijmy jednak o odrobiny teorii.  Elementem konstrukcyjnym akumulatora jest ogniwo stanowiące zamknięte źródło zasilania. Chemicznie przechowywana energia w rezultacie reakcji chemicznych jest uwalniana jako strumień elektronów wytwarzający prąd przepływający w obwodzie zamkniętym przez odbiornik. Obecnie w wielu dziedzinach życia najczęściej stosowane są ogniwa litowe. Zasada ich działania oparta jest na migracji jonów Li+ przez elektrolit pomiędzy dwoma elektrodami, które rozdzielone są separatorem nasyconym roztworem soli litu. W starszych konstrukcjach elektrolit miał postać cieczy. Obecnie coraz częściej jest to żel lub stały przewodzący polimer. Znamionowe napięcie pojedynczego ogniwa litowo-jonowego wynosi 3,7 V.  Łącząc je ze sobą otrzymujemy akumulatory o określonej pojemności i napięciu.  Dla porządku dodam, że w grupie ogniw litowych występują różne ich rodzaje. Są to np. ogniwa litowo-manganowe, litowo- tytanowe, litowo-żelazowo-fosforanowe czy wspomniane wyżej litowo-jonowe.

Wróćmy teraz do wątku pogodowego. Zacznijmy od przechowywania nieużywanych akumulatorów (po wyprodukowaniu są one gdzieś magazynowane). Według zaleceń akumulatory litowo-jonowe powinny być przechowywane w temp. 6 st. Celsjusza i naładowane do 40% pojemności. Takie warunki składowania zapewniają większą ich trwałość.  Nasz akumulator, odpowiednio przechowywany, trafił do naszego pojazdu. Jak temperatura wpływa na jego pracę?  Okazuje się, że nie lubi on zarówno niskiej jak i wysokiej temperatury. Poniżej -20 stopni, jego używanie jest możliwe, ale jego właściwości energetyczne będą mocno ograniczone. Celowym wydaje się więc utrzymanie jego optymalnej temperatury np. za pomocą podgrzewacza. Jego zastosowanie będzie się jednak wiązało ze zużyciem zgromadzonej (lub dostarczonej z zewnątrz) energii.

Temperatury zbyt wysokie również nie służą naszemu akumulatorowi. Wzrost temperatury powyżej wartości granicznej może doprowadzić do uszkodzenia ogniw, a w skrajnych przypadkach może dojść do pożaru lub wybuchu.  Aby zachować optymalne warunki pracy celowe jest więc zastosowanie wymuszonego układu chłodzenia. Do tego również potrzebna jest energia.I taka mała dygresja – akumulatory wykorzystywane w samochodach elektrycznych swoją wagę mają, co wpływa na masą własną pojazdu. Im ona wyższa, tym więcej energii potrzeba do wprawienia pojazdu w ruch.  Okazuje się również, że ładowanie akumulatorów litowo-jonowych ma swoje uwarunkowania temperaturowe. Producenci ogniw litowo-jonowych nie zalecają ich ładowania w temperaturach ujemnych. Można to oczywiście robić, jednak zalecane jest wtedy ładowanie niskimi prądami, co wpływa znacząco na czas ładowania. Wszystkie te elementy znacząco wpływają na trwałość naszych baterii. Żywotność aktualnie stosowanych akumulatorów określana jest na 2000 cykli (ładowanie/rozładowanie).  Niewłaściwa ich eksploatacja potrafi skrócić ich żywotność nawet do 1000 cykli.  Jak jest w praktyce?