Spis treści
Zespół 14 naukowców z Uniwersytety Technicznego w Monachium (TUM) opublikował pierwsze wyniki, trwających od 3 lat, badań akumulatorów litowo-jonowych samochodów elektrycznych w warunkach zbliżonych do realnych. Wyniki opisali w artykule „Understanding lithium-ion battery degradation in vehicle applications: Insights from realistic and accelerated aging tests using Volkswagen ID.3 pouch cells”. Wszystkie pomiary z badań zostały także udostępnione w publicznie (25 GB danych można pobrać tutaj).
Jedna z najlepszych politechnik na świecie przebadała ogniwa pochodzące z fabryki LG ES w Kobierzycach pod Wrocławiem, stosowane w elektrycznym Volkswagenie ID.3 Performance. Równolegle naukowcy na co dzień użytkowali też taki samochód i przez 3 lata zrobili nim 60 tys. km, aby sprawdzić, czy dane z testów i ulicy się pokrywają. Badania obejmowały m.in. rozcięcie ogniw w komorze pozbawionej tlenu, a następnie prześwietlenie ich mikroskopem elektronowym, aby sprawdzić jakie procesy starzenia ograniczyły pojemność ogniw.
Bateria VW ID.3 przeżyje staruszkę, która jeździ nim tylko do kościoła
Zdaniem badaczy bateria Volkswagena ID.3 użytkowanego do codziennych dojazdów w mieście i okolicach oraz podłączanego codziennie do domowej ładowarki, degraduje się tak wolno (pojemność spada o 0,019% na 1000 km), że auto ma szansę przejechać na ogniwach z Polski 1,5 mln km, zanim żywotność akumulatora spadnie do 70% jego pierwotnych parametrów (pojemności i rezystancji).
Dla porównania średni przebieg samochodu spalinowego, który trafia w Polsce na złom, wynosi niecałe 260 tys. km. Auta mają wówczas średnio 23 lata. Pokrywa się to także z danymi ankietowymi GUS, z których wynika, że przeciętny przebieg auta spalinowego użytkowanego w gospodarstwie domowym w Polsce wynosi zaledwie 13 tys. km rocznie (auta z instalacją LPG lub diesle pokonują średnio niespełna 15 tys. km/rok).
Degradacja na drodze mniejsza niż w laboratorium
Co ciekawe, VW ID.3 użytkowany w realnych warunkach drogowych Bawarii (miasto i autostrada, ładowane w domu i na szybkich stacjach) miało nawet mniejszą degradację niż w teście mającym odwzorować prawdziwe warunki. Po trzech latach i pokonaniu 60 tys. km degradacja w aucie drogowym wyniosła 1,9%, a w testach (gdzie ten przebieg uzyskano szybciej) było to 2,7%.
Wyniki potwierdzają to, co wielu użytkowników elektryków widzi po pierwszych 100-200 tys. km. Degradacja baterii współczesnych elektryków w realnych warunkach to zaledwie kilka-kilkanaście procent. Znacznie mniej niż można było dotychczas wyczytać w literaturze i innych badaniach laboratoryjnych. Kluczem jest dużo większe pojemność ogniw współczesnych elektryków i odmienny sposób użytkowania ich w realnych warunkach, względem testów laboratoryjnych. Chociaż są od tego wyjątki, o czym za chwilę.
W realnym użytkowaniu bateria odpoczywa w nocy, w laboratorium nie
Jak tłumaczą autorzy badań, standardowe testy laboratoryjne baterii samochodowych prowadzi się w ciągu zaledwie 14 tygodni. Ogniwa są w tym czasie dość szybko ładowane i rozładowywane (prądem 1C), a przerwy między cyklami są krótkie.
„W badaniach porównawczych wykazano, że syntetyczne testy przyspieszone prowadzą często do odmiennych mechanizmów degradacji niż te obserwowane w normalnym użytkowaniu […]. Z wcześniejszych badań wiadomo, że czas odpoczynku (rest time) po cyklu ładowania lub rozładowania ma istotny wpływ na procesy starzeniowe” – zauważyli naukowcy.
Zrelaksowany lit niechętnie kryje grafit
„W testach realistycznych, gdzie występowały okresy przerw między cyklami, rozkład litu był znacznie bardziej jednorodny. Przerwy te pozwalały na wyrównanie gradientów stężeń jonów i stabilizację reakcji elektrochemicznych w warstwie SEI. Dlatego obecność faz odpoczynku w cyklu pracy akumulatora ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia procesów degradacyjnych” – zauważyli autorzy badań.
Jak dodali, większość kierowców przejeżdża do 20 tys. km rocznie, z czego część w mieście i okolicach, a tylko część po autostradzie. W takim modelu użytkowania samochód stoi zaparkowany przez… 96% czasu. Ogniwa mają więc bardzo dużo czasu na „wyrównanie gradientów stężeń jonów”.
Mówiąc po ludzku: praca baterii polega na przepływie jonów litu (to atomy pozbawione jednego elektronu) między dwiema cieniutkimi foliami (elektrodami). Przy ładowaniu lub rozładowaniu czasami w jednym miejscu folii nazbiera się więcej jonów. Gdy auto stoi, jony równo rozlewają się po tych foliach, nie dopuszczając do tworzenia skupisk litu. Takie skupiska z czasem mogłyby się zamienić w mikroskopijne grudki litu i przestać kursować między foliami. Każda taka utrata kursujących jonów oznaczałaby spadek pojemności baterii.
Skoro nie przebieg, to wiek?
Ogniwa litowo-jonowe mają dwie podstawowe ścieżki degradacji: z powodu liczby cykli ładowania/rozładowania oraz z powodu wieku. Skoro w realnych warunkach to nie liczba cykli będzie ograniczeniem żywotności ogniw, bo auta z 1 mln km na liczniku to absolutna rzadkość, to znaczy, że trzeba skupić badania na degradacji z biegiem czasu – skonkludowali monachijscy badacze.
Nie jest to łatwe, bo badań starzenia ogniw w czasie, które trwałyby już co najmniej 10 lat, jest jak na lekarstwo i w dodatku pokazują one chemię ogniw, która była stosowana tę dekadę temu, podczas gdy co roku mamy w tym obszarze zauważalny postęp. Z kolei badania postarzające ogniwa w przyspieszonym tempie znowu odstają od realiów, bo baterie trzyma się np. non-stop w temperaturze 80 st. C.
Natomiast dotychczasowe analizy (np. naukowców z politechniki w Walencji) pokazują, że przy temperaturach na poziomie 10 st. C i mniej (także poniżej zera), degradacja z biegiem lat jest bardzo powolna. Po 20 latach przechowywania bateria litowo-jonowa może zachować w umiarkowanym klimacie ok. 80% pierwotnej pojemności. Gdybyśmy trzymali baterię rozładowaną w okolice 0% w lodówce, po 20 latach jej żywotność mogłaby przekraczać 95% i po naładowaniu byłaby jak nowa.
Średnia temperatura w Polsce to zaledwie 10 st. C, a przez zdecydowaną większość roku mieści się one w przedziale 0-20 st. C. To doskonałe warunki dla baterii. Szybciej starzeć będą się akumulatory elektryków znad Zatoki Perskiej czy z Kalifornii. Handlarze kupujący stare elektryczne nissany czy tesle z USA dobrze już o tym wiedzą. Dlatego dziś te auta ściągane są do Polski głównie z Norwegii. W Polsce można zakładać, że starzenie ogniw z powodu samego upływu lat, może wynosić 0,7-1% rocznie. Im częściej auto stoi z niskim poziomem naładowania, tym wolniej ogniwa będą się starzeć.
W momencie złomowania auta baterie będą mieć wciąż 60-80% SOH?
Zdaje się to potwierdzać także dość rzadki egzemplarz trzyletniego Volkswagena ID.5, którego przebieg nie przekracza nawet 8 tys. km. Żywotność akumulatora w tym aucie, podawana przez AAA Auto, które oferuje go na sprzedaż, wynosi 98%. Spadek wynikał głównie ze starzenia się ogniw, a nie liczby cykli ładowania. Nawet gdyby założyć 0,9% spadku pojemności z każdym rokiem, to 20-letnie baterie straciłyby w sumie 18% pojemności z powodu samego wieku. Dodając do tego utratę pojemności wynikającą z pokonania 250 tys. km (ok. 6%), otrzymamy 76% pierwotnej żywotności baterii w momencie, w którym przeciętny samochód spalinowy jest już w Polsce złomowany. Po 30 latach i 350 tys. km na liczniku, auto może mieć jeszcze ok. 65% pierwotnej pojemności baterii.
U tego samego sprzedawcy mamy jeszcze ciekawsze auto – Volkswagena e-UP z rocznika 2014 z przebiegiem ponad 113 tysięcy km. Auto ma obecnie żywotność baterii (SOH) na poziomie 82%. Wynik o tyle ciekawy, że mówimy o starej chemii ogniw i malutkiej bateryjce (zaledwie 16,8 kWh pojemności) bez aktywnego chłodzenia. Jeden cykl ładowania wystarczył jego posiadaczowi na zaledwie 100 km jazdy. To oznacza, ze bateria ma już za sobą ok. 1100 pełnych cykli ładowania (EFC). Na takiej liczbie ładowań współczesny VW ID.3 z baterią 79 kWh przejedzie 480 tys. km.
AAA Auto pokazało SOH ponad 200 volkswagenów ID.3 i ID.4
Poprosiliśmy sprzedawcę o dane z większej liczby aut niemieckiego producenta i udało nam się je uzyskać. Próba obejmuje ponad 200 pojazdów i dwa sposoby pomiaru żywotności (SOH) akumulatorów auta: niezależny (Aviloo) i odczyt bezpośrednio z komputera samochodu.
- ID.3 (58 kWh), wśród ponad setki egzemplarzy średni przebieg wyniósł 68 547 km, natomiast średni SOH 93,3% wg testu Aviloo i 92,1% wg odczytu z BMS auta,
- ID.4 (77 kWh), wśród niemal setki egzemplarzy średni przebieg wyniósł 79 354 km, a średni SOH 93,2% wg testu Aviloo i 92,9% wg odczytu z BMS auta,
− Interpretując dane, można stwierdzić, że po kilku latach eksploatacji utrata pojemności użytkowej wynosi średnio ok. 7%, co w praktyce przekłada się na spadek zasięgu o 20–30 km względem wartości fabrycznej. Jest to wynik plasujący się w ścisłej czołówce rynkowej, porównywalny z osiągami Tesli czy Hyundaia – komentuje w rozmowie z WysokieNapiecie.pl Rafał Olejnik, EV technology expert w AAA Auto.
− Tak niewielka degradacja świadczy o skutecznej strategii zarządzania cyklami ładowania i ochronie ogniw przed przegrzewaniem, co w dłuższej perspektywie przekłada się na wysoką stabilność wartości rezydualnej. W kontekście rynku wtórnego dane te mogą zwiększać atrakcyjność modeli ID.3 i ID.4, szczególnie wśród klientów indywidualnych, którzy dotychczas obawiali się szybkiej utraty pojemności baterii – dodaje Rafał Olejnik. Jak mówi, w sprzedaży AAA Auto oba modele należą do najszybciej rotujących (sprzedają się szybko po wystawieniu oferty).
Cykle w skrajnych temperaturach
O ile ogniwa NMC „lubią” przechowywanie w niskich (nawet ujemnych) temperaturach, a także bez problemu radzą sobie z rozładowywaniem na mrozie (sami testowaliśmy auto przy minus 32 st. C w Skandynawii), o tyle ładowanie ogniw w niskiej temperaturze szybko przyspieszyłoby ich degradację. I mamy na to tysiące badań. Jednak badania te nijak mają się do samochodów elektrycznych, bowiem system zarządzania baterią auta (BMS) ogranicza moc ładowania zimnej baterii.
Po podłączeniu auta stojącego na silnym mrozie, większość energii z ładowarki popłynie do układu ogrzewania baterii, a tylko niewielki (bezpieczny) prąd trafi do ogniw. Po kilku minutach, gdy ogniwa się rozgrzeją, moc ładowania wzrośnie, unikając degradacji ogniw. Aby od razu auto mogło ładować się pełną mocą, BMS na bazie nawigacji zwykle sam załącza już podgrzewanie baterii, gdy samochód dojeżdża do zaplanowanej ładowarki.
Zobacz także: Volkswagen vs Volvo: dwa podejścia do nawigacji i ładowania aut elektrycznych
Podobnie działa to w przypadku upałów. Wysoka temperatura (do 40-50 st. C) jest korzystna dla szybkiego ładowania baterii, ale zaraz po tym, BMS auta zaczyna chłodzić akumulator do ok. 30 st. C, bo już podczas jazdy i postoju, bardziej korzystna będzie niższa temperatura. Auto samo zajmuje się temperaturą ogniw tak, aby wydłuż ich żywotność.
Bateria na 620 tys. km przy testach a la producent auta
Bawarscy naukowcy, poza testami drogowymi auta oraz badaniami odzwierciedlającymi przeciętnego kierowcę, które dały fantastyczne rezultaty dla ogniw (wspomniane szacunkowe 1,5 mln km, gdyby nie istniało starzenie w czasie), sprawdzili jeszcze dwa scenariusze cykli ładowania/rozładowania ogniw.
Pierwszym był przyspieszony scenariusz laboratoryjny, czyli ten, którym posługują się zwykle producenci aut (ładowanie i rozładowanie prądem 1C, czyli z mocą 58 kW dla baterii o pojemności 58 kWh). Efekt? Starzenie akumulatora jest przyspieszone, ale spadek nadal jest tak powolny, że wskaźnik 70% żywotności VW ID.3 osiąga po ponad 1500 pełnych cykli ładowania/rozładowania, czyli po przejechaniu jakichś 620 tys. km (przy większej baterii, 79 kWh, byłoby to 840 tys. km).
Wyzwanie 1: cykl całkowicie autostradowy
Drugi scenariusz zakładał całkowicie autostradowy styl użytkowania samochodu. Po pierwsze, bateria ładowana jest przez noc do 100% (bo chcemy mieć duży zasięg rano), następnie rozładowywana w cyklu autostradowym (szybkie przyspieszenia i bardzo silnie doładowania podczas hamowania na autostradzie), po czym doładowana z dużą mocą (100 kW, czyli prawie 2C) od 20% do 80%, znowu rozładowywana w trybie autostradowym i przez noc znowu ładowana do 100%. W dodatku auto ma większe zużycie energii przy dużych prędkościach, więc na pokonanie 100 tys. km wyłącznie po autostradzie potrzeba o ponad połowę większej liczby ładowań niż przy pokonaniu takiego samego dystansu w mieście czy na drogach lokalnych.
Taki scenariusz użytkowania auta oznaczałby przedstawiciela handlowego pokonującego 365 dni w roku, po 375 km dziennie (ponad 11 tys. km miesięcznie) wyłącznie autostradami. To scenariusz, który nie jest wykluczony, ale dotyczyć będzie – strzelamy – jakichś 0,1% aut na rynku. Dla jasności, nie dotyczy to transportu ciężkiego, bo tam stosuje się inną chemię ogniw (LFP), o słabszych osiągach ale jeszcze większej trwałości.
Degradacja w scenariuszu autostradowym jest początkowo szybsza i już po 50 tys. km żywotność baterii spada do 95%, ale później znacząco spowalnia, aż po ok. 1400 pełnych cyklach ładowania (czyli 350 tys. km jazdy wyłącznie autostradowej), następuje przełamanie, powodujące bardzo szybką utratę pojemności przed osiągnięciem przez auto 400 tys. km przebiegu.
I takie sytuacje się zdarzają. Tomasz Gać, jeden z pierwszych użytkowników Tesli Model S w Polsce (auto z rocznika 2014), po 300 tys. km „katowania” amerykańskiej limuzyny głównie na długich, często transeuropejskich, trasach autostradowych i ładowania go głównie na superchargerach (auto ma dożywotnie darmowe ładowanie) doświadczył nagłego spadku pojemności ogniw i mocy ładowania. Punkt przegięcia nastąpił w okolicach 87%, co pokrywa się z wynikami testów autostradowych naukowców z Monachium. W aucie wymieniona została bateria i nadal jest ono użytkowane.
Takie przegięcie nie musi jednak wystąpić tak szybko, a być może nie wystąpi wcale w czasie eksploatacji baterii. Daniel Grzyb, w swojej wypożyczalni EV Rent ma Teslę Model S z rocznika 2016. Samochód zrobił już 580 tys. km, głównie po autostradach, gdzie wypożyczający często testują jego osiągi. Jak tłumaczy w rozmowie z WysokieNapiecie.pl, 70-80% ładowań odbywa się na szybkich stacjach (samochód także ma dożywotnie darmowe ładowanie na superchargerach).
Pomimo trudnych warunków eksploatacji, jego Model S nadal ma oryginalną baterię. Jej żywotność wynosi dziś 79%. Jak mówi, to nadal wystarczająca wartość do sprawnego poruszania się po całej Europie. Natomiast różnice widać w szybkości ładowania i mocy. Oprogramowanie nieco je przykręciło. Daniel nie oszczędza auta poza tym, że zwykle stara się użytkować baterię w zakresie od 10% do 80% pojemności.
Jego skumulowane oszczędności na paliwie do tej pory zapewne przekroczyły już 200 tys. zł, a razem z serwisami (np. klocki hamulcowe pierwszy raz wymagały wymiany po 300 tys. km) swobodnie może to być już bliżej 250 tys. zł względem podobnego auta spalinowego.
Z kolei Mateusz Maćkowski, swojego Hyundaia Ioniqa 5 (bateria 73 kWh) także użytkuje głównie na autostradach. W ciągu 4 lat przejechał nim 160 tys. km. Auto w zasadzie codziennie ładuje w domu do 100%, aby mieć rano pełen zasięg. W trasie natomiast doładowuje go na superszybkich stacjach, gdzie Ioniq 5 przyjmuje do 230 kW mocy (czyli 3C). Takie ładowanie odpowiada, według jego szacunków, za 80% dostarczanej do auta energii. Efekt? Ogniwa mają blisko 94% żywotności fabrycznej. Poza zasięgiem, efektem degradacji ogniw jest także mniejszy prąd ładowania na jaki pozwala BMS auta. O ile Hyundai początkowo lądował się z mocą maksymalna niemal 230 kW, to teraz jest to 210 kW.
Wyzwanie 2: taxi
Drugim poważnym wyzwaniem dla elektryka może być użytkowanie samochodu praktycznie non-stop, 24 godziny na dobę, blisko 365 dni w roku. To nie daje zbyt wiele czasu na równomierne rozłożenie się jonów litu na elektrodzie, o czym mówią naukowcy z Monachium.
Dwa lata temu spotkałem w Kopenhadze taksówkarza, który elektrycznym Volkswagenem ID.4 na przemian z ojcem, w dwa lata zrobił 160 tys. km przebiegu. Panowie ładowali elektryka wyłącznie na superszybkich stacjach. Czas na odpoczynek ogniw w tym aucie właściwie nie istniał. Efekty także dało się już zauważyć.
Nasz rozmówca pojechał do ASO, gdy auto zbliżało się do 160 tys. km przebiegu. Od pewnego czasu czuł już spadek zasięgu i jego przypuszczenia się potwierdziły. SOH baterii spadł poniżej 70%. Okazało się jednak, że winne temu było sześć ogniw, które zdegradowały się szybciej od pozostałych. Volkswagen wymienił je na gwarancji.
Taksówkarz pierwotnie planował sprzedać auto. Jednak, gdy tydzień temu odezwałem się do niego ponownie, okazało się, że nadal jeździ tym samym ID.4. Po czterech latach elektryk z Wolfsburga ma już 330 tys. km przebiegu i zasięg lepszy, niż dwa lata wcześniej. „Przy 80% naładowania auto pokazuje zasięg 250 km. Jeździ tak, jak powinno” – napisał mi Duńczyk.
Mamy jednak i takie doświadczenia, jak co najmniej dwóch kierowców z Francji, których kie e-Niro mają już ponad 500 tys. km przebiegu na oryginalnej baterii, pomimo, że co najmniej jedna z nich od początku służy jako taksówka, więc jest intensywnie eksploatowana. Auta nie miały badanej żywotności ogniw (staramy się skontaktować z właścicielem), ale według relacji prasowej, po 6 latach użytkowania i ponad 0,5 mln km przebiegu, właściciel nie odczuwa istotnego spadku pojemności akumulatorów. Średnie zużycie auta wynosi zaledwie 14 kWh/100 km, co przy baterii o pojemności 64 kWh, oznacza, że po 500 tys. km samochód ma nieznacznie przekroczonych 1000 ekwiwalentnych cykli ładowania (EFC). Jest bardzo prawdopodobne, że auto będzie w stanie dojść do 2000 pełnych cykli (1 mln km) przy wciąż akceptowalnej degradacji.
Elektryki z autostrad powinny mieć emeryturę na wsi?
Badania niemieckich naukowców i doświadczenia moich rozmówców wskazują po pierwsze, że żywotność aut elektrycznych – co do zasady – jest znacznie większa, niż sugerowały wcześniejsze testy laboratoryjne ogniw.
Po drugie pokazują, że pewne wzorce zachowań mogą przyspieszać degradację. Chodzi zwłaszcza o bardzo intensywne użytkowanie samochodu, gdzie problemy mogą – ale nie muszą –pojawić się w okolicach 200-300 tys. km przebiegu. Tam gdzie się pojawiły, auto cały czas było „katowane” w ten sam sposób (przez superszybkie ładowanie, często do 100%, a następnie szybkie rozładowywanie na autostradzie, wraz z impulsowym mocnym doładowywaniem przy hamowaniu z dużych prędkości lub przez użytkowanie auta dzień i noc, wraz z ładowaniem cały czas na szybkich stacjach). Miało też ponadprzeciętnie wysokie zużycie wynikające z oporów powietrza na autostradzie, więc wymagało większej liczby cykli ładowania niż przeciętnie użytkowane auto.
Badanie TUM może sugerować, że gdyby te auta były „katowane” tylko do ok. 200 tys. km przebiegu, a następnie trafiały do „normalnego” użytkownika, pokonującego te 10-20 tys. km rocznie, to mogłoby nie dojść do nagłego spadku żywotności baterii aż do końca życia tych aut, czyli ich złomowania bliżej 25 lat. Często jednak nawet tam, gdzie dochodzi do takich sytuacji, winne temu są pojedyncze ogniwa. Ich wymiana może uratować resztę baterii.
Błędy produkcyjne ogniw i akcje przywoławcze
Nagły spadek pojemności baterii po przekroczeniu 350 tys. km Volkswagenem ID.3 w trybie autostradowym, jakiego doświadczyli naukowcy z Monachium, może mieć jeszcze jeden powód, poza zwykłym starzeniem ogniw w trudnych warunkach użytkowania. Część pierwszych egzemplarzy wypuszczanych przez koncern z Wolfsburga miała, jak wynika z danych amerykańskiej NHSA, problem z jakością ogniw. Na taśmę co jakiś czas trafiały ogniwa, które po 100, 200 czy 300 tys. km intensywnego użytkowania (właśnie w takim schemacie autostradowym) degradowały się szybciej od pozostałych. Nawet jeżeli problem dotyczyłby tylko jednego ogniwa na 10 tysięcy, to oznaczałoby, że w 1% aut może dojść do takiego szybkiego spadku pojemności całej baterii. Dlaczego? Bo, jak już mówiliśmy, cały pakiet bateryjny musi dostosować się do jednego najsłabszego ogniwa, a takich ogniw w większej baterii modeli ID jest blisko setka. Może się więc zdarzyć tak, że bateria, która pokazuje np. 60% SOH, po wymianie tylko jednego z setki ogniw, odzyska 90% SOH.
W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie Volkswagen ogłosił, za pośrednictwem NHSA, akcję przywoławczą dla części modeli ID.4 właśnie z powodu wad pojedynczych ogniw. Autoryzowane serwisy zawsze powinny informować o akcjach przywoławczych dla samochodu, który obsługują. Jeżeli jednak korzystamy z auta importowanego lub serwisujemy go w niezależnym warsztacie, albo gdy planujemy zakup używanego elektryka, warto zawsze spojrzeć na akcje serwisowe, które ogłaszane są w USA przez NHSA, a w Europie przez Komisję Europejską, z możliwością wyszukania interesującego nas modelu. Z rozmów z naszymi czytelnikami wynika, że w Polsce także zdarzały się już takie wymiany baterii w ramach gwarancji lub akcji serwisowych.
Ostatnio podobną akcję przywoławczą w USA, dla części model 3 i Y z rocznika 2025, ogłosiła także Tesla.
Baterie też się naprawia
Trzeba też pamiętać, że spadek pojemności baterii, powodowany najczęściej przez pojedyncze ogniwa, nie oznacza konieczności wymiany całej baterii. – Akumulatory wysokonapięciowe samochodów elektrycznych Grupy Volkswagen objęte są 8-letnią gwarancją, do przebiegu 160 tysięcy kilometrów. W siei dealerskiej Volkswagen Group Polska jeszcze nigdy nie odnotowaliśmy konieczności wymiany całego akumulatora w ramach gwarancji. Zdarzały się wymiany poszczególnych modułów i po takiej naprawie pojemność całego akumulatora wyraźnie się poprawiała – tłumaczy nam Tomasz Tonder, dyrektor e-mobility VGP.
Część producentów schodzi już także do poziomu wymiany samych ogniw. Renault od lat regeneruje całe baterie w ASO poprzez wymianę pojedynczych modułów, jak robi to Volkswagen, ale zdemontowane w Polsce moduły trafiają do zakładu Renault we Francji, gdzie wymienia się w nich pojedyncze moduły i pakiet może wrócić na rynek. W nowych mniejszych autach Volkswagena taka opcja także się pojawi, bo w pakietach montowane będą tam ogniwa pryzmatyczne, czyli w twardszej aluminiowej obudowie, które można łatwiej wyjąć i wymienić.
Jak wydłużyć życie baterii?
Baterie samochodów elektrycznych lubią chłód i niski poziom naładowania gdy stoją zaparkowane. Nie przeszkadza im to także w trakcie jazdy. Natomiast przy ładowaniu potrzebują wyższych temperatur (20-50 st. C), ale o to zadbają sobie już same. Wolą też płytkie cykle pracy (ang. DoD), a zatem lepiej jest doładowywać baterię codziennie o 10% niż co drugi dzień o 20%. Wolą pozostawać przy niskim stanie naładowania, a zatem gdy jeździmy „wokół komina” i nie potrzebujemy większego zasięgu, lepiej jest utrzymywać auto w zakresie 30-50% niż 60-80%. Najbardziej szkodliwe dla baterii będzie np. naładowanie auta latem do 100% i pozostawienie na tydzień w opale (np. gdy lecimy na wakacje). Szybkie ładowanie przyspiesza starzenie baterii w niewielkim stopniu, bo auta potrafią dziś już dobrze zadbać o odpowiednią temperaturę i moc takiego ładowania.
Poniżej test żywotności redakcyjnej Tesli Model 3 LR RWD, rocznik 2023. Po 50 tys. km auto straciło 5,1% pierwotnej żywotności. Nie mając własnej ładowarki w garażu, ładujemy je niemal wyłącznie na stacjach publicznych (korzystamy z abonamentu sieci GreenWay lub korzystamy z kilku tanich ładowarek dostępny w aplikacji Elocity, więc koszty są przyzwoite). Oznacza to, że często samochód jest doładowywany do 100% i zwykle ma głębokie cykle ładowania (od 5-15% do 90-100%). Co najmniej połowa przebiegu po autostradach. Od tego momentu degradacja ogniw powinna już znacząco spowolnić i na koniec okresu wynajmu (3 lata, 75 tys. km) spodziewamy się ok. 6-6,5% degradacji.
Koszty wymiany baterii
A jeżeli już dojdzie do uszkodzenia lub głębokiego zużycia, to za ile wymienimy baterię? Mamy tu dwie ceny – jedną w ASO, o której najczęściej czytamy w krzykliwych nagłówkach, a druga w niezależnych serwisach. W praktyce w ASO baterie wymieniane są jedynie na gwarancji, a po jej upływie, kierowcy kierują się do niezależnych serwisów. Podobnie zresztą nikt nie wymienia raczej skrzyni biegów na nową w 10-letnim aucie z 300 tys. km przebiegu, bo koszt tej wymiany w ASO przekraczałby wartość auta.
Obecnie wymiana baterii dotyczy głównie najstarszych modeli. Po pierwsze, miały małe baterie (na 1000 cykli ładowania robią więc 4-6 razy mniejszy dystans, niż współczesne elektryki). Po drugie, często nie miały aktywnego kondycjonowania (chłodzenia lub ogrzewania) ogniw. W efekcie czego degradowały się one tam znacznie szybciej. Po trzecie, chemia ogniw sprzed 10-15 lat jest mniej dopracowana od dzisiejszej. Różnice dotyczą praktycznie wszystkich elementów ogniw (katody, anody, elektrolitu, substancji wiążącej). Wszystko to się zmieniło.
Dariusz Lubera, jeszcze jako prezes państwowego giganta energetycznego, grupy Tauron, w 2013 roku kupił demonstracyjne Mitsubishi i-Miev z salonu, z rocznika 2010. To samochód wyposażony w malutką baterię, o pojemności 14,5 kWh. − W chwili zakupu mogłem nim przejechać 130 km. Zasięg z czasem zaczął spadać, aż w okolice 60 km i przy przebiegu 115 tys. km bateria odmówiła już posłuszeństwa. W serwisie usłyszałem, że musiałbym czekać pół roku na ściągnięcie nowej baterii za 70 tys. zł, więc podziękowałem i wymieniłem na używaną, z SOH 96% za 30 tys. zł. Zasięg mam w zasadzie taki sam jak w chwili zakupu. Nadal nim jeżdżę – mówi w rozmowie z WysokieNapiecie.pl Dariusz Lubera.
Wspomniany już Tomasz Gać, gdy po 300 tys. km bateria w jego Tesli Model S zaliczyła nagły spadek pojemności i mocy ładowania, dostał do ASO dwie wyceny. – Za nową zaproponowali mi 90 tys. zł, a za regenerowaną 65 tys. zł. Ostatecznie wymieniłem baterię w niezależnym serwisie za 45 tys. zł na niemal nową, ale wiem, że dziś taka usługa kosztuje już tylko 35 tys. zł. Spadek cen używanych baterii widziałem na własnych modułach z tej wymienionej baterii. Pierwsze dwa sprzedałem po 3200 zł, potem kolejne po 3 miesiącach już po 2000 zł, a teraz moduły są warte po ok. 1000 zł, więc zostawiłem je, aby zrobić z nich stacjonarny magazyn energii – mówi nam Tomasz. Takich modułów jego auto miało 16. W zasadzie sprzedając je na części, Tomasz mógłby odzyskać większość kosztów wymiany poprzedniej baterii.
Dużo mniej, jak mówi inny z naszych czytelników, kosztuje dziś wymiana relatywnie małych (33 kWh) baterii w elektrycznych Renault Kangoo. – Te auta ściąga się dziś z Francji, jako 8-letnie, z małymi przebiegami, po 80 tys. km i żywotnością baterii powyżej 90%, za ok. 25 tys. zł brutto. Jednak, gdyby chcieć tam wymienić baterię na używaną, o żywotności rzędu 95%, to taka podmiana, razem z nową baterią, kosztuje dziś 10-12 tys. zł, bo ostatnio się o to dowiadywałem w serwisie – mówi.
Rośnie już jednak także rynek fabrycznie nowych baterii – zamienników. Polski serwis EV Workshop wstawia do starych nissanów leafów, produkowanych od 16 lat, fabrycznie nowe ogniwa CATL. Co więcej, w aucie, które fabrycznie schodziło z linii produkcyjnej z baterią o pojemności 21 kWh netto, mieści się teraz pakiet ogniw o pojemności 70 kWh. Taka wymiana kosztuje 44 tys. zł brutto, ale jeżeli chcemy mniejszy pakiet nowych ogniw, o pojemości 38 kWh, zapłacimy 24,8 tys. zł brutto.
− Samo auto na Zachodzie można znaleźć w bardzo dobrym stanie technicznym w cenie 12 tys. zł brutto. Sam ostatnio takie sprowadziłem. W cenie np. 36 tys. zł będziemy mieć więc elektryka z całkowicie nową baterią i zasięgiem większym niż gdy wyjechał z fabryki – mówi w rozmowie z WysokieNapiecie.pl Paweł Drozd, właściciel EV Workshop. Jak dodaje, Volkswageny za bardzo jeszcze do niego nie przyjeżdżają, ale pierwsze wymiany baterii ma tam już za sobą i spodziewa się, że za kilka lat także zaczną się pojawiać.
Drugie życie baterii
Co dzieje się z wymienionymi bateriami? W przypadku standardowej usługi EV Workshop stara bateria zostaje w serwisie, bo ma wartość w postaci gotowych modułów na użytek baterii stacjonarnych. – Jeżeli klient przyjedzie z baterią o wysokim SOH, to oczywiście po wymianie może ją sam lub za naszym pośrednictwem sprzedać. Ostatnio mieliśmy takiego klienta, kupił w Skandynawii auto z wysokim SOH, ale mniejszą baterią, więc od razu przyjechał do nas na wymianę jej na większą – tłumaczy. Starsza bateria o dużej żywotności zapewne trafi do innego klienta, ze znacznie starszym autem.
Porsche w swoich ładowarkach wykorzystuje stare moduły z elektrycznych Taycanów do… ładowania aut. Są one montowane w ładowarkach, aby obsługiwać najwyższe moce ładowania, bez konieczności dociągania do stacji ładowania dużego przyłącza energetycznego.
Z kolei w fabryce Audi w Ingolstadt moduły zdemontowane z aut, gdzie miały już zbyt małą żywotność w ocenie właściciela lub gwarancji, służą do zasilania wózków widłowych.
Wojna na Ukrainie pokazała natomiast, że baterie z aut elektrycznych znakomicie służą też jako zapasowe stacjonarne źródło zasilania. W najprostszych wersjach cała bateria, bez demontażu, może być podłączana do falownika, który dostarczy energię na potrzeby domu czy sklepu.
Recykling baterii samochodów elektrycznych
A co po okresie życia baterii w aucie i magazynie stacjonarnym? Pakiet baterii o pojemności ok. 80 kWh brutto waży ponad 400 kg i zawiera kobalt za ponad 2 tys. zł, nikiel za ponad 2 tys. zł, aluminium za 1 tys. zł i miedź o wartości prawie 3 tys. zł plus jeszcze trochę z pozostałych materiałów jak grafit, mangan, czy lit. W sumie da się z niej uzyskać pierwiastki o wartości blisko 10 tys. zł. Dlatego – wbrew dezinformacji, jaką czasami znajdziemy w mediach społecznościowych – zużyte baterie z samochodów elektrycznych nie tylko nie są wyrzucane do lasu, ale też mają niemałą wartość handlową.
Europa i świat mają dziś zdecydowanie większe zdolności recyklingu, niż wynosi ilość spływających do zakładów zużytych baterii. Wynika to częściowo z faktu, że ogniwa starzeją się często wolniej, niż zakładano pierwotnie, a w drugim życiu, jako magazyny stacjonarne, spędzają więcej czasu, niż oczekiwano. W efekcie firmy recyklingowe biją się dziś o zużyte baterie NMC i płacą za nie.
Polska, na tym rynku, ma dziś szansę na wyrośnięcie na lidera. Jesteśmy wciąż największym w Europie producentem ogniw litowo-jonowych (LG ES pod Wrocławiem zaopatruje m.in. takie marki jak Volkswagen, Skoda, Audi, Porsche, Ford, Renault, Fiat), rozwijamy swoje zdolności regeneracji i wymiany pakietów bateryjnych, a teraz na ogromną skalę rozwijamy możliwości recyklingu ogniw za sprawą – przede wszystkim – dwóch polskich firm: Wastes Service Group i Elemental Holding.
Elemental został niedawno dokapitalizowany przez Polski Fundusz Rozwoju, Europejskie Bank Odbudowy i Rozwoju oraz fundusz IFC należący do Banku Światowego. Wszystko po to, aby mieć pieniądze na nowy zakład recyklingu baterii oraz stworzenie joint-venture z amerykańskim Ascend Elements, w ramach którego w Zawierciu budowany jest pierwszy w Europie pełnoekranowy zakład przetwarzania czarnej masy, która dotychczas była eksportowana z Europy do Chin, Korei, Japonii lub Kanady, gdzie przerabiało się ją w energochłonnych procesach hydrometalurgii lub pirometalurgii.
Teraz czarna masa (czyli proszek ze zmielenia ogniw, zawierający nikiel, mangan, kobalt, aluminium, miedź, lit, węgiel, tworzywo sztuczne i śladowe domieszki innych pierwiastków z elektrolitu czy kleju) będzie przetwarzany w Polsce w najnowocześniejszej technologii w tej branży bezpośrednio na węglan litu oraz prekursor materiału aktywnego katody (pCAM). To niezwykle ważne, bo wszystkie ogniwa, jakie trafią do Europy z Chin, będą już mogły w Europie pozostać i służyć do tworzenia nowych ogniw, uniezależniając nas od chińskiej produkcji.
Zobacz także: Recykling baterii litowo-jonowych: Polska liderem UE
Za sprawą tego samego zakładu w Zawierciu, Polska jest dziś jednym z największych na świecie dostawców platyny na rynek. Urban mining, czyli wydobywanie minerałów ze zużytych urządzeń, jest dziś dla nas wielokrotnie większym źródłem platynowców niż produkcja KGHM. Elemental liczy na uzyskanie w tym roku ok. 7 mld zł przychodów z recyklingu i dalszego wzrostu tej kwoty za sprawą przetwarzania baterii litowo-jonowych. Technologie pozwalają dziś na odzyskiwanie ponad 95% surowców z baterii. Odpadem są głównie pozostałości plastikowej membrany dzielącej elektrody.
Zobacz takżę: najczęstsze pytania i odpowiedzi dotyczące samochodów elektrycznych i baterii litowo-jonowych
