Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Dokážete si představit, že byste se v technických parametrech dnešních aut dočetli čas potřebný na natankování čtyř pětin nádrže? U elektromobilů je obdobná praxe běžná, proč?

Baterie je klíčovou součástí každého elektrického auta. Svými limity, zejména pak energetickou hustotou, dobou nabíjení a cenou už po dekády představuje hlavní, prozatím ne zcela překonatelnou překážku bránící masovému rozšíření elektromobilů. Přesto elektrická auta prodávána jsou a díky štědrým podporám na všech úrovních se jim daří lépe než dříve. A díky tomu jsou také získávány zkušenosti s chováním baterií při dlouhodobém používání běžnými uživateli.

Pro ty je jedním z nejdůležitějších parametrů kapacita baterií a také rychlost, s jakou je mohou dobít. Řidiči jsou dnes zvyklí na velmi jednoduché a rychlé doplnění energie do konvenčního auta u čerpací stanice, které během pár minut znamená prodloužení dojezdu klidně o více než 1 000 kilometrů. Něco takového je u elektrických aut absolutně nemožné.

Automobilky se ale právě proto snaží stavit dobu dobíjení do co nejlepšího světla, aby zákazníky dlouhým dobíjením neodrazovaly. Obvykle se tak při prezentaci dočtete, jak rychle ten či onen vůz dokáže nabít své akumulátory na 80 % své kapacity. Například Jaguar se chlubí tím, že nový I-Pace k potřebuje dobití na tuto úroveň 40 minut. I to je sice věčnost oproti pár minutám u benzinky, ale zní to lépe než hodiny.

Pomiňme nyní, že to vyžaduje elektrický výkon, který je zejména u nás dostupný málokde, zajímavá je jiná věc - oněch 80 procent. To je jako by vám Jaguar u F-Typu v technických údajích napsal, že 80 procent palivové nádrže naplníte za 3 minuty - je to zdánlivě zbytečně neúplný údaj. A neuvádí jej jen Jaguar, naprostá většina automobilek se vyhýbá přesnému údaji o nabití akumulátorů do plného stavu a je skutečně obtížné najít údaje o čase pro doplnění energie na 100 procent. Proč tom tak je?

Klíčové je, že to lépe vypadá, není to ale tak, že si dobití zbylých 20 procent můžete snadno dopočítat jako dolití poslední pětiny palivové nádrže. Nabíjení akumulátorů je nelineární proces a poslední pětina celkové kapacity se dobíjí nesrovnatelně déle, než ty předchozí čtyři. A i to má své důvody.

Jsou jimi chemické a fyzikální procesy, které v bateriích při nabíjení a vybíjení probíhají. Nejčastěji se dnes v automobilovém průmyslu využívají lithium-iontové (zkráceně Li-ion). Název vznikl podle iontů lithia, které během vybíjení baterie putují elektrolytem ze záporné elektrody (anoda) na kladnou (katoda), během nabíjení opačně. Během pohybu ionty Li+ přenášejí elektrický náboj.

Cesta iontů mezi elektrodami s opačnými póly vede přes porózní membránu zvanou separátor, který udržuje katodu a anodu odděleně, aby nedošlo k elektrickému zkratu. Separátor propouští jen zmíněné ionty lithia a nutí elektrony cestovat jinou cestou, tedy přes k baterii připojený elektrický obvod.

Během nabíjecího cyklu posílá zdroj do baterie větší proud o stejné polaritě, než je baterie schopná vyrobit sama, a tím jsou ionty lithia nuceny přejít na zápornou elektrodu vytvořenou z porózního uhlíku. Na první pohled jednoduchý proces se se zvyšujícím se nabitím a tím i napětím baterie komplikuje. Pro bateriové články Jaguaru I-Pace je přirozené napětí rovné přibližně třem voltům, maximální nabíjecí napětí je 4,2 voltu. Britové do svého prvního plně elektrického crossoveru vložili 90 kWh baterii složenou ze 432 článků, které společně dávají hodnotu cca 450 voltů. Většina veřejných rychlých nabíjecích stanic poskytují okolo 480 až 500 voltů.

Ve chvíli, kdy se napětí článku začne blížit k 4,2 voltům, zvyšuje se vnitřní elektrický odpor článku a tím i rostou tepelné ztráty. Proud, který prochází baterií, musí být snížen, aby nedošlo k překročení maximální teploty a zničení baterie. Toto nezbytné preventivní opatření zpomaluje dobu nabíjení posledních 20 procent kapacity baterie, proto poslední část trvá nejdéle.

Jedním z důvodů rostoucího odporu je postupné zaplnění volných pórů na uhlíkové anodě. Je to jako s prázdným stadionem, kam jsou vpuštěni diváci - první ve frontě si vyberou místa k sezení hned a ještě dlouho mohou lidé bez komplikaci volně přicházet. Poslední zájemci ale musí dlouze shánět volné sedačky po celém areálu.

Technologie zatím nedovolují proces nabíjení zrychlit. Urychlení zvyšuje teplotu, která má negativní účinky na články a chemické reakce uvnitř. Pokud by bylo překročeno maximální nabíjecí napětí, ionty by se mohly na anodě usadit tak pevně, že by se při vybíjení už nedokázaly uvolnit a článku by se tak snížila kapacita. Proto je nutné nabíjení ke konci zpomalit, čímž se prodlouží i doba připojení elektromobilu do zásuvky.

Jak moc? Klidně na dvojnásobek, bude to záležet jen na konstrukci toho kterého akumulátoru. Například Jaguar tvrdí, že závěr dobíjení zvládají jeho baterky lépe než ty starší Tesly, konkrétní data ale neuvádí. Pokud máte s elektromobily větší zkušenosti, podělte se o tyto časy s námi - docela by nás zajímalo, kolik dobití oněch posledních 20 procent zabere u různých elektrických aut, která si dnes můžete koupit. Samozřejmě s použitím rychlého dobíjení...

Zdroj: Jalopnik

Mirek Mazal