Тяговый аккумулятор: цена, срок службы, запас хода, морозы, быстрые зарядки
Первые и самые главные вопросы об электромобиле всегда касаются его аккумулятора. И если о запасе хода все уже более-менее известно, то вопрос потери емкости АКБ остается открыт. Но все-таки уже есть наблюдения и реальный опыт эксплуатации Nissan LEAF в Украине: тяговая АКБ теряет около 10% своей емкости в первые 50 тыс. км пробега для 2-3-летних электрокаров и около 20% емкости при пробегах около 100 тыс. км для 5-летних Nissan LEAF. Однако затем процесс потери емкости АКБ замедляется – нередко встречаются случаи, когда при пробегах более 100 тыс. км в 5-7-летних Nissan LEAF деградация АКБ практически останавливается и емкость аккумулятора сохранялась на отметке 2/3 от первоначальной. Кроме того, деградация аккумулятора отличается для разных модификаций Nissan LEAF, поскольку использовались разные типы АКБ: первый тип – 24 кВтч 2010-2012 г.в. (2011-12 МГ, модельный год); второй тип – 24 кВтч 2012-2014 г.в. (2013-14 МГ), третий тип – 24 кВтч 2015-2016 г.в. (2015-16 МГ), четвертый тип – 30 кВтч.
Во всей конструкции электромобиля самые главные вопросы всегда «крутятся» вокруг его аккумулятора: запас хода, старение АКБ со временем (деградация), цена ремонта или замены, условия эксплуатации. Неудивительно, ведь АКБ – это самый дорогой узел электрокара: от $3 тыс. за «б/у» до $6 тыс. за новый аккумулятор (24 кВтч).
Менее всего подвержен деградации аккумулятор 24 кВтч на Nissan LEAF 2015 и позже – свежие 2-3-летние электрокары едва потеряли 10% от первоначальной емкости АКБ и сегодня без проблем летом проезжают 130-150 км на одной зарядке АКБ (зимой 100 км). Самые первые Nissan LEAF (2011-2015 г.в.) обладают не столь стойкими аккумуляторами. Добавьте к этому изначально меньший обещанный пробег – вот и получаем Nissan LEAF с пробегом 100 км на одном заряде АКБ (зимой 70-80 км). Версии Nissan LEAF 30 кВтч пока под вопросом: слишком новый электрокар, сложно что-то однозначно утверждать. Но деградация АКБ на 10% за 1-2 года и 10-20 тыс. км есть и здесь, а больший пробег они еще не накатали.
На «здоровье» аккумулятора прямо влияют условия его эксплуатации и зарядки. К примеру, аккумулятор не любит коротких поездок и частых мелких подзарядок. Так, если вы ежедневно проезжаете 20 км, при этом аккумулятора хватает на 100-150 км езды, то лучше его заряжать не каждый день, а раз в 3-5 дней – т.е. АКБ лучше работать в зоне 20-100%, а не в зоне 80-100% от своей номинальной емкости.
Интересные данные о деградации (потере емкости) АКБ от сайта PUSHEVS: проверено почти 300 электрокаров, получено почти 1,4 тыс. точек SOH (State of Health, общий уровень состояния АКБ).
Интересное наблюдение: после длительной стоянки и транспортировки (из США в Украину) в режиме «20-100% зарядки» нередко аккумуляторы «раскатываются» и со временем обеспечивают больший запас хода, чем был изначально при покупке. Реальный опыт показывает, что за время длительной стоянки и транспортировки «просадка» АКБ может достигать 4% – вот эти проценты и можно со временем вернуть.
Кстати, состояние аккумулятора электромобиля Nissan LEAF можно проследить с помощью программы-приложения LEAF Spy для смартфонов (есть версии под Android и iOS, для использования программы требуется OBD-адаптер). Плюс можно увидеть ряд других важных параметров, просматривать коды ошибок, узнать количество быстрых/стандартных зарядок, даже управлять некоторыми сервисными функциями Nissan LEAF (зависит от версии программы). Общее состояние АКБ в программе LEAF Spy оценивается показателем SOH (State of Healt), результат выдается в виде процентов. И после правильной «раскатки» АКБ электрокара цифры показателя SOH – равно как и реальный запас хода от одного полного заряда аккумулятора – становятся лучше!
Первый и главный экран программы LEAF Spy: смотрим на показатель SOH – это общее состояние АКБ. В нормальном подержанном электрокаре он не должен быть ниже 80-85% (дальше можно АКБ «раскатать»). Но и показатель «100%» в данном случае опасен – значит, что перед продажей данные сбросили. Лучшие показатели: диапазон 80-98%. Каждая вертикальная линия – это состояние отдельной-взятой спаренной пластины; всего их 96 и они упакованы в 48 ячеек (для АКБ 24 кВтч). Красная линия – пластина-ячейка балансируется в данный момент, синяя линия – уже сбалансирована.
Теперь несколько слов о «быстрых» и «медленных» зарядках и их влиянии на аккумулятор. «Медленными» зарядками (или т.н. «ночная зарядка») аккумулятора принято называть зарядку от обычной розетки длительностью 8-10 часов для АКБ 24 кВтч. Ее разновидностью может быть «ускоренная» зарядка от специальной зарядной станции мощностью до 22 кВт, которых много в Украине – в этом случае и при наличии более мощного преобразователя (6,6 кВт) полностью зарядить аккумулятор 24 кВтч можно примерно за 3-5 часов. Эти два типа зарядок объединяет то, что всегда использует внешний источник переменного тока. Затем встроенный преобразователь Nissan LEAF превращает переменный ток в постоянный и отправляет к тяговому аккумулятору для зарядки последнего. А вот когда речь идет о «быстрой» зарядке, то обычно подразумевают зарядку постоянным током высокого напряжения и мощности (около 400 В и 50 кВт) который идет в аккумулятор напрямую – для этого нужен разъем CHAdeMO. Принято считать, что «быстрая» зарядка приводит к износу аккумулятора – но это не всегда так! В режиме «быстрой» зарядки, из-за высокой мощности, аккумулятор может нагреваться: вот, что для него опасно – ведь встроенной системы охлаждения нет. И при сильном нагреве АКБ могут происходить нарушения химических процессов в ячейках аккумулятора. Но обязательно учтите температуру окружающей среды. В летнюю жару «быстрая» зарядка может перегреть и навредить аккумулятору. Но в зимние морозы все наоборот – «быстрая» зарядка нагреет аккумулятор до оптимальной температуры и он сможет принять больше электроэнергии. Поэтому здесь следует неожиданный вывод: да, порой в сильную летнюю жару «быстрая» зарядка может навредить, но зимой все наоборот – «быстрая» зарядка может улучшить состояние аккумулятора.
Не хотите рисковать – используйте обычные «медленные» и «ускоренные» зарядки мощностью до 22 кВт. Цена такой зарядки составляет $500-1000 в зависимости от производителя и максимальной мощности — это оптимальный вариант для офиса и дома. Потери электроэнергии при зарядке составляют 5-10%. Опасность «быстрых» зарядок CHAdeMO сильно преувеличенна. Мало того, зимой они могут послужить во благо, наконец, прогрев АКБ электромобиля после морозов.
Теперь к вопросу ремонта и замены аккумулятора. Здесь отметим, что как такового полного выхода из строя АКБ не случается. Его корпус герметичен, он не боится воды, управляющие блоки внутри аккумулятора обычно служат без проблем, а ячейки упакованы в прочную капсулу-корпус, который можно пробить лишь при наезде на огромный камень, булыжник, валун (сравнимо с тем, как можно пробить картер ДВС, то есть это экстренный случай). Главная проблема, из-за которой приходится что-то делать с аккумулятором Nissan LEAF – это деградация и уменьшение запаса хода. Здесь есть несколько вариантов решения.
Во-первых, «раскатывать» электромобиль и его аккумулятор, как было описано выше – самый простой, доступный, мало-затратный способ. Для чего это нужно? Для того, чтобы сбалансировать ячейки, из которых состоит АКБ. Не секрет, что весь аккумулятор Nissan LEAF (как и других электромобилей) являет собой наборной пакет из маленьких аккумуляторных ячеек: в случае с АКБ 24 кВтч – это 48 ячеек по 0,5 кВтч каждая. Система управления аккумулятором – модуль LBC (Li-Ion Battery Controller) – отслеживает состояние каждой из них и прекращает зарядку, когда любая ячейка уже полностью заряжена, но ведь другие могут быть еще не заряжены! В итоге из-за одной ячейки полностью не заряжается весь аккумулятор – вот и причина уменьшения пробега.
Аккумулятор Nissan LEAF состоит из подобных ячеек. В стандартном АКБ 24 кВтч их 48 штук. Цена каждой отдельно-взятой ячейки – $100-150 (б/у). Для АКБ 30 кВтч использованы двойные ячейки: их меньше в два раза, но и цена каждой ячейки в два раза выше.
Есть второй, более радикальный способ решения проблемы – замена «плохих» ячеек. В этом случае требуется снятие аккумулятора, его полная разборка, раскрепление контактов, замена ячейки или нескольких ячеек, последующая обратная сборка. Данный способ не лишен трудностей: большой вес АКБ (270-290 кг в зависимости от емкости), нужно демонтировать аккумулятор из электромобиля, раскрутить корпус и разрезать герметик, затем необходимо раскреплять и заново соединять электрические контакты, требуется правильно выставить ячейки и не забыть нанести герметик между половинками корпуса при обратной сборке. Но данный способ имеет свои плюсы: никаких конфликтов между блоками управления электрокара (что бывает при полной замене АКБ), можно убрать «корень» проблемы. Да и цена вопроса не так велика – $100-150 за ячейку для АКБ плюс оплата работы. Ввиду сложности и трудоемкости операции (на все требуется 1-2 дня) за саму работу придется отдать около $500 без учета затрат на покупку новых ячеек.
Аккумулятор установлен в днище электрокара, но пробить или затопить его сложно: корпус очень прочный и герметичен с завода.
Наконец, радикальный способ – это полная замена аккумулятора. Еще пять лет назад полной заменой АКБ пугали из-за цены батареи: назывались цифры около $8-10 тыс. без учета работ. Тем не менее подобных операций никто не проводил, так как аккумуляторы были относительно «свежие» и обеспечивали достаточный пробег. Примерно два-три года назад начались первые ремонты и замена ячеек, как описано выше – это был простой и недорогой способ несколько восстановить «здоровье» аккумулятора. Но сегодня вектор ремонта снова повернулся в сторону полной замены аккумулятора. Почему? Потому, что если наблюдается примерно одинаковое падение емкости всех ячеек АКБ, то заменой одного-двух элементов ситуацию заметно не улучшить. Да и аккумуляторы заметно подешевели. К примеру, сейчас АКБ 24 кВтч можно купить за $3-4 тыс., а модификация АКБ 30 кВтч обойдется в $4-5 тыс. Во всех случая речь идет об аккумуляторах в состоянии «легкое Б/У», снятых с битых электромобилей. Но это относительно свежие и «здоровые» АКБ (SOH более 90%). Что почти сравнимо с ценами в фирменной программе Nissan по замене АКБ: $3-6 тыс. Но в Украине заменить АКБ по этой программе вы пока не сможете.
Однако с полной заменой аккумулятора есть нюансы. В электромобиле Nissan LEAF установлено несколько модулей управления: главный общий блок управления VCM (Vehicle Control Module) и уже упомянутый выше блок управления аккумулятором LBC. При полной замене аккумулятора они могут не понимать друг друга – в этом случае электромобиль не запустится, будет масса ошибок. Проблема решается компьютерной адаптацией, порой требуется замена одного из модулей. К примеру, другой блок управления LBC – это примерно $500. Но все зависит от конкретной версии электромобиля и устанавливаемого аккумулятора. Если говорить о Nissan LEAF 2015 и более новых моделях, то вместо штатного АКБ 24 кВтч без существенных проблем можно установить АКБ 30 кВтч, а вот на более старые LEAF – нет, ведь их блок управления VCM попросту не знает варианта «АКБ 30 кВтч».
Самый популярный аккумулятор Nissan LEAF: 24 кВтч и 48 ячеек ($100-150 за штуку). Есть варианты со встроенным подогревом АКБ (автоматически включается при -17-20 мороза, прогрев АКБ до -10 градусов, потребляет 150-200 Вт в час, то есть около 1-2% заряда АКБ за ночь) или без подогрева. Последние версии Nissan LEAF первого поколения опционально получали АКБ 30 кВтч, где использовались спаренные ячейки – их в два раза меньше, но они в два раза дороже. Емкость АКБ можно определить по запасу хода, во время диагностики, по четвертой цифре VIN-кода: А – 24 кВтч, В – 30 кВтч (для рынка США).
Кратко об аккумуляторе – все