[Тенденції автотехнологій] Чому батареї в різних автомобілях відрізняються? Частина 2: Глибокий аналіз У попередній статті ми зазначили, що батареї в різних автомобілях відрізняються. У цій статті ми розглянемо великі батареї для електромобілів. Вже масово виробляються два типи батарей: LFP і NMC. Їх відмінність полягає не у способі виготовлення, а у пріоритетах. Крім того, наразі розробляється твердотільна батарея. Чому саме літій-іонні батареї використовуються в електромобілях? Тому що їхня ємність на одиницю маси в кілька разів вища, ніж у свинцево-кислотних, що дозволяє перевозити достатню кількість електроенергії для руху автомобіля. Усередині цього типу батарей існують дві галузі: LFP — з акцентом на ціну та термін служби, NMC — для довгих відстаней. Обидва типи вже масово виробляються. LFP — це літій-залізо-фосфатна (LFP, Lithium Iron Phosphate) батарея, у якій катод виготовлений з заліза та фосфату замість нікелю та кобальту. За даними Міжнародного енергетичного агентства (IEA, International Energy Agency), понад половина всіх електромобільних батарей, встановлених у світі до 2025 року, були LFP, а їхня ціна за кВт·год була в середньому на 40% нижчою, ніж у NMC. Термін служби також довший: термін служби комірки зазвичай становить 3 000–5 000 циклів, тоді як у NMC — 1 000–2 500 циклів. Навіть при щоденному заряджанні до 100% навантаження менше, а температура, при якій може початися пожежа, у LFP становить близько 270°C, тоді як у NMC — 150–210°C. Це не означає, що пожежа неможлива, а лише те, що її складніше спровокувати. LFP використовуються в базових версіях Tesla Model 3 і Model Y, Ford Mustang Mach-E Standard Range (73 кВт·год) та Chevrolet Bolt 2027 року (65 кВт·год). NMC — це нікель-манган-кобальтова (NMC, Nickel Manganese Cobalt) батарея. Вона має вищу щільність енергії порівняно з LFP, тому на тій самій масі може проїхати далі. Щільність енергії на комірку: LFP — приблизно 90–205 Вт·год/кг, NMC — приблизно 150–300 Вт·год/кг. Проте NMC дорожча, має коротший термін служби і швидше деградує при щоденному заряджанні до 100%. Тому для автомобілів з NMC зазвичай рекомендується щоденне заряджання до 80%. Саме тому довгий пробіг використовує NMC. Недоліки LFP — це маса та низька ефективність при низьких температурах. Для подолання тих самих відстаней потрібна більш важка або більша батарейна система. При низьких температурах розрив стає ще більшим: при морозах LFP може втратити понад 30% запасу ходи, тоді як NMC — 15–25%. У регіонах з довгими зимами, таких як Мічиган, попереднє підгрівання батареї та контроль температури перед заряджанням стають такими ж важливими, як і запас ходи. Автомобілі з функцією попереднього підгріву батареї перед заряджанням мають значно швидший темп заряджання взимку. З точки зору діагностики ключовим є плоска крива напруги LFP. Комірки LFP під час зарядження в діапазоні 20–80% тримають напругу на рівні 3,2–3,3 В. Метод визначення залишкового заряду за напругою саме в цьому діапазоні практично не працює. Система управління батареєю (BMS, Battery Management System) повинна поєднувати кулонометричний метод (Coulomb Counting) з моделлю комірки та коригувати показники при повному заряджанні та повному розряджанні. При оцінці стану здоров’я батареї потрібно враховувати не лише напругу, а й стан заряду (SOC, State of Charge), стан здоров’я (SOH, State of Health), температуру та розбіжності між комірками. Якщо напруга нормальна, а запас ходи малий — спочатку перевіряйте SOC, SOH та розбіжності між комірками. Твердотільнi батареї — це наступний етап. Це батареї з твердим електролiтом замiсть рiдкого. CATL досягла стадiї прототипу 20 А·год з сульфiдним твердотiльним елементом і поставила цiль щiльностi енергiї 500 Вт·год/кг. Це поки що не технiчнi характеристики продукту, а лише цiль. CATL планує почати невелике серiйне виробництво у 2027 роцi та масове — близько 2030 року, але оцiнює розвиток цього технологiчного напрямку на рiвнi 4 з 9 ступенiв зрiлостi. Компанiя Greater Bay Technology (GBT) з Гуанчжоу оголосила про початок серiйного виробництва твердотiльних комiрок на лiнiї потужнiстю 1 ГВт·год 13 жовтня 2026 року, однак автомобiльна модель для їхнього застосування ще не визначена, а цiна, термiн служби та швидкiсть заряджання першого поколiння комiрок не оприлюдненi. Твердотiльнi батареї — це ще розроблювана технологiя, яку слiд спостерiгати.Отже, у приводних акумуляторах зараз LFP є стандартом, а для довгих перспектив слід стежити за NMC, а потім — за твердотільними. Питання про акумулятори тепер не «який акумулятор кращий?», а «для яких завдань ви встановлюєте акумулятор?». Для міських поїздок підходять LFP, для довгих — NMC, а твердотільні ще не мають ціни. Терміни LFP (літій-залізно-фосфатний): літій-іонний акумулятор з катодом на основі заліза та фосфату. Дешевий, довговічний, стійкий до тепла, але з низькою щільністю енергії. NMC (нікель-манган-кобальт): літій-іонний акумулятор з катодом на основі нікелю, мангану та кобальту. Висока щільність енергії, але дорожчий і коротшого терміну служби. Твердотільні акумулятори: акумулятори з твердим електролітом замість рідкого. Ще не досягли масового виробництва. Щільність енергії: кількість електрики, яку можна зберегти на одиницю ваги чи об’єму. Вимірюється у Вт·год/кг. BMS (система управління акумулятором): пристрій, що контролює напругу, струм і температуру комірок, а також керує зарядом і розрядом. SOC (стан заряду): відсоток залишкового заряду акумулятора. SOH (стан здоров’я): показник того, наскільки продуктивність поточного акумулятора нижча за новий. Кулонометрія (метод інтегрування струму): метод оцінки заряду шляхом інтегрування струму за часом. IEA (Міжнародне енергетичне агентство): міжнародна організація, що досліджує енергетичну політику та збирає статистику. Фото: CATL LFP прямокутна комірка Photo: Aeroid, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0