NMC, NCA та LFP акумулятори електромобілів – в чому їх різниця та скільки слугуватимуть

Тягова батарея — найважчий, найскладніший і найдорожчий вузол електромобіля. Як правило, вона знаходиться під днищем машини. Від ємності акумулятора (в числі інших факторів) залежить дальність ходу та швидкість заряджання електромобіля.

Влаштування акумулятора електромобіля

Тягові акумуляторні батареї електромобілів складаються з кількох блоків-модулів, усередині яких знаходяться комірки (елементи живлення) у вигляді призм або циліндрів.

Елементи складаються з катода (позитивний полюс), електроліту, сепаратора та анода (негативний полюс). Заряджені частинки (іони) переміщуються від катода до анода через сепаратор при зарядці та у зворотному напрямку – при розрядці.

Тягова батарея електромобіля працює під високою напругою – мінімум 350-450 В. Деякі марки електромобілів вже перейшли на 800-вольтову архітектуру, серед них Porsche, Audi, Rimac, Kia, Hyundai. А Lucid Air використовує вже 900 В. Збільшення вольтажу дозволяє заряджати електромобіль швидше, тому що за одиницю часу акумулятор отримуватиме більше електрики від зарядної станції за тієї ж сили струму. Крім того, можна використовувати дроти меншої товщини без ризику їх перегріву.

Кожен осередок обладнаний власними датчиками температури та контролером для безпечної зарядки та захисту від перегріву. Якщо будь-який елемент виходить з ладу, електроніка відключає його від заряджання, щоб мінімізувати ризик внутрішнього пошкодження акумулятора.

Типи батарей для електромобілів

Для виготовлення акумуляторів електромобілів використовують різні хімічні елементи. Залежно від цього виділяється два основні типи акумуляторів – літій-іонні та літій-залізо-фосфатні. Літій-іонні, у свою чергу поділяються на нікель-марганець-кобальтові та нікель-кобальт-алюмінієві.

Три основні типи літій-іонних акумуляторів

NMC – нікель-марганець-кобальтові батареї

Переваги

• Висока щільність енергії
• Вища швидкість заряджання, ніж в інших видів батарей
• Придатність для вторинної переробки

Недоліки

• Коротший життєвий цикл
• Підвищений ризик теплового розгону
• Неекологічні, дорогі матеріали

Ключовою перевагою акумуляторів NMC є більш висока щільність енергії, що досягає приблизно 250 Втч/кг, що означає, що вони можуть забезпечити більшу дальність поїздки за рахунок більшої кількості енергії обсягом кожного елемента і займають мало місця. Однак через це їх елементи мають меншу термічну стабільність і схильні раніше досягати точки термічного розгону — небезпечної ланцюгової реакції нагріву, що викликає пожежу.

Акумулятори NMC використовують такі електромобілі, як Polestar 2, BMW iX3, Volvo EX30, Tesla Model Y та Model 3 у версіях Long Range та Performance.

NCA – нікель-кобальт-алюмінієві батареї

Переваги

• Немає марганцю, менше кобальту (екологічність)
• Поділяє переваги NMC

Недоліки

• Поділяє недоліки NMC
• Нечасто зустрічається в електромобілях

Літій-іонні батареї з нікель-кобальт-алюмінієвим (NCA) катодом в основному схожі на NMC. Однак у NCA марганець замінений на більш екологічний алюміній, а в катоді використовується менше кобальту.Тому вони, як і раніше, мають схожі з NMC переваги та недоліки щодо дальності ходу, зарядки, довговічності та термічної безпеки.

Акумулятори NCA встановлені на електромобілях Audi Q8 e-Tron та Tesla Model 3 до 2021 року.

LFP – літій-залізо-фосфатні батареї

Переваги

• Більш тривалий термін служби
• Дешевше у виробництві, що дозволяє створювати доступніші EV
• Нижчий ризик теплового розгону

Недоліки

• Нижча щільність енергії, важчі
• Більш чутлива до температури заряджання
• Як і раніше, використовується літій, менш придатний для вторинної переробки.

Літій-залізо-фосфатні (LFP) акумулятори позбавлені недоліків літій-іонних. Вони безпечніші, мають більш тривалий термін служби і витримують 3000–5000 циклів зарядки до значної деградації — приблизно вдвічі більше, ніж літій-іонні NMC та NCA.

Зарядка до 100 відсотків не впливає на здоров’я батареї LFP, що дозволяє сміливо використовувати весь доступний запас ходу і рідше зупинятися на зарядних станціях. Регулярне повне заряджання навіть вітається для того, щоб відкалібрувати елементи.

Будучи більш стабільним, LFP акумулятор також менш схильний до теплового розгону у разі короткого замикання або сильного удару; його безпечніше експлуатувати в умовах екстремально низьких та високих температур. Однак батареї LFP важчі і мають нижчу щільність енергії до 150 Втч/кг. Тому вони забезпечують менший запас ходу, ніж літій-іонні аналогічного розміру.

Крім того, літій-залізо-фосфатні акумулятори більш чутливі до низьких температур, що призводить до зниження швидкості заряджання постійним струмом в холодну пору року.

Батареї LFP можна побачити на електромобілях BYD Dolphin, Ora Funky Cat, BYD Seal, а також Tesla Model 3 та Model Y у задньопривідних версіях.