Почему мы рады появлению аккумуляторов LFP
С каким нетерпением команда Recurrent ждет 2024 года? Помимо улучшения нормативно-правовой базы, например, переноса налоговых льгот на подержанные EV, и появления новых интересных моделей электромобилей (привет ID.Buzz, EV9 и Aptera!), мы с нетерпением ждем появления новых технологий - особенно расширения использования литий-железо-фосфатных (LFP) батарей такими брендами, как Ford, Rivian, Fisker и GM.
Tesla уже несколько лет участвует в игре с LFP, используя эти батареи в своих моделях стандартного ряда по всему миру. В США это в основном Model 3 SR+, в то время как в остальном мире доступ к моделям стандартного диапазона Model Y на основе LFP также имеется. Отметим, что Tesla по-прежнему использует никелевые химические элементы, в основном NCA (никель-кобальт-алюминиевый оксид) в своих моделях с большой дальностью хода и высокой производительностью, а в некоторых старых моделях - NMC (никель-марганец-кобальтовый оксид).
В перспективе до 2024 года мы ожидаем увеличения количества Mustang Mach-E (VIN-коды "K3R4"), оснащенных LFP-пакетами - в настоящее время в нашем парке только два таких Standard Range. Ими оснащен Fisker Ocean начального уровня, а на горизонте маячит выпуск LFP Rivians". Компания BMW заявила, что инвестирует в эту технологию с расчетом на выпуск в 2025 г., а перспективное заявление GM обещает LFP-пакеты в обновленном Bolt EV.
Любопытно, какая политика и экономия средств побуждают к такому переходу?
Пока мы ждем появления на улицах новых моделей с LFP и наших данных, компания Recurrent собирает и анализирует данные по стандартному диапазону Model 3, чтобы понять, как эти батареи работают в реальных условиях.
Но почему компания Recurrent так заинтересована в железофосфатных, или LFP, батареях?
- Экономия средств. Батареи LFP дешевле в производстве, а это означает более доступные электромобили для более широкого круга покупателей. Стоимость элементов NCA составляет около 120,30 долл. за кВт-ч, NMC - около 112,70 долл. за кВт-ч, а LFP - всего 98,50 долл. за кВт-ч.
- Более длительный срок службы. Батареи LFP имеют более длительный срок службы, то есть их можно использовать от полного заряда до разряда (или эквивалентного ему) большее количество раз, чем батареи NCA или NMC.
- Более устойчивы к старению от быстрой зарядки. Хотя предварительные результаты испытаний Tesla показали, что периодическая быстрая зарядка не оказывает резкого краткосрочного влияния на запас хода, лабораторные исследования показали, что батареи NCA и NMC чувствительны к долгосрочной деградации в результате частой высоковольтной и высокотемпературной зарядки. То же самое не всегда верно для LFP-батарей. Это объясняется тем, что LFP-батареи имеют трехмерную кристаллическую структуру и могут выдерживать высокие температуры, не разлагаясь.
- Низкий риск возгорания. Возгорания литий-ионных аккумуляторов обычно происходят из-за экстремальных температурных условий и вызываются так называемым тепловым разгоном, который происходит, когда температура элемента питания превышает определенный предел. Для LFP-аккумуляторов температура выхода из строя составляет 270 градусов Цельсия, в то время как для NMC она составляет 210 градусов, а для NCA - 150 градусов. Это делает их абсолютно безопасными для использования в дорожных условиях.
И хотя мы рады внедрению технологии LFP, мы все же ученые и хотим упомянуть о компромиссах, которые возникают при использовании LFP-пакетов.
- Более низкая плотность энергии. LFP-батареи дают примерно на 30% меньше энергии в батарее того же размера. Это означает, что если вы хотите получить такой же запас хода, как и в автомобиле с NCA, вам необходимо добавить больше батарей, что означает увеличение веса и веса оборудования. Для некоторых моделей это означает и несколько меньшую скорость разгона 0-60.
- Худшие характеристики при отрицательных температурах. Исследования показали, что LFP-аккумуляторы, исходя из их состава, имеют существенные проблемы при низких температурах, включая плохую проводимость и медленную диффузию литий-иона. На практике это означает низкую скорость заряда при температуре ниже -20 °C (-4 °F). NCM-аккумуляторы работают значительно лучше, с более высокой степенью сохранения емкости и поляризации. Однако возможно, что более совершенная и агрессивная терморегуляция сможет нивелировать влияние холодной погоды.
Здесь мы расскажем вам о некоторых других преимуществах LFP-аккумуляторов, используя предварительные данные по более чем 700 Tesla Model 3 на базе LFP в сравнении с 340 моделями Model 3 на никелевой основе в парке компании Recurrent за последний год.
Холодная погода
Еще один момент - холодная погода. Пока мы не видим ни одной модели Model 3 в очень холодных регионах США, но есть вопросы о том, насколько хорошо заряжаются аккумуляторы при очень низких температурах (ниже -20 °C (-4 °F)). Однако, несмотря на то, что скорость зарядки при очень низких температурах будет снижена, производительность LFP и мощность во время движения не должны пострадать.
Авторы обзоров и участники испытаний в Канаде, Норвегии и других странах с ледяным климатом сообщают, что потеря дальности хода даже при использовании предварительного кондиционирования может быть на несколько процентов выше, чем в случае с NCA Model 3. Для ускоренной зарядки аккумуляторов LFP также может потребоваться больше времени.
Максимальная скорость зарядки
Что мы видим: Водители автомобилей Tesla с батареями LFP заряжают аккумуляторы свыше 90% гораздо чаще, чем водители Tesla с батареями без LFP. Большинство моделей без LFP поддерживается в состоянии заряда от 50% до 90%, в то время как большинство автомобилей с LFP заряжаются от 90% до 100%.
Почему это важно: LFP-аккумуляторы лучше держат высокий уровень заряда, а это значит, что регулярная зарядка до 100% может не вызывать такого ухудшения характеристик, как в случае с аккумуляторами другого химического состава.
Итак... Заряжать до 100% или до 80%?
Один из наиболее частых вопросов, касающихся зарядки, мы получаем от владельцев LFP Tesla, которые интересуются, почему наши рекомендации по зарядке противоречат рекомендациям Tesla. В то время как Recurrent рекомендует поддерживать заряд всех батарей в диапазоне от 30% до 80%, Tesla говорит водителям LFP, что для ежедневных поездок можно заряжать батареи до 100%, и рекомендует делать это не реже одного раза в неделю.
Почему такое расхождение? Две причины:
- Известно, что химические элементы LFP лучше выдерживают высокую степень заряда, чем батареи NCA или NMC. Это означает, что батарея LFP, регулярно заряжаемая до 100%, со временем деградирует меньше, чем другая батарея, подвергаемая аналогичной обработке. Поскольку LFP-аккумуляторы имеют меньшую плотность энергии, дополнительный заряд означает эквивалентную дальность поездки для автомобилей с такими аккумуляторами. Однако для всех литий-ионных батарей отказ от полного заряда продлевает срок службы. Просто в случае с LFP-батареями это изменение может быть не столь заметным.
- Система управления батареями (BMS) Tesla будет более точной, если она сможет перекалиброваться при 100% заряда. Это справедливо для всех Tesla, но особенно актуально для моделей с LFP. Почему? Аккумуляторы LFP имеют очень плоскую кривую напряжения, а это значит, что откалибровать их при 80% сложнее, чем откалибровать аккумулятор NCA при 80%. Читайте дальше, чтобы понять это.
В батареях NCA напряжение довольно линейно увеличивается при увеличении степени заряженности и уменьшается при уменьшении степени заряженности. Это означает, что BMS может использовать информацию о напряжении, которую относительно легко проверить, для оценки состояния заряда. Однако в батарее LFP напряжение не так сильно зависит от степени заряженности. Это затрудняет использование напряжения в качестве прогноза, особенно когда речь идет об отдельных элементах. Периодически заряжая батарею до 100%, BMS получает "заданную точку" для перекалибровки прогноза емкости, а значит, и точности оценки дальности действия.
Реальный диапазон
Каков вывод? В этом году после проведения публичного расследования стало известно, что отображаемый на приборной панели запас хода большинства автомобилей Tesla превышает реальный, достижимый запас хода, который эти же автомобили получают на самом деле. Компания Recurrent разработала собственное значение Real Range, которое показывает типичный, достижимый запас хода, который мы наблюдаем для среднего автомобиля Tesla. На приведенном выше графике показано, какой запас хода обычно получается у автомобилей Tesla по данным EPA, а также зависимость этого значения от температуры.
По крайней мере, для Tesla Model 3 мы видим две особенности:
- Пик дальности пробега, по-видимому, приходится на более высокую температуру для LFP-батарей по сравнению с не LFP-батареями, и
- Модели с LFP, по-видимому, получают более высокий процент дальности по EPA, чем автомобили без LFP.
Оба этих результата являются интересными, хотя и предварительными. Они показывают различия в идеальной рабочей температуре для LFP-батарей, которые, по-видимому, получают наибольший запас хода при температуре около 70 градусов, в то время как для NCA-батарей этот показатель составляет около 60 градусов.
Они также показывают, что заявленный EPA запас хода для Model 3 со стандартным диапазоном несколько ближе к истине, чем для моделей Long Range и Performance. Для водителей Tesla важно знать, каков реальный, достижимый запас хода в реальных условиях, чтобы понимать пределы и возможности своего автомобиля. Конечно, как мы любим говорить о дальности пробега, все зависит от вашего пробега - и мы будем рады услышать ваш опыт использования батареи LFP!