Az elektromos autók töltésénél saját és az autónk érdekében tisztában kell lennünk néhány alapfogalommal és alapszabállyal. A lítium-ion alapú akkumulátorok működési elvéből fakad ugyanis néhány olyan szabály, amelyet, ha betartunk, akkor az autó (vagy bármilyen Li-akkumulátoros eszköz élettartama jelentősen meghosszabbítható.

Az akkumulátorok 20-80 szabálya

A szabály lényege, hogy amikor csak lehet, akkor az elektromos jármű akkumulátorát tartsuk a 20 és a 80% közötti töltöttségi szinten. Ezzel garantáljuk a lehető legtöbb feltöltési-kisütési ciklust, így a leghosszabb élettartamot.

A jelenségnek nagyon nehéz az aprópénzre váltott fizikai magyarázatát adni, de azért fussunk neki: A lítium-ion akkumulátorok két fő szerkezeti egységből, ha úgy tetszik rétegből állnak. Az egyik a lítium-oxid réteg (kobalt, mangán, vasfoszfát részvételével), a másik pedig a grafit, vagyis szén. Kisütéskor, vagyis használat közben a grafitrétegből a lítium-ionok a lítium-oxid rétegbe kerülnek, ez elektromos energiát szabadít fel. Töltés során a folyamat visszafelé játszódik le, elektromos energia hatására a grafitréteg visszaveszi az ionokat.

Itt jutunk el a lítium akkumulátorok élettartamával és töltési ciklusainak számával kapcsolatos problémához. Ha a lítium-oxid rétegből túl sok lítium ion távozik, akkor a réteg szerkezete sérül. Ez az atomszerkezetre vonatkozik. Mintha egy Jenga oszlopból kellene be- és kivenni alkotóelemet, van az a pont, ahol az oszlopunk összedől. Töltéskor a lítiumoxid rétegben mindig keletkezik egy kisebb, de maradandó sérülés. Sok kicsi pedig sokra megy. Minél jobban feltöltjük ez a kis sérülés annál nagyobb lesz. A teljes lemerítés kb. ugyanígy károsít, csak a másik oldalon.

Ezek az akkumulátorok a legkényelmesebben 50%-os töltöttségkor érzik magukat, hiszen akkor mindkét rétegben ugyanannyi ion található. A 20 és 80% közötti használat azért javasolt, mert e két pont között még optimálisnak mondható a töltéssel-lemerítéssel okozott elkerülhetetlen anyagsérülés.

A gyártók természetesen tudják ezt és a felügyeleti rendszer már azelőtt 100%-os töltöttséget mutat, hogy az valóban bekövetkezne és igaz ez a 0%-os szintre is. De a 20-80-as szabály betartásával mi tovább növelhetjük az akkumulátorunk élettartamát.

Akkor soha ne töltsük fel 100%-ra?

Nyugodtan feltölthetjük, hiszen azért van. Egy kicsi előrelátást azonban érdemes latba vetni. A 100%-ra töltött állapot – láthattuk – nem kényelmes az akkumulátornak, ezért, ha olyan hosszú útra indulunk, ahol várhatóan a teljes kapacitásra szükségünk lesz, a 100%-ra való feltöltést úgy időzítsük, hogy töltés után nagyon rövid időn belül induljunk is a kocsival.

A villámtöltés: csak óvatosan

Bár még nem tárgyaltuk sorozatunkban a villámtöltési megoldásokat, tudjuk róla, hogy léteznek. Amíg váltóárammal (AC), otthon, vagy a munkahelyen 11, esetleg 22kW-os teljesítménnyel tudjuk csak tölteni az autónkat, addig az egyenáramú (DC) töltőberendezésekkel jellemzően 40 kW feletti teljesítményre számíthatunk, de az Ionity hálózat tervezési teljesítménye már 350 kW. Más kérdés, hogy fogadni is kell tudni ekkora teljesítményt. Az új Volkswagen ID.3 jelenleg kb. 100 kW-os töltést képes fogadni, de a konszern egy másik modellje (az Audi E-Tron) már 150-re is képes.

A maximális teljesítményű töltés csábító, de vannak veszélyei. Ennek a forrása az egyes akkumulátorcellák egymáshoz viszonyított belső ellenállás értékeiben rejlik. Egy elektromos autó teljes akkumulátora nagyságrendileg 100 elemi akkumulátorból áll, amelyek sorba vannak kötve egymással. Minél jobb minőségű egy akkumulátor az elemi cellák belső ellenállása annál kisebb szórást mutat. De sajnos semmiképpen sem egyformák. Idővel az elemi akkumulátorok belső ellenállás értéke egymáshoz képest egyre jobban változnak. Míg az egyik csak 10, addig a szomszédja akár 30%-os romlást is elszenved.

Minél nagyobb egy elemi akkumulátor belső ellenállása, annál nagyobb a töltés közben elszenvedett veszteség, vagyis az ellenálláson elfűtött energia. Mivel a töltés során minden akkumulátor ugyanannyi energiát kap, de más-más mértékű a veszteség, más lesz a töltöttségi szint is. Mivel az elemi akkumulátoroknak megvan a minimum-maximum töltöttségi határa (a minimum alatt tönkremegy az akkumulátor, a maximum felett pedig kigyullad a túlmelegedéstől) a töltést vezérlő egység a töltést leállítja, amikor bármelyik cella veszélybe kerülne a túltöltés miatt, illetve kisütéskor, használat közben az autót állítja meg, nehogy kivégezzen akár egy elemi akkumulátor is.

Minél nagyobb teljesítménnyel töltjük az autót, az egyes elemi akkumulátorok belső ellenállása annál nagyobb mértékben változik meg. A teljes akkumulátorból kinyerhető energia egyre kisebb lesz.

De van megoldás

A legkézenfekvőbb megoldás, hogy nem használunk villámtöltést, hanem tudatos tervezéssel megpróbáljuk mindig a lehető legkisebb teljesítménnyel tölteni az autót. Aki rendszeresen használ villámtöltést, annak pedig azt javasolják a Volkswagennél, hogy legfeljebb három villámtöltést követően egy egyfázisú lassú töltés következzen.

A töltésvezérlő ugyanis képes felismerni az elemi akkumulátorok egymáshoz viszonyított különbségeit és az egyes cellákra eső töltési feszültség egy részét egy erre a célra beépített ellenálláson át vezetni, így csökkentve az adott cella töltését. Erre képes a másik irányban eltolódott cellák esetében is menet közben.