Elektriautode müük on kogu maailmas ja ka Eestis tegemas uusi rekordeid, kuid paljude potentsiaalsete ostjate jaoks on jäänud üks suur murekoht: aku vastupidavus. Sageli kardetakse, et sarnaselt nutitelefonidele või sülearvutitele kaotab ka elektriauto aku juba mõne aastaga poole oma mahutavusest ning selle vahetamine osutub ebamõistlikult kalliks. Reaalsuses on aga kaasaegsete elektrisõidukite akud ja nende jahutussüsteemid projekteeritud kestma sadu tuhandeid kilomeetreid, sageli ületades isegi sõiduki enda eluea. See aga ei tähenda, et aku oleks täiesti immuunne kulumise suhtes. Aku tervis ja pikaealisus sõltuvad otseselt sellest, kuidas sõidukit igapäevaselt kasutatakse, laetakse ja hooldatakse. Mõistes sügavamalt neid füüsikalisi ja keemilisi protsesse, mis aku sees toimuvad, on igal autoomanikul võimalik astuda konkreetseid samme, et oma sõiduki väärtust, sooritust ja reaalset sõiduulatust pikkadeks aastateks säilitada.
Mis on elektriauto aku degradeerumine ja miks see juhtub?
Iga liitiumioonaku, olgu see siis teie taskus olevas nutitelefonis või garaažis seisvas võimsas elektriautos, kogeb aja jooksul mahutavuse vähenemist ehk degradeerumist. See on täiesti loomulik keemiline ja füüsikaline protsess. Aku sees liiguvad liitiumioonid anoodi ja katoodi vahel iga kord, kui akut laetakse või tühjendatakse. Aja jooksul tekivad aga elektroodide pinnale mikroskoopilised jääkained, mis takistavad ioonide vaba liikumist ning vähendavad seeläbi puhast energiat, mida aku suudab salvestada ja hiljem sõitmiseks vabastada.
Elektriauto akude degradeerumist jaotatakse teaduslikult laias laastus kaheks: kalendaarne vananemine ja tsükliline vananemine. Kalendaarne vananemine toimub paratamatult aja möödudes, olenemata sellest, kas autot kasutatakse aktiivselt või see seisab lihtsalt hoovis. See on peamiselt mõjutatud ümbritsevast temperatuurist ja aku laetustasemest (SoC – State of Charge) pikaajalisel seismisel. Tsükliline vananemine on aga otseselt seotud aku laadimis- ja tühjenemistsüklite arvu ning nende iseloomuga. Mida sügavamad on tühjenemised, mida agressiivsem on kiirendamine ja laadimine, seda kiiremini kulub ka aku materjal. Neid kahte vananemisprotsessi haldades on võimalik aku eluiga drastiliselt muuta.
Peamised tegurid, mis lühendavad aku eluiga
Selleks, et aku eluiga maksimeerida, tuleb esmalt mõista peamisi vaenlasi, mis akuelementide tervist igapäevaselt murendavad. Kuigi tänapäevased sõidukitesse sisseehitatud arvutid ja akuhaldussüsteemid teevad suurepärast tööd kahjude minimeerimisel, saavad autoomanikud oma käitumisega neid süsteeme kas aidata või neile tahtmatult vastu töötada.
Ekstreemsed temperatuurid
Liitiumioonakud eelistavad töötada samasuguses temperatuurivahemikus nagu meiegi – ideaalis 15 kuni 25 kraadi Celsiuse järgi. Suur kuumus on pikas plaanis aku suurim ja ohtlikem vaenlane. Kõrged temperatuurid kiirendavad aku sees toimuvaid keemilisi reaktsioone, sealhulgas neid, mis põhjustavad soovimatuid kõrvalreaktsioone ja sisestruktuuri kulumist. Kui auto seisab pidevalt suvises kuumuses lõõskava päikese käes tumedal asfaldil, kiirendab see märkimisväärselt kalendaarset vananemist.
Külm ilm seevastu vähendab ajutiselt aku mahutavust ja teie sõiduulatust, kuna miinuskraadidega on keemilised reaktsioonid aku sees lihtsalt aeglasemad. Külm ise ei pruugi akut püsivalt kahjustada, kuid suur oht tekib siis, kui läbikülmunud akut hakatakse ootamatult suure vooluga laadima. See võib põhjustada nähtust nimega liitiumi sadestumine (lithium plating), kus liitiumioonid ei suuda kiiresti anoodi struktuuri siseneda ja moodustavad selle pinnale metallilise kihi, mis vähendab püsivalt ja pöördumatult aku mahtuvust.
Kiirlaadimise liigne kasutamine
Alalisvoolu (DC) kiirlaadijad on hädavajalikud pikkadeks maanteesõitudeks, võimaldades lisada sadu kilomeetreid uut sõiduulatust vaid paarikümne minutiga. Siiski ei tohiks DC-kiirlaadimine olla igapäevane rutiin. Suure vooluhulga jõuline surumine akusse tekitab märkimisväärselt soojust. Lisaks tekitab kiire ioonide liikumine aku sisestruktuuridele tugevat mehaanilist stressi ja pingeid. Kuigi kaasaegse auto vedelikjahutussüsteem püüab temperatuuri iga hinna eest kontrolli all hoida, põhjustab igapäevane kiirlaadimine siiski mikrotsükleid ja veidi kiiremat degradeerumist võrreldes rahuliku ja aeglase vahelduvvoolu (AC) laadimisega koduses majapidamises või töökohal.
Laetusastme (SoC) äärmused
Tavalise ja laialt levinud NMC (nikkel-mangaan-koobalt) või NCA akuga elektriauto hoidmine pidevalt 100% laetuse juures tekitab akuelementides füüsiliselt väga kõrge sisepinge. Kui ühendate selle kõrge laetustaseme veel kuuma suvise ilmaga, on see aku tervisele üks kõige laastavamaid võimalikke kombinatsioone. Samuti ei ole soovitatav lasta akul langeda regulaarselt alla 10% või sõita see täiesti tühjaks. Sügav tühjenemine tekitab aku elementides teistsugust, kuid sama kahjulikku pinget, mis võib tekitada akupakis olevate erinevate elementide vahel tasakaalustamatust ja lühendada nende eluiga.
Igapäevased harjumused ja praktilised nõuanded aku kaitsmiseks
Nüüd, kus peamised füüsikalised ja keemilised ohud on selged, on aeg üle vaadata, milliseid igapäevaseid rutiine võiks iga elektriauto omanik juurutada. Järgnevad harjumused aitavad tagada aku maksimaalse eluea ja mahutavuse pikkadeks aastateks.
- Järgi 20-80% reeglit: Kõige levinum ja efektiivsem soovitus tavaliste liitiumioonakude puhul on hoida aku laetustase igapäevaselt 20% ja 80% vahel. Enamikul kaasaegsetel elektriautodel on võimalik menüüst seadistada laadimise ülempiiriks just 80%, mis tähendab, et auto lõpetab laadimise automaatselt, isegi kui see jääb juhtmega ühendatuks. Saja protsendini laadimist tuleks kasutada vaid siis, kui plaanite pikemat teekonda ning alustate sõitu vahetult pärast laadimise lõppemist, vältides nii aku täislaetuna seismist.
- Eelista alati aeglast laadimist: Kui teil on vähegi võimalus laadida autot kodus, kortermaja parklas või töökohal aeglase AC-laadijaga (tavaliselt võimsusega 3 kW kuni 11 kW), tehke seda nii tihti kui võimalik. Aeglane laadimine hoiab aku temperatuuri stabiilselt madalana ja vähendab sisemist keemilist stressi.
- Kasuta eelsoojendust ja -jahutust: Elektriautod on ühendatud nutitelefonide rakendustega. Kasutage võimalust auto salong ja aku enne sõidu alustamist, mil auto on veel elektrivõrku ühendatud, eelsoojendada või eeljahutada. Talvel soojendab see aku optimaalsele temperatuurile, hoides ära külma akuga seotud suure energiakulu sõidu alguses ja lubades autol koheselt kasutada efektiivset regenereerivat pidurdust.
- Väldi pikaajalist seismist äärmuslike laetustasemetega: Kui teate, et auto seisab ilma kasutamata mitu nädalat järjest (näiteks puhkusereisi või komandeeringu ajal), ärge jätke seda täislaetuna (100%) ega ka liiga tühjana (alla 10%). Ideaalis võiks aku laetus olla pikemaajalise seismise ajal umbes 50% ning sõiduk võiks olla pargitud varjulisse kohta või suvisel ajal jahedamasse garaaži.
- Sõida sujuvalt: Agressiivne kiirendamine, mis kasutab ära elektrimootori tohutut pöördemomenti, nõuab akult korraga väga suurt voolu. Sama kehtib pideva ja järsu pidurdamise kohta. Sujuv ja ettenägelik sõidustiil ei säästa mitte ainult rehve, vaid vähendab oluliselt ka aku koormust ning soojenemist.
LFP vs NMC: Kuidas erinevad akukeemiad muudavad reegleid
On äärmiselt oluline märkida, et kõik eelnev ei pruugi 100% kehtida iga turul oleva elektriauto kohta, sest viimasel ajal on turule toodud erinevaid akukeemiaid. Viimastel aastatel on müügile jõudnud üha enam autosid (näiteks teatud Tesla Model 3 ja Model Y baasmudelid, mitmed MG ja BYD mudelid), mis kasutavad LFP (liitium-raudfosfaat) akusid.
LFP akud on keemiliselt palju stabiilsemad, ohutumad ja vastupidavamad kui traditsioonilised NMC akud. Nad taluvad oluliselt rohkem laadimistsükleid ja mis kõige tähtsam – nad ei degradeeru kiiresti, kui neid laetakse 100%ni. Tegelikult isegi soovitavad LFP akudega autode tootjad laadida akut regulaarselt (vähemalt kord nädalas) 100 protsendini. Seda seetõttu, et LFP akude pingekõver on laadimisel ja tühjenemisel väga lame, mis teeb sõiduki akuhaldussüsteemile laetustaseme hindamise keeruliseks. Saja protsendini laadimine aitab süsteemil end kalibreerida, vältides ootamatuid olukordi, kus auto hindab järelejäänud sõiduulatust valesti ja võib teele jätta. Seega, enne rangete laadimisharjumuste kujundamist on kriitilise tähtsusega uurida välja, millist tüüpi aku on just teie sõidukil.
Korduma kippuvad küsimused
Elektriautode ja nende akude ümber liigub meedias ja sotsiaalmeedias palju müüte ning pooltõdesid. Siin on detailsed vastused kõige levinematele ja kriitilisematele küsimustele, mis tänastel või tulevastel autoomanikel tekivad.
Kui kaua elektriauto aku reaalselt kestab?
Pikaajaline statistika ja reaalmaailma tuhanded andmepunktid näitavad, et tänapäevaste elektriautode akud kestavad oluliselt kauem, kui algusaastatel kardeti. Suurem osa akudest säilitab pärast 150 000 kuni 200 000 kilomeetri läbimist veel vähemalt 80-85% oma algsest uue auto mahtuvusest. Arvestades Eesti keskmist aastast läbisõitu, tähendab see, et aku kestab igapäevase probleemivaba kasutamise juures julgelt 10 kuni 15 aastat. See on periood, mis on tihti võrdne sõiduki enda elueaga kere roostetamise ja teiste mehaaniliste osade kulumise seisukohalt.
Kas aku vahetamine on vältimatu ja kui palju see tegelikult maksab?
Terve akupaki vahetamine on tõepoolest väga kulukas ettevõtmine, makstes sageli üle kümne tuhande euro, sõltuvalt automudelist ja aku suurusest. Kuid praktikas vajavad terve akupaki täielikku vahetust vaid üksikud defektsed ja praagiga akud, mis vahetatakse eranditult välja autotootja garantii korras. Enamikel tootjatel on aku garantii lausa 8 aastat või 160 000 km, garanteerides selle aja jooksul vähemalt 70% mahtuvuse. Garantiivälisel ajal ei tule aga vea ilmnemisel tihtipeale tervet akut välja vahetada. Spetsialiseerunud töökojad suudavad diagnoosida ja asendada vaid üksikuid defektseid akumooduleid või elemente, mis muudab remondiarve tuhandete eurode asemel vaid sadadeks eurodeks.
Kas ma tohin oma elektrisõidukit iga päev laadida?
Jah, igapäevane laadimine ei ole mitte ainult täiesti lubatud, vaid ka soovitatav, kui te järgite optimaalseid laadimisvahemikke. Kui te sõidate iga päev tööle ja koju näiteks 30-40 kilomeetrit, on väga hea praktika ühendada auto igal õhtul kodusesse seinalaadijasse ja lasta sellel automaatselt laadida 80 protsendini. Tihedad, kuid madalad laadimistsüklid (näiteks 60% pealt 80% peale) koormavad aku keemiat oluliselt vähem kui harvad, kuid väga sügavad (näiteks 5% pealt 100% peale) laadimistsüklid.
Kuidas mõjutab regenereeriv pidurdamine aku pikaajalist tervist?
Regenereeriv pidurdamine on protsess, mille käigus muundatakse auto liikumise kineetiline energia tagasi elektrienergiaks ning saadetakse akusse lühikeste, kuid tugevate pursketena. See on elektriauto üks parimaid omadusi ja see ei kahjusta akut. Sõiduki intelligentne arvuti on spetsiaalselt programmeeritud neid energiavooge ideaalselt haldama. Kui aku on laetud täis (100%) või see on talviselt liiga külm, piirab süsteem automaatselt regeneratsiooni võimsust, et akut liigse voolu eest kaitsta, mistõttu võite teatud olukordades tunda, et auto ei aeglustu gaasipedaali vabastamisel nii tugevalt kui tavaliselt.
Akuhaldussüsteemide (BMS) ja tarkvara areng
Lisaks autoomaniku teadlikkusele ja headele kasutajapoolsetele harjumustele mängib aku eluea pikendamisel ja maksimeerimisel tegelikult suurimat rolli sõiduki enda inseneritöö ja tarkvara, täpsemalt akuhaldussüsteem (BMS – Battery Management System). BMS on sisuliselt iga elektriauto aku aju ja kaitseingel. See kompleksne süsteem jälgib reaalajas pidevalt iga üksiku akuelemendi pinget, temperatuuri ja läbivat voolu. Kui BMS tuvastab, et teatud elemendid muutuvad näiteks kiirlaadimise käigus liiga kuumaks või tekib pingeerinevus, piirab see viivitamatult laadimis- või tühjendamiskiirust, aktiveerib jahutuse ja kaitseb nii tervet kallist akupakki kahjustuste eest.
Tänapäeva insenerid integreerivad oma akusüsteemidesse ka tarkvaralisi puhvreid. Kui armatuurlaua ekraan näitab teile 100% laetust või 0% tühjust, siis tegelikkuses on aku reaalsest brutomahutavusest nii ülemisse kui ka alumisse otsa jäetud peidetud varu, kuhu tavatarbija ligi ei pääse. Näiteks võib tehnilistes andmetes toodud 80 kWh akupakk pakkuda juhile sõitmiseks vaid 75 kWh netomahutavust. Need tarkvaralised puhvrid on loodud just selleks, et kaitsta akut kasutaja võimalike vigade ja äärmuslike pingete eest.
Tuleviku elektrisõidukite arengusuunad näitavad, et tehisintellekti ja pilvepõhiste algoritmide kasutuselevõtt muudab akuhaldussüsteemid veelgi täpsemaks ja individuaalsemaks. Tuleviku autod suudavad ajapikku detailselt õppida iga konkreetse juhi sõidustiili, igapäevaseid marsruute ja laadimisharjumusi. Selle info põhjal optimeeritakse aku temperatuuri ja laadimisprotsesse täiesti autonoomselt, tagades elektriautodele veelgi pikema ja murevabama eluea, mis soosib kogu transpordisektori rohepööret ja teeb elektriauto omamise tavatarbija jaoks aina meeldivamaks kogemuseks.
