Poznejte výhody LTO technologie
Unikátní akumulátory, které po více než 40.000 nabíjecích cyklech a 6 letech provozu mají stále 99% původní kapacity! V tomto článku zjistíte více o LTO technologii včetně příkladů provozu z praxe.
ZKUŠENOSTI ZE ŠVÉDSKA UKAZUJÍ, ŽE ELEKTROMOBILITA SKUTEČNĚ MŮŽE FUNGOVAT
V souvislosti s elektromobily a použitými akumulátory je obvykle nejvíce sledovaným parametrem dojezd vozidla na jedno nabití. Je to pochopitelné – řidič chce vždy dojet do cíle, a to i při využívání elektrického topení nebo klimatizace. Jestliže mají elektromobily v budoucnu nahradit vozidla se spalovacím motorem, nemohou z provozního hlediska řidiče nijak zásadně omezovat.
S pohledu celkové životnosti elektromobilu a použitých akumulátorů je přitom neméně důležitým parametrem počet nabíjecích cyklů, které jsou schopny baterie v často náročných klimatických podmínkách zvládnout. Za konec životnosti se obvykle považuje situace, kdy maximální kapacita akumulátoru při plném nabití dosáhne 80% původní kapacity. Mezi akumulátory jsou přitom velké rozdíly nejen při porovnání parametrů jako měrné energetické hustoty, měrného výkonu nebo požadavků na rozmezí provozních teplot, ale také co se maximálního počtu nabíjecích cyklů týče. Rozdíly jsou skutečně obrovské, zatímco některé technologie akumulátorů umožňují jen několik jednotek tisíc cyklů, tak u technologie označované jako LTO (lithium-titanate oxide) to může být i mnoho desítek tisíc nabíjecích cyklů. A to může být zejména u čistě městských elektromobilů, elektrických rozvážkových vozidel (pošta, přepravní společnosti apod.) z ekonomického hlediska při vyhodnocení celkových nákladů během životnosti vozidla velmi zajímavé řešení. Výhodné je to zejména v situacích bez požadavku na velký dojezd na jedno nabití a s možností opakovaného nabíjení i během jediného dne.
ZKUŠENOSTI VE ŠVÉDSKU
Švédské město Umeå, ležící přibližně 400km od Polárního kruhu, má asi 130.000 obyvatel, z nichž je více než 50.000 studentů. Díky geografické poloze města se zde pohybuje průměrná roční teplota v rozmezí od -0.8°C do +6.7°C, minimální teplota byla přitom naměřena -42°C (podobné klimatické podmínky jsou např. na Šumavě v oblasti Kvildy, tedy v nadmořské výšce nad 1.000 m.n.m. Jsou to tedy jednoznačně náročné podmínky pro provoz elektrických dopravních prostředků.
Od roku 2013 je ve městě v provozu 7 elektrických autobusů (5 dvanáctimetrových a 2 osmnáctimetrové kloubové), které dodala místnímu dopravnímu podniku firma HYBRICON. Zajímavostí na těchto elektrobusech je mimo jiné i to, že se nejen na výrobě, ale i na samotném vývoji významně podílela ostravská firma EKOVA Electric, u které se elektrobusy také vyráběly a následně byly přepraveny do města Umeå.
Osmnáctimetrové kloubové elektrobusy mají hnané obě zadní nápravy, o celkovém výkonu 600kW. Jedná se přitom o řešení, kdy jsou na každé nápravě dva elektromotory, každý o výkonu 125kW a kroutícím momentu na kole 11.000 Nm. To zaručuje výbornou trakci a jízdní dynamiku i za zhoršených adhezních podmínek.
Akumulátory jsou během dne průběžně dobíjeny pokaždé, když se vozidlo vyskytuje na konečné zastávce. V průměru to je okolo 20 dobíjení denně, 350 dní v roce, což vychází na ca. 7 000 nabíjecích cyklů ročně. Z toho je zřejmé, že v tomto případě bylo nutné použít vysokocyklové akumulátory s technologií LTO a možností rychlého nabíjení, aby se nestalo, že po 1. roce provozu dosáhnout akumulátory konce své životnosti. Díky možnosti častého nabíjení proudem až 1000 A během dne mohly být také akumulátory dimenzovány na mnohem kratší dojezd (pohybuje se mezi 20 až 25km). Celková kapacita baterií je 78kWh, při běžném režimu se tedy při průměrné spotřebě 1.3 až 2.2kW/km (reálná data z provozu, samotná trakční spotřeba bez přídavných zařízení jako topení nebo klimatizace je 0.98kWh/km) využívá méně než polovina celkové kapacity mezi nabíjením. To má pozitivní vliv i na samotnou životnost LTO akumulátorů, protože při relativně malé hloubce vybití výrazně roste životnost, což se potvrdilo i ve Švédsku.
Další zajímavostí u těchto elektrobusů je záložní zdroj energie, který požadoval zákazník pro tzv. nouzový režim. Každé vozidlo je vybaveno malým dieselovým agregátem, který ovšem není v normálním provozu používán a aktivoval by se pouze při poklesu zbývající kapacity akumulátorů pod 10% při mimořádné situaci, například když by to vozidlo zůstalo delší dobu stát ve vánici apod.
BATERKY S ŽIVOTNOSTÍ NĚKOLIK DESÍTEK LET
7 elektrobusů HYBRICON Arctic Whisper Bus najezdilo ve městě Umeå za 6 let provozu více než 1.100.000 km, přičemž každý den jsou v provozu 18 hodin. Díky vzdálenému monitoringu vozidel a sledování provozních parametrů jako je spotřeba elektrické energie, technický stav akumulátorů, teplota na jednotlivých článcích, režim vybíjení apod. se podařilo získat cenné údaje, které ukazují, že při správně zvolené koncepci vozidla a provozování dopravcem může být provoz elektrických vozidel velmi přínosný, a to i z ekonomického hlediska.
Každý elektrobus již najezdil ve městě Umeå v průměru 168,000 km a na akumulátorech je evidováno ca. 42 tisíc nabíjecích cyklů, přičemž tyto hodnoty neustále rostou díky každodennímu provozu. Přitom došlo prozatím k poklesu celkové kapacity pouze o 1%. Tak skvělého výsledku po 6 letech provozu se podařilo dosáhnout mimo jiné i proto, že byl vhodně navržen termální management bateriových boxů a nedochází k nadměrnému zahřívání jednotlivých článků, což by jinak významně snižovalo životnost a urychlilo pokles maximální kapacity. Dalším důležitým parametrem ovlivňujícím životnost akumulátorů je to, že vybíjení probíhá za optimálních podmínek pouze v pásmu 90-70% kapacity (u kloubové varianty je to 90-60%). Statistiky sledující obsazenost autobusů ve městě Umeå navíc ukázaly, že po nasazení elektrických autobusů v roce 2013 došlo k dlouhodobému nárůstu cestujících o 60% oproti naftovým autobusům.
BATERIOVÉ ČLÁNKY LTO
Nedílnou součástí každého elektrobusu jsou dva bateriové boxy, každý složený z 28 modulů 24V 60Ah od amerického výrobce AltairNano a vybavené chlazením vodou. Kapalinové chlazení zajišťuje rovnoměrnou teplotu v celém boxu a pohybuje se na každém článku průměrně okolo +30°C. Pokud by na některých článcích byly výrazně vyšší teploty, např. nad 50°C, mělo by to velmi negativní vliv na životnost celého bateriového boxu.
Výrobce bateriových článků garantuje při teplotě +25°C, vybíjecím, resp. nabíjecím proudu max. dvojnásobek své kapacity a 100% využití veškeré kapacity (100% DOD) životnost min. 16.000 cyklů do dosažení 80% původní kapacity. Provozní zkušenosti přitom ukázaly, že lze při omezení využití celkové kapacity akumulátorů (parametr DOD – depth of discharge) dosáhnout mnohonásobně vyšší životnost. U projektů, kde je možné kapacitu akumulátorů naddimenzovat a je mimo jiné akceptovatelná vyšší hmotnost, se z ekonomického hlediska jeví toto řešení při vyhodnocování celkové doby provozu elektrického vozidla jako velmi výhodné.
Více technických parametrů bateriového LTO modulu Altairnano najdete zde
UPLATNĚNÍ AKUMULÁTORŮ S LTO TECHNOLOGIÍ I U OSOBNÍCH ELEKTROMOBILŮ?
Jestliže umožňuje LTO technologie až zázračnou životnost akumulátorů, proč se tedy již nerozšířila u osobních elektromobilů? Tak předně tomu brání vyšší měrná hmotnost na 1kWh kapacity a také jednotková cena za kWh, takže při požadavku na velký dojezd elektromobilu a omezených zástavbových rozměrech není takové řešení smysluplné. Zejména v situaci, kdy se jako hlavní parametr vyhodnocuje dojezd na jedno nabití a ne celkový počet vybíjecích cyklů.
Situace se ovšem může diametrálně změnit v momentě, kdy se bude elektrické vozidlo pohybovat výhradně ve městě, ideálně na opakujících se trasách s pravidelným návratem např. na centrálu rozvážkové společnosti apod. a zejména v situaci, kdy bude provozovatel při nákupu elektromobilů vyhodnocovat nejen pořizovací náklady, ale také celkové náklady po dobu životnosti vozidla. V takovém případě mají LTO akumulátory skutečně reálnou šanci se více uplatnit v osobní elektromobilitě, vč. nejrůznějších dodávek nebo malých městských elektromobilů v síti půjčoven apod., protože nebude nutné např. po 5 letech akumulátory měnit za nové.
