Majitelé elektrických vozidel se v mrazivých dnech setkávají s nepříjemnými vlastnostmi elektromobilů. Baterie nefungují tak účinně, proto se snižuje dojezd a prodlužuje doba nabíjení. S těmito negativy je třeba počítat a být na ně připraven. Na téma elektromobily v zimě jsme si povídali s profesorem Janem Mackem z Fakulty strojní na ČVUT v Praze, který je naší přední kapacitou přes pohony vozidel.
S jakými omezeními se majitelé elektromobilů setkávají v zimě, pane profesore?
Nízké teploty, řekněme, pod 5 °C, určitě pod 10 °C už částečně omezují energii, kterou z baterie můžete bez jejího ohřátí dostat. Energie se v té baterii těmi nízkými teplotami neztrácí, ale stoupá vnitřní odpor, takže není možné tu baterii naplno zatížit bez jejího předehřátí. Samozřejmě, pokud se to předehřátí uskutečňuje za jízdy na konto elektrické energie v té baterii, což samozřejmě jde, klesá také dojezd.
Ideální je, pokud je auto buď v garáži, nebo je prostě připojeno před odjezdem ke zdroji elektrické energie, předehřeje se a potom k tomuhle efektu tak moc nedochází. Samozřejmě záleží na venkovní teplotě a na tom, jak dynamicky pojedete, jestli ta baterie se na té teplotě udrží sama, nebo jestli ji budete muset ohřívat.
Jak dlouho se musí baterie předehřívat nebo na kolik stupňů?
Jak jsem říkal, tento efekt nastává už pod 10 stupni. Ten ideální rozsah teplot pro baterii je někde od 15 do řekněme 35 stupňů, aby byla schopná dávat ten plný výkon, který dokáže dávat, aby byla schopna uvolnit energii, která do ní byla nabita.
Jak moc tedy klesá výkonnost baterie? Existují nějaké studie? Nebo je to značka od značky?
Studie kolem toho existují. Já bych neřekl ani tak moc, že se to bude lišit značka od značky, jako spíš teplota od teploty. Ono strašně záleží na tom, jaké jsou výchozí podmínky, že jo. Když budete mít mínus 15 a budete parkovat jen tak na ulici, tak to trvá, než tu tepelnou kapacitu, co je kolem baterie a v systému tepelného managementu baterie, nakrmíte. To chvíli trvá, a v tomto smyslu se tedy liší samozřejmě značka od značky podle toho, jak je uspořádaný chladící okruh, jak je ta baterie veliká a tak dále.
Ale mluví se klidně o 30 % poklesu dojezdu, který v zimě nastává, pokud tu baterii nejste schopni ohřát, tedy pokud nejste schopni ohřát ji jinými zdroji než z její vlastní energie.
Takže nejlíp by bylo parkovat elektrovozy doma v garáži.
No jistě, to je nejlepší. Anebo třeba ve Skandinávii i pro spalovací motor je běžné, že každý dům má venku možnost elektrického připojení auta, a dnes je to samozřejmě programovatelné, takže to auto se vám na danou hodinu, kdy chcete jet, předehřeje, a to včetně interiéru, což taky není od věci, protože zimní dojezd na baterii kromě těch vlastností samotné baterie také silně ovlivňuje to, jak budete topit.
A u toho topení bych řekl, že to má tři stránky. Jednu už jsem se zmínil, to je to uvedení samotné baterie na nějakou rozumnou teplotní úroveň. Ta druhá je, jak moc jste otužilý a jak daleko jedete. Samozřejmě, jestli tedy jste dostatečně oblečený atd., čili jestli tam vydržíte při pěti stupních vnitřní teploty, nebo ne. A s tím souvisí třetí věc, a ta už není otázkou otužilosti. Prostě přední, čelní sklo, zrcátka a do jisté míry postranní okna u řidiče musíte mít průhledná, a jakmile v tom autě bude takhle nízká teplota, tak se vám tam bude srážet vodní pára z dechu na sklech. U auta s benzínovým nebo spalovacím motorem obecně si snadno přitopíte a pustíte si teplejší vzduch nebo dokonce elektrické topení toho čelního skla. Tady to sice můžete udělat také, ale budete za to právě platit vypotřebováváním té elektrické energie z baterie?
U normálního auta si tam pustíte vlastně odpadní teplo na sklo, takže tam to máte v uvozovkách zadarmo. A příkony čelního skla nejsou malé, když je teplota řekněme mínus 10, tak tam už se klidně dostaneme na 1 kW, takže když půl hodiny jedete, tak tam spotřebujete půl kilowatthodiny na vytápění čelního skla. Ono sice samozřejmě čím rychleji jedete, tím intenzivněji se vám to sklo ochlazuje, ale tím zase jedete kratší čas, takže té energie z baterie nespotřebujete tolik, ale pokud poskakujete v nějaké zácpě, tak v tom elektromobilu žádné odpadní teplo, které by vám pomohlo odmlžit nebo dokonce odmrazit tahleta skla, nemáte a všecko to běží na konto baterie.
U Tesly se uvádí, že klidně vydržíte topit z baterie celou noc, když uvíznete někde v zácpě, což opravdu těm velkým kapacitám půltunových a větších baterií odpovídá. Ovšem je tam nebezpečí, že když si to topení v zácpě, kde jste uvízl, na mnoho hodin pustíte, tak už pak neodjedete, protože v té baterii už vám nic nepůjde. To je ovšem extrémní případ, co jsem teď zmínil, ale stát se to samozřejmě může. A už se to i stalo, že potom po nějaké hromadné havárce a uzavřené dálnici, ve které se řidiči nemohli dostat ven, odstavný pás obsahoval elektromobily, které bylo potřeba buď odtáhnout nebo na místě dobít.
Jak říkám, tohle je extrém, není to každodenní situace. Ale snížení dojezdu z té kombinace, že studená baterie vám neumožní využít energii, která v ní je, a jakmile si začnete baterii přihřívat a topit si ve vozidle, pak tu energii spotřebováváte na něco jiného než na jízdu, tak tento silný pokles dojezdu zákazníci v zimě hlásí, to je pravda.
Jak je to s nabíjením? Podle některých zpráv trvá v zimě delší dobu.
Ono všecko se to točí kolem toho vnitřního odporu baterie, mluvím tedy o bateriích, které jsou dneska běžně plněné víceméně kapalným, nějakým gelovým elektrolytem. Pokud se začnou uplatňovat v budoucnosti baterie, které jsou momentálně jenom ve výzkumném stadiu, které mají tuhý elektrolyt, tak tam to asi bude s vnitřním odporem lepší, ale obecně u těch dnes používaných baterií vnitřní odpor baterie při nízkých teplotách prostě stoupne, a když tam budete pouštět stejný proud, čili budete chtít využít stejný výkon z té baterie, tak jaksi úměrně tomu stouplému vnitřnímu odporu se bude přímo v tom elektrolytu vytvářet, narůstat ztrátové teplo.
Jde o to, že kdybyste to zatížil tím velikánským proudem s velkým těžkým odporem, tak vám pravděpodobně dojde k nějakému mechanickému poškození baterie, protože tam budou chvilkově lokálně vysoké teploty. A to je to nebezpečné, a proto každý rozumný tepelný management toho řízení bude bránit, abyste to tolik nepřetížil.
O kolik se tedy nabíjení v zimě zpomalí?
Zase záleží na tom, jakou máte teplotu té baterie, a pokud jste u nabíječky, tak je možné tu baterii předehřívat na základě toho vnějšího zdroje. Takže tohle opravdu strašně záleží na výrobci auta. A u zákazníka záleží na tom, kolik zaplatíte navíc, a zaplatíte si poměrně dost. Já bych hádal, že to jsou rozhodně desítky procent, ale jestli je to 30 nebo 50 %, to neumím říct. To záleží na tom, jestli je venku 0 nebo -10 nebo ještě méně a jak je ta baterie veliká.
A co superchargery? Rychlonabíječky toto zpomalení cítí také?
Ano, to je totéž. Ono je to tak, že ještě do toho hraje roli závislost vnitřního odporu té baterie na stavu nabití. Vnitřní odpor je nízký, pokud je baterie hodně vybitá, takže tohle platí obecně bez ohledu na teplotu, na rychlost nabíjení. Je dobré dobít v okamžiku, kdy baterie už je dost rozumně vybitá, řekněme stav nabití je jenom pod 30 %, protože tam je ten vnitřní odpor nízký a je možné baterku zatížit velkým nabíjecím proudem. Samozřejmě při těch nízkých teplotách se musí brát v úvahu ten protichůdný vliv té nízké teploty, takže tam proud nebude takhle veliký jako za normálních teplot. Ale pokud by ta baterie byla vybitá, řekněme jenom na nějakých 60 % nebo dokonce ještě víc, tak absolutně nemá smysl chodit na rychlou nabíječku, protože tam sice zaplatíte za tu kilowatthodinu hodně, ale nabíječka reguluje ten proud tak, aby baterii nepoškodila, a bude vám tu baterii nabíjet pomalu. Tady tohle je věc, která se řeší a je to výrobce od výrobce různé.
Co se týče rychlosti nabíjení, aby ta rychlost nabíjení byla stejná jako při teplotách normálních, předem tu baterii můžete dohřát z vnějšího zdroje, aniž ztrácíte na dojezdu, ale budete platit samozřejmě víc, protože ohříváte kus auta, který byl vychlazený tím, že jel za nízkých teplot.
Tohle bude zřejmě problém pro lidi, kteří si nenabíjejí doma, nabíjí si někde na ulici.
Na ulici, to je jasný problém.
Jak to pak řeší v zemích, jako je Norsko, kde je vysoká prezence elektromobilů? Má každý nabíječku u domu?
Osobně to neznám, četl jsem jenom články. Obecně je v těchto severských zemích hodně rodinných domků, životní úroveň je tam slušná, takže pokud máte nabíječku doma, tak se dá auto nejen nabít, ale jak už jsem říkal, to už je tam zavedeno léta i pro auta se spalovacími motory, že se vám to auto předehřívá.
Samozřejmě, že tu elektrickou energii, kterou spotřebujete, musíte zaplatit, to je bez debaty. A pokud by se toto dělo ne zrovna v Norsku s tou jejich naprostou převahou vodní energie v energetickém mixu, kdyby se to dělo třeba u nás, no tak budete díky tomu emitovat bohužel skleníkové plyny (kvůli velkému podílu uhlí na výrobě elektřiny, pozn. red.) čili budete dělat přesně opak toho, co se očekává, že nastane, pokud se zavedou elektromobily.
Vyjde provoz elektrických vozů ve srovnání se spalovacími motory v zimě dráž?
Já nevím, jak je to teď momentálně v Norsku. Obecně to dráž vyjde. I ti, kdo si v létě zvykli nabíjet elektromobil z vlastní fotovoltaiky, čili v uvozovkách zadarmo, v uvozovkách kvůli tomu, že někdo musel tu elektrárnu zaplatit a někdo musí zaplatit její výměnu po zase ne tak příliš dlouhé době.
Pokud jezdíte občas a můžete jeden den nabít a druhý den jet, tak to je samozřejmě pohodlné. A spousta lidí takhle argumentuje na sítích, že pro ně je to úžasná úspora atd. Pro ně to asi úspora bude, zvlášť pokud tu fotovoltaiku dostali s dotacemi, ale bude to úspora jenom v létě, v zimě toho moc z fotovoltaiky nenabijete, čili budete muset nabíjet ze sítě. Budete to tedy muset zaplatit.
Zatím nejsou ceny elektrické energie samozřejmě jiné v létě a jiné v zimě. Nevylučuju, že k něčemu takovému může časem dojít, protože pokud nebudou mít dostatečné záložní zdroje pro síť, zdroje trvalého výkonu, tak holt dokonce může dojít k vypínání určitých oblastí. To jsme měli za socialismu tzv. regulační stupně. A v Německu se o tom naprosto vážně, vážně mluví. To není blackout, to je jenom to, že prostě nebudete mít možnost používat víc než nějaký příkon v určitou část dne a že se to bude různě střídat.
Tohle už je opravdu záležitost podrobností energetického mixu v té které zemi. Ale lze očekávat, že buď množství energie, kterou můžete odebrat, anebo její cena, kterou se koneckonců i to množství dá regulovat, bude muset reagovat na to, kolik síť dokáže dodat v daný okamžik.
To by pak ovšem znevýhodnilo všechny majitele elektrovozů, ne?
No, obecně bych řekl, že platí, že s elektrovozem musíte podstatně víc plánovat. Což určitě jde a s různými těmi všemi smart chytrými prostředky se vám to může usnadnit, ale každý si to sám představí. Není to úplné pohodlné.
