Малий акумулятор LFP чи великий акумулятор NMC — що обрати? Приклад Kia EV2

Акумулятори типу LFP стають все більш поширеними у доступних електромобілях, тоді як версії з великою автономністю часто залишаються вірними технології NMC. Але які є відмінності у їх використанні та який варто обрати? Kia EV2, який пропонує обидва варіанти, є гарним прикладом для дослідження.

Вибір між кількома акумуляторами, пропонованими для однієї й тієї самої електромашини, зазвичай означав просте порівняння автономності, часу зарядки та продуктивності з урахуванням ціни, ґрунтуючись на простому принципі: чим дорожче, тим потужніше, тим далі їде та тим швидше заряджається. Але правила змінюються з появою акумуляторів типу LFP. Їх все частіше обирають виробники для «менших» моделей, тоді як більші моделі залишаються з акумуляторами NMC. Це стосується, наприклад, Kia EV2, який ми сьогодні розглядаємо як приклад, але так само і цілої нової генерації моделей групи Volkswagen, таких як ID.Polo, Skoda Epiq чи Cupra Raval, а також незабаром у Renault — моделей R5, Mégane та Scenic. Це робить ситуацію ще складнішою.

Також читайте

Kia EV2: до 10 100 € допомоги на покупку для компактного електричного SUV

Розгляньмо наш компактний корейський електричний SUV, який пропонує дві ємності – 42,2 та 61 кВт·год, але з різною хімічною сумішшю. Мала батарея має тип LFP (літій-залізо-фосфат), тоді як велика використовує суміш NMC (нікель-марганець-кобальт). При аналізі їхніх технічних характеристик ми бачимо деякі несподівані результати: мала батарея поєднується з найпотужнішим двигуном, має найвищу напругу та вищий показник швидкості заряджання. Навпаки, велика батарея зберігає майже на 45% більше енергії, хоча її вага на кілька кілограмів більша.

То який варто обрати?

317 чи 453 км: дальність їзди, звісно, має значення

Почнемо з найпростішого. Завдяки ємності 42,2 кВт·год акумулятор типу LFP дозволяє EV2 досягати автономності до 317 км за стандартом WLTP залежно від конфігурації. З акумулятором типу NMC ємністю 61 кВт·год максимальна автономність зростає до 453 км. Різниця становить 136 км, що складає приблизно 43% додаткової автономності.

Для автомобіля, призначеного переважно для щоденних поїздок, близько 300 км від невеликого акумулятора цілком може вистачити багатьом водіям, особливо за умови можливості зарядки вдома. Щоб зробити EV2 основним автомобілем у сім’ї та дозволити довгі поїздки, ємність 61 кВт·год, звісно, є набагато привабливішою.

Досі: мала ємність – мала автономність, велика ємність – велика автономність, це класика. Але саме тут справи ускладнюються.

Різниця між двома акумуляторами становить лише 6 кг!

Це, ймовірно, найбільш дивовижна риса обох пакетів: акумулятор LFP ємністю 42,2 кВт·год важить 319 кг, тоді як акумулятор NMC ємністю 61 кВт·год — 325 кг. Іншими словами, між ними лише 6 кг різниці, хоча другий має ємність 18,8 кВт·год, що на 45% більше енергії. Ця різниця ілюструє один із основних недоліків LFP: його енергетична щільність зазвичай нижча, ніж у хімічних систем типу NMC. При подібній масі чи об’ємі остання дозволяє зберігати більше енергії.

Проте слід уникати прямого порівняння щільності клітин на основі цих цифр. Kia наводить масу повних комплектів акумуляторів, які також включають їхню конструкцію, систему охолодження, електроніку та захисні елементи. Архітектура може суттєво відрізнятися від однієї батареї до іншої. Але для водія залишається значущим факт: збільшення ємності з 42,2 до 61 кВт·год майже не впливає на масу EV2.

Для виробника існує ще одна перевага наявності лінійки автомобілів приблизно однакової маси — не потрібно адаптувати кріплення до дороги чи систему гальмування залежно від типу акумулятора.

Маленькі акумулятори типу LFP також мають свої переваги

Чому тоді Kia використовує LFP у своїй невеликій батареї? Ця хімія має кілька переваг, серед яких — гарна термічна стабільність. Крім того, вона славиться своєю довговічністю: при подібних характеристиках такі елементи часто витримують більше повних циклів зарядки та розрядки, перш ніж виникне значне зниження їхньої продуктивності.

Вони також краще справляються з частими повними зарядками на 100%, що дозволяє частково скоротити різницю у автономності. Ба більше, для відновлення балансу елементів необхідна повна зарядка, що регулярно вимагається бортовим комп’ютером — це зовсім інша тема, до якої Суф’ян незабаром повернеться.

Це, звісно, не означає, що акумулятор NMC ніколи не слід повністю заряджати, але тривале зберігання його у стані дуже високого заряду традиційно менш сприятливе для його старіння.

Чому акумулятор меншого розміру забезпечує більшу потужність?

Ще одна цікава деталь: акумулятор меншого розміру у EV2 має більшу потужність, ніж більший, попри те, що двигун у них можна вважати ідентичним. У першому випадку максимальна потужність становить 107,8 кВт (147 к.с.), тоді як у версії з NMC — 99,5 кВт (135 к.с.). Крутний момент залишається таким самим — 250 Нм. У результаті, залежно від версії, прискорення з 0 до 100 км/год займає приблизно 8,5–8,7 секунди з акумулятором меншого розміру та 9,5–9,7 секунди з більшим.

Чи повертаємося ми тут до внутрішніх якостей LFP проти NMC? Так… Але й ні. Звісно, хімія впливає на параметри акумуляторної клітини — зокрема на її напругу, внутрішній опір, термічну поведінку та струм, який вона може прийняти під час розряду. Однак не існує простого правила на кшталт «LFP забезпечує більшу потужність, ніж NMC» — ані протилежного. Дослідження, які порівнюють різні клітини, показують, що характеристики потужності сильно залежать від обраної клітини та її конструкції, а не лише від хімічного складу.

У випадку EV2 це особливо важливо, тому що спостерігається дещо парадоксальна ситуація. Клітина NMC зазвичай має номінальну напругу, вищу за клітину LFP — зазвичай близько 3,6–3,7 В проти 3,2–3,3 В. Проте саме повний блок LFP у EV2 показує найвищу напругу: 358 В проти 297 В. Це, найімовірніше, означає, що обидва блоки не мають однакової архітектури послідовного/паралельного з’єднання. Kia мусить підключати більше клітин LFP послідовно, щоб досягти 358 В, тоді як конструкція акумулятора NMC більше орієнтована на ємність у А·год. Це узгоджується з отриманими нами значеннями:

LFP: 358 В × 118,2 А·год ≈ 42,3 кВт·год

NMC: 297 В × 206 А·год ≈ 61,2 кВт·год

І саме тут напруга може справді вплинути, становлячи 147 кВт проти 135 кВт. Щоб отримати приблизно 108 кВт при 358 В, потрібно близько 301 А. Щоб отримати ті самі 108 кВт при 297 В, знадобиться приблизно 364 А, що на 21% більше струму.

Але це все ще не доводить, що Kia обмежує версію NMC до 99,5 кВт через її напругу у 297 В. Акумуляторний пакет цілком може бути розроблений для приймання більшого струму. Обмеження може походити від самих елементів, BMS, інвертора, кабелювання, системи терморегулювання або просто від вибору налаштувань Kia.

Швидке заряджання дає ще один результат, який на перший погляд здається суперечливим. Kia оголошує про можливість досягнення рівня заряду від 10 до 80% за 29 хвилин із маленькою батареєю, тоді як із великою — лише за 30 хвилин. Різниця у одну хвилину, попри те, що остання зберігає майже на 45% більше енергії!

Різниця у хімічному складі також може пояснювати різні криві заряджання обох батарей, адже клітини LFP та NMC мають різні електричні та термічні характеристики. Але це не пояснює всього: як і у випадку з потужністю, саме тип клітин, їхнє розташування в пакеті, система охолодження та стратегія BMS також відіграють вирішальну роль.

Приклад EV2 є гарною ілюстрацією цього. Невелика батарея типу LFP досягає трохи вищого піку — 118 кВт проти 112 кВт у батареї типу NMC. Проте, при зарядці від 10 до 80%, наші розрахунки на основі даних Kia дають середню теоретичну потужність близько 61 кВт для LFP проти 85 кВт для NMC. Отже, велика батарея повинна підтримувати високу потужність значно довше. Тож справді важливою є крива зарядки, а отже, і середня потужність протягом усього процесу зарядки. Її можна досить легко оцінити на основі офіційних даних. Зарядка від 10 до 80% становить 70% ємності батареї. Для невеликої батареї типу LFP:

42,2 × 70% = 29,5 кВт·год

Ці 29,5 кВт·год теоретично можна отримати за 29 хвилин, що відповідає середній потужності близько 61 кВт.

Для великої батареї типу NMC:

61 × 70% = 42,7 кВт·год

Відновлення цієї енергії протягом 30 хвилин відповідає середній потужності близько 85 кВт. Це повністю змінює сприйняття характеристик. Велика батарея демонструє середню теоретичну потужність на рівні 10–80 % приблизно на 40 % вищу, ніж у маленької. Вона відновлює приблизно на 13 кВт·год більше енергії лише за додаткову хвилину.

Увага: ці значення 61 та 85 кВт не є показниками, виміряними на самому зарядному пристрої, а теоретичними середніми значеннями, розрахованими на основі потужностей та часу, зазначених Kia. Фактично доступні потужності, буфери BMS та втрати під час заряджання унеможливлюють отримання точних показників. Проте вони ідеально пояснюють, чому пік заряджання ніколи не слід аналізувати окремо. Акумулятор, здатний тимчасово досягати дуже високого значення, не обов’язково є тим, який заряджається найшвидше. Потужність, менш вражаюча, але підтримувана протягом значно довшого часу, може дати кращий результат.

А скільки коштує велика акумуляторна батарея?

При однаковій енергетичній ємності пакет LFP зазвичай дешевший у виробництві, ніж пакет NMC. Основна причина полягає у матеріалах катоди. LFP використовує залізо та фосфат, які є поширеними та відносно недорогими, тоді як у катодах NMC містяться нікель, марганець та кобальт, які значно дорожчі та більш схильні до коливань цін.

Це також є однією з основних причин популярності LFP у електромобілях нижчого та середнього класу: для зниження вартості на кВт·год жертвується частиною енергетичної щільності. Це дозволяє пропонувати батарею за нижчою ціною, коли маса та розміри не є пріоритетними критеріями.

Також прочитайте

Електромобіль: ця велика батарея LFP заряджається менш ніж за 10 хвилин

І саме ця цифра, ймовірно, матиме найбільший вплив на прийняття рішення. Kia EV2 коштує 26 670 € у версії Light із акумулятором LFP ємністю 42,2 кВт·год; така версія не доступна з більшим акумулятором. У версії Air мала батарея коштує 28 820 €, а велика — 33 320 €, тобто на 4 500 € дорожче. У версії Earth ціна зростає з 31 320 € до 35 320 €. Цього разу різниця становить 4 000 €. Нарешті, версія GT-Line за ціною 37 320 € доступна лише з акумулятором ємністю 61 кВт·год.

Отже, при порівнянні обладнання варто поставити собі ключове запитання: чи варта для вас додаткова максимальна дальність їзди у 136 км приблизно 4 000–4 500 €? Відповідь тут повністю залежить від вашого способу використання автомобіля.

То що краще: LFP чи NMC?

Врешті-решт не існує технології, яка б систематично перевершувала іншу. Для автомобіля, призначеного насамперед для щоденних поїздок, акумулятор LFP має сильні переваги: він дешевший, більш міцний та забезпечує достатню автономність для більшості сценаріїв використання. Проте NMC зберігає вирішальну перевагу, коли потрібно зберегти велику кількість енергії, не збільшуючи при цьому масу та габарити, що робить його особливо корисним для версій з великою автономністю.

Kia EV2 насамперед показує, що не варто обмежувати вибір лише хімічним складом. Архітектура батарейного пакета, напруга, використані елементи, система терморегулювання чи стратегія заряджання можуть призводити до іноді несподіваних результатів. Тут невелика LFP-батарея є потужнішою та демонструє найкращий показник швидкості заряджання, тоді як велика NMC-батарея здатна накопичити значно більше енергії майже за той самий час. Тож при виборі краще звертати увагу на те, як буде використовуватися автомобіль — та на всю його технічну специфікацію — а не на три літери, які вказані після слова «батарея».