Prekondycjonowanie baterii zimą – jak ładować elektryka szybciej przy 0°C

Wielu kierowców, którzy pierwszy raz przesiadają się do samochodu elektrycznego (BEV), przeżywa niemałe rozczarowanie przy nadejściu zimy. Producent przecież obiecuje ładowanie elektryka z maksymalną mocą sięgającą nawet 350 kW, która ma zagwarantować zakończenie procesu uzupełniania energii już po kilkunastu do kilkudziesięciu minutach. Zimą jednak proces ten jest znacznie wydłużony, co wynika z czystych praw fizyki.

Co to jest prekondycjonowanie baterii, dlaczego elektryk ładuje się wolniej zimą i jak prekondycjonowanie baterii zimą wpływa na zużycie energii?

Czym jest prekondycjonowanie baterii

Prekondycjonowanie baterii (battery preconditioning) to proces kontrolowanego przygotowania akumulatora wysokonapięciowego w samochodzie elektrycznym do ładowania lub jazdy poprzez doprowadzenie jego ogniw do odpowiedniej temperatury roboczej. W okresie zimowym chodzi przede wszystkim o ich podgrzanie przed podłączeniem samochodu do szybkiej ładowarki prądu stałego (DC) o wysokiej mocy, dzięki czemu akumulator może przyjmować większą moc, a postój przy stacji ładowania tym samym trwa krócej.

Ogniwa litowo-jonowe mają określony zakres temperatur roboczych, w których mogą bezpiecznie i efektywnie przyjmować energię. Zazwyczaj ten optymalny zakres oscyluje wokół 20-40 stopni Celsjusza. Z tego też względu prekondycjonowanie baterii nie polega na maksymalnym rozgrzaniu akumulatora do granic możliwości, ponieważ mogłoby to skutkować degradacją ogniw.

Każdy samochód elektryczny wykorzystuje system zarządzania akumulatorem BMS (Battery Management System), który monitoruje m.in. temperaturę i parametry elektryczne ogniw. Za fizyczne ogrzewanie lub chłodzenie baterii odpowiada natomiast układ zarządzania temperaturą (BTMS). W zależności od konstrukcji i wyposażenia auta może on wykorzystywać elektryczne grzałki lub pompę ciepła. Układ ten kontroluje temperaturę akumulatora i dostosowuje intensywność ogrzewania albo chłodzenia do aktualnych warunków.

Dlaczego zimny akumulator ładuje się wolniej

Każdy proces ładowania wiąże się z tzw. krzywą ładowania. Jest to wykres przedstawiający zmiany mocy ładowania – wyrażonej w kilowatach (kW) – w funkcji poziomu naładowania baterii (SoC, State of Charge) wyrażonego w procentach. Krzywa ta pokazuje dokładnie, z jaką prędkością akumulator auta BEV pobiera energię w poszczególnych momentach sesji. Moc ta nie jest stała, a w warunkach zimowych dodatkowo ulega zmianie względem warunków letnich. Na samym początku auto ładuje się dość wolno. Z biegiem czasu moc rośnie, jednak wysokie szczyty – czyli maksymalna deklarowana przez producenta moc ładowania DC – utrzymywane są przez bardzo krótki czas lub nie zostają osiągnięte wcale. Pod koniec procesu ładowania – niezależnie od warunków pogodowych – naturalnie ono zwalnia w celu ochrony ogniw. Konsekwencją takiego stanu rzeczy jest dłuższy czas ładowania auta elektrycznego.

Aby dobrze zrozumieć, dlaczego elektryk ładuje się wolniej zimą, musimy przyjrzeć się temu, co dzieje się wewnątrz ogniw litowo-jonowych. Podczas każdego standardowego ładowania jony litu przemieszczają się między elektrodami akumulatora. W niskich temperaturach procesy elektrochemiczne zachodzą wolniej, a tym samym wewnętrzny opór ogniw wzrasta. Elektrolit wewnątrz ogniw staje się gęstszy, przez co jony litu przemieszczają się znacznie wolniej między katodą a anodą. W konsekwencji bateria nie jest w stanie przyjmować dużych nakładów energii w tak krótkim czasie, jak w optymalnej temperaturze otoczenia.

Ponadto na samym początku rozpoczęcia procesu ładowania – przy założeniu, że kierowca nie skorzystał z prekondycjonowania baterii – system BTMS musi podgrzać ogniwa do optymalnej i bezpiecznej temperatury roboczej, która zazwyczaj oscyluje wokół 20-40 stopni Celsjusza, zanim w ogóle rozpocznie efektywne ładowanie auta z satysfakcjonującą już mocą. Z tego też względu początkowo ładowarka "traci czas" na ogrzanie baterii, a dopiero po osiągnięciu przez nią bezpiecznej temperatury roboczej zwiększa dostępną moc i prędkość ładowania EV.

Zimna bateria nie jest jednak wyłącznie kwestią mniejszej wydajności. Zbyt intensywne ładowanie mocno wychłodzonego akumulatora EV mogłoby doprowadzić do niepożądanych reakcji chemicznych, w tym osadzania się metalicznego litu na anodzie, czyli tzw. platerowania (lithium plating), co przyspiesza degradację ogniw. Z tego też względu system BMS ogranicza natężenie prądu – a tym samym moc ładowania – kiedy temperatura akumulatora jest zbyt niska. Zabezpieczenie to działa także latem przy temperaturach wyższych niż optymalne, kiedy bateria wymaga z kolei schłodzenia przed podłączeniem do szybkiej ładowarki DC.

W praktyce oznacza to, że nawet skorzystanie z ultraszybkiej ładowarki HPC o mocy 350 kW i więcej nie gwarantuje uzyskania maksymalnej przewidywanej mocy ładowania przez samochód BEV. Prekondycjonowanie baterii pozwala częściowo rozwiązać ten problem, ponieważ funkcja ta podgrzewa akumulator jeszcze przed planowanym postojem, dzięki czemu ładowanie może rozpocząć się z wyższą mocą wejściową.

Jak włączyć prekondycjonowanie – tabela według marek

Prekondycjonowanie baterii może odbywać się automatycznie, kiedy kierowca ustawi w fabrycznej nawigacji szybką ładowarkę jako cel podróży, albo ręcznie, z poziomu ekranu systemu multimedialnego. Niektórzy producenci umożliwiają także uruchamianie tej funkcji z poziomu aplikacji mobilnej. Na tym etapie rola kierowcy się kończy – system sam zadecyduje, kiedy rozpocząć proces podgrzewania, aby ogniwa osiągnęły odpowiednią temperaturę roboczą tuż przed podjechaniem pod ładowarkę EV. Dzięki temu układ nie zostanie nadmiernie obciążony, co mogłoby skutkować przedwczesnym rozładowaniem akumulatora lub nawet unieruchomieniem auta jeszcze przed planowanym postojem.

Sposób włączania funkcji prekondycjonowania baterii zimą zależy w dużej mierze od producenta, modelu, rocznika i wersji oprogramowania.

Pamiętaj także o jednym ważnym zastrzeżeniu - prekondycjonowanie baterii w niektórych modelach nie uruchomi się, jeśli poziom naładowania baterii spadnie poniżej określonego przez producenta progu, aby chronić zasięg elektryka zimą przed całkowitym rozładowaniem jeszcze przed postojem.

Nowe i używane samochody marki Hyundai na Autocentrum.pl: Poznaj ofertę

Prekondycjonowanie baterii a ogrzewanie kabiny – to nie to samo

Jednym z najczęstszych błędów kierowców jest utożsamianie ogrzewania kabiny z prekondycjonowaniem baterii. Pomyłka ta wynika z faktu, że obie te funkcje wykorzystują elektryczne grzałki lub pompę ciepła, a kierowca może uruchomić je jednocześnie przed rozpoczęciem jazdy.

Ogrzewanie kabiny służy wyłącznie poprawie komfortu podróżowania oraz bezpieczeństwa jazdy. W wielu modelach kierowca może aktywować je z poziomu aplikacji lub zaprogramować godzinę odjazdu, aby przed wejściem do auta wnętrze było już nagrzane, a szyby odparowane i odmrożone. Ponadto, jeśli samochód jest podłączony do ładowarki (np. do przydomowego wallboxa), energia jest pobierana bezpośrednio z sieci, a nie z akumulatora trakcyjnego. Dzięki temu funkcja ta – niezależnie od tego, czy działa w oparciu o pompę ciepła, czy tradycyjną grzałkę – nie wpływa negatywnie na ostateczny zasięg EV.

Prekondycjonowanie baterii ma natomiast na celu przygotowanie ogniw akumulatora do pracy w optymalnej temperaturze przed planowanym ładowaniem na szybkiej stacji DC. Samo ustawienie ogrzewania kabiny nie oznacza więc, że w tym samym czasie bateria również zostanie odpowiednio podgrzana. W wielu modelach są to niezależne procesy, które uruchamia się osobnymi funkcjami. Wprawdzie w niektórych samochodach ogrzewanie kabiny przy podłączonym kablu może częściowo podnieść temperaturę całego układu, jednak nie zastąpi to pełnego procesu prekondycjonowania, wymaganego do szybkiego ładowania elektryka w trasie.

Ile czasu i energii to kosztuje

Czas konieczny na prekondycjonowanie baterii zimą zależy przede wszystkim od początkowej temperatury ogniw, pojemności akumulatora oraz wydajności układu ogrzewania. Zgodnie z informacjami przekazywanymi przez Kię proces ten zazwyczaj zajmuje około 20-30 minut. Tesla z kolei zaleca rozpoczęcie procesu prekondycjonowania baterii i nawigowania do szybkiej ładowarki DC nawet 30-45 minut przed planowanym postojem. Pamiętajmy jednak przy tym, że część nowoczesnych samochodów automatycznie dobiera moment rozpoczęcia ogrzewania baterii do zaplanowanej trasy i przewidywanego czasu dojazdu.

Nieco trudniej natomiast jednoznacznie oszacować, ile energii zużywa prekondycjonowanie. Istotne znaczenie ma w tym przypadku realna temperatura otoczenia, wielkość akumulatora, zastosowana technologia ogrzewania, czas działania systemu oraz początkowa temperatura ogniw. Tak jak wspominaliśmy, jeśli posiadasz własny wallbox czy też podłączasz auto do standardowego gniazdka 230V lub gniazda siłowego (o ile posiadasz odpowiedni kabel i ładowarkę), energia jest pobierana bezpośrednio z sieci, dzięki czemu prekondycjonowanie baterii nie zużywa energii zgromadzonej w akumulatorze.

Jeśli natomiast włączasz prekondycjonowanie baterii zimą już w trasie, przykładowo po wybraniu ładowarki DC w fabrycznej nawigacji, funkcja ta będzie pobierać energię wprost z baterii EV auta. W analizie naukowej opublikowanej przez World Electric Vehicle Journal z 2024 roku oszacowano, że w określonym scenariuszu szybkiego ładowania od 10 do 80% w około 18 minut łączne zapotrzebowanie na energię do zarządzania temperaturą akumulatora może wynieść około 5,5 kWh. W przypadku mniej wydajnych układów i temperatury otoczenia oscylującej wokół -10 stopni Celsjusza zapotrzebowanie to może wzrosnąć nawet do 7,5 kWh na jedną sesję ładowania.

Zimowa checklista ładowania

Czas jest cenny, szczególnie podczas wyjątkowo mroźnych dni, gdy niekoniecznie chcemy spędzać długie minuty w oczekiwaniu na naładowany samochód elektryczny. Aby ograniczyć czas ładowania i niepotrzebne zużycie energii podczas mrozów, a tym samym wydłużyć zasięg elektryka zimą, warto pamiętać o kilku zasadach:

• Korzystaj z fabrycznej nawigacji samochodu - korzystanie z Apple CarPlay czy Android Auto jest wygodne, ale nie gwarantuje wykorzystania funkcji prekondycjonowania baterii. Przed dojazdem do szybkiej ładowarki DC ustaw ją jako cel podróży w fabrycznej nawigacji. System sam, bez dodatkowej ingerencji rozpocznie przygotowanie baterii odpowiednio wcześniej.
• Sprawdź, czy funkcja jest aktywna - w niektórych modelach może być konieczne wcześniejsze zaznaczenie odpowiedniej opcji w menu ładowania lub aplikacji mobilnej producenta.
• Nie zostawiaj uruchomienia funkcji na ostatnią chwilę - jeśli samochód wymaga ręcznego włączenia prekondycjonowania baterii z poziomu menu auta lub aplikacji producenta, zrób to odpowiednio wcześniej, nie mniej niż 20-30 minut. W szczególności pamiętaj o tym, jeśli temperatura na zewnątrz jest wyjątkowo niska.
• Pamiętaj o buforze bezpieczeństwa i uwzględnij warunki pogodowe - wielu producentów ogranicza lub blokuje prekondycjonowanie baterii przy niskim poziomie naładowania akumulatora. Aby szybciej naładować auto pamiętaj, aby pod ładowarkę podjechać odpowiednio wcześniej. Pamiętaj przy tym również, że niskie temperatury naturalnie zmniejszają zasięg elektryka zimą.
• Ogrzewaj kabinę podczas postoju przy podłączonym samochodzie - jeśli masz możliwość podłączenia auta do gniazdka 230V, gniazda siłowego lub przydomowego wallboxa, warto to zrobić. Dzięki temu energia potrzebna do przygotowania wnętrza będzie pochodzić z sieci, co ogranicza spadek zasięgu elektryka zimą zaraz po ruszeniu.

I na sam koniec praktyczna porada - nie oczekuj "cudu" fizyczno-chemicznego. Prekondycjonowanie baterii realnie pomaga szybciej wyjechać spod stacji ładowania, ale jednocześnie nie jest gwarantem, że przez cały proces ładowania EV samochód utrzyma maksymalną szczytową moc ładowania DC przewidzianą przez producenta. 

Elektryk kontra zima - dlaczego mróz jest wyzwaniem dla EV? Przeczytaj artykuł

FAQ - Najczęściej zadawane pytania

Odpowiadamy na najczęściej pojawiające się pytania dotyczące prekondycjonowania baterii zimą.

Co to jest prekondycjonowanie baterii?

Prekondycjonowanie baterii to proces kontrolowanego ogrzewania lub chłodzenia akumulatora w samochodzie elektrycznym, aby osiągnął on odpowiednią temperaturę do określonych warunków pracy. Prekondycjonowanie baterii zimą najczęściej wykorzystywane jest przed szybkim ładowaniem DC, aby zwiększyć moc przyjmowanej energii i skrócić postój na stacji.

Jak włączyć prekondycjonowanie?

To zależy od producenta i modelu auta elektrycznego. Najczęściej wystarczy jedynie ustawić szybką ładowarkę DC jako cel w fabrycznej nawigacji. Niektórzy producenci umożliwiają także ręczne uruchomienie tej funkcji w menu ładowania lub z poziomu aplikacji mobilnej.

Dlaczego elektryk ładuje się wolniej zimą?

W niskich temperaturach procesy elektrochemiczne w ogniwach litowo-jonowych zachodzą wolniej, a opór wewnętrzny akumulatora wzrasta. System zarządzania baterią (BMS) ogranicza więc dostępną moc ładowania, aby chronić ją przed niepożądanymi reakcjami chemicznymi i degradacją, szczególnie przy temperaturach poniżej 0 stopni Celsjusza. Ponadto zanim bateria zacznie przyjmować większą moc z szybkiej ładowarki DC, samochód musi zużyć część energii z ładowarki na podgrzanie akumulatora do optymalnej temperatury, zazwyczaj około 20-40 stopni Celsjusza.

Ile energii zużywa prekondycjonowanie?

Nie ma jednej uniwersalnej wartości ile energii zużywa prekondycjonowanie baterii. Ostateczne zużycie zależy od temperatury otoczenia, pojemności baterii, czasu ogrzewania i wydajności układu termicznego. Jeżeli samochód jest podłączony do ładowarki przed wyjazdem w trasę, część lub całość energii może pochodzić bezpośrednio z sieci. Jeśli natomiast auto nie jest podpięte do zasilania, według badań prekondycjonowanie baterii pochłania około 5-8 kWh na jeden cykl .