Regeneracja baterii samochodów elektrycznych: czy można odzyskać utraconą pojemność?

Akumulator wysokonapięciowy — jeden z najdroższych komponentów samochodu elektrycznego, dlatego pogorszenie jego parametrów jest naturalnym powodem do niepokoju właściciela. Jedno z najczęściej zadawanych przez właścicieli samochodów elektrycznych i specjalistów serwisowych pytań brzmi:

«Czy można przywrócić pojemność akumulatora, jeśli kilkakrotnie z rzędu całkowicie go naładować i rozładować?»

To pytanie nie pojawiło się przypadkowo. Wiele osób pamięta, że kilka pełnych cykli ładowania i rozładowania akumulatorów niklowo-kadmowych rzeczywiście mogło poprawić ich działanie ze względu na tak zwany efekt pamięci. Jednak współczesne akumulatory trakcyjne samochodów elektrycznych wykorzystują przede wszystkim ogniwa litowo-jonowe, w przypadku których klasyczny efekt pamięci nie występuje. Czy oznacza to, że kilka pełnych cykli nigdy nie może poprawić stanu akumulatora? Aby odpowiedzieć na to pytanie, najpierw wyjaśnijmy, dlaczego akumulator traci pojemność.

Zależność pozostałej pojemności akumulatora od przebiegu samochodów Tesla Model S/X.
Na wykresie dobrze widać, jak duże mogą być różnice w stopniu degradacji już przy stosunkowo niewielkim przebiegu.

Dlaczego zmniejsza się pojemność akumulatora i zasięg?

Zmniejszenie zasięgu nie zawsze oznacza, że akumulator wysokonapięciowy rzeczywiście stracił taką samą część swojej pojemności. Na ilość dostępnej energii wpływają zarówno stan ogniw akumulatora, jak i warunki eksploatacji samochodu.

Główne przyczyny można podzielić na cztery grupy:

1. Warunki eksploatacji. Temperatura otoczenia, prędkość jazdy, intensywność przyspieszania, obciążenie silnika elektrycznego, ogrzewanie i klimatyzacja wpływają na zużycie energii, a tym samym na zasięg na jednym ładowaniu.

Zależność zasięgu Tesla Model S 100 od prędkości i temperatury.
Źródło: A Better Routeplanner (ABRP); dane dotyczące 805 samochodów Tesla.

2. Działanie systemu zarządzania akumulatorem. BMS (Battery Management System) monitoruje stan akumulatora i ogranicza dostępny zakres naładowania. Jest to niezbędne do ochrony ogniw przed nadmiernym ładowaniem i głębokim rozładowaniem.
3. Różnice parametrów ogniw. Z czasem poszczególne ogniwa i moduły mogą zacząć różnić się pod względem pojemności, rezystancji wewnętrznej i poziomu naładowania. W rezultacie najsłabsza grupa może ograniczać działanie całego akumulatora.
4. Naturalne starzenie się. W trakcie eksploatacji wewnątrz ogniw litowo-jonowych zachodzą nieodwracalne zmiany chemiczne. Stopniowo tracą one zdolność do magazynowania i oddawania takiej ilości energii jak wcześniej.

Dlatego wskazania zasięgu na desce rozdzielczej nie można traktować jako parametru służącego do oceny stanu akumulatora. Jest to wartość obliczeniowa, która zależy nie tylko od rzeczywistej pojemności akumulatora, ale także od warunków eksploatacji samochodu. Jeśli zasięg wyraźnie się zmniejszył, konieczna jest diagnostyka akumulatora wysokonapięciowego w celu ustalenia przyczyny.

Czym jest degradacja akumulatora?

Degradacja akumulatora to stopniowa i nieodwracalna zmiana jego właściwości fizycznych i chemicznych, która prowadzi do zmniejszenia zdolności do magazynowania i oddawania energii, a także może obniżać maksymalną moc akumulatora.

Podczas pracy ogniwa litowo-jonowego jony litu przemieszczają się między katodą a anodą. Podczas rozładowywania poruszają się w jednym kierunku, a podczas ładowania — w przeciwnym. W idealnych warunkach proces ten można powtarzać wiele razy. Jednak w rzeczywistym akumulatorze część litu i innych materiałów stopniowo uczestniczy w ubocznych reakcjach chemicznych. Z czasem prowadzi to do zmniejszenia ilości litu, który może uczestniczyć w prawidłowym działaniu ogniwa.

Najważniejsze procesy związane z degradacją akumulatora samochodu elektrycznego to:

1. Wzrost warstwy SEI. Na powierzchni anody tworzy się warstwa ochronna — SEI (Solid Electrolyte Interphase). Jest ona niezbędna do prawidłowego działania akumulatora, jednak z czasem nadal się rozrasta i zużywa część dostępnego litu. Im wyższa temperatura, tym szybciej zwykle zachodzą procesy prowadzące do wzrostu tej warstwy. Dlatego przegrzewanie jest jednym z czynników przyspieszających starzenie się akumulatora.

2. Osadzanie się metalicznego litu. W określonych warunkach jony litu nie zdążają prawidłowo wniknąć w materiał anody. Część litu osadza się zamiast tego na jej powierzchni w postaci metalicznego litu. Szczególnie wysokie ryzyko występuje podczas ładowania zimnego akumulatora dużym prądem. Część osadzonego litu może uczestniczyć w kolejnych reakcjach i przekształcać się w tak zwany «martwy lit», który nie uczestniczy już w magazynowaniu energii.

3. Uszkodzenie materiału aktywnego. Podczas wielokrotnego ładowania i rozładowywania materiały elektrod zmieniają swoją objętość. Przy dużych obciążeniach i niekorzystnych warunkach może to prowadzić do powstawania mikropęknięć w cząstkach materiału aktywnego. Przez powstałe pęknięcia elektrolit uzyskuje dostęp do nowych powierzchni, na których zachodzą dodatkowe reakcje uboczne. Przyspiesza to dalsze starzenie się ogniwa.

4. Zmiana struktury katody. Wysokie temperatury i inne niekorzystne warunki mogą powodować zmiany struktury materiału katodowego. W rezultacie część materiału aktywnego traci zdolność do prawidłowego uczestniczenia w odwracalnym transporcie litu.

Wszystkie te procesy stopniowo prowadzą do dwóch głównych konsekwencji: zmniejsza się dostępna pojemność, a rezystancja wewnętrzna ogniwa wzrasta. Zwiększona rezystancja wewnętrzna prowadzi do dodatkowego nagrzewania podczas przepływu dużych prądów. Z kolei wysoka temperatura przyspiesza wiele procesów starzenia. Dlatego różne mechanizmy degradacji mogą wzajemnie się nasilać i stopniowo przyspieszać zużycie akumulatora.

Średnie roczne tempo spadku dostępnej pojemności akumulatora przy różnych sposobach ładowania DC.
Źródło: badanie Geotab dotyczące stanu akumulatorów samochodów elektrycznych, 2025–2026.

Czy kilka cykli może rzeczywiście poprawić stan akumulatora?

Teraz możemy wrócić do głównego pytania artykułu. Pełny cykl ładowania i rozładowania nie jest w stanie przywrócić fizycznie utraconej pojemności zdegradowanego ogniwa litowo-jonowego. Jeśli wewnątrz ogniwa zaszły nieodwracalne zmiany chemiczne, kilka cykli nie przywróci jego początkowych parametrów.

Istnieją jednak sytuacje, w których po kilku cyklach parametry akumulatora rzeczywiście mogą się poprawić.

Pierwsza z nich jest związana z systemem zarządzania akumulatorem BMS. System ten stale oblicza poziom naładowania, dostępną pojemność i inne parametry na podstawie pomiarów napięcia, prądu i temperatury. Z czasem wartości obliczeniowe mogą wymagać korekty. Po pełnym cyklu ładowania i rozładowania BMS otrzymuje dodatkowe dane i może skorygować swoje obliczenia. W rezultacie właściciel może czasami zaobserwować wzrost obliczeniowej pojemności lub prognozowanego zasięgu. Należy jednak pamiętać: w tym przypadku nie regeneruje się sam akumulator, lecz poprawia się dokładność oceny jego stanu.

Druga sytuacja może wystąpić po długotrwałym przechowywaniu akumulatora bez eksploatacji. Na przykład samochód może znajdować się w naprawie po wypadku lub akumulator wysokonapięciowy może być przez długi czas przechowywany poza samochodem. Po dłuższym okresie postoju rozkład litu wewnątrz elektrod może stać się mniej równomierny. Kilka kontrolowanych cykli ładowania i rozładowania może częściowo wyrównać ten stan. W rezultacie dostępna pojemność może nieznacznie wzrosnąć. Jednak również w tym przypadku nie chodzi o regenerację zdegradowanych ogniw. Raczej akumulator zaczyna efektywniej wykorzystywać zasób, który już w nim był.

Wnioski

Podsumowując, kilka pełnych cykli ładowania i rozładowania nie regeneruje fizycznie zdegradowanego akumulatora samochodu elektrycznego, ale w niektórych przypadkach może skorygować obliczenia BMS lub poprawić wykorzystanie dostępnej pojemności po długotrwałym postoju.

Aby ustalić rzeczywistą przyczynę zmniejszenia zasięgu i określić możliwość regeneracji akumulatora, konieczna jest profesjonalna diagnostyka akumulatora wysokonapięciowego. Do takich zadań MSG Equipment oferuje tester MS801, który umożliwia diagnostykę modułów litowo-jonowych akumulatorów wysokonapięciowych współczesnych samochodów elektrycznych oraz ocenę ich kluczowych parametrów: pojemności i rezystancji wewnętrznej.