Відновлення батарей електромобілів: чи можна повернути втрачену ємність?

Високовольтна батарея — один із найдорожчих компонентів електромобіля, тому зниження її характеристик закономірно викликає занепокоєння у власника. Одне з найпоширеніших запитань, яке ставлять власники електромобілів і фахівці СТО, звучить так:

«Чи можна відновити ємність батареї, якщо кілька разів поспіль повністю зарядити та розрядити її?»

Це питання виникло не випадково. Багато хто пам’ятає, що кілька циклів повного заряджання та розряджання нікель-кадмієвих акумуляторів дійсно могли покращити їхню роботу через так званий ефект пам’яті. Але сучасні тягові батареї електромобілів переважно використовують літій-іонні комірки, у яких класичного ефекту пам’яті немає. Чи означає це, що кілька повних циклів ніколи не можуть покращити стан батареї? Щоб відповісти на це запитання, спочатку розберімося, чому батарея втрачає ємність.

Залежність залишкової ємності батареї від пробігу автомобілів Tesla Model S/X.
На графіку добре видно, наскільки великим може бути розкид за ступенем деградації вже за відносно невеликого пробігу.

Чому знижується ємність батареї та запас ходу?

Зменшення запасу ходу не завжди означає, що високовольтна батарея дійсно втратила таку саму кількість ємності. На доступну кількість енергії впливають як стан акумуляторних комірок, так і умови експлуатації автомобіля.

Основні причини можна розділити на чотири групи:

1. Умови експлуатації. Температура навколишнього середовища, швидкість руху, інтенсивність розгонів, навантаження на електродвигун, опалення та кондиціонування впливають на витрату енергії та, відповідно, на пробіг на одному заряді.

Залежність запасу ходу Tesla Model S 100 від швидкості та температури.
Джерело: A Better Routeplanner (ABRP); дані 805 автомобілів Tesla.

2. Робота системи керування батареєю. BMS (Battery Management System) контролює стан акумулятора та обмежує доступний діапазон заряду. Це необхідно для захисту комірок від надмірного заряджання та глибокого розряджання.
3. Відмінність параметрів комірок. З часом окремі комірки та модулі можуть почати відрізнятися за ємністю, внутрішнім опором і рівнем заряду. У результаті найслабша група може обмежувати роботу всієї батареї.
4. Природне старіння. У процесі експлуатації всередині літій-іонних комірок відбуваються необоротні хімічні зміни. Поступово вони втрачають здатність накопичувати та віддавати попередню кількість енергії.

Тому показник запасу ходу на панелі приладів не можна використовувати як параметр для оцінювання стану акумулятора. Це розрахункове значення, яке залежить не лише від фактичної ємності батареї, а й від умов експлуатації автомобіля. Якщо запас ходу помітно зменшився, для визначення причини необхідна діагностика високовольтної батареї.

Що таке деградація акумулятора?

Деградація акумулятора — це поступова та необоротна зміна його фізичних і хімічних властивостей, яка призводить до зниження здатності накопичувати та віддавати енергію, а також може зменшувати максимальну потужність батареї.

Під час роботи літій-іонної комірки іони літію переміщуються між катодом і анодом. Під час розряджання вони рухаються в одному напрямку, під час заряджання — у зворотному. В ідеальному випадку цей процес можна повторювати багато разів. Однак у реальній батареї частина літію та інших матеріалів поступово бере участь у побічних хімічних реакціях. З часом це призводить до зменшення кількості літію, який може брати участь у нормальній роботі комірки.

Найважливіші процеси, пов’язані з деградацією акумулятора електромобіля, такі:

1. Зростання SEI-шару. На поверхні анода формується захисна плівка — SEI (Solid Electrolyte Interphase). Вона необхідна для нормальної роботи акумулятора, але з часом продовжує зростати та споживає частину доступного літію. Чим вища температура, тим швидше зазвичай відбуваються процеси, що призводять до зростання цього шару. Тому перегрів є одним із факторів, що прискорюють старіння батареї.

2. Осадження металевого літію. За певних умов іони літію не встигають нормально впровадитися в матеріал анода. Частина літію натомість осаджується на його поверхні у вигляді металевого літію. Особливо високий ризик виникає під час заряджання холодної батареї великими струмами. Частина осадженого літію може вступати в подальші реакції та перетворюватися на так званий «мертвий літій», який більше не бере участі в накопиченні енергії.

3. Пошкодження активного матеріалу. Під час багаторазового заряджання та розряджання матеріали електродів змінюють свій об’єм. За високих навантажень і несприятливих умов це може призводити до появи мікротріщин у частинках активного матеріалу. Через утворені тріщини електроліт отримує доступ до нових поверхонь, де відбуваються додаткові побічні реакції. Це прискорює подальше старіння комірки.

4. Зміна структури катода. Високі температури та інші несприятливі умови можуть спричиняти зміни структури катодного матеріалу. У результаті частина активного матеріалу втрачає здатність нормально брати участь у зворотному перенесенні літію.

Усі ці процеси поступово призводять до двох основних наслідків: зменшується доступна ємність і збільшується внутрішній опір комірки. Підвищений внутрішній опір призводить до додаткового нагрівання за великих струмів. А висока температура, своєю чергою, прискорює багато процесів старіння. Тому різні механізми деградації можуть посилювати один одного та поступово прискорювати зношування акумулятора.

Середня річна швидкість зниження доступної ємності батареї за різних режимів DC-заряджання.
Джерело: дослідження Geotab щодо стану акумуляторів електромобілів, 2025–2026 рр.

Чи можуть кілька циклів дійсно покращити стан батареї?

Тепер можна повернутися до головного питання статті. Повний цикл заряджання та розряджання не здатний відновити фізично втрачену ємність деградованої літій-іонної комірки. Якщо всередині комірки відбулися необоротні хімічні зміни, кілька циклів не повернуть їй початкових характеристик.

Однак бувають ситуації, коли після кількох циклів показники батареї дійсно покращуються.

Перша з них пов’язана із системою керування батареєю BMS. Вона постійно розраховує рівень заряду, доступну ємність та інші параметри на основі вимірювань напруги, струму й температури. З часом розрахункові значення можуть потребувати коригування. Після повного циклу заряджання та розряджання BMS отримує додаткові дані та може уточнити свої розрахунки. У результаті власник іноді бачить збільшення розрахункової ємності або прогнозованого запасу ходу. Важливо розуміти: у цьому випадку відновлюється не сама батарея, а точність оцінювання її стану.

Друга ситуація може виникнути після тривалого зберігання батареї без експлуатації. Наприклад, автомобіль може перебувати в ремонті після ДТП або високовольтна батарея може тривалий час зберігатися окремо від автомобіля. Після тривалого простою розподіл літію всередині електродів може стати менш рівномірним. Кілька контрольованих циклів заряджання та розряджання можуть частково вирівняти цей стан. У результаті доступна ємність може трохи збільшитися. Але і в цьому випадку не йдеться про відновлення деградованих комірок. Швидше, акумулятор починає ефективніше використовувати той ресурс, який у ньому вже був.

Висновки

Таким чином, кілька повних циклів заряджання та розряджання не відновлюють фізично деградовану батарею електромобіля, але в окремих випадках можуть скоригувати розрахунки BMS або покращити використання доступної ємності після тривалого простою.

Щоб зрозуміти реальну причину зниження запасу ходу та визначити можливість відновлення батареї, необхідна професійна діагностика високовольтного акумулятора. Для таких завдань MSG Equipment пропонує тестер MS801, який дає змогу діагностувати літій-іонні модулі високовольтних батарей сучасних електромобілів, оцінюючи їхні ключові параметри: ємність і внутрішній опір.