Co zrobić z akumulatorami trakcyjnymi?
Wraz z rozwojem elektromobilności wzrasta również potrzeba odpowiedniego serwisowania i napraw pojazdów elektrycznych, w tym akumulatorów trakcyjnych. Równolegle producenci aut wdrażają kompleksowe plany obrotu używanymi akumulatorami oraz ich utylizacji. Ambitne projekty w tych wymiarach realizuje Renault.
Obserwujemy dynamiczny wzrost sprzedaży samochodów elektrycznych w Europie i w Polsce. W 2021 roku europejscy klienci odebrali kluczyki do prawie 880 tys. takich pojazdów (+61% r./r.). W Polsce było to ok. 7,7 tys. pojazdów, czyli dwukrotnie więcej niż rok wcześniej. W ub.r. światowe zapotrzebowanie na baterie i akumulatory trakcyjne szacowano na ok. 300 GWh, ale już w 2030 roku ma być ono prawie dziesięciokrotnie większe. Ich odpowiednie serwisowanie i naprawianie, a w przyszłości również utylizacja, staje się więc oczkiem w głowie producentów motoryzacyjnych.
Konkretny plan i działania
Aby zapoznać się z dokonaniami i planami Renault w zakresie pojazdów elektrycznych, zostaliśmy zaproszeni do Zabrza – do jedynego w Polsce zakładu naprawy akumulatorów trakcyjnych. Od kilku lat Renault konsekwentnie realizuje plan, aby do 2030 roku wszystkie fabryki tej marki w Europie stały się neutralne środowiskowo. Do 2040 roku producent chciałby się stać całkowicie neutralny węglowo. Zadbanie o całokształt procesów związanych z serwisem akumulatorów trakcyjnych, przedłużania ich życia, a następnie utylizacji stanowi jeden z ważniejszych elementów strategii zrównoważonego rozwoju dla Renault. Firma opracowała i realizuje projekt zagospodarowania akumulatorów w obiegu zamkniętym. Podobne działania będą wdrażać również inni producenci samochodów żywo zainteresowani odzyskiwaniem akumulatorów ze sprzedawanych samochodów. Ten niezwykle cenny element pojazdu, nawet po zakończeniu życia w samochodzie, wciąż będzie dla producentów atrakcyjnym podzespołem. Nie tylko może on dalej pracować jako magazyn energii, ale też zawiera wiele cennych związków, które można ponownie wykorzystać. Sposobem łatwego odzyskania samochodu elektrycznego jest np. niesprzedawanie pojazdu klientowi, a jedynie jego wynajmowanie. Wówczas producent cały czas ma kontrolę nad kolejnymi cyklami życia akumulatorów. Promowanie modelu subskrypcji pojazdów na prąd będzie bardzo wyraźnym trendem rynkowym w najbliższych latach.
Pierwszy cykl życia
Pierwszy cykl życia akumulatorów trakcyjnych dotyczy nowych pojazdów. Renault zamierza rozwijać produkcję aut elektrycznych w trzech francuskich miejscowościach – Douai, Maubeuge oraz Ruiz. W pierwszej z nich powstaje już Megane E-Tech i będzie wytwarzany elektryczny Scenic. W drugiej już wytwarzane są modele Kangoo Z.E. oraz Master Z.E. Do 2025 roku te trzy zakłady będą wytwarzać nawet 400 tys. pojazdów elektrycznych rocznie. Na razie Renault korzysta z akumulatorów trakcyjnych wytwarzanych w ograniczonej skali we Francji oraz z dostaw z Polski, ale niedługo zamierza otworzyć własną gigafactory nad Sekwaną. Renault ma umowy z firmami, które umożliwiają odpowiedzialne pozyskiwanie surowców do produkcji akumulatorów, np. Terrafame i Zero Carbon Lithium. Firmy te gwarantują, że surowce służące do budowy akumulatorów od momentu wydobycia poprzez transport będą miały niski ślad węglowy.
Najnowsze elektryczne modele marki mają możliwość dwukierunkowej wymiany energii między siecią a pojazdem – V2G lub dwukierunkową między domem a pojazdem V2H. Taką możliwość ma np. model Megane E-Tech. Wymaga to jednak falownika, który prąd stały z akumulatorów zamieni na prąd zmienny w sieci, np. domowej.
W pierwszym cyklu życia akumulatorów trakcyjnych oczywiście możemy je naprawiać. W przypadku osobowych modeli Renault gwarancja na nie wynosi osiem lat lub 160 tys. km, a w modelach użytkowych – 5 lat lub 100 tys. km. Producent gwarantuje, że w tym okresie akumulator zachowa co najmniej 70% pojemności początkowej. Jeśli pojemność spadłaby poniżej tego poziomu w okresie gwarancji, to zostaną one wymienione na nowe. Obecne doświadczenia wskazują na bardzo niewielki poziom degradacji akumulatorów. W kilkuletnich Zoe wynosi on ok. kilku procent. Poziom degradacji zależny jest od sposobu ładowania akumulatorów – im częściej będziemy korzystać z wolniejszych ładowarek prądu zmiennego, tym poziom degradacji akumulatorów będzie mniejszy.
Drugi cykl życia
Niezwykle ciekawym projektem, realizowanym przez Renault od 2020 roku, jest fabryka Refactory we Flins, która daje drugie życie zarówno samochodom używanym Renault, jak też znajdującym się w nich akumulatorom trakcyjnym. W 2030 roku Renault chciałoby odnawiać w tym zakładzie ok. 120 tys. pojazdów rocznie i naprawiać ok. 20 tys. akumulatorów trakcyjnych. Projekt ma na celu przedłużenie życia samochodu poprzez wymianę zużytych elementów. Co ważne, samochody z tego zakładu wyjeżdżają z gwarancją nowego pojazdu.
Akumulatory trakcyjne pochodzące z samochodów Renault nie są kierowane do utylizacji, a zyskują nowe życie jako stacjonarne lub mobilne magazyny energii pochodzącej m.in. z odnawialnych źródeł. Ten sektor rynku rozwija się obecnie wyjątkowo dynamicznie. Renault zawiązało współpracę z wieloma firmami, które mają w tej dziedzinie znaczące doświadczenia. Akumulatory trakcyjne z samochodów są przerabiane na mniejsze pojemniki energii w zakładzie Refactory. W skali mikro, po rozłożeniu na moduły, zestawy o pojemności 3–10 kWh mogą służyć np. jako generatory prądu przy pracy wewnątrz budynków, napędzania motocykli, łodzi motorowych lub oświetlenia.
W skali makro zestawy akumulatorów o pojemności ok. 30 kWh mogą już służyć jako magazyny energii dla domów mieszkalnych, zakładów, a nawet stacji ładowania pozyskujących energię ze źródeł odnawialnych. Wreszcie w skali maxi akumulatory trakcyjne, w zestawach o pojemności ponad 1000 kWh, mogą służyć jako stacjonarne magazyny energii dla fabryk i dużych osiedli. Już obecnie wykorzystywane są one we francuskich fabrykach Renault. Na razie wykorzystywane są w nich nowe akumulatory. Jak dotąd zbyt mało jest na rynku wtórnym zużytych akumulatorów trakcyjnych.
Trzeci cykl życia
Trzecim cyklem życia akumulatora jest jego utylizacja. Akumulator jest do niej kierowany, gdy jego wydajność spadnie poniżej 40%. Naturalnie akumulatory mogą być wykorzystywane nawet do momentu, gdy mają 10% pojemności początkowej, np. w procesach, w których wystarczająca jest wolna wymiana energii. Recycling akumulatorów polega na demontażu, ekstrakcji i oczyszczaniu metali, odzyskując pierwiastki użyte do ich budowy. Konsorcjum firm Renault, Veolia i Solway, opracowało technologie pozwalające odzyskać praktycznie 100% surowców z akumulatorów. Technologia ta pozwala np. odzyskać za pomocą ultradźwięków nawet 98% litu. W założeniu w 2030 roku ok. 80% materiałów pochodzących z recyclingu będzie użytych ponownie do produkcji akumulatorów.
Zabrzański rodzynek
Aby odpowiednio zadbać o sprawność akumulatorów w pierwszym cyklu życia, Renault rozwija sieć serwisowania i napraw akumulatorów trakcyjnych. Pierwszy taki punkt w Europie Środkowo-Wschodniej otwarto w Zabrzu w 2020 roku. Obiekt znajduje się na terenie salonu sprzedaży i serwisu Renault-Dąbrowscy. Do zabrzańskiego zakładu przywożone są samochody i akumulatory trakcyjne nie tylko z Polski, ale i krajów nadbałtyckich, Czech, Słowacji i Węgier.
Obsługa serwisowa samochodów elektrycznych Renault podzielona jest na trzy strefy: niebieską – niewymagającą zablokowania akumulatora trakcyjnego, pomarańczową – w której serwisy Renault Ekspert E-Tech dokonują napraw w pełnym zakresie, oprócz akumulatorów trakcyjnych. Już tutaj wymagane są narzędzia specjalistyczne i przeszkolony personel do pracy z napięciem 400 V. Ostatnią strefą jest czerwona, w której dokonuje się napraw akumulatorów trakcyjnych. Taka właśnie znajduje się w Zabrzu.
Jeśli w samochodzie elektrycznym w serwisie Renault zostanie zdiagnozowana usterka akumulatora trakcyjnego, pojazd transportowany jest do Zabrza. W serwisie tym odbywa się pogłębiona diagnostyka, w ramach której sprawdzane są szczegółowo parametry akumulatora trakcyjnego i wszystkie moduły akumulatorów. Prac przy akumulatorach trakcyjnych dokonuje zawsze dwóch specjalistów E-Tech ubranych w specjalne kombinezony, korzystających ze specjalnych rękawic i osłon na twarz. Działają oni równolegle, na bieżąco informując siebie wzajemnie o wykonywanych czynnościach. Nie jest możliwa praca jednej osoby przy serwisowaniu akumulatorów trakcyjnych. Pracownicy tego działu muszą przechodzić coroczne badania lekarskie i regularne szkolenia. Jeśli pracownik nie naprawia akumulatora dłużej niż pół roku, musi przechodzić szkolenia przypominające.
Przed zdjęciem obudowy wadliwego zestawu akumulatorów dokonywane są pomiary i podłączenie oprogramowania diagnostycznego z układem sterującym akumulatorów trakcyjnych BMS. Podczas naprawy komputer diagnostyczny na bieżąco sprawdza parametry pracy i błędy, co skraca czas diagnostyki i naprawy akumulatora. Po zdjęciu obudowy pracownicy sprawdzają, czy nie ma wycieków elektrolitów, śladów wody, brudu lub korozji. Jeśli zdiagnozowany jest brak odpowiedniego napięcia w module lub zostanie stwierdzone uszkodzenie konkretnej celi, wymieniany jest cały moduł. W Megane E-Tech znajduje się od ośmiu do 12 takich modułów, w zależności od pojemności zestawu akumulatorów trakcyjnych. Wymiana modułu nie jest tak prosta, jak się wydaje. Konieczne jest skorzystanie z tzw. balansera, który wyrówna napięcie danego modułu do reszty modułów w akumulatorze trakcyjnym. Nowy moduł znajduje się w przestrzeni zamkniętej w balanserze, gdzie dokonywane jest wyrównanie napięć. Oczywiście, proces ten musi się odbywać w tej samej temperaturze dla wszystkich modułów. Po naprawie i przed założeniem osłony akumulatorów zawsze wymieniane są uszczelki, a po złożeniu sprawdzana jest szczelność akumulatora.
Procedury w momencie wypadku
Znacznie bardziej rygorystyczne procedury serwisowe obejmują akumulatory trakcyjne pojazdów, które uczestniczyły w kolizji lub wypadku. Renault opracowało obszerną dokumentację i cały zestaw progów, które uprawniają lub dyskwalifikują dany akumulator do dalszej diagnozy lub naprawy. Gdy następuje odpalenie poduszek w pojeździe to akumulator nie jest już kierowany do naprawy. Podobnie dzieje się, gdy nie jest możliwe wyjęcie akumulatora z powodu jego zakleszczenia w nadwoziu lub gdy w pobliżu akumulatorów miał miejsce pożar. Jeśli jednak w samochodzie nastąpi jedynie odpalenie napinaczy pasów, to pojazd kwalifikuje się do diagnozy, naprawy i dalszego użytku.
Akumulator po wypadku pojazdu może stać się produktem niebezpiecznym. Wzrost jego temperatury i zapłon może nastąpić nawet 72 godziny po wypadku. Na ten czas powypadkowy lub uszkodzony samochód elektryczny musi być odstawiony w odosobnione, bezpieczne miejsce. Dlatego dopiero po trzech dniach od zdarzenia może się rozpocząć wstępna diagnostyka akumulatorów.
Aby ułatwić pracę służbom ratowniczym z powypadkowym samochodem elektrycznym, na każdym pojeździe w specjalnych miejscach na szybach umieszczane są kody QR. Po ich sczytaniu ściągane są karty interwencyjne z użytecznymi dla służb ratowniczych informacjami, m.in. o miejscu rozłączania akumulatorów, sposobie holowania pojazdów, położeniu okablowania czy też możliwych miejscach cięcia pojazdów.
Niezwykle użytecznym wynalazkiem Renault, stosowanym wyłącznie przez ten koncern, jest Fireman Access, występujący w modelach hybrydowych i elektrycznych. To system ułatwiający szybkie schładzanie lub gaszenie akumulatorów trakcyjnych. Przypomnijmy, że stosowanych obecnie litowo-jonowych akumulatorów trakcyjnych nie da się ugasić. Muszą się one wypalić do końca. Możemy jednak ograniczyć wzrost temperatury akumulatorów i skutki pożaru.
A jak z tym poradziło sobie Renault? Gdy temperatura akumulatorów wzrośnie powyżej 120 stopni, wytapia się specjalna membrana znajdująca się na ich wierzchu. Równocześnie wytapia się fragment podłogi nad tą membraną, co powoduje, że powstaje bezpośredni otwór umożliwiający dostęp do akumulatorów trakcyjnych. Poprzez ten otwór strażacy mogą wlewać wodę, która rozlewa się po całym akumulatorze. Wówczas czas schłodzenia bądź gaszenia płonącego akumulatora wynosi pięć minut. W innych markach konieczne jest często wielogodzinne gaszenie całego pojazdu, najlepiej zatapiając go w specjalnej wannie z wodą. Innowacyjność Renault w tej kwestii jest następstwem problemów, z jakimi muszą mierzyć się na co dzień francuscy strażacy. Rokrocznie w tym kraju podpalanych jest ok. 60 tys. pojazdów, co w przypadku rosnącej liczby samochodów elektrycznych dosłownie stawałoby się palącym problemem. Renault nawiązało więc współpracę ze strażakami przy opracowywaniu skutecznego sposobu gaszenia lub schładzania akumulatorów trakcyjnych w samochodach. Warto dodać, że nie ma fizycznej możliwości samozapłonu akumulatorów trakcyjnych. Mogą się one zapalić wyłącznie poprzez działanie czynników zewnętrznych.
Przemysław Dobrosławski
Szanowni Państwo,