Výrobci uvádějí u elektromobilů dvě kapacity baterie, prodejci mluví o ampérhodinách článků a nabíječky ukazují kilowatty. Všechno spojuje jeden jednoduchý vztah: energie se rovná napětí krát náboj. Kdo ho ovládá, spočítá si dojezd, dobu nabíjení i to, proč se dvě „stejné“ baterie liší.
Teorie: kWh = V × Ah / 1000
Energie uložená v baterii se udává v kilowatthodinách (kWh). Článek nebo celý akumulátor je charakterizován jmenovitým napětím ve voltech (V) a nábojem v ampérhodinách (Ah). Platí:
energie [kWh] = napětí [V] × náboj [Ah] / 1000
Akumulátor elektromobilu se skládá z mnoha článků. Při sériovém zapojení se sčítají napětí, při paralelním zapojení náboje. Konfigurace se zapisuje například „96s2p“: 96 článků v sérii, každá pozice složená ze dvou paralelních článků.
Druhý užitečný vztah se týká výkonu a času: energie [kWh] = výkon [kW] × čas [h]. Z něj vychází odhad doby nabíjení i spotřeba.
Brutto a netto
Výrobci baterii nikdy nevybíjejí úplně do nuly ani nenabíjejí do absolutního maxima, protože by tím zkracovali její životnost. Proto se uvádí brutto (hrubá) kapacita, tedy fyzický obsah energie, a netto (využitelná) kapacita, se kterou může řidič skutečně jezdit. Například Škoda Elroq 85 má podle tiskových materiálů Škody baterii s kapacitou 82 kWh brutto a 77 kWh netto. Rezerva tedy činí 5 kWh, zhruba 6 %.
C-rate: jak rychle vůči velikosti
Pro srovnání baterií různé velikosti se používá poměrná rychlost nabíjení a vybíjení, takzvané C-rate. Hodnota 1C znamená, že by se celá kapacita nabila nebo vybila za jednu hodinu. Platí:
C-rate = výkon [kW] / kapacita [kWh]
Nabíjení výkonem 135 kW do baterie s kapacitou 77 kWh odpovídá zhruba 1,75C. Stejný výkon by u malé baterie s kapacitou 40 kWh znamenal přes 3C, což většina článků dlouhodobě nesnese. Proto mají menší baterie obvykle nižší maximální nabíjecí výkon. Neznamená to horší techniku, jen stejnou zátěž článků.
Napětí podle chemie článků
Jmenovité napětí článku závisí na jeho chemii. Články s katodou NMC (nikl, mangan, kobalt) mají typicky jmenovité napětí kolem 3,6 až 3,7 V, články LFP (lithium-železo-fosfát) kolem 3,2 V. Akumulátor s články LFP proto potřebuje pro stejné napětí víc článků v sérii. Pro 400 V je to při 3,2 V na článek 125 článků, při 3,7 V jen 108. Články LFP mají nižší hustotu energie, ale jsou levnější, bez kobaltu a niklu a snášejí víc nabíjecích cyklů. Proto se prosazují hlavně v levnějších autech a ve stacionárních úložištích.
Stav nabití a stav zdraví
Dva pojmy, které se v praxi pletou:
- SoC (State of Charge) – stav nabití, kolik procent využitelné kapacity je právě v baterii. To ukazuje displej auta.
- SoH (State of Health) – stav zdraví, kolik procent původní kapacity baterie po letech provozu ještě má. Baterie s SoH 90 % a původní kapacitou 77 kWh má k dispozici zhruba 69 kWh.
SoH je klíčové při prodeji ojetých elektromobilů a pro baterie, které dostanou druhý život ve stacionárních úložištích. Údaje o stavu baterie budou mít výrobci a provozovatelé k dispozici v bateriovém pasu.
Řešené příklady
Příklad 1: kapacita akumulátoru z článků. Akumulátor má konfiguraci 96s, články mají jmenovité napětí 3,7 V a náboj 230 Ah.
- Napětí akumulátoru: 96 × 3,7 V = 355,2 V.
- Náboj zůstává 230 Ah (paralelní zapojení není).
- Energie: 355,2 × 230 / 1000 ≈ 81,7 kWh.
Výsledek odpovídá řádově bateriím střední třídy kolem 82 kWh brutto.
Příklad 2: stejná energie, jiné napětí. Akumulátor s architekturou 800 V a stejnou energií 81,7 kWh potřebuje náboj jen 81 700 / 800 ≈ 102 Ah. Vyšší napětí znamená při stejném výkonu poloviční proud, a tedy menší ztráty v kabelech a rychlejší nabíjení. Proto část automobilek přechází na 800V architekturu.
Příklad 3: jak dlouho se nabíjí na AC. Využitelná kapacita je 77 kWh, palubní nabíječka zvládne 11 kW. Nabití z 10 % na 100 % znamená doplnit 0,9 × 77 = 69,3 kWh. Teoreticky 69,3 / 11 ≈ 6,3 hodiny. Ve skutečnosti o něco déle, protože část energie se ztratí v nabíječce a při ohřevu nebo chlazení baterie.
Příklad 4: průměrný výkon na rychlonabíječce. Škoda uvádí pro Elroq 85 nabití z 10 na 80 % za 28 minut. To je 0,7 × 77 = 53,9 kWh za 28/60 h, průměrný výkon tedy zhruba 53,9 / 0,467 ≈ 115 kW. Maximální nabíjecí výkon je vyšší, ale nabíječka ho drží jen v části nabíjecí křivky. Průměr je proto pro plánování cesty důležitější než maximum.
Příklad 5: dojezd ze spotřeby. Při spotřebě 17 kWh/100 km vystačí 77 kWh teoreticky na 77 / 17 × 100 ≈ 453 km. V zimě při spotřebě 22 kWh/100 km jen na 350 km.
Příklad 6: kolik stojí nabití. Doplnit 53,9 kWh při ceně 10 Kč za kWh na veřejné rychlonabíječce stojí 539 Kč. Doma při ceně například 5 Kč za kWh a ztrátách 10 % je potřeba odebrat ze sítě 53,9 / 0,9 ≈ 59,9 kWh, což stojí asi 300 Kč. Ceny jsou ilustrativní, skutečné se liší podle tarifu a provozovatele. Výpočet ale ukazuje, proč se ztráty při nabíjení vyplatí započítat.
Příklad 7: hmotnost baterie. Pokud by akumulátor s kapacitou 82 kWh měl hustotu energie na úrovni celého bloku 160 Wh/kg, vážil by 82 000 / 160 ≈ 513 kg. Hodnota hustoty je zde jen předpoklad pro výpočet. Ukazuje ale, proč každé zlepšení chemie článků nebo konstrukce bloku znatelně sníží hmotnost auta.
Převody jednotek spotřeby
V Evropě se spotřeba elektromobilů udává v kWh na 100 km, v některých aplikacích v kilometrech na kWh. Převod je jednoduchý: 100 děleno spotřebou. Spotřeba 16 kWh/100 km odpovídá 6,25 km/kWh, spotřeba 20 kWh/100 km odpovídá 5 km/kWh. Pro srovnání se spalovacími auty je nejpraktičtější přepočítat obě varianty na náklady na kilometr: spotřebu vynásobit cenou energie a vydělit stem.
Kde se s tím setkáte
- Technické listy aut – brutto a netto kapacita, maximální nabíjecí výkon AC a DC a doba nabíjení 10–80 %.
- Bateriový pas – od února 2027 bude pas baterie obsahovat mimo jiné jmenovitou kapacitu a údaje o stavu baterie (viz článek o bateriovém pasu).
- Infrastruktura – evropské cíle pro nabíjení se počítají v kW instalovaného výkonu na registrované vozidlo (viz AFIR).
- Výroba – závody, které vyrábějí baterie nebo bateriové systémy, uvádějí kapacitu v GWh za rok (viz článek o bateriích v Česku).
Typické chyby
- Záměna kW a kWh. kW je výkon (jak rychle), kWh je energie (kolik).
- Porovnávat Ah dvou baterií s jiným napětím. 100 Ah při 800 V je dvakrát víc energie než 100 Ah při 400 V.
- Počítat dojezd z brutto kapacity. Řidič má k dispozici jen netto.
- Dělit kapacitu maximálním nabíjecím výkonem. Doba nabíjení vychází z průměrného výkonu, který je nižší než maximum.
- Zapomenout na ztráty. Ze sítě se odebere víc energie, než se uloží do baterie.
Procvičení
1. Akumulátor 108s s články 3,6 V a 150 Ah. Jaká je energie? Odpověď: 108 × 3,6 = 388,8 V; 388,8 × 150 / 1000 ≈ 58,3 kWh.
2. Kolik energie doplníte za 30 minut při průměrném výkonu 90 kW? Odpověď: 90 × 0,5 = 45 kWh.
3. Baterie 59 kWh netto, spotřeba 16 kWh/100 km. Jaký je teoretický dojezd? Odpověď: 59 / 16 × 100 ≈ 369 km.
Shrnutí
Energie baterie v kWh je napětí krát náboj děleno tisícem. Sériové zapojení sčítá napětí, paralelní náboj. Pro dojezd se počítá s netto kapacitou, pro dobu nabíjení s průměrným, ne maximálním výkonem. Vyšší napětí snižuje proud, a proto umožňuje rychlejší nabíjení.
Související články
- Bateriový pas od února 2027
- Kde bude Česko dělat baterie
- AFIR: nabíjecí stanice podle evropských pravidel
Zdroje
- Škoda Storyboard: Elroq – baterie a výkonové verze
Titulní foto: Lithium-iontové články formátu 18650 a 21700. Foto: Sevenethics, Wikimedia Commons, licence CC0.
