Straty upírov Samovybíjanie batérií na elektrický pohon - výroba elektriny
Batéria Audi e-tron tiež podlieha určitému samovybíjaniu. Ale prečo je to tak?
Zo zážitkových správ vodičov elektromobilov a na príslušných fórach sa občas dopočujú a prečítajú takzvané „správy“.Straty upírov"Z batérie - to znamená pokles úrovne nabitia batérie vo vozidle, aj keď s ním nebolo pohnuté." Používateľ to neočakáva a rýchlo sa natíska otázka, kam energia „zmizne“. Aké sú príčiny týchto účinkov? Osvetľuje sa výroba elektriny.
Predtým, ako sa bližšie pozrieme na rôzne príčiny, musíme sa najskôr pozrieť na srdce batérie, jednotlivý článok. Pokles stavu nabitia elektrochemického článku sa bežne označuje ako „samovybíjanie“. Tento efekt sa vyskytuje prakticky u všetkých bežných typov buniek, a preto nie je neobvyklý. Samovybíjanie sa však líši v závislosti od použitej bunkovej chémie. Olovené alebo nikel-metal-hydridové batérie (NiMH) sa vyznačujú vyšším samovybíjaním ako lítium-iónové články, ktoré sú zabudované v akumulátoroch väčšiny moderných elektrických automobilov a hybridných vozidiel.
Hoci NiMH batérie majú vyššie samovybíjanie ako lítium-iónové batérie, prvé sú odolnejšie proti účinkom možného hlbokého vybitia. NiMH batériu s nízkym napätím je možné pomerne ľahko nabiť. Ak je lítium-iónový článok príliš hlboko vybitý, nemusí sa už používať, pretože by mohol spôsobiť nenapraviteľné poškodenie, ktoré by pri príliš vysokom zaťažení mohlo viesť k požiaru. Aby sa tomu zabránilo, majú lítium-iónové batérie (a samozrejme ich náprotivky NiMH) systém správy batérií (BMS), ktorý neustále sleduje napätie článkov počas prevádzky a sporadicky počas státia.
Pretože stav nabitia článku koreluje s napätím článku, môže byť samovybíjanie článku vyjadrené v (mili-) voltoch za deň. „Milli“ už naznačuje, že samovybíjanie je relatívne malé v porovnaní s napätím článku (s iónmi lítia do 4,2 voltov). Treba však poznamenať, že napätie nehovorí nič o skutočnej strate energie, ale musí sa na neho vždy pozerať v kontexte kapacity bunky. Samovybíjanie 10 mV v článku s kapacitou 20 Ah znamená menšie straty energie ako v článku s kapacitou 50 Ah.
Samovybíjanie je úplne bežné
Poďme však teraz k možným príčinám týchto „strát upírov“. Ako už bolo spomenuté, lítium-iónové články sa vybíjajú prirodzene samy. Samovybíjanie v kvalitnom článku je však veľmi nízke. V závislosti od literatúry sú uvedené hodnoty medzi 1% a 4% stavu nabitia (= SOC, stav poplatku) mesačne. Plne nabitý článok by sa hlboko vybil až po 2 až 8 rokoch.
Je však potrebné vziať do úvahy, že samovybíjanie nie je konštantné, ale závisí okrem iného od teploty prostredia, vlhkosti alebo samotného aktuálneho stavu nabitia. Vysoká teplota okolia, vysoká vlhkosť alebo vysoký stav nabitia zvyšujú samovybíjanie a preto by sa im malo zabrániť - najmä pri dlhodobom skladovaní.
Samozrejme, lítium-iónový článok môže mať stále zvýšené samovybíjanie, napríklad ak boli komponenty článku (anóda, katóda, separátor) znečistené výrobnými chybami alebo článok jednoducho zostarol. Tomu prvému možno zabrániť rôznymi kvalitatívnymi opatreniami počas výroby.
Vidíme teda, že samovybíjanie bunky je v prvom rade niečo „prirodzené“. Samotné to však nevysvetľuje niekedy vysoký stav strát náboja, keď je vozidlo v pokoji, čo e-mobilisti pozorujú a kritizujú.
„Straty upírov“ bunkového dozoru
Tu je potrebné zohľadniť množstvo ďalších účinkov. Ako už bolo vysvetlené, články v batérii sú monitorované BMS. Za týmto účelom sú články pripojené k meracej elektronike, monitorovaciemu systému článkov, ktorý meria napätia a teploty článkov.
Aby meracia elektronika fungovala, potrebuje elektrickú energiu. Získava to priamo z článkov, ktoré monitoruje v moderných lítium-iónových batériách. Pretože to vedie k neustálemu vybíjaniu článkov, je meracia elektronika monitorovania článkov upravená na veľmi nízku spotrebu energie. Ak je batéria v prevádzke, musia byť články neustále sledované, aby sa zabránilo napríklad hlbokému vybitiu. Keď je vozidlo zaparkované, mala by sa meracia elektronika čo najmenej zriedka „zobudiť“, aby skontrolovala stav nabitia, aby to zbytočne neznižovala aktívna elektronika. Pokiaľ nie je meracia elektronika navrhnutá efektívne alebo sa budí príliš často, môže to viesť k vyššiemu samovybíjaniu článkov.
Nezáleží však na tom, či je meracia elektronika aktívna alebo nie. Samotná skutočnosť, že k bunkám musí byť pripojená doska plošných spojov alebo monitorovacie vedenie, zaisťuje, že sa články vybíjajú prostredníctvom takzvaných parazitických plazivých vzdialeností. Parazitické, pretože tento výboj je nežiaduci, a povrchové cesty, pretože prúd sa môže „plaziť“ po cestách, ktoré v skutočnosti nie sú elektricky spojené.
Vyvažovanie článkov: vyváženie nábojov pre optimálny výkon
Displej SOC tiež nikdy nie je úplne presný
Stav nabitia, ktorý sa zákazníkovi zobrazuje, závisí od rôznych faktorov, ako je teplota, história nabíjania alebo starnutie. Aby bolo možné ponúknuť zákazníkovi spoľahlivé zobrazenie stavu nabitia, stále dostupná kapacita článku sa z času na čas rekalibruje pomocou softvérovej funkcie, t. J. Opätovne určí. Je možné, že po procese rekalibrácie je zobrazený SOC náhle nižší ako predtým, bez toho, aby sa bunky skutočne zmenili.
Všetky tieto rôzne príčiny úzko závisia od vozidla a od výrobcu špecifickej konštrukcie systému BMS, a preto sa veľmi líšia od vozidla k vozidlu.
Existujú však aj ďalšie, veľmi jednoduché dôvody, ktoré môžu viesť k poklesu stavu nabitia batérie. Moderné auto je prakticky pojazdný počítač s mnohými desiatkami riadiacich jednotiek. Väčšina výrobcov teraz ponúka možnosť vyvolania informácií o stave automobilu prostredníctvom aplikácie mobilného telefónu pre svoje vozidlo. Vždy, keď je takáto žiadosť podaná, vozidlo musí zodpovedajúcu požiadavku prijať, spracovať a odpovedať na ňu. Je samozrejmé, že niekoľko riadiacich jednotiek musí byť aktivovaných rýchlo, a preto spotrebúvajú elektrinu.
Väčšinou sú tieto riadiace jednotky napájané z palubnej sieťovej batérie 12V. Najmä v elektromobiloch sa toto nabíja z vysokonapäťovej batérie cez DC/DC prevodník, pretože tu nie je klinový remeň s pripojeným generátorom („alternátorom“), ktorý by mohol nabíjať 12V batériu. Energiu teda treba brať z lítium-iónových článkov vysokonapäťovej batérie - čo znižuje stav nabitia.
Ďalej by sa nemalo ignorovať, že výrobcovia vozidiel, ako sú Tesla alebo BMW (najmä s i3), neustále prenášajú používateľské údaje na server alebo sťahujú aktualizácie zo siete, pokiaľ používateľ neurčí inak. To všetko si vyžaduje energiu, ktorá sa nakoniec odoberá z vysokonapäťovej batérie s lítium-iónovými článkami. Komfortné funkcie, ako napríklad pred klimatizácia v interiéri, rýchlo znižujú úroveň nabitia batérie.
Takže nakoniec existuje farebná zmes príčin a možností strát upírov. Jedna vec je však istá: Dracula a Co. s tým majú najmenej spoločného.
Súvisiace odkazy:
Zrieknutie sa zodpovednosti:
Tento článok sa v časopise objavil v pôvodnom znení Elektrické auto (Vydanie 04/2019, www.elektroautomobil.com). Časopis Elektrické auto sa objavuje každé dva mesiace v trafikách a je možné si ich tu predplatiť.