Втрати вампірів Саморозряд акумуляторів електромобілів - генерація електроенергії
Акумулятор Audi e-tron також піддається певному саморозряду. Але чому це так?
Зі звітів водіїв електромобілів та на відповідних форумах час від часу чують і читають про так звані "Втрати вампірів«Акумулятора - тобто падіння рівня заряду акумулятора в транспортному засобі, хоча він і не був переміщений. Користувач цього не чекає, і швидко виникає питання, куди енергія «зникає». Які причини цих наслідків? Генерація електроенергії просвічує.
Перш ніж ми детальніше розглянемо різні причини, ми повинні спочатку поглянути на серце батареї, окремий елемент. Зменшення стану заряду електрохімічної комірки прийнято називати "саморозрядом". Цей ефект спостерігається практично у всіх поширених типах клітин і тому не є незвичним. Однак саморозряд відрізняється залежно від використовуваної хімії клітин. Свинцево-кислотні або нікель-метал-гідридні акумулятори (NiMH) демонструють більш високий рівень саморозряду, ніж літій-іонні елементи, які вбудовані в акумуляторні батареї більшості сучасних електромобілів та гібридних автомобілів.
Незважаючи на те, що NiMH-батареї мають більш високий рівень саморозряду, ніж літій-іонні, перші є більш надійними проти впливу можливого глибокого розряду. NiMH-акумулятор з низькою напругою можна відносно легко зарядити. Якщо літій-іонний елемент занадто глибоко розряджається, його більше не можна використовувати, оскільки він може мати непоправні пошкодження, які можуть призвести до пожежі, якщо навантаження буде занадто великим. Щоб запобігти цьому, літій-іонні акумулятори (і, звичайно, їх аналоги NiMH) мають систему управління акумуляторами (BMS), яка постійно контролює напругу комірки під час роботи та епізодично, коли вона не працює.
Оскільки стан заряду клітини корелює з напругою клітини, саморозряд клітини може бути виражений (мілі-) вольтами на день. "Міллі" вже вказує на те, що саморозряд порівняно невеликий у порівнянні з напругою комірки (з іонами літію до 4,2 вольта). Слід зазначити, однак, що напруга нічого не говорить про фактичні втрати енергії, але завжди повинна розглядатися в контексті ємності комірки. Саморозряд 10 мВ у комірці ємністю 20 Аг означає менші втрати енергії, ніж у комірці ємністю 50 Аг.
Саморозряд цілком нормальний
Але давайте зараз підійдемо до можливих причин цих "втрат вампірів". Як уже зазначалося, літій-іонні клітини самі по собі розряджаються, однак саморозряд високоякісної клітини дуже низький. Залежно від літератури, наводяться значення від 1% до 4% стану заряду (= SOC, стан заряду) на місяць. Повністю заряджена клітина буде глибоко розряджена лише через 2 - 8 років.
Однак слід враховувати, що саморозряд не є постійним, а залежить, серед іншого, від температури навколишнього середовища, вологості або поточного стану заряду. Висока температура навколишнього середовища, висока вологість або високий рівень заряду збільшують саморозряд і тому їх слід уникати - особливо при тривалому зберіганні.
Звичайно, літій-іонна клітина все ще може мати підвищений саморозряд, наприклад, якщо компоненти комірки (анод, катод, сепаратор) були забруднені дефектами виробництва або клітина просто постаріла. Перші можна запобігти різними заходами якості під час виробництва.
Отже, ми бачимо, що саморозряд клітини - це перш за все щось «природне». Однак одне лише це не пояснює іноді високого стану втрат заряду при нерухомому транспортному засобі, що е-мобілісти спостерігають і критикують.
"Втрати вампірів" камерного спостереження
Існує низка інших ефектів, які потрібно розглянути тут. Як вже пояснювалося, за елементами батареї контролюється BMS. Для цього комірки підключені до вимірювальної електроніки, системи контролю клітин, яка вимірює напруги та температури комірок.
Для того, щоб вимірювальна електроніка працювала, їм потрібна електрична енергія. Він отримує це безпосередньо з елементів, які контролює в сучасних літій-іонних акумуляторах. Оскільки це призводить до постійного розряду комірок, вимірювальна електроніка контролю клітин оброблена дуже низьким енергоспоживанням. Якщо акумулятор працює, за елементами необхідно постійно контролювати, щоб запобігти, наприклад, глибокому розряду. Коли транспортний засіб припаркований, вимірювальна електроніка повинна якомога рідше "прокидатися", щоб перевірити стан заряду, щоб активна електроніка це без необхідності не зменшувало. Якщо вимірювальна електроніка не спроектована ефективно або прокидається занадто часто, це може призвести до більшого саморозряду комірок.
Але неважливо, активна чи ні вимірювальна електроніка. Сам факт того, що плата або моніторингова лінія повинні бути підключені до комірок, забезпечує розряд клітин через так звані відстані паразитного повзучості. Паразитує, оскільки цей розряд є небажаним, і відстань повзучості, оскільки струм може "повзати" по шляхах, які насправді не електрично з'єднані.
Балансування комірок: балансування заряду для оптимальної роботи
Відображення SOC також ніколи не буває абсолютно точним
Стан заряду, який відображається клієнту, залежить від різних факторів, таких як температура, історія зарядки або старіння. Для того, щоб мати можливість запропонувати клієнтові надійне відображення стану заряду, ще доступну ємність комірки час від часу калібрують за допомогою програмної функції, тобто повторно визначають. Цілком можливо, що після процесу перекалібрування показник SOC раптово стає нижчим, ніж раніше, без фактичних змін клітинок.
Ці різні причини тісно залежать від транспортного засобу та конструкції BMS, що залежить від виробника, і, отже, сильно варіюються від транспортного засобу.
Однак є й інші, дуже прості причини, які можуть призвести до падіння рівня заряду акумулятора. Сучасний автомобіль - це практично рухомий комп’ютер з багатьма десятками блоків управління. Більшість виробників тепер пропонують можливість викликати інформацію про стан автомобіля через мобільний телефон для своїх автомобілів. Кожного разу, коли подається такий запит, транспортний засіб повинен отримати, обробити та відповісти на нього. Само собою зрозуміло, що декілька блоків управління повинні швидко активуватися і, отже, споживати електроенергію.
У більшості випадків ці блоки управління живляться від бортової мережевої батареї 12 В. Зокрема, в електричних автомобілях він заряджається від високовольтної батареї через перетворювач постійного/постійного струму, оскільки немає клинового ременя з підключеним генератором ("генератором змінного струму"), який міг би заряджати акумулятор 12 В. Отже, енергію доводиться забирати з літій-іонних елементів високовольтної батареї, що зменшує стан заряду.
Крім того, не слід ігнорувати, що виробники транспортних засобів, такі як Tesla або BMW (особливо з i3), постійно передають дані користувача на сервер або завантажують оновлення з мережі, якщо користувач не робить інших налаштувань. Для всього цього потрібна енергія, яка в кінцевому рахунку береться від високовольтної батареї з літій-іонними елементами. Функції комфорту, такі як кондиціонування повітря в салоні, також швидко знижують рівень заряду акумулятора.
Отже, зрештою існує різнокольорове попурі з причин та можливостей для втрат вампірів. Проте одне можна сказати точно: Дракула і Ко мають з цим найменше спільного.
Пов’язані посилання:
Застереження:
Ця стаття з’явилася в оригінальній версії журналу Електричний автомобіль (Видання 04/2019, www.elektroautomobil.com). Журнал Електричний автомобіль з’являється раз на два місяці в газетних кіосках і може бути передплачений тут.