Загуби на вампири Саморазряд на акумулатори на електрически автомобили - производство на електричество
Батерията на Audi e-tron също се подлага на известно саморазреждане. Но защо е така?
От доклади от опит на шофьори на електрически автомобили и на съответните форуми човек чува и чете от време на време за т.нар.Загуби на вампири„От батерията - тоест спадът в нивото на зареждане на батерията в автомобил, въпреки че не е преместен. Потребителят не очаква това и бързо възниква въпросът къде енергията "изчезва". Какви са причините за тези ефекти? Генерираното електричество просветлява.
Преди да разгледаме по-отблизо различните причини, първо трябва да разгледаме сърцето на батерията, отделната клетка. Намаляването на състоянието на заряда на електрохимичната клетка обикновено се нарича "саморазряд". Този ефект се проявява практически при всички често срещани типове клетки и следователно не е необичаен. Саморазреждането обаче варира в зависимост от използваната клетъчна химия. Оловните киселини или никел-метал-хидридните батерии (NiMH) показват по-висок саморазряд от литиево-йонните клетки, които са вградени в батериите на повечето съвременни електрически автомобили и хибридни превозни средства.
Въпреки че NiMH батериите имат по-висок саморазряд от литиево-йонните батерии, първите са по-здрави срещу ефектите от възможно дълбоко разреждане. NiMH батерия с ниско напрежение може да се презареди сравнително лесно. Ако литиево-йонната клетка е твърде дълбоко разредена, тя може вече да не се използва, тъй като може да покаже непоправими щети, които могат да доведат до пожар, ако натоварването е твърде високо. За да се предотврати това, литиево-йонните батерии (и разбира се техните NiMH аналози) имат система за управление на батериите (BMS), която постоянно следи клетъчното напрежение по време на работа и спорадично по време на застой.
Тъй като състоянието на заряд на клетката корелира с напрежението на клетката, саморазрядът на клетката може да бъде изразен в (мили) волта на ден. "Milli" вече показва, че саморазрядът е относително малък в сравнение с напрежението на клетката (с литиеви йони до 4,2 волта). Трябва да се отбележи обаче, че напрежението не говори нищо за действителните загуби на енергия, но винаги трябва да се разглежда в контекста на капацитета на клетката. 10 mV саморазряд в клетка с капацитет 20 Ah означава по-малко загуба на енергия, отколкото в клетка с капацитет 50 Ah.
Саморазреждането е съвсем нормално
Но нека сега да стигнем до възможните причини за тези "вампирски загуби". Както вече споменахме, литиево-йонните клетки се разтоварват естествено сами по себе си, но саморазрядът във висококачествена клетка е много нисък. В зависимост от литературата са дадени стойности между 1% и 4% от състоянието на зареждане (= SOC, състояние на зареждане) на месец. Напълно заредена клетка ще бъде дълбоко разредена едва след 2 до 8 години.
Трябва обаче да се има предвид, че саморазрядът не е постоянен, а зависи, наред с други неща, от околната температура, влажността или самото текущо състояние на зареждане. Високата температура на околната среда, високата влажност или високото ниво на зареждане увеличават саморазреждането и следователно трябва да се избягват - особено за дългосрочно съхранение.
Разбира се, литиево-йонната клетка все още може да има повишен саморазряд, например ако компонентите на клетката (анод, катод, сепаратор) са замърсени от производствени дефекти или клетката просто е остаряла. Първият може да бъде предотвратен чрез различни мерки за качество по време на производството.
Така виждаме, че саморазреждането на клетката е преди всичко нещо „естествено“. Само това обаче не обяснява понякога високото състояние на загубите на заряд при неподвижно превозно средство, което е-мобилистите наблюдават и критикуват.
"Загуби на вампири" от клетъчно наблюдение
Има редица други ефекти, които трябва да бъдат разгледани тук. Както вече беше обяснено, клетките в батерията се наблюдават от BMS. За тази цел клетките са свързани към измервателна електроника, системата за наблюдение на клетките, която измерва напреженията и температурите на клетките.
За да работи измервателната електроника, те се нуждаят от електрическа енергия. Получава това директно от клетките, които наблюдава в съвременните литиево-йонни батерии. Тъй като това води до постоянно разреждане на клетките, измервателната електроника на наблюдението на клетките е подредена до много ниска консумация на енергия. Ако батерията работи, клетките трябва непрекъснато да се наблюдават, за да се предотврати например дълбоко разреждане. Когато автомобилът е паркиран, измервателната електроника трябва да се "събужда" възможно най-рядко, за да провери състоянието на зареждане, така че това да не бъде ненужно намалено от активната електроника. Ако измервателната електроника не е проектирана ефективно или се събужда твърде често, това може да доведе до по-голямо саморазреждане на клетките.
Но няма значение дали измервателната електроника е активна или не. Самият факт, че платка или линия за наблюдение трябва да бъдат свързани към клетките, гарантира, че клетките се разреждат чрез така наречените паразитни разстояния на пълзене. Паразитни, тъй като този разряд е нежелан и разстоянията на пълзене, тъй като токът може да „пълзи“ по пътища, които всъщност не са електрически свързани.
Балансиране на клетките: балансиране на заряда за оптимална производителност
Дисплеят SOC също никога не е напълно точен
Състоянието на зареждане, което се показва на клиента, зависи от различни фактори като температура, история на зареждане или стареене. За да може да предложи на клиента надежден дисплей за състоянието на зареждане, все още наличният капацитет на клетката се калибрира от време на време, използвайки софтуерна функция, т.е. Възможно е след процес на повторно калибриране показаният SOC внезапно да е по-нисък от преди, без клетките действително да са се променили.
Всички тези различни причини силно зависят от превозното средство и специфичния за производителя дизайн на BMS и следователно се различават значително при различните превозни средства.
Има обаче и други, много прости причини, които могат да доведат до спад в състоянието на зареждане на батерията. Съвременният автомобил е практически подвижен компютър с много дузини управляващи устройства. Повечето производители вече предлагат опция за извикване на информация за състоянието на автомобила чрез приложението за мобилен телефон за своите превозни средства. Всеки път, когато се направи такова искане, съответното искане трябва да бъде получено, обработено и отговорено от превозното средство. От само себе си се разбира, че няколко блока за управление трябва да бъдат активирани бързо и следователно да консумират електричество.
В повечето случаи тези блокове за управление се захранват от 12V бордова мрежова батерия. По-специално при електрическите автомобили, това се зарежда от батерията за високо напрежение чрез DC/DC преобразувател, тъй като няма клинови ремък със свързан генератор („алтернатор“), който би могъл да зареди 12V батерията. Така че енергията трябва да се взема от литиево-йонните клетки на високоволтовата батерия - което намалява състоянието на заряда.
Освен това не трябва да се пренебрегва, че производителите на превозни средства като Tesla или BMW (особено при i3) постоянно предават потребителски данни на сървъра или изтеглят актуализации от мрежата, ако потребителят не направи различни настройки. Всичко това изисква енергия, която в крайна сметка се взема от високоволтовата батерия с литиево-йонни клетки. Комфортните функции, като предварителна климатизация в интериора, бързо намаляват нивото на зареждане на батерията.
Така че в крайна сметка има цветно попури с причини и възможности за вампирските загуби. Едно обаче е сигурно: Дракула и Ко имат най-малко общо с това.
Свързани връзки:
Опровержение:
Тази статия се появи в оригиналната си версия в списанието Електрическа кола (Издание 04/2019, www.elektroautomobil.com). Списанието Електрическа кола се появява на всеки два месеца във вестници и може да се абонирате за тук.