Vámpírveszteségek Elektromos autók akkumulátorainak önkisülése - áramtermelés
Az Audi e-tron akkumulátora is bizonyos önkisülésnek van kitéve. De miért van ez?
Az elektromos gépjárművezetők tapasztalati jelentéseiből és a vonatkozó fórumokból időről időre hallani és olvasni lehet az ún.Vámpír veszteségek„Az akkumulátor közül - vagyis a jármű akkumulátorának töltöttségi szintjének csökkenése, annak ellenére, hogy nem mozgatták. A felhasználó nem számít erre, és gyorsan felmerül a kérdés, hogy az energia hol "tűnik el". Mi okozza ezeket a hatásokat? A villamos energia termelése megvilágosodik.
Mielőtt közelebbről megvizsgálnánk a különböző okokat, először meg kell vizsgálnunk az akkumulátor, az egyes cellák szívét. Az elektrokémiai cella töltöttségi állapotának csökkenését általában "önkisülésnek" nevezik. Ez a hatás gyakorlatilag az összes elterjedt sejttípusnál jelentkezik, ezért nem szokatlan. Az önkisülés azonban eltér az alkalmazott sejtkémia függvényében. Az ólom-sav vagy nikkel-fém-hidrid akkumulátorok (NiMH) nagyobb önkisülést mutatnak, mint a legtöbb modern elektromos autó és hibrid jármű akkumulátorába beépített lítium-ion cellák.
Bár a NiMH akkumulátorok nagyobb önkisüléssel rendelkeznek, mint a lítium-ion akkumulátorok, az előbbiek robusztusabbak egy esetleges mélykisülés hatásaival szemben. Az alacsony feszültségű NiMH akkumulátor viszonylag egyszerűen tölthető. Ha a lítium-ion cella túl mélyen ürül, akkor már nem használható, mivel helyrehozhatatlan károsodást okozhat, ami túl nagy terhelés esetén tűzhöz vezethet. Ennek megakadályozása érdekében a lítium-ion akkumulátoroknak (és természetesen NiMH társaiknak) van egy elemkezelő rendszere (BMS), amely folyamatosan figyeli a cella feszültségét működés közben és szórványosan álló helyzetben.
Mivel a cella töltöttségi állapota korrelál a cella feszültségével, a cella önkisülése napi (milli-) voltban fejezhető ki. A „Milli” már jelzi, hogy az önkisülés viszonylag kicsi a cella feszültségéhez képest (4,2 voltig terjedő lítiumionokkal). Meg kell azonban jegyezni, hogy a feszültség nem mond semmit a tényleges energiaveszteségről, hanem mindig a cella kapacitásának összefüggésében kell nézni. A 10 mV önkisülés 20 Ah kapacitású cellában kisebb energiaveszteséget jelent, mint egy 50 Ah kapacitású cellában.
Az önkisülés teljesen normális
De most térjünk rá ezeknek a "vámpírveszteségeknek" a lehetséges okaira. Mint már említettük, a lítium-ion sejtek önmaguktól természetesen kisülnek, azonban egy jó minőségű sejt önkisülése nagyon alacsony. Az irodalomtól függően a töltési állapot (= SOC, töltésállapot) havi 1–4% közötti értékeit adják meg. A teljesen feltöltött cellát csak 2-8 év múlva ürítenék ki mélyen.
Figyelembe kell azonban venni, hogy az önkisülés nem állandó, hanem többek között a környezeti hőmérséklettől, a páratartalomtól vagy magától a töltés pillanatnyi állapotától függ. A magas környezeti hőmérséklet, a magas páratartalom vagy a magas töltöttség fokozza az önkisülést, ezért kerülni kell - különösen hosszú távú tárolás esetén.
Természetesen a lítium-ion cellának még mindig megnövekedhet az önkisülése, például ha a cella alkatrészeit (anód, katód, szeparátor) termelési hibák szennyezik, vagy a sejt egyszerűen elöregedett. Az előbbieket a gyártás során különféle minőségi intézkedésekkel lehet megakadályozni.
Tehát azt látjuk, hogy a sejt önkisülése mindenekelőtt valami „természetes”. Ez azonban önmagában nem magyarázza az olykor magas töltésveszteséget, amikor egy jármű áll, amit az e-mobilisták megfigyelnek és bírálnak.
A sejtfelügyelet "vámpírveszteségei"
Számos egyéb hatást kell figyelembe venni itt. Mint már kifejtettük, az akkumulátor celláit a BMS ellenőrzi. Ebből a célból a cellák csatlakoznak a mérőelektronikához, a cellamegfigyelő rendszerhez, amelyek mérik a cellák feszültségét és hőmérsékletét.
A mérõelektronika mûködéséhez elektromos energiára van szükségük. Ezt közvetlenül a modern lítium-ion akkumulátorokban megfigyelt celláktól kapja. Mivel ez a cellák állandó kisüléséhez vezet, a cellafigyelés mérőelektronikáját nagyon alacsony energiafogyasztásra vágják. Ha az akkumulátor működik, akkor a cellákat folyamatosan ellenőrizni kell, hogy megakadályozzák például a mély lemerülést. Amikor a jármű parkol, a mérőelektronikának a lehető legritkábban kell "felébrednie", hogy ellenőrizze a töltöttség állapotát, hogy az aktív elektronika ne csökkentse ezt szükségtelenül. Ha a mérőelektronikát nem tervezik hatékonyan, vagy túl gyakran ébrednek fel, ez a cellák nagyobb önkisüléséhez vezethet.
De nem mindegy, hogy a mérőelektronika aktív-e vagy sem. Pusztán az a tény, hogy áramkört vagy megfigyelő vonalat kell csatlakoztatni a cellákhoz, biztosítja, hogy a sejtek úgynevezett parazita kúszó távolságokon keresztül kisüljenek. Parazita, mivel ez a kisülés nemkívánatos, és kúszási távolságok, mivel az áram "kúszhat" át olyan utakon, amelyek valójában nincsenek elektromosan csatlakoztatva.
Sejtkiegyensúlyozás: töltéskiegyenlítés az optimális teljesítmény érdekében
Az SOC kijelző szintén soha nem teljesen pontos
Az ügyfél számára megjelenített töltöttség különféle tényezőktől függ, mint például a hőmérséklet, a töltési előzmények vagy az öregedés. Annak érdekében, hogy az ügyfél megbízható töltöttségi állapot-kijelzőt tudjon ajánlani, a cella még rendelkezésre álló kapacitását időről időre újrakalibrálják egy szoftveres funkció segítségével, vagyis újra meghatározzák. Lehetséges, hogy egy újrakalibrációs folyamat után a megjelenített SOC hirtelen alacsonyabb lesz, mint korábban, anélkül, hogy a sejtek valóban megváltoznának.
Ezek a különféle okok szorosan függenek a járműtől és a BMS gyártói specifikus kialakításától, ezért járművenként jelentősen eltérnek.
Vannak azonban más, nagyon egyszerű okok, amelyek az akkumulátor töltöttségi állapotának csökkenéséhez vezethetnek. A modern autó gyakorlatilag egy gördülő számítógép, sok tucat vezérlőegységgel. A legtöbb gyártó most lehetőséget kínál arra, hogy járműveinek mobiltelefonos alkalmazásán keresztül információkat hívjon fel az autó állapotáról. Minden alkalommal, amikor ilyen kérelmet nyújtanak be, a járműnek meg kell kapnia, feldolgoznia és megválaszolnia a megfelelő kérést. Magától értetődik, hogy több vezérlőegységet gyorsan be kell kapcsolni, ezért fogyasztják az áramot.
A legtöbb esetben ezeket a vezérlőegységeket a fedélzeti 12 V-os akkumulátor biztosítja. Különösen az elektromos autóknál ezt a nagyfeszültségű akkumulátorból töltik fel DC/DC átalakítón keresztül, mivel nincs olyan ékszíj csatlakoztatott generátorral ("generátor"), amely képes lenne tölteni a 12 V-os akkumulátort. Tehát energiát kell venni a nagyfeszültségű akkumulátor lítium-ion celláiból - ez csökkenti a töltés állapotát.
Továbbá nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy az olyan járműgyártók, mint a Tesla vagy a BMW (különösen az i3-mal együtt) folyamatosan továbbítják a felhasználói adatokat a szerverre, vagy letöltik a frissítéseket a hálózatról, ha a felhasználó nem hajt végre más beállításokat. Mindehhez energiára van szükség, amelyet végül a nagyfeszültségű akkumulátor vesz a lítium-ion cellákkal együtt. A kényelmi funkciók, például a belső légkondícionálás, szintén gyorsan csökkentik az akkumulátor töltöttségi szintjét.
Tehát végső soron a vámpírvesztés okainak és lehetőségeinek egy színes potpourrija van. Egy dolog azonban biztos: Draculának és társának a legkevesebb köze van hozzá.
Kapcsolódó linkek:
Jogi nyilatkozat:
Ez a cikk eredeti változatában jelent meg a magazinban Elektromos autó (2019. évi kiadás, www.elektroautomobil.com). A magazin Elektromos autó kéthavonta megjelenik az újságárusoknál, és itt fel lehet iratkozni.