„Elektromobiliuose dažniausiai montuojamos ličio jonų baterijos, kuriose pasiekus žemą temperatūrą – minus 10 laipsnių pagal Celsijų ar žemiau – ima didėti elektrolito klampa ir sumažėja jo laidumas, o tai tiesiogiai prastina baterijos rodiklius – sukauptą energijos kiekį bei įkrovimo greitį. Aukšta temperatūra taip pat kelia grėsmę baterijų veikimo efektyvumui, patikimumui ir saugumui“, – paaiškina Vilniaus Gedimino technikos universiteto Automobilių inžinerijos katedros profesorius Vidas Žuraulis.
Tai žinodami, vis daugiau dėmesio elektromobilių baterijų temperatūros optimizavimo priemonėms skiria ir patys gamintojai. Naujausiuose modeliuose, pavyzdžiui, „Porsche Taycan“, „Audi e-Tron GT“ ar „Hyundai Ioniq 5“, montuojami šilumos siurbliai. Šie įrenginiai leidžia greitai ir kontroliuojamai pasiekti optimalią baterijų temperatūrą ir taip užtikrinti greičiausią įkrovimą kiekvieno iš šių modelių klasėje.
Vertinti reikia ne tik aplinkos temperatūrą
V. Žuraulio teigimu, dabartinėms ličio jonų baterijoms katastrofiškai pavojinga temperatūros riba – net 80 laipsnių pagal Celsijų. Toks karštis nėra būdingas jokiam planetos kampeliui. Tačiau reikia suprasti, kad per didelę kaitrą lemia ne vien aplinkos temperatūra. Itin aukšta temperatūra gali būti pasiekta ir eksploatuojant elektromobilį nestandartiniais režimais.
„Tai gali būti ypač dažnas ir agresyvus automobilio pagreitėjimas, lemiantis spartų baterijos iškrovimą. Taip pat kylančios temperatūros priežastimi gali tapti baterijos įkrovimas per didele galia, nors šiuo atveju dažniausiai nuo to apsaugo akumuliatorių valdymo moduliai“, – dėsto mokslininkas.
Elektromobilių specialistų vertinimu, optimalus šio tipo transporto priemonių baterijos temperatūros diapazonas prieš pradedant ją įkrauti svyruoja tarp 20 ir 30 laipsnių Celsijaus. Todėl prieš įsikraunant reikėtų atitinkamai bateriją pašildyti ar atvėsinti.
Be to, vos prasidėjus įkrovimo procesui, baterijos celės šyla. Pavyzdžiui, jeigu aplinkos temperatūra yra neigiama, vidinė baterijos varža smarkiai išauga, o įkrovos metu didelė dalis energijos pavirs ne vėliau nuvažiuotais kilometrais, bet šiluma, kurios prireiks celių temperatūrai pakelti.
Vertinant tik aplinkos poveikį, anot V. Žuraulio, per aukšta jau galima traktuoti 25 laipsnių pagal Celsijų temperatūrą, kai tuo metu elektromobilis įkraunamas saulės atokaitoje. Tokiu atveju vidinė baterijos temperatūra gali pasiekti 50 laipsnių ar net daugiau, kas lemia ir baterijos ilgaamžiškumo mažėjimą.
„Paprastai elektromobilio sistema tokiomis sąlygomis įkrovimą stabdo automatiškai. Šiuos elektrotechninių režimų procesus bei kitus aplinkos rodiklius kontroliuoja vadinamieji baterijos celių valdikliai, kurie būtini tinkamam akumuliatoriaus darbui, saugumui ir ilgaamžiškumui.
Valdikliai taip pat atlieka celių balansavimo funkciją – sulygina atskirų celių darbines įtampas, kad baterijos talpa būtų išnaudota optimaliai: kiek galima daugiau įkrauta ir iškrauta“, – paaiškina profesorius.
Tinkama temperatūra – maksimali įkrovimo sparta
Maksimalus elektromobilių įkrovimo greitis priklauso nuo keleto veiksnių visumos. Tai – ir baterijų celių cheminė sudėtis, temperatūros kontrolės sistema, akumuliatoriaus termoizoliacija, baterijos valdymo modulio bei kitos įrangos nustatymai.
Tinkama darbinė temperatūra pažangiausiems elektromobiliams taip pat yra svarbi, nes suteikia galimybę mėgautis didžiausiu jų privalumu – itin greitu energijos papildymu. Visu savo galingumu veikiančios sparčiojo įkrovimo sistemos tokiuose modeliuose kaip dabartiniai spartos lyderiai „Ioniq 5“, „Taycan“ ar „e-Tron GT“ leidžia jų energijos atsargas iki 80 proc. atkurti per mažiau nei 20 minučių.
Pasak V. Žuraulio, jeigu elektromobilio baterijos temperatūra per žema arba per aukšta, įkrovimo greitis gali skirtis net kartais. Problemos sprendimų yra, tačiau skirtingi gamintojai renkasi skirtingas priemones, kurios taip pat priklauso ir nuo konkretaus modelio.
Mokslininko tvirtinimu, nepaisant to, kad priverstinis šildymas ar aušinimas taip pat išeikvoja dalį baterijos energijos, geriausia įdiegti visą termoreguliavimo sistemą. Vis dėlto kai kurie gamintojai apsiriboja pasyviuoju temperatūros reguliavimu: jie diegia tik ventiliatorius arba ventiliatorius su salono termoreguliavimo sistemos sąsaja ir palieka vien apsaugas nuo kritinių temperatūrų. Taip sutaupoma komponentų, o tai reiškia, jog krinta elektromobilio kaina bei svoris.
„Baterijos komponentų – modulių ir celių – išdėstymas bei konstrukcijai sutvirtinti naudojamos medžiagos taip pat padeda palaikyti optimalią baterijų temperatūrą, tačiau didelės galios elektromobiliuose temperatūrai valdyti montuojamos atskiros sistemos. Čia neapsiribojama tik baterijų temperatūros valdymu – aušinamos ir traukos variklių šylančios mechaninės dalys bei elektros energijos inverteriai“, – atskleidžia pašnekovas.
Šiuolaikines technologijas pasitelkiantys gamintojai randa ir daugiau sumanių būdų, kaip patobulinti optimalios baterijų temperatūros palaikymo procesus. Štai minėta „Hyundai“ nuo šių metų liepos gaminamuose „Ioniq 5“ modeliuose ne tik montuoja 7 proc. – 77,4 kWh naudingosios talpos – didesnę bateriją, tačiau ir diegia išankstinio jos kondicionavimo sistemą.
Pastaroji sujungta su navigacijos sistema, tad suteikia galimybę iš anksto numatyti elektromobilio įkrovimo vietą. Prie jos artėjant, akumuliatorius pagal poreikį aušinamas arba šildomas.
Tuomet baterijos temperatūra leidžia gerokai paspartinti įkrovimo sesiją. Išankstinis baterijos kondicionavimas taip pat padeda optimizuoti jos temperatūrą prieš pradedant kelionę.
