Elektroauto akumulatora uzsildīšana un atdzesēšana – kāpēc tas ir svarīgi

"Elektroauto parasti ir aprīkoti ar litija jonu akumulatoriem, kam raksturīgi tas, ka zemā temperatūrā (–10 grādos un zemāk) palielinās elektrolīta viskozitāte un samazinās tā vadītspēja. Tas pasliktina akumulatora darbību, samazinot enerģijas daudzumu un uzlādes ātrumu. Taču akumulatora efektivitāti, uzticamību un drošību apdraud arī pārāk augsta temperatūra," skaidro Vids Žuraulis, Viļņas Ģedimina Tehniskās universitātes Autoinženierijas katedras profesors.

Lai izvairītos no šādas bēdas, ražotāji arvien lielāku uzmanību pievērš akumulatoru temperatūras optimizācijai. Jaunākajos modeļos, piemēram, "Porsche Taycan", "Audi e-tron GT" un "Hyundai Ioniq 5", ir uzstādīti siltumsūkņi. Šīs ierīces ļauj ātri un kontrolēti sasniegt akumulatorā optimālo temperatūru, tādējādi nodrošinot visātrāko uzlādi.

Jāskatās ne tikai temperatūra aiz loga

Pašreizējiem litija jonu akumulatoriem bīstamā robeža ir jau ap 80 grādiem. Tik karsts gan nav nevienā planētas nostūrī, tomēr jāņem vērā, ka pārmērīgu karstumu rada ne tikai vides temperatūra. Ekstrēmus grādus var sasniegt arī tad, ja elektroauto darbojas nestandarta režīmos.

"To var radīt īpaši bieža un agresīva paātrināšanās, kas izlādē akumulatoru. Tāpat temperatūras paaugstināšanās iemesls var būt akumulatora uzlāde ar pārāk lielu jaudu. To gan akumulatora vadības moduļi parasti nepieļauj," stāsta eksperts.

Optimāls temperatūras diapazons šāda tipa akumulatoriem pirms uzlādes ir no 20 līdz 30 grādiem, tāpēc pirms pieslēgšanas pie elektrības avota tie ir jāuzsilda vai jāatdzesē.

Akumulatora elementi sāk silt, tiklīdz sākas uzlādes process. Piemēram, ja laukā ir auksti, akumulatora iekšējā pretestība krasi palielinās, tāpēc liela daļa iepildītās enerģijas vēlāk tiks pārvērsta nevis nobrauktajos kilometros, bet gan siltumā, kas nepieciešams šūnu uzsildīšanai. Vids Žuraulis uzskata, ka 25 grādu temperatūru ārā var uzskatīt par pārāk augstu jau tad, ja elektroauto tiek uzlādēts saulē. Šādā gadījumā akumulatora iekšienē temperatūra var sasniegt 50 grādus un pat vairāk, kā rezultātā cieš efektivitāte.

"Parasti kontroles sistēma tādā gadījumā vienkārši pārtrauc uzlādi. Šos elektrotehniskos procesus un citus vides rādītājus uzrauga tā sauktie akumulatora elementu kontrolieri, kas ir nepieciešami pareizai tā darbībai, drošībai un ilgmūžībai. Kontrolieri pilda arī elementu līdzsvarošanas funkciju – tie izlīdzina atsevišķu elementu darba spriegumu tā, lai akumulatora jauda tiktu izmantota optimāli: uzlādēta un izlādēta pēc iespējas vairāk," skaidro Vids.

Pareiza temperatūra = maksimāli ātra uzlāde

Tas, cik ātri lādēsies elektroauto, ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, akumulatora elementu ķīmiskā sastāva, temperatūras kontroles, akumulatora siltumizolācijas un vadības moduļa iestatījumiem, kā arī citiem aspektiem.

Vismodernākajiem modeļiem ir svarīga arī pareiza darba temperatūra, jo tā ļauj izbaudīt būtisku priekšrocību – īpaši ātru uzlādi. Šāda sistēma ar pilnu jaudu darbojas tādos modeļos kā "Ioniq 5", "Taycan" un "e-tron GT", un tā ļauj enerģijas rezerves līdz 80 procentiem atjaunot mazāk nekā 20 minūtēs. Šos modeļus pašreiz var saukt par uzlādes ātruma līderiem.

Ja akumulatora temperatūra ir pārāk zema vai pārāk augsta, uzlādes ātrums var atšķirties pat vairākas reizes. Risinājumi šai problēmai ir vairāki, un ražotāji atkarībā arī no modeļa izvēlas atšķirīgus paņēmienus.

Tā kā arī akumulatora sildīšana un dzesēšana patērē daļu enerģijas, vislabākais variants ir pilnvērtīga termoregulācija. Tomēr daži ražotāji izmanto pasīvo sistēmu, kas aizsargā tikai pret kritisko temperatūru. Tādējādi tiek ietaupītas detaļas, un tas nozīmē, ka mazāka ir gan mašīnas cena, gan svars.

"Uzturēt optimālu akumulatora temperatūru palīdz arī tā komponentu – moduļu un elementu – izvietojums un konstrukcijas stiprināšanas materiāli, bet lieljaudas elektroauto temperatūras kontrolei tiek uzstādītas pat atsevišķas sistēmas, kas dzesē arī elektromotora un elektrības invertoru mehāniskās daļas," stāsta zinātnieks.

Izmantojot modernās tehnoloģijas, ražotāji atrod arvien atjautīgākus veidus, kā optimālas temperatūras sistēmu akumulatorā aizvien uzlabot. Tā jau pieminētajos "Hyundai Ioniq 5", kas tiek ražoti kopš šī gada jūlija, ne tikai uzstāda par septiņiem procentiem lielāku akumulatoru ar 77,4 kWh ietilpību, bet arī ierīko tam priekškondicionēšanu.

Pirmkārt, šāds risinājums palīdz optimizēt akumulatora temperatūru pirms brauciena, un, otrkārt – šī sistēma ir savienota ar navigāciju, tāpēc ļauj plānot uzlādes vietu. Tai tuvojoties, akumulators atbilstoši nepieciešamībai tiek vai nu atdzesēts, vai uzsildīts. Tas savukārt nozīmē, ka var ievērojami paātrināt uzlādes sesiju. Akumulatora iepriekšēja kondicionēšana arī palīdz optimizēt tā temperatūru pirms brauciena sākuma.