Dlaczego klimatyzacja jest tak ważna w samochodach elektrycznych?
AUDI AGWarsztat, który przyjmuje do serwisu klimatyzacji samochód elektryczny, obsługuje de facto dwa systemy jednocześnie: system komfortu termicznego pasażerów oraz system ochrony akumulatora wysokiego napięcia. To fundamentalna różnica w stosunku do aut spalinowych. Zaniedbanie serwisu klimatyzacji w elektryku może prowadzić do przyspieszonej degradacji ogniw, uszkodzenia sprężarki, a w skrajnym przypadku – do sytuacji, w której pojazd nadaje się wyłącznie do złomowania.
- Co niszczy akumulator od środka? Nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz pakietu – dowiedz się, jak zapobiec temu zjawisku i ochronić układ klimatyzacji.
- Skutki niedoboru czynnika chłodniczego w samochodzie elektrycznym. Pamiętaj o regularnej kontroli szczelności obiegu czynnika chłodniczego.
- 3 obiegi w jednym e-pojeździe.
Akumulator litowo-jonowy, stanowiący serce niemal każdego pojazdu elektrycznego, jest wyjątkowo wrażliwy na temperaturę pracy. Optymalny zakres, w którym ogniwa osiągają najwyższą wydajność i najdłuższą żywotność, mieści się w przedziale ok. 20–30°C.
Przy wartościach poniżej 10°C wzrasta opór wewnętrzny ogniw, spada pojemność użyteczna i wydłuża się czas ładowania. Powyżej 40°C rozpoczyna się przyspieszona degradacja elektrolitu i materiałów aktywnych, prowadząca do trwałego spadku pojemności.
Układ klimatyzacji – a ściślej zintegrowany system zarządzania termicznego – odpowiada w pojeździe elektrycznym za utrzymanie właściwej temperatury jednocześnie dla pasażerów, akumulatora trakcyjnego (HV), silnika elektrycznego oraz elektroniki mocy. Z elementu komfortowego staje się zatem funkcją krytyczną, porównywalną pod względem znaczenia z układem hamulcowym.
10 stopni różnicy i dwukrotnie szybsze starzenie
Zgodnie z regułą sformułowaną przez Jacobusa Henricusa van’t Hoffa szybkość reakcji chemicznej wzrasta 2–4 razy przy podwyższeniu temperatury o 10°C. W przypadku ogniw akumulatora wysokiego napięcia zależność ta jest zwykle bliższa dwukrotnemu przyspieszeniu.
W praktyce oznacza to, że akumulator pracujący długotrwale w temperaturze 45°C ulega degradacji około czterokrotnie szybciej niż akumulator utrzymywany w temperaturze 25°C. Równie groźny jest nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz pakietu akumulatora.
Ogniwa połączone szeregowo pracują z wydajnością najsłabszego elementu – jeśli część pakietu ma wyższą temperaturę niż pozostałe, to właśnie te ogniwa wyznaczają rzeczywistą pojemność całego akumulatora i jako pierwsze ulegają trwałej degradacji. Sprawny układ klimatyzacji, będący częścią systemu zarządzania termicznego (TMS), ma więc bezpośredni wpływ na żywotność oraz wartość rezydualną pojazdu elektrycznego.
Luka w harmonogramach przeglądów
Tym bardziej zaskakuje, jak marginalne miejsce zajmuje serwis klimatyzacji w oficjalnych harmonogramach obsługi pojazdów elektrycznych. Analiza dokumentacji technicznej i harmonogramów przeglądów różnych producentów pojazdów pokazuje, że regularna kontrola układu klimatyzacji (obiegu czynnika chłodniczego) nie jest ujęta jako obowiązkowa czynność serwisowa.
Spośród czołowych marek tylko jeden producent przewiduje obowiązkowy serwis obiegu chłodniczego – dotyczy to pompy ciepła zasilanej czynnikiem R744 (dwutlenkiem węgla), który pracuje pod bardzo wysokim ciśnieniem, a także wymaga wyjątkowo szczelnego obiegu. Użytkownicy pojazdów elektrycznych mogą przez kilka lat eksploatacji nie mieć świadomości, że poziom czynnika chłodniczego stopniowo spada – bez żadnego ostrzeżenia ze strony pokładowego systemu diagnostycznego.
Pierwsze symptomy pojawiają się dopiero wtedy, gdy system zaządzania baterią (BMS) zaczyna ograniczać moc ładowania w celu ochrony akumulatora. Do tego czasu ogniwa mogą być już trwale zdegradowane.
Gdy czynnika jest za mało, pojawia się kaskada problemów
Skutki niedoboru czynnika chłodniczego w samochodzie elektrycznym mają charakter kaskadowy. Pierwszym objawem jest spadek efektywności chłodzenia akumulatora – nawet przy maksymalnej wydajności układu termicznego.
Akumulator osiąga wówczas temperatury graniczne, zanim system BMS zdąży odpowiednio zareagować. Trwale podwyższona temperatura znacząco przyspiesza degradację ogniw i skraca żywotność całego pakietu akumulatora. Konsekwencje nie ograniczają się jednak do samego akumulatora.
Niedobór czynnika chłodniczego jest również jedną z głównych przyczyn uszkodzeń sprężarki klimatyzacji, której smarowanie odbywa się za pośrednictwem oleju krążącego razem z czynnikiem w obiegu. Przy niewystarczającej ilości czynnika zmniejsza się również dopływ oleju do ruchomych elementów sprężarki, co prowadzi o ich przyspieszonego zużycia, a w skrajnych przypadkach – do całkowitego zatarcia.
Doświadczenia z serwisowania pojazdów elektrycznych pierwszych generacji o wysokich przebiegach – zwłaszcza tych, które przez lata nie były poddawane serwisowi klimatyzacji – pokazują, że taki scenariusz jest realny i coraz częściej trafia do praktyki warsztatowej.
Sprężarka elektryczna: inna konstrukcja, inne koszty naprawy
Sprężarka klimatyzacji w samochodzie elektrycznym to komponent zasadniczo różny od rozwiązań znanych z pojazdów spalinowych. Zamiast prostej pompy napędzanej paskiem od wału korbowego zastosowano tu zaawansowany układ integrujący elektryczny silnik napędowy, elektronikę sterującą oraz właściwy moduł sprężający, współpracujący z instalacją HV pojazdu.
Ten wzrost złożoności przekłada się wprost na koszty naprawy. Elektryczne sprężarki klimatyzacji są dostępne niemal wyłącznie jako części OE (oryginalne), a ich ceny na rynku polskim wynoszą zwykle od ok. 7000 do 15 000 zł netto (w zależności od modelu pojazdu). Jeśli dojdzie do mechanicznego uszkodzenia sprężarki i metalowe opiłki dostaną się do obiegu czynnika chłodniczego – w tym do kanałów chłodzenia ogniw baterii wysokiego napięcia – naprawa może przekroczyć wartość rynkową pojazdu.
Olej do sprężarki ma zero tolerancji na błędy
Jedną z najpoważniejszych pułapek przy serwisie klimatyzacji w pojazdach elektrycznych jest kwestia oleju do sprężarek klimatyzacji. W układach pojazdów spalinowych stosuje się oleje PAG (środki smarne na bazie glikoli polialkilenowych), które wykazują stosunkowo wysoką przewodność elektryczną.
Użycie oleju PAG w sprężarce elektrycznej może wywołać zwarcie uzwojeń w jej silniku, zadziałanie układów zabezpieczających akumulatora trakcyjnego, nadzorowanych przez system BMS, jak również awaryjne wyłączenie układu HV lub trwałe uszkodzenie elektroniki sterującej. Do sprężarek elektrycznych stosuje się wyłącznie dedykowane oleje POE (poliestrowe oleje syntetyczne) o bardzo niskiej przewodności elektrycznej.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Co istotne, nawet śladowe pozostałości oleju PAG w układzie stacji serwisowej mogą doprowadzić do awarii. Warsztaty obsługujące pojazdy elektryczne oraz hybrydy typu plug-in muszą dysponować dedykowanym sprzętem i stosować rygorystyczne procedury czyszczenia urządzeń.
3 obiegi w jednym pojeździe
W samochodzie spalinowym układ chłodzenia silnika i klimatyzacja kabiny działają niezależnie. W pojeździe elektrycznym te granice przestają istnieć – zarządzanie ciepłem staje się funkcją zintegrowaną, obejmującą jednocześnie komfort jazdy, żywotność akumulatora i zasięg.
Dla warsztatów obsługujących pojazdy elektryczne oznacza to wejście w zupełnie nowy poziom usług. Nowoczesny samochód elektryczny pracuje w oparciu o co najmniej 3 wzajemnie powiązane obiegi termiczne:
- obieg czynnika chłodniczego (klimatyzacja kabiny oraz wspomaganie chłodzenia akumulatora trakcyjnego),
- obieg wysokotemperaturowy (ogrzewanie wnętrza, chłodzenie silnika spalinowego w przypadku hybryd plug-in),
- obieg niskotemperaturowy (silnik elektryczny, elektronika mocy, akumulator trakcyjny oraz systemy ładowania).
Centralnym ogniwem integrującym te obiegi jest chiller – wymiennik ciepła umożliwiający schładzanie cieczy obiegu akumulatora za pomocą czynnika chłodniczego, bez ich bezpośredniego kontaktu. W systemach z pompą ciepła dochodzi jeszcze układ zaworów wielodrogowych oraz rozbudowana elektronika sterująca, zdolna do obsługi ponad 200 stanów przełączeń.
Konsekwencją tej złożoności jest m.in. większe zapotrzebowanie na czynnik chłodniczy – systemy z pompą ciepła wymagają go nawet o 30% więcej niż analogiczne układy w pojazdach spalinowych, a rosnąca liczba połączeń proporcjonalnie zwiększa ryzyko nieszczelności.
Pompa ciepła – zasięg i oszczędności
Pompa ciepła stała się jednym z najważniejszych czynników poprawy efektywności energetycznej pojazdów elektrycznych, szczególnie w niskich temperaturach otoczenia. Jej zasada działania opiera się na pobieraniu energii cieplnej z otoczenia lub z ciepłej elektroniki pojazdu i przenoszeniu jej do kabiny, zamiast wytwarzania ciepła wyłącznie za pomocą grzejnika rezystancyjnego. Ten ostatni pochłania energię wprost proporcjonalnie do uzyskanego ciepła – pompa ciepła osiąga ten sam efekt kilkakrotnie mniejszym nakładem energetycznym.
W praktyce dobrze działający system z pompą ciepła może zwiększyć zasięg pojazdu elektrycznego w niskich temperaturach nawet o 20% w porównaniu z systemem opartym wyłącznie na ogrzewaniu elektrycznym. Różnica ta ma bezpośrednie znaczenie dla codziennego użytkowania pojazdu – szczególnie odczuwalne w polskich warunkach klimatycznych, gdzie temperatura zimą regularnie spada poniżej zera. Równolegle zmienia się obraz samych czynników chłodniczych.
Aktualny trend branżowy wskazuje na rosnące zainteresowanie propanem (R290) jako alternatywą wolną od związków perfluoroalkilowych i polifluoroalkilowych – tzw. wiecznych chemikaliów – podlegających coraz ostrzejszym regulacjom środowiskowym. R290 cechuje się bardzo niskim współczynnikiem ocieplenia globalnego (GWP wynoszącym zaledwie 3), choć ze względu na łatwopalność wymaga odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych i szczególnych procedur serwisowych. Dla warsztatów oznacza to konieczność przygotowania się na nowe standardy obsługi – zanim staną się one wymogiem, a nie wyborem.
źródło: MAHLEZarządzanie temperaturą, czyli ogrzewanie i chłodzenie, ma podstawowe
znaczenie dla samochodu elektrycznego.
Serwis klimatyzacji przez cały rok
Przez lata serwis klimatyzacji był w warsztatach działalnością sezonową. W samochodach elektrycznych ta sezonowość traci uzasadnienie. System zarządzania termicznego pracuje przez cały rok – latem chroni akumulator podczas intensywnej jazdy i szybkiego ładowania, zimą kondycjonuje ogniwa i ogrzewa kabinę przy minimalnym poborze energii z akumulatora HV.
Regularna kontrola szczelności obiegu czynnika chłodniczego, wymiana płynu chłodzącego w obiegach niskotemperaturowych oraz sprawdzenie stanu czujników temperatury rozmieszczonych w wielu punktach układu – to wszystko powinno stać się integralną częścią przeglądów serwisowych pojazdów elektrycznych, niezależnie od tego, czy producent umieścił te czynności w wykazie przeglądów obowiązkowych.
- Inwestycja w dedykowane stacje serwisowe obsługujące różne czynniki chłodnicze,
- przeszkolenie mechaników w zakresie bezpieczeństwa pracy przy układach wysokiego napięcia
- oraz znajomość specyfiki instalacji termicznych poszczególnych modeli pojazdów elektrycznych
to dziś nie opcja, ale konieczność dla każdego warsztatu myślącego perspektywicznie. Motoryzacja przyszłości jest w znacznej mierze już motoryzacją teraźniejszości – a jej serce bije w rytmie pracy sprężarki i tętna ogniw trakcyjnych.
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
