Jak poprawić wydajność akumulatorów trakcyjnych

Jak poprawić wydajność akumulatorów trakcyjnych Adobe Stock – Pavel Pechyonkin
Bogdan Kruk
3.7.2024

Akumulatory trakcyjne stosowane w pojazdach elektrycznych są niezwykle wymagające, jeśli chodzi o warunki otoczenia, w których funkcjonują. Odpowiednia temperatura jest kluczowa, zwłaszcza podczas procesu ładowania.

  • Konsekwencje nieodpowiedniego chłodzenia akumulatorów trakcyjnych.
  • Jak ulepszenia konstrukcyjne zwiększają bezpieczeństwo użytkowników i systemów zasilania? 
  • Aktywne chłodzenie cieczą i skuteczne odprowadzanie ciepła z akumulatora. 

Aby akumulatory trakcyjne w samochodach elektrycznych utrzymać w optymalnym stanie (zarówno w czasie letnich upałów, jak i zimowych mrozów), konieczne jest skuteczne zarządzanie ich temperaturą. Producentom baterii zależy na poprawie wydajności, która – ich zdaniem – nie została jeszcze w pełni wykorzystana. Kolejne ulepszenia konstrukcyjne akumulatorów i systemów zasilania w pojazdach elektrycznych powinny – oprócz zwiększania zasięgu pojazdu – korzystnie wpłynąć na szybkość ładowania.

Niewłaściwe chłodzenie przyczyną poważnych problemów 

Podczas ładowania akumulatorów często pomija się informacje, które dotyczą temperatury osiąganej przez ogniwa akumulatora podczas procesu jego ładowania. Wiele osób skupia się głównie na strukturze samego ogniwa i jego składzie chemicznym, zapominając o kluczowym znaczeniu właściwego chłodzenia. A to ono przecież wpływa na poprawę wydajności i trwałości akumulatora.

Nissan boleśnie doświadczył, jakie są konsekwencje, gdy temperatura akumulatorów osiąga niekorzystne wskaźniki. Początkowo elektryczny model Leaf nie był wyposażony w aktywny system chłodzenia akumulatora, co prowadziło do znacznych trudności w utrzymaniu właściwej temperatury, szczególnie podczas długich podróży. W takich sytuacjach, gdy konieczne było naładowanie akumulatorów, ich wysoka temperatura ograniczała tempo ładowania.

Zamiast teoretycznie możliwej mocy ładowania do 50 kW, oprogramowanie zarządzające procesem ładowania akumulatora ograniczało moc do około 20 kW. To ograniczenie wynikało z aktywacji systemu zabezpieczającego przed uszkodzeniem akumulatora, a w efekcie (nawet ponad dwukrotnie) wydłużał się czas ładowania. Od 2018 r. rozczarowani użytkownicy samochodów Nissan Leaf zaczęli nazywać takie sytuacje „Rapidgate”, porównując je do afery Watergate. Ten problem znacząco wpłynął na reputację japońskiego producenta pojazdów, szczególnie w regionach o wysokich temperaturach powietrza i z dużym natężeniem ruchu drogowego, takich jak Stany Zjednoczone.

Standardem jest chłodzenie cieczą 

W Niemczech stacje szybkiego ładowania samochodów oferują standardową moc nawet do 400 kW. Jednakże, w przypadku wielu pojazdów, ze względu na bezpieczeństwo akumulatorów, ta moc jest celowo ograniczana do wartości znacznie niższych, często poniżej 200 kW. Z ok. 200 obecnie dostępnych modeli samochodów elektrycznych w Niemczech, tylko kilka z nich nie korzysta z aktywnego systemu regulacji temperatury akumulatorów za pomocą chłodzenia cieczą.

Renault np. w swoim mniejszym modelu elektrycznym Zoe E-Tech stosuje chłodzenie akumulatora za pomocą powietrza, podczas gdy Volkswagen całkowicie zrezygnował z aktywnego chłodzenia w swoim modelu e-up!, który jest przeznaczony głównie do miejskich podróży. Aktywne chłodzenie cieczą stało się standardem we współczesnych modelach samochodów elektrycznych.

Oprócz skutecznego chłodzenia ta technologia umożliwia także podgrzewanie akumulatorów, co jest procesem szczególnie istotnym jesienią i zimą. Akumulatory litowo-jonowe osiągają optymalną wydajność tylko w temperaturach od 20 do 40°C, zarówno pod względem efektywności energetycznej, jak i poziomu absorpcji energii podczas ładowania. Dlatego najnowsze modele samochodów elektrycznych wykorzystują system zarządzania temperaturą do przygotowania baterii przed planowanym ładowaniem.

Optymalizacja ma potencjał 

Choć aktywne chłodzenie cieczą zyskało na popularności w ostatnich latach, wciąż istnieje duży potencjał do jego optymalizacji. Schłodzenie akumulatora do odpowiedniej temperatury może umożliwić dwukrotnie szybsze ładowanie niż w przypadku mniej wydajnego chłodzenia. Firma Valeo, we współpracy z francuskim koncernem naftowym i energetycznym Total Energie, opracowała system chłodzenia, w którym ogniwa akumulatora są zanurzone w dielektrycznym płynie chłodzącym.

To wewnętrzne chłodzenie ogniw ma umożliwić wydajniejsze odprowadzanie ciepła z akumulatora – w porównaniu z chłodzeniem zewnętrznym. Co więcej, zmniejszenie masy układów termicznych stosowanych do chłodzenia akumulatorów może obniżyć wagę pojazdu, a to z kolei poprawi jego zasięg. Istotne jest również zwiększenie bezpieczeństwa, mając na uwadze, że użytkowanie akumulatorów trakcyjnych łączy się z ryzykiem wystąpienia pożaru.

Źródło: Materiały redakcyjne

O Autorze

Bogdan Kruk

Redaktor miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

autoExpert 7–8 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę