Jeśli bateria trakcyjna traci pojemność, nie musi to być powód do wymiany drogiego podzespołu w e-samochodzie. W celu przywrócenia sprawności magazynu energii większość producentów udostępniła procedury naprawcze, które umożliwiają bezpieczną wymianę jedynie uszkodzonych modułów. W wielu przypadkach prace te powinny być wykonywane przez warsztaty samochodowe. Wynika to z tego, że koszt wysłania akumulatora wysokiego napięcia do serwisów centralnych jest bardzo wysoki. Ogniwa samochodów elektrycznych uważane są ponadto za towar niebezpieczny i mogą być przewożone tylko w specjalnych skrzyniach, przez firmy spedycyjne, które mają stosowną licencję.

Najsłabsze ogniwo określa pojemność

Jak na razie uszkodzenia baterii trakcyjnych zdarzają się bardzo rzadko. Jednak wraz z rosnącą liczbą e-samochodów i ich coraz starszym wiekiem wzrasta ryzyko, że akumulatory zaczną sprawiać problemy. Dobrze, jeśli producenci samochodów mają przygotowane odpowiednie koncepcje naprawy. Na przykład pojemność poszczególnych modułów akumulatora jest zawsze określana przez najsłabsze ogniwo. To mogłoby sugerować, że uszkodzony akumulator trakcyjny można często naprawiać, wymieniając jedynie słabe ogniwo. Ponieważ jednak konstrukcja akumulatorów uniemożliwia wymianę pojedynczych ogniw, zawsze konieczna jest wymiana modułu. Jest to jednak nadal znacznie tańsze niż wymiana całej baterii wysokiego napięcia.

Ponieważ instrukcje naprawy akumulatorów trakcyjnych odnoszą się bardzo indywidualnie do ich poszczególnych wersji, niemożliwe jest opisanie wyczerpująco wymaganych czynności za pomocą jednego przykładu. Ważne jest raczej, aby pracownicy, którzy będą wykonać naprawę akumulatora, byli przeszkoleni w zakresie obsługi baterii wysokiego napięcia.

Istotne jest również zapoznanie się z aktualnymi informacjami producenta dotyczącymi wymiany uszkodzonych modułów. Producenci mogą wprowadzać zmiany konstrukcyjne baterii trakcyjnych podczas produkcji określonego modelu auta, dlatego zmianie mogą ulec również procedury naprawy akumulatorów.

Należy mieć na uwadze, że do naprawy pojazdów elektrycznych i hybrydowych wymagane są stosowne uprawnienia SEP do 1 kV. Pracownik warsztatu powinien mieć wiedzę związaną z instalacjami elektrycznymi, potwierdzoną odpowiednimi uprawnieniami wydanymi przez Stowarzyszenie Elektryków Polskich.

Ważny sprzęt ochronny

Do ochrony rąk przed porażeniem prądem elektrycznym należy stosować odpowiednie rękawice elektroizolacyjne, które mają aktualne potwierdzenie wykonanych badań elektrycznych. Należy również używać specjalnie izolowanych, odpornych na wysokie napięcie narzędzi. Podczas pracy z akumulatorami wysokiego napięcia wymagana jest również osłona twarzy w celu zabezpieczenia się przed ewentualnymi łukami elektrycznymi. Ponieważ prace przy elementach będących pod napięciem należą do prac niebezpiecznych, nie wolno ich wykonywać, jeśli w warsztacie przebywa tylko jedna osoba. Przy naprawach tego typu wymagana jest obecność drugiej, kompetentnej osoby, przeszkolonej z zakresu udzielania pierwszej pomocy.

Miejsce pracy powinno być odpowiednio zabezpieczone, aby żadna niepowołana osoba nie mogła zbliżyć się do elementów będących pod napięciem. Przebieg podstawowej diagnostyki i naprawy nie różni się znacznie dla różnych wariantów akumulatorów. Jeśli do warsztatu trafia pojazd z podejrzeniem uszkodzonej baterii trakcyjnej, rozpoznanie rozpoczyna się standardowo od odczytania kodów usterek i sprawdzenia danych diagnostycznych z akumulatora. Można na przykład odczytać wartość napięcia, temperaturę oraz rezystancję wewnętrzną poszczególnych ogniw i modułów. Jeśli występują duże różnice w napięciach indywidualnych ogniw, oznacza to, że ogniwa o niższym napięciu są uszkodzone i nie są już prawidłowo ładowane. Jeżeli kontrola wykaże konieczność wymiany ogniwa, trzeba wówczas odłączyć układ wysokiego napięcia od zasilania zgodnie z obowiązującymi zasadami bezpieczeństwa. Należy:

1. Odłączyć zasilanie.
2. Zabezpieczyć układ przed ponownym załączeniem.
3. Sprawdzić, czy nie ma napięcia. Kontrolę należy wykonać przy użyciu odpowiedniego urządzenia pomiarowego.

Następnie w miarę możliwości należy sprawdzić stan obudowy akumulatora, szczególnie zwracając uwagę na to, czy nie ma zewnętrznych uszkodzeń. Następnie zgodnie z instrukcją należy wyjąć z samochodu pakiet akumulatorów.

Praca z pełną ochroną

Demontaż akumulatora wysokonapięciowego jest dość pracochłonny, ponieważ wymaga odkręcenia dużej liczby śrub mocujących połówki obudowy baterii. Jeśli układ wyposażony jest w system zarządzania temperaturą z chłodzeniem cieczą, należy dodatkowo spuścić płyn chłodzący.

Następnie trzeba usunąć wszystkie elementy, które są przykręcone do zewnętrznej części obudowy, np. jednostki sterujące, przyłącza do ładowania.

W większości przypadków połówki obudowy zestawu akumulatorów są ze sobą sklejone, dzięki czemu obudowa jest całkowicie szczelna. Jej rozdzielenie jest możliwe za pomocą specjalnego narzędzia do cięcia kleju. Zdjęcie pokrywy często odsłoni wszystkie moduły ogniw lub przynajmniej dużą ich część. 

Po ustaleniu uszkodzonego modułu można zluzować złącza do monitorowania bloków, śruby mocujące oraz przyłącza, za których pomocą poszczególne moduły są połączone szeregowo. Szczególnie ważne są w tym momencie środki ochrony indywidualnej, w tym osłona twarzy. Podczas usuwania elementów zabezpieczających na złączach modułów ciągle występuje pełne napięcie akumulatora, czyli znacznie powyżej 300 V lub 400 V, a w niektórych pojazdach – nawet ponad 700 V.

Wyłączenie pojazdu spowoduje jedynie rozłączenie wysokiego napięcia poza akumulatorem, a nie wewnątrz obudowy baterii. W przypadku nieprzestrzegania przepisów bezpieczeństwa istnieje poważne zagrożenie życia. Dopiero po rozłączeniu poszczególnych ogniw (połączenie szeregowe) napięcie obniży się do wartości bezpiecznej. Pojedynczy moduł baterii ma napięcie, które nie jest zagrożeniem bezpieczeństwa.

W Audi e-tron GT moduł w baterii o pojemności 93 kWh ma napięcie znamionowe 22 V (bezpieczna wartość napięcia). Wynika to z szeregowego i równoległego połączenia 12 ogniw o napięciu pojedynczego ogniwa 3,65 V. Cały akumulator składa się z 33 modułów połączonych szeregowo i ma napięcie znamionowe 726  V.

Ważne jest, aby na bieżąco za pomocą przyrządu pomiarowego sprawdzać wartość napięcia na stykach modułów. Dzięki temu jeszcze przed ich wyciągnięciem będziemy mieli pewność, że napięcie spadło do bezpiecznej wartości. Warto również zwracać uwagę na testery izolacji, które mogą być przymocowane do segmentów baterii. Testery zachowują się jak kondensatory, powodują, że po rozłączeniu połączeń pomiędzy modułami napięcie na pojedynczym module spadnie z opóźnieniem.

Po odkręceniu wszystkich śrub, rozłączeniu ogniw oraz sprawdzeniu i potwierdzeniu bezpiecznej wartości napięcia uszkodzony moduł można wyjąć z obudowy akumulatora. Moduły są ciężkie, dlatego przy ich wyciąganiu pomocna będzie druga osoba. Dostępne są również specjalne urządzenia do podnoszenia modułów akumulatorów trakcyjnych. Po wyjęciu segmentu może okazać się, że będzie trzeba przeprowadzić dodatkowe prace.

Na przykład moduły akumulatorów w Porsche Taycan są umieszczone na specjalnej paście termoprzewodzącej, którą należy ostrożnie usunąć z uszkodzonego modułu oraz z obudowy, a następnie zważyć. Podczas instalacji nowego modułu baterii należy ponownie umieścić w obudowie dokładnie taką samą ilość pasty termicznej. W przypadku zastosowania jej zbyt małej ilości wymiana ciepła z modułu do obiegu chłodzącego na obudowie może być niedostateczna. Jeżeli natomiast użyjemy zbyt dużej ilości pasty, moduł baterii nie będzie już dokładnie przylegał do obudowy i mogą wystąpić deformacje.

Wyrównanie stanu naładowania

Przed zamontowaniem nowego modułu należy go dokładnie dopasować do poziomu naładowania istniejących modułów baterii za pomocą tzw. balansera. Jeśli poziom naładowania nowego modułu zbyt mocno odbiega od pozostałych, system zarządzania akumulatorem nie uruchomi prawidłowo naprawionego akumulatora.

Pomiar rezystancji styków

Dostępne są specjalne urządzenia pomiarowe, które pozwalają skontrolować, czy wymieniony moduł baterii został poprawnie zamontowany i czy wszystkie połączenia zostały prawidłowo przywrócone. Używając ich, można sprawdzić, czy rezystancja przejścia na stykach modułów nie jest zbyt wysoka i czy wewnętrzne rezystancje segmentów są właściwe.

Przykładowo: zwiększony opór na złączach może być spowodowany dotknięciem styków modułu gołymi palcami. Chwilowa nieuwaga może spowodować, że niewielka ilość smaru lub zabrudzenia zwiększy rezystancję styku. Wystarczy również, że na powierzchniach styków modułów baterii lub na połączeniach modułów osadzą się cząstki kurzu, aby rezystancja wzrosła. Dlatego podczas naprawy akumulatora ważna jest absolutna czystość.

Zbyt duże rezystancje styków mogą bowiem prowadzić do przegrzania modułu baterii podczas przyspieszania samochodu i związanych z tym dużych wartości prądu. Powodują również spadki napięcia, a tym samym obniżenie wydajności całego akumulatora. W najgorszym przypadku zwiększona rezystancja może doprowadzić do pożaru akumulatora.

Specjalne przyrządy pomiarowe mierzą rezystancje w zakresie mikroomów i dzięki temu możliwe jest wykrycie nawet nieznacznie zwiększonych rezystancji styków. Umożliwiają także sprawdzenie, czy połączenia nowego modułu z baterią zostały dokręcone odpowiednim momentem obrotowym. Połączenia śrubowe, które nie są całkowicie dokręcone, powodują również zwiększoną oporność styków.

Gdy wszystko zostanie prawidłowo zamontowane, połówki obudowy należy ponownie skleić i skręcić. Następnie cały akumulator, łącznie z układem chłodzenia, należy poddać testowi szczelności. Służą do tego specjalne urządzenia pomiarowe do wytworzenia testowego ciśnienia wewnątrz skręconej obudowy.

Dopiero gdy układ akumulatora przejdzie pozytywnie próbę szczelności, można go ponownie zamontować w samochodzie i przeprowadzić próbę działania.