Zarządzanie temperaturą w EV – nowe wyzwanie dla diagnostyki
Audi-RS-e-tron-GT PerformanceJeszcze kilka lat temu o możliwościach samochodu elektrycznego decydowały przede wszystkim pojemność akumulatora i moc napędu. Dziś coraz większe znaczenie ma coś mniej widocznego – zarządzanie temperaturą. To właśnie sprawność układu termicznego coraz częściej decyduje o zasięgu, dostępnej mocy ładowania, osiągach oraz trwałości akumulatora trakcyjnego. Wraz z upowszechnianiem architektur 800 V i ładowania o mocy przekraczającej 350 kW zarządzanie temperaturą staje się jednym z najważniejszych obszarów diagnostyki i serwisowania pojazdów elektrycznych.
- Sprawdź, dlaczego sprawne zarządzanie temperaturą staje się kluczowe dla bezpieczeństwa i trwałości baterii.
- Od prostego chłodzenia do zaawansowanego zarządzania energią cieplną. Wieloobiegowe układy, chillery, zawory wielodrogowe i chłodzenie zanurzeniowe zmieniają konstrukcję EV – a wraz z nią także sposób diagnozowania usterek.
- Czy warsztaty w Polsce są gotowe na serwis układów termicznych EV? Dowiedz się, jakie wyposażenie, narzędzia diagnostyczne i kompetencje będą niezbędne przy obsłudze nowoczesnych samochodów elektrycznych.
Wzrost gęstości energii w akumulatorach trakcyjnych oraz wyścigi o coraz krótszy czas ładowania tworzą nowe uwarunkowania termiczne. W 2025 r. BYD zaprezentował technologię umożliwiającą naładowanie akumulatora od 10 do 97% w czasie krótszym niż 9 minut.
CATL przedstawił trzecią generację akumulatorów Shenxing LFP, deklarując możliwość ładowania od 10 do 98% w niespełna 6,5 minuty. W 2025 r. udział pojazdów z architekturą 800 V w nowych rejestracjach na rynku chińskim przekroczył 10%.
Tak wysokie moce ładowania stawiają przed układami termicznymi zupełnie nowe wymagania. Bez skutecznego odprowadzania ciepła rośnie ryzyko przyspieszonej degradacji ogniw oraz wystąpienia zjawiska ucieczki termicznej (thermal runaway). Efektywny układ termiczny przestaje być więc wyłącznie czynnikiem wpływającym na osiągi – staje się fundamentalnym warunkiem bezpieczeństwa i długowieczności akumulatora trakcyjnego.
Architektura termiczna: od prostego chłodzenia do zarządzania energią
To, co jeszcze niedawno było pojedynczym układem chłodzenia silnika, dziś zastępuje rozbudowana architektura obejmująca oddzielne obiegi dla akumulatora trakcyjnego, falownika, silnika elektrycznego, ładowarki pokładowej i klimatyzacji kabiny. Poszczególne obiegi są ze sobą funkcjonalnie powiązane – ciepło może być odzyskiwane i kierowane tam, gdzie jest aktualnie potrzebne.
Zimą energia cieplna z falownika lub silnika może służyć do podgrzewania akumulatora, natomiast latem jest odprowadzana przez chłodnicę lub układ klimatyzacji. Zadaniem obiegu chłodzenia akumulatora jest utrzymywanie ogniw w optymalnym zakresie temperatur, zwykle ok. 20–40°C.
Elektryczna pompa wymusza przepływ chłodziwa przez płyty chłodzące zintegrowane z modułami ogniw. Obieg chłodzenia elektroniki mocy i napędu pracuje zwykle przy wyższych temperaturach i może stanowić dodatkowe źródło energii cieplnej w niskich temperaturach otoczenia.
W wielu nowoczesnych konstrukcjach dodatkowo funkcjonuje obieg czynnika chłodniczego (R1234yf lub R744/CO₂), łączący klimatyzację kabiny z układem chłodzenia akumulatora za pośrednictwem chillera. Kluczowym elementem współczesnych układów termicznych są zawory wielodrogowe sterujące przepływem energii między poszczególnymi obiegami.
Obejmują one zarówno proste zawory trójdrogowe, jak i zaawansowane rozwiązania, takie jak stosowany przez Teslę system Octovalve. Podobną koncepcję wykorzystuje również BYD w e-Platform 3.0. Straty ciśnienia w obiegach przekładają się bezpośrednio na zużycie energii przez pompy, dlatego optymalizacja przepływu staje się jednym z narzędzi ograniczania strat energetycznych i poprawy sprawności całego układu chłodzenia.
Chłodzenie pośrednie i chłodzenie zanurzeniowe
Równolegle z rozwojem wieloobiegowych układów termicznych producenci poszukują coraz skuteczniejszych metod chłodzenia ogniw akumulatora trakcyjnego. Obecnie dominującym rozwiązaniem pozostaje pośredni układ chłodzenia cieczą, w którym specjalistyczny płyn chłodzący przepływa przez płyty lub kanały chłodzące zintegrowane z modułami albo z pakietem akumulatora.
W zależności od konstrukcji elementy chłodzące mogą być umieszczone pod ogniwami, nad nimi lub między ich rzędami. Bardziej zaawansowanym podejściem jest wykorzystanie olejów dielektrycznych, które łączą właściwości izolacyjne ze skutecznym odprowadzaniem ciepła bezpośrednio z powierzchni ogniw.
Oleje dielektryczne mogą być stosowane zarówno w układach pośrednich, jak i w chłodzeniu zanurzeniowym, w którym ogniwa są całkowicie zanurzone w oleju dielektrycznym. Dzięki bardziej równomiernemu rozkładowi temperatury w pakiecie ogniw rozwiązanie to zapewnia wyższą jednorodność termiczną, co przekłada się na większą trwałość akumulatora, wyższą efektywność ładowania oraz zdolność do pracy przy coraz wyższych mocach ładowania.
Newralgiczny punkt: zawory wielodrogowe
W klasycznym samochodzie spalinowym termostat to prosty element mechaniczny. W pojazdach elektrycznych jego funkcję przejęły elektronicznie sterowane zawory wielodrogowe, które dynamicznie sterują kierunkiem przepływu czynnika chłodzącego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Typowy pojazd elektryczny wykorzystuje kilka takich elementów: zawory trójdrogowe kierujące przepływem chłodziwa do chillera lub chłodnicy, zawory odcinające umożliwiające izolację poszczególnych obiegów podczas serwisowania oraz elektroniczne zawory regulujące przepływ czynnika chłodniczego. Z punktu widzenia diagnosty zawory wielodrogowe należą do częstszych źródeł usterek układu zarządzania temperaturą.
Do typowych uszkodzeń należą: awaria napędu elektrycznego zaworu, korozja ograniczająca ruch trzpienia oraz nieszczelność uszczelnienia skutkująca wyciekiem czynnika. Każde z tych uszkodzeń może prowadzić do nieprawidłowego przepływu czynnika, przy czym objawy często nie wskazują jednoznacznie na uszkodzenie zaworu. Należą do nich m.in. ograniczenie mocy ładowania, ostrzeżenia dotyczące temperatury akumulatora czy nieefektywna praca klimatyzacji.
W praktyce spotykane jest również zablokowanie zaworu chłodzenia akumulatora. Usunięcie tej usterki wymaga nie tylko wymiany podzespołu, lecz także procedury napełniania i odpowietrzania układu przy użyciu testera.
Diagnostyka układów termicznych EV: wyposażenie i procedury
Kamera termowizyjna umożliwia nieinwazyjną ocenę rozkładu temperatur w akumulatorze, pomagając wykrywać lokalne przegrzania ogniw oraz obszary wskazujące na ograniczony przepływ chłodziwa. Pomiar różnicy temperatur (ΔT) między wejściem i wyjściem chillera lub chłodnicy pozwala ocenić skuteczność wymiany ciepła w układzie.
Istotnym elementem diagnostyki jest również kontrola parametrów chłodziwa – jego zgodności ze specyfikacją producenta oraz właściwości wymaganych przez dany układ. Zastosowanie niewłaściwego płynu może prowadzić do obniżenia rezystancji izolacji oraz pogorszenia parametrów pracy układu chłodzenia.
Tester diagnostyczny z dostępem do danych BMS jest niezbędny do odczytu temperatur modułów akumulatora, parametrów pracy pomp, położenia zaworów, prędkości obrotowej sprężarki oraz kodów usterek układu zarządzania temperaturą. Przy serwisowaniu układów termicznych EV należy stosować zasady bezpieczeństwa obowiązujące podczas prac przy instalacjach wysokiego napięcia:
- odłączyć układ wysokiego napięcia zgodnie z procedurą producenta i wprowadzić pojazd w stan bezpieczny,
- stosować wyłącznie chłodziwo zatwierdzone przez producenta – różne specyfikacje nie są wzajemnie zamienne,
- po napełnieniu przeprowadzić procedurę odpowietrzania za pomocą testera diagnostycznego,
- sprawdzić szczelność układu po napełnieniu chłodziwa oraz po ponownym uruchomieniu instalacji wysokiego napięcia.
Jak przygotować warsztat do serwisowania układów termicznych?
Pojazdy elektryczne wyposażone w zaawansowane układy zarządzania temperaturą będą wymagały coraz bardziej specjalistycznej obsługi, szczególnie po zakończeniu okresu gwarancyjnego. Warsztat powinien dysponować testerem diagnostycznym z obsługą pojazdów BEV, kamerą termowizyjną, refraktometrem do kontroli parametrów chłodziwa, a tam, gdzie wymaga tego producent – także miernikiem przewodności elektrycznej.
Niezbędne staje się również urządzenie do napełniania i odpowietrzania układów chłodzenia w pojazdach EV oraz dostęp do dokumentacji technicznej i interfejsów diagnostycznych J2534 PassThru, umożliwiających diagnostykę oraz programowanie jednostek sterujących po wymianie pomp, zaworów lub innych elementów układu zarządzania temperaturą.
Mechanicy powinni mieć uprawnienia elektryczne do 1 kV oraz kwalifikacje do obsługi pojazdów wysokiego napięcia. W przypadku serwisowania klimatyzacji z czynnikiem R1234yf niezbędne są również uprawnienia wymagane przepisami dotyczącymi F-gazów.
W pojazdach elektrycznych obieg czynnika chłodniczego często przebiega w pobliżu komponentów wysokiego napięcia, dlatego połączenie kompetencji z zakresu klimatyzacji i systemów HV warunkuje bezpieczną obsługę tych pojazdów. Termiczne zarządzanie energią staje się dziś pełnoprawną specjalizacją w diagnostyce pojazdów elektrycznych.
O szybkości ładowania, trwałości akumulatora i efektywności energetycznej coraz częściej decydują nie tylko same ogniwa, lecz także sprawność całego układu termicznego. Dla warsztatów oznacza to konieczność rozwijania kompetencji łączących diagnostykę EV, chłodnictwo, elektronikę i bezpieczeństwo pracy przy wysokim napięciu.
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
