30.04.2024 268

Система охолодження батареї – як це працює

~ 21 хв.

ХОЧА ЕЛЕКТРОМОБІЛІ ПОЗБАВЛЕНІ БАГАТЬОХ КОНСТРУКТИВНИХ НЕДОЛІКІВ ТРАНСПОРТУ З ДВС, У НИХ Є ЗАГАЛЬНА РИСА: НАЙВАЖЛИВІШІ АГРЕГАТИ АВТО СХИЛЬНІ ДО ПЕРЕГРІВУ. У ЗЕЛЕНОМУ ТРАНСПОРТІ НАГРІВАЄТЬСЯ БАТАРЕЯ ТА ЕЛЕКТРОМОТОРИ. ВИСОКІ ТЕМПЕРАТУРИ НЕГАТИВНО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОВОДКУ ТА НА БАТАРЕЮ. НАСТІЛЬКИ СИЛЬНО, ЩО АВТОКОНЦЕРНИ БУЛИ ЗМУШЕНІ ДОПОВНИТИ КОНСТРУКЦІЮ АКУМУЛЯТОРНОГО БЛОКУ СПЕЦІАЛЬНОЮ СИСТЕМОЮ ОХОЛОДЖЕННЯ. РОЗБЕРЕМОСЯ, ЯК ВОНА ВЛАШТОВАНА ТА З ЯКИМИ НЕСПРАВНОСТЯМИ МОЖЕ ЗІТКНУТИСЯ ВЛАСНИК ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ.

ВПЛИВ ВИСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА БАТАРЕЮ

Незалежно від типу акумулятора, що використовується в електромобілі, ідеальна температура для його роботи знаходиться в діапазоні 20-30°C. Не будемо вдаватися до технічних подробиць і просто зазначимо, що за межами цього діапазону ємність батареї падає. Це наслідок однієї з наступних ситуацій:

  • Перегрів. Можливі причини: високі температури повітря, тривала їзда на високих швидкостях і по бездоріжжю, вихід з ладу системи охолодження батареї. Способи вирішення: постановка авто на паркування у темне місце, заміна антифризу, діагностика системи охолодження;

  • Переохолодження. Можливі причини: низькі температури повітря, вихід з ладу теплового насоса та резистивних нагрівачів. Способи вирішення: постачання авто на паркування в гараж, що опалюється, діагностика теплового насоса, заміна зношених резистивних елементів.

Багато водіїв переконані, що найбільшу небезпеку для електромобіля становить мороз. Але на практиці як низькі, так і високі температури впливають на батарею: зменшується запас ходу і пікова потужність, падає потужність зарядки і ще багато іншого. Спека – це особливо підступний ворог. Штатна система охолодження може відвести надлишки тепла від батареї у більшості сценаріїв експлуатації. Однак її можливостей може вистачити у разі сильного підвищення навантаження електромотор. Батарея це переживе, але почне деградувати. Її ємність впаде на частки відсотків. Назавжди. Це небагато, проте ситуація повторюватиметься і батарея стане непридатною за кілька років.

Тепловий розгін акумулятора – небезпечне явище, що спричиняють ланцюгові хімічні реакції всередині пристрою. Явищу підібрали вкрай вдалу назву. По-перше, батарея справді нагрівається. По-друге, процес завжди стає інтенсивнішим (розганяється), так що батарею потрібно відключити від будь-яких навантажень і охолодити за першої можливості. Основні причини теплового розгону: порушення цілісності корпусу, тривалий перегрів та робота під сильними навантаженнями, заряджання занадто великим струмом. Останнє можливе при виході з ладу контролера заряджання електромобіля.

СПОСОБИ ОХОЛОДЖЕННЯ БАТАРЕЇ

В англомовних джерелах систему охолодження акумуляторної батареї електрокара позначають абревіатурою BTMS. Найбільш поширені типи систем: повітряні та рідинні. В окрему групу також виділяють комбіновані системи, проте їх ми розглядати не будемо через незначну поширеність.

Повітряне охолодження може бути пасивним та активним (примусовим). У першому випадку надлишки тепла відводяться потоком повітря, що набігає на авто. Система працює більш ефективно, якщо рухатись на високій швидкості. Для примусового охолодження у систему вводять додатковий електровентилятор або залучають штатну систему кондиціювання. Через середню ефективність та залежності від зовнішніх температур, повітряних BTMS у сучасних електрокарах відсутні або їх спрощені варіанти доповнюють рідинну систему. Повітряне охолодження з успіхом використовувалося у багатьох гібридах та “чистих” електромобілях: Renault Zoe, Nissan Leaf, Hyundai Fit EV.

Рідкісна система охолодження акумулятора сьогодні вважається стандартом для електромобілів. Вона надійна, ефективна та відносно проста. У її конструкцію часто інтегрують систему клімат-контролю та тепловий насос. Всю конструкцію зазвичай монтують прямо на платформі електромобіля. Склад системи залежить від виробника та моделі авто, проте до нього завжди входять такі елементи:

  • Основний радіатор охолодження;

  • Система трубок та каналів;

  • Пластини-охолоджувачі;

  • Датчики тиску;

  • Від 1 до 3 помп.

Багато виробників додають до системи ще один радіатор, що під’єднують до системи кондиціювання. Тут він грає роль випарника, призначений для швидкого охолодження рідини. Уважний читач запитає: а як же електродвигуни? Хіба вони не гріються? Відповідь проста: кожен електромотор має свій контур охолодження (зазвичай змійовик) зі своєю помпою, датчиками тиску та іншими елементами. Працює паралельно із системою охолодження батарея. За фактом це аналог класичної системи охолодження двигуна внутрішнього згорання, але зі своїми особливостями. 

Ось як це працює: помпа нагнітає тиск у системі, охолоджувальна рідина починає рухатися по трубках, забирає надлишки тепла від пластин, дістається радіатору та охолоджується. Процес повторюється. У деяких моделях електромобілів пластини-охолоджувачі відсутні і є тільки трубки, якими тече рідина. Приклад: Tesla Model 3. Зазвичай всі елементи конструкції виготовляють із алюмінію. Головним недоліком таких систем є мала площа контакту охолоджувального елемента (пластини, трубки) з батареєю.

Практично всі великі виробники електромобілів експериментують з рідинними системами охолодження прямої дії. В них рідина контактує з акумуляторним блоком безпосередньо – пластини, трубки та інші теплообмінники відсутні. Ефективність такого способу відведення тепла є дуже високою. В чому проблема? По-перше, така система ненадійна. По-друге, поки що немає рідин, що одночасно володіють всіма потрібними властивості: низькою електропровідністю, високою теплопровідністю, хімічною інертністю, екологічністю. Ох! Мало не забули сказати, що подібна система ще й має бути дешевою у виробництві.

МОЖЛИВІ НЕСПРАВНОСТІ

Через те що сучасні електромобілі мають багато "розумної" електроніки, у разі порушення роботи BTMS автомобіль сам сповістить водія про проблему. Центральний блок керування також оптимізує роботу електромотора та батареї так, щоб мінімізувати шкоду для автомобіля. Ігнорувати сповіщення не варто. Можливі наслідки:

  • Швидка деградація батареї;

  • Зменшення пікової потужності електромобіля;

  • Неможливість заряджання в швидкому режимі;

  • Тепловий розгін батареї;

  • В екстремальних випадках: спалах акумулятора.

Останнє можливе лише за кількох факторів: перевантаження силової електроніки, порушення цілісності зовнішнього корпусу батареї та перегородок між осередками, тривалий тепловий розгін. Сучасні електромобілі схильні до загорянь навіть менше, ніж їх бензинові зібратися. Водію достатньо стежити за технічним станом автомобіля, щоб уберегти себе від можливих проблем із батареєю. 

Як показала практика, проблеми з системою охолодження дають про себе знати через 3-4 роки експлуатації електрокара. Якщо умови експлуатації були жорсткими, цифру можна ділити навпіл. Цікаво, що той самий принцип справедливий і для класичних автомобілів з ДВЗ. Порушення роботи системи охолодження може бути спричинене наступним:

  • Несвоєчасна заміна рідини, що охолоджує;

  • Розгерметизація системи та витік рідини;

  • Засмічення трубок, якими тече рідина;

  • Вихід з ладу помпи;

  • Обрив CAN шини або іншої проводки;

  • Вихід із ладу датчиків та інших електронних компонентів BTMS.

Окремі випадки: підвищений або знижений тиск у системі, старіння матеріалів (метали, ізоляція проводки), перегорання запобіжників. Під старінням розуміють природне зношування матеріалів під впливом часу і зовнішніх умов – з цим нічого не вдієш. Якщо тиск у системі виходить за межі норми, його потрібно відрегулювати якнайшвидше. Для цього достатньо злити надлишкову рідину або підлити недостатню. У більшості електромобілів скинути тиск можна відкрутивши пробку на днищі авто біля задньої осі. Регламент заміни залежить від марки та моделі електрокара. Зазвичай це 90-120 тис. км. Обслуговування системи та заміну комплектуючих краще довірити фахівцям.

КОРОТКО ПРО ОХОЛОДЖУЮЧІ РІДИНИ ДЛЯ ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ

Тосол і антифриз – два найпоширеніші позначення охолоджуючої рідини для автомобілів. Основними її компонентами є речовини з групи гліколів, яким властива висока температура кипіння та слабка хімічна активність. До складу антифризів також входять т.зв. – хімічно активними добавками, що згладжують недоліки чистих гліколів. Антикорозійні присадки є найпоширенішими. Також існують присадки, що підвищують температуру кипіння і перешкоджають утворенню піни. До охолоджувальних рідин для електромобілів висувають такі вимоги:

  • Високі змащувальні здібності;

  • Широкий діапазон робочих температур;

  • Сумісність з авто різних марок;

  • Низька електропровідність.

На ринку можна знайти універсальні антифризи, що підходять для автомобілів усіх типів. Ми рекомендуємо брати лише спеціалізовані рідини. Річ у тім, що правильно підібраний антифриз не перегрівається навіть у найжорстокіших умовах експлуатації. Розглянемо на прикладах. Більшість рідин для бензинових двигунів киплять при температурі вище 120°C, які в'язкість потрапляє у діапазон 50–100 мПа*с. Охолоджувальні рідини для електрокарів киплять при 150°C, які в'язкість у 2-6 разів менше. Параметри універсальних рідин знаходяться десь посередині, що підійде не всім електромобілям. Наприклад, Zeekr 007 висуває високі вимоги до розхідників та хімії. Це дуже потужна модель, для якої життєво важливою є справна робота системи охолодження.

Зруйнуємо поширений міф про антифризи. Їхні властивості та якість не залежать від кольору рідини. Чимало водіїв досі купують "червоний антифриз" знайомого їм виробника, не замислюючись, що автохімія може мати будь-який колір – це залежить тільки від барвника. Власнику електричного авто варто купувати хімію з позначкою "Охолоджувальна рідина для електромобілів" або "EV Coolant", якщо опис продукту не перекладено з англійської. Ось кілька відомих виробників: Elf, Castrol, Liqui Moly, Mobil, Shell. Якщо спеціалізований антифриз для електромобіля знайти не вдалося, як альтернативу можна взяти рідину, що відповідає допускам автовиробника. Зазвичай вони вказаны на розширювальному бачку системи. У більшості випадків підходять рідини класу G12++ або G13. Міняти антифриз самостійно не варто – високий шанс заповітрити систему. Радимо підібрати відповідну автохімію і віднести її фахівцям. 

СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ БАТАРЕЇ ВИРІЗНЯЄТЬСЯ НАДІЙНІСТЮ ТА НИЗЬКОЮ СХИЛЬНІСТЮ ДО ПОЛОМОК. ОДНАК ПОВНІСТЮ ВОНА ВІД НИХ НЕ ЗАХИЩЕНА. ПРИ ВИЯВЛЕННІ НЕСПРАВНОСТІ ВОДІЄВІ ВАРТО ОДРАЗУ ЗВЕРНУТИСЯ В СЕРВІС. ІГНОРУВАННЯ ПРОБЛЕМИ ПРИЗВЕДЕ ДО ДЕФЕКТУ БАТАРЕЇ ТА КОШТОВНОГО РЕМОНТУ. А ЯКЩО СТЕЖИТИ ЗА ТЕХНІЧНИМ СТАНОМ АВТОМОБІЛЯ І МІНЯТИ ОХОЛОДЖУВАЛЬНУ РІДИНУ ЗГІДНО З РЕГЛАМЕНТОМ, СИСТЕМА СПРАВНО ПРАЦЮВАТИМЕ ДОВГІ РОКИ.