Система охлаждения батареи – как это работает

Вне зависимости от типа используемого в электромобиле аккумулятора, идеальная температура для его работы находится в диапазоне 20-30°C. Не будем вдаваться в технические подробности и просто отметим, что за пределами этого диапазона емкость батареи падает. Это следствие одной из следующих ситуаций:

• Перегрев. Возможные причины: высокие температуры воздуха, длительная езда на высоких скоростях и по бездорожью, выход из строя системы охлаждения батареи. Способы решения: постановка авто на парковку в темное место, замена антифриза, диагностика системы охлаждения;

• Переохлаждение. Возможные причины: низкие температуры воздуха, выход из строя теплового насоса и резистивных нагревателей. Способы решение: поставка авто на парковку в отапливаемый гараж, диагностика теплового насоса, замена изношенных резистивных элементов. 

Многие водители убеждены в том, что наибольшую опасность для электромобиля представляет мороз. Но на практике как низкие, так и высокие температуры оказывают схожее влияние на батарею: падает запас хода и пиковая мощность, снижается мощность зарядки и еще многое другое. Жара – это особенно коварный враг. Штатная система охлаждения может отвести излишки тепла от батареи в большинстве сценариев эксплуатации. Однако ее возможностей может не хватить в случае сильного повышения нагрузки на электромотор. Батарея это переживет, но начнет деградировать. Ее емкость упадет на доли процентов. Навсегда. Это немного, однако ситуация будет повторяться и батарея придет в негодность за несколько лет. 

Тепловой разгон аккумулятора – опасное явление, вызванное цепными химическими реакциями внутри устройства. Явлению подобрали крайне удачное название. Во-первых, батарея действительно нагревается. Во-вторых, процесс всегда становится более интенсивным (разгоняется), так что батарею нужно отключить от любых нагрузок и охладить при первой возможности. Основные причины теплового разгона: нарушение целостности корпуса, длительный перегрев и работа под сильными нагрузками, зарядка слишком большим током. Последнее возможно при выходе из строя контроллера зарядки электромобиля.  

В англоязычных источниках систему охлаждения аккумуляторной батареи электрокара обозначают аббревиатурой BTMS. Наиболее распространенные типы систем: воздушные и жидкостные. В отдельную группу также выделяют комбинированные системы, однако их мы рассматривать не будем в силу малой распространенности.

Воздушное охлаждение может быть пассивным и активным (принудительным). В первом случае излишки тепла отводятся набегающим потоком воздуха. Система работает тем эффективнее, чем быстрее движется автомобиль. Для принудительного охлаждения в систему вводят дополнительный электровентилятор или задействуют штатную систему кондиционирования. В силу средней эффективности и зависимости от наружных температур, воздушных BTMS в современных электрокарах нет или их упрощенные варианты дополняют жидкостную систему. Воздушное охлаждение успешно использовалось во многих гибридах и “чистых” электромобилях: Renault Zoe, Nissan Leaf, Hyundai Fit EV. 

Жидкостная система охлаждения аккумулятора сегодня считается стандартом для электромобилей. Она надежна, эффективна и относительно проста. В ее конструкцию часто интегрируют систему климат-контроля и тепловой насос. Всю конструкцию обычно монтируют прямо на платформе электромобиля. Состав системы зависит от производителя и модели авто, однако в него всегда входят следующие элементы:

• Основной радиатор охлаждения;

• Система трубок и каналов;

• Пластины-охладители;

• Датчики давления;

• От 1 до 3 помп.

Многие производители внедряет в систему дополнительный радиатор, подключенный к системе кондиционирования. Здесь он играет роль испарителя, предназначенный для быстрого охлаждения жидкости. Внимательный читатель спросит: а разве электромоторы не перегреваются? Ответ простой: каждый электромотор имеет свой контур охлаждения (обычно змеевик) со своей помпой, датчиками давления и прочими элементами. По сути, это подобие классический системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, но со своими особенностями. 

Работает это так: помпа нагнетает давление в системе, охлаждающая жидкость начинает двигаться по трубкам, забирает излишки тепла от пластин, попадает в радиатор и охлаждается. Процесс повторяется. В некоторые моделях электромобилей пластины-охладители отсутствуют и есть только трубки, по которым течет жидкость. Пример: Tesla Model 3. Как правило, все элементы конструкции изготавливают из алюминия. Главным недостатком таких систем является малая площадь контакта охлаждающего элемента (пластины, трубки) с батареей. 

Практически все крупные производители электромобилей экспериментируют с жидкостными система охлаждения прямого действия. В них охлаждающая жидкость контактирует с аккумуляторным блоком напрямую – никаких пластин, трубок и прочих теплообменников. Эффективность такого способа отвода тепла очень высока. Так в чем проблема? Во-первых, такая система не отличается надежностью. Во-вторых, пока не существует дешевых в производстве жидкостей, которые одновременно обладают всеми нужными свойства: низкой электропроводностью, высокой теплопроводностью, химической инертностью, экологичностью. Ох! Чуть не забыли сказать, что подобная система еще и должна быть дешевой в производстве.    

Так как современные электромобили имеют много “умной” электроники, в случае нарушения работы BTMS автомобиль сам оповестит водителя о проблеме. Центральный блок управления также оптимизирует работу электромотора и батареи так, чтобы минимизировать вред для автомобиля. Игнорировать оповещения не стоит. Возможные последствия:

• Быстрая деградация батареи;

• Падение пиковой мощности электромобиля;

• Невозможность зарядки в быстром режиме;

• Тепловой разгон батареи;

• В экстремальных случаях: возгорание аккумулятора.

Последнее возможно только при сочетании нескольких факторов: перегрузка силовой электроники, нарушение целостности наружного корпуса батареи и перегородок между ячейками, продолжительный тепловой разгон. Современные электромобили подвержены возгораниям даже меньше, чем их бензиновые собраться. Водителю достаточно следить за техническим состоянием автомобиля, дабы уберечь себя от возможных проблем с батареей. 

Как показала практика, проблемы с системой охлаждения дают о себе знать спустя 3-4 года эксплуатации электрокара. Если условия эксплуатации были жесткими, цифру можно делить пополам. Интересно, что тот же принцип справедлив и для классических автомобилей с ДВС. Нарушение работы системы охлаждения может быть вызвано следующим:

• Несвоевременная замена охлаждающей жидкости;

• Разгерметизация системы и утечка жидкости;

• Засорение трубок, по которым течет жидкость;

• Выход из строя помпы;

• Обрыв CAN шины или другой проводки;

• Выход из строя датчиков и других электронных компонентов BTMS.

Частные случаи: повышенное или пониженное давление в системе, старение материалов (металлы, изоляция проводки), перегорание предохранителей. Под старением понимают естественный износ материалов под действием времени и внешних условий – с этим ничего не поделать. Если давление в системе выходит за рамки нормы, его нужно отрегулировать как можно скорее. Для этого достаточно слить избыточную жидкость или подлить недостающую. В большинстве электромобилей для сброса давления нужно открутить пробку на днище возле задней оси. Регламент замены зависит от марки и модели электрокара. Обычно это 90-120 тыс. км. Чистку системы и замену комплектующих лучше доверить специалистам. 

Тосол и антифриз – два самых распространенных обозначения охлаждающей жидкости для автомобилей. Основным их компонентом являются вещества из группы гликолей, которым свойственна высокая температура кипения и слабая химическая активность. В состав антифризов также входят на т.н. присадки – химически активные добавки, которые “сглаживают” недостатки чистых гликолей. Антикоррозионные присадки являются самыми распространенными. Также существуют присадки, повышающие температуру кипения и препятствующие образование пены. К охлаждающим жидкостям для электромобилей предъявляют следующие требования:

• Широкий диапазон рабочих температур;

• Совместимость с авто разных марок;

• Низкая электропроводность. 

На рынке можно найти универсальные антифризы, которые подходят для автомобилей всех типов. Мы рекомендуем брать только специализированные жидкости. Дело в том, что правильно подобранный антифриз не перегреется даже в самых жестких условиях эксплуатации. Рассмотрим на примере. Большинство жидкостей для бензиновых двигателей кипят при температуре выше 120°C, а их вязкость попадает в диапазон 50–100 мПа*с. Охлаждающие жидкости для электрокаров кипят при 150°C, а их вязкость в 2-6 раз меньше. Параметры универсальных жидкостей находятся где-то посередине, что подходит не всем электромобилям. К примеру, Zeekr 007 предъявляет высокие требования к расходникам и автохимии. Это модель с избыточной мощностью, для которой жизненно важна исправная работа системы охлаждения.