Zarządzanie temperaturą baterii auta elektrycznego

Jak skrócić czas ładowania samochodu elektrycznego na szybkich stacjach DC?

Powoli zbliża się okres zimowy a wszyscy wiemy, że baterie stosowane w naszych samochodach elektrycznych nie przepadają za chłodem i niskimi temperaturami. Producenci starają się zapobiec negatywnym skutkom oddziaływania niskich temperatur na baterie litowo-jonowe.

Jak radzą sobie z tym problemem? Odpowiedź jest dość prosta:

Wszyscy producenci mają opracowany system zarządzania baterią. Nosi ona nazwę BMS czyli Battery Management System. Jest on kluczowym elementem zarządzania termiką naszej baterii trakcyjnej. Zadaniem systemu BMS jest sterowanie procesami termicznymi zachodzącymi w ogniwach baterii litowo-jonowych.

My jako Użytkownicy nie musimy się specjalnie martwić o to, co dzieje się z naszą baterią w niskich temperaturach. Zadba oto wspomniany wyżej system. Wiadomo że ogniwa litowo-jonowe, aby ładować się optymalnym prądem, na szybkich stacjach DC, powinny mieć temperaturę mieszcząca się w przedziale między 48 a 52 stopnie Celsjusza.

Właśnie wtedy bateria jest w stanie przyjąć maksymalną moc oferowaną przez ładowarkę. Jeżeli temperatura ogniw będzie niższa lub wyższa niż wspomniany wyżej zakres, nie osiągniemy mocy maksymalnej i będzie ona znacząco niższa. Wszystko to ze względu na bezpieczeństwo baterii. Zalety systemu BMS omówię na konkretnym przykładzie. Będzie nim Tesla Model 3, rocznik 2023 z baterią w technologii LFP czyli litowo-żelazowo-fosforanowej. Baterie te, jak wiadomo, wręcz nie cierpią niskich temperatur a ich sprawność w takich warunkach znacząco spada.

Dobry BMS to podstawa

Firma Tesla bardzo dobrze odrobiła lekcje. A jej system BMS sprawuje się wręcz rewelacyjnie jeżeli chodzi o zarządzanie temperaturą wspomnianej wyżej baterii. Okazuje się że system, już po uruchomieniu auta wcześnie rano, podgrzewa całą baterię do temperatury pozwalającej zminimalizować skutki niskich temperatur.
Chodzi o to, że jeżeli temperatura baterii jest odpowiednio wysoka, zasięg nie zmniejszy się tak bardzo jak w przypadku, kiedy wspomniana temperatura pakietu jest bardzo niska. Jeśli system BMS nie podgrzałby baterii, to moglibyśmy stracić nawet do 30% zasięgu.

Jednak przez to, że bateria zostaje podgrzana, na co tracimy stosunkowo niewiele energii zgromadzonej w baterii, zachowuje się ona całkiem przyzwoicie i nie traci zasięgu, nawet w ujemnych temperaturach. Mało tego, jeśli w czasie zimy wybierzemy jako naszą destynacje, stację szybkiego ładowania prądu stałego. System BMS przygotuje nam termicznie naszą baterie do ładowania.

Co zrobi system w czasie chłodów?

Oznacza to nic innego, jak podgrzanie wstępne ogniw, do temperatury około 50°C. W takim wypadku, kiedy podjedziemy na stację i podepniemy auto do ładowania, pobierze ono maksymalną dostępną dla siebie moc. Dzięki temu nasz czas spędzony na ładowaniu auta znacznie się skróci.

Wspomniane wcześniej auto czyli tesla Model 3 w wersji z najmniejszą baterią 60 kWh, naładował a się do poziomu 90% w zaledwie 21 min.

Startowaliśmy z poziomu 25%. Jak więc widać, było to naprawdę szybkie ładowanie a moja żona, nie zdążyła nawet zrobić zakupów w pobliskim markecie. Auto było gotowe do dalszej drogi naprawdę szybko, zanim jeszcze wyszła ze sklepu. Aby dojechać z Rzeszowa do Lublina, mogłem naładować się do jeszcze niższego poziomu np. 80%, co również bez problemu pozwoliłoby mi przejechać 170 km dzielące obydwa miasta. Wtedy czas ładowania oscylował by w okolicach 15 min.

O co chodzi z tym kondycjonowaniem baterii?

Dlaczego działo się to tak szybko i dlaczego auto naładowało się w tak krótkim czasie? Kluczem do sukcesu, okazało się wspomniane wcześniej wstępne podgrzanie pakietu baterii (kondycjonowanie baterii) do wymaganej temperatury. Za wszystko oczywiście odpowiedzialny jest system BMS, który analizując dane, podgrzewana ogniwa w taki sposób, aby po dojechaniu na szybką stacje ładowania, miały one temperatura idealną na przyjęcie odpowiednio dużej mocy ładowania.

To nie żadna magia ani czary mary. Technologia dziś postępuje bardzo szybko a producenci aut elektrycznych bardzo dobrze odrabiają pracę domową. Właśnie dzięki temu, my użytkownicy, mamy ułatwione zadanie jeśli chodzi o zmniejszenie ilości czasu spędzonego na ładowaniu elektryków. Szczególnie w warunkach zimowych na szybkich stacjach ładowania DC.
Jest to bardzo ważne, szczególnie jeśli chodzi o odbywanie długich tras. Nie ma to większego znaczenia w przypadku ładowania samochodu w domu. Jest on wtedy ładowany niskim prądem, małej mocy i temperatura pakietu, tak naprawdę nie ma większego znaczenia.