Россия и электромобили зимой в морозы: как производители решают проблему «зимнего пакета»?

Литий-ионная технология позволяет аккумуляторам работать в температурном диапазоне от -20°C до +60°C. Но их электрохимические свойства всё равно подвержены климатическому воздействию.

Так, например, тяговые характеристики и дальность пробега электромобиля зимой в морозы заметно ухудшаются. В России, Канаде, Исландии, Финляндии, Норвегии и в других холодных странах проблема может быть решена при помощи «зимнего пакета».

Какой должна быть оптимальная температура эксплуатации электромобиля?

По исследованным данным Battery University и практическим замерам EVcreate для увеличения срока службы и максимальной эффективности литий-ионного аккумулятора лучше всего подходят следующие температурные режимы (указана именно температура самой батареи, а не окружающей среды).

Температура стоянки

Стоянка электромобиля при температуре воздуха и самой батареи ниже +10°C безопасна при условии, что она заряжена или заряжается регулярно. Чем холоднее зима, тем чаще предстоит делать подзарядку.

Температура при вождении

Вождение допускается и при более экстремальных температурах батареи. Производители должны обеспокоиться охлаждением при пограничных к +60°C показаниях на контроллере и нагревом при -20°C или ниже (далее будут подробности). Например, в Сибири в летние месяцы Nissan Leaf 2015-го года в среднем проходит около 150 км на одном заряде. Но зимой пробег уже сокращается до 60 км.

Зарядка должна выполняться только при положительной температуре литий-ионной батареи (выше 0°C). Другими словами зимой требуется (хотя и не все производители это указывают) подогрев (далее подробности).

Для некоторых моделей в инструкции прямо указано, что зарядка при отрицательных температурах не рекомендуется. Это значит, что попытки зарядить электромобиль в морозы в России могут значительно сократить срок службы литий-ионной батареи. Кроме того, замороженная батарея намного дольше заряжается.

Особенности эксплуатации электромобиля в России зимой в морозы

Следить за температурой батареи. Исходя из вышесказанного вы уже наверняка поняли, что серьёзные нарушения температурного режима быстро приведут к неисправностям из-за ограничений литий-ионной технологии. Правильно заряжать, использовать и ставить на стоянку электромобиль помогут подогреватели, бортовые системы и программное обеспечение, как на смартфонах.

Следить за состоянием аккумулятора. К зиме нужно готовиться тщательнее — проверять целостность защиты дна, чтобы не попадал в батарейный блок снег и реагенты, проверять на окисления контактную (соединительную) группу. Например, предстоит заменять кабели, резинки и уплотнители из летнего комплекта модели, привезённой из жаркой Калифорнии на более устойчивые к сильным морозам. Тоже самое касается и смазочных материалов.

Следить за уровнем заряда батареи. Электромобиль зимой в России разряжается быстрее, чем летом. Как мы уже сказали выше, пробеги на одном заряде замороженного аккумулятора сильно сокращаются — примерно на 40% при морозах -20°C и ниже.

Использовать крытые стоянки и гаражи. Лучше всего электромобиль зимой отгонять на стоянку в тёплые помещения. Даже если у вас неотапливаемый гараж, в нём всё равно температура будет выше, чем на улице. Кроме того, зарядка при температуре окружающей среды -20°C изнашивает литий-ионную батарею намного больше, чем при -5°C в неотапливаемом гараже.

Ездить без музыки и электроподогрева. Психологически будет сложнее включать мощную акустику с сабвуфером и обогрев сидений, если без них пробег растёт на дополнительные 30-50 км. Заряд и без того становится ценным ресурсом для любого владельца/водителя электромобиля, но зимой вы будете испытывать пугающий дефицит энергии.

Что делают производители для эксплуатации электромобилей в России, Канаде и других холодных странах?

Самая продуманная система «зимнего пакета», как нам удалось проверить, сейчас применяется в электромобилях Tesla. Зимняя эксплуатация учитывается во всём модельном ряду автоконцерна по умолчанию (если вы считаете, что мы неправы и что-то не учли, напишите в комментарии).

«Зимний пакет» в Tesla

В Tesla с негативным воздействием морозов на литий-ионный аккумулятор борется программное обеспечение и контур охлаждения/обогрева. Программная функция представлена под названием «Climate» и по умолчанию выключена (её нужно включить при наступлении холодов).

Несмотря на то, что тепло может исходить от комбинации электромотора и инвертора (трансмиссия нагревает аккумулятор по двум отдельным параллельным контурам с применением четырёх-ходового клапана), для батареи Tesla использует электрический нагреватель. Он потребляет энергию самой батареи. Представляет собой обволакивающий нагреватель мощностью около 5 кВт.

Встречаются два разных типа нагревателя в Tesla Model S:

1. В ранних моделях (2013 и 2014) применяется Philips и Temro Zerostart. Считается, что они ненадёжны и подвержены повреждению изоляции.

2. С 2015 года Tesla перешла на обогреватель производства LG. Его можно узнать по чёрной пластиковой задней крышке. Номера деталей Tesla, которые нам удалось отследить в разные годы выпуска:

• • 1009508-00-E (2013) — Philips и Temro Zerostart;
• • 1028689-00-B (2014) — Philips и Temro Zerostart;
• • 1038901-00-E (2015) — LG;
• • 1038901-00-F (2015) — LG;
• • 1038901-00-G (2015, 2016, 2017) — LG;
• • 1038901-00-H (2017) — LG;
• • 1038901-00-I (2018) — больше не имеет логотипа LG, но выглядит тем же устройством;
• • 1038901-00-J (2018, 2019) — наклейка Tesla, но нагреватель полная копия LG.

Год модели указывает, в каком году буква была впервые использована. Все обогреватели литий-ионного аккумулятора в Tesla имеют одинаковый форм-фактор.

Впереди устанавливается высоковольтная распределительная коробка (её код FHVJB, номер детали для поиска Tesla 1028843-00-B или 1028843-00-C). Она управляет нагревателем батареи. То есть может снизить мощность нагрева с помощью высоковольтного ШИМ-контроллера.

Нагреватель батареи имеет встроенный термистор типа NTC. Если измерить сопротивление при различных температурах и рассчитать значения, то получим 10 кОм с β равным 5500К.

Напишите в комментарии, в каких электромобилях применяется сегодня такой подход?

Что ещё предпринимают автоконцерны для эксплуатации электромобиля зимой в России?

Как сообщает издание Research Insight, производителям следует испытать эволюционный прогресс в трёх этапах на пути к беспроблемной эксплуатации электромобилей в морозы.

1. Внешний подогреватель. Как у Tesla или по типу Webasto. Используются тепловые трубки, через которые нагревается батарея электромобиля до 0°C до запуска двигателя (или хотя бы до эксплуатационных -20°C). Затем температура повышается до рабочих режимов. Сегодня метод уже применяется в производстве.

2. Антифриз в электролите. Для снижения вязкости электролита внутри литий-ионных ячеек батареи электромобиля предлагается добавлять антифриз. Сейчас решается проблема совместимости формулы антифриза с существующими электролитическими жидкостями, материалами катода, анода, сепаратора.

3. Твердотельные аккумуляторы. Лучший вариант для зимней эксплуатации электромобиля в морозы в России и других холодных странах. Но прогресс пока ещё не достиг коммерческого использования таких ячеек — они все ещё исследуются в лабораториях. Учёные прогнозируют, что первые опытные образцы человечество получит не ранее 2026-го года.

***

Ничего опасного или ужасного в электромобиле зимой в морозы нет. В России, Канаде, Исландии, Финляндии, Норвегии и других холодных странах нет никаких серьёзных проблем в эксплуатации любого транспортного средства с электродвигателем и литий-ионным аккумулятором.

Нужно лишь придерживаться некоторых правил и учитывать ограничения литий-ионной технологии, что толком не совершенствовалась уже больше 30 лет.

Например, во всех электромобилях Tesla зимой в России вы можете включить режим «Климат» с подогревом батареи, там же есть функции разморозки и так далее. В других моделях может не хватать такого подготовленного «зимнего пакета», но даже при самом наплевательском отношении автовладельца последует просто ускоренный износ батареи и более быстрая потеря заряда.