Οι χαμηλές θερμοκρασίες του χειμώνα κάθε άλλο παρά «καλό σύμβουλο» αποτελούν για την απόδοση των μπαταριών υψηλής τάσης των ηλεκτρικών οχημάτων. Ας δούμε πως το κρύο επηρεάζει τη λειτουργία τους και ποια «μέτρα» παίρνουν οι κατασκευαστές για να μειώσουν τις επιπτώσεις σε αυτονομία, απόδοση και ταχύτητα φόρτισης.

Τον χειμώνα, τα ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα καλούνται, περισσότερο ίσως από κάθε άλλη εποχή του χρόνου, να «φέρουν» τόσο το εσωτερικό τους όσο και το σύστημα των μπαταριών στη σωστή θερμοκρασία.

Αυτό το διπλό έργο απαιτεί εξ ορισμού αρκετές ποσότητες ενέργειας, με τις χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες να επιδεινώνουν το πρόβλημα επηρεάζοντας την απόδοση των μπαταριών υψηλής τάσης.

Ωστόσο, η ανησυχία για υπερβολική απώλεια αυτονομίας στα περισσότερα ηλεκτρικά μοντέλα δείχνει να είναι, ως ένα βαθμό, αβάσιμη, καθώς με τα συστήματα έξυπνης διαχείρισης της θερμότητας, σε συνδυασμό με την υιοθέτηση ειδικών «προστατευτικών» μηχανισμών οι περισσότεροι κατασκευαστές καταφέρνουν να μειώνουν τις απώλειες σε επιδόσεις και αυτονομία και να επιτυγχάνουν μία μεγάλη – τηρουμένων των αναλογιών – διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Πρέπει οι οδηγοί των EVs να ανησυχούν για τους περιορισμούς το χειμώνα;

Στις περιπτώσεις των EVs που εφοδιάζονται με μεγάλης χωρητικότητας μπαταρίες υψηλής τάσης οι ανησυχίες σχετικά με την απόδοση και την αυτονομία το χειμώνα δεν δείχνουν να είναι ιδιαίτερα δικαιολογημένες. Στα περισσότερα οχήματα του είδους τα συστήματα θερμικής διαχείρισης επιλέγουν πάντα τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους τόσο για τη θέρμανση της μπαταρίας όσο και του εσωτερικού χώρου. Ως αποτέλεσμα, οι μπαταρίες υψηλής τάσης έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής, όταν οι ιδιοκτήτες τις… προετοιμάζουν μέσω των γνωστών σταθμών φόρτισης AC ή ενός οικιακού Wallbox. Αυτή η λειτουργία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη το χειμώνα, καθώς οι κυψέλες είναι περισσότερο έτοιμες, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται η απώλεια αυτονομίας επειδή η μπαταρία βρίσκεται ήδη στο βέλτιστο εύρος θερμοκρασίας και επομένως δεν χρειάζεται να θερμανθεί τόσο πολύ.

Πώς επηρεάζει το κρύο μια μπαταρία υψηλής τάσης;

Η απόδοση μιας μπαταρίας υψηλής τάσης εξαρτάται ουσιαστικά από το επίπεδο φόρτισης και τη θερμοκρασία. Όσο πιο κρύο υπάρχει, τόσο λιγότερη ενέργεια μπορεί να παρέχει η μπαταρία. Οι ηλεκτροχημικές διεργασίες αποτελούν σε αυτή την περίπτωση τον καθοριστικότερο παράγοντα. Σε χαμηλές θερμοκρασίες μπαταρίας, η ηλεκτρική εσωτερική αντίσταση του συσσωρευτή αυξάνεται και η ωφέλιμη χωρητικότητα μειώνεται. Για το λόγο αυτό οι κατασκευαστές προστατεύουν την μπαταρία απελευθερώνοντας λιγότερη τάση σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Επιπλέον, η μπαταρία μπορεί να απορροφήσει την απορριπτόμενη θερμότητα από τα υγρόψυκτα εξαρτήματα υψηλής τάσης, όπως τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος, το σύστημα μετάδοσης της κίνησης καθώς και από τον φορτιστή και να θερμανθεί απευθείας.

Ποιες είναι οι επιπτώσεις του κρύου στη φόρτιση;

Η φόρτιση μπορεί να διαρκέσει περισσότερο όταν οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές. Για το λόγο αυτό, η μπαταρία πρέπει να θερμαίνεται κατά τη φόρτιση, ιδανικά ακόμη και «καθ’ οδόν» προς τη φόρτιση. Κατά τη σύνδεση με το σημείο φόρτισης, το όχημα επικοινωνεί αυτόματα με την πηγή ρεύματος και έτσι το σημείο φόρτισης γνωρίζει πόση ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να απορροφήσει η μπαταρία ανά πάσα στιγμή. Με τον τρόπο αυτό διασφαλίζεται ότι η μπαταρία δεν είναι «υπερφορτωμένη». Όταν φορτίζεται, η μπαταρία αντλεί την ηλεκτρική ενέργεια που χρειάζεται για τη θέρμανση από το σημείο φόρτισης.

Ποιος είναι ο ρόλος της θερμικής διαχείρισης;

Κατά βάση, η θερμική διαχείριση είναι υπεύθυνη για τη διανομή των ροών θερμότητας μεταξύ του συστήματος κίνησης, της μπαταρίας υψηλής τάσης και του εσωτερικού. Το σύστημα αντλίας θερμότητας (σε όποια οχήματα υπάρχει) μετατρέπει την ενέργεια από το σύστημα μετάδοσης κίνησης ή τον περιβάλλοντα αέρα σε διαθέσιμη θερμότητα για την μπαταρία ή, το χειμώνα, και για το εσωτερικό. Η χρήση του περιβάλλοντος αέρα ως πηγή ενέργειας χρησιμοποιείται έτσι για να εξισορροπηθεί η φθίνουσα σπατάλη θερμότητας από το σύστημα μετάδοσης κίνησης, το οποίο λειτουργεί όλο και πιο αποτελεσματικά.

Πώς ρυθμίζεται η θερμοκρασία της μπαταρίας και του εσωτερικού κατά την οδήγηση;

Προκειμένου να διασφαλιστεί μια αξιόπιστη παροχή θερμότητας ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, το σύστημα αντλίας θερμότητας, το οποίο είναι ενσωματωμένο σε ουκ ολίγα ηλεκτρικά μοντέλα, διαθέτει πρόσθετους θερμαντήρες υψηλής τάσης. Αυτό εξασφαλίζει αφενός ότι οι επιβάτες απολαμβάνουν ένα άνετο εσωτερικό και σε ακραίες καταστάσεις, αφετέρου παράγει γρήγορα την ιδανική θερμοκρασία μπαταρίας που κυμαίνεται για μέγιστη απόδοση μεταξύ 25 έως 30 βαθμών Κελσίου.

Ποιες πρόσθετες τεχνικές λύσεις καθιστούν την μπαταρία «ανεξάρτητη» από τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας;

Εδώ, σημαντικός είναι ο ρόλος της διαδικασίας preconditioning, η οποία έχει θετική επίδραση τόσο στην μπαταρία όσο και στο εσωτερικό. Σε αρκετά EV είναι δυνατό να ρυθμίσει κανείς την ακριβή ώρα αναχώρησης μέσω του οχήματος ή συνήθως με την αρωγή των σχετικών app. Ως αποτέλεσμα, η διαδικασία αυτόματης φόρτισης αναζωογονεί την μπαταρία με ενέργεια στο προκαθορισμένο επίπεδο και σε μια ευνοϊκή θερμοκρασία όσο το δυνατόν πιο κοντά στο χρόνο αναχώρησης. Με αυτόν τον τρόπο, η απώλεια αυτονομίας μειώνεται σημαντικά με τη θέρμανση της μπαταρίας, ενώ επιπλέον, μέσω του preconditioning, ρυθμίζεται η θερμοκρασία του εσωτερικού του οχήματος στο επιθυμητό επίπεδο πριν από την αναχώρηση.

Σε αρκετά EVs η προετοιμασία του συσσωρευτή για τη διαδικασία φόρτισης μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και αυτόματα κατά τη διάρκεια της οδήγησης μέσω των συστημάτων route planner, προκειμένου να επιτυγχάνεται σταθερά υψηλή ταχύτητα φόρτισης σε σταθμούς γρήγορης φόρτισης. Ανάλογα με τη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα, το σύστημα θερμικής διαχείρισης φέρνει την μπαταρία σε ένα εύρος θερμοκρασίας που είναι και το βέλτιστο για φόρτιση ενώ το αυτοκίνητο κινείται και πριν καν ξεκινήσει η φόρτιση.

Πώς μειώνεται η απώλεια αυτονομίας θερμαίνοντας το εσωτερικό;

Σε σύγκριση με ένα όχημα με κινητήρα εσωτερικής καύσης, σε ένα EV είναι πολύ λιγότερη η απορριπτόμενη προς το περιβάλλον θερμότητα η οποία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη θέρμανση της καμπίνας. Στα ηλεκτρικά οχήματα η θερμότητα που παράγουν η μπαταρία, ο ηλεκτροκινητήρας και τα ηλεκτρονικά ισχύος μπορεί να μεταφερθεί στο εσωτερικό μέσω μιας αντλίας θερμότητας. Βασικά, η αντλία θερμότητας λειτουργεί όπως ένα ψυγείο, αλλά αντίστροφα. Όσο περισσότερη απορριπτόμενη θερμότητα είναι διαθέσιμη, τόσο πιο αποτελεσματικά λειτουργεί η αντλία. Στην καλύτερη περίπτωση, η αντλία θερμότητας μπορεί να παράγει έως και 3 kW θερμότητας από 1 kW ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η τεχνολογία είναι πολύ χρήσιμη, ιδιαίτερα το χειμώνα, γιατί αντικαθιστά ένα θερμοηλεκτρικό στοιχείο θέρμανσης.

Τι μπορούν να κάνουν τον χειμώνα όσοι δεν έχουν γκαράζ;

Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει να γίνεται φόρτιση με εναλλασσόμενο ρεύμα, η οποία γενικά είναι πιο αποτελεσματική από τη φόρτιση συνεχούς ρεύματος, επειδή υπάρχει μικρότερη απώλεια ισχύος λόγω των χαμηλότερων τάσεων. Η φόρτιση εναλλασσόμενου ρεύματος είναι επίσης πιο ήπια, επειδή δεν καταπονεί τόσο πολύ τον συσσωρευτή, με τον τελευταίο να μπορεί να απορροφήσει καλύτερα το ρεύμα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες μπαταρίας – πράγμα που σημαίνει ότι η μπαταρία δεν χρειάζεται να θερμανθεί τόσο πολύ. Η φόρτιση θα πρέπει να γίνεται – ανεξάρτητα από το αν είναι AC ή DC – αμέσως πριν ξεκινήσει κανείς ένα ταξίδι, μέσω των συστημάτων προγραμματισμού, προκειμένου να γίνει χρήση της υψηλότερης θερμοκρασίας της μπαταρίας που επιδρά θετικά στην αυτονομία. Ή αμέσως μετά την οδήγηση, ώστε να αξιοποιηθεί η υψηλότερη θερμοκρασία της μπαταρίας για πιο γρήγορη και αποτελεσματική φόρτιση.

Πότε φτάνουν στο όριο οι μπαταρίες υψηλής τάσης;

Για την προστασία της μπαταρίας, αρκετοί κατασκευαστές σταματούν την «απελευθέρωση» ρεύματος από την μπαταρία όταν η θερμοκρασία φτάσει τους -30 βαθμούς Κελσίου. Αλλά για να συμβεί αυτό, το αυτοκίνητο θα πρέπει να εκτεθεί στην ακραία αυτή θερμοκρασία για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τι μπορούν να κάνουν οι οδηγοί για να αυξήσουν την αυτονομία τον χειμώνα;

Χρησιμοποιώντας τους on board υπολογιστές του αυτοκινήτου και ελέγχοντας τις προβλέψεις αυτονομίας στη σχετική οθόνη κατά την οδήγηση, οι οδηγοί μπορούν να διαβάσουν απευθείας πόση εμβέλεια αποκτούν όταν, για παράδειγμα, μειώνουν τις απαιτήσεις τους από το σύστημα θέρμανσης του οχήματος. Επίσης, η αυτονομία μπορεί να αυξηθεί με την επιλογή των προγράμματων οδήγησης (driving modes) που στοχεύον στην εξοικονόμηση ενέργειας, με τα τελευταία, στην πλειοψηφία των περιπτώσεων, να περιορίζουν ελαφρώς τις λειτουργίες άνεσης του οχήματος, την ισχύ και τη μέγιστη ταχύτητα.