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 ).

Опытные показатели наилучшей температуры эксплуатации литий-ионного аккумулятора электромобиля

• • стоянка — +10°С;
• • вождение — +40°C (КПД батареи на максимуме, допустимый высший порог, далее работа на износ);
• • вождение — +25°C (КПД батареи около 95%, оптимальный режим);
• • вождение — +10°C (КПД батареи около 90%, допустимый нижний порог, далее снижение тяговых свойств);
• • зарядка — +25°C.

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).

«Зимний пакет» Tesla

• • Автоматический подогрев аккумулятора во время стоянки (примерно -50 км пробега в день по опыту российского владельца);
• • индикация замёрзшего аккумулятора (иконка в виде снежинки) с ограничениями в работе (в том числе рекуперации) и зарядке до тех пор пока не прогреется;
• • при выборе в пункте назначения зарядки Supercharger включается автоматический подогрев для температурной подготовки батареи к быстрой зарядке;
• • при стоянке с подключённым зарядным устройством аккумулятор не заряжается, но подогревается от электросети, а не собственной энергией;
• • стеклоочистители можно перевести в сервисный режим (Элементы управления → Сервис → Сервисный режим стеклоочистителей), чтобы они не закидывались снегом;
• • автоматическое складывание зеркал можно отключить во избежание поломки из-за обледенения (Элементы управления → Автомобиль → Автоскладывание зеркала / Элементы управления → Быстрое управление → Зеркала → Автоматическое складывание зеркала);
• • функция размораживания автомобиля, порта зарядки и датчиков/автопилота (Климат → значок размораживания).

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.

→ Отследить прогресс твердотельных аккумуляторов вы можете в нашем спецразделе.

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.

Мы не ставим себе цель прорекламировать электромобили, но также как и вы интересуемся прогрессом отрасли EV, поскольку являемся производителем и поставщиком литиевых аккумуляторов. Вопросы и замечания разместите в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Когда заводиться лучше не стоило: что может сломаться в машине на сильном морозе

Крещенская пора – лучшее время для очередной порции страшилок про морозы. Итак, морозное утро, темень, но вам зачем-то понадобилось ехать. Казалось бы, когда стартер, постанывая, таки сумел провернуть коленвал, и мотор кое-как заворчал, можно праздновать победу. Завелись! Рано радоваться. Потревожив сложный механизм в несвойственном для него температурном режиме, вы обязательно ускорите его износ. Сейчас разберемся, в каких именно местах.

Зачем нужна эта статья?

В основном для общего представления о том, что происходит в мороз с автомобилем. Также все это полезно будет знать тем, кто покупает машину из северных регионов или Сибири, про которые в объявлениях обычно пишут «соли не знала!». Но действительно сильный мороз – штука пострашнее соли.

Ходовая часть

На морозе все материалы становятся хрупкими, особенно это касается таких привычно мягких вещей, как пластик и резина. Машина, особенно на ходу, вовсе не статичный монолит. Изгибается кузов вместе со всем его наполнением, изгибаются резиночки элементов подвески, пыльников трансмиссии, разнообразных электротехнических изделий. Разумеется, проминаются элементы салона при воздействии на них человека.

Вибрации от мотора и подвески волнами приходят на каждый элемент. В общем, все постоянно находится в движении, изгибается и мнется. При сильном морозе эти трансформации эластичным элементам даются с трудом, и каждая поездка при температуре -20 существенно сокращает ресурс всех этих многочисленных резиночек, пластика и клеевых соединений.

Особенно тяжко приходится подвеске, которая трудится на ледяном ветру, пропитанном влагой и грязью. Сайлентблоки ускоренно стареют, клеевые соединения с металлом разрушаются, у шаровых шарниров разрушаются пыльники, а смазка внутри работает не очень эффективно. В частности, поэтому в теплой Европе подвески машин выдерживают десятки лет, а в наших условиях порой требуют переборки раз в год. Дело не только в плохих дорогах: европейский булыжник и грунтовки ничуть не лучше московского асфальта.

Бывает и совсем экстрим, когда температура опускается ниже 30 градусов. Тут уже в подвеске от ударов, которые при относительно теплой погоде переносились без последствий, могут трескаться нежные алюминиевые рычаги.

Трескающаяся резина шин – вроде бы не так страшно. Но если у вас «всесезонка» или летняя, то это вообще может закончиться трагически – слои резины будут отходить от корда, а сама резина – трескаться, в результате колесо разгерметизируется.

При более низких температурах даже морозостойкая резина теряет свои свойства, не держит боковые нагрузки и легко разбортируется.

Мотор

Кажется, что мотору, кроме затрудненного запуска, ничего не грозит. Ведь после прогрева его температура держится на установленном уровне, и лишь при неисправностях системы охлаждения он не догревается до минимально необходимых 70-85 градусов. Даже современные дизельные моторы понемногу, но прогреваются, хотя их тепловыделение настолько мало, что потери тепла на отопление салона и в моторном отсеке на малой нагрузке могут опускать температуру в контуре охлаждения до 50 градусов и менее.

Но не все так просто. Мотор – не цельный кусок металла, и он не ограничивается блоком цилиндров. В конструкции современного двигателя хватает пластиковых и резиновых деталей, которые не прогреваются в процессе работы или нагреваются только с одной стороны. Например, трубки вакуумной и топливной систем.

Вот металлу поршневой группы действительно мало что угрожает. Детали прогреваются и работают с нормальным уровнем смазки, ничего страшного от заметно более вязкого масла с ними не случается, разве что у некоторых конструкций растет расход масла, но это не слишком важные нюансы.

Действительно большой неприятностью может оказаться застывание системы вентиляции картера. Как показывает практика, это случается регулярно на машинах очень многих производителей. В картерных газах содержится много воды и кислот, и они, конденсируясь, образуют с моторным маслом эмульсию, которая в свою очередь вполне поддается замерзанию при морозах за 30 градусов. Происходит это во всевозможных патрубках системы вентиляции картера и маслоловушках, а порой и непосредственно в трубочках у дроссельной заслонки.

Дальнейший сценарий зависит от конструкции двигателя. Забитая вентиляция картера может привести к выброшенному масляному щупу и легкому запаху выхлопа в салоне, а может и к разрыву трубок, течам сальников и потере масла с последующим выходом мотора из строя.

Кстати, попавшая на дроссельную заслонку эмульсия может банально «приморозить» ее, и на следующий день вы не заведетесь ни при каких ухищрениях. Разве что хороший прогрев моторного отсека поможет оживить двигатель. Порой слишком вязкое масло и избыток его давления могут привести к обрыву цепей маслонасоса или повреждению его привода. Гидрокомпенсаторы вызовут потерю компрессии, впрочем, и мотор при этом просто не запустится.

Фатальные последствия бывают не так уж часто, пугаться не стоит. Но при регулярной эксплуатации на морозе трещины на опорах мотора, потеря герметичности впускного коллектора и трещины на выпускном, текущие шланги, отказы вакуумного усилителя тормозов и повышенный износ всех ремней (в том числе ГРМ) – точно будут.

Электрика

Господи, а с ней-то что может случиться? Неужели ток будет бегать медленнее? Это вряд ли. А вот изоляция проводов тоже становится хрупкой, трескается припой на платах, а любая влага в контактах приводит к их разрушению.

Различные исполнительные мотоприводы – от дроссельной заслонки до актуаторов турбины – имеют пластиковые шестерни, которые на морозе становятся хрупкими и плохо смазываются, а значит их ресурс стремительно уменьшается.

Температурные перепады при нагреве части электронных плат могут приводить к отрыву чипов от подложки или разрушению гибких проводников, а отказ в таких условиях – вопрос времени. При низких температурах вся конструкция мотора работает действительно «на износ». И фатальные поломки вовсе не исключены, особенно на трассе, при сильной продувке моторного отсека и высоких оборотах двигателя.

Кузов и салон

Кузов – это не только сталь и пластик, и соединяет их не только сварка, болты и шурупы. Стекла держит клей, мастики и герметики защищают многочисленные сварные швы кузова, ну и о лакокрасочном покрытии забывать не будем, оно тоже боится мороза.

Даже сталь кузова при температурах ниже 30 градусов тоже становится довольно хрупкой, хотя это не так существенно и касается не всех марок сталей. Вот хрупкость синтетических материалов и алюминиевых сплавов уже более заметна. Сломать бампер из-за снежных наростов при повороте колеса? Легко. Как и поломать крепления фар и их омыватели буквально из-за кочек или неаккуратного закрывания крышки капота. Попытка сложить заевшее зеркало может легко привести не только к поломке его электропривода, но и к сломанному алюминиевому кронштейну.

Любые диагональные нагрузки (привет любителям офф-роуда и дачных вылазок зимой!) в морозы кузову противопоказаны: стекла могут растрескаться, а могут просто потерять герметичность соединения с кузовом – после потепления сюрприз будет немалый.

Треснувший герметик швов заметно ускорит появление коррозии. Сразу вы этого не заметите, но через год-другой это уже может проявить себя в виде вспухших швов в самых нагруженных местах.

Что уж говорить о салоне… Он ведь не просто «гремит» в мороз, он взывает к милосердию. Не удивляйтесь тому, что кожаные обивки сидений вдруг могут начать «расползаться» на глазах, шовчик за шовчиком, даже натуральная кожа становится в мороз хрупкой, а виниловая «экокожа» часто уже после -20 °C ломается на изгибах.

И что ж теперь, не ездить?!

Если в ваших широтах мороз за 20 – явление скорее исключительное, чем привычное, то для вас все эти вещи вряд ли так уж критичны. От нескольких поездок в лютую стужу машина не развалится. Но если вы бережливый хозяин и собираетесь ездить на машине долго и счастливо, то может и правда не стоит лишний раз ее гонять, пока стоят трескучие морозы. Вызовите такси, окажется дешевле. Особенно это актуально для владельцев подержанного премиума: электрики много, износ уже есть, а всякие резинки-пластмасски стоят порой приличных денег.

Ну а если вы живете в краю льдов и снегов, и минус 20 для вас – лишь легкая прохлада, а за мороз вы считаете температуры от 40 градусов и ниже, то советовать вам не пользоваться машиной бессмысленно. Просто знайте, что несмотря на отсутствие «соленых реагентов», износ машины в этих условиях идет ускоренный. В Калифорнии или хотя бы в Ростовской области вашему авто понравится значительно больше.

Источник Источник https://neovolt.ru/blog/1017_elektromobil-zimoy
Источник Источник https://www.kolesa.ru/article/kogda-zavoditsya-luchshe-ne-stoilo-chto-mozhet-slomatsya-v-mashine-na-silnom-moroze