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.

Час испытания. Чего опасаться и как избежать проблем с машиной в сильные морозы

Синоптики обещают, что в ближайшие дни в Беларусь придут сильные морозы. Чего следует опасаться автомобилистам и что предпринять, чтобы избежать или хотя бы снизить риск неприятностей?

Это не так критично, но…

Давайте начистоту: до минус 25 °С , да и то в ночное время, кратковременно, не такие уж сильные морозы. Даже в обозримом прошлом белорусы видали и посильнее, а для некоторых регионов Европы это вообще типичная температура января. Соответственно и автомобильная техника, если она исправна и заправлена соответствующим сезону топливом, подвести не должна.

Тем не менее в условиях низких температур вероятность проблем, особенно в случае с недосмотренными и «пожилыми» автомобилями, увеличивается. Скрытые неисправности, некритичные в более теплое время, в морозы могут привести к различным неприятностям. Самое очевидное – затрудненный пуск двигателя, но ведь возможны и другие напасти! Именно при хорошем «минусе» может погнать масло из-за «замерзших» сапунов или неисправной системы вентиляции картерных газов, возможны отказы гидравлических систем, отказы электрооборудования. При этом аварийная остановка вдали от цивилизации – это уже потенциально опасная для здоровья и жизни людей ситуация.

Есть и второй аспект. «Холодные пуски» и короткие поездки означают работу двигателя в самых неблагоприятных режимах, попутно достается аккумулятору, который в таких условиях просто не успевает полностью заряжаться. Трансмиссии и подвеске тоже приходится несладко: работа в холодном состоянии означает повышенные нагрузки. В общем, на несколько самых морозных дней отказаться от автомобиля может быть не такой уж плохой идеей, особенно если необходимость в нем не так уж велика. И тем более если есть основания сомневаться в его безотказности. Воспользуйтесь лучше такси: вместо танцев с бубнами с «холодным пуском» сесть в уже теплый салон – оно того стоит.

Ну а если без машины никак, давайте поговорим о том, какие риски имеются и как их минимизировать. Лучшее решение, конечно, поставить машину в теплый бокс или подземный паркинг. Если это невозможно, готовьтесь к схватке с природой!

Ну что ты не заводишься?

Повторим: если автомобиль исправен и заправлен сезонным топливом, он без проблем заведется и в 25-градусный, и в 30-градусный морозы. Проблемы с пуском двигателя обычно происходят по следующим причинам:

• неисправная система зажигания (бензиновые двигатели);
• неисправная топливная система;
• в топливной системе присутствует летнее или некачественное ДТ, вода;
• неисправности электронного блока управления двигателем, датчиков, некорректная прошивка;
• неисправный стартер;
• низкая компрессия в цилиндрах двигателя.

Вы можете заметить, что в списке не хватает неисправных свечей накала и масла «неправильной» вязкости. Что же, и то и другое может помешать уверенному пуску, но при рассматриваемых температурах исправный двигатель заведется и с этими факторами.

Также пуск может быть затруднен из-за «слабого» аккумулятора (недостаточно заряженного или неисправного), но довольно часто батарея садится как раз в процессе безуспешных попыток завести двигатель по описанным выше причинам.

Банальный совет: не хотите проблем – обеспечьте исправное состояние всех систем. А «дизелистам» стоит своевременно позаботиться о заправке зимней соляркой и обслуживании топливной системы – об этом мы не так давно рассказывали.

Быстрые превентивные меры

Но что можно сделать сейчас, когда морозы уже завтра, а машина в таком состоянии, в каком есть? Какие меры можно предпринять прямо сегодня, чтобы помочь двигателю удачно совершить «холодный пуск»?

Как минимум можно проверить состояние аккумулятора и при необходимости его зарядить. Если это невозможно, а состояние батареи не внушает уверенности, в ночь перед сильным морозом ее стоит снять с автомобиля и отнести домой. Так больше шансов, что на следующий день ей хватит силенок для успешного запуска двигателя.

Еще можно превентивно заняться системой зажигания бензинового двигателя – проверить состояние свечей и высоковольтных проводов, надежность контактов. В крайнем случае просто иметь в запасе «рабочие» свечи и провода.

Дизелистам неплохо бы задуматься о том, насколько «правильное» топливо залито в баки их авто. Напомним, что предельная температура фильтруемости летнего сорта составляет минус 7°С, зимнего – минус 20°С, «арктического» – минус 32°С. То есть даже зимнее топливо может оказаться недостаточно хорошим для уверенного пуска. Можно попробовать подстраховаться антигелевой присадкой, которая заливается в бак во время заправки до наступления морозов. Но лучше все-таки залить арктическое топливо (1,96 руб. за 1 л против 1,80 руб. за обычный зимний сорт).

Если по каким-то причинам такой возможности нет (залит полный бак обычного топлива, на ближайших АЗС нет «Арктики»), остаются аварийные средства. Опытные водители знают, что добавление керосина, на худой конец бензина (его должно быть 20-30% всего количества топлива в баке) способно решить проблему. Но тут важно понимать: данный способ применим по отношению к старым двигателям, но далеко не все современные моторы готовы к такому «коктейлю», а его использование может повлечь отказ в гарантийном ремонте в случае поломки. В общем, здесь решение на свой страх и риск.

Облегчить страдания

Но вот час икс наступил. На градуснике столбик стремится упасть как можно ниже, вы одеваетесь как можно теплее и с легкой тревогой подходите к автомобилю. В этот момент стоит помнить о некоторых приемах, которые могут помочь удачному запуску.

«Ритуал» зависит от типа двигателя и топливной системы. Если вы счастливый обладатель раритета с карбюратором, то, скорее всего, и так знаете, какие действия будут верными. Они зависят от модели карбюратора, но, как правило, подразумевают использование «подсоса» и предварительное накачивание топлива с помощью нажатия – один или несколько раз – на педаль «газа» перед пуском двигателя. В момент пуска, опять же в зависимости от модели карбюратора, педаль «газа» или не трогается, или слегка нажимается, однако активное ее использование чревато риском «залить» свечи.

Но карбюраторные моторы нынче редкость, а современные системы управления работой двигателя не требуют никаких дополнительных действий со стороны водителя. Если запуск осуществляется «с кнопки», тут вообще всеми процессами управляет электроника. Тем не менее есть несколько способов облегчить «холодный пуск».

Например, можно попробовать предварительно «прогреть» аккумулятор, включив дальний свет на 10-15 секунд. Впрочем, есть мнение, что это лишнее (если и поможет, то только при первой попытке пуска, дальше батарея уже точно будет «разогрета»), к тому же в случае с дизельным автомобилем пуску будет предшествовать включение свечей накала. Кстати, в сильный мороз рекомендуется двукратное включений свечей накала.

Если автомобиль с механической коробкой передач, в момент пуска выжимайте педаль сцепления – это поможет максимально снизить со стороны коробки нагрузку на двигатель , которая имеется даже на нейтральной передаче. Бросать педаль сразу после успешного запуска не стоит – нужно дать двигателю выйти на устойчивые обороты. Само сцепление нужно отпускать плавно.

Если двигатель не заводится с первого раза, не стоит мучить стартер и аккумулятор – дайте им отдохнуть 20-30 секунд и попробуйте снова. Крутить стартер больше 10-12 секунд не рекомендуется, в противном случае есть риск его повреждения.

Как правило, при первой попытке пуска стартер крутит двигатель не очень активно (масло густое, аккумулятор «холодный»). Вторая-третья попытки могут быть более «активными», но далее по мере разрядки батареи скорость вращения коленвала будет снижаться вместе с шансами на успешный запуск двигателя. Собственно говоря, если он даже «не схватывает», то, скорее всего, так просто уже не заведется.

Если по ощущениям не хватает чуть-чуть, а батарея уже подсела, «прикурите» от другого автомобиля. Для машин с МКПП остается еще вариант пуска «с толкача», но помните, что этот способ таит в себе определенные риски, включая обрыв или перескок ремня/цепи ГРМ.

На бензиновых моторах есть вероятность того, что во время попыток запуска зальет свечи зажигания. Можно попробовать их «продуть». Для этого крутим стартером двигатель при полностью нажатой педали «газа» (подачи топлива в этот момент нет). Но способ может и не помочь, а главное – будут ли еще оставаться для этого «силы» у аккумулятора? Если не помогло ˜– свечи выкручиваем, если они залиты – меняем на исправные. Если замены нет, можно очистить или прокалить залитые.

Про экстремальные способы облегчения пуска открытым огнем не будем: если к ним и прибегать, то без практических навыков тут все равно никак. А вот чтобы подать во впуск эфир, особых знаний и умений не надо: просто внимательно читайте инструкцию к специальному аэрозолю. Однако способ тоже не и числа безопасных для двигателя, так что строго придерживайтесь прописанной процедуры при использовании такого «быстрого старта».

Не спешим

Мы уже подробно рассказывали о том, что прогрева требует не только двигатель, но и коробка, а также подвеска. Так что здесь лишь повторим, что в сильный мороз следует дать двигателю поработать на холостых оборотах несколько минут, но основной прогрев будет происходить уже в движении. Первое время и несколько километров следует избегать резких маневров и нагрузок на все узлы (разгоны, торможения, маневры, проезд неровностей).

Также опытные дизелисты знают: если двигатель удалось завести, это не значит, что все теперь точно будет в порядке. Порой солярка стынет в топливных магистралях прямо в движении. Чтобы снизить риск, следует хорошо прогреть двигатель на малых скоростях. Но принципиально проблема решается на конструктивном уровне – с помощью систем подогрева. И здесь мы снова приходим к тому, что автомобиль к зимней эксплуатации следует готовить заранее. Ровных дорог!

https://neovolt.ru/blog/1017_elektromobil-zimoy
https://www.abw.by/novosti/experience/218697