Így befolyásolja a hideg a villanyautók töltési sebességét

Tegnapi cikkünkben a coldgate jelenséggel foglalkoztunk, amely az elektromos autók töltésének hideg akkumulátor által okozott lassuló töltésére utal. Ebben a cikkben egy konkrét típuson mutatjuk be a jelenséget. Fontos azonban hangsúlyozni, hogy a coldgate jelenség általános probléma, nem a Kia e-Niro egyedi jellemzője, esetleg hátránya.

Hideg van, nő a fogyasztás, de még a töltés is lelassul?

A szlovák mojelektromobil.sk weboldal egyik szerzője nem csak a villanyautózást kedveli, az informatika sem áll távol tőle. Ľuboš Kia e-Niro tulajdonos és készített az autóhoz egy saját diagnosztikai berendezést, amivel számos paramétert tud folyamatosan monitorozni. A legtöbb adat egyébként mobiltelefonos applikációkkal (pl. Torque) is kinyerhető.

A Kia e-Niro maximális villámtöltési teljesítménye 75 kW körül alakul. Amennyiben az akkumulátor legalább 25 °C hőmérsékletű, akkor az autó 200 amper áramerősséget kér a töltőoszloptól, amíg az akku töltöttségi szintje 40% alatt van. 40% és 55% között az autó már csak 180 ampert kér, de közben az akku feszültsége folyamatosan emelkedik, így még ebben a tartományban is 70 kW felett marad a töltési teljesítmény. Az 55 és 75% közötti tartományban az autó töltési teljesítménye hajszállal 60 kW alatt marad, majd 75% felett már csak 110 ampert kér az autó, így 40 kW alá csökken. Mivel a leggyakoribb 50 kW-os töltők maximum 125 A áramerősséget képesek nyújtani, meleg akkuval 75% alatt végig megkaphatjuk a töltőoszlop maximális teljesítményét, így akik nem használnak ultra töltőt, csak 75% felett fogják tapasztalni a lépcsőzetes teljesítménycsökkenést, legalábbis amíg az akku az ideális 25-30 °C hőmérséklet-tartományban marad. Ha az akku 30 °C felé melegszik, az autó továbbra is elkéri a fenti maximumokat, azonban az energiatárolóba valamivel kevesebb jut, mert a BMS hűteni kezdi a pakkot.

A Kia e-Niro modell coldgate fokozatai

Ez a cikk azonban a hideg akkuról szól, nézzük meg tehát a Kia e-Niro coldgate fokozatait. Több is van neki ugyanis.

Ha az autó akkujának hőmérő szenzorai a 15-25 °C hőmérséklet-tartományba eső értékeket jeleznek, akkor a BMS 150 amperre korlátozza a maximális áramerősséget. Mivel ez az 50 kW-os oszlopok 125 amperes maximuma felett van, 50-es töltőn ebből a korlátozásból még semmit nem fogunk tapasztalni. Ha a töltőoszlop legalább 75 kW teljesítményű, akkor a 25 foknál akár csak 1-2 fokkal hidegebb akku esetén a töltés maximum 56 kW teljesítménnyel történik majd.

Az 5-15 °C hőmérséklet-tartományban újabb korlátozás lép életbe, az autó maximum 110 A áramerősséggel tölthető. Teljesítményben ez körülbelül 43 kW maximumot jelent, így ezt már az 50 kW-os töltőkön is tapasztalni fogjuk. (Ezúttal tekintsünk el attól, hogy az 50 kW-os kategóriában található néhány maximum 110 A áramerősségre képes töltő, melyek a szabványosnak tekinthető 400 V feszültség mellett valójában csak 44 kW maximumra képesek.)

A Kia e-Niro elméleti töltési teljesítmény görbéje a hőmérséklet függvényében.
A görbéket azért kell elméletinek tekintenünk, mert a teljes tartományon végig töltve az akku melegszik, így előbb-utóbb átlép egy magasabb görbére. Ha azonban rövidebb ideig, csak a tartomány egy részében töltünk, hasonló értékekre számíthatunk

A legkomolyabb korlátozással akkor találkozunk, ha hosszabb ideig fagypont alatt parkolunk az autónkkal és viszonylag üres akkuval kezdünk tölteni, így az akkunak nincs ideje használat közben kicsit melegedni. 5 °C alatti akku hőmérséklet esetén ugyanis az e-Niro maximum 60 ampert kér a töltőoszloptól, ami kb. 22 kW teljesítmény jelent.

Ha tehát egy osztrák sítelepen eltöltött egy hét után megállunk az első Ionity oszlopnál, amely elvben 350 kW teljesítményre képes, a Niro hiába tudna 75 kW-ot felvenni az üres akkuba, valójában ennek alig több, mint negyedével, 22 kW-tal indul majd meg a töltésünk, így a 30-60 perces töltési megálló helyett akár 2 órát is várakozhatunk, hogy feltöltődjön az akku. Persze a töltés hatására, illetve a beépített akku fűtésnek köszönhetően az akku elkezd majd melegedni, azonban ha a töltőhálózat sűrűsége lehetővé teszi, érdemes lehet minél előbb tovább indulni, hogy menet közben is melegedhessen az akku a használattól, különösen, ha autópályán haladunk. Jó esély van rá, hogy a következő töltőoszlopot már 5 °C-nál melegebb akkuval érjük el, így ott dupla lesz a töltési teljesítmény.

A Kia e-Niro hőmenedzsment rendszere

Ľuboš fentebb is linkelt részletes, alapos háttérmunkával, rengeteg mérést követően megírt cikkében nem csak a Niro coldgate fokozataira, de az akku hőmenedzsment rendszerére is kitér. A legfontosabb, hogy ősszel kapcsoljuk be az autó menürendszerében a Téli üzemmódot, az ugyanis befolyásolja az autó akku melegítésének módját.

Amennyiben a téli üzemmód be van kapcsolva, az e-Niro akkumulátor fűtőkörébe épített 2 kW teljesítményű fűtőelem bekapcsolhat, ezen kívül az autó zárni tud két darab 3 utas szelepet, ezzel lerövidítve a folyadék áramlási körét. A téli üzemmód kb. -5 °C alatt működik.

0 és 25 °C között az akkumulátort nem a 2 kW-os PTC, hanem egy alacsony hőmérsékletű hőcserélő melegíti. Ilyenkor a 3 utas szelepek a rövid kört átváltják a hosszabb körre, így a hűtőfolyadék nem csak az akkumulátor és a PTC között áramlik, hanem áthalad az autó fedélzeti töltőjén, a teljesítményelektronikán és a villanymotoron is, így utóbbi alkatrészek hulladék hője melegíti az akkumulátort. Sajnos az autó normál használata közben az ezeken jelentkező hulladékhő nem túlságosan jelentős mértékű, különösen télen, amikor az akku fűtésére is szükség lenne.

A hűtőfolyadék-körben a PTC fűtőelem mellett hőcserélő is található. Ezek egyike nyáron képes lehűteni a légkondicionáló köréből az akku hűtőfolyadékát. Erre télen is szükség lehet, amennyiben hosszú úton nagyobb tempó és több DC villámtöltés hatására az akku 25 °C felé melegszik. Ilyenkor az akkuban a töltés hatására megjelenő energia az utastér fűtésére is hasznosítható, legalábbis a 2020 utáni modelleknél, melyek hőmenedzsment rendszeréről röviden még foglalkozunk lentebb.

Ilyen a Hyundai csoport hőmenedzsment rendszere

A Hyundai csoport már az első generációs Soul EV modellben is használt hőszivattyút az autó hőkezelő rendszerében. Egy elektromos autó hatótávját jelentős mértékben meg tudja növelni, ha nem egy pazarló, 100% hatásfokú PTC fűtőelem melegíti az utasteret, hanem a szinte minden mai autóban megtalálható légkondicionáló rendszert módosítják kis mértékben, hogy a körfolyamat megfordításával télen a légkondi hideg oldala a külső térbe, a meleg oldal pedig az utastérbe legyen áthelyezhető.

A Hyundai 2020 júniusában közölt sajtóközleménye azonban a rendszer jelentős fejlődéséről számolt be. A hőszivattyús technológia továbbfejlesztésének köszönhetően nem csak a külső levegő energiájával lett fűthető az utastér, hanem olyan alkatrészek, mint a meghajtó villanymotor, a fedélzeti töltő és az inverterek hulladékhője is hasznosítható lett az utastér fűtéséhez, ezzel csökkentve a fűtés energiaigényét, végső soron növelve az autó hatótávolságát.

A Hyundai csoport hőszivattyús termikus menedzsment rendszere (Fotó: Hyundai)

A Koreai Környezetvédelmi Minisztérium által a Hyundai Kona electric és a Kia e-Niro modellekről készített tanulmány megállapította, hogy az új hőszivattyús rendszer jelentősen csökkentette a jármű fogyasztását hideg körülmények között. A teszt során az autót -7 °C-os hőmérsékleten használva a hatótávolság mindössze 10%-ot csökkent a 26°C-os környezeti hőmérsékleten végzett tesztekhez viszonyítva, miközben más gyártók hasonló körülmények között tesztelt modelljeinek hatótávolsága 18-43%-kal lett kevesebb.

Szűcs Gábor

2017 óta aktív villanyautós, a Villanyautósok Közösségének oszlopos tagja, a miskolci találkozók szervezője. Környezettudatos családapaként nem csak az autó üzemanyagát, de a háztartás fogyasztását is igyekszik otthon, a háztetőn (áram) és a kertben (zöldség, gyümölcs) megtermelni. Mert nem mindegy, hogy mit eszünk meg és milyen levegőt szívunk be.