Elektromobilitás télen - Intelligens hőmenedzsment

by Szélpál Imre

Az elektromos hajtásrendszerű autóknak télen megfelelően temperálniuk kell utasterüket és akkumulátorrendszerüket. Már e kettős feladat is jelentős mennyiségű energiát igényel, az alacsony külső hőmérséklet azonban tovább nehezíti a helyzetet – komoly hatást gyakorolva a nagyfeszültségű akkumulátorok teljesítményére. Az Audi modellek esetében azonban alaptalan a túlzott hatótávcsökkenés miatti aggodalom, a márka ugyanis intelligens hőmenedzsmenttel gondoskodik járműveiben kiváló teljesítményről és hatótávról. Ennek keretében speciális védőmechanizmusok biztosítanak hosszú élettartamot az akkumulátor számára. Interjúnkban Pierre Woltmann, aki a nagyfeszültségű akkumulátorok hőmenedzsmentjéért felel az Audinál, illetve Thomas Anzenberger, a hőmenedzsment virtuális funkciófejlesztési részleg munkatársa mutatja be, hogyan kezeli hatékonyan a négykarikás márka a téli üzem jelentette kihívásokat.

Audihomenedzsment2Kell aggódniuk az elektromos hajtásrendszerű Audi modellek vezetőinek autójuk téli üzemi korlátai miatt?
Thomas Anzenberger: A kérdésre abszolút egyértelmű nemmel válaszolhatok. Már nagyfeszültségű akkumulátoraink puszta mérete miatt is alaptalanok a menetteljesítményekre és a hatótávra vonatkozó kétségek, intelligens hőmenedzsment-rendszerünk pedig mindenkor a lehető leghatékonyabb módszert választja az akkumulátor és a beltér megfelelő téli felfűtésére. A nagyfeszültségű akkumulátor hosszú élettartama érdekében ügyfeleinknek a váltakozóáramú (AC) töltőállomásokon és otthoni falitöltőjükön (Wallbox) minden évszakban feltétlen célszerű elvégezni az előkondicionálás műveletét, amely különösen télen bizonyul hasznosnak. Ily módon hatékonyan kímélhetők az akkumulátorcellák, miközben minimálisra mérsékelhető a hatótávcsökkenés, mivel az akkumulátor eleve optimális hőmérsékleti tartományába kerülhet és nem szükséges nagymértékben felmelegíteni.

Milyen hatást fejt ki a hideg a nagyfeszültségű akkumulátorra?
Pierre Woltmann: A nagyfeszültségű akkumulátorok teljesítménye alapvetően töltöttségi szintjüktől és a hőmérsékletüktől függ. Minél hidegebb a környezet, annál alacsonyabb teljesítményt tud produkálni az akkumulátor, amiben elektrokémiai folyamatok játszanak jelentős szerepet. A hideg akkumulátor belső ellenállása megemelkedik, miközben csökken kihasználható kapacitása. Úgy kíméljük az akkumulátort, hogy alacsony akkuhőmérsékletek mellett kisebb áramerősséget teszünk lehetővé, de a folyadékhűtésű nagyfeszültségű komponensek – mint például a teljesítmény-elektronika, a hajtásrendszer és a töltőberendezés – maradékhőjét is felveheti, illetve a hűtőfolyadék fűtőberendezésével közvetlenül is melegíthető.

Audihomenedzsment3Hogyan hat a hideg a töltésre?
Woltmann: Alacsony akkumulátorhőmérsékleten tovább tarthat a töltés folyamata, ezért töltés közben – ideális esetben akár már az oda vezető úton is – fűteni szükséges az akkumulátort. A töltőállomásra csatlakoztatva a jármű automatikusan kommunikál az áramforrással, a töltőállomás ebből tudja, hogy az adott időpontban mennyi áramot vehet fel az akkumulátor. Így biztosítjuk, hogy az akkumulátor ne terhelődhessen túl. Töltés közben az akkumulátor a töltőállomásról biztosítja a megfelelő fűtőteljesítményhez szükséges áramot.

Mi a hőmenedzsment feladata?
Thomas Anzenberger: Elvileg a hőmenedzsment felel a hőáram elosztásáért a hajtásrendszer, a nagyfeszültségű akkumulátor és a beltér között. Jól bevált megoldás e tekintetben mindenekelőtt hőszivattyú-rendszerünk, amely a hajtásrendszerből vagy a környezeti levegőből származó energiát alakítja át. Ez a hőmennyiség az akkumulátor vagy télen az utastér felmelegítésére is rendelkezésre állhat. Viszonylag új megoldás a környezeti levegő, mint energiaforrás használata, amivel kiegészíthetjük a mind nagyobb hatásfokú hajtásrendszerek egyre kevesebb maradékhőjét. Ily módon a hajtásrendszer és a környezeti levegő formájában két egymástól független rendszer is rendelkezésünkre áll a beltér és a nagyfeszültségű akkumulátor fűtésére.

Audihomenedzsment4Hogyan szabályozható az akkumulátor és a beltér hőmérséklete menet közben?
Anzenberger: A nagy hidegben is megbízható hőellátás érdekében a legtöbb elektromos modellünkben rendelkezésre álló hőszivattyú-rendszerünk nagyfeszültségű fűtőberendezést integrál az üzemi stratégiába, így szélsőséges helyzetekben is biztosított az utastér hőkényelme, illetve gyorsan elérhető a maximális teljesítmény szempontjából ideális 25-30 Celsius fok körüli akkumulátorhőmérséklet. A különösen hideg északi országok számára összeállított téli csomagunkban egy második elektromos fűtés is szerepel, egyes modellekhez pedig extrafelszerelésként is megrendelhető egy elektromos járművek számára készült kiegészítő fűtés.

Woltmann: Amikor ügyfeleink hideg külső hőmérsékletek mellett is a lehető leggazdaságosabban kívánnak közlekedni, a hőmenedzsment algoritmusa alacsonyabb hőmérsékletre fűti fel az akkumulátort. Ezzel ugyan mérsékelt menetteljesítményeket tesz lehetővé, növeli azonban a jármű hatótávját.

Milyen további műszaki megoldásokat fejlesztett ki az Audi annak érdekében, hogy a nagyfeszültségű akkumulátor kevésbé függjön a hőmérsékleti hatásoktól?
Woltmann: A hőmenedzsment egyfajta csatlakozási pontjaként úgynevezett előkondicionálási funkciót is kínálunk, amely egyaránt kedvező hatást fejt ki az akkumulátor és az utastér hőmérsékletére. A töltési és indulási időzítővel (timer) közvetlenül a járműben vagy a myAudi alkalmazással előre megadható az indulás kívánt pontos ideje, így – az akkumulátor előre megadott töltöttségi szintjével és kedvező hőmérsékletével – az induláshoz a lehető legközelebbi időpontban mehet végbe az automatizált töltési folyamat. Ily módon az akkumulátor felmelegítésével jelentősen visszafogható a hatótávcsökkenés, emellett az előkondicionálás az autó belterét is még indulás előtt a kívánt hőmérsékletre fűtheti.

Anzenberger: Az e-tron GT quattro és az RS e-tron GT modellekben – az e-tron útvonaltervező használatakor – ráadásul menet közben automatikusan megy végbe a töltési folyamatot megelőző előkondicionálás, hogy a gyorstöltőállomáson folyamatosan magas töltési teljesítmény állhasson rendelkezésre. Az intelligens hőmenedzsment a külső hőmérséklet figyelembevételével már menet közben és a töltés megkezdését megelőzően – az előkondicionálást kiegészítve – a töltéshez optimális hőmérsékleti tartományba melegíti az akkumulátort. Az e-tron GT quattro és RS e-tron GT akkumulátorának e kiegészítő mobil előkondicionálásával a lehető leghatékonyabb és leggyorsabb töltési eredmény érhető el.

Audihomenedzsment5Hogyan mérsékli az Audi a hatótávolság-veszteséget a beltér fűtésekor?
Woltmann: A belsőégésű motorral szerelt modellekhez képest az elektromos hajtásrendszerű autókban jóval kevesebb maradékhő és energia áll rendelkezésre a fűtéshez. Az akkumulátor, az elektromos gép és a teljesítmény-elektronika által produkált hőmennyiség hőszivattyú segítségével juttatható az utastérbe. A hőszivattyú tulajdonképpen a hűtőszekrény elvén működik, csak éppen fordított irányban. Minél több hulladékhő áll rendelkezésre, annál hatékonyabban működik a hőszivattyú, s egy kilowatt elektromos teljesítményből ideális esetben akár három kilowatt hőteljesítményt is előállíthat. E technika különösen télen nagyon hasznos, mivel egy termoelektromos fűtőelemet válthat ki. A külső hőmérséklettől függően a hőszivattyú nagyobb hatótávot tesz lehetővé a hagyományos fűtésnél.

Mit tehetnek azok az ügyfelek, akik nem rendelkeznek garázzsal?
Woltmann: Akinek már induláskor nagyobb hatótávra van szüksége, előkondicionálást célszerű végeznie. Ennek a legjobb módja az úgynevezett váltakozóáramú (AC) töltés, amely általában véve hatékonyabb az egyenáramú (DC) töltésnél, mivel a kisebb áramok mérsékelt teljesítményveszteséget jelentenek. Emellett a váltakozóáramú töltés kíméletesebb is, mert nem terheli annyira az akkumulátort, ilyenkor ugyanis kisebb az áramerősség. Az akkumulátor ezt még nagyon alacsony akkuhőmérsékleten is fel tudja venni, amihez kevésbé kell felfűteni a töltéstárolót. A töltést – függetlenül attól, hogy váltakozóáramú (AC) vagy egyenáramú (DC) – az indulási időzítő (timer) segítségével közvetlenül az utazás megkezdése előtt célszerű végezni, a hatótáv növelésére használva ki az akkumulátor magasabb hőmérsékletét, vagy közvetlenül az autózást követően, amikor a nagyobb akkuhőmérséklet a gyorsabb és hatékonyabb töltést segíti.

Audihomenedzsment7Mi történik a hideg akkumulátorral a gyorstöltőállomáson?
Woltmann: A járműbeli algoritmus modelltől függően felismeri, ha az autó épp egyenáramú (DC) gyorstöltőállomáson töltődik, az áramerősséget pedig a pillanatnyi töltöttségi szinttől és hőmérséklettől függően határozza meg. Az általunk alkalmazott aktív fűtéssel alacsony hőmérsékleteken jelentősen csökkenthetjük a töltési időt.

Hol húzódnak a nagyfeszültségű akkumulátorok korlátai?
Woltmann: Mínusz 30 Celsius fok maghőmérséklet alatt az akkumulátor védelme érdekében már nem engedélyezünk áramot, ehhez azonban az autót hosszabb ideig kell ilyen szélsőséges hőmérsékletnek kitenni. Megfelelő töltöttségi szinttel és előmelegített nagyfeszültségű akkumulátorral természetesen mínusz 30 Celsius fokos külső hőmérséklet esetén is lehet közlekedni az e-tron modellekkel.

Milyen tanácsot adna műszaki szempontból a téli időszakra?
Anzenberger: Menet közben az ügyfelek a fedélzeti számítógép, illetve az Audi MMI-rendszer hatótáv-kijelzője hatótáv-előrejelzéséről közvetlenül leolvashatják, mennyivel nő a hatótáv, ha például csökkentik a belső hőmérsékletet. A hatótáv a kényelmi funkciókat, a hajtásrendszer teljesítményét és a végsebességet némileg korlátozó hatótáv-üzemmóddal (Range Mode) is növelhető.
Audihomenedzsment10

Pin It