Näin tarkistat akun kuntoa kapasiteettiarvion avulla

Pitkä ajomatka voi antaa hyödyllisen arvion siitä akkuenergiasta, joka on käytettävissä auton näyttämän varaustila-alueen sisällä. Se ei kuitenkaan yksinään varmista akun kokonaisvaltaista kuntoa.

Lyhyt vastaus

Menetelmä yhdistää ajomatkan, ajotietokoneen energiankulutuksen ja näytetyn State of Charge (SOC) -varaustilan muutoksen. Tuloksena on arvio energiasta, jota näytetty SOC-alue vastasi kyseisen ajon olosuhteissa.

Kun arviota verrataan vastaavaan uuden akun viitearvoon, se voi kertoa kapasiteetin säilymisestä. Kapasiteetin säilyminen on vain yksi osa käsitettä State of Health (SoH). Se ei ole yleispätevä SOH-arvo eikä mittaa suoraan sisäistä resistanssia, tehontuottokykyä, kennotason kuntoa tai vikojen tilaa.

Käytä tätä toistettavana omistajan tarkistuksena, ei takuu- tai turvallisuusarviona. Älä aja akun varausta alemmas kuin reitti, sää ja käytettävissä olevat latausmahdollisuudet turvallisesti sallivat.

Ennen aloittamista

Arviosta on eniten hyötyä, kun kaikki seuraavat ehdot täyttyvät:

• Ajotietokone ilmoittaa koko testiajon kulutuksen eikä vain viimeisimmän liukuvan ajomatkan kulutusta.
• Tiedät, sisältääkö näytetty kulutus kaikki auton olennaiset energiankuluttajat. Määritelmä vaihtelee autoittain.
• Käytössäsi on uuden akun viitearvo, jonka rajaus vastaa arviota. Bruttokapasiteetti, netto- tai käytettävissä oleva kapasiteetti, näytetty 100–0%-alue ja näytetyn 0%:n alapuolella käytettävissä oleva energia eivät tarkoita samaa asiaa. Katso Gross and Net Battery Capacity ja Battery Buffer and Usable Capacity.
• Akku on lähellä normaalia käyttölämpötilaansa eikä autossa ole akkuun tai lämpötilanhallintaan liittyviä varoituksia.
• BMS on saanut kohtuullisen mahdollisuuden kalibroida SOC-arvion. Noudata valmistajan latausohjeita; jotkin autot voivat korjata näytettyä SOC-arvoa latauksen, levon tai suuren osan akusta käyttävän ajon jälkeen.
• Auto ei muuta käytettävissä olevaa puskuria olennaisesti akun ikääntyessä, tai tiedät vertailun huomioivan tällaisen muutoksen.

Laaja SOC-väli vähentää mittariston pyöristyksen vaikutusta. Pyri käyttämään vähintään 70–80 prosenttiyksikköä, kun se on käytännöllistä, mutta lopeta aikaisemmin, jos jatkaminen aiheuttaisi vaaraa tai huomattavaa haittaa. Vain 10 tai 20 prosenttiyksikön testi on yleensä liian herkkä pyöristykselle ja arviointivirheille.

Näin teet arvion

1. Lataa auto lähelle 100%:a ja kirjaa sitten näytetty SOC-arvo ajon alussa.
2. Nollaa osamatkamittari, joka tallentaa sekä matkan että koko ajon keskimääräisen energiankulutuksen.
3. Aja normaalisti laajan SOC-välin yli. Vältä poikkeuksellisen suurta tehoa, pitkiä pysäköitynä käytetyn ilmastoinnin jaksoja ja olosuhteita, jotka tekevät testin toistamisesta vaikeaa.
4. Kirjaa matka, keskimääräinen kulutus ja näytetty loppu-SOC ennen nollausta tai lataamista.
5. Laske ajotietokoneen ilmoittama energiankulutus.
6. Jaa tämä energia käytetyn näytetyn SOC:n osuudella.

Autolle, joka näyttää arvon kWh/100 km:

Ilmoitettu ajoenergia (kWh) =
Matka (km) × Kulutus (kWh/100 km) ÷ 100

Autolle, joka näyttää arvon miles/kWh:

Ilmoitettu ajoenergia (kWh) =
Matka (miles) ÷ Energiatehokkuus (miles/kWh)

Laske sitten näytetty SOC-väli ja ekstrapoloi tulos:

Käytetty näytetty SOC = Alku-SOC - Loppu-SOC

Arvioitu energia koko näytetylle alueelle (kWh) =
Ilmoitettu ajoenergia ÷ (Käytetty näytetty SOC ÷ 100)

Jos käytössäsi on vastaava uuden akun viitearvo:

Arvioitu kapasiteetin säilyminen (%) =
Arvioitu energia näytetyllä alueella ÷ Vastaava uusi viitearvo × 100

Laskelma olettaa, että jokainen näytetty prosenttiyksikkö vastaa yhtä suurta osaa käytettävissä olevasta energiasta. BMS:n määritys on arvio eikä välttämättä täysin lineaarinen etenkään ylä- ja alarajojen lähellä.

Laskuesimerkki kilometreinä

Oletetaan, että auton vastaava uuden akun käytettävissä olevan energian viitearvo on 86.5 kWh. Auto kulkee 308 km näytetyllä 25 kWh/100 km:n keskikulutuksella, lähtöarvo on 100% ja loppuarvo 5%.

Ilmoitettu ajoenergia = 308 × 25 ÷ 100
                      = 77.0 kWh

Käytetty näytetty SOC = 100% - 5%
                      = 95%

Arvioitu energia koko alueelle = 77.0 ÷ 0.95
                               = 81.1 kWh

Arvioitu kapasiteetin säilyminen = 81.1 ÷ 86.5 × 100
                                 = 93.7%

Tämän ajon arvio oli noin 6.3% valittua uuden akun viitearvoa pienempi. Se ei todista 6.3%:n pysyvää heikkenemistä. Ero sisältää myös mittausepävarmuutta ja olosuhteista riippuvia vaikutuksia.

Laskuesimerkki maileina

Käytetään samaa 86.5 kWh:n viitearvoa ja oletetaan, että auto kulkee 169 miles tehokkuudella 2.6 miles/kWh, lähtöarvo on 100% ja loppuarvo 21%.

Ilmoitettu ajoenergia = 169 ÷ 2.6
                      = 65.0 kWh

Käytetty näytetty SOC = 100% - 21%
                      = 79%

Arvioitu energia koko alueelle = 65.0 ÷ 0.79
                               = 82.3 kWh

Arvioitu kapasiteetin säilyminen = 82.3 ÷ 86.5 × 100
                                 = 95.1%

Tämän ajon arvio oli noin 4.9% viitearvoa pienempi. Eri ajojen tuloksia ei pidä keskiarvoistaa kritiikittömästi, elleivät lämpötila, SOC-alue, ohjelmisto ja energialaskenta ole kohtuullisen vertailukelpoisia.

Käytettävissä oleva energia ei ole sama asia kuin SOH

Laskelma arvioi yhtä energiasuuretta. Akun kunto on laajempi kokonaisuus.

State of Health (SoH) voi tarkoittaa jäljellä olevaa energiakapasiteettia, jäljellä olevaa tehontuottokykyä, resistanssin kasvua tai valmistajakohtaista yhdistelmää. UN Global Technical Regulation No. 22 käyttää energian säilymisestä rajatumpaa termiä State of Certified Energy (SOCE) ja erottaa auton oman arvion mitatusta käytettävissä olevasta akkuenergiasta. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22

Akku voi säilyttää suuren osan käytettävissä olevasta energiastaan samalla, kun Battery Internal Resistance kasvaa. Tämä voi aiheuttaa suuremman jännitealeneman ja enemmän lämpöä kuormituksessa, jänniterajojen saavuttamisen aikaisemmin, heikomman kiihdytyksen tai energian talteenoton sekä hitaamman pikalatauksen. Kevyt, ajamiseen perustuva kapasiteettiarvio ei mittaa näitä vaikutuksia suoraan.

Laskelma ei myöskään sulje pois seuraavia:

• Heikko tai epätasapainoinen kennoryhmä
• Poikkeava itsepurkautuminen
• Eristyksen, kontaktorien, anturien tai jäähdytysjärjestelmän viat
• Akku, joka saavuttaa jännite- tai lämpötilarajat liian aikaisin suurella kuormalla
• Muuttunut ohjelmistopuskuri
• Fyysinen vaurio tai korjaushistoria

Kapasiteetin hiipuminen ja tehon hiipuminen ovat toisiinsa liittyviä mutta erillisiä osia ilmiöstä Battery Degradation. Kattava arvio voi siksi yhdistää energiatestin diagnostiikkaan, kennojännitteiden vertailuun, resistanssi- tai pulssitehotestiin, vikahistoriaan ja tarkastukseen.

Miksi arvio vaihtelee

Yksittäinen tulos voi muuttua useita prosenttiyksiköitä ilman vastaavaa pysyvää muutosta akussa. Tavallisia syitä ovat:

• Pyöristetyt alku- ja loppu-SOC-arvot
• Pyöristetty matka ja kulutus
• Energiankuluttajat, joita ajotietokone ei huomioi
• Akun lämpötila ja lämpötilan muutos ajon aikana
• Suuri virta ja resistiiviset häviöt
• Tuuli, märät tiet, korkeuserot, renkaat ja ajonopeus
• Kennojen epätasapaino tai BMS:n kalibrointikorjaus
• Ohjelmiston muutokset käytettävissä olevaan alueeseen tai kulutusnäyttöön
• Testin lopettaminen akun ollessa yhä kuormitettuna vertailukelpoisten lepo-olosuhteiden sijaan

Suuri kulutus ei yksinään osoita suurta sisäistä resistanssia. Akku on voinut kohdata vain suuremman nopeuden, nousun, kylmän sään, matkustamon lämmityksen tai muita kuormia. Resistanssin arviointi edellyttää jännitteen ja virran käyttäytymistä määritellyllä kuormalla ja lämpötilassa, ei pelkkää ajon keskiarvoa.

Seuraa kehitystä toistamalla testi samankaltaisella SOC-välillä ja pääosin vertailukelpoisissa olosuhteissa. Kirjaa akun lämpötila, jos se on saatavilla, ulkolämpötila, ohjelmistoversio, alku- ja loppu-SOC, matka, kulutus ja laskettu arvio. Etsi jatkuvaa kehityssuuntaa sen sijaan, että pitäisit pienintä yksittäistä tulosta akun kuntona.

Alla oleva historiallinen omistajan loki havainnollistaa, miten toistuvia arvioita voidaan esittää suhteessa kokonaisenergiankulutukseen ja ajon kulutukseen. Sen 83.6 kWh:n lähtötaso kuuluu kyseiseen lokiin eikä ole yleispätevä viitearvo kaikille e-tron 55 -versioille.

Milloin kannattaa käyttää ammattilaisen tai valmistajan testiä

Käytä autonvalmistajan hyväksymää menettelyä, kun tulos voi vaikuttaa takuukorvaukseen, ostopäätökseen tai korjaukseen. Hyväksytty mittari voi poiketa tästä laskelmasta.

Joissakin autoissa on sisäänrakennettu testi. Tesla esimerkiksi kuvaa tuetuille autoille testin, joka voi kestää enintään 24 tuntia ja ilmoittaa energian säilymisen verrattuna akun uuteen tilaan. Tämä hallittu prosessi eroaa yhden ajon ekstrapoloinnista. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Laboratorio- ja korjaamomenettelyissä energiaa ja tehoa arvioidaan usein erikseen. Yhdysvaltain energiaministeriön sähköautojen akkutestausohje määrittelee kapasiteetin, käytettävissä olevan energian ja huipputehon arvioinnit erillisiksi suorituskykymittareiksi, kun taas NREL:n tukema akkuarviointi kuvaa kapasiteetti- ja sisäisen resistanssin testit erillisiksi kunnon osoittimiksi. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications

Katso Battery Management System, jossa selitetään, miten BMS arvioi SOC:n, energian, tehon ja kunnon.

Lähteet

• UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
• US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles
• NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
• Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health