Come controllare la salute della batteria con una stima della capacità
Un lungo viaggio può fornire una stima utile dell'energia della batteria disponibile nell'intervallo di stato di carica mostrato dal veicolo. Da solo, tuttavia, non può verificare lo stato di salute complessivo della batteria.
La risposta breve
Questo metodo combina la distanza, il consumo energetico del computer di bordo e la variazione dello State of Charge (SOC), cioè lo stato di carica, visualizzato. Il risultato è una stima dell'energia rappresentata dall'intervallo SOC visualizzato nelle condizioni di quel viaggio.
Se confrontata con un riferimento equivalente della batteria da nuova, la stima può indicare la conservazione della capacità. La conservazione della capacità è solo una componente di State of Health (SoH). Non è un valore SOH universale e non misura direttamente la resistenza interna, la capacità di erogare potenza, lo stato a livello delle celle o la presenza di guasti.
Usa questo metodo come controllo ripetibile per il proprietario, non come valutazione valida ai fini della garanzia o della sicurezza. Non scaricare la batteria oltre un livello sicuro per il percorso, le condizioni meteorologiche e le possibilità di ricarica disponibili.
Prima di iniziare
La stima è più utile quando sono vere tutte le seguenti condizioni:
- Il computer di bordo riporta il consumo dell'intero viaggio di prova, non solo quello di una recente distanza mobile.
- Sai se il consumo visualizzato include tutti i carichi energetici rilevanti del veicolo. La definizione varia tra i diversi veicoli.
- Disponi di un riferimento della batteria da nuova con gli stessi limiti della stima. Capacità lorda, capacità netta o utilizzabile, intervallo visualizzato 100–0% ed energia accessibile sotto lo 0% visualizzato non sono grandezze intercambiabili. Consulta Gross and Net Battery Capacity e Battery Buffer and Usable Capacity.
- La batteria è vicina alla normale temperatura di esercizio e il veicolo non presenta avvisi relativi alla batteria o al sistema termico.
- Il BMS ha avuto una ragionevole opportunità di calibrare il SOC. Segui le indicazioni di ricarica del costruttore; alcuni veicoli possono correggere il SOC visualizzato dopo una ricarica, un periodo di riposo o un viaggio che utilizza gran parte della batteria.
- Il veicolo non modifica in modo significativo il buffer utilizzabile con l'invecchiamento della batteria, oppure sai che il confronto tiene conto di tale modifica.
Un intervallo SOC ampio riduce l'effetto degli arrotondamenti del quadro strumenti. Cerca di utilizzare almeno 70–80 punti percentuali quando è pratico, ma fermati prima se proseguire comporta rischi o notevoli disagi. Una prova su 10 o 20 punti percentuali è solitamente troppo sensibile agli arrotondamenti e agli errori di stima.
Come effettuare la stima
- Carica il veicolo quasi al 100%, quindi annota il SOC iniziale visualizzato.
- Azzera un contachilometri parziale che registri sia la distanza sia il consumo energetico medio dell'intero viaggio.
- Guida normalmente su un ampio intervallo SOC. Evita potenze insolitamente elevate, lunghi periodi di climatizzazione a veicolo parcheggiato e condizioni che rendano difficile ripetere la prova.
- Annota la distanza, il consumo medio e il SOC finale visualizzato prima di azzerare o ricaricare.
- Calcola l'energia utilizzata secondo il computer di bordo.
- Dividi tale energia per la frazione del SOC visualizzato che è stata utilizzata.
Per un veicolo che mostra kWh/100 km:
Energia del viaggio indicata (kWh) =
Distanza (km) × Consumo (kWh/100 km) ÷ 100
Per un veicolo che mostra miles/kWh:
Energia del viaggio indicata (kWh) =
Distanza (miles) ÷ Efficienza (miles/kWh)
Calcola quindi l'intervallo SOC visualizzato ed estrapolalo:
SOC visualizzato utilizzato = SOC iniziale - SOC finale
Energia stimata per l'intero intervallo visualizzato (kWh) =
Energia del viaggio indicata ÷ (SOC visualizzato utilizzato ÷ 100)
Se disponi di un riferimento equivalente della batteria da nuova:
Stima della conservazione della capacità (%) =
Energia stimata nell'intervallo visualizzato ÷ Riferimento nuovo equivalente × 100
Il calcolo presume che ogni punto percentuale visualizzato rappresenti una quota uguale dell'energia utilizzabile. La mappatura del BMS è una stima e potrebbe non essere perfettamente lineare, soprattutto vicino ai limiti superiore e inferiore.
Esempio di calcolo in chilometri
Supponiamo che un veicolo abbia un riferimento equivalente di energia utilizzabile da nuovo pari a 86.5 kWh. Percorre 308 km con un consumo medio visualizzato di 25 kWh/100 km, partendo dal 100% e arrivando al 5%.
Energia del viaggio indicata = 308 × 25 ÷ 100
= 77.0 kWh
SOC visualizzato utilizzato = 100% - 5%
= 95%
Energia stimata per l'intero intervallo = 77.0 ÷ 0.95
= 81.1 kWh
Stima della conservazione della capacità = 81.1 ÷ 86.5 × 100
= 93.7%
Questo viaggio ha prodotto una stima inferiore di circa il 6.3% rispetto al riferimento da nuovo scelto. Non dimostra una degradazione permanente del 6.3%. La differenza comprende anche l'incertezza di misura e gli effetti dipendenti dalle condizioni.
Esempio di calcolo in miglia
Usando lo stesso riferimento di 86.5 kWh, supponiamo che il veicolo percorra 169 miles a 2.6 miles/kWh, partendo dal 100% e arrivando al 21%.
Energia del viaggio indicata = 169 ÷ 2.6
= 65.0 kWh
SOC visualizzato utilizzato = 100% - 21%
= 79%
Energia stimata per l'intero intervallo = 65.0 ÷ 0.79
= 82.3 kWh
Stima della conservazione della capacità = 82.3 ÷ 86.5 × 100
= 95.1%
Questo viaggio ha prodotto una stima inferiore di circa il 4.9% rispetto al riferimento. I risultati di viaggi separati non devono essere mediati senza criterio, a meno che temperatura, intervallo SOC, software e contabilizzazione dell'energia siano ragionevolmente comparabili.
L'energia disponibile non equivale al SOH
Il calcolo stima una grandezza energetica. La salute della batteria comprende altri aspetti.
State of Health (SoH) può riferirsi alla capacità energetica residua, alla potenza ancora disponibile, all'aumento della resistenza o a una combinazione specifica del costruttore. Il regolamento tecnico mondiale ONU n. 22 usa il termine più ristretto State of Certified Energy (SOCE) per la conservazione dell'energia e distingue una stima di bordo dall'energia utilizzabile della batteria misurata. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
Una batteria può conservare gran parte della propria energia utilizzabile mentre aumenta Battery Internal Resistance. Ciò può causare una maggiore caduta di tensione e più calore sotto carico, il raggiungimento anticipato dei limiti di tensione, una riduzione dell'accelerazione o della rigenerazione e una ricarica rapida più lenta. Una stima della capacità basata su una guida moderata non misura direttamente questi effetti.
Il calcolo inoltre non esclude:
- Un gruppo di celle debole o sbilanciato
- Un'autoscarica anomala
- Guasti all'isolamento, ai contattori, ai sensori o al sistema di raffreddamento
- Una batteria che raggiunge troppo presto i limiti di tensione o temperatura sotto carico elevato
- Un buffer modificato dal software
- Danni fisici o una cronologia di riparazioni
La perdita di capacità e la perdita di potenza sono componenti correlate ma distinte di Battery Degradation. Una valutazione completa può quindi combinare una prova energetica con diagnostica, confronto delle tensioni delle celle, test di resistenza o potenza impulsiva, cronologia dei guasti e ispezione.
Perché la stima varia
Un singolo risultato può variare di diversi punti percentuali senza una corrispondente modifica permanente della batteria. Le cause comuni includono:
- Valori SOC iniziale e finale arrotondati
- Distanza e consumo arrotondati
- Carichi energetici non conteggiati dal computer di bordo
- Temperatura della batteria e sua variazione durante il viaggio
- Corrente elevata e perdite resistive
- Vento, strade bagnate, dislivello, pneumatici e velocità di marcia
- Sbilanciamento delle celle o una correzione di calibrazione del BMS
- Modifiche software all'intervallo utilizzabile o alla visualizzazione del consumo
- Conclusione della prova mentre la batteria è ancora sotto carico, anziché dopo condizioni di riposo comparabili
Un consumo elevato non diagnostica da solo una resistenza interna alta. La batteria potrebbe semplicemente essere stata sottoposta a velocità più elevate, salite, basse temperature, riscaldamento dell'abitacolo o altri carichi. La valutazione della resistenza richiede il comportamento di tensione e corrente sotto un carico e a una temperatura definiti, non solo la media di un viaggio.
Per seguire una tendenza, ripeti la prova su un intervallo SOC simile e in condizioni ampiamente confrontabili. Registra la temperatura della batteria quando disponibile, la temperatura ambiente, la versione del software, il SOC iniziale e finale, la distanza, il consumo e la stima calcolata. Cerca una tendenza persistente anziché considerare il singolo risultato più basso come lo stato di salute della batteria.
Il registro storico del proprietario riportato di seguito mostra come si possano rappresentare stime ripetute rispetto all'energia totale utilizzata e al consumo del viaggio. Il valore di riferimento di 83.6 kWh fa parte di quel registro e non è un riferimento universale per tutte le versioni di e-tron 55.
Stime dell'energia della batteria basate sui viaggi rispetto al consumo energetico totale
Stime dell'energia della batteria basate sui viaggi rispetto al consumo del viaggio
Quando usare una prova professionale o del costruttore
Utilizza la procedura approvata dal costruttore quando il risultato può incidere su una richiesta in garanzia, una decisione di acquisto o una riparazione. Il parametro accettato potrebbe essere diverso da questo calcolo.
Alcuni veicoli offrono una prova integrata. Tesla, per esempio, descrive per i veicoli supportati una prova che può durare fino a 24 ore e riporta la conservazione dell'energia rispetto a quando la batteria era nuova. Questo processo controllato è diverso dall'estrapolazione di un singolo viaggio. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health
Le procedure di laboratorio e officina spesso valutano separatamente energia e potenza. Il manuale di prova delle batterie per veicoli elettrici del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti definisce capacità, energia disponibile e potenza di picco come misure di prestazione distinte. Una valutazione delle batterie sostenuta dal NREL descrive inoltre i test di capacità e resistenza interna come indicatori di salute separati. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
Per capire come il BMS stima SOC, energia, potenza e stato di salute, consulta Battery Management System.