Jak sprawdzić stan akumulatora za pomocą oszacowania pojemności
Długa jazda może dostarczyć użytecznego oszacowania energii akumulatora dostępnej w zakresie stanu naładowania pokazywanym przez samochód. Sama w sobie nie pozwala jednak potwierdzić pełnego stanu zdrowia akumulatora.
Krótka odpowiedź
Metoda łączy przebyty dystans, zużycie energii z komputera pokładowego oraz zmianę wyświetlanego State of Charge (SOC), czyli stanu naładowania. Wynikiem jest oszacowanie energii, którą wyświetlany zakres SOC reprezentował w warunkach tej jazdy.
Porównanie oszacowania z odpowiadającą mu wartością referencyjną nowego akumulatora może wskazywać zachowanie pojemności. Zachowanie pojemności to tylko jeden element State of Health (SoH). Nie jest to uniwersalna wartość SOH i nie mierzy bezpośrednio rezystancji wewnętrznej, zdolności do oddawania mocy, stanu na poziomie ogniw ani obecności usterek.
Traktuj tę metodę jako powtarzalną kontrolę właścicielską, a nie ocenę na potrzeby gwarancji lub bezpieczeństwa. Nie rozładowuj akumulatora poniżej poziomu bezpiecznego dla danej trasy, pogody i dostępnych możliwości ładowania.
Zanim zaczniesz
Oszacowanie jest najbardziej użyteczne, gdy spełnione są wszystkie poniższe warunki:
- Komputer pokładowy podaje zużycie z całej jazdy testowej, a nie tylko z ostatniego przesuwnego odcinka.
- Wiesz, czy wyświetlane zużycie obejmuje wszystkie istotne odbiorniki energii w pojeździe. Definicja różni się między pojazdami.
- Dysponujesz wartością referencyjną nowego akumulatora o takich samych granicach jak oszacowanie. Pojemność brutto, pojemność netto lub użytkowa, wyświetlany zakres 100–0% i energia dostępna poniżej wyświetlanego 0% nie są pojęciami zamiennymi. Zobacz Gross and Net Battery Capacity oraz Battery Buffer and Usable Capacity.
- Akumulator ma temperaturę zbliżoną do normalnej temperatury pracy, a pojazd nie wyświetla ostrzeżeń dotyczących akumulatora lub układu termicznego.
- BMS miał rozsądną możliwość skalibrowania SOC. Stosuj się do zaleceń producenta dotyczących ładowania; niektóre pojazdy mogą skorygować wyświetlany SOC po ładowaniu, postoju lub jeździe wykorzystującej znaczną część akumulatora.
- Pojazd nie zmienia istotnie bufora użytkowego w miarę starzenia się akumulatora albo wiesz, że porównanie uwzględnia taką zmianę.
Szeroki zakres SOC ogranicza wpływ zaokrągleń na wyświetlaczu. W miarę możliwości wykorzystaj co najmniej 70–80 punktów procentowych, ale zakończ próbę wcześniej, jeśli dalsza jazda wiązałaby się z ryzykiem lub znaczną niedogodnością. Próba obejmująca 10 lub 20 punktów procentowych jest zwykle zbyt wrażliwa na zaokrąglenia i błędy oszacowania.
Jak wykonać oszacowanie
- Naładuj pojazd do poziomu bliskiego 100%, a następnie zapisz wyświetlany początkowy SOC.
- Wyzeruj licznik podróży, który zapisuje zarówno dystans, jak i średnie zużycie energii dla całej jazdy.
- Jedź normalnie przez szeroki zakres SOC. Unikaj nietypowo dużej mocy, długiego korzystania z klimatyzacji na postoju i warunków utrudniających powtórzenie próby.
- Zapisz dystans, średnie zużycie i wyświetlany końcowy SOC przed wyzerowaniem licznika lub ładowaniem.
- Oblicz zużycie energii podane przez komputer pokładowy.
- Podziel tę energię przez wykorzystaną część wyświetlanego SOC.
Dla pojazdu podającego kWh/100 km:
Podana energia jazdy (kWh) =
Dystans (km) × Zużycie (kWh/100 km) ÷ 100
Dla pojazdu podającego miles/kWh:
Podana energia jazdy (kWh) =
Dystans (miles) ÷ Efektywność (miles/kWh)
Następnie oblicz wyświetlany zakres SOC i wykonaj ekstrapolację:
Wykorzystany wyświetlany SOC = Początkowy SOC - Końcowy SOC
Szacowana energia dla całego wyświetlanego zakresu (kWh) =
Podana energia jazdy ÷ (Wykorzystany wyświetlany SOC ÷ 100)
Jeśli dysponujesz odpowiadającą wartością referencyjną nowego akumulatora:
Szacowane zachowanie pojemności (%) =
Szacowana energia w wyświetlanym zakresie ÷ Odpowiadająca nowa wartość referencyjna × 100
Obliczenie zakłada, że każdy wyświetlany punkt procentowy reprezentuje taki sam udział energii użytkowej. Odwzorowanie BMS jest oszacowaniem i może nie być idealnie liniowe, szczególnie w pobliżu górnej i dolnej granicy.
Przykład obliczenia w kilometrach
Załóżmy, że pojazd ma odpowiadającą wartość referencyjną energii użytkowej nowego akumulatora wynoszącą 86.5 kWh. Przejeżdża 308 km przy wyświetlanym średnim zużyciu 25 kWh/100 km, rozpoczynając od 100% i kończąc na 5%.
Podana energia jazdy = 308 × 25 ÷ 100
= 77.0 kWh
Wykorzystany wyświetlany SOC = 100% - 5%
= 95%
Szacowana energia dla całego zakresu = 77.0 ÷ 0.95
= 81.1 kWh
Szacowane zachowanie pojemności = 81.1 ÷ 86.5 × 100
= 93.7%
Ta jazda dała oszacowanie o około 6.3% niższe od wybranej wartości referencyjnej nowego akumulatora. Nie dowodzi to trwałej degradacji wynoszącej 6.3%. Różnica obejmuje także niepewność pomiaru i wpływ warunków.
Przykład obliczenia w milach
Przy tej samej wartości referencyjnej 86.5 kWh załóżmy, że pojazd przejeżdża 169 miles przy 2.6 miles/kWh, rozpoczynając od 100% i kończąc na 21%.
Podana energia jazdy = 169 ÷ 2.6
= 65.0 kWh
Wykorzystany wyświetlany SOC = 100% - 21%
= 79%
Szacowana energia dla całego zakresu = 65.0 ÷ 0.79
= 82.3 kWh
Szacowane zachowanie pojemności = 82.3 ÷ 86.5 × 100
= 95.1%
Ta jazda dała oszacowanie o około 4.9% niższe od wartości referencyjnej. Wyników oddzielnych jazd nie należy bezkrytycznie uśredniać, chyba że temperatura, zakres SOC, oprogramowanie i sposób rozliczania energii są dostatecznie porównywalne.
Dostępna energia to nie to samo co SOH
Obliczenie szacuje jedną wielkość energetyczną. Stan zdrowia akumulatora obejmuje więcej aspektów.
State of Health (SoH) może oznaczać pozostałą pojemność energetyczną, pozostałą zdolność do oddawania mocy, wzrost rezystancji lub kombinację właściwą dla danego producenta. Globalny Regulamin Techniczny ONZ nr 22 stosuje węższe pojęcie State of Certified Energy (SOCE) dla zachowania energii i odróżnia oszacowanie pokładowe od zmierzonej energii użytkowej akumulatora. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
Akumulator może zachować znaczną część energii użytkowej, a jednocześnie może wzrosnąć Battery Internal Resistance. Może to powodować większy spadek napięcia i wydzielanie ciepła pod obciążeniem, wcześniejsze osiąganie granic napięcia, ograniczenie przyspieszenia lub rekuperacji oraz wolniejsze szybkie ładowanie. Łagodne oszacowanie pojemności na podstawie jazdy nie mierzy tych zjawisk bezpośrednio.
Obliczenie nie wyklucza również:
- Słabej lub niezrównoważonej grupy ogniw
- Nietypowego samorozładowania
- Usterek izolacji, styczników, czujników lub układu chłodzenia
- Akumulatora, który zbyt wcześnie osiąga granice napięcia lub temperatury pod dużym obciążeniem
- Zmienionego bufora programowego
- Uszkodzeń fizycznych lub historii napraw
Spadek pojemności i spadek mocy są powiązanymi, lecz odrębnymi elementami Battery Degradation. Pełna ocena może zatem łączyć test energetyczny z diagnostyką, porównaniem napięć ogniw, badaniem rezystancji lub mocy impulsowej, historią usterek i oględzinami.
Dlaczego oszacowanie się zmienia
Pojedynczy wynik może zmienić się o kilka punktów procentowych bez odpowiadającej mu trwałej zmiany akumulatora. Typowe przyczyny to:
- Zaokrąglone początkowe i końcowe wartości SOC
- Zaokrąglony dystans i zużycie
- Odbiorniki energii pomijane przez komputer pokładowy
- Temperatura akumulatora i jej zmiana podczas jazdy
- Duży prąd i straty rezystancyjne
- Wiatr, mokre drogi, różnice wysokości, opony i prędkość jazdy
- Niezrównoważenie ogniw lub korekta kalibracji BMS
- Zmiany oprogramowania dotyczące zakresu użytkowego lub wyświetlania zużycia
- Zakończenie próby, gdy akumulator nadal jest obciążony, zamiast po porównywalnym okresie spoczynku
Wysokie zużycie samo w sobie nie wskazuje na dużą rezystancję wewnętrzną. Akumulator mógł po prostu pracować przy większej prędkości, na podjeździe, w niskiej temperaturze, z ogrzewaniem kabiny lub pod innym obciążeniem. Ocena rezystancji wymaga obserwacji napięcia i prądu przy określonym obciążeniu i temperaturze, a nie tylko średniej z jazdy.
Aby śledzić trend, powtarzaj próbę w podobnym zakresie SOC i w zasadniczo porównywalnych warunkach. Zapisuj temperaturę akumulatora, jeśli jest dostępna, temperaturę otoczenia, wersję oprogramowania, początkowy i końcowy SOC, dystans, zużycie oraz obliczone oszacowanie. Szukaj trwałego trendu, zamiast uznawać najniższy pojedynczy wynik za stan zdrowia akumulatora.
Poniższy historyczny dziennik właściciela pokazuje, jak powtarzane oszacowania można zestawić z całkowitym zużyciem energii i zużyciem podczas jazdy. Wartość bazowa 83.6 kWh jest częścią tego dziennika, a nie uniwersalnym punktem odniesienia dla każdej wersji e-tron 55.
Oszacowania energii akumulatora na podstawie jazdy w porównaniu z całkowitym zużyciem energii
Oszacowania energii akumulatora na podstawie jazdy w porównaniu ze zużyciem podczas jazdy
Kiedy użyć testu profesjonalnego lub producenta
Skorzystaj z procedury zatwierdzonej przez producenta pojazdu, gdy wynik może wpłynąć na roszczenie gwarancyjne, decyzję o zakupie lub naprawę. Uznawana wielkość może różnić się od tego obliczenia.
Niektóre pojazdy oferują wbudowany test. Tesla opisuje na przykład test dla obsługiwanych pojazdów, który może trwać do 24 godzin i podaje zachowanie energii w porównaniu z nowym akumulatorem. Ten kontrolowany proces różni się od ekstrapolacji pojedynczej jazdy. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health
Procedury laboratoryjne i warsztatowe często oceniają energię i moc oddzielnie. Podręcznik testowania akumulatorów pojazdów elektrycznych Departamentu Energii USA definiuje pojemność, dostępną energię i moc szczytową jako odrębne miary osiągów. Ocena akumulatorów wspierana przez NREL opisuje również testy pojemności i rezystancji wewnętrznej jako oddzielne wskaźniki zdrowia. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
Informacje o tym, jak BMS szacuje SOC, energię, moc i stan zdrowia, znajdziesz w Battery Management System.