Właściciel kanału eNiro2020svk regularnie dzieli się na YouTube swoimi eksperymentami z Kią e-Niro 64 kWh (2020). Przy przebiegu wynoszącym około 145 tysięcy kilometrów doszło do uszkodzenia co najmniej jednego z ogniw, które objawiało się dużym spadkiem napięć przy mocno rozładowanej baterii i sporym obciążeniu. Jako że gwarancja na akumulatory e-Niro to 8 lat lub 160 000 kilometrów, Kia rozwiązała problem wymieniając cały moduł z 19 ogniwami. Taki moduł to 1/5 całej baterii.
Uszkodzenie ogniwa w baterii samochodu elektrycznego – jak się objawia
Spis treści
Elektronika dbająca o dobrostan baterii to System Zarządzania Baterią (ang. BMS). Pilnuje ona, żeby wszystkie ogniwa Li-ion pracowały w ściśle określonym przedziale napięć, nie przeładowywały się (wysokie napięcie) ani nie rozładowywały poniżej niebezpiecznego progu (niskie napięcie), co gwarantuje spokój właściciela samochodu i długowieczność akumulatora. Jeśli jakieś ogniwo ma zbyt wysokie napięcie podczas ładowania, BMS będzie szukał różnych sposobów, żeby go nie przeładować, ale jednocześnie żeby naładować jej sąsiadów.
Podobną sytuację zaobserwujemy, gdy na którymś ogniwie napięcie zacznie spadać szybciej niż na reszcie. BMS może albo zacząć ostrzegać nas o gwałtownym rozładowywaniu baterii, albo też przeskoczyć niespodziewanie z 20 na 5 czy nawet 0 procent. Żeby tylko ogniwo nie przekroczyło progu zbyt niskiego napięcia, bo to mogłoby je nieodwracalnie uszkodzić. W ogniwach Li-ion z katodami nikiel-kobalt-mangan (NCM) próg zbyt niskiego napięcia to około 2,6-2,75 V.
Kia e-Niro, problemy z baterią
Właściciel Kii e-Niro z kanału eNiro2020svk był blisko tej drugiej sytuacji: w ostatnim przedziale (20 -> 0 procent), gdy wciskał mocno pedał przyspieszenia (=duże obciążenie), napięcie na niektórych ogniwach potrafiło nagle obniżyć o dobre 0,5 wolta poniżej reszty, w okolice krytycznego punktu 2,75 V (pierwsza ilustracja).
Napięcie na ogniwach przed naprawą baterii. Zwróć uwagę na duże spadki poniżej 3 V, gdy przy mocno rozładowanej baterii kierowca chce dynamiczniejszej jazdy (od -34 do -43 kW). Takie działanie mogło się skończyć nagłym komunikatem „bateria rozładowana” i zatrzymaniem samochodu (c) eNiro2020svk
Kia uznała reklamację i wymieniła mu wadliwe ogniwo wraz z całym modułem. Od tego momentu nawet próby silniejszych przyspieszeń nie powodowały spadku napięcia o więcej niż około 0,2 V (druga ilustracja).
Napięcia w baterii po wymianie kłopotliwych ogniw. Mocne wciśnięcie pedału przyspieszenia nadal spowoduje spadek napięcia w instalacji, ale wszystkie ogniwa reagują w sposób przewidywalny, napięcie spada o około 0,2-0,3 V, wykres w żadnym punkcie nie przekracza granicy 3 V (c) eNiro2020svk
Po wymianie modułu jednak sytuacja stała się intrygująca. Przy 95 procent pojemności sygnalizowanej przez samochód stare ogniwa miały napięcie 4,16 V, te w nowym module osiągały tylko 4,1 V. Ładowanie do pełna wymagało parokrotnych podchodów, przełączania między ładowarką prądu stałego (DC) i przemiennego (AC), jakby BMS musiał nauczyć się nowych ogniw.
Po rozładowaniu baterii niemal do zera najniższe zanotowane napięcie wyniosło 2,58 V. Nowy moduł ponownie wyróżniał się stosunkowo najwyższymi napięciami wynoszącymi około 2,94-3,04 V (środkowa część wyświetlacza, porównaj ze zdjęciem powyżej), podczas gdy reszta lokowała się w okolicy 2,7 V. W tych skrajnych przedziałach (okolice 100 procent, okolice 0 procent) moduł zachowuje się na razie nieco inaczej niż reszta baterii, nie wpływa to jednak na eksploatację samochodu.
Stworzony przez właściciela kanału eNiro2020svk, Lubosa Petrovica, program EVDash obliczył, że pełna bateria zmieści 63,9 kWh energii. Degradacja zatem w stosunku do nowej baterii miała wynieść -3,7 procent. To o tyle zaskakujące, że przy 120 000 kilometrów, jeszcze ze starymi ogniwami, degradacja miała wynosić zaledwie 1,1 procent. Widać zatem, że oprogramowaniu nie spodobały się zbyt duże różnice między ogniwami, niewykluczone też – wnioskował twórca – że problemem jest nowy moduł, który przy ładowaniu do pełna nie był w stanie osiągnąć takich napięć, jak starsze ogniwa.
Część opowieści i pomiary z nowym ogniwem:
Nota od redakcji Elektrowozu: opisujemy ten przypadek, żeby pokazać, że w okresie gwarancyjnym (5-7-8 lat / 150 000-160 000 km) wszelkie problemy z baterią samochodu elektrycznego kończą się zwykle na nieodpłatnej naprawie auta przez producenta. Warto wszak zaznaczyć, że ten egzemplarz jest nowy, ma niecałe 3 lata. Po 6-7-8 latach może dojść do kumulacji efektu starzenia się ogniw i ich zużycia, ale naprawa nadal powinna odbyć się na gwarancji.
Wbrew powszechnemu mniemaniu, problemy z baterią w aucie elektrycznym nie wiążą się z koniecznością wymiany całego pakietu.
A czy te nowe ogniwa nie mogłyby mieć takich samych napięć, jak stare? Precyzyjnie wytłumaczył to Pan vwir:
Nigdy się nie zbalansują i to jest normalne. Jeśli masz 4 moduły w których nastąpiła pewna degradacja i 1 moduł z zerową degradacją to pełen zakres napięć oznacza inną pojemność. Zarówno ładowanie jak i rozładowanie odbywa się takim samym prądem dla wszystkich modułów (bo są spięte szeregowo). Czyli pełen zakres napięć dla starych modułów to inna pojemność niż pełen zakres napięć dla nowych modułów. Przy dolnym granicznym napięciu starych modułów BMS będzie odcinał napięcie, żeby ochronić je przed uszkodzeniem. Mimo, iż nowy moduł ma jeszcze daleko do dolnej granicy napięcia. Dzieje się tak dlatego, że w autach elektrycznych stosuje się raczej pasywne a nie aktywne balansowanie. Więc przy dolnej granicy napięć nie istnieje żaden mechanizm, który pozwalałby na balansowanie ogniw (i zużycia napięcia w dolnej granicy nowego ogniwa). Balansować mogą się jedynie w końcowej fazie ładowania, bo balansowanie pasywne w EV odbywa się 'at the top’. Najwyrażniej 0,06V dla KIA to wystarczająco „dobre” zbalansowanie i dalej już nie wyrównuje. Ewentualnie jakiś inny warunek BMS-a powoduje, że dalej już nie balansuje.
Gdy już odłoży się warstwa pasywacyjna w nowych ogniwach i spadnie ich pojemność (przez pierwsze 2-3 lata spada najbardziej) to różnica w stosunku do starych ogniw się zmniejszy. Ale zawsze będzie widoczna.
