Как электромобили выживают зимой

Многие технически грамотные товарищи задаются вопросом — как электромобили выживают зимой на улице? Ведь понятно же, что отапливаемые парковки есть мало у кого, а если оставить машину на улице — она быстро (примерно за 2-3 часа) промерзает до температуры окружающей среды. Как же при этом работают аккумуляторы в Тесле — там же обычные литий-ионные и литий-полимерные аккумы от фонариков, типа 18650 и 21700, совершенно не рассчитанные на работу при отрицательных температурах?

Я поясню эту проблему известной диаграммой зависимости емкости аккумуляторов различных типов от температуры:

Кривая для Литий-ионного аккумулятора не случайно кончается на -10 градусах цельсия — при более низкой температуре электролит застывает, и литий-ионный аккумулятор разрушается. Именно из-за этого эффекта на нормальных автомобилях до сих пор используют свинцово-кислотные аккумуляторы — они наиболее хорошо сопротивляются холоду, в зависимости от плотности электролита могут сохранять работоспособность до -40 градусов, а при замерзании и последующем оттаивании не взрываются из-за разрушения сепараторов, как более ёмкие типы аккумуляторов.

Сейчас я вам открою маленький такой, но очень грязный секрет Ололониуса нашего Маска.

Ололониус всё-таки не совсем дегенерат, и ему объяснили, что если оставить аккумуляторы Теслы на улице на Аляске на ночь — они промёрзнут и с высокой вероятностью затем взорвутся, когда владелец машины попробует на ней поехать. А платить семьям электролохов пенсию по потере безвременно сгоревшего в машине кормильца — как-то не укладывалось в бизнес-стратегию компании Тесла.

Сам-то Ололониус, понятное дело, ничего в аккумуляторах не понимает — но среди нанятых им инженеров нашлись люди, читавшие техническую литературу и знающие, как проблему переохлаждения литий-ионных аккумуляторов решили другие конструкторы.

Решили они эту проблему просто — при падении температуры ниже какого-то «опасного» порога (и уж точно при отрицательной температуре) контроллер аккумуляторной батареи ее начинает ГРЕТЬ. Греет он ее, естественно, той же самой запасенной в батарее энергией. Киловатты весьма бодро утекают.

Именно поэтому мануал Теслы строго запрещает оставлять ее зимой на улице с разряженной батареей, и «рекомендует» оставлять ее подключенной к зарядному устройству. Вот так это выглядит в реальной жизни:

Впрочем, с другими электроперделками ситуация аналогична — вот вам муниципальная парковка для электромобилей в городе Осло, Норвегия:

Вам, дорогие владельцы электроповозок, просто не сказали, что ваша батарея греется электричеством. То есть вы со счетчика за свои деньги отапливаете планету.

Разумеется, дегенераты в Калифорнии об этом даже не подозревают — у них нет таких температур. Но в северных странах это становится ясно очень быстро.

PS. Для тех, кому интересны технические подробности, как устроен подогрев аккумуляторов — я охотно об этом расскажу.

Начнем с того, что никакого специального «подогревателя» с электрическими спиралями и прочей ерундой в системе нет — аккумуляторы греются за счет их собственного внутреннего сопротивления. Того самого, из-за которого они разогреваются в процессе заряда и разряда.

Схема подогревателя очень простая, и состоит из силовой индуктивности, подсоединенной к выходу аккумуляторной батареи через силовой ключ (обычно на MOSFET-транзисторах). Ключ открывается — к индуктивности прикладывается напряжение АКБ, и ток через индуктивность начинает расти. Когда он дорастает до нужного значения — ключ закрывается. Ток начинает падать. Процесс повторяется с довольно высокой частотой, так что ток оказывается стабилизирован на нужном для прогрева АКБ уровне.

Ток, кстати, обычно контролируют не с токового шунта, а косвенно — просто по просадке напряжения АКБ. Чтобы не терять энергии на сопротивлении шунта.

Поскольку ток через индуктивность реактивный — он практически не приводит к потерям мощности и разогреву самой индуктивности, а вот на внутреннем сопротивлении АКБ (которое вполне себе активное) тепло при этом выделяется. И, конечно же, тепла выделяется ровно столько, сколько энергии отбирается у заряда аккумулятора.

Вот так это и работает. Подогреватель гоняет реактивные токи через аккумулятор — тот греется. Сама схема подогрева обычно встроена в контроллер заряда аккумулятора и использует общие с ней силовые цепи, поэтому многие даже не подозревают о ее существовании.

В некоторых телефонах используется подобная схема для подогрева аккумулятора. Она срабатывает, когда девочка тащит телефон зимой в сумочке, и он остыл до минусовых температур — и именно с этим связан быстрый разряд аккумулятора в такой ситуации. В этом легко убедиться, замотав телефон во что-то плохо проводящее холод или просто положив его в варежку — пока в аккумуляторе будет энергия, телефон не охладится ниже 0 градусов, какой бы мороз вокруг ни был.

А вот в подавляющем большинстве электросамокатов схемы подогрева аккумуляторов нету. Логика там такова — пока вы едете, батарея греется за счет расхода мощности, а когда вы приехали — вы возьмёте самокат с собой в теплое помещение, не оставите на улице, где его неприменно сопрут.

Это именно то, о чем не догадываются многие организаторы проката электросамокатов, пока не наступит зима.

А потом начинается «плач Ярославны» — ой, чего-то все самокаты передохли за один сезон. Ой-вэй, ну как же так-то.

Материал: Proper специально для Putc.Org
Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем сообществе пользователем Proper на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения. Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта на EMAIL abuse@newru.org с указанием адреса (URL) страницы, содержащей спорный материал. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.

Читайте также:

61 Комментарий
старые
новые
Встроенные Обратные Связи
Все комментарии
Kugelblitz !
Kugelblitz !
1 год назад

Не менее занятен двигатель Теслы, который дескать без магнитов, без коллектора и якобы асинхронный с частотным преобразователем. А может синхронный с реактивным ротором. А может просто постоянного тока, переполюсовку которому задает инвертор.

Kugelblitz !
Kugelblitz !
для  Proper
1 год назад

Не совсем, на старших моделях в роторе применяются магниты. Т.е. по сути это синхронный двигатель с магнитотвердым ротором (PMSM), или как вариант гистерезисный. У него четыре полюса и управляется через инвертор, возможно дополнительно стоит частотный преобразователь. Хотя по идее он сильно похож на вентильный постоянного тока, который популярен на электровелосипедах. На дешевой пишут из-за войны с Китаем не оказалось под рукой магнитов, якобы что то придумали, но скорее всего поставили банальный движок с реактивным неявнополюсным ротором. Для его управления обязателен частотный преобразователь.

Владимир
Владимир
1 год назад

Интересно, насколько я знаю в батарее теслы есть трубки с антифризом для охлаждения/подогрева батареи. А идея с подогревом реактивными током… Если резко отключить ток через индуктивность то на ней возникает бросок напряжения, что с этим делают?

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Владимир
1 год назад

Поставить ёмкость)

Ванёк26
Ванёк26

Литров на десять. Тазик. И тетку голую туда поставить.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Батарея в тесле находится под днищем, в тени машины. И вряд ли температура воздуха в тени даже в Калифорнии будет выше 60 градусов, это угроза для белковой формы жизни.
Получается что энергия батареи накапливается в индуктивности а затем рассеивается на активном сопротивлении обратного диода? Проще тогда сразу через силовой транзистор на активное сопротивление замыкать. Может схема противо-ЭДС загоняет энергию обратно в батарею, тогда есть смысл. Ток греет батарею как при накоплении энергии в катушке, так и при обратном процессе.

ilya_r
ilya_r
для  Владимир
1 год назад

Правильно мыслишь: первую половину цикла индуктивность запасает энергию (L*I^2), разряжая батарею, вторую половину цикла индуктивность возвращает накопленную энергию в батарею, заряжая ее. Обе половины цикла, в батарее, на ее внутреннем сопротивлении выделяется тепло. Такой процесс можно реализовать либо на мостовом, либо на полумостовом инверторе.
Заряд дросселя от батареи и замыкание его на диод — полный бред: половина тепла (несколько киловатт), вместо обогрева батареи, будет рассеиваться на диоде.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Реактивная энергия — это энергия которой обменивается источник ЭДС и реактивные элементы цепи (ёмкость, конденсатор). Один полупериод ЭДС за счет протекания тока накапливает энергию в реактивном элементе (РЭ), во втором полупериоде РЭ отдает накопленную электромагнитную энергию обратно в эту же цепь и ЭДС. Если ЭМ энергия отдается в другую цепь, это случай преобразователя (трансформатора) эт немного другое.
А если в верхней схеме замкнуть выход, то исключается два важных элемента, емкость С28 и нагрузка. В таком случае индуктивность L1 сама становится нагрузкой и при открытии ключа Q8 произойдет накопление энергии в L1. Но при закрытии Q8 накопленная энергия должна как то выделится индкутивность это не конденсатор, энергия там не может хранится. Вся запасенная энергия будет выделятся в таком случае выделятся на диоде D4 который будет Грета с глобальным потеплением.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Схема будет работать конечно, но это же просто разряд с выделением тепла на паразитном элементе. Я так думаю схеме это не понравится и она быстро сгорит. Надо провести экскримент такой.

Ванёк26
Ванёк26
для  Владимир
1 год назад

Это классический защитный диод. Схема стоит и не горит. И это на всех ШИМ преобразователях с такой компоновкой.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Все правильно, разобрался. Надо было правильно схему нарисовать только. Получается АКБ последовательно через диод соединяется с индуктивностью и энергию загоняет обратно в АКБ при закрытом ключе.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Внезапно я думал что диод Шоттки для уменьшения падения напряжения в открытом состоянии… Чем поможет сей фак в рассматриваемом случае я не понял.

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Хмм… Возможно, я думал параллельно ключу диод поставить, но если он по сути так и работает то даже проще . Меня смущает другое, обратный бросок напряжения самоиндукции имеет другую полярность, таким образом нужен выпрямитель, чтобы загнать ток обратно в аккум.

ilya_r
ilya_r
для  Proper
1 год назад

Извини, но ты не верно представляешь процессы в этой схеме. Если у тебя есть желание, могу объяснить с любыми подробностями (я несколько лет разрабатывал импульсные источники питания, когда никаких микросхем управления еще не было в природе, так что физику процессов знаю неплохо).
Кратко: при размыкании ключа, полярность напряжения на катоде диода D4 меняется на отрицательную, а ток через дроссель сохраняет свое направление.
Это не защитный диод, а фактически ключ, через который продолжает течь ток в нагрузку при разомкнутом Q8. Сейчас эти диоды для увеличения КПД заменяют управляемыми полевыми транзисторами.
Ничего через обратный диод ключа Q8 в источник не возвращается. Удаление нагрузки приведет к фатальному возрастанию тока через дроссель, а вся накопленная энергия будет превращаться в тепло на диоде и активном сопротивлении обмотки дросселя.
Так что, только мост, полумост или трансформаторные схемы рекуперации энергии в источник.

Ванёк26
Ванёк26
для  ilya_r
1 год назад

Удаление нагрузки приведет к возрастанию тока через дроссель..
Какой нагрузки?

ilya_r
ilya_r
для  Proper
1 год назад

Я тебя переоценил, но все равно объясню для местных «не баранов», принцип работы классического понижающего импульсного преобразователя, изображенного на твоей схеме.

Обозначим входное напряжение U1, выходное U2, время открытого транзистора t1, время закрытого t2, индуктивность дросселя L, изменение тока дросселя I.
Помним, что основное свойство дросселя — сохранять силу и направление тока.
Рассмотрим установившийся режим:

1. Ключ открыт. Ток втекает в дроссель. Контур протекания тока: + источника питания, ключ Q8, дроссель L1, параллельное соединение: конденсатор C28, R37, а так же внешняя нагрузка, в схеме не указанная, общий провод, — источника питания.
К моменту зарывания ключа ток дросселя увеличивается на величину I=(U1-U2)*t1/L.

2. Переходный процесс. Ключ начинает закрываться. По мере перезаряда паразитных емкостей транзистора, диода и дросселя, напряжение в точке их соединения уменьшается до нуля и далее уходит в минус, пока не откроется диод D4. На этом переходный процесс заканчивается.

3. Ток течет через диод, по контуру: катод диода D4, дроссель L1, параллельное соединение конденсатора C28 и R37, а так же внешней нагрузки, общий провод, анод диода D4.
К моменту открывания ключа ток дросселя уменьшается на величину I=(U2+0,7)*t2/L.
0,7 вольта — ориентировочное падение напряжения на открытом диоде.
Из формул I=(U1-U2)*t1/L и I=(U2+0,7)*t2/L можно составить уравнение, в котором L сокращается и получается формула ШИМ.
В режиме непрерывных токов дросселя, ток через дроссель всегда течет в направлении к выходу.

4. Нештатный режим разрЫвных токов дросселя. Используется только при отключении нагрузки или при неправильном выборе дросселя. В этом случае добавляется еще один переходный процесс, когда при закрытом ключе ток дросселя спадает до нуля, диод D4 закрывается и начинаются колебания в контурах, образованных паразитными емкостями транзистора, диода, дросселя и индуктивностью дросселя L1.
Только в этом случае может открываться обратный (паразитный) диод полевого транзистора. В плане энергетики этим процессом можно пренебречь, так как это доли процента от полезной мощности. С этими колебаниями борются только для снижения радиопомех или в других схемах, для предотвращения выбросов напряжения, могущих пробить ключи.

5. При замыкании нагрузки, уменьшение тока дросселя будет происходить по закону I=(0+0,7)*t2/L. То есть во много раз медленнее, чем в штатном режиме. Обычно схема управления не может обеспечить такую скважность ШИМ, поэтому переходит в защитный цикл: длинная пауза, попытка включиться, выключение. Энергетика в таком цикле так же стремится к нулю.

Ни 4-й ни 5-й режим для обогрева не годятся.

Ванёк26
Ванёк26
для  ilya_r
1 год назад

>>3. Ток течет через диод, по контуру: катод диода D4, дроссель L1, параллельное соединение конденсатора C28 и R37, а так же внешней нагрузки, общий провод, анод диода D4.

А если бы D4 не было по какому контуру он бы тек?

Riperbahn
Riperbahn
для  Ванёк26
1 год назад

Ток — это выдумка Жюля Верна.

Gena
Gena
для  Riperbahn
1 год назад

Ток — это выдумка Ампера. А вот Ампер — выдумка Жюль Верна… или жульена?

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Gena
1 год назад

Жюль выдумка Оливье.
Математиги сопрались..
Сами выбирай те по какому контуру..

comment image

Riperbahn
Riperbahn

Это фсё придумал Чёрчилль в осемнадцатом году!!!

ilya_r
ilya_r
для  Ванёк26
1 год назад

> если бы D4 не было
Напряжение в точке соединения транзистора и дросселя опускалось бы в минус до тех пор, пока не откроется ключ: его затвор остановится на уровне общего провода или чуть ниже (сработает защитный диод драйвера), а исток будет опускаться дальше, пока напряжение между затвором и истоком не превысит пороговое напряжение затвора. Обычно это 1,5..7 вольт.
Таким образом, ток дросселя потечет через полевой транзистор, находящийся в линейном режиме, у которого между стоком и истоком будет напряжение U1+(1,5..7) и соответственно на нем будет выделяться мощность (U1+(1,5..7))*I.
Транзистор быстро перегреется и сдохнет.

Но называть этот диод защитным, это за гранью. С таким же успехом можно назвать коленвал, защитой шатунов от маховика.

Ванёк26
Ванёк26
для  ilya_r
1 год назад

То есть он все таки защищает транзистор?

ilya_r
ilya_r
для  Ванёк26
1 год назад

Диод не защищает транзистор. Правая нога не защищает левую, они нужны обе, чтобы нормально ходить. Диод обеспечивает половину рабочего цикла — передачу энергии из дросселя на выход преобразователя. Вторую половину цикла — передачу энергии из источника на выход преобразователя, обеспечивает транзистор. Оба эти компонента являются неотемлемой частью схемы.

Ванёк26
Ванёк26
для  ilya_r
1 год назад

А. То есть половина энергии через транзистор половина через диод?
Вам не кажется что ваши правая и левая ноги не одинаковые?

Ванёк26
Ванёк26
для  ilya_r
1 год назад

Ток через диод течет когда разность потенциалов между GND и точкой к которому присоединен анод диода (а также исток транзистора и дроссель) превышает напряжение падения на диоде. Диод не обеспечивает утекание тока из дросселя на выход (его обеспечивает нагрузка на выходе). Диод предупреждает падение напряжения на входе дросселя ниже -U падения на диоде относительно земли в момент закрытия транзистора.
Потому что дроссель стремится сохранить протекающий через него ток а с источника он уже не течет.

ilya_r
ilya_r
для  ilya_r
1 год назад

Выше рассмотрен случай для N-канального транзистора, которые обычно применяются в таких схемах.
Для P-канального транзистора IRLML5203 напряжение на стоке будет уходить в минус, пока не будет превышено максимально допустимое напряжение сток-исток или затвор сток. После чего транзистор выйдет из строя.

ilya_r
ilya_r
для  Proper
1 год назад

Я тебя понял. Ни одного возражения по существу не прозвучало, зато появился хор дежурных клоунов.
Когда ты открыл постоянную времени для нелинейной цепи, я тебя предупреждал, электроника не твой конек.
Поздравляю с третьим жидким…

ilya_r
ilya_r
для  Proper
1 год назад

Набор психологических приемчиков один к одному, как у особого ростовского еврея. По площадям работаешь. Ну и живи с этим. Доверь еврею создать проправительственный сайт, все равно получится антисемитская антипутинская клоака.

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Proper
1 год назад

Пригорит жэж..

Владимир
Владимир
для  Proper
1 год назад

Аккумам вреден нагрев выше 60 градусов, но сдохнет сапсем и сразу он при нагреве 120-150. Так шта если ты живёшь в Кал-лифорнии и ставишь Теслу на солнце это твои проблемы а не Маска. Ну будешь менять батарею чаще, чем плохо? ВВП вырастет, Америка станет великой опять. Круто же.

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Владимир
1 год назад

А сиколько заводов по переработке старых батарей и меется в наличии увпендостане?
Или индейсы увсё стерпят?)
На самом деле интересно и про другие сраны типа еэс и т.д.

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄

Я вотд не знаю, где Пропер берёдт картинки, но вотд на улице ,,гдепусто,, не посмотреть.
Может это только у мане канээшна..

Владимир
Владимир

Бап там нету, можеж не смотреть..

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Владимир
1 год назад

Паб еси шо- Гена накидаед)

Владимир
Владимир

Ну на заре автомобильной эры нефтеперегонных заводов тоже небуло, бензин продавали в аптеках. Построили жеж заводикоф… А вопчето это был In (Ирониум).

Riperbahn
Riperbahn
для  Владимир
1 год назад

То был бензин для перорального употребления.

Riperbahn
Riperbahn
для  Proper
1 год назад

Выйди в Неваду — чей стон раздаёттссся???!

O KAK
O KAK
1 год назад

А чем обогревается салон Лепестрического драндулета в Норвегии, не уж то тем же лепестричеством из аккумулятора?

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  O KAK
1 год назад

Ни за что не догадаешься))

Ванёк26
Ванёк26
для  O KAK
1 год назад

Не. Гольфстримом.

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Ванёк26
1 год назад

Ваня, де гольф стрим, и где салун?
Там пиют уввиски и греются увхолодильниках.

Ванёк26
Ванёк26

И заказыуаюд бифш тэкс

Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
Ոሉαዙҿτα ಭҿҝҿሉҿʓяҝα〄
для  Ванёк26
1 год назад

И бивш стронг.

Riperbahn
Riperbahn
для  Ванёк26
1 год назад

Бывшего техассца?!

Gena
Gena
1 год назад

Подводим итоги — в этом годе в ЗабВО зимы не було. Владельцы электропЪрделок воодушевились(а-да, у нас тоже есть длблбы) — а чо зимой пугали? Не страшно. Ждём наплыва нисцанных лиафов и прочая гомосятины. А потом приде настощща Зима и прорядок наведе.

Gena
Gena
для  Gena
1 год назад

Да, возможно…
comment image

Владимир
Владимир
для  Gena
1 год назад

>> зимы не було
По температуре у нас обычная зима, а вот по осадкам — мало снега. На пересечёнке наст и заструги, даже пластиковые лыжи стираются (!):))

Кста, какой у вас разбег зимних Т?

У нас в этом году, пишут, построят первую зарядочную станцию. Владельцы шуруповёртов возбудились)) Интересно, сколько будет кВ стоит на такой «заправке».

zontik
zontik
для  Владимир
1 год назад

Владимир в ЗабВО было до -40 пару недель (ночью), а так -35 в среднем, как гогорится если в Чите выше -30 то это Весна. Солнышко пригревает и с ночных -30 может подрасти до дневных -10, ветер кстати только пару дней поднялся. Ещё бы в Читу газ завели вообще была бы красотищща. Но промо ролики «Миллер дай газ» от населения видать не сработали, и я не шучу была такая движуха даже по радива передавали.

Чтобы добавить комментарий, надо залогиниться.