Villanypásztor: De miért kell 12V-os akkumulátor az EV-be? HEV-be? PHEV-be?
Az elektromos autók egyik leghasznosabb kényelmi szolgáltatása, hogy álló helyzetben is képesek klímát indítani, utasteret fűteni-hűteni, ablakról jeget leolvasztani, kormányt és ülést előfűteni – mindezt időzítve, vagy akár mobiltelefonról, távolról elindítva. Ezen kényelmi funkciókhoz elengedhetetlen egy olyan akkumulátor, ami nagy hidegben is jól működik és biztonságos.
Sajnos ezek egyike sem igaz a fő, nagyfeszültségű akkumulátorra, ezért mind a mai napig megtalálható az autókban a régi, jól bevált 12V-os savas ólomakkumulátor valamelyik verziója. (VRLA/AGM) Ezek az akkumulátorok akár még -20°C-on is elegendő áramot tudnak leadni, és ha pl. egy nyest elrágja a parkoló autó vezetékeit, nem feltétlenül fog lángba borulni az egész autó.
Az elektromos autók nagyfeszültségű akkumulátora ugyanis egy zárt doboz, amelyből nem tud kijutni a 400VDC-s feszültség mindaddig, amíg az autó az összes ellenőrzést el nem végezte bekapcsolás előtt. Az akkumulátor vezérlő-elektronikája, a BMS elsőnek belső és külső elektromos szigetelés-vizsgálatokat végez, majd egy ún. lágyindító körrel kis árammal feltölti az autó nagyfeszültségű rendszerét. Így ha valami zárlatos, beázott vagy éppen át van rágva, akkor még azelőtt lekapcsolja a nagyfeszültséget, mielőtt az komoly kárt tudna okozni.
Ha minden rendben van, két hatalmas, 4-500A-es nagyfeszültségű kontaktorral rákapcsolja az elektromos autó áramköreire a 400VDC-s akkumulátort. Ez a két nagy áramú kontaktor (ahogy a BMS elektronikája és a lágyindító kör is) 12V-ról működik – az autóban lévő 12V-os ólomakkuról! Tehát ha nincsen 12V, a nagyfeszültségű akkumulátor be sem tud kapcsolni, márpedig a 12V-os akkut is a nagyfeszültségű akkumulátorról töltik a DC/DC-nek nevezett feszültség-konverterrel, ami a 400VDC-t lekonvertálja 12V-ra.
Ez a megoldás okoz egy sokak számára érthetetlen jelenséget: hogyan lehetséges, hogy egy akár 100%-ra feltöltött elektromos autó ott ragad az út szélén lemerült 12V-os akkumulátorral, akár csak egy 15-20 perces kipakolás után, vagy éppen konnektorra dugva merül le? Ennek megértéséhez kicsit mélyebben bele kell menni az elektromos autók belső lelkivilágába... Az első és legfontosabb tudnivaló, hogy az elektromos autóknak három üzemállapota van: a STOP, az ACC és a START. A STOP mód esetén az autó „áramtalanítva" van, csak a 12V aktív. Ebben az esetben nincsen a 12V-os akku sem töltve, hiszen a 400VDC sincsen bekapcsolva.
Ebben az állapotban az autó „alszik", vagy pár percet aktív csak, amíg kiszállunk és becsukjuk magunk mögött az ajtót. A START mód ezzel szemben a „maximum": a 400VDC teljesen aktív, az inverter, a klíma, a DC/DC és a többi fő részegység üzemkész, „R" vagy „D" módba téve a sebességváltó kart az autó elindul. Sokan ott követik el a hibát, hogy nyitva hagyják a csomagtartó ajtaját, vagy éppen zenét hallgatnak várakozás közben, ezzel 15-20 perc alatt teljesen lemerítik a 12V-os akkut – és onnantól se előre, se hátra, jöhet a tréler – vagy a bikázás! Ezt el lehet kerülni, ha gondosan elolvassuk az autó leírását, és kifejezetten megkeressük, hogyan lehet ACC vagy ACCESSORY (tartozék) módba tenni az autót.
Nem tölt a verda? Zavar a kábelek égett műanyag szaga? Otthon tuningolnád az akkupakkot? Gyónd meg elektromos problémád emailben rezidens villanypásztorunknak, a válaszokat Varsányi Péter informatikai és méréstechnikus celebrálja. Cím: villanypasztor@mail.totalcar.hu
Ezt általában úgy lehet megtenni, hogy az autó elindítása közben kötelezően megnyomandó fékpedált nem nyomjuk meg, tehát fék nélkül próbáljuk START módba tenni. De ismételten mondom, ez eltérő lehet a különféle autótípusoknál, így nem ússzuk meg az olvasást. Az ACC módban a 400VDC „félig" elindul, lesz klíma, és működni fog a DC/DC is, így a 12V-os akku is kap töltést, így akár 12-24 órán át is hallgathatjuk a zenét a hűvös kocsiban, vagy végignézhetünk egy egész sorozatot a képernyőn. Az inverter viszont nem indul el, így az autóval véletlenül sem tudunk elindulni, elgurulni, hiába is játszik a gyerek pl. TV-zés közben a gázpedállal.
A másik ok, hogy a 12V-os autó lemerül, az ún. „alvással" kapcsolatos. Egy mai modern autó 80-100, néha 150-nél is több mikroprocesszoros vezérlőegységet, azaz szakmai nevén ECU-t (Electronic Control Unit) tartalmaz. Ezeket egy „ébresztő" jellel kelti fel az autó, amikor „gyújtást" adunk rá, vagy épp rádugjuk az autóra a töltőkábelt. Amikor az autót leállítjuk, akkor azonban nem „altató" jelet kapnak, hanem mivel úgyis számítógépen (CAN buszon) kommunikálnak, kapnak egy „alvás" parancsot. És ahogy az óvodai délutáni kötelező alvásnál, itt is megesik néha, hogy egy kerge ECU nem alszik el, hanem ébren marad, és egy éjszaka alatt lemeríti a 12V-os akkumulátort.
Száz számítógép közül ha egy néha-néha megkergül, az nem tekinthető hibának: a mai számítógépek ugyanis már olyannyira pici áramkörökből állnak, amit akár egy kozmikus sugárzás is képes megkergíteni, ha éppen telibe találja a memória chipjét. És valljuk be, azért az autóipari szoftverfejlesztők sem programozó géniuszok; azok ugyanis ritkán vállalnak el ilyen legalja munkát, tegnapra...
Amennyiben így járunk, hogy vagy nem reagál az autó semmire; vagy kinyitni még engedi magát, de amint megpróbáljuk START módba tenni, az összes visszajelző lámpa kigyullad, „karácsonyfát" játszik az autó, akkor az első gondolatunk az legyen, hogy a 12V-os akku lemerült! Ha „csak" 10-11V van benne, akkor az ijesztőbb „karácsonyfa" szokott előjönni, hiszen ha akár csak egy ECU nem indul el, rögtön 10 másik is hibát dob, mert nem tud kommunikálni azzal az eggyel, és ez láncreakció-szerűen végül hibaüzenetek sokaságát generálja: az autó közli, hogy mindene meghalt: hívj trélert, papot – vagy egy taxist!
Ha ugyanis nincs nálad „bikázó", azaz olyan kis hordozható kütyü, amivel tudsz adni egy kis töltést a 12V-os akkunak, akkor egy másik, bármilyen benzines-dízel-elektromos autóval ha mellé állsz, akkor be tudod bikázni a 12V-os akkut. Ha pedig már elindult az elektromos autó hibajelzés és „karácsonyfa" nélkül, és hallod a 400VDC-s kontaktorok jellegzetes kattanó hangját, már megnyugodhatsz: a DC/DC elindult, és 80-120A-el, néhány autótípusnál 200A-el töltve újabb negyedóra alatt teljesen feltölti a 12V-os ólomakkumulátort a nagyfeszültségű akkumulátorról.
Mivel a 12V-os akkuk kapacitása kicsi, kb. 45 Ah, ez ~0,5 kWh kapacitásnak felel meg, így maximum 3 km-nyi elvesző hatótáv árán teljesen visszatölti a 12V-os akkut a nagyról. A lényeg csak annyi, hogy amint a töltés elindul, ne állítsd le azonnal az autót, hanem vagy kezdj el pár perc pihenő után autózni, vagy tedd ACC módba egy 20-30 percre, hogy a sok intelligens elektronika rendbe tehesse a dolgokat. A 12V-os akkut csak akkor kell egy ilyen után cserélni, ha hosszabb időt (több napnál is többet) állt lemerülve az autó.
Mivel a 12V-os akkuk lemerülése általános probléma, van egy plusz védelmi funkció is az elektromos autókban: jellemzően hajnali kettőkor (vagy éppen délután kettőkor) az autó egy rövid időre felébred,
és ha szükséges, kicsit tölteni kezdi a 12V-os akkut a nagyról. Ilyenkor a töltésjelző lámpák – ha látható helyen vannak az autóban, pl. a szélvédő mögött – elkezdenek „furán" villogni, ami sokakat megijeszt, mert nem tudnak erről. Tehát ha pl. a 3 kék töltésjelző közül csak az egyik villog, akkor pont kondicionálja az autó a 12V-os akkut; nem kell vele foglalkozni, és nem kell megijedni sem tőle!
Amikor az elektromos autó alszik
Érdekességképpen azt is leírom, hogy valójában egy elektromos autó rengeteg „titkos" hadműveletet csinál a parkolóban vagy a garázsban nyugalomban állva. Több autó működését alaposabban visszafejtve érdekes manővereket lehet találni; pl. egy BMW I3 az utolsó használattól kezdve 3 óránként felébreszti a BMS-t, csinál egy pár másodperces nagyfeszültségű akku-ellenőrzést, majd visszaalszik. Időnként a TCU (Telemetry Control Unit) ECU, az autó kommunikációs vezérlője is felébred, és elküldi a központba a nagyfeszültségű akkumulátor főbb adatait, pl. töltöttséget, hőmérsékleteket.
Ez a TCU is sokszor szokott lemerülést okozni, ha pl. valami mobiltelefonon, háttérben futó „diagnosztikai" alkalmazás percenként megkérdezi az elektromos autótól, hogy „Alszol már?" Gondolom nem meglepő, hogy ennek is a 12V akku lemerülése lesz a vége, ahogy az OBD-II diagnosztikai csatlakozóba dugott ilyen-olyan csoda kütyüknek is, amik kijeleznek pár, valójában lényegtelen információt az autóról vagy a nagyfeszültségű akkumulátorról.
Ennek ellenére mint szervizes, ritkán találkozom valódi DC/DC hibákkal – annál több a 12V-os akku hibája! A hagyományos (benzines-dízel) autók esetén ugyanis az önindítózás olyan hatalmas áramlökést jelent a 12V-os akkunak, ami „szulfátlanítja", azaz „lerobbantja" az elektródák felületén kialakult káros szulfát réteget. Ha viszont az akku már túl öreg, az önindító csak „teker", nehezen indul be a motor, így mindenki tudja, hogy a 12V-os akku élete végéhez ért, cserélni kell – általában 5-7 év után; de nem ritka, hogy 9-10 évet is kibír egy jobb ólomakku.
Az elektromos autók esetén nincs ilyen „áramlökés", az akkuk sunyin szulfátosodnak, ellustulnak minden látható-hallható jel nélkül. Ezért is van az, hogy ezek a 12V-os akkuk kevesebbet bírnak, és sok gyártói ajánlás bizony 3-4 éves (!) csere-periódust ír elő. Ez sokak számára abszurd, és "szerviz-összeesküvést" emlegetnek, mondván, hogy kibír az 6-8 évet is, minek azt cserélni? Nos, szervizes vagyok én is, de nekem biztosan nem fizettek semmi részesedést, hogy az összeesküvők közé lépjek, de mégis: én is azt mondom, jobb maximum 4 évente cserélni, és akár horgásztúrán vagy egy sátorban tovább használni, vagy elajándékozni az amúgy még tényleg használható (!) ólomakkut.
A magyarázat nagyon extrém és erősen szakmai: a kis áramú használat miatt ezeken az ólomakkukon „meghízik" a szulfát-réteg, ami pikkelyes formában időnként leválik, és az akku alján, a direkt erre a célra szolgáló vájatba esik. Csakhogy amíg a benzines-dízel autóknál ezek a pikkelyek picik és sok van, így „porszerű" hulladék csak az akkuk alján, addig az elektromos autók esetén ezek a pikkelyek nagyok, és könnyen okoznak ún. cella-zárlatot. Márpedig ha töltés közben lesz zárlatos egy cella a 12V-os akkuban, ezt nem mindig veszi észre a DC/DC konverter, hanem maximális árammal tölteni kezdi a teljesen lemerültnek hitt 12V-os ólomakkut, a 6 helyett csak 5 cellára jutó túltöltéssel felforralva benne a kénsavat, majd vízbontással hidrogént termelve, akár robbanhat is, de minimum kigyullad!
Egy hazai Nissan LEAF orra egészen biztosan emiatt égett ki: a tulajdonos előtt történt a dolog, sok fotó készült az esetről, a károkról és a javítás drága és hosszú folyamatáról. Szerencsére az autó nem égett le – de most képzeljük el, hogy éjjel, a garázsban töltve keletkezik a 12V-os akkuban cellazárlat, felgyújtva előbb a 12V-os akkut, majd annak tüze az autó nagyfeszültségű lítium akkumulátorát is begyújtja: utólag senki sem fogja tudni megállapítani a heves tűzben elolvadt karosszéria láttán, hogy ezt most az öreg 12V-os akku okozta, vagy a lítium akku gyulladt ki előbb?
Ezért kérek mindenkit, hogy ne spóroljon a 12V-os akkun; nem vagyok autószerviz, nem cserélek 12V-os akkut, nem áll érdekemben senkinek se „forgalmat" generálni, de mégis azt mondom, ezen ne spórolj!
A 20-80%-os „akku-kímélésnek" semmi értelme, de a 4 évente cserélt 12V-os ólomakkumulátornak igenis van! Csak ellenpontként megemlítem, hogy a benzines-dízel autóknál csak akkor töltődik a 12V-os akku, ha jár a motor – márpedig akkor a tulajdonos is ott van, hogy el ne lopják az autóját. Az pedig még a szagokat alig érző náthás embernek is azonnal feltűnik, ha maró záptojás-szag jön be az utastérbe - ez a forró kénsav gőze. Ilyenkor a motort leállítva a töltés megszűnik, a cellazárlat nem okoz további károkat. De sose feledjük el, hogy az elektromos autók hajnali 2-kor is tölthetik a 12V-os akkut; akkor is, ha maga az autó nincsen a töltőre dugva...
Apropó töltés – de ezt már tényleg utolsó gondolatként írom: sajnos bármennyire is furán hangzik, de a töltéshez is kell a 12V-os ólomakku! Szigetelési és biztonsági okokból az összes fedélzeti töltő úgy van megcsinálva, hogy nem a 230VAC-ról működik a vezérlése, hanem a 12V-os akkuról. Így ha a 12V-os akku lemerült, tölteni sem tudjuk az autót – vagy ami még cifrább: ha töltés közben elmegy az áram, az autó 12V-os akkuja akár le is merülhet, miközben a fedélzeti töltő arra vár, hogy visszajöjjön a villany! Tehát senkinek se legyen frusztrációja, ha este töltőre dugva az autót, reggel egy teljesen lemerült, kinyithatatlan autóroncs várja...
Az elektromos autók egy új világot hoznak - új, szokatlan és elsőre talán logikátlan problémákkal. Remélem, rövidnek éppen nem mondható írásom párat azért megmagyarázott belőlük.
Nem tölt a verda? Zavar a kábelek égett műanyag szaga? Otthon tuningolnád az akkupakkot? Gyónd meg elektromos problémád emailben rezidens villanypásztorunknak, a válaszokat Varsányi Péter informatikai és méréstechnikus celebrálja. Cím: villanypasztor@mail.totalcar.hu
