Jak sprawdzić stan akumulatora samochodu elektrycznego przez oszacowanie pojemności

Przejazd może pomóc oszacować energię dostępną w wyświetlanym przez samochód elektryczny zakresie procentowym naładowania akumulatora. Przy spójnych odczytach i odpowiedniej wartości odniesienia powtarzane oszacowania mogą pomóc śledzić zmiany dostępnej energii.

Co mierzy oszacowanie

Metoda polega na podzieleniu zużycia energii podanego przez komputer pokładowy przez wykorzystaną część wyświetlanego stanu naładowania (SOC). Pozwala oszacować energię odpowiadającą całemu wyświetlanemu zakresowi 100–0% w warunkach danego przejazdu.

Główne założenie jest takie, że każdy wyświetlany punkt procentowy odpowiada jednakowej części energii. SOC opisuje stan naładowania, natomiast energia zależy również od napięcia. Napięcie zmienia się podczas rozładowywania, a wskaźnik korzysta z przeliczenia stosowanego w danym samochodzie, dlatego wyświetlane wartości procentowe nie muszą liniowo odzwierciedlać energii. Analog Devices: SOC and SOH estimation

Wspólne dane pomiarowe mogą prowadzić do powiązanych błędów, więc zgodność odczytów nie stanowi niezależnej weryfikacji pojemności akumulatora. Rozdział Battery Management System wyjaśnia, jak samochód szacuje stan akumulatora.

Porównanie wyniku z odpowiadającą mu wartością dla nowego akumulatora pozwala oszacować zachowaną energię. Pojęcie State of Health (SoH) może również opisywać zdolność oddawania mocy, której ten przejazd nie mierzy. Ocena diagnostyczna sprawdza usterki oddzielnie od zachowanej pojemności i mocy. Mechanizmy utraty pojemności i spadku zdolności oddawania mocy opisuje Battery Degradation.

Wybierz odczyty i wartość odniesienia

Korzystaj z zapisu obejmującego cały przejazd. Sprawdź w instrukcji samochodu, co uwzględnia wskazanie zużycia, zwłaszcza klimatyzację kabiny, ogrzewanie lub chłodzenie akumulatora oraz zużycie podczas postoju. Średnia z ostatniego odcinka nie reprezentuje dłuższej podróży.

Odczyty energii i SOC muszą obejmować ten sam okres. Na przykład amerykańska instrukcja Tesli Model Y rozróżnia zużycie energii podczas jazdy i podczas postoju. Połączenie wartości energii dotyczącej tylko jazdy ze spadkiem SOC obejmującym długi postój pomija w obliczeniu część zużycia. Tesla US Model Y manual: energy use while driving and parked

Aby uzyskać procent zachowanej energii, ustal wartość odniesienia dla nowego akumulatora w tej samej wersji i dla tego samego zakresu energii:

• Zidentyfikuj dokładną konfigurację akumulatora oraz wszelkie zmiany oprogramowania wpływające na dostępną energię.
• Sprawdź początkową i końcową granicę wartości odniesienia. Pojemność brutto, pojemność netto i energia w wyświetlanym zakresie 100–0% to różne wielkości.
• Potwierdź, czy wartość odniesienia obejmuje energię dostępną poniżej wyświetlanego 0% oraz czy warunki pomiaru są porównywalne.

EVKX definiuje pojemność netto jako całą energię dostępną dla kierowcy od wyświetlanego 100% do zatrzymania napędu, wraz z ewentualną dostępną rezerwą poniżej zera. To obliczenie na podstawie przejazdu ekstrapoluje wyłącznie wyświetlany zakres 100–0%. Rozdział Battery Buffer and Usable Capacity wyjaśnia tę granicę, a Gross and Net Battery Capacity definiuje podstawowe pojęcia dotyczące pojemności.

Jeżeli nie ma odpowiedniej wartości odniesienia, pozostaw oszacowanie w kWh i porównuj podobne przejazdy w kolejnych okresach. Wcześniejszy przejazd może stanowić własny punkt odniesienia, ale odzwierciedla stan danego samochodu w tamtym dniu, niekoniecznie jego stan jako nowego.

Zarejestruj przejazd i oblicz energię

Wybierz podróż z dogodnymi możliwościami ładowania i wystarczającą rezerwą na zmiany pogody oraz trasy. Szerszy przedział SOC zmniejsza względny wpływ zaokrąglenia, ale nie istnieje uniwersalny minimalny przedział gwarantujący dokładność. Nie trzeba zaczynać od 100%; nie zbliżaj się do zatrzymania samochodu z powodu wyczerpania energii, aby ukończyć sprawdzenie.

1. Przestrzegaj zaleceń dotyczących ładowania samochodu. Wybierz przejazd, podczas którego akumulator ma powtarzalną temperaturę roboczą i nie ma ostrzeżeń dotyczących akumulatora ani układu zarządzania temperaturą.
2. Bezpośrednio przed jazdą zapisz wyświetlany SOC i wyzeruj rejestr podróży dla całego przejazdu.
3. Jedź normalnie. Zadbaj, aby zapis energii i przedział SOC obejmowały ten sam okres również podczas postojów; jeśli energia zużyta na postoju jest pomijana i nie da się jej uwzględnić, wykorzystaj inny przejazd.
4. Po bezpiecznym zaparkowaniu na końcu trasy zapisz jednocześnie SOC, dystans i zużycie, zanim zaczniesz ładowanie lub dłuższy postój. Zapisz też czas podróży, datę, przebieg całkowity, wersję oprogramowania, temperaturę otoczenia i temperaturę akumulatora, jeśli jest dostępna.
5. Oblicz podaną energię, a następnie podziel ją przez wykorzystaną część wyświetlanego SOC.

Dla zużycia podanego w kWh/100 km:

Podana energia przejazdu (kWh) = dystans (km) × zużycie (kWh/100 km) ÷ 100

Dla efektywności podanej w milach/kWh:

Podana energia przejazdu (kWh) = dystans (mile) ÷ efektywność (mile/kWh)

Zmiana z 90% do 20% to 70 punktów procentowych, czyli ułamek 0,70:

Szacowana energia wyświetlanego zakresu (kWh) = podana energia przejazdu ÷ ((SOC początkowy − SOC końcowy) ÷ 100)

Przy odpowiedniej wartości odniesienia dla nowego akumulatora:

Szacowana zachowana energia (%) = szacowana energia wyświetlanego zakresu ÷ odpowiednia wartość odniesienia dla nowego akumulatora × 100

Te równania wykorzystują energię podaną przez samochód. Energia naliczona przez ładowarkę może obejmować straty i zużycie pomocnicze za jej licznikiem, więc nie może zastąpić energii pobranej z akumulatora podczas przejazdu. Charging loss wyjaśnia granice pomiarów.

Przykłady obliczeń

Są to hipotetyczne dane ilustrujące obliczenie, a nie pomiary konkretnego modelu. W obu przykładach przyjęto odpowiednią wartość odniesienia 86,5 kWh dla wyświetlanego zakresu 100–0% nowego akumulatora. Zaokrąglone wyniki pokazują rachunek; nie potwierdzają dokładności pomiaru do jednej dziesiątej procenta.

Kilometry i kWh/100 km

Przejazd obejmuje 308 km przy wyświetlanej średniej 25 kWh/100 km, od 100% do 5%:

Podana energia = 308 × 25 ÷ 100 = 77,0 kWh

Przedział SOC = 100 − 5 = 95 punktów procentowych

Szacowana energia wyświetlanego zakresu = 77,0 ÷ 0,95 ≈ 81,1 kWh

Szacowana zachowana energia = (77,0 ÷ 0,95) ÷ 86,5 × 100 ≈ 93,7%

Oszacowanie jest o około 6,3% niższe od wartości odniesienia. Różnica łączy ewentualną trwałą zmianę z wpływem warunków i błędem oszacowania.

Mile i mile/kWh

Inny hipotetyczny przejazd obejmuje 140 mil przy efektywności 2,5 mili/kWh, od 90% do 20%:

Podana energia = 140 ÷ 2,5 = 56,0 kWh

Przedział SOC = 90 − 20 = 70 punktów procentowych

Szacowana energia wyświetlanego zakresu = 56,0 ÷ 0,70 = 80,0 kWh

Szacowana zachowana energia = 80,0 ÷ 86,5 × 100 ≈ 92,5%

To oszacowanie jest o około 7,5% niższe od wartości odniesienia. Przejazd zaczyna się bez pełnego naładowania i kończy z rezerwą. Oba przykłady wykorzystują różne dane; nie są przeliczeniem jednostek dla tej samej podróży.

Interpretuj różnice między przejazdami

Zaokrąglenie i przedział SOC

Załóżmy, że SOC na każdym końcu przedziału jest zaokrąglany do najbliższego całkowitego punktu procentowego. Każdy odczyt może różnić się od oszacowania źródłowego o maksymalnie pół punktu, więc różnica między nimi może być błędna nawet o jeden punkt wyłącznie wskutek zaokrąglenia.

Przy niezmienionej podanej energii użycie przedziału 9 lub 11 punktów zamiast 10 zmienia obliczoną energię odpowiednio o około +11% lub −9%. Użycie 79 lub 81 punktów zamiast 80 zmienia ją o około ±1,3%. Te zakresy ilustrują jedynie zaokrąglenie; nie obejmują błędu oszacowania BMS, zaokrąglenia zużycia ani pominiętej energii.

Zużycie i dostępna energia

Wiatr, wzniesienia, opony i prędkość zmieniają ilość energii potrzebnej do podróży. Samo wyższe zużycie nie oznacza mniejszego akumulatora: jeśli rejestr podróży obejmuje energię, a zmiana SOC prawidłowo za nią podąża, obliczenie uwzględnia zwiększone zużycie.

Brakująca energia jest innym problemem. Jeśli odbiornik zmniejsza SOC, ale nie jest uwzględniony w zarejestrowanej energii przejazdu, licznik jest za mały, a obliczona energia zakresu zostaje zaniżona. Przed zastosowaniem korekty sprawdź sposób rozliczania energii przez samochód; nie zakładaj standardowego procentu strat.

Temperatura i tempo rozładowania również mogą zmieniać ilość energii oddanej przez akumulator przed osiągnięciem jego granic. Dlatego podręcznik testowania akumulatorów DOE określa warunki temperatury i napięcia oraz rozdziela testy pojemności, dostępnej energii i mocy. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles

Korekty SOC i zmiany zakresu roboczego

BMS szacuje stan naładowania na podstawie pomiarów i modeli. Zmiany oszacowania mogą przesunąć wyświetlaną wartość procentową bez dodania energii ani przywrócenia pojemności ogniw. Analog Devices: SOC and SOH estimation Nieoczekiwany skok SOC lub korektę po zaparkowaniu zapisz osobno; nie łącz tego późniejszego SOC z energią wcześniejszego przejazdu, traktując wynik jako porównywalny test.

Oprogramowanie również może zmieniać dostępny zakres. Balansowanie może przywrócić dostęp do energii ograniczony przez nierówne poziomy naładowania, ale nie zmienia utraconej zdolności ogniw do magazynowania energii. Cell balancing Zapisuj zmiany oprogramowania i istotne prace serwisowe, aby zmienione oszacowanie nie było automatycznie uznawane za degradację.

Porównuj kilka przejazdów o podobnych zakresach SOC, temperaturach i sposobie rozliczania energii. Zachowuj poszczególne wyniki oraz ich warunki zamiast uśredniać nieporównywalne testy. Utrzymujący się spadek w porównywalnych warunkach daje mocniejszy powód do zbadania sprawy niż najniższy pojedynczy odczyt.

Kiedy wykonać test diagnostyczny

Jeśli nieoczekiwanie niskiemu wynikowi towarzyszą ostrzeżenia akumulatora, powtarzające się nagłe zmiany SOC lub nietypowe ograniczenia mocy, postępuj zgodnie z zaleceniami serwisowymi samochodu. Powtórzenie długiego przejazdu nie wyklucza usterki. Badanie Montesa i współpracowników dotyczące oceny akumulatorów rozróżnia bieżące oszacowania stanu od testów pojemności i rezystancji wewnętrznej oraz uwzględnia usterki obok zachowanej energii. Montes and colleagues: assessing batteries after EV use (2022)

Jeśli test producenta jest dostępny, zapewnia określoną procedurę. Amerykańska instrukcja Tesli Model Y rozróżnia ocenę stanu opartą na BMS i opcjonalny Battery Health Test. W samochodach wyposażonych w tę funkcję test może trwać do 24 godzin przy podłączeniu do AC i może rozładować akumulator do wyświetlanego 0%, gdy samochód pozostaje zaparkowany i podłączony. Podaje zachowaną energię w porównaniu ze stanem nowym i może ponownie skalibrować wyświetlane oszacowanie zasięgu. Tesla zaleca go tylko w razie obaw dotyczących zachowanej energii. Przestrzegaj wszystkich wymagań wstępnych i wskazówek z instrukcji. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Przed decyzją o zakupie, naprawie lub roszczeniu gwarancyjnym poproś o raport identyfikujący samochód i akumulator, datę testu, mierzoną wielkość, wartość odniesienia, metodę, warunki oraz istotne usterki. W przypadku roszczenia dotyczącego pojemności uwzględnij obowiązujący próg wyniku pozytywnego lub negatywnego. Zanim zapłacisz za test mający uzasadnić roszczenie, potwierdź, jaką procedurę akceptuje producent. Battery warranty wyjaśnia odrębne wymagania dotyczące gwarancji pojemności i ochrony przed wadami.