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.