 |
„V telefonu mi baterka odešla po třech letech, to bude skvělý až se mi to stane v autě a za novou dám půl mega,“ rozčilují se často lidé v diskuzích na internetu i hospodách. Vyvrácení i takovéto obavy bylo jedním z cílů, proč Volkswagen pozval novináře do svého školícího centra, kde nám takzvaní „vysokonapěťoví experti“ ukázali, jak se akumulátory elektromobilů rozebírají a opravují.
Mimochodem, výrazem „vysokonapěťový expert“ nechceme školiteli podlézat, je to terminus-technikus označující kvalifikovaného pracovníka, oprávněného pracovat na systémech pod napětím, opravovat vysokonapěťové baterie, deaktivovat a aktivovat kritické vysokonapěťové systémy (například po závažných nehodách) a demontovat a balit kritické (tedy např. při nehodě vážně poškozené) akumulátory.
Do servisu především po nehodách
Právě nehody jsou zdaleka nejčastějším důvodem, proč musí technici Volkswagenu na akumulátorech pracovat. Akumulátory platformy MEB (ale platí to i o jiných) mají robustní rám a hrají roli i v strukturální pevnosti automobilu - v servisních pokynech je dokonce technikům zapovězeno do vozidla bez akumulátoru usednout.
Řez strukturou rámu na tréninkovém akumulátoru
Tento rám zabezpečuje, že moduly akumulátorů zůstanou celistvé i při poměrně vážných nehodách.
Achillovou patou je poškození ze spodní strany, které může vzniknout například pro najetí na vyvrácený obrubník, kámen, nebo jiný předmět na cestě – to je také nejčastější typ poškození, který technici řeší. A to přesto, že mezi akumulátorem a silnicí je takzvaná ochrana proti podjetí, což je 3–5 milimetrů silný plech překrývající velkou část podvozku elektromobilu.
Jak v případě mechanického poškození, tak v případě že vozidlo zahlásí poruchu akumulátoru, se poškozený prvek dá rozebrat a opravit. Nejde totiž o jeden velký akumulátor, ale (s trochou nadsázky) několik malých.
Autu pod sukni
Jakmile technici sundají ochranu proti podjetí, naskytne se jim pohled, který vidíte na fotografii níže. Akumulátor je s vozidlem spojen řadou šroubů, kabelů a hadic.
Na straně akumulátoru blíže k motoru jsou přípojné body pro vysokonapěťové vedení pro trakční motor, nabíjení, napájení klimatizační jednotky a elektroniku vozu a také datové spojení pro vzájemnou komunikaci řídících jednotek akumulátoru a vozidla.
V elektromobilech jsou dva okruhy elektřiny. Jeden je nízkonapěťový doplněný standardní 12V baterií a pohání běžní palubní systémy a řídící jednotky - jako ve voze se spalovacím motorem. Tento okruh je méně nápadný a kabelové svazky jsou zpravidla černé.
Naopak kabely vysokonapěťového okruhu, kde se, podle konstrukce vozidla, napětí pohybuje kolem 400, nebo kolem 800 V, jsou vyvedeny v zářivě oranžové barvě, kterou technik nepřehlédne.
Barevné šipky označují napojení okruhu pro temperaci (chlazení a ohřívání) akumulátoru. Trasy ve kterých si kapalina s akumatorem vyměňují teplo jsou zespodu jasně patrné.
Na druhé straně akumulátoru je připojení okruhu pro chlazení a ohřívání akumulátoru na provozně optimální teplotu. Nejvíce aktivní chlazení poznáte v zimě, kdy ohřeje akumulátor zmrzlého zaparkovaného vozidla tak, aby podával potřebný výkon a při nabíjení, kdy jej – pokud nabíječku jako cíl zadáte do navigace – předehřeje tak, aby nebyly nabíjecí procesy zpomalovány nízkou teplotou. Naopak v létě, například při svižných dálničních přesunech, akumulátor při nabíjení chladí.
Mnozí mají představu, že na elektromobilech mohou pracovat jenom specializovaní „elektromobilní“ elektrikáři, to však platí pouze pro opravy na vysokonapěťovém systému vozidla. V naprosté většině vozidla může pracovat běžný servisní technik poté, co vozidlo kvalifikovaný pracovník uvede do takzvaného beznapěťového stavu.
Slouží k tomu odpojovač, který nalezne pod přední kapotou. Po jeho vytažení dojde k fyzickému odpojení vysokonapěťového vedení z akumulátoru tak, že již na konektorech akumulátoru není napětí. Aby se nestalo, že někdo akumulátor omylem opět připojí, zajistí technik konektor klasickým visacím zámkem.
Vozidlo v beznapěťovém stavu technik zabezpečí vlastním zámkem.
Až do uvedení do stavu pod napětím na vozidle mohou pracovat „normální“ servisní pracovníci.
Je ještě další místo, kde lze akumulátor elektricky odpojit od zbytku vozidla a které není určeno pro servis, ale hasičské sbory zasahující u nehod. Hasiči mají o jejich umístění u jednotlivých modelů informace a mohou tak rychle a bez jakékoli montáže odpojení akumulátoru pojistit. Pojistit píšeme proto, že v případě nehody, při které zasáhne řídící jednotka airbagů a předpínačů pásů, jsou akumulátory automaticky odpojeny elektronickou pojistkou (lze ji reaktivovat pomocí diagnostiky), případně pyropojistkou. To je pojistka, v níž je malé množství trhaviny, která je elektricky „odpálena“ spolu s airbagy.
Takto vypadají funkční pyropojistky. Jak vypadají po „odpálení“ najdete v galerii.
Při naprosté většině nehod jsou tak výstupy akumulátoru odpojeny a vozidlo uvedeno do beznapěťového stavu ve stejném zlomku vteřiny, kdy jsou uvedeny v činnost předpínače pásů a airbagy.
Do útrob akumulátoru
Zatímco ze světa spotřební elektroniky jsme zvyklí pohlížet na akumulátor jako na nerozdělitelný celek, u elektromobilů je opak pravdou. Akumulátor je sice v provozním stavu vodotěsně uzavřený a tato vlastnost se před jakýmkoli servisním zásahem ověřuje podtlakovým testem, ale po demontáži desítek šroubů a odtržení těsnění na techniky čekají samostatné moduly, propojené vzájemně a se vysokonapěťovou sběrnicí a také několik řídících jednotek, které komunikují s jednotkami ve voze a provoz akumulátoru zajišťují.
Sejmutí vrchního krytu akumulátoru.
Na snímku si všimněte deseti shodných pozic, z nichž devět je obsazeno akumulátorovými moduly, ve kterých jsou samotné články akumulátoru – u Volkswagenu používají buď prizmatické, nebo kapsičkové články. Modul je nejmenší rozebiratelnou jednotkou a mimo balancování se neopravuje – články jsou dovnitř částečně lisované a zároveň zalité hmotou umožňující lepší přechod tepla. Pokud jeho kapacita klesne pod určitou mez, může být využit například pro stacionární bateriové úložiště, pokud je vadný, je řízeně zcela vybit (pod kritickou mez, kdy v něm bude tak málo energie, že je opětovné nabití vyloučeno) a je odeslán na recyklaci.
Ve volné pozici akumulátorového bloku jsou řídící jednotky.
Proměřování akumulátoru
Proměření akumulátoru je prvním krokem každé jeho opravy. S postupem pomáhá software, každý krok technici vidí na monitoru a musí potvrdit. Součástí ochranného oblečení jsou nejen rukavice, ale i štít, který ochrání oči a dýchací cesty, pokud by technik udělal chybu a došlo k výboji.
Používá se také speciální izolované nářadí a na všechny odkryté plochy pod napětím se nasazují krytky.
Práce na akumulátoru má přesný postup, ochranné pomůcky a speciální nářadí.
Zastavme se ještě u řídících jednotek. V akumulátorech platformy MEB najdete tři. První se jmenuje Cell Management Controller (zkráceně CMC) a slouží pro sledování napětí a teplot jednotlivých článků akumulátoru. Zajišťuje pasivní balancování článků a umožňuje jednu z variant nouzového odpojení akumulátoru.
Druhá se jmenuje Battery Junction Box (zkráceně BJB) a ta měří proudy a napětí ve vysokonapěťové oblasti (před a za stykači), měří izolační odpor bateriového systému (důležitá bezpečnostní funkce) a ovládá vysokonapěťové stykače (tedy fyzicky připojuje a odpojuje akumulátor od zbytku vozidla).
A třetí se jmenuje Battery Management System (zkráceně BMS), která komunikuje s vozidlem i CMC a BJB a je stručně řešeno mozkem akumulátoru – má na starost všechny funkční a bezpečnostní výpočty. Například i rozhoduje o tom, jak rychle může být akumulátor právě dobíjen a jaké množství energie z něj lze odebírat.
Výměna a balancování modulu
Ve kterém modulu je chyba zjistí technici jednak pomocí diagnostiky z řídících jednotek, jednak ověří měřením uvnitř akumulátoru. Proto přesně vědí, který modul mají odpojit a vyjmout.
V případě akumulátoru z ID.4 váží jeden modul zhruba 30 kilogramů, takže by s ním nebyla snadná ruční manipulace. Proto k němu připojí úchyty, za který jej vytáhnout pojízdnou stolicí s manipulačním ramenem.
Vyjmutí modulu z akumulátoru
Je třeba použít více síly, protože modul je potřeba „utrhnout“ z vrstvy teplovodivé pasty, která je při instalaci nanesena a která zajišťuje přenos tepla od modulu ke chladícímu/vyhřívacímu okruhu.
Sejmutí teplovodivé pasty
Jak jsme vysvětlili o něco výše, s modulem samotným se toho v servisu moc dělat nedá. Po vyjmutí tak zpravidla následuje vložení nového kusu do akumulátoru vozidla, nebo připojení daného modulu na balancér, který srovná úroveň nabití jednotlivých článků v modulu.
Určitou míru balancování článků zvládne akumulátor ve vozidle, tento proces je podle potřeby spouštěn při pomalém nabíjení zhruba nad 80 procent kapacity akumulátoru, má však jen omezenou účinnost. Lepší dosáhne externí balancer.
Pomocí balanceru mohou technici zcela přesně nabít či vybít akumulátor na potřebné napětí. S přesností na tisícinu voltu.
Balancer se používá se i při výměně modulu, protože nově vložený modul musí mít zcela stejné napětí (stav nabití) jako moduly ostatní. A protože se moduly dodávají ve zhruba třicetiprocentním stavu nabití je dobré i vozidlo do servisu dodat s podobným stavem akumulátoru, jinak bude proces srovnání hladin trvat zbytečně dlouho.
Před vložením nového nebo vybalancovaného modulu do akumulátoru je potřeba nanést vrstvu teplovodivé pasty. K přesnému dávkování i rozložení slouží šablona s vlnovkou, kterou dvojsložkovou pastou (míchanou ze dvou tub) technici vyplní.
Nanášení nové teplovodivé pasty. Povšimněte si masivní přepážky mezi akumulátorovými moduly, i ty slouží ke zvýšení strukturální pevnosti akumulátoru.
Po vyjmutí šablony opět s pomocí pojízdné stolice vsadí nový modul a následně se všechny kroky zmíněné při rozebírání provedou v opačném pořadí.
Na konci procesu je opravený funkční akumulátor, připravený na další provoz ve vozidle.
