12-вольтні батареї у гібридах та електромобілях: як працюють та чому від них досі не відмовились

Автомобільні компанії щодня хваляться ємністю тягових батарей та відповідно запасом ходу своїх електромобілів та гібридних авто. Притому більшість власників навіть не замислюються, що в авто на електротязі присутні також класичні 12-вольтні акумулятори. Які  функції вони виконують, наскільки важлива їхня роль і взагалі – чому автовиробники від них досі не відмовились?

Не секрет, що електромобілі живляться від високовольтної тягової батареї, але зазвичай вони також мають усім звичний 12-вольтний автомобільний акумулятор. Його також інколи називають допоміжною батареєю.

На відміну від транспортних засобів із двигуном внутрішнього згоряння, електромобілі не заряджають допоміжну батарею за допомогою генератора. Натомість вони використовують перетворювач, щоб знизити високу напругу (наприклад, з 400, або 800 вольт) “великої” тягової батареї до необхідної напруги для заряду “маленького” акумулятора (14 вольт).

Трохи історії

Перші автомобілі не мали акумуляторів: двигун запускався рукояткою, замість електричного сигналу використовувався дзвінок або пневматична “груша”, а фари були газовими. Автомобільні акумулятори почали широко використовуватися приблизно у першій половині 1920-х років, коли машини почали масово оснащувати електричними стартерами.

Вважається, що першим автомобілем зі стандартизованою батареєю був седан компанії Hudson Motor Car Company, і сталось це у 1918 році. До середини 1950-х років в автомобілях використовувалися електричне обладнання та батареї на 6 вольт. Перехід з 6 до 12 вольт стався, коли набули популярності більші двигуни з вищим ступенем стиснення, адже вони вимагали більше електроенергії для запуску, і вища напруга була в цьому плані вигіднішою.

Які функції виконує 12-вольтна батарея в гібридах та електромобілях

Аби не “відволікати” тягову батарею. Звичайна 12-вольтна батарея в електромобілі та плагін-гібриді підтримує роботу кількох бортових систем – освітлення, аудіосистеми, мультимедіа, різноманітних систем безпеки. Окрім того, вона забезпечує роботу портів зарядки, центрального замка, системи безключового доступу, зв’язку з мобільним додатком та ряду інших систем, причому як на ходу, так і коли електромобіль запаркований з вимкненим “запаленням”.

Використання високовольтної батареї для цих потреб створить додаткове навантаження на неї і потенційно може скоротити її загальний термін служби. Крім того, основна високовольтна акумуляторна батарея набагато більша і важча, ніж 12-вольтова батарея. Використання окремої батареї меншого розміру допомагає знизити вагу автомобіля та підвищити його загальну ефективність.

Життєво важливий резерв. У разі повного розрядження чи виходу з ладу тягової батареї, або відмови одного з блоків управління нею, класичний акумулятор є резервним джерелом живлення. Він бере на себе забезпечення енергією електронних асистентів, електричного підсилювача керма, гальм, функцій автопілоту тощо, аби авто залишалось керованим та могло б безпечно та безаварійно зупинитись.

Виходить, що 12-вольтовий акумулятор на борту гібрида чи електромобіля, виконуючи важливу функцію, не має підстраховки у вигляді генератора, як на машині з ДВЗ. Тому при заміні та виборі нової АКБ варто звертати особливу увагу на її надійність та ресурс. В асортименті марки Bosch найкращими у цьому сенсі будуть батареї, у яких застосовується технологія AGM. Вони містять абсорбований електроліт, а не рідкий, що надає низку змін у властивостях. Завдяки цій технології  AGM-акумулятори витримують більшу кількість глибоких розрядів і циклів заряду-розряду та в цілому є більш витривалими. Зокрема, вони більш стійкі до вібрацій, можуть працювати майже в будь-якому положенні, а також ефективніше працюють за низьких температур.

Пуск двигуна внутрішнього згоряння. Усі без виключення плагін-гібриди та деякі електромобілі мають двигун внутрішнього згоряння. На останніх він є таким собі генератором, який дозволяє за необхідності підзарядити батарею та збільшити запас ходу на електротязі. Як водиться, саме на 12-вольтний акумулятор покладена функція запуску класичного ДВЗ.

Береже тягову батарею. Хоча згадані бортові системи автомобіля споживають небагато енергії, вони завжди або майже завжди увімкнені. Наприклад, навіть запаркована і залишена власником машина завжди готова до наближення брелока для відімкнення, або спрацювання аварійної сигналізації для її захисту. В результаті малопотужні системи в електромобілі постійно розряджають акумулятор, і краще мати 12-вольтовий акумулятор, підключений до “несплячих” систем, аніж весь час розряджати тягову батарею, скорочуючи таким чином запас ходу та її ресурс.

Безпека. Основна функція високовольтної батареї в більшості електромобілів – живлення тягових електродвигунів та компресора кондиціонера. Решта електрообладнання та системи управління працюють від свинцево-кислотних акумуляторів. Здавалося б, для цих функцій можна зменшити вихідну напругу високовольтної батареї до 12 вольт, але поточні технологічні та проектні норми вимагають, щоб мережі були повністю розділені.

Це необхідно для надійного від’єднання високовольтної системи під час зупинки електромобіля, або технічного обслуговування, ремонту, а також у разі дорожньо-транспортної пригоди.

Щоразу, коли електромобіль вмикається, саме 12-вольтова система подає живлення на контактор – по суті, перемикач, який передає електричну потужність на двигуни та їхній модуль керування. Щоразу, коли система управління сигналізує про відключення високовольтної системи, саме 12-вольтовий розподільчий механізм активує систему від’єднання.

Більшість бортових систем авто розташовані у безпосередній близькості від пасажирів. Ідея про те, що вони будуть отримувати живлення безпосередньо від батареї напругою 400 або 800 вольт, може бути лякаючою. Свинцево-кислотні акумулятори дозволяють ізолювати високу напругу шляхом відокремлення основного акумулятора від критично важливих систем. При тому що висока напруга всередині пасажирського салону вимагала б багатьох рівнів захисту.

Чому не відмовитись від “немодних” свинцево-кислотних АКБ

Літій-іонні акумулятори вважаються наступником свинцево-кислотної технології. Однак ці “нащадки” не такі надійні, і вимагають постійного моніторингу їхнього стану. А ще літій-іонні елементи потребують захисту від перезаряду та глибокого розряду, а щоб підтримувати напругу у безпечних межах, обов’язкове використання спеціальної системи захисту. Також для літій-іонних елементів важливо контролювати їхню робочу температуру – аж до облаштування систем примусового охолодження.

Лінійка акумуляторів від Bosch з технологією AGM розрахована як на сучасні електромобілі, так і на моделі майбутнього. Ці батареї також мають достатні резервні потужності для надійного обслуговування споживачів, які у майбутньому стануть більш розвиненими – зокрема, систем безпеки та “розважальної” електроніки. Асортимент 12-вольтних батарей німецького виробника охоплює 93% електричних та гібридних транспортних засобів, що наразі представлені на ринках європейських країн.

Замість висновку

Електромобілі докорінно змінюють автомобільну промисловість, а також суттєво впливають на звички, стиль водіння і взагалі на ментальність автомобілістів. Їхні конструкції розвиваються, вдосконалюються, але експерти сходяться на думці, що найближчими роками 12-вольтові батареї залишаться в авто на електротязі й надалі відіграватимуть у їх роботі важливу роль.

Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!