Cum testăm bateria unei konițe, cu ajutorul CarScanner?

Într-un articol precedent, v-am spus de irelevanța parametrului SoH – State of Health, care ar trebui să exprime gradul de degradare a bateriei de tracțiune a unei mașini electrice.

Așa cum am mai explicat, percepția publică asupra SoH se referă la diminuarea capacității de stocare a bateriei mașinii electrice. Și da, îi spunem baterie și nu acumulator, pentru că vorbim de o grupare/ansamblu de componente, cu funcții independente care, prin sinergia lor, îndeplinesc funcția de stocare a sarcinii electrice și livrarea de putere pentru facilitarea deplasării autovehiculului.

În ultimii ani, analizând din surse publice/deschise modul în care alți oameni verifică spusele producătorilor auto cu privire la bateriile mașinilor, fiind și eu direct interesat de starea bateriei mele, cu timpul am elaborat și testat zeci de metode de evaluare a capacității de stocare a bateriei din mașina mea. Unele s-au dovedit consistente și predictibile, altele doar timp pierdut și …

Însă, din tot acest proces, au rezultat 3 unelte indispensabile acestui tip de evaluare:

1. Contorul pentru priza casnică, din punctul de unde este conectată instalația de încărcare (în cazul meu un prelungitor de 10m + încărcătorul portabil)
2. Încărcător portabil monofazat, cu reglare 10-16A și contor propriu. Te ajută să calculezi pierderea pe prelungitor, în caz că acesta există. Poate fi substituit cu o stație de încărcare type2.
3. O interfață OBD-II cu care să citești datele necesare. În cazul meu e vorba de un dispozitiv OBD-II care comunică cu un telefon prin intermediul conexiunii Bluetooth
4. O aplicație cu care să afișezi datele citite de pe OBD-II într-un mod inteligibil pentru oameni. Și pentru mine unealta de bază este CarScanner.

De ce CarScanner?

Simplu. Pentru că:

• Folosesc simplu și ușor prin intermediul unui telefon
• Este o soluție ce nu necesită conectarea prin intermediul cablurilor (chestiune ce ține mai mult de confort)
• O colecție suficientă de parametri ce pot fi interpretați
• Îți poți configura ecrane intuitive după nevoile de monitorizare
• Salvează/Înregistrează datele dintr-o sesiune de monitorizare
• Poți exporta datele înregistrate în format .csv pentru a le putea procesa ulterior

De ce trebuie un test mai complex și nu e suficient să mă uit la SoH?

Pentru că e inconsistent și evoluează în timp. Infirm total enunțul cum că odată ce scade parametrul, drumul este ireversibil. Mai jos, puteți vedea cum a evoluat/evoluează SoH-ul la mine.

Întrucât este un parametru extrem de inconsistent și care nu validează nici o definiție primită, am decis să îl ignor. Iar asta înseamnă că trebuie să folosesc o altă metodă de evaluare a stării de sănătate a bateriei mele.

Ce parametri trebuie să monitorizez pentru a testa bateria Konei?

Partea bună la CarScanner e că vă interpretează atât contoarele de sarcină (Ah) cât și pe cele de putere (kWh). Din fericire contoarele de pe Kona sunt coulombo-metrice, așa că dacă le folosiți pe cele in kWh, nu trebuie să vă bateți capul cu transformări adiționale. Eu vă recomand să le folosiți pe cele in kWh întrucât verificarea cu contorul de la priză o să trebuiască să o faceți tot in kWh.

Din CarScanner, următorii parametri vă pot ajuta:

• CEC – [BMS] Cumulative Energy Charged (kWh) – exprimă cantitatea de energie intrată în BMS. Mare parte din ea ajunge în acumulatorul din baterie, că mai sunt și consumatori care se alimentează direct din invertor, cum ar fi bateria de 14V.
• CED – [BMS] Cumulative Energy Discharged (kWh) – exprimă cantitatea de energie ieșită din BMS.
• SoC – [BMS] State of Charge BMS (%) – exprimă procentual nivelul de încărcare al bateriei. Și este liniar. Atenție că acesta diferă de ce este afișat în bordul mașinii. Valoarea din bordul mașinii este extrapolată defapt la acest parametru, suprapunându-se ca valoare pe la 20%.
• ANC – [BMS] Accumulated normal charging energy (kWh) – exprimă cantitatea de energie încărcată prin portul Type2
• AQC – [BMS] Accumulated quick charging energy (kWh) – exprimă cantitatea de energie încărcată prin portul CCS.

Bineînțeles, ne interesează diferența dintre momentul de final (Tf) și început (T0) al testelor necesare. Aceasta diferență o exprimăm ca Δ. Astfel, de exemplu, când mă voi referi la ΔCEC, înseamnă că m-am referit la diferența dintre valoarea CEC la finalul testului și valoarea CEC de la începutul testului. Pentru cei care nu au avut repulsie față de matematică,

ΔCEC = CEC(TF)-CEC(T0)

Și zic teste pentru că orice rezultat obținut trebuie și verificat. Dacă nu se verifică, metoda nu-i bună. Și de aici încolo, date reale din ultimele două teste de descărcare efectuate, unul pe 5 aprilie și altul pe 18 aprilie 2023.

Menționez din start, că, prin prisma echipamentelor utilizate și a preciziei acesteia, rezultatele reale per parametru citit pot varia cu pana la 99wh pentru CEC și CED, cu până la 999wh pentru ANC și AQC, iar pentru SoC, precizia este de 0,5%. Calculele le fac cu rotunjire în jos, ceea ce înseamnă cel mai defavorabil caz. În cel mai favorabil caz, rezultatele pot crește cu până la 580wh la nivelul capacității acumulatorului, adică 0.9%. E o eroare acceptabilă și până la urma urmei, rezultatele istorice verifică această marjă.

La alte modele de electrice, acești parametri se pot regăsi sub altă denumire sau trebuie extrapolați în mod diferit, motiv pentru care acest articol se referă strict la mașinile Hyundai-Kia.

Pasul 1: Cum calculăm capacitatea disponibilă a acumulatorului?

E relativ simplu ca metodă, mai complicat ca procedură. Capacitatea disponibilă o vom nota cu Qconsumat și o exprimăm în kWh.

Metodă:

Qconsumat= ΔCED – ΔCEC

De ce nu ne uităm doar la CED? Pentru că în timpul deplasării mai recuperați energie prin frânare, aport ce trebuie corectat în calculele noastre. Și presupunem că din CEC bateria de 14V nu a consumat chiar asa de multă energie (deși la 4h de funcționare, lejer poate consuma 2kwh). Așa că, în acest test, pentru simplitatea calculelor, consideram ca CEC contine doar energie recuperată și încărcată în acumulatorul din baterie. Puteți considera un consum orar la bateriei de 12V, se poate deduce doar dacă aveți datele de sesiune înregistrate și exportate în .csv.

Procedură: va trebui să descărcăm acumulatorul mașinii cât mai mult posibil (să ajungem cu SoC sub 10%, ideal chiar sub 3%). Asta înseamnă că trebuie să faceți o deplasare cu mașina. Însă, atenție, nu vă interesează valorile de consum, așa că puteți face testul și pe autostradă, la 130 km/h, nu alterați rezultatele. Eventuale consumuri cu răcirea activă a bateriei, în caz că ea se încălzește, le regăsiți in CED. Puteți opri mașina între timp, puteți chiar efectua maxim o încărcare, rezultatele vor fi consistente atât timp cât ajungeți la un SoC foarte mic.

Pentru testul de descărcare, avem de efectuat câteva pregătiri:

• Încărcăm mașina la încărcare lentă, până la 100% (adică până închide ea încărcarea)
• Înainte să „punem contactul” mașinii, conectăm dispozitivul OBD-II și începem sesiunea de citire a datelor. Din acest moment nu mai închideți sesiunea de monitorizare decât la final)

Pentru calcule mai rapide, puteți să faceți și o captură de ecran. Dacă nu sunteți interesați de evoluția datelor pe timpul testului, nici nu o să aveți nevoie să monitorizați o sesiune atât de lungă. Normal că eu sunt interesat de evoluția lor :D.

Eu am redenumit senzorii mai sus menționați, pentru a fi mai inteligibili când mai trimit informația în alte locuri, după cum urmează:

• CEC = Total energie încărcată
• CED = Total energie descărcată
• SoC = BMS SoC
• ANC = încărcat AC
• ANQ = încărcat DC

Imediat ce ați terminat de descărcat bateria și ați oprit mașina (pentru acest test eu am făcut un drum Brașov-București-Brașov), notați datele:

Și acum, aplicăm raționamentul:

Dacă pentru ΔSoC am consumat Qconsumat energie, atunci, la momentul începerii testului aveam

Qdesc = [Qconsumat x SoC(T0)] / ΔSoC

Adică, aplicat la datele de mai sus:

• ΔCED = 14343,1-14274,3 = 68,8 (kWh)
• ΔCEC = 14890,7-14879,5 = 11,2 (kWh)
• Qconsumat = 68,8-11,2 = 57,6 (kWh)
• ΔSoC = 94-9=85 (%)

ceea ce rezultă în

• Qdesc = 57,6*94/85 = 63,7 (kWh). Adică în cel mai rău caz, la momentul testului, asta era capacitatea netă a bateriei mele. este un rezultat consistent cu alte teste.

Pasul 2: verificarea rezultatelor

Verificarea rezultatelor este destul de simplă: încercăm să punem înapoi, de la rețea, ceea ce am consumat la primul pas. Adică un test de încărcare.

Dacă diferența dintre ce încarc și ce descarc este sub 1, atunci testul este validat. Și de ce spun 1? pentru că, din pacate, ANC și AQC nu afișează zecimale.

Țin să menționez că am determinat și cunosc pierderile la instalația mea de încărcare. Fiecare instalație are pierderile sale. În caz că nu le știți, vedeți în introducerea articolului cum le puteți determina.

În ceea ce privește datele carscanner, momentul 0 ar trebui să fie imediat ce testul de descărcare este încheiat. Astfel că T0 al testului de încărcare este Tf al testului de descărcare.

Încărcarea am efectuat-o la o priză schuko, de 12A.. După o zi în care am lăsat mașina la încărcat, am obținut următoarele date:

Ceea ce trebuie să obținem noi, pentru validarea testului este:

Qconsumat – ΔANC < (±)1

Adică, în cazul nostru,

• Qconsumat = 57,6 kWh
• ΔANC = 58 kWh

rezultă o diferență de 400wh, ceea ce valideaza testul nostru.

De ce la acest test nu m-am uitat la ΔCEC? Simplu, pentru că am avut precondiționarea mașinii pornită, și cam 1kwh s-a dus acolo. Plus ca na, si bateria de 14V posibil sa mai fi consumat ceva, dar oricum, sub marja de eroare. Eliminand preincalzirea, rezultatele sunt constante, încadrându-se în marja de eroare.

Având în vedere precizia datelor cu care se lucrează și aproximările/prezumțiile efectuate, dacă energia descărcată este la 95% din energia încărcată, puteți considera capacitatea finala a bateriei Qdescarcat, ca cel mai defavorabil caz. În cel mai favorabil caz, aveți în plus până la 600wh din Qdescarcat.