Baterie v elektromobilech jsou velkým tématem. Jejich výdrž, poškození, opravy i recyklace – to jsou témata, která by samostatně vydala na kvanta textu. Jedním z rozšířených mýtů je nejen fakt, že se baterie musí po pár letech celá vyměnit z důvodu degradace, ale také, že se musí měnit při sebemenším poškození. Ani jedno samozřejmě není pravda a jak je to ve skutečnosti jsme zjišťovali v novém tréninkovém centru Porsche Česká republika nedaleko Prahy, kde jsme byli svědkem podrobného předvedení postupu opravy baterie i ukázky testování baterií.
Tréninkové centrum Porsche Česká republika pro mě není žádnou novinkou, na stejném místě totiž proběhlo měření degradace baterie mého Audi e-tron, o kterém si můžete přečíst v mém dřívějším článku. Dnes jsem tady ale kvůli jiným elektromobilům, konkrétně budu zkoumat výměnu modulu baterie platformy MEB, na kterém jsou postaveny nové Volkswageny ID., Škoda Enyaq nebo třeba Audi Q4 e-tron či Cupra Born.
Baterie vydrží opravdu hodně
Prvním důležitým poznatkem je fakt, že pokud je to jen trochu možné, baterie se opravují a vyměňují (případně jejich jednotlivé moduly) a nemění se celé. K celé výměně baterie dochází opravdu velmi zřídka. Nejčastěji se mění pouze jednotlivé moduly baterie, kterých je u 82kWh baterie z platformy MEB 12 a ty obsahují více než stovku článků. Baterie jiných konstrukcí však mohou mít modulů ještě více a výměna každého je tak ještě levnější – příkladem může být baterie z Audi e-tron (platforma MEBevo), která má rovnou 36 modulů.
Nejčastějším důvodem pro výměnu modulu je jeho selhání či parametry mimo toleranci, případně netěsnosti. Díky výměně modulů je celý proces nejen levnější, ale i mnohem ekologičtější oproti stavu, kdy by se musela měnit celá baterie. Velmi vzácný případ je pak výměna modulu kvůli fyzickému poškození. Baterie totiž vydrží opravdu hodně a pokud dojde k jejich lehkému poškození, je většinou auto již na odpis. Na fotkách níže slouží za příklad stařičký elektromobil Volkswagen e-Up!, který má oproti moderním vozům na platformě MEB výrazně horší ochranu baterie a přesto jeho baterie bez problémů prakticky nepoškozená vydrží crash test nebo třeba srážku auta s vlakem, kdy je auto zcela zničeno. Díky tomu jsou i požáry baterií při nehodách extrémně vzácné, a to právě díky jejich velké odolnosti. Baterie na MEB platformě mají například pyro pojistku, která při nehodě řízeným výbuchem fyzicky oddělí baterii od vysokonapěťoví sítě vozidla, pasivní vysokonapěťová pojistka pak chrání baterie před zkratem.
Například elektromobily na platformě MEB mají ve spodní části speciální kryt chránící baterii pro případ podjetí, kolem baterie je pak extrémně robustní ocelový rám, který udrží moduly baterie nepoškozené i třeba při silném bočním nárazu.
Jak se řídí baterie?
Samotná baterie má kromě svých modulů, které obsahují jednotlivé články (v případě Volkswagenu prismatické nebo sáčkové), a vysokonoapěťové kabeláže také integrovaný vodní chladící systém a trojici řídících modulů.
- BMS – elektromobilistům asi nejznámější řídící jednotka určená k inteligentnímu řízení bateriového systému. Určuje, kolik baterie může vydat nebo přijmout energie, řídí její chlazení, nabíjení a informuje vozidlo o klíčových parametrech baterie, ze kterých se pak vypočítá například dojezd a úroveň nabití v procentech.
- BJB - Řídí funkce, například jako ovládání vysokonapěťových stykačů měří proud i napětí před a za stykači. Sleduje také ovládací proud pro ovládání stykačů.
- CMC – Slouží pro sledování parametrů jednotlivých článků, jako je jejich napětí, teplota a další. Někdy se označuje také jako balancer a v baterii jich je více. Řeší zejména pasivní balancování článků.
Situace, kdy se musí měnit moduly baterie, jsou v dnešní době relativně vzácné, protože je elektromobilů na silnicích zatím poměrně malé množství. To se ale rychle mění, a proto je již nyní rozvinutá servisní síť, která si s opravou baterií poradí. V rámci Volkswagenu je v Česku 15 servisů schopných plných oprav vysokonapěťových baterií elektromobilů a stovka speciálně vyškolených techniků – vysokonapěťových expertů, kteří mohou jako jediní baterie opravovat v plném rozsahu. Kromě nich se na opravách baterií mohou podílet také vysokonapětoví technici, kteří mohou provádět například diagnostiky nebo kontroly izolace baterie. Kolem baterií se mohou pohybovat ještě takzvané elektricky poučené osoby, které mohou pracovat na vysokonapěťovém systému pouze po jeho odpojení a provádět jen základní úkony.
Do karantény a vypustit vodu
Jakmile přijede elektromobil s problematickou baterií do servisu, okamžitě se vyhodnotí jeho stav a příčina vadné baterie. Je-li automobil po nehodě a je zde riziko nestability baterie, umístí se na speciální venkovní parkovací místo do takzvané karantény. Až po ověření stavu a stability baterie se může přikročit k její opravě v servisu. Nejdříve je potřeba baterii demontovat, ještě předtím je potřeba sejmout spodní kryt chránící baterii při podjetí nebo najetí na překážky na vozovce. Následně je potřeba vypustit kapalinu z chladícího systému baterie a až poté technici přistupují k vyjmutí baterie o hmotnosti několik set kilogramů z vozidla.
Poté následuje poměrně dlouhý proces ověřování stavu baterie a parametrů. Před otevřením baterie se musí zkontrolovat její těsnost. To všechno provádí technici už se speciálními ochrannými prostředky, které je chrání před případným zásahem elektrickým proudem. Obléct si musí speciální plášť, boty, rukavice a dokonce i plastový obličejový štít. Na baterii pak pracují dva technici současně s tím, že jeden poskytuje instrukce a načítá stav z diagnostiky a druhý provádí operace. Při fyzicky náročnějších operacích pak spolupracují oba.
Po odejmutí krytu vidíme speciální pěnové těsnění. Poté musí technici ověřit, zda baterie nemá vnitřní závadu, která by případně mohla techniky ohrožovat. Proto se měří napětí a izolace baterie. Měří se také střední napětí, aby technici věděli, jak mají připravit nový modul. Poté dochází k rozpojení elektrického obvodu. Po celou dobu technici čtou přesné kroky a postup z tabletu včetně obrázků a doplňkových návodů, takže přesně vědí, co mají v kterém kroku udělat.
Jak se opravuje baterie v elektromobilu?
Aby technici mohli vyměnit konkrétní modul, musí odpojit balancer (CMC) a odpojit modul. Zároveň technici již připravují nový modul, jehož napětí musí být přesně takové, jaké je střední napětí celé baterie. Nové moduly se dodávají většinou s nabitím na 25 až 30 %, technici pak ale musí modul nabít tak, aby jeho napětí odpovídalo zbytku baterie. Balancování probíhá s přesností dokonce na tisícinu procenta nabití.
Vyjmutí modulu je relativně snadné. Odšroubuje se a oddělí od izolační a lepící hmoty. Vzhledem k hmotnosti několik desítek kilogramů se poté z baterie modul vyjímá pomocí speciálního jeřábu. Prázdné místo se očistí od izolační hmoty a nastříká se místo ní nová. Mimochodem jedna dávka hmoty pro přilepení jednoho modulu vyjde na 4 tisíc Kč. Na ní se se aplikuje a přilepí nový modul, který se mezitím připravil tak, aby napětí odpovídalo. Jeřábem opět oba technici modul vloží do baterie. Po sérii testů pak probíhá adresování nového modulu v BMS, které zjistí, že má nový modul a podle toho se ke němu chová a loguje jeho historii užívání. Následuje pak už jen uzavírání a utěsňování celé baterie a vložení zpět do automobilu.
Celý proces trvá zhruba jeden pracovní den ve dvou osobách, je to tedy poměrně náročný proces. Výsledkem je ale vyměněný modul místo prosté výměny celé baterie, což je mnohem ekonomičtější a ekologičtější varianta. Zjišťovali jsme také, jak je finančně náročná výměna takového modulu. Zaprvé je důležité zmínit, že na baterii se vztahuje záruka 8 let nebo 160 tisíc kilometrů a pokud by v rámci záruky bylo nutné modul vyměnit, je pro majitele vozidla servisní zásah zdarma. Po vypršení záruky pak výměna takového modulu vyjde na 50 až 70 tisíc Kč včetně materiálu a práce. To je výrazně méně než cena celé baterie, jejíž výměna je a bude velmi vzácná.
