Pokračujeme v našom prehľade o zrode batérie do elektromobilov. Prešli sme si jednotlivé suroviny na výrobu, proces ich ťažby i miesta kde sa nachádzajú. V minulých častiach sme tiež nazreli na celosvetovú situáciu v spotrebe jednotlivých prvkov a ich stavu zásob na našej Zemi. Nesledoval proces spracovania jednotlivých surovín, ktorý vedie ku konečných produktom v patričnej čistote potrebných práve na zadelenie do komponentov batérie. Dnes by sme sa chceli zamerať na montáž jednotlivých batérií až po uloženie do vozidla.

Konečná kompletizácia sa začína zostavením batériových článkov, ktoré sú základnými stavebnými kameňmi batérie. Tieto články sa spájajú do modulov, pričom sa dbá na správne elektrické prepojenie a mechanickú stabilitu. Moduly sa následne umiestňujú do robustného rámu, ktorý chráni batériu pred vonkajšími vplyvmi a zabezpečuje jej upevnenie v automobile. Rám batérie je navrhnutý tak, aby odolal nárazom a vibráciám, čím sa minimalizuje riziko poškodenia batérie pri nehode.

Po umiestnení modulov do rámu nasleduje prepojenie jednotlivých modulov a pripojenie riadiaceho systému batérie (BMS). BMS monitoruje stav batérie, riadi nabíjanie a vybíjanie a zabezpečuje optimálnu prevádzku batérie. Dôležitou súčasťou montáže je aj inštalácia chladiaceho systému, ktorý udržuje batériu v optimálnom teplotnom rozmedzí. Chladiaci systém môže byť kvapalinový alebo vzduchový, v závislosti od konkrétneho modelu elektromobilu. Po dokončení montáže sa batéria podrobí sérii testov, ktoré overujú jej funkčnosť, bezpečnosť a výkon. Po úspešnom absolvovaní testov sa batéria inštaluje do elektromobilu, kde je prepojená s elektrickým pohonom a ďalšími systémami vozidla. Celý proces montáže batérie je vysoko automatizovaný a vykonáva sa v čistom prostredí, aby sa minimalizovalo riziko kontaminácie a poškodenia batérie.

Príprava batériového modulu

Pred samotnou montážou sa batériové moduly kompletizujú v samostatnej výrobnej linke. Tam prebieha testovanie jednotlivých článkov – Lítium-iónové články sa testujú na kapacitu, vnútorný odpor a celkovú kvalitu. Nasleduje zostavenie batériových modulov – Jednotlivé články sa spájajú do modulov, ktoré obsahujú:
BMS (Battery Management System)
Systém tepelného manažmentu
Elektrické prepojenia

A napokon prichádza zapuzdrenie modulov – Moduly sú umiestnené do ochranných puzdier z hliníka alebo kompozitných materiálov.

Integrácia do batériového packu

Po príprave modulov sa zostavuje kompletný batériový pack.

Uloženie modulov do konštrukcie batériového packu
Moduly sú umiestnené do rámu a mechanicky zabezpečené.
Musí byť zachovaná symetria pre rovnomerné rozloženie tepla.

Prepojenie vysokonapäťových káblov a riadiacej elektroniky
Používajú sa izolované konektory a bezpečnostné poistky.
BMS je pripojený na jednotlivé moduly, aby riadil napätie a teplotu.

Integrácia chladiaceho systému
Možnosti chladenia:
Kvapalinové (najčastejšie – efektívnejšie odvádza teplo)
Vzduchové (jednoduchšie, ale menej efektívne)
Kvapalinový systém pozostáva z chladiacich kanálov, ktoré cirkulujú kvapalinu cez moduly.

Tesnenie a ochrana proti vode a prachu (IP67/IP68)
Používajú sa silikónové alebo gumové tesnenia na zabránenie vniknutia vlhkosti.

Inštalácia batériového packu do karosérie vozidla

Zdvíhanie a umiestnenie batérie
Batéria sa zdvíha hydraulickým zdvihákom a presne sa usadí do podvozka.
Presnosť montáže je dôležitá pre správne rozloženie hmotnosti.

Mechanické upevnenie
Batéria sa fixuje skrutkami s vysokou pevnosťou.
V niektorých prípadoch sa používa konštrukčné lepenie na dodatočné spevnenie.

Prepojenie s vozidlom
Vysokonapäťové konektory sa pripájajú k pohonnej sústave.
Diagnostika skontroluje správne zapojenie.

Zapojenie chladiaceho okruhu
Napojenie hadíc na kvapalinový okruh.
Naplnenie systému kvapalinou (napr. nemrznúca zmes na báze glykolu).
Skúška na prítomnosť netesností.

Ilustračné foto Mercedes-Benz-battery, viac v popise¹.

Tepelný manažment batérie

Chladenie batérie
Kvapalinové chladenie – najčastejšie využívané kvôli vyššej účinnosti.
Kvapalina cirkuluje cez chladiace kanály v batériovom packu.
Teplo sa odvádza do chladiča alebo klimatizačného okruhu.

Vzduchové chladenie – menej efektívne, vhodné pre menšie batérie.
Priame ponorenie do dielektrickej kvapaliny – pokročilá technológia, kde je batéria ponorená v kvapaline s vysokou tepelnou vodivosťou.

Zohrievanie batérie
Batéria musí byť zohrievaná v chladnom počasí, inak sa jej výkon zníži.
Používajú sa:
PTC (Positive Temperature Coefficient) ohrievače – elektrické ohrievače priamo v batérii.
Tepelné čerpadlá – využívajú odpadové teplo z elektromotora.
Zahrievanie kvapalinou – teplá kvapalina prechádza chladiacim okruhom.

Prevádzka, nabíjanie a údržba

Vybíjanie batérie počas jazdy
BMS riadi vybíjanie tak, aby sa články nepreťažovali.
Ochrana pred hlbokým vybitím – pri poklese pod 10 % môže systém obmedziť výkon.

Udržiavanie kapacity batérie
Batériu je optimálne udržiavať medzi 20 – 80 % kapacity.
Vyhnúť sa častému rýchlonabíjaniu (zvyšuje degradáciu).
Správne chladenie predlžuje životnosť.

Príprava na nabíjanie
Pred rýchlonabíjaním musí byť batéria v optimálnej teplote (cca 25 – 40 °C).
Ak je batéria príliš studená, systém ju predhreje.
Ak je príliš horúca, pred nabíjaním sa schladí.

Prečo sa tomuto vlastne venujeme tak obšírne

Bežný používateľ elektromobilu by mal poznať svoje vozidlo nielen na základe návodu na obsluhu, ale aj z hľadiska fungovania jeho jednotlivých komponentov, pretože mu to umožní lepšie porozumieť správnej starostlivosti, predchádzať problémom a maximalizovať životnosť batérie i celého pohonného systému. Elektromobil je technologicky pokročilé zariadenie, ktorého hlavnou súčasťou je batéria, a práve jej správne používanie a údržba výrazne ovplyvňujú nielen jej výkon, ale aj bezpečnosť a celkové prevádzkové náklady. Poznanie toho, ako je batéria zostavená, ako sa chladí a zohrieva, aké fyzikálne a chemické procesy v nej prebiehajú počas nabíjania a vybíjania, umožňuje vodičovi pochopiť, prečo sa odporúča udržiavať jej nabitie v určitom rozsahu, prečo sa neodporúča pravidelne využívať rýchlonabíjanie alebo prečo môžu mať extrémne teploty negatívny vplyv na jej kapacitu a životnosť.

Chladenie batérie je zásadné pre udržanie jej optimálnej prevádzkovej teploty, pretože prehrievanie vedie k degradácii článkov a v extrémnych prípadoch môže dôjsť k tepelnému úniku, ktorý môže spôsobiť požiar. Naopak, v chladnom počasí je dôležité, aby batéria bola pred nabíjaním alebo jazdou dostatočne zohriata, pretože nízke teploty môžu obmedziť jej výkon a spomaliť proces nabíjania. Ak si vodič uvedomí tieto mechanizmy, vie lepšie plánovať nabíjanie, prispôsobiť svoj jazdný štýl a predísť nadmernému opotrebovaniu batérie. Rovnako dôležité je vedieť, aké ochranné mechanizmy má batériový systém, aké sú možné príznaky problémov a ako včas reagovať na varovné signály, ktoré môže vozidlo indikovať. Moderné elektromobily síce majú pokročilé riadiace systémy, ktoré optimalizujú ich chod a chránia batériu pred poškodením, no správne návyky vodiča majú zásadný vplyv na dlhodobú spoľahlivosť a efektivitu vozidla. Pochopením fungovania jednotlivých komponentov si používateľ nielenže zabezpečí bezpečnú a ekonomickú prevádzku svojho elektromobilu, ale zároveň získa väčšiu istotu pri jeho používaní, čo je dôležité najmä v prípade nepredvídaných situácií, akými sú napríklad poruchy, extrémne poveternostné podmienky alebo neočakávané zmeny v správaní vozidla.

Čím budeme pokračovať?

V nasledujúcich článkoch sa chcem venovať bezpečnosti elektromobilov vo všeobecnosti a aj detailnejšie v súvislosti s elektrickou energiou, ktorá veľmi dobrým pomocníkom, ale veľmi zlým pánom, keď sa vymkne spod kontroly. K 31. decembru 2024 bolo na Slovensku registrovaných 15 476 batériových elektromobilov (BEV)², čo predstavuje medziročný nárast o 53 %, teda o 5 380 vozidiel. Z toho menej ako 5 EV postihol požiar v dôsledku havárie, poruchy alebo úmyselným založením. Oproti požiarom vozidiel na fosílne palivá je to veľmi nízke číslo. Napriek tomu ani tomuto pohľadu na bezpečnosť EV sa v nasledujúcich článkoch nevyhnem.

Pozri článok Odomykanie zamknutých batérií – Energy Boost

Zdroje
1 Foto: @YMOTORARY. Mercedes Benz battery systems Production Line for the Mercedes EQC In: Youtube [online]. 2007 [cit.]2025-01-06]. Dostupné z: https://www.youtube.com/watch?v=sMnXi-twfWo
2 SEVA. Slovak Electric Vehicle Association Dostupné z: https://seva.sk/vozidla-2024/ [cit. 2025-03-03].

Údaje použité v článku sú verejne dostupné v rámci informácií z médií, pre dohľadanie zadávajte autorom použité kľúčové slová.