Het koelsysteem van EV-batterijen: onderhoud is levensnoodzakelijk

Op mechanisch vlak is een elektrische auto verrassend eenvoudig in vergelijking met een exemplaar met verbrandingsmotor. Een elektromotor heeft immers veel minder bewegende delen, die dus ook niet gesmeerd moeten worden, en het volledige brandstofsysteem en de uitlaat mag je ook al wegdenken, terwijl een versnellingsbak in de meeste elektrische auto's ook niet aan de orde is. De batterijchemie en de elektronica om het proces van laden en ontladen te regelen is natuurlijk state-of-the-art, maar op onderhoudsvlak vallen die onderdelen meestal mee. Maar de prestaties van de hoogspanningsbatterij, de batterij die gebruikt wordt voor de aandrijving van een elektrische auto, is bij het opladen en tijdens het gebruik sterk onderhevig aan temperatuurwisselingen. Zowel wat een aantal uitwendige factoren (hitte en koude door het weer bijvoorbeeld) betreft, als de processen die inherent zijn aan hun werking. Dat betekent dat ze onder verschillende omstandigheden op de juiste temperatuur gehouden moeten worden om hun efficiëntie te verhogen en hun levensduur te verlengen. Het koelsysteem dat daarvoor gebruikt wordt, heeft dus een bijzonder belangrijke functie en moet bij tijd en stond en op een professionele manier onderhouden worden om zo een optimale werking te garanderen.

• Soorten koelsystemen
• Wat doet het koelsysteem?
• Onderhoud is (levens)noodzakelijk
• En bij (plug-in) hybrides?
• En de toekomst?

Soorten koelsystemen

Het doet misschien een beetje denken aan verbrandingsmotoren, maar ook bij batterijen zijn er grotendeels twee soorten koelsystemen: lucht- en vloeistofgekoeld. Luchtgekoelde systemen zijn tegenwoordig een stuk zeldzamer, maar je vindt ze bijvoorbeeld nog in de Renault Zoe en de Nissan Leaf. De eerste generaties van de Leaf oogstten trouwens heel wat kritiek omdat ze niet over actieve koeling (ventilatoren die lucht door de koelvinnen van het systeem blazen) beschikten en de levensduur van de batterijen onder bepaalde omstandigheden verkort kon worden.

Vloeistofgekoelde systemen zijn over het algemeen betrouwbaarder en beter voor langdurig snelladen aan een hoog vermogen. Ze rekenen niet op koelvinnen die eventueel met ventilatoren door de lucht gekoeld worden, maar wel op kanalen met vloeistof die door of rond de batterij lopen, daar de warmte opnemen en die vervolgens via een externe radiator koelen. Je kan het vergelijken met het koelsysteem van een verbrandingsmotor.

Wat doet het koelsysteem?

Achter deze eenvoudige theorie zit natuurlijk een complex systeem om het proces te monitoren en te sturen. Het gaat immers niet enkel om koelen, maar ook om verwarmen wanneer de buitenlucht koud is. Bovendien gebruiken sommige auto's de warmte die aan de batterij wordt onttrokken voor de warmtepomp, die op die manier minder stroom nodig heeft om het interieur van de auto op te warmen. Wordt de batterij niet goed gekoeld of opgewarmd, dan kan ze minder efficiënte zijn wat de energie-opslag betreft of de laadsnelheid, maar op langere termijn ook beschadigd geraken en een deel van zijn bruikbare capaciteit verliezen. Die degradatie zorgt ervoor dat je minder rijbereik haalt op een volledige opgeladen batterij.

Op korte termijn kan een slecht gekoelde of verwarmde batterij ervoor zorgen dat het batterijmanagementsysteem het oplaadvermogen gaat beperken om schade te voorkomen. Daarom hebben veel merken hun elektrische auto's voorzien van een batterijpreconditioneringsfunctie die de temperatuur van de batterij tijdens het rijden voorbereidt op het snelladen dat gaat komen bij de volgende stop. Daarbij bestaan er verschillende mogelijkheden, zoals zelf de preconditionering starten via het infotainmentsysteem ofwel door een snellader te kiezen in de geconnecteerde navigatie, waarbij de auto weet wanneer hij precies opgeladen zal worden en de batterij daarop kan voorbereiden.

Onderhoud is (levens)noodzakelijk

Om een lang verhaal kort te maken: de goede werking van het koelsysteem van de batterijen van een elektrische auto is op zijn minst comfortverhogend (met kortere oplaadtijden) en is een aantal gevallen zelfs levensnoodzakelijk. Omdat het zo belangrijk is, is dat onderhoud zelf uitvoeren niet echt aan te raden. Bij veel merken zorgt het er zelfs voor dat de garantie op je hoogspanningsbatterij vervalt, omdat de goede werking niet gegarandeerd kan worden. Je laat het dus uitvoeren door een professionele garage die werkt volgens de door het merk van je auto vastgelegde servicevoorwaarden. Dat kan een garage zijn van het merk zelf, maar ook een onafhankelijke garage, met de juiste kwalificaties en de certificaten die dat bevestigen en vermelden op je factuur. Het nazicht en onderhoud van het systeem is ook voorzien in de procedures in het regulier onderhoud. Bij een aantal onderhoudsbeurten zal het louter gaan om een nazicht, bij andere beurten worden sommige slijtagegevoelige onderdelen of de koelvloeistof vervangen, al is die bij veel modellen ook bedoeld om het hele leven van de auto mee te gaan.

Daarnaast is het onderhoud van het koelsysteem in een elektrische auto - net zoals bij zovele andere zaken in batterij-elektrische modellen - ook niet een strikt fysieke aangelegenheid. Autobouwers blijven hun elektrische auto's immers verder ontwikkelen en leren uit hoe de modellen reageren op bepaalde omstandigheden. Met die kennis werken ze vaak de software van de auto bij, ofwel via over-the-air updates (via een dataverbinding in de auto) of fysiek in de garage, om zo de duurzaamheid en/of prestaties van de auto en de verschillende onderdelen te optimaliseren. Ook dat behoort dus tot het onderhoud van het koelsysteem.

En bij (plug-in) hybrides?

Hybrides en plug-in hybrides maken dan wel gebruik van een verbrandingsmotor, omdat die verbrandingsmotor de hulp krijgt van een elektromotor die in veel gevallen zelfs volledig de auto kan aandrijven, zijn ze natuurlijk ook voorzien van een hoogspanningsbatterij. Die is dan wel vaak minder groot van capaciteit dan die van een volledig elektrische model, dat wil niet zeggen dat het het koelsysteem eenvoudiger is. Niet enkel de batterij moet immers gekoeld worden, maar ook de verbrandingsmotor, en in een aantal gevallen is er op dat vlak een samenspel tussen de verschillende koelsystemen om het geheel zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. Ook bij (plug-in) hybrides is een goed opgevolgd onderhoud van het koelsysteem dan ook belangrijk.

En de toekomst?

Net omdat het koelsysteem van batterijen zo belangrijk is en ook een grote invloed kan hebben op het laadvermogen en het rijbereik, twee elementen die belangrijk zijn om het gebruik van elektrische modellen voor ritten over lange afstanden mogelijk te maken, wordt er door autobouwers en hun toeleveranciers onderzoek gedaan naar manieren om het geheel te optimaliseren. Het Duitse Continental bijvoorbeeld, dat aan heel wat autobouwers onder andere banden en koelleidingen levert, ontwikkelde een nieuw systeem dat olie gebruikt als vloeistof die door de koelkanalen in de batterij loopt. Net als bij de koeling van verbrandingsmotoren wordt er voor de koeling van batterijen in de meeste gevallen gebruik gemaakt van een koelvloeistof met daarin stoffen die onder andere de thermische stabiliteit moeten garanderen. Olie zou volgens Continental een veiligere, lichtere, efficiëntere en ook nog eens een goedkopere oplossing zijn om daarvoor te zorgen.

Ook TotalEnergies nam het koelsysteem onder de loep en kwam met een andere oplossing. In plaats van koelkanalen te voorzien in het batterijpakket, wordt het batterijpakket volledig ondergedompeld in koelvloeistof. Het Franse bedrijf testte zijn oplossing op de Volvo XC90 Plug-in Hybride en kwam tot de conclusie dat de efficiëntie, het gewicht en de prijs van deze manier van koelen beter is. Ook het Britse D2H Engineering deed al onderzoek naar het principe. Er staat ongetwijfeld nog heel wat meer in de steigers om de efficiëntie en duurzaamheid van de batterijen in elektrische auto’s te garanderen. Vastestofbatterijen(solid state) bijvoorbeeld, maar dat is weer een heel ander verhaal...