Акумулятары для гібрыдных аўтамабіляў і электрамабіляў

У нашай папярэдняй артыкуле мы абмяркоўвалі акумулятар як крыніца электрычнасці, неабходны ў асноўным для запуску аўтамабіля, а таксама для адносна кароткатэрміновай працы электраабсталявання. Аднак зусім іншыя патрабаванні прад'яўляюцца да ўласцівасцяў акумулятараў, якія выкарыстоўваюцца ў галіне прывядзення ў рух вялікіх мабільных прылад, у нашым выпадку гібрыдных транспартных сродкаў і электрамабіляў. Для харчавання транспартнага сродку патрэбен значна большая колькасць назапашанай энергіі, і яе трэба дзесьці захоўваць. У класічным аўтамабілі з рухавіком унутранага згарання ён захоўваецца ў баку ў выглядзе бензіну, дызельнага паліва або звадкаванага нафтавага газу. У выпадку электрамабіля або гібрыднага аўтамабіля ён захоўваецца ў батарэях, што можна ахарактарызаваць як галоўную праблему электрамабіля.

Акумулятары току могуць назапашваць мала энергіі, пры гэтым яны даволі грувасткія, цяжкія і пры гэтым для іх максімальнага папаўнення патрабуецца некалькі гадзін (звычайна 8 і больш). Наадварот, звычайныя аўтамабілі з рухавікамі ўнутранага згарання дазваляюць захоўваць вялікая колькасць энергіі ў параўнанні з батарэямі ў невялікім корпусе, пры ўмове, што для папаўнення патрабуецца ўсяго хвіліну, можа быць, дзве. На жаль, праблема захоўвання электраэнергіі перасьледуе электрамабілі з моманту іх з'яўлення, і, нягледзячы на ​​бясспрэчны прагрэс, іх удзельная энергаёмістасць, неабходная для харчавання транспартнага сродку, усё яшчэ вельмі малая. У наступных радках захаванне электроннай пошты Мы абмяркуем энергетыку больш падрабязна і пастараемся наблізіць рэальную рэальнасць аўтамабіляў з чыста электрычным або гібрыдным прывадам. Вакол гэтых «электронных аўтамабіляў» ходзіць мноства міфаў, таму не перашкодзіць больш падрабязна разгледзець вартасці або недахопы такіх прывадаў.

Нажаль, лічбы, прыведзеныя вытворцамі, таксама вельмі сумнеўныя і носяць хутчэй тэарэтычны характар. Напрыклад, Kia Venga утрымоўвае электрарухавік магутнасцю 80 квт і крутоўным момантам 280 Нм. Сілкаванне ажыццяўляецца ад літый-іённых акумулятараў ёмістасцю 24 квтч, разліковы запас ходу Kia Vengy EV па дадзеных вытворцы складае 180 км. Ёмістасць акумулятараў кажа нам, што цалкам зараджаныя яны могуць забяспечыць спажыванне рухавіка 24 квт, ці за паўгадзіны накарміць спажыванне 48 квт і т. д. Просты пералік, і мы не зможам праехаць 180 км. Калі б мы хацелі падумаць аб такім дыяпазоне, то нам прыйшлося б праехаць у сярэднім 60 км/г на працягу прыкладна 3 гадзін, а магутнасць рухавіка была б толькі дзясятай часткі намінальнага значэння, гэта значыць 8 квт. Іншымі словамі, пры сапраўды акуратнай (асцярожнай) паездцы, калі вы амаль напэўна будзеце выкарыстоўваць тормаз у працы, такая паездка тэарэтычна магчымая. Вядома, мы не разглядаем уключэнне розных электрычных аксэсуараў. Усё ўжо могуць уявіць, якое гэта самаадрачэнне ў параўнанні з класічным аўтамабілем. Пры гэтым вы заліваеце 40 літраў дызельнага паліва ў класічную Venga і праязджаеце сотні і сотні кіламетраў без абмежаванняў. Чаму гэта так? Давайце паспрабуем параўнаць, колькі гэтай энергіі і якая вага можа вытрымаць класічны аўтамабіль у баку, і колькі электрамабіль у батарэях - падрабязней тут ТУТ.

Некалькі фактаў з хіміі і фізікі

• цеплатворная здольнасць бензіну: 42,7 МДж / кг,
• цеплатворная здольнасць дызельнага паліва: 41,9 МДж / кг,
• шчыльнасць бензіну: 725 кг / м3,
• плато нафты: 840 кг/м3,
• Джоўль (Дж) = [кг * м2 / с2],
• Ват (Вт) = [Дж / с],
• 1 МДж = 0,2778 кВт.гадз.

Энергія - гэта здольнасць выконваць працу, якая вымяраецца ў джоўль (Дж), кілават-гадзінах (кВтч). Праца (механічная) праяўляецца змяненнем энергіі пры руху цела, мае тыя ж адзінкі, што і энергія. Магутнасць выяўляе колькасць працы, выкананай за адзінку часу, базавая адзінка – ват (Вт).

Удзельная магутнасць крыніц энергіі

энергетычны рэсурс	Цеплатворная здольнасць / кг шчыльнасці	Цеплатворная здольнасць / л Энергія / л	Энергія / кг
Бензін	42,7 МДж/кг 725 кг/м3	30,96 МДж / л 8,60 кВт / г	11,86 квтч / кг
Алей	41,9 МДж/кг 840 кг/м3	35,20 МДж / л 9,78 кВт / г	11,64 квтч / кг
Літый-іённы акумулятар (Audi R8 e-tron)	42 квтч 470 кг		0,0893 квтч / кг

З вышэйсказанага ясна, што, напрыклад, Пры цеплыні згарання 42,7 МДж / кг і шчыльнасці 725 кг / м3 бензін прапануе энергію 8,60 квтч на літр або 11,86 квтч на кілаграм. Калі мы пабудуем цяперашнія акумулятары, якія цяпер усталёўваюць у электрамабілі, напрыклад, літый-іённыя, іх магутнасць менш 0,1 квтч на кілаграм (для прастаты разгледзім 0,1 квтч). Звычайныя віды паліва забяспечваюць больш чым у сто разоў больш энергіі пры тым жа вазе. Вы зразумееце, што гэта велізарная розніца. Калі мы разбяром яго на маленькія, напрыклад, Chevrolet Cruze з акумулятарам ёмістасцю 31 кВтч нясе энергію, якая можа змясціцца менш чым на 2,6 кг бензіну або, калі вы хочаце, каля 3,5 літраў бензіну.

Вы можаце сказаць, як гэта магчыма, што электрамабіль наогул завядзецца, а не тое, што ён усё яшчэ будзе мець энергію больш за 100 км. Прычына простая. Электрарухавік нашмат больш эфектыўны з пункту гледжання пераўтварэння назапашанай энергіі ў механічную. Звычайна ён павінен мець ККД 90%, у той час як ККД рухавіка ўнутранага згарання складае каля 30% для бензінавага рухавіка і 35% для дызельнага рухавіка. Такім чынам, для забеспячэння такой жа магутнасці электрарухавіка дастаткова з значна меншым запасам энергіі.

Зручнасць выкарыстання асобных прывадаў

Пасля ацэнкі спрошчанага разліку мяркуецца, што мы можам атрымаць прыблізна 2,58 квтч механічнай энергіі з літра бензіну, 3,42 квтч з літра дызельнага паліва і 0,09 квтч з кілаграма літый-іённай батарэі. Так што розніца не больш за сторазовая, а ўсяго каля трыццаці разоў. Гэты лепшы лік, але ў рэчаіснасці ўсё яшчэ не ружовае. Напрыклад, разгледзім спартовы Audi R8. Яго цалкам зараджаныя батарэі пры вазе 470 кг маюць энергетычны эквівалент 16,3 літра бензіну ці ўсяго 12,3 літра дызельнага паліва. Ці, калі б у нас быў Audi A4 3,0 TDI з аб'ёмам бака 62 літра дызельнага паліва, і мы хацелі б мець такі ж запас ходу на чыста акумулятарным прывадзе, нам спатрэбілася б прыкладна 2350 кг акумулятараў. Пакуль што гэты факт не дае электрамабілю занадта радаснай будучыні. Аднак няма неабходнасці кідаць драбавік у жыта, бо ціск, накіраваны на распрацоўку такіх "электронных аўтамабіляў", будзе знята бязлітасным зялёным лобі, таму, падабаецца гэта аўтавытворцам ці не, яны павінны вырабляць нешта "зялёнае". “. Пэўная замена чыста электрычнаму прываду - так званы гібрыды, якія спалучаюць рухавік унутранага згарання з электрарухавіком. У наш час найболей вядомыя, напрыклад, Toyota Prius (Auris HSD з такой жа гібрыднай тэхналогіяй) або Honda Inside. Аднак іх чыста электрычны дыяпазон да гэтага часу смяхотны. У першым выпадку каля 2 км (у апошняй версіі Plug In павялічаны да 20 км), а ў другім Хонда нават не стукае на чыста электрапрывадзе. Пакуль што атрымоўваная ў выніку эфектыўнасць на практыку не гэтак цудоўная, як мяркуе масавая рэклама. Рэальнасць паказала, што яны могуць размаляваць іх любым сінім рухам (эканомікай) у асноўным з дапамогай звычайных тэхналогій. Перавага гібрыднай сілавой усталёўкі складаецца, галоўнай выявай, у эканоміі паліва пры руху па горадзе. Нядаўна Audi заявіла, што ў цяперашні час неабходна толькі паменшыць вагу кузава, каб у сярэднім дасягнуць той жа эканоміі паліва, якую некаторыя брэнды дасягаюць, усталёўваючы ў аўтамабілі гібрыдную сістэму. Новыя мадэлі некаторых аўтамабіляў таксама даказваюць, што гэта не крык у цемру. Напрыклад, нядаўна прадстаўленае сёмае пакаленне Volkswagen Golf выкарыстоўвае лягчэйшыя кампаненты, каб пазнаць пра іх, і на практыку фактычна патрабуе менш паліва, чым раней. Японскі аўтавытворца Mazda абраў аналагічны кірунак. Нягледзячы на ​​гэтыя заявы, распрацоўка дальнабойнага гібрыднага прывада працягваецца. У якасці прыкладу згадаю Opel Ampera і, як ні парадаксальна, мадэль ад Audi A1 e-tron.

Зручнасць выкарыстання асобных прывадаў

энергетычны рэсурс	ККД рухавіка	Эфектыўная энергія / л	Эфектыўная энергія / кг
Бензін	0,30	2,58 квтч / л	3,56 квтч / кг
Алей	0,35	3,42 квтч / л	4,07 квтч / кг
Літый-іённыя акумулятары	0,90	-	ок. 0,1 квтч / кг

Opel Ampera

Хоць Opel Ampera часта ўяўляюць як электрамабіль, на самой справе гэта гібрыдны аўтамабіль. Акрамя электрарухавіка, Ampere таксама выкарыстоўвае рухавік унутранага згарання аб'ёмам 1,4 літра і магутнасцю 63 кВт. Аднак гэты бензінавы рухавік не прыводзіць у рух колы наўпрост, а працуе як генератар на выпадак, калі ў акумулятарах скончыцца электрычнасць. энергія. Электрычная частка прадстаўлена электрарухавіком магутнасцю 111 кВт (150 л.с.) і круцячы момантам 370 Нм. Блок харчавання сілкуецца ад 220 літыевых элементаў, размешчаных у форме літары T. Яны маюць агульную магутнасць 16 квтч і важаць 180 кг. Гэты электрамабіль можа праехаць 40-80 км на чыста электрычным прывадзе. Гэтай адлегласці часта цалкам дастаткова для язды па горадзе на працягу ўсяго дня і значна скарачае эксплуатацыйныя выдаткі, паколькі рух па горадзе патрабуе значных выдаткаў паліва ў выпадку рухавікоў унутранага згарання. Батарэі таксама можна зараджаць ад стандартнай разеткі, а ў спалучэнні з рухавіком унутранага згарання запас ходу Ampera павялічваецца да вельмі прыстойных за пяцьсот кіламетраў.

Audi электроннай электронаў A1

Audi, якая больш аддае перавагу класічны прывад з больш дасканалымі тэхналогіямі, чым тэхнічна вельмі патрабавальны гібрыдны прывад, больш за два гады таму прадставіла цікавы гібрыдны аўтамабіль A1 e-tron. Літый-іённыя акумулятары ёмістасцю 12 квтч і вагай 150 кг зараджаюцца рухавіком Ванкеля як частка генератара, які выкарыстоўвае энергію ў выглядзе бензіну, якая захоўваецца ў 254-літровым баку. Рухавік мае аб'ём 15 куб. Глядзі і выпрацоўвае 45 квт/г эл. энергія. Электрарухавік мае магутнасць 75 квт і за кароткі час можа вырабляць да 0 квт магутнасці. Разгон з 100 да 10 складае каля 130 секунд, а максімальная хуткасць каля 50 км/г. Аўтамабіль можа праехаць каля 12 км па горадзе на чыста электрычным прывадзе. Пасля знясілення эл. энергія неўзаметку актывуецца ротарным рухавіком унутранага згарання і перазараджвае электрычнасць. энергія для батарэй. Агульны запас ходу з поўнасцю зараджанымі акумулятарамі і 250 літрамі бензіну складае каля 1,9 км пры сярэднім расходзе 100 літра на 1450 км. Эксплуатацыйная маса аўтамабіля - 12 кг. Давайце паглядзім на просты пералік, каб даведацца пры прамым параўнанні, колькі энергіі ўтоена ў 30-літровым баку. Калі выказаць здагадку, што ККД сучаснага рухавіка Ванкеля складае 70%, тое яго 9 кг разам з 12 кг (31 л) бензіну эквівалентныя 79 квтч энергіі, якая захоўваецца ў батарэях. Такім чынам, 387,5 кг рухавіка і бака = 1 кг акумулятараў (разлічана ў вагах Audi A9 e-Tron). Калі б мы захацелі павялічыць паліўны бак на 62 літраў, у нас ужо было б XNUMX квтч энергіі, даступнай для харчавання аўтамабіля. Такім чынам, мы маглі працягваць. Але ў яго павінна быць адна загваздка. Гэта ўжо не будзе зялёны аўтамабіль. Так што нават тут ясна відаць, што электрапрывад істотна абмежаваны ўдзельнай магутнасцю назапашанай у батарэях энергіі.

У прыватнасці, больш высокі кошт, а таксама вялікая вага прывялі да таго, што гібрыдны прывад у Audi паступова адышоў на другі план. Аднак гэта не азначае, што распрацоўка гібрыдных аўтамабіляў і электрамабіляў у Audi цалкам абясцэнілася. Інфармацыя аб новай версіі мадэлі A1 e-tron з'явілася нядаўна. У параўнанні з папярэднім, ротарны рухавік / генератар быў заменены 1,5-літровым трехціліндровым рухавіком з турбанаддувам магутнасцю 94 кВт. Выкарыстанне класічнага блока ўнутранага згарання было змушана Audi у асноўным з-за складанасцяў, злучаных з гэтай трансмісіяй, а таксама новы трехцилиндровый рухавік закліканы не толькі зараджаць батарэі, але і працаваць непасрэдна з кіроўнымі коламі. Акумулятары Sanyo маюць ідэнтычную магутнасць 12 квт/г, а запас ходу чыста электрычнага прывада быў трохі павялічаны прыкладна 80 км. Audi заяўляе, што мадэрнізаваны A1 e-tron павінен праязджаць у сярэднім адзін літр на сто кіламетраў. Нажаль, у гэтага выдатку ёсць адна загваздка. Для гібрыдных аўтамабіляў з павялічаным запасам ходу на чыстым эл. drive выкарыстоўваецца цікавая методыка разліку канчатковага выдатку. Так званае спажыванне ігнаруецца. запраўка ад эл. сетка для зарадкі акумулятараў, а таксама канчатковы выдатак л / 100 км улічвае толькі выдатак бензіну за апошнія 20 км язды, калі ёсць электрычнасць. зарад батарэі. Шляхам вельмі простага разліку мы можам вылічыць гэта, калі б батарэі былі адпаведна разраджаны. мы ехалі пасля таго, як канчалася электрычнасць. энергіі ад чыста бензінавых акумулятараў, у выніку спажыванне павялічыцца ў пяць разоў, гэта значыць 5 літраў бензіну на 100 км.

Audi A1 e-tron II. пакаленне

Праблемы захоўвання электраэнергіі

Пытанне захоўвання электраэнергіі старая, як сама электратэхніка. Першымі крыніцамі электрычнасці былі гальванічныя элементы. Праз кароткі час была выяўлена магчымасць зварачальнай працэсу назапашвання электрычнасці ў гальванічных другасных элементах - батарэях. Першымі выкарыстанымі батарэямі былі свінцовыя батарэі, праз кароткі час нікель-жалезныя і крыху пазней нікель-кадміевыя, і іх практычнае прымяненне доўжылася больш за сто гадоў. Варта таксама дадаць, што, нягледзячы на ​​??інтэнсіўныя сусветныя даследаванні ў гэтай галіне, іх асноўная канструкцыя не моцна змянілася. Выкарыстоўваючы новыя вытворчыя тэхналогіі, паляпшаючы ўласцівасці асноўных матэрыялаў і выкарыстоўваючы новыя матэрыялы для сепаратараў ячэек і сасудаў, удалося крыху знізіць удзельную вагу, паменшыць самаразрад ячэек, а таксама павысіць камфорт і бяспеку аператара, але гэта пра гэта. Самы істотны недахоп, г.зн. Захоўвалася вельмі неспрыяльныя суадносіны колькасці назапашанай энергіі да вагі і аб'ёму батарэй. Таму гэтыя батарэі выкарыстоўваліся ў асноўным у статычных прыкладаннях (рэзервовыя крыніцы харчавання на выпадак адмовы асноўнай крыніцы харчавання і т. д.). Акумулятары выкарыстоўваліся ў якасці крыніцы энергіі для цягавых сістэм, асабліва на чыгунках (транспартныя каляскі), дзе вялікая вага і значныя габарыты таксама не занадта мяшалі.

Прагрэс у захоўванні электраэнергіі

Аднак ўзмацнілася патрэба ў распрацоўцы элементаў з малой ёмістасцю і памерамі ў ампер-гадзінах. Такім чынам, былі сфармаваныя шчолачныя першасныя элементы і герметызаванай версіі нікель-кадміевых (NiCd), а затым нікель-метал-гідрыдныя (NiMH) батарэй. Для інкапсуляцыі вочак былі абраныя тыя ж формы і памеры гільзаў, што і для звычайных да гэтага часу першасных цинкхлоридных вочак. У прыватнасці, дасягнутыя параметры нікель-металгідрыдных акумулятараў дазваляюць выкарыстоўваць іх, у прыватнасці, у мабільных тэлефонах, наўтбуках, ручных прывадах інструментаў і т. Д. Тэхналогія вырабу гэтых элементаў адрозніваецца ад тэхналогій, якія выкарыстоўваюцца для элементаў з вялікай ёмістасцю ў ампер-гадзінах. Пласціністы размяшчэнне электродной сістэмы вялікіх вочак заменена тэхналогіяй ператварэння электродной сістэмы, уключаючы сепаратары, у цыліндрычную катушку, якая ўстаўляецца і кантактуе з вочкамі звычайнай формы памераў AAA, AA, C і D, соотв. кратныя іх памерах. Для некаторых спецыяльных ужыванняў вырабляюцца ячэйкі спецыяльнай плоскай формы.

Перавагай герметычных элементаў са спіральнымі электродамі з'яўляецца ў некалькі разоў вялікая магчымасць зарадкі і разрадкі з вялікімі токамі і суадносінамі адноснай шчыльнасці энергіі да вагі і аб'ёму вочак у параўнанні з класічнай канструкцыяй вялікіх вочак. Недахоп - большы самаразрад і меншая колькасць працоўных цыклаў. Найбольшая ёмістасць аднаго NiMH элемента складае прыкладна 10 Ач. Але, як і ў выпадку з іншымі цыліндрамі большага дыяметра, яны не дазваляюць зараджацца занадта высокімі токамі з-за праблемнага рассейвання цяпла, што значна скарачае выкарыстанне ў электрамабілях, і таму гэтая крыніца выкарыстоўваецца толькі ў якасці дапаможнай батарэі ў гібрыднай сістэме (Toyota Prius 1,3 ,XNUMX квтч).

Значным дасягненнем у галіне захоўвання электраэнергіі стала распрацоўка бяспечных літыевых батарэй. Літый - гэта элемент з высокім значэннем электрахімічнага патэнцыялу, але ён таксама надзвычай актыўны ў акісляльных адносінах, што таксама выклікае праблемы пры выкарыстанні металічнага літыя на практыцы. Пры кантакце літыя з кіслародам паветра адбываецца гарэнне, якое ў залежнасці ад уласцівасцей навакольнага асяроддзя можа мець характар ​​выбуху. Ухіліць гэтую непрыемную ўласцівасць можна або дбайнай абаронай паверхні, або ўжываннем меней актыўных злучэнняў літыя. У наш час найболей распаўсюджаныя літый-іённыя і літый-палімерныя батарэі ёмістасцю ад 2 да 4 Ач у ампер-гадзінах. Іх выкарыстанне аналагічна выкарыстанню NiMh, і пры сярэдняй напрузе разраду 3,2 У даступна ад 6 да 13 Втч энергіі. У параўнанні з нікель-металгідрыднымі батарэямі літыевыя батарэі дазваляюць захоўваць у два-чатыры разы больш энергіі пры тым жа аб'ёме. Літый-іённыя (палімерныя) батарэі маюць электраліт у гелевай ці цвёрдай форме і могуць вырабляцца ў выглядзе плоскіх элементаў таўшчынёй ад некалькіх дзясятых міліметра практычна любой формы ў адпаведнасці з запатрабаваннямі якое адпавядае ўжывання.

Электрапрывад у легкавым аўтамабілі можа быць выкананы як асноўны і адзіны (электрамабіль) ці камбінаваны, дзе электрапрывад можа быць як дамінантнай, так і дапаможнай крыніцай цягі (гібрыдны прывад). У залежнасці ад выкарыстоўванага варыянту патрабавання да энергіі для працы транспартнага сродку і, такім чынам, ёмістасць акумулятараў адрозніваюцца. У электрамабілях ёмістасць акумулятараў складае ад 25 да 50 квтч, а з гібрыдным прывадам яна, натуральна, ніжэй і складае ад 1 да 10 квтч. З прыведзеных значэнняў відаць, што пры напрузе адной (літыевай) вочкі 3,6 У неабходна паслядоўна злучаць вочкі. Каб паменшыць страты ў размеркавальных правадырах, інвертарах і абмотках рухавіка, рэкамендуецца выбіраць напругу вышэй звычайнага ў бартавой сетцы (12 У) для прывадаў – звычайна выкарыстоўваныя значэнні складаюць ад 250 да 500 У. З сённяшняга дня Відавочна, літыевыя элементы з'яўляюцца найболей падыходным тыпам. Варта прызнаць, што яны ўсё яшчэ вельмі дарогі, асабліва ў параўнанні са свінцова-кіслотнымі акумулятарамі. Аднак яны нашмат складаней.

Намінальная напруга звычайных літыевых акумулятарных элементаў складае 3,6 У. Гэта значэнне адрозніваецца ад звычайных нікель-металгідрыдных элементаў, адпаведна. NiCd, якія маюць намінальную напругу 1,2 У (або свінцовыя – 2 У), што ў выпадку выкарыстання на практыку не дапушчае ўзаемазаменнасці абодвух тыпаў. Зарадка паказаных літыевых батарэй адрозніваецца неабходнасцю вельмі дакладнага захавання значэння максімальнай зараднай напругі, што мяркуе адмысловы тып зараднай прылады і, у прыватнасці, не дазваляе выкарыстоўваць сістэмы зарадкі, распрацаваныя для іншых тыпаў элементаў.

Асноўныя характарыстыкі літыевых батарэй

Асноўнымі характарыстыкамі акумулятараў для электрамабіляў і гібрыдаў можна лічыць іх зарадна-разрадныя характарыстыкі.

зарадная характарыстыка 

Працэс зарадкі патрабуе рэгулявання зараднага току, кантроль напружання элемента і кантроль бягучай тэмпературы не могуць быць прапушчаны. Для выкарыстоўваюцца сёння літыевых элементаў, у якіх у якасці катоднага электрода выкарыстоўваецца аксід LiCoO2, лімітавае значэнне максімальнага зараднай напругі складае ад 4,20 да 4,22 У на элемент. Перавышэнне гэтага значэння прыводзіць да пашкоджання уласцівасцяў вочкі і, наадварот, недасягненне гэтага значэння азначае невыкарыстанне намінальнай ёмістасці вочка. Для зарадкі выкарыстоўваецца звычайная характарыстыка IU, гэта значыць у першай фазе ён зараджаецца пастаянным токам да таго часу, пакуль не будзе дасягнута напружанне 4,20 У / элемент. Велічыня зараднай току абмежаваная максімальна дапушчальным значэннем, названым вытворцам элемента, адпаведна. варыянты зараднай прылады. Час зарадкі на першым этапе вар'іруецца ад некалькіх дзесяткаў хвілін да некалькіх гадзін, у залежнасці ад велічыні зараднага току. Напружанне на элеменце паступова павялічваецца да макс. значэння 4,2 В. Як ужо згадвалася, гэта напружанне не павінна перавышацца з-за рызыкі пашкоджанні элемента. У першай фазе зарадкі ад 70 да 80% энергіі захоўваецца ў элементах, у другой фазе астатняе. У другой фазе зарадная напружанне падтрымліваецца на максімальна дапушчальным значэнні, а зарадны ток паступова зніжаецца. Зарадка завершана, калі ток ўпадзе прыкладна да 2-3% ад намінальнага току разраду элемента. Паколькі максімальная велічыня зарадных токаў у выпадку меншых вочак таксама ў некалькі разоў перавышае разрадны ток, можна захаваць значную частку электрычнасці на першай фазе зарадкі. энергіі за адносна вельмі кароткі час (прыкладна ½ і 1 гадзіну). Такім чынам, у выпадку ўзнікнення надзвычайнай сітуацыі можна зарадзіць акумулятары электрамабіля да дастатковай ёмістасці за адносна кароткі час. Нават у выпадку літыевых элементаў назапашанае электрычнасць памяншаецца пасля пэўнага перыяду захоўвання. Аднак гэта адбываецца толькі прыкладна праз 3 месяцы прастою.

характарыстыкі разраду

Напружанне спачатку хутка падае да 3,6-3,0 У (у залежнасці ад велічыні разраднага току) і застаецца амаль сталым на працягу ўсяго разраду. Пасля вычарпання запасу эл. энергія таксама вельмі хутка зніжае напружанне вочка. Такім чынам, разрад павінен быць завершаны не пазней, чым будзе дасягнута напружанне разраду, азначанае вытворцам, якое складае ад 2,7 да 3,0 В.

У адваротным выпадку структура вырабы можа быць пашкоджана. Кіраваць працэсам разгрузкі адносна проста. Ён абмежаваны толькі велічынёй току і спыняецца па дасягненні значэння канчатковага напружання разраду. Адзіная праблема заключаецца ў тым, што ўласцівасці асобных вочак у паслядоўным размяшчэнні ніколі не бываюць аднолькавымі. Такім чынам, неабходна сачыць за тым, каб напружанне любога элемента не звалілася ніжэй значэння канчатковага напружання разраду, так як гэта можа прывесці да яго пашкоджання і, такім чынам, выклікаць няспраўнасць ўсёй акумулятарнай батарэі. Тое ж варта ўлічваць пры зарадцы акумулятара.

Згаданы тып літыевых элементаў з іншым матэрыялам катода, у якім аксід кобальту, нікелю або марганца заменены фасфіду Li3V2 (PO4) 3, ліквідуе згаданыя рызыкі пашкоджанні элемента з-за неадпаведнасці характеристикам.Элементы з большай ёмістасцю. Таксама заяўлены іх заяўлены тэрмін службы каля 2 цыклаў зарадкі (пры 000% разрадзе) і асабліва той факт, што калі элемент цалкам разраджаны, ён не будзе пашкоджаны. Перавагай таксама з'яўляецца больш высокую намінальнае напружанне прыкладна 80 пры зарадцы да 4,2 В.

З прыведзенага вышэй апісання можна выразна паказаць, што ў цяперашні час літыевыя батарэі з'яўляюцца адзінай такой альтэрнатывай, як назапашванне энергіі для ваджэння аўтамабіля ў параўнанні з энергіяй, назапашанай у выкапнёвым паліве ў паліўным баку. Любое павелічэнне ўдзельнай ёмістасці акумулятараў павысіць канкурэнтаздольнасць гэтага экалагічна чыстага прывада. Мы можам толькі спадзявацца, што развіццё не замарудзіцца, а, наадварот, прасунецца наперад на некалькі міль.

Прыклады аўтамабіляў, якія выкарыстоўваюць гібрыдныя і электрычныя батарэі

Таёта Приус-класічны гібрыд з малым запасам ходу на чыстым эл. вадзіць машыну

Toyota Prius выкарыстоўвае нікель-металгідрыдных акумулятары ёмістасцю 1,3 квтч, якія служаць галоўным чынам крыніцай энергіі пры разгоне аўтамабіля і дазваляюць выкарыстоўваць асобны электрапрывад на адлегласць каля 2 км пры макс. хуткасць 50 км / ч. У версіі Plug-In ўжо выкарыстоўваюцца літый-іённыя акумулятары ёмістасцю 5,4 квтч, якія дазваляюць праехаць выключна на электрапрывадзе на адлегласць 14-20 км з максімальнай хуткасцю. хуткасць 100 км / г.

Опель Ампера-гібрыд з павялічаным запасам ходу на чыстым эл. вадзіць машыну

Электрамабіль з павялічаным запасам ходу (40-80 км), як Opel называе чатырохмясцовы пятідверного Amper, прыводзіцца ў рух электрарухавіком магутнасцю 111 кВт (150 л.с.) і круцячы момантам 370 Нм. Блок харчавання сілкуецца ад 220 літыевых элементаў, размешчаных у форме літары T. Яны маюць агульную магутнасць 16 квтч і важаць 180 кг. Генератар ўяўляе сабой бензінавы рухавік аб'ёмам 1,4 літра магутнасцю 63 кВт.

Mitsubishi і MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. аўтамабілі

Літый-іённыя акумулятары ёмістасцю 16 кВтч дазваляюць транспартнаму сродку праехаць да 150 км без падзарадкі, паводле вымярэнняў ў адпаведнасці са стандартам NEDC (New European Driving Cycle). Высакавольтныя батарэі (330 У) размешчаны ўнутры падлогі і таксама абаронены рамай калыскі ад пашкоджанняў у выпадку ўдару. Гэта прадукт кампаніі Lithium Energy Japan, сумеснага прадпрыемства двух падраздзяленняў Mitsubishi і GS Yuasa Corporation. Усяго 88 артыкулаў. Электраэнергія для прывада забяспечваецца літый-іённай батарэяй на 330 У, якая складаецца з 88 вочак па 50 Ач з агульнай ёмістасцю 16 кВтч. Акумулятар будзе зараджацца ад хатняй разеткі на працягу шасці гадзін, з дапамогай вонкавага хуткага зараднай прылады (125 А, 400 У) акумулятар будзе зараджаны да 80% за паўгадзіны.

Я сам вялікі прыхільнік электрамабіляў і ўвесь час сачу за тым, што адбываецца ў гэтай сферы, але рэальнасць на дадзены момант не гэтак аптымістычная. Гэта таксама пацвярджаецца прыведзенай вышэй інфармацыяй, з якой відаць, што жыццё як чыста электрычных, так і гібрыдных транспартных сродкаў няпростая, і часта нам прыкідваецца толькі гульня ў лікі. Іх вытворчасць па-ранейшаму вельмі патрабавальная і дорага, а іх эфектыўнасць шматразова спрэчная. Асноўным недахопам электрамабіляў (гібрыдаў) з'яўляецца вельмі малая ўдзельная ёмістасць энергіі, якая захоўваецца ў батарэях, у параўнанні з энергіяй, якая захоўваецца ў звычайным паліве (дызельнае паліва, бензін, звадкаваны нафтавы газ, сціснуты прыродны газ). Каб сапраўды наблізіць магутнасць электрамабіляў да звычайных аўтамабіляў, батарэі павінны былі б паменшыць сваю вагу як мінімум на адну дзясятую. Гэта азначае, што згаданы Audi R8 e-tron павінен быў захоўваць 42 квтч не ў 470 кг, а ў 47 кг. Акрамя таго, час зарадкі прыйшлося б значна скараціць. Прыкладна гадзіна пры 70-80% ёмістасці - гэта яшчэ шмат, і я не кажу пра 6-8 гадзін у сярэднім пры поўнай зарадцы. Няма патрэбы верыць і ў лухту аб нулявой вытворчасці электрамабіляў з CO2. Адразу адзначым той факт, што эл. Энергія ў нашых разетках таксама выпрацоўваецца цеплавымі электрастанцыямі, і яны не толькі вырабляюць дастаткова CO2. Не кажучы ўжо пра больш складаную вытворчасць такога аўтамабіля, дзе запатрабаванне ў CO2 для вытворчасці нашмат больш, чым у класічным. Мы не павінны забываць аб колькасці кампанентаў, якія змяшчаюць цяжкія і таксічныя матэрыялы, і іх праблемнай наступнай утылізацыі.

Пры ўсіх згаданых і не згаданых мінусах электрамабіль (гібрыд) таксама мае бясспрэчныя перавагі. Ва ўмовах гарадскога руху або на карацейшыя адлегласці іх больш эканамічная праца бясспрэчная, толькі з-за прынцыпу назапашвання энергіі (рэкуперацыі) падчас тармажэння, калі ў звычайных транспартных сродках яна выдаляецца пры тармажэнні ў выглядзе адпрацаванага цяпла ў паветра, не кажучы ўжо пра магчымасць некалькі км язды па горадзе за танную падзарадку ад грамадскага эл. сетку. Калі мы параўнаем чысты электрамабіль і класічны аўтамабіль, то ў звычайным аўтамабілі ёсць рухавік унутранага згарання, які сам па сабе з'яўляецца даволі складаным механічным элементам. Яго магутнасць павінна нейкім чынам перадавацца на колы, і ў асноўным гэта ажыццяўляецца з дапамогай механічнай ці аўтаматычнай каробкі перадач. На шляху ўсё яшчэ ёсць адзін ці некалькі дыферэнцыялаў, часам таксама карданны вал і серыя паўвосяў. Вядома, аўтамабіль таксама павінен тармазіць, рухавік павінен астуджацца, і гэтая цеплавая энергія бескарысна сыходзіць у навакольнае асяроддзе ў выглядзе рэшткавага цяпла. Электрамабіль нашмат эфектыўней і прасцей (не ставіцца да гібрыднага прывада, які вельмі складаны). Электрамабіль не ўтрымоўвае скрынак перадач, скрынак перадач, карданаў і паўвосяў, забудзьцеся пра рухавік спераду, ззаду ці пасярэдзіне. Ён не ўтрымоўвае радыятара, гэта значыць астуджальнай вадкасці і стартара. Перавага электрамабіля ў тым, што ён можа ўсталёўваць рухавікі прама ў колы. І раптам у вас ёсць ідэальны квадрацыклы, які можа кіраваць кожным колам незалежна ад іншых. Такім чынам, з электрамабілем не складзе працы кіраваць толькі адным колам, таксама ёсць магчымасць абраць і кіраваць аптымальным размеркаваннем магутнасці для мінання паваротаў. Кожны з рухавікоў таксама можа быць тормазам, ізноў жа цалкам незалежным ад іншых колаў, які пераўтворыць прынамсі частка кінэтычнай энергіі зваротна ў электрычную. У выніку звычайныя тормазы будуць падвяргацца значна меншай нагрузцы. Рухавікі могуць выдаваць максімальную даступную магутнасць практычна ў любы час і без затрымак. Іх эфектыўнасць пераўтварэння энергіі, назапашанай у батарэях, у кінетычную энергію складае каля 90%, што прыкладна ў тры разы больш, чым у звычайных рухавікоў. Такім чынам, яны не вылучаюць гэтулькі рэшткавага цяпла, і іх не трэба складана астуджаць. Усё, што вам трэба для гэтага - добрае жалеза, блок кіравання і добры программатор.

Suma sumárum. Калі электрамабілі або Гібрыды нават бліжэй да класічных аўтамабіляў з эканамічнымі рухавікамі, ім яшчэ трэба будзе вельмі цяжкі і складаны шлях. Я проста спадзяюся, што гэта не будзе пацверджана побач ўводзяць у зман лічбаў або. перабольшанае ціск з боку чыноўнікаў. Але не будзем адчайвацца. Развіццё нанатэхналогій сапраўды рухаецца сямімільнымі крокамі, і, магчыма, у бліжэйшай будучыні нас сапраўды чакаюць цуды.

Напрыканцы дадам яшчэ адну цікавую рэч. Ўжо ёсць сонечная «запраўка».

Toyota Industries Corp (TIC) распрацавала сонечнае зарадная станцыю для электрамабіляў і гібрыдных аўтамабіляў. Станцыя таксама падключана да электрасеткі, таму сонечныя батарэі магутнасцю 1,9 кВт з'яўляюцца хутчэй дадатковай крыніцай энергіі. Выкарыстоўваючы аўтаномны (сонечны) крыніца энергіі, зарадная станцыя можа забяспечыць максімальную магутнасць 110 У пераменнага току / 1,5 кВт, пры падключэнні да сеткі яна прапануе максімум 220 У пераменнага току / 3,2 кВт.

Нескарыстаная электраэнергія ад сонечных панэляў захоўваецца ў батарэях, якія могуць захоўваць 8,4 квтч для наступнага выкарыстання. Таксама можна падаваць электраэнергію ў размеркавальную сетку ці пастаўляць аксэсуары станцыі. Стэнды для зарадкі, якія выкарыстоўваюцца на станцыі, маюць убудаваную камунікацыйную тэхналогію, здольную ідэнтыфікаваць аўтамабілі, адпаведна. іх уладальнікі з дапамогай смарт-карт.

Важныя тэрміны для акумулятараў

• Магутнасць – паказвае колькасць электрычнага зарада (колькасці энергіі), які захоўваецца ў акумулятары. Ён паказваецца ў ампер-гадзінах (Ач) або, у выпадку невялікіх прылад, у міліампер-гадзінах (мАч). Батарэя ёмістасцю 1 Ач (= 1000 мач) тэарэтычна здольная выдаваць ток у 1 ампер на працягу адной гадзіны.
• ўнутраны супраціў - паказвае на здольнасць батарэі забяспечваць большы ці меншы ток разраду. Для ілюстрацыі можна выкарыстоўваць дзве каністры: адна з малодшай выпускной адтулінай (вялікі ўнутраны супраціў), а іншая – вялікім (малы ўнутраны супраціў). Калі мы вырашым іх апаражніць, каністра з меншай зліўной адтулінай будзе апаражняцца павольней.
• Намінальнае напружанне акумулятарнай батарэі – для нікель-кадміевых і нікель-металгідрыдных акумулятараў яно складае 1,2 У, свінцовых 2 У і літыевых ад 3,6 да 4,2 У. У працэсе эксплуатацыі гэтая напруга змяняецца ў межах 0,8 – 1,5 У для нікель -кадміевых і нікель-металгідрыдных акумулятараў, 1,7 – 2,3 У для свінец і 3-4,2 і 3,5-4,9 для літыя.
• Зарадны ток, разрадны ток - Выяўляецца ў амперах (А) або міліамперах (ма). Гэта важная інфармацыя для практычнага выкарыстання разгляданай батарэі для канкрэтнага прылады. Ён таксама вызначае ўмовы для правільнай зарадкі і разрадкі акумулятара, каб яго ёмістасць выкарыстоўвалася па максімуме і ў той жа час не разбуралася.
• Зарадка соотв. крывая разраду – графічна адлюстроўвае змену напругі ў залежнасці ад часу пры зарадцы ці разрадцы акумулятара. Пры разрадцы акумулятара тыпова невялікая змена напругі на працягу прыкладна 90% часу разрадкі. Таму вельмі складана вызначыць бягучы стан акумулятара па вымеранай напрузе.
• Самаразрад, самаразрад – акумулятар не можа ўвесь час падтрымліваць электрычнасць. энергіі, паколькі рэакцыя на электродах - зварачальны працэс. Зараджаная батарэя паступова разраджаецца сама па сабе. Гэты працэс можа заняць ад некалькіх тыдняў да месяцаў. У выпадку свінцова-кіслотных акумулятараў гэта 5-20% у месяц, у нікель-кадміевых акумулятараў - каля 1% электрычнага зарада ў дзень, у выпадку нікель-металгідрыдных акумулятараў - каля 15-20% у месяц, а літый губляе каля 60%. магутнасці за тры месяцы. Самаразрад залежыць ад тэмпературы навакольнага асяроддзя, а таксама ад унутранага супраціву (батарэі з больш высокім унутраным супрацівам разряжаются менш) і, вядома, таксама важныя канструкцыя, выкарыстоўваныя матэрыялы і якасць выраба.
•  Акумулятар (камплекты) - толькі ў выключных выпадках батарэі выкарыстоўваюцца індывідуальна. Звычайна яны злучаюцца ў набор, амаль заўсёды злучаюцца паслядоўна. Максімальны ток такога набору роўны максімальнаму току асобнага вочка, намінальная напруга – гэта сума намінальных высілкаў асобных вочак.
•  Назапашванне акумулятараў.  Новая ці нескарыстаная батарэя павінна быць падвергнутая аднаму, але пераважна некалькім цыклах (3-5) павольнай поўнай зарадкі і павольнай разрадкі. Гэты павольны працэс ўсталёўвае параметры батарэі на жаданы ўзровень.
•  эфект памяці – Гэта адбываецца, калі акумулятар зараджаецца і разраджаецца да аднолькавага ўзроўню прыкладна пастаянным, не занадта вялікім токам, і не павінна быць поўнага зарада або глыбокага разраду элемента. Гэты пабочны эфект закрануў NiCd (у мінімальнай ступені таксама NiMH).