Akumuliatoriai hibridinėms ir elektrinėms transporto priemonėms

Ankstesniame straipsnyje aptarėme akumuliatorių kaip elektros energijos šaltinį, reikalingą visų pirma automobiliui užvesti, taip pat palyginti trumpalaikiam elektros įrangos veikimui. Tačiau visiškai kitokie reikalavimai keliami didelių baterijų, naudojamų didelių mobiliųjų prietaisų, mūsų atveju, hibridinių transporto priemonių ir elektrinių transporto priemonių, savybėms. Norint įkrauti transporto priemonę, reikia daug didesnės sukauptos energijos ir ją reikia kažkur laikyti. Klasikiniame automobilyje su vidaus degimo varikliu jis laikomas bake benzino, dyzelino ar suskystintų dujų pavidalu. Elektrinės transporto priemonės arba hibridinės transporto priemonės atveju ji laikoma baterijose, kurias galima apibūdinti kaip pagrindinę elektromobilio problemą.

Dabartiniai akumuliatoriai gali sukaupti mažai energijos, nors jie yra gana didelių gabaritų, sunkūs ir tuo pačiu metu, norint maksimaliai papildyti, užtrunka kelias valandas (paprastai 8 ar daugiau). Priešingai, įprastos transporto priemonės su vidaus degimo varikliais mažame dėkle gali sukaupti daug energijos, palyginti su baterijomis, su sąlyga, kad įkrauti reikia tik minutės, o gal ir dviejų. Deja, elektros energijos kaupimo problema kamavo elektrines transporto priemones nuo pat jų įkūrimo, ir, nepaisant neabejotinos pažangos, jų energijos tankis, reikalingas transporto priemonei varyti, vis dar yra labai mažas. Tolesnėse eilutėse taupymas el. Paštu Mes išsamiau aptarsime energiją ir pabandysime priartinti tikrąją automobilių, turinčių gryną elektrinę ar hibridinę pavarą, realybę. Aplink šiuos „elektroninius automobilius“ sklando daugybė mitų, todėl nepakenks atidžiau pažvelgti į tokių pavarų privalumus ar trūkumus.

Deja, gamintojų pateikti skaičiai taip pat labai abejotini ir gana teoriniai. Pavyzdžiui, „Kia Venga“ yra 80 kW galios elektros variklis, kurio sukimo momentas – 280 Nm. Energiją tiekia 24 kWh talpos ličio jonų baterijos, gamintojo teigimu, numatomas Kia Vengy EV atstumas – 180 km. Akumuliatorių talpa byloja, kad pilnai įkrauti jie gali suvartoti 24 kW variklį arba per pusvalandį pamaitinti 48 kW sąnaudas ir pan. Paprastas perskaičiavimas, ir 180 km nenuvažiuosime. . Jei norėtume galvoti apie tokį diapazoną, tuomet tektų važiuoti vidutiniškai 60 km/h maždaug 3 valandas, o variklio galia siektų tik dešimtadalį nominalios vertės, tai yra 8 kW. Kitaip tariant, važiuojant tikrai atsargiai (atsargiai), kai beveik neabejotinai naudosite stabdį darbe, toks važiavimas teoriškai įmanomas. Žinoma, mes nesvarstome apie įvairių elektros priedų įtraukimą. Kiekvienas jau gali įsivaizduoti, koks savęs išsižadėjimas lyginant su klasikiniu automobiliu. Tuo pačiu į klasikinį „Vengą“ įpili 40 litrų dyzelinio kuro ir be apribojimų nuvažiuoji šimtus ir šimtus kilometrų. Kodėl taip yra? Pabandykime palyginti, kiek šios energijos ir kiek svorio klasikinis automobilis talpina bake, o kiek elektromobilis talpina akumuliatoriuose – plačiau skaitykite čia ČIA.

Keletas faktų iš chemijos ir fizikos

• benzino šilumingumas: 42,7 MJ / kg,
• dyzelinio kuro šilumingumas: 41,9 MJ / kg,
• benzino tankis: 725 kg / m3,
• alyvos tankis: 840 kg / m3,
• Džoulas (J) = [kg * m2 / s2],
• Vatas (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energija – tai gebėjimas atlikti darbą, matuojamas džauliais (J), kilovatvalandėmis (kWh). Darbas (mechaninis) pasireiškia energijos pasikeitimu kūnui judant, turi tuos pačius vienetus kaip ir energija. Galia išreiškia darbo kiekį, atliktą per laiko vienetą, o pagrindinis vienetas yra vatas (W).

Energijos šaltinių specifinė galia

Energijos ištekliai	Kaloringumas / kg tankio	Kaloringumas / l Energija / l	Energija / kg
Benzinas	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Alyva	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Ličio jonų akumuliatorius („Audi R8 e-tron“)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Iš to, kas išdėstyta, aišku, kad, pavyzdžiui, kurio šilumingumas yra 42,7 MJ / kg, o tankis - 725 kg / m3, benzino energija yra 8,60 kWh litre arba 11,86 kWh kilogramui. Jei pastatysime dabartines baterijas, kurios dabar yra sumontuotos elektromobiliuose, pavyzdžiui, ličio jonų, jų talpa yra mažesnė nei 0,1 kWh kilogramui (paprastumo dėlei svarstysime 0,1 kWh). Įprastas kuras tiekia tą patį svorį daugiau nei šimtą kartų daugiau energijos. Jūs suprasite, kad tai yra didžiulis skirtumas. Jei jį suskaidysime į mažus, pavyzdžiui, „Chevrolet Cruze“ su 31 kWh baterija neša energiją, kuri telpa mažiau nei 2,6 kg benzino arba, jei norite, maždaug 3,5 litro benzino.

Galite pasakyti, kaip gali būti, kad elektromobilis apskritai užsives, o ne tai, kad jis vis tiek turės daugiau nei 100 km energijos. Priežastis paprasta. Elektros variklis yra daug efektyvesnis paverčiant sukauptą energiją į mechaninę energiją. Paprastai jo efektyvumas turėtų būti 90%, o vidaus degimo variklio efektyvumas yra apie 30% benzininiam varikliui ir 35% dyzeliniam varikliui. Todėl norint tiekti elektros varikliui tą pačią galią, pakanka turėti daug mažesnį energijos rezervą.

Lengvas atskirų pavarų naudojimas

Įvertinus supaprastintą skaičiavimą, daroma prielaida, kad iš litro benzino galime gauti maždaug 2,58 kWh mechaninės energijos, iš litro dyzelinio kuro – 3,42 kWh, o iš kilogramo ličio jonų akumuliatoriaus – 0,09 kWh. Taigi skirtumas yra ne daugiau nei šimtą kartų, o tik apie trisdešimt kartų. Tai geriausias skaičius, bet vis tiek nelabai rožinis. Pavyzdžiui, apsvarstykite sportišką „Audi R8“. Jo pilnai įkrautų baterijų, sveriančių 470 kg, energijos ekvivalentas yra 16,3 litro benzino arba tik 12,3 litro dyzelinio kuro. Arba, jei turėtume „Audi A4 3,0 TDI“, kurio bako talpa yra 62 litrai dyzelinio kuro, ir norėtume turėti tokį patį atstumą su gryno akumuliatoriaus pavara, mums reikėtų maždaug 2350 kg akumuliatorių. Kol kas šis faktas elektromobiliui neteikia itin šviesios ateities. Tačiau nereikia svaidyti šautuvo į rugius, nes spaudimą kurti tokius „elektroninius automobilius“ nuims negailestingas žalias fojė, tad nori ar ne automobilių gamintojams, jie privalo pagaminti kažką „žalio“ . “. Neabejotinas grynai elektrinės pavaros pakaitalas yra vadinamieji hibridai, kuriuose derinamas vidaus degimo variklis su elektros varikliu. Šiuo metu geriausiai žinomi, pavyzdžiui, „Toyota Prius“ („Auris HSD“ su ta pačia hibridine technologija) arba „Honda Inside“. Tačiau jų grynai elektrinis diapazonas vis dar kelia juoką. Pirmuoju atveju apie 2 km (naujausioje „Plug In“ versijoje jis padidintas „iki“ 20 km), o antruoju „Honda“ net neveikia grynai elektrinės pavaros. Kol kas gautas efektyvumas praktikoje nėra toks stebuklingas, kaip rodo masinė reklama. Tikrovė parodė, kad jie gali juos nuspalvinti bet kokiu mėlynu judesiu (ekonomija), dažniausiai naudojant įprastas technologijas. Hibridinės jėgainės pranašumas daugiausia yra degalų taupymas važiuojant mieste. Neseniai „Audi“ teigė, kad šiuo metu tereikia sumažinti kėbulo svorį, kad būtų pasiektas vidutiniškai toks pat degalų ekonomija, kokį kai kurios markės pasiekia automobilyje sumontavę hibridinę sistemą. Nauji kai kurių automobilių modeliai taip pat įrodo, kad tai nėra šauksmas į tamsą. Pavyzdžiui, neseniai pristatytas septintosios kartos „Volkswagen Golf“ naudoja lengvesnius komponentus, kad pasimokytų, ir praktiškai sunaudoja mažiau degalų nei anksčiau. Japonijos automobilių gamintojas „Mazda“ pasirinko panašią kryptį. Nepaisant šių teiginių, „ilgo nuotolio“ hibridinės pavaros kūrimas tęsiamas. Kaip pavyzdį paminėsiu Opel Ampera ir, paradoksalu, modelį iš Audi A1 e-tron.

Lengvas atskirų pavarų naudojimas

Energijos ištekliai	Variklio efektyvumas	Efektyvi energija / l	Efektyvi energija / kg
Benzinas	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Alyva	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Ličio jonų baterijos	0,90	-	GERAI. 0,1 kWh / kg

"Opel Ampera"

Nors „Opel Ampera“ dažnai pristatomas kaip elektrinė transporto priemonė, iš tikrųjų tai yra hibridinė transporto priemonė. Be elektros variklio, „Ampere“ taip pat naudoja 1,4 litro 63 kW vidaus degimo variklį. Tačiau šis benzininis variklis tiesiogiai nevaro ratų, bet veikia kaip generatorius, jei akumuliatoriai išsikrauna. energijos. Elektrinei daliai atstovauja elektros variklis, kurio galia yra 111 kW (150 AG), o sukimo momentas - 370 Nm. Maitinimo šaltinį maitina 220 T formos ličio elementų, kurių bendra galia yra 16 kWh, o svoris-180 kg. Šis elektromobilis gali nuvažiuoti 40–80 km grynai elektrine pavara. Šis atstumas dažnai yra pakankamas važiavimui visą dieną mieste ir žymiai sumažina eksploatavimo išlaidas, nes miesto eismas reikalauja didelių degalų sąnaudų vidaus degimo varikliams. Akumuliatorius taip pat galima įkrauti iš standartinio lizdo, o kartu su vidaus degimo varikliu „Ampera“ diapazonas tęsiasi iki labai garbingų penkių šimtų kilometrų.

Audi ir elektronas A1

„Audi“, pirmenybę teikianti klasikinei pavarai su pažangesnėmis technologijomis nei techniškai labai reikliai hibridinei pavarai, daugiau nei prieš dvejus metus pristatė įdomų A1 e-tron hibridinį automobilį. 12 kWh talpos ir 150 kg svorio ličio jonų akumuliatoriai įkraunami Wankel varikliu kaip generatoriaus dalis, kuri naudoja 254 litrų talpos bake sukauptą benzino energiją. Variklio tūris yra 15 kubinių metrų. cm ir generuoja 45 kW/h el. energijos. Elektros variklio galia siekia 75 kW ir per trumpą laiką gali pagaminti iki 0 kW galios. Įsibėgėjimas nuo 100 iki 10 yra apie 130 sekundžių, o didžiausias greitis – apie 50 km/h. Automobilis gali nuvažiuoti apie 12 km aplink miestą varydamas grynai elektrinę pavarą. Išsekus e. energiją diskretiškai įjungia rotacinis vidaus degimo variklis ir įkrauna elektros energiją. energijos akumuliatoriams. Bendras atstumas su visiškai įkrautais akumuliatoriais ir 250 litrų benzino yra apie 1,9 km, o vidutinės sąnaudos 100 litrų 1450 km. Transporto priemonės eksploatacinis svoris yra 12 kg. Pažvelkime į paprastą konversiją, kad pamatytume tiesioginį palyginimą, kiek energijos yra paslėpta 30 litrų bake. Darant prielaidą, kad šiuolaikinio Wankel variklio efektyvumas yra 70%, tada 9 kg jo kartu su 12 kg (31 l) benzino prilygsta 79 kWh akumuliatoriuose sukauptos energijos. Taigi 387,5 kg variklio ir bako = 1 kg akumuliatorių (skaičiuojant „Audi A9 e-Tron“ svoriais). Jei norėtume padidinti degalų baką 62 litrais, jau turėtume XNUMX kWh energijos automobiliui maitinti. Taigi galėtume tęsti. Bet jis turi turėti vieną laimikį. Tai nebebus „žaliasis“ automobilis. Taigi net ir čia aiškiai matyti, kad elektrinę pavarą gerokai riboja akumuliatoriuose sukauptos energijos galios tankis.

Visų pirma, didesnė kaina ir didelis svoris lėmė tai, kad hibridinė pavara Audi pamažu nublanko į antrą planą. Tačiau tai nereiškia, kad hibridinių automobilių ir elektromobilių plėtra „Audi“ visiškai nuvertėjo. Visai neseniai pasirodė informacija apie naują A1 e-tron modelio versiją. Palyginti su ankstesniuoju, rotorinis variklis/generatorius buvo pakeistas 1,5 kW 94 litro trijų cilindrų varikliu su turbokompresoriumi. Naudoti klasikinį vidaus degimo bloką „Audi“ privertė daugiausia dėl su šia transmisija susijusių sunkumų, o naujasis trijų cilindrų variklis skirtas ne tik krauti baterijas, bet ir dirbti tiesiogiai su varančiais ratais. Sanyo akumuliatoriai turi identišką 12 kWh galią, o grynai elektrinės pavaros diapazonas buvo šiek tiek padidintas iki maždaug 80 km. „Audi“ teigia, kad atnaujintas A1 e-tron turėtų vidutiniškai vieną litrą šimtui kilometrų. Deja, šios išlaidos turi vieną kliūtį. Hibridinėms transporto priemonėms su išplėstu grynai elektriniu nuotoliu. pavara naudoja įdomią techniką galutiniam srautui apskaičiuoti. Taip vadinamas vartojimas ignoruojamas. degalų papildymas iš akumuliatoriaus įkrovimo tinklas, taip pat galutinės sąnaudos l / 100 km, atsižvelgia tik į benzino sąnaudas per paskutinius 20 km važiavimo, kai yra elektra. akumuliatoriaus įkrova. Atlikę labai paprastą skaičiavimą, galime tai apskaičiuoti, jei baterijos buvo tinkamai išsikrovusios. važiavome dingus elektrai. energijos iš grynai benzininių akumuliatorių, todėl suvartojimas padidės penkis kartus, tai yra, 5 litrai benzino 100 km.

Audi A1 e-tron II. karta

Elektros energijos kaupimo problemos

Energijos kaupimo klausimas yra toks pat senas kaip ir pati elektrotechnika. Pirmieji elektros energijos šaltiniai buvo galvaniniai elementai. Po trumpo laiko buvo atrasta grįžtamojo elektros kaupimosi galvaniniuose antriniuose elementuose – baterijose – galimybė. Pirmieji panaudoti akumuliatoriai buvo švino, po kurio laiko nikelio-geležies ir kiek vėliau nikelio-kadmio, o jų praktinis naudojimas truko daugiau nei šimtą metų. Taip pat reikėtų pridurti, kad nepaisant intensyvių pasaulinių šios srities tyrimų, jų pagrindinis dizainas beveik nepasikeitė. Naudojant naujas gamybos technologijas, gerinant bazinių medžiagų savybes ir naudojant naujas medžiagas elementų ir indų separatoriams, pavyko šiek tiek sumažinti savitąjį svorį, sumažinti elementų savaiminį išsikrovimą, padidinti operatoriaus komfortą ir saugumą, bet apie tai. Reikšmingiausias trūkumas, t. Išliko labai nepalankus sukauptos energijos kiekio ir baterijų svorio bei tūrio santykis. Todėl šios baterijos daugiausia buvo naudojamos statinėms reikmėms (atsarginiams maitinimo šaltiniams, jei sugenda pagrindinis maitinimo šaltinis ir pan.). Baterijos buvo naudojamos kaip energijos šaltinis traukos sistemoms, ypač geležinkeliuose (transporto vežimėliuose), kur didelis svoris ir dideli gabaritai taip pat per daug netrukdė.

Energijos kaupimo progresas

Tačiau padidėjo poreikis sukurti mažas talpas ir matmenis turinčias ląsteles ampero valandomis. Taigi buvo suformuotos šarminės pirminės ląstelės ir sandarios nikelio-kadmio (NiCd) ir nikelio-metalo hidrido (NiMH) baterijos. Ląstelių kapsuliavimui buvo pasirinktos tokios pačios rankovių formos ir dydžiai, kaip ir iki šiol įprastoms pirminėms cinko chlorido ląstelėms. Visų pirma, pasiekti nikelio-metalo hidrido baterijų parametrai leidžia jas naudoti, ypač mobiliuosiuose telefonuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose, rankiniuose įrankių pavarose ir pan. Šių elementų gamybos technologija skiriasi nuo technologijų, naudojamų elementams, turintiems didelė talpa ampervalandėmis. Didelių elementų elektrodų sistemos sluoksniuotą išdėstymą pakeičia elektrodų sistemos, įskaitant separatorius, konvertavimo į cilindrinę ritę technologija, kuri įkišama į AAA, AA, C ir D dydžio taisyklingos formos ląsteles ir atitinkamai liečiasi su jomis. jų dydžio kartotiniai. Kai kurioms specialioms reikmėms gaminamos specialios plokščios ląstelės.

Hermetiškų elementų su spiraliniais elektrodais privalumas yra kelis kartus didesnė galimybė įkrauti ir iškrauti esant didelėms srovėms bei santykinio energijos tankio santykis su elemento svoriu ir tūriu, palyginti su klasikiniu didelių elementų dizainu. Trūkumas yra daugiau savaiminio išsikrovimo ir mažiau darbo ciklų. Didžiausia vieno NiMH elemento talpa yra maždaug 10 Ah. Tačiau, kaip ir kiti didesnio skersmens cilindrai, jie neleidžia įkrauti per didelės srovės dėl probleminio šilumos išsklaidymo, o tai labai sumažina naudojimą elektromobiliuose, todėl šis šaltinis naudojamas tik kaip pagalbinė baterija hibridinėje sistemoje (Toyota Prius). 1,3 kWh).

Didelė pažanga energijos kaupimo srityje buvo saugių ličio baterijų sukūrimas. Litis yra elementas, turintis didelę elektrocheminio potencialo vertę, tačiau jis taip pat itin reaktyvus oksidacine prasme, o tai taip pat sukelia problemų naudojant ličio metalą praktikoje. Ličiui susilietus su atmosferos deguonimi, įvyksta degimas, kuris, priklausomai nuo aplinkos savybių, gali turėti sprogimo pobūdį. Šią nemalonią savybę galima pašalinti arba kruopščiai apsaugant paviršių, arba naudojant mažiau aktyvius ličio junginius. Šiuo metu labiausiai paplitę ličio jonų ir ličio polimerų akumuliatoriai, kurių talpa nuo 2 iki 4 Ah ampervalandėmis. Jų naudojimas panašus į NiMh, o esant vidutinei 3,2 V iškrovimo įtampai, gaunama nuo 6 iki 13 Wh energijos. Palyginti su nikelio-metalo hidrido baterijomis, ličio baterijos gali sukaupti du ar keturis kartus daugiau energijos tam pačiam tūriui. Ličio jonų (polimero) baterijos turi gelio arba kieto pavidalo elektrolitą ir gali būti gaminamos plokščiuose elementuose, kurių storis siekia kelias dešimtąsias milimetro, praktiškai bet kokios formos, kad atitiktų atitinkamos paskirties poreikius.

Elektrinė pavara lengvajame automobilyje gali būti pagaminta kaip pagrindinė ir vienintelė (elektromobilis) arba kombinuota, kai elektrinė pavara gali būti ir dominuojantis, ir pagalbinis traukos šaltinis (hibridinė pavara). Priklausomai nuo naudojamo varianto, skiriasi energijos poreikis transporto priemonės veikimui, taigi ir akumuliatorių talpa. Elektromobiliuose akumuliatoriaus talpa yra nuo 25 iki 50 kWh, o su hibridine pavara ji natūraliai mažesnė ir svyruoja nuo 1 iki 10 kWh. Iš pateiktų verčių matyti, kad esant vieno (ličio) elemento įtampai 3,6 V, elementus reikia jungti nuosekliai. Siekiant sumažinti paskirstymo laidų, keitiklių ir variklių apvijų nuostolius, pavaroms rekomenduojama pasirinkti didesnę nei įprastai borto tinkle įtampą (12 V) – dažniausiai naudojamos vertės yra nuo 250 iki 500 V. Šiandien ličio elementai yra akivaizdžiai tinkamiausia rūšis. Tiesa, jie vis dar yra labai brangūs, ypač lyginant su švino rūgšties akumuliatoriais. Tačiau jie yra daug sunkesni.

Įprastų ličio baterijų elementų vardinė įtampa yra 3,6 V. Ši vertė atitinkamai skiriasi nuo įprastų nikelio-metalo hidrido elementų. NiCd, kurių vardinė įtampa yra 1,2 V (arba švino - 2 V), kuri, jei naudojama praktiškai, neleidžia keisti abiejų tipų. Šių ličio baterijų įkrovimui būdingas poreikis labai tiksliai išlaikyti maksimalios įkrovimo įtampos vertę, o tai reikalauja specialaus tipo įkroviklio ir ypač neleidžia naudoti įkrovimo sistemų, skirtų kitokio tipo elementams.

Pagrindinės ličio baterijų savybės

Pagrindinėmis elektrinių transporto priemonių ir hibridinių akumuliatorių charakteristikomis galima laikyti jų įkrovimo ir iškrovimo charakteristikas.

Įkrovimo charakteristika 

Įkrovimo procesui reikia reguliuoti įkrovimo srovę, negalima nepastebėti elemento įtampos valdymo ir dabartinės temperatūros. Šiandien naudojamiems ličio elementams, kuriuose kaip katodo elektrodas naudojamas LiCoO2, didžiausia įkrovimo įtampos riba yra 4,20–4,22 V vienoje celėje. Viršijus šią vertę, pažeistos ląstelės savybės ir, atvirkščiai, šios vertės nepasiekimas reiškia, kad nenaudojama nominali ląstelės talpa. Įkrovimui naudojama įprasta TV charakteristika, tai yra, pirmoje fazėje ji įkraunama pastovia srove, kol pasiekiama 4,20 V / elemento įtampa. Įkrovimo srovė yra apribota iki didžiausios leistinos vertės, kurią atitinkamai nurodo elemento gamintojas. įkroviklio parinktys. Įkrovimo laikas pirmame etape svyruoja nuo kelių dešimčių minučių iki kelių valandų, priklausomai nuo įkrovimo srovės dydžio. Ląstelių įtampa palaipsniui didėja iki maks. vertės 4,2 V. Kaip jau minėta, šios įtampos negalima viršyti dėl elemento pažeidimo pavojaus. Pirmajame įkrovimo etape 70–80% energijos kaupiasi ląstelėse, antroje - likusioje. Antroje fazėje įkrovimo įtampa palaikoma didžiausia leistina, o įkrovimo srovė palaipsniui mažėja. Įkrovimas baigtas, kai srovė sumažėja iki maždaug 2–3% elemento nominalios iškrovimo srovės. Kadangi didžiausia įkrovimo srovių vertė mažesnių elementų atveju taip pat yra kelis kartus didesnė už iškrovimo srovę, pirmajame įkrovimo etape galima sutaupyti didelę elektros energijos dalį. energijos per gana trumpą laiką (maždaug ½ ir 1 valandą). Taigi, ištikus ekstremaliai situacijai, galima per palyginti trumpą laiką įkrauti elektromobilio baterijas iki pakankamos talpos. Net ir ličio elementų atveju sukaupta elektros energija po tam tikro laikymo sumažėja. Tačiau tai atsitinka tik po maždaug 3 mėnesių prastovos.

Iškrovimo charakteristikos

Įtampa pirmiausia greitai nukrinta iki 3,6–3,0 V (priklausomai nuo iškrovimo srovės stiprumo) ir išlieka beveik pastovi per visą iškrovimą. Pasibaigus tiekimo el. energija taip pat labai greitai sumažina elemento įtampą. Todėl iškrovimas turi būti baigtas ne vėliau kaip gamintojo nurodyta 2,7–3,0 V įtampa.

Priešingu atveju gali būti pažeista gaminio struktūra. Iškrovimo procesą palyginti lengva valdyti. Jį riboja tik srovės vertė ir jis sustoja, kai pasiekiama galutinės iškrovos įtampos vertė. Vienintelė problema yra ta, kad atskirų ląstelių savybės nuosekliai išdėstytos niekada nėra vienodos. Todėl reikia pasirūpinti, kad bet kurio elemento įtampa nenukristų žemiau galutinės iškrovos įtampos, nes tai gali ją sugadinti ir taip sugesti visas akumuliatorius. Į tą patį reikia atsižvelgti įkraunant akumuliatorių.

Minėto tipo ličio elementai su skirtinga katodo medžiaga, kuriuose kobalto, nikelio ar mangano oksidas pakeičiamas fosfidu Li3V2 (PO4) 3, pašalina minėtą pavojų pažeisti ląstelę dėl neatitikimo. didesnė talpa. Taip pat deklaruojamas jų deklaruotas tarnavimo laikas - apie 2 įkrovimo ciklai (esant 000% iškrovai) ir ypač tai, kad visiškai išsikrovus elementui jis nebus pažeistas. Privalumas taip pat yra didesnė apie 80 vardinė įtampa įkraunant iki 4,2 V.

Iš aukščiau pateikto aprašymo galima aiškiai nurodyti, kad šiuo metu ličio baterijos yra vienintelė alternatyva, pvz., Energijos kaupimas vairuojant automobilį, palyginti su energija, sukaupta iškastinio kuro bake. Bet koks akumuliatoriaus talpos padidėjimas padidins šio ekologiško pavaros konkurencingumą. Galime tik tikėtis, kad vystymasis nesulėtės, o, priešingai, pajudės kelis kilometrus į priekį.

Transporto priemonių, naudojančių hibridines ir elektrines baterijas, pavyzdžiai

„Toyota Prius“ yra klasikinis hibridas, turintis mažą galios rezervą grynai elektra. vairuoti

„Toyota Prius“ naudoja 1,3 kWh NiMH akumuliatorių, kuris visų pirma naudojamas kaip spartinimo energijos šaltinis ir leidžia naudoti atskirą elektrinę pavarą maždaug 2 km atstumu. greitis 50 km / h. „Plug-In“ versijoje jau naudojamos 5,4 kWh talpos ličio jonų baterijos, kurios leidžia maksimaliu greičiu važiuoti tik elektriniu pavara 14–20 km atstumu. greitis 100 km / h.

„Opel Ampere“ hibridas su padidintu galios rezervu grynuoju el. vairuoti

Elektrinė transporto priemonė su išplėstu diapazonu (40–80 km), kaip „Opel“ vadina keturių vietų penkių durų „Amper“, yra varoma elektros varikliu, sukuriančiu 111 kW (150 AG) ir 370 Nm sukimo momentą. Maitinimo šaltinį maitina 220 T formos ličio elementų, kurių bendra galia yra 16 kWh, o svoris-180 kg. Generatorius yra 1,4 litro benzininis variklis, kurio galia 63 kW.

„Mitsubishi i MiEV“, „Citroën C-Zero“, „Peugeot iOn-clean el. автомобили

Ličio jonų akumuliatoriai, kurių talpa 16 kWh, leidžia automobiliui be įkrovimo nuvažiuoti iki 150 km, matuojant pagal NEDC (New European Driving Cycle) standartą. Aukštos įtampos baterijos (330 V) yra grindų viduje, taip pat yra apsaugotos lopšio rėmo nuo pažeidimų smūgio atveju. Tai bendros „Mitsubishi“ ir „GS Yuasa Corporation“ įmonės „Lithium Energy Japan“ produktas. Iš viso yra 88 straipsniai. Pavaros energiją tiekia 330 V ličio jonų baterija, kurią sudaro 88 50 Ah elementai, kurių bendra galia yra 16 kWh. Baterija bus įkrauta iš namų lizdo per šešias valandas, naudojant išorinį greitą įkroviklį (125 A, 400 V), akumuliatorius įkraunamas iki 80% per pusvalandį.

Pats esu didelis elektromobilių gerbėjas ir nuolat stebiu, kas vyksta šioje srityje, tačiau realybė šiuo metu nėra tokia optimistiška. Tai patvirtina ir aukščiau pateikta informacija, kuri rodo, kad tiek grynai elektrinių, tiek hibridinių transporto priemonių gyvenimas nėra lengvas, o dažnai apsimetęs tik skaičių žaidimas. Jų gamyba vis dar reikalauja daug pastangų ir yra brangi, o jų efektyvumas ne kartą yra ginčytinas. Pagrindinis elektromobilių (hibridų) trūkumas yra labai maža baterijose sukauptos energijos savitoji talpa, palyginti su energija, sukaupta įprastuose degaluose (dyzelinu, benzinu, suskystintomis naftos dujomis, suslėgtomis gamtinėmis dujomis). Kad elektromobilių galia tikrai priartėtų prie įprastų automobilių, akumuliatoriai turėtų sumažinti jų svorį bent dešimtadaliu. Tai reiškia, kad minėtasis Audi R8 e-tron 42 kWh turėjo sukaupti ne 470 kg, o 47 kg. Be to, tektų gerokai sutrumpinti įkrovimo laiką. Maždaug valanda esant 70-80% talpos vis dar yra daug, o aš nekalbu apie 6-8 valandas vidutiniškai pilnai įkrovus. Nereikia tikėti ir mėšlėmis apie nulinę CO2 elektrinių transporto priemonių gamybą. Iš karto atkreipkime dėmesį į tai, kad Energiją mūsų lizduose taip pat gamina šiluminės elektrinės, jos ne tik gamina pakankamai CO2. Jau nekalbant apie sudėtingesnę tokio automobilio gamybą, kai CO2 poreikis gamybai yra daug didesnis nei klasikiniame. Mes neturime pamiršti apie daug komponentų, kuriuose yra sunkių ir toksiškų medžiagų, ir jų probleminio tolesnio šalinimo.

Su visais minėtais ir nepaminėtais minusais elektromobilis (hibridas) turi ir nenuginčijamų privalumų. Miesto eisme ar trumpesniais atstumais jų ekonomiškesnis eksploatavimas neabejotinas vien dėl energijos kaupimo (atkūrimo) stabdymo metu principo, kai įprastose transporto priemonėse ji stabdymo metu pašalinama perteklinės šilumos pavidalu į orą, o ne į orą. paminėti galimybę kelis km automobiliu važiuoti po miestą pigiai pasikrauti iš viešo el. neto. Jei lygintume gryną elektromobilį ir klasikinį automobilį, tai įprastame automobilyje yra vidaus degimo variklis, kuris pats savaime yra gana sudėtingas mechaninis elementas. Jo galia turi būti kažkaip perkelta į ratus, o tai dažniausiai daroma per mechaninę arba automatinę pavarų dėžę. Kelyje vis dar yra vienas ar keli diferencialai, kartais taip pat kardaninis velenas ir ašies velenų serija. Žinoma, reikia ir automobiliui sulėtinti greitį, atvėsti varikliui, o ši šiluminė energija nenaudingai prarandama aplinkai kaip liekamoji šiluma. Elektromobilis yra daug efektyvesnis ir paprastesnis – (netaikoma hibridinei pavarai, kuri yra labai sudėtinga). Elektromobilyje nėra pavarų dėžių, pavarų dėžių, kardanų ir pusvelių, pamirškite apie variklį priekyje, gale ar viduryje. Jame nėra radiatoriaus, ty aušinimo skysčio ir starterio. Elektromobilio privalumas yra tas, kad jis gali montuoti variklius tiesiai į ratus. Ir staiga jūs turite tobulą keturratį, kuris gali valdyti kiekvieną ratą nepriklausomai nuo kitų. Todėl su elektromobiliu nebus sunku valdyti tik vieną ratą, taip pat galima pasirinkti ir valdyti optimalų galios paskirstymą posūkiams. Kiekvienas iš variklių taip pat gali būti stabdys, visiškai nepriklausomas nuo kitų ratų, kuris bent dalį kinetinės energijos paverčia atgal į elektros energiją. Dėl to įprasti stabdžiai bus patiriami daug mažiau. Varikliai gali pagaminti maksimalią galią beveik bet kuriuo metu ir nedelsdami. Jų efektyvumas paverčiant akumuliatoriuose sukauptą energiją į kinetinę energiją yra apie 90%, o tai maždaug tris kartus viršija įprastų variklių. Vadinasi, jie nesukuria tiek daug likutinės šilumos ir neturi būti sunkiai atvėsinami. Tam tereikia geros techninės įrangos, valdymo bloko ir gero programuotojo.

Suma sumárum. Jei elektromobiliai ar hibridai yra dar arčiau klasikinių automobilių su degalus taupančiais varikliais, jų dar laukia labai sunkus ir sunkus kelias. Tikiuosi, kad to nepatvirtina daugybė klaidinančių skaičių arba. perdėtas pareigūnų spaudimas. Tačiau nenusiminkime. Nanotechnologijų plėtra tikrai juda nepaprastai greitai, ir, ko gero, artimiausiu metu mūsų laukia tikrai stebuklai.

Galiausiai pridėsiu dar vieną įdomų dalyką. Jau yra saulės degalų papildymo stotis.

„Toyota Industries Corp“ (TIC) sukūrė saulės įkrovimo stotį elektrinėms ir hibridinėms transporto priemonėms. Stotis taip pat prijungta prie elektros tinklo, todėl 1,9 kW saulės kolektoriai greičiausiai yra papildomas energijos šaltinis. Naudojant autonominį (saulės) maitinimo šaltinį, įkrovimo stotis gali užtikrinti maksimalią 110 VAC / 1,5 kW galią, o prijungus prie elektros tinklo-ne daugiau kaip 220 VAC / 3,2 kW.

Nepanaudota elektros energija iš saulės kolektorių kaupiama baterijose, kurios vėliau gali naudoti 8,4 kWh. Taip pat galima tiekti elektros energiją į skirstomąjį tinklą arba tiekimo stočių priedus. Stotyje naudojami įkrovimo stendai turi įmontuotą ryšio technologiją, galinčią atitinkamai identifikuoti transporto priemones. jų savininkai naudojasi išmaniosiomis kortelėmis.

Svarbios baterijų sąlygos

• Galia - nurodo akumuliatoriuje sukauptą elektros krūvį (energijos kiekį). Jis nurodomas ampervalandėmis (Ah) arba, mažų prietaisų atveju, miliampervalandėmis (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) baterija teoriškai gali tiekti 1 amper vieną valandą.
• Vidinis pasipriešinimas - rodo akumuliatoriaus gebėjimą užtikrinti didesnę ar mažesnę iškrovos srovę. Iliustracijai gali būti naudojami du kanistrai, kurių vienas mažesnis (didelis vidinis pasipriešinimas), o kitas – didesnis (maža vidinė varža). Jei nuspręsime jas ištuštinti, kanistras su mažesne nutekėjimo anga ištuštės lėčiau.
• Akumuliatoriaus vardinė įtampa - nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido akumuliatorių įtampa yra 1,2 V, švino 2 V, o ličio - nuo 3,6 iki 4,2 V. Eksploatacijos metu ši įtampa kinta 0,8-1,5 V nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido akumuliatorių, 1,7-2,3 V švinui ir 3-4,2 ir 3,5-4,9 ličiui.
• Įkrovimo srovė, iškrovimo srovė – išreikštas amperais (A) arba miliamperais (mA). Tai svarbi informacija apie praktinį baterijos naudojimą konkrečiam įrenginiui. Tai taip pat nustato teisingo akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo sąlygas, kad jo talpa būtų maksimaliai išnaudota ir tuo pačiu nebūtų sunaikinta.
• Įkrovimas pagal iškrovos kreivė - grafiškai rodo įtampos pokytį priklausomai nuo laiko, kai įkraunama arba iškraunama baterija. Kai akumuliatorius išsikrauna, maždaug 90 % išsikrovimo laiko paprastai šiek tiek pakinta įtampa. Todėl iš išmatuotos įtampos labai sunku nustatyti esamą akumuliatoriaus būseną.
• Išsikrauna, išsikrauna – Akumuliatorius negali nuolat palaikyti elektros energijos. energija, nes reakcija prie elektrodų yra grįžtamasis procesas. Įkrauta baterija palaipsniui išsikrauna pati. Šis procesas gali trukti nuo kelių savaičių iki mėnesių. Švino rūgšties akumuliatorių atveju tai yra 5-20% per mėnesį, nikelio-kadmio akumuliatorių - apie 1% elektros krūvio per dieną, nikelio-metalo hidrido akumuliatorių atveju - apie 15-20% per mėnesį. mėnesį, o ličio netenka apie 60 proc. pajėgumas trims mėnesiams. Savaiminis išsikrovimas priklauso nuo aplinkos temperatūros, taip pat nuo vidinės varžos (didesnės vidinės varžos akumuliatoriai išsikrauna mažiau) ir, žinoma, taip pat svarbu dizainas, naudojamos medžiagos ir darbo kokybė.
•  Baterija (komplektai) – Tik išskirtiniais atvejais baterijos naudojamos atskirai. Paprastai jie jungiami komplekte, beveik visada jungiami nuosekliai. Maksimali tokio rinkinio srovė lygi atskiro elemento maksimaliai srovei, vardinė įtampa – atskirų elementų vardinių įtampų suma.
•  Baterijų kaupimas.  Naują ar nenaudotą akumuliatorių reikia atlikti vieną, bet pageidautina kelis (3-5) lėto pilno įkrovimo ir lėto išsikrovimo ciklus. Šis lėtas procesas nustato akumuliatoriaus parametrus iki norimo lygio.
•  Atminties efektas – Taip atsitinka, kai akumuliatorius įkraunamas ir iškraunamas iki vienodo lygio su maždaug pastovia, ne per didele srove, o elemento visiškai įkrauti ar giliai iškrauti neturėtų būti. Šis šalutinis poveikis paveikė NiCd (mažiausiai taip pat NiMH).