Baterijas hibrīda un elektriskajiem transportlīdzekļiem

Iepriekšējā rakstā mēs apspriedām akumulatoru kā elektroenerģijas avotu, kas galvenokārt nepieciešams automašīnas iedarbināšanai, kā arī salīdzinoši īslaicīgai elektroiekārtu darbībai. Tomēr pilnīgi atšķirīgas prasības tiek izvirzītas bateriju īpašībām, ko izmanto lielu mobilo ierīču, mūsu gadījumā hibrīdauto un elektromobiļu, virzīšanai. Lai darbinātu transportlīdzekli, ir nepieciešams daudz lielāks uzglabātās enerģijas daudzums, un tas ir kaut kur jāuzglabā. Klasiskajā automašīnā ar iekšdedzes dzinēju tas tiek uzglabāts tvertnē benzīna, dīzeļdegvielas vai sašķidrinātas naftas gāzes veidā. Elektriskā transportlīdzekļa vai hibrīda transportlīdzekļa gadījumā tas tiek uzglabāts baterijās, ko var raksturot kā galveno elektromobiļa problēmu.

Pašreizējie akumulatori var uzkrāt maz enerģijas, lai gan tie ir diezgan apjomīgi, smagi, un tajā pašā laikā ir nepieciešams vairākas stundas, lai tos uzlādētu maksimāli (parasti 8 vai vairāk). Turpretī parastie transportlīdzekļi ar iekšdedzes dzinējiem nelielā korpusā var uzglabāt lielu enerģijas daudzumu, salīdzinot ar akumulatoriem, ar nosacījumu, ka uzlāde prasa tikai minūti, varbūt divas. Diemžēl elektroenerģijas uzglabāšanas problēma ir skārusi elektromobiļus kopš to pirmsākumiem, un, neskatoties uz nenoliedzamu progresu, to enerģijas blīvums, kas nepieciešams transportlīdzekļa darbināšanai, joprojām ir ļoti zems. Turpmākajās rindās, e -pasta saglabāšana Mēs sīkāk apspriedīsim enerģiju un mēģināsim tuvināt reālo realitāti automašīnām ar tīru elektrisko vai hibrīda piedziņu. Ap šīm "elektroniskajām automašīnām" ir daudz mītu, tāpēc nav sāpīgi tuvāk aplūkot šādu piedziņu priekšrocības vai trūkumus.

Diemžēl arī ražotāju norādītie skaitļi ir ļoti apšaubāmi un drīzāk teorētiski. Piemēram, Kia Venga ir elektromotors ar 80 kW jaudu un 280 Nm griezes momentu. Enerģiju nodrošina litija jonu akumulatori ar jaudu 24 kWh, aprēķinātais Kia Vengy EV darbības rādiuss pēc ražotāja teiktā ir 180 km. Akumulatoru ietilpība liecina, ka, pilnībā uzlādēti, tie var nodrošināt 24 kW dzinēja patēriņu vai pusstundas laikā barot 48 kW patēriņu utt. Vienkāršs pārrēķins, un mēs nevarēsim nobraukt 180 km . Ja gribētos domāt par šādu diapazonu, tad ar vidēji 60 km/h būtu jābrauc aptuveni 3 stundas, un dzinēja jauda būtu tikai desmitā daļa no nominālvērtības, t.i., 8 kW. Citiem vārdiem sakot, ar patiešām uzmanīgu (uzmanīgu) braucienu, kurā gandrīz noteikti izmantosiet bremzi darbā, teorētiski šāds brauciens ir iespējams. Protams, mēs neapsveram dažādu elektrisko piederumu iekļaušanu. Katrs jau var iedomāties, kāda pašaizliedzība salīdzinājumā ar klasisko auto. Tajā pašā laikā klasiskajā Vengā ielej 40 litrus dīzeļdegvielas un bez ierobežojumiem nobrauc simtiem un simtiem kilometru. Kāpēc tas tā ir? Mēģināsim salīdzināt, cik daudz šīs enerģijas un cik lielu svaru klasiskais auto spēj noturēt tvertnē, un cik elektromobilis spēj noturēt akumulatoros – vairāk lasi šeit ŠEIT.

Daži fakti no ķīmijas un fizikas

• benzīna siltumspēja: 42,7 MJ / kg,
• dīzeļdegvielas siltumspēja: 41,9 MJ / kg,
• benzīna blīvums: 725 kg / m3,
• eļļas blīvums: 840 kg / m3,
• Džoula (J) = [kg * m2 / s2],
• Vats (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Enerģija ir spēja veikt darbu, ko mēra džoulos (J), kilovatstundās (kWh). Darbs (mehāniskais) izpaužas kā enerģijas izmaiņas ķermeņa kustības laikā, tam ir tādas pašas vienības kā enerģijai. Jauda izsaka veiktā darba apjomu laika vienībā, pamatvienība ir vats (W).

Enerģijas avotu īpatnējā jauda

Enerģijas resurss	Siltumspēja / blīvums kg	Siltumspēja / l Enerģija / l	Enerģija / kg
Benzīns	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Eļļa	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion akumulators (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

No iepriekš minētā ir skaidrs, ka, piemēram, ar siltumspēju 42,7 MJ / kg un blīvumu 725 kg / m3, benzīns piedāvā enerģiju 8,60 kWh litrā vai 11,86 kWh kilogramā. Ja mēs būvējam pašreizējās baterijas, kas tagad ir uzstādītas elektriskajos transportlīdzekļos, piemēram, litija jonu, to jauda ir mazāka par 0,1 kWh uz kilogramu (vienkāršības labad ņemsim vērā 0,1 kWh). Parastā degviela nodrošina vairāk nekā simts reižu vairāk enerģijas vienam un tam pašam svaram. Jūs sapratīsit, ka šī ir milzīga atšķirība. Ja mēs to sadalām mazos, piemēram, Chevrolet Cruze ar 31 kWh akumulatoru nes enerģiju, kas var ietilpt mazāk nekā 2,6 kg benzīna vai, ja vēlaties, apmēram 3,5 litros benzīna.

Jūs varat pateikt, kā tas ir iespējams, ka elektriskā automašīna vispār tiks iedarbināta, nevis to, ka tai joprojām būs vairāk nekā 100 km enerģijas. Iemesls ir vienkāršs. Elektromotors ir daudz efektīvāks, pārvēršot uzkrāto enerģiju mehāniskā enerģijā. Parasti tā efektivitātei vajadzētu būt 90%, savukārt iekšdedzes dzinēja efektivitāte ir aptuveni 30% benzīna dzinējam un 35% dīzeļdzinējam. Tāpēc, lai elektromotoram nodrošinātu tādu pašu jaudu, pietiek ar daudz mazāku enerģijas rezervi.

Vienkārša atsevišķu disku lietošana

Izvērtējot vienkāršoto aprēķinu, pieņemts, ka no litra benzīna varam iegūt aptuveni 2,58 kWh mehāniskās enerģijas, no litra dīzeļdegvielas – 3,42 kWh, bet no kilograma litija jonu akumulatora – 0,09 kWh. Tātad atšķirība ir ne vairāk kā simtkārtīga, bet tikai aptuveni trīsdesmit reizes. Šis ir labākais skaitlis, bet tomēr ne īsti rozā. Piemēram, apsveriet sportisko Audi R8. Tā pilnībā uzlādētajiem akumulatoriem, kas sver 470 kg, enerģijas ekvivalents ir 16,3 litri benzīna vai tikai 12,3 litri dīzeļdegvielas. Vai arī, ja mums būtu Audi A4 3,0 TDI ar tvertnes tilpumu 62 litri dīzeļdegvielas un mēs vēlētos tādu pašu nobraukumu ar tīru akumulatoru piedziņu, mums būtu nepieciešami aptuveni 2350 kg akumulatoru. Pagaidām šis fakts elektromobilim nedod īpaši gaišu nākotni. Taču nevajag mest ar bisi pa rudziem, jo ​​spiedienu uz šādu "e-mašīnu" attīstību noņems nežēlīgais zaļais lobijs, tāpēc gribot negribot autoražotājiem jāražo kaut kas "zaļš" . “. Noteikts tīri elektriskās piedziņas aizstājējs ir tā sauktie hibrīdi, kas apvieno iekšdedzes dzinēju ar elektromotoru. Šobrīd zināmākie ir, piemēram, Toyota Prius (Auris HSD ar tādu pašu hibrīdtehnoloģiju) vai Honda Inside. Tomēr to tīri elektriskais diapazons joprojām ir smieklīgs. Pirmajā gadījumā aptuveni 2 km (jaunākajā Plug In versijā tas ir palielināts “līdz” 20 km), bet otrajā Honda pat neklauvē pie tīri elektriskās piedziņas. Līdz šim iegūtā efektivitāte praksē nav tik brīnumaina, kā liecina masu reklāma. Realitāte ir parādījusi, ka viņi var tos krāsot ar jebkuru zilu kustību (ekonomiku), galvenokārt ar parasto tehnoloģiju. Hibrīdelektrostacijas priekšrocība galvenokārt slēpjas degvielas ekonomijā, braucot pa pilsētu. Audi nesen izteicās, ka šobrīd ir nepieciešams tikai samazināt ķermeņa masu, lai sasniegtu vidēji tādu pašu degvielas ekonomiju, kādu daži zīmoli panāk, uzstādot automašīnā hibrīdsistēmu. Arī dažu automašīnu jaunie modeļi pierāda, ka tas nav kliedziens tumsā. Piemēram, nesen prezentētais septītās paaudzes Volkswagen Golf izmanto vieglākas sastāvdaļas, lai mācītos no un praksē faktiski patērē mazāk degvielas nekā iepriekš. Līdzīgu virzienu uzņēmis arī Japānas autoražotājs Mazda. Neraugoties uz šiem apgalvojumiem, "liela attāluma" hibrīda piedziņas izstrāde turpinās. Kā piemēru minēšu Opel Ampera un paradoksālā kārtā modeli no Audi A1 e-tron.

Vienkārša atsevišķu disku lietošana

Enerģijas resurss	Motora efektivitāte	Efektīvā enerģija / l	Efektīvā enerģija / kg
Benzīns	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Eļļa	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Litija jonu akumulatori	0,90	-	LABI. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Lai gan Opel Ampera bieži tiek prezentēts kā elektromobilis, patiesībā tas ir hibrīdauto. Papildus elektromotoram Ampere izmanto arī 1,4 litru 63 kW iekšdedzes dzinēju. Tomēr šis benzīna dzinējs riteņus tiešā veidā nedzen, bet darbojas kā ģenerators gadījumam, ja akumulatoriem beidzas elektrība. enerģiju. Elektrisko daļu attēlo elektromotors ar jaudu 111 kW (150 ZS) un griezes momentu 370 Nm. Strāvas padevi nodrošina 220 T veida litija elementi, kuru kopējā jauda ir 16 kWh un svars 180 kg. Šis elektromobilis ar tīri elektrisko piedziņu var nobraukt 40–80 km. Šis attālums bieži vien ir pietiekams braukšanai pilsētā visu dienu un ievērojami samazina ekspluatācijas izmaksas, jo pilsētas satiksmei ir vajadzīgs ievērojams degvielas patēriņš iekšdedzes dzinēju gadījumā. Baterijas var uzlādēt arī no standarta kontaktligzdas, un, apvienojot to ar iekšdedzes dzinēju, Ampera diapazons sniedzas ļoti cienījamos piecos simtos kilometru.

Audi e-electron A1

Audi, kas dod priekšroku klasiskai piedziņai ar modernākām tehnoloģijām nekā tehniski ļoti prasīgai hibrīdpiedziņai, pirms vairāk nekā diviem gadiem iepazīstināja ar interesantu A1 e-tron hibrīdauto. Litija jonu akumulatorus ar jaudu 12 kWh un svaru 150 kg uzlādē Wankel dzinējs kā daļa no ģeneratora, kas izmanto enerģiju benzīna veidā, kas uzkrāts 254 litru tvertnē. Dzinēja tilpums ir 15 kubikmetri. cm un ģenerē 45 kW / h el. enerģiju. Elektromotora jauda ir 75 kW, un tas īsā laikā spēj saražot līdz 0 kW jaudu. Paātrinājums no 100 līdz 10 ir aptuveni 130 sekundes un maksimālais ātrums ir aptuveni 50 km/h. Automašīna ar tīri elektrisko piedziņu var nobraukt aptuveni 12 km apkārt pilsētai. Pēc e. enerģiju diskrēti aktivizē rotējošais iekšdedzes dzinējs un uzlādē elektrību. enerģija akumulatoriem. Kopējais nobraukums ar pilnībā uzlādētiem akumulatoriem un 250 litriem benzīna ir aptuveni 1,9 km ar vidējo patēriņu 100 litri uz 1450 km. Transportlīdzekļa ekspluatācijas svars ir 12 kg. Apskatīsim vienkāršu pārveidošanu, lai tiešā salīdzinājumā redzētu, cik daudz enerģijas ir paslēpts 30 litru tvertnē. Pieņemot, ka modernā Wankel dzinēja efektivitāte ir 70%, tad 9 kg no tā kopā ar 12 kg (31 L) benzīna ir līdzvērtīgi 79 kWh akumulatoros uzkrātai enerģijai. Tātad 387,5 kg dzinēja un tvertnes = 1 kg akumulatoru (rēķinot Audi A9 e-Tron svaros). Ja mēs vēlētos palielināt degvielas tvertni par 62 litriem, mums jau būtu pieejami XNUMX kWh enerģijas, lai darbinātu automašīnu. Tātad mēs varētu turpināt. Bet viņam ir jābūt vienam nozvejam. Tā vairs nebūs "zaļa" mašīna. Tātad pat šeit ir skaidri redzams, ka elektrisko piedziņu būtiski ierobežo akumulatoros uzkrātās enerģijas jaudas blīvums.

Jo īpaši augstākā cena, kā arī lielais svars ir novedis pie tā, ka Audi hibrīdpiedziņa pamazām ir aizgājusi otrajā plānā. Tomēr tas nenozīmē, ka hibrīdauto un elektrisko transportlīdzekļu attīstība Audi ir pilnībā nolietojusies. Nesen parādījusies informācija par A1 e-tron modeļa jauno versiju. Salīdzinot ar iepriekšējo, rotācijas dzinējs/ģenerators ir aizstāts ar 1,5 kW 94 litru trīscilindru turbodzinēju. Izmantot klasisko iekšdedzes agregātu Audi piespieda galvenokārt ar šo transmisiju saistīto grūtību dēļ, un jaunais trīscilindru dzinējs ir paredzēts ne tikai akumulatoru uzlādēšanai, bet arī darbam tieši ar piedziņas riteņiem. Sanyo akumulatoru jauda ir identiska — 12 kWh, un tīri elektriskās piedziņas darbības rādiuss ir nedaudz palielināts līdz aptuveni 80 km. Audi saka, ka modernizētajam A1 e-tron vidēji vajadzētu būt vienam litram uz simts kilometriem. Diemžēl šiem izdevumiem ir viena aizķeršanās. Hibrīdautomobiļiem ar paplašinātu tīri elektrisko diapazonu. piedziņa izmanto interesantu paņēmienu galīgā plūsmas ātruma aprēķināšanai. Tā sauktais patēriņš tiek ignorēts. degvielas uzpilde no akumulatora uzlādes tīkls, kā arī gala patēriņš l / 100 km, ņem vērā tikai benzīna patēriņu pēdējos 20 km braukšanas laikā, kad ir elektrība. akumulatora uzlāde. Izmantojot ļoti vienkāršu aprēķinu, mēs to varam aprēķināt, ja baterijas bija atbilstoši izlādējušās. braucām pēc elektrības pazušanas. enerģija no tīri benzīna akumulatoriem, kā rezultātā patēriņš palielināsies piecas reizes, tas ir, 5 litri benzīna uz 100 km.

Audi A1 e-tron II. paaudze

Problēmas ar elektroenerģijas uzglabāšanu

Enerģijas uzkrāšanas jautājums ir tikpat sens kā elektrotehnika. Pirmie elektroenerģijas avoti bija galvaniskie elementi. Pēc neilga laika tika atklāta atgriezeniska elektroenerģijas uzkrāšanās procesa iespēja galvaniskajos sekundārajos elementos - akumulatoros. Pirmie izmantotie akumulatori bija svina akumulatori, pēc neilga laika niķeļa-dzelzs un nedaudz vēlāk niķeļa-kadmija akumulatori, un to praktiskā izmantošana ilga vairāk nekā simts gadus. Jāpiebilst arī, ka, neskatoties uz intensīvajiem pasaules pētījumiem šajā jomā, to pamatdizains nav īpaši mainījies. Izmantojot jaunas ražošanas tehnoloģijas, uzlabojot pamatmateriālu īpašības un izmantojot jaunus materiālus šūnu un tvertņu separatoriem, bija iespējams nedaudz samazināt īpatnējo svaru, samazināt šūnu pašizlādes līmeni, kā arī palielināt operatora komfortu un drošību, bet tas arī viss. Būtiskākais trūkums, ti. Saglabājās ļoti nelabvēlīga uzkrātās enerģijas daudzuma attiecība pret akumulatoru svaru un tilpumu. Tāpēc šīs baterijas galvenokārt tika izmantotas statiskajās lietojumprogrammās (rezerves barošanas avoti gadījumā, ja sabojājas galvenais barošanas avots utt.). Baterijas tika izmantotas kā enerģijas avots vilces sistēmām, īpaši uz dzelzceļiem (transporta ratiem), kur arī lielais svars un ievērojamie izmēri pārāk netraucēja.

Enerģijas uzglabāšanas progress

Tomēr ir palielinājusies nepieciešamība izstrādāt šūnas ar nelielu jaudu un izmēriem ampērstundās. Tādējādi tika izveidotas sārmainās primārās šūnas un niķeļa-kadmija (NiCd) un pēc tam niķeļa-metāla hidrīda (NiMH) bateriju aizzīmogotās versijas. Šūnu iekapsulēšanai tika izvēlētas tādas pašas uzmavas formas un izmēri kā līdz šim parastajām primārajām cinka hlorīda šūnām. Jo īpaši sasniegtie niķeļa-metāla hidrīda akumulatoru parametri ļauj tos izmantot, jo īpaši mobilajos tālruņos, klēpjdatoros, manuālos instrumentu piedziņās utt. Šo šūnu ražošanas tehnoloģija atšķiras no tehnoloģijām, ko izmanto šūnām ar liela jauda ampērstundās. Lielo šūnu elektrodu sistēmas lamelāro izvietojumu aizstāj ar tehnoloģiju, kā elektrodu sistēmu, ieskaitot atdalītājus, pārveidot par cilindrisku spoli, kas tiek ievietota un kontaktēta ar regulāras formas šūnām izmēros AAA, AA, C un D, ​​resp. to lieluma daudzkārtņi. Dažiem īpašiem lietojumiem tiek ražotas īpašas plakanas šūnas.

Hermētisko elementu ar spirālveida elektrodiem priekšrocība ir vairākas reizes lielāka spēja uzlādēt un izlādēties ar lielām strāvām un relatīvā enerģijas blīvuma attiecība pret šūnas svaru un tilpumu, salīdzinot ar klasisko lielo šūnu konstrukciju. Trūkums ir lielāka pašizlāde un mazāk darba ciklu. Viena NiMH elementa maksimālā jauda ir aptuveni 10 Ah. Bet, tāpat kā ar citiem lielāka diametra cilindriem, tie neļauj uzlādēt pārāk lielu strāvu problemātiskās siltuma izkliedes dēļ, kas ievērojami samazina izmantošanu elektriskajos transportlīdzekļos, un tāpēc šis avots tiek izmantots tikai kā papildu akumulators hibrīdsistēmā (Toyota Prius 1,3 kWh).

Būtisks progress enerģijas uzglabāšanas jomā ir drošu litija bateriju izstrāde. Litijs ir elements ar augstu elektroķīmisko potenciālu, taču tas ir arī ārkārtīgi reaktīvs oksidatīvā nozīmē, kas arī rada problēmas, lietojot litiju metālu praksē. Litijam nonākot saskarē ar atmosfēras skābekli, notiek sadegšana, kam atkarībā no vides īpašībām var būt sprādziena raksturs. Šo nepatīkamo īpašību var novērst, vai nu rūpīgi aizsargājot virsmu, vai arī izmantojot mazāk aktīvos litija savienojumus. Šobrīd visizplatītākie litija jonu un litija polimēru akumulatori ar jaudu no 2 līdz 4 Ah ampērstundās. To lietojums ir līdzīgs NiMh lietojumam, un pie vidējā izlādes sprieguma 3,2 V ir pieejama 6 līdz 13 Wh enerģijas. Salīdzinot ar niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem, litija baterijas var uzglabāt divas līdz četras reizes vairāk enerģijas tādam pašam tilpumam. Litija jonu (polimēru) akumulatoriem ir elektrolīts gēla vai cietā veidā, un tos var izgatavot plakanos elementos, kuru tievības ir līdz dažām milimetru desmitdaļām, praktiski jebkurā formā, lai tās atbilstu attiecīgā lietojuma vajadzībām.

Elektrisko piedziņu vieglajā automašīnā var izgatavot kā galveno un vienīgo (elektroauto) vai kombinēto, kur elektriskā piedziņa var būt gan dominējošais, gan palīgs vilces avots (hibrīdpiedziņa). Atkarībā no izmantotā varianta enerģijas prasības transportlīdzekļa darbībai un līdz ar to arī akumulatoru kapacitāte atšķiras. Elektriskajos transportlīdzekļos akumulatora jauda ir no 25 līdz 50 kWh, un ar hibrīda piedziņu tā dabiski ir zemāka un svārstās no 1 līdz 10 kWh. No dotajām vērtībām var redzēt, ka pie viena (litija) elementa sprieguma 3,6 V ir nepieciešams savienot šūnas virknē. Lai samazinātu zudumus sadales vadītājos, invertoros un motora tinumos, piedziņām ieteicams izvēlēties augstāku spriegumu nekā parasti borta tīklā (12 V) - parasti lietotās vērtības ir no 250 līdz 500 V. No plkst. šodien litija šūnas acīmredzami ir vispiemērotākais veids. Jāatzīst, ka tie joprojām ir ļoti dārgi, it īpaši, ja salīdzina ar svina-skābes akumulatoriem. Tomēr tie ir daudz grūtāki.

Parasto litija bateriju elementu nominālais spriegums ir 3,6 V. Šī vērtība attiecīgi atšķiras no parastajiem niķeļa-metāla hidrīda elementiem. NiCd, kuru nominālais spriegums ir 1,2 V (vai svins - 2 V), kas, ja to izmanto praksē, neļauj savstarpēji aizstāt abus veidus. Šo litija bateriju uzlādēšanai ir raksturīga nepieciešamība ļoti precīzi uzturēt maksimālā uzlādes sprieguma vērtību, kas prasa īpaša veida lādētāju un jo īpaši neļauj izmantot cita veida elementiem paredzētas uzlādes sistēmas.

Litija bateriju galvenās īpašības

Elektrisko transportlīdzekļu un hibrīdu akumulatoru galvenās īpašības var uzskatīt par to uzlādes un izlādes īpašībām.

Uzlādes īpašība 

Uzlādes process prasa lādēšanas strāvas regulēšanu, nevar izlaist elementa sprieguma kontroli un pašreizējās temperatūras kontroli. Pašlaik izmantotajām litija šūnām, kuras kā katoda elektrodu izmanto LiCoO2, maksimālais uzlādes sprieguma ierobežojums ir 4,20 līdz 4,22 V uz vienu šūnu. Šīs vērtības pārsniegšana izraisa šūnas īpašību bojājumus, un, gluži pretēji, šīs vērtības nesasniegšana nozīmē šūnas nominālās ietilpības neizmantošanu. Uzlādei izmanto parasto SV raksturlielumu, tas ir, pirmajā fāzē tas tiek uzlādēts ar nemainīgu strāvu, līdz tiek sasniegts spriegums 4,20 V / šūna. Uzlādes strāva ir ierobežota līdz maksimāli pieļaujamajai vērtībai, ko norādījis attiecīgi elementa ražotājs. lādētāja iespējas. Uzlādes laiks pirmajā posmā svārstās no vairākiem desmitiem minūšu līdz vairākām stundām atkarībā no uzlādes strāvas lieluma. Šūnas spriegums pakāpeniski palielinās līdz maks. vērtības 4,2 V. Kā jau minēts, šo spriegumu nedrīkst pārsniegt šūnas bojājuma riska dēļ. Uzlādes pirmajā fāzē no 70 līdz 80% enerģijas tiek uzkrāta šūnās, otrajā - pārējā. Otrajā fāzē uzlādes spriegums tiek uzturēts pie maksimāli pieļaujamās vērtības, un lādēšanas strāva pakāpeniski samazinās. Uzlāde ir pabeigta, kad strāva ir samazinājusies līdz aptuveni 2–3% no šūnas nominālās izlādes strāvas. Tā kā lādēšanas strāvu maksimālā vērtība mazāku elementu gadījumā ir arī vairākas reizes lielāka nekā izlādes strāva, pirmajā uzlādes posmā var ietaupīt ievērojamu elektroenerģijas daļu. enerģiju salīdzinoši ļoti īsā laikā (aptuveni ½ un 1 stunda). Tādējādi avārijas gadījumā ir iespējams salīdzinoši īsā laikā uzlādēt elektriskā transportlīdzekļa akumulatorus līdz pietiekamai jaudai. Pat litija elementu gadījumā uzkrātā elektroenerģija pēc noteikta uzglabāšanas perioda samazinās. Tomēr tas notiek tikai pēc aptuveni 3 mēnešu dīkstāves.

Izlādes īpašības

Spriegums vispirms strauji pazeminās līdz 3,6–3,0 V (atkarībā no izlādes strāvas lieluma) un paliek gandrīz nemainīgs visā izlādes laikā. Pēc e-pasta piedāvājuma izsīkuma. enerģija arī ļoti ātri pazemina šūnas spriegumu. Tāpēc izlāde jāpabeidz ne vēlāk kā ražotāja noteiktais izlādes spriegums 2,7 līdz 3,0 V.

Pretējā gadījumā var tikt bojāta izstrādājuma struktūra. Izkraušanas procesu ir salīdzinoši viegli kontrolēt. To ierobežo tikai strāvas vērtība un apstājas, kad tiek sasniegta galīgā izlādes sprieguma vērtība. Vienīgā problēma ir tā, ka atsevišķu šūnu īpašības secīgā izkārtojumā nekad nav vienādas. Tāpēc ir jāuzmanās, lai nevienas šūnas spriegums nenokristu zem gala izlādes sprieguma, jo tas var to sabojāt un tādējādi izraisīt visas baterijas darbības traucējumus. Tas pats jāņem vērā, uzlādējot akumulatoru.

Minētais litija šūnu veids ar atšķirīgu katoda materiālu, kurā kobalta, niķeļa vai mangāna oksīds ir aizstāts ar fosfīdu Li3V2 (PO4) 3, novērš minētos šūnu bojājumu riskus neatbilstības dēļ. lielāka jauda. Deklarēts ir arī to deklarētais kalpošanas laiks aptuveni 2 uzlādes ciklos (pie 000% izlādes) un jo īpaši tas, ka, pilnībā izlādējot elementu, tas netiks bojāts. Priekšrocība ir arī augstāks nominālais spriegums - aptuveni 80, uzlādējot līdz 4,2 V.

No iepriekš minētā apraksta var skaidri norādīt, ka litija baterijas pašlaik ir vienīgā alternatīva, piemēram, enerģijas uzkrāšana automašīnas vadīšanai, salīdzinot ar enerģiju, kas degvielas tvertnē tiek uzglabāta fosilajā degvielā. Jebkurš akumulatora jaudas palielinājums palielinās šī videi draudzīgā diska konkurētspēju. Varam tikai cerēt, ka attīstība nepalēnināsies, bet, gluži pretēji, virzīsies uz priekšu vairākas jūdzes.

Transportlīdzekļu piemēri, kuros izmanto hibrīda un elektriskās baterijas

Toyota Prius ir klasisks hibrīds ar mazu jaudas rezervi tīrā elektriskajā režīmā. braukt

Toyota Prius izmanto 1,3 kWh NiMH akumulatoru, kas galvenokārt tiek izmantots kā enerģijas avots paātrinājumam un ļauj izmantot atsevišķu elektrisko piedziņu aptuveni 2 km attālumā, maks. ātrums 50 km / h. Plug-In versijā jau tiek izmantotas litija jonu baterijas ar jaudu 5,4 kWh, kas ļauj ar maksimālo ātrumu braukt tikai ar elektrisko piedziņu 14-20 km attālumā. ātrums 100 km / h.

Opel Ampere hibrīds ar palielinātu jaudas rezervi tīrā e-pastā. braukt

Elektrisko transportlīdzekli ar paplašinātu diapazonu (40-80 km), kā Opel sauc par četrvietīgo piecdurvju Amper, darbina elektromotors ar 111 kW (150 ZS) un 370 Nm griezes momentu. Strāvas padevi nodrošina 220 T veida litija elementi, kuru kopējā jauda ir 16 kWh un svars 180 kg. Ģenerators ir 1,4 litru benzīna dzinējs ar 63 kW jaudu.

Mitsubishi un MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. automašīnas

Litija jonu akumulatori ar jaudu 16 kWh ļauj transportlīdzeklim nobraukt līdz 150 km bez uzlādēšanas, mērot saskaņā ar NEDC (New European Driving Cycle) standartu. Augstsprieguma baterijas (330 V) atrodas grīdas iekšpusē, un trieciena gadījumā tās arī aizsargā šūpuļa rāmis no bojājumiem. Tas ir Mitsubishi un GS Yuasa Corporation kopuzņēmuma Lithium Energy Japan produkts. Kopā ir 88 raksti. Elektrību piedziņai nodrošina 330 V litija jonu akumulators, kas sastāv no 88 50 Ah elementiem ar kopējo jaudu 16 kWh. Akumulators tiks uzlādēts no mājas kontaktligzdas sešu stundu laikā, izmantojot ārēju ātro lādētāju (125 A, 400 V), pusstundas laikā akumulators tiks uzlādēts līdz 80%.

Pats esmu liels elektromobiļu fans un nemitīgi sekoju līdzi, kas notiek šajā jomā, taču realitāte šobrīd nav tik optimistiska. To apliecina arī iepriekš minētā informācija, kas liecina, ka gan tīri elektrisko, gan hibrīdauto mūžs nav viegls un nereti par tādu izliekas tikai skaitļu spēle. To ražošana joprojām ir ļoti prasīga un dārga, un to efektivitāte ir vairākkārt apšaubāma. Galvenais elektrisko transportlīdzekļu (hibrīdu) trūkums ir ļoti zemā akumulatoros uzkrātās enerģijas īpatnējā ietilpība salīdzinājumā ar enerģiju, kas tiek uzkrāta parastajos degvielā (dīzeļdegviela, benzīns, sašķidrinātā naftas gāze, saspiestā dabasgāze). Lai patiešām tuvinātu elektrisko transportlīdzekļu jaudu parastajiem automobiļiem, akumulatoru svars būtu jāsamazina vismaz par desmito daļu. Tas nozīmē, ka minētajam Audi R8 e-tron 42 kWh bija jāuzglabā nevis 470 kg, bet gan 47 kg. Turklāt uzlādes laiks būtu ievērojami jāsamazina. Apmēram stunda ar 70-80% jaudu joprojām ir daudz, un es nerunāju par vidēji 6-8 stundām ar pilnu uzlādi. Nevajag ticēt arī muļķībām par CO2 elektrisko transportlīdzekļu nulles ražošanu. Uzreiz atzīmēsim faktu, ka Enerģiju mūsu kontaktligzdās ražo arī termoelektrostacijas, un tās ne tikai rada pietiekami daudz CO2. Nemaz nerunājot par sarežģītāku šāda auto ražošanu, kur CO2 nepieciešamība ražošanai ir daudz lielāka nekā klasiskajā. Mēs nedrīkstam aizmirst par smagos un toksiskos materiālus saturošo komponentu skaitu un to problemātisko turpmāko iznīcināšanu.

Ar visiem nosauktajiem un neminētajiem mīnusiem elektromobilim (hibrīdam) ir arī nenoliedzamas priekšrocības. Pilsētas satiksmē vai īsākos attālumos to ekonomiskāka darbība ir nenoliedzama, tikai pateicoties enerģijas uzkrāšanas (reģenerācijas) principam bremzēšanas laikā, kad parastajos transportlīdzekļos tā tiek izvadīta bremzēšanas laikā siltuma pārpalikumu veidā gaisā, nevis pieminēt iespēju dažu km braucienā pa pilsētu lētai uzlādei no publiskā e-pasta. tīkls. Ja salīdzinām tīru elektromobili un klasisko auto, tad parastajā automašīnā ir iekšdedzes dzinējs, kas pats par sevi ir diezgan sarežģīts mehānisks elements. Tā jauda kaut kādā veidā jāpārnes uz riteņiem, un tas lielākoties tiek darīts ar manuālās vai automātiskās pārnesumkārbas starpniecību. Joprojām ceļā ir viens vai vairāki diferenciāļi, dažreiz arī piedziņas vārpsta un virkne asu vārpstu. Protams, arī automašīnai ir jāpalēninās, dzinējam ir jāatdziest, un šī siltumenerģija tiek bezjēdzīgi zaudēta videi kā atlikušais siltums. Elektriskā automašīna ir daudz efektīvāka un vienkāršāka - (neattiecas uz hibrīdpiedziņu, kas ir ļoti sarežģīta). Elektromobilim nav ātrumkārbu, ātrumkārbu, kardānu un pusvārpstas, aizmirstiet par motoru priekšā, aizmugurē vai vidū. Tajā nav radiatora, t.i., dzesēšanas šķidruma un startera. Elektromobiļa priekšrocība ir tā, ka tā var uzstādīt motorus tieši riteņos. Un pēkšņi jums ir ideāls visurgājējs, kas var vadīt katru riteni neatkarīgi no citiem. Tāpēc ar elektrisko transportlīdzekli nebūs grūti vadīt tikai vienu riteni, kā arī iespējams izvēlēties un kontrolēt optimālo jaudas sadalījumu līkumos. Katrs no motoriem var būt arī bremze, atkal pilnīgi neatkarīga no citiem riteņiem, kas vismaz daļu kinētiskās enerģijas pārvērš atpakaļ elektroenerģijā. Rezultātā parastās bremzes tiks pakļautas daudz mazākam spriegumam. Dzinēji var ražot maksimālo pieejamo jaudu gandrīz jebkurā laikā un bez kavēšanās. To efektivitāte, pārvēršot akumulatoros uzkrāto enerģiju kinētiskā enerģijā, ir aptuveni 90%, kas ir aptuveni trīs reizes lielāka nekā parastajiem motoriem. Līdz ar to tie nerada tik daudz atlikušā siltuma, un tiem nav jābūt grūti atdzesētiem. Viss, kas tam nepieciešams, ir laba aparatūra, vadības bloks un labs programmētājs.

Suma sumárum. Ja elektromobiļi vai hibrīdi ir vēl tuvāk klasiskajām automašīnām ar degvielu taupošiem dzinējiem, tiem vēl ir ļoti grūts un grūts ceļš. Es tikai ceru, ka to neapstiprina vairāki maldinoši skaitļi vai. pārspīlēts ierēdņu spiediens. Bet nekritīsim izmisumā. Nanotehnoloģiju attīstība patiešām virzās uz priekšu, un, iespējams, tuvākajā laikā brīnumi mūs patiešām sagaida.

Visbeidzot, es pievienošu vēl vienu interesantu lietu. Ir jau saules degvielas uzpildes stacija.

Toyota Industries Corp (TIC) ir izstrādājusi saules uzlādes staciju elektriskiem un hibrīdiem transportlīdzekļiem. Stacija ir pievienota arī elektrotīklam, tāpēc 1,9 kW saules paneļi, visticamāk, ir papildu enerģijas avots. Izmantojot autonomu (saules) barošanas avotu, uzlādes stacija var nodrošināt maksimālo jaudu 110 VAC / 1,5 kW, ja tā ir pievienota elektrotīklam, tā piedāvā maksimāli 220 VAC / 3,2 kW.

Neizmantotā elektrība no saules paneļiem tiek uzglabāta baterijās, kuras var uzglabāt 8,4 kWh vēlākai lietošanai. Ir iespējams arī piegādāt elektroenerģiju sadales tīklam vai piegādes staciju piederumiem. Stacijā izmantotajiem uzlādes statīviem ir iebūvēta sakaru tehnoloģija, kas spēj atbilstoši identificēt transportlīdzekļus. to īpašnieki, izmantojot viedkartes.

Svarīgi noteikumi attiecībā uz baterijām

• Jauda - norāda akumulatorā uzkrāto elektriskā lādiņa daudzumu (enerģijas daudzumu). Tas ir norādīts ampērstundās (Ah) vai, ja ierīces ir mazas, miliampērstundās (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) akumulators teorētiski spēj nodrošināt 1 ampēru vienu stundu.
• Iekšējā pretestība - norāda uz akumulatora spēju nodrošināt lielāku vai mazāku izlādes strāvu. Ilustrācijai var izmantot divus balonus, vienu ar mazāku izeju (augsta iekšējā pretestība), bet otru ar lielāku (zema iekšējā pretestība). Ja mēs nolemjam tos iztukšot, tvertne ar mazāku drenāžas atveri iztukšosies lēnāk.
• Akumulatora nominālais spriegums - niķeļa-kadmija un niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem tas ir 1,2 V, svina 2 V un litija - no 3,6 līdz 4,2 V. Darbības laikā šis spriegums svārstās 0,8-1,5 V robežās niķeļa-kadmija un niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem, 1,7-2,3 V svinam un 3-4,2 un 3,5-4,9 litijam.
• Uzlādes strāva, izlādes strāva – izteikts ampēros (A) vai miliampēros (mA). Šī ir svarīga informācija, lai praktiski izmantotu attiecīgo akumulatoru konkrētai ierīcei. Tas arī nosaka nosacījumus pareizai akumulatora uzlādei un izlādei, lai tā kapacitāte tiktu maksimāli izmantota un tajā pašā laikā netiktu iznīcināta.
• Uzlāde saskaņā ar izlādes līkne - grafiski parāda sprieguma izmaiņas atkarībā no akumulatora uzlādes vai izlādes laika. Kad akumulators ir izlādējies, parasti notiek nelielas sprieguma izmaiņas aptuveni 90% no izlādes laika. Tāpēc pēc izmērītā sprieguma ir ļoti grūti noteikt akumulatora pašreizējo stāvokli.
• Pašizlāde, pašizlāde – Akumulators nevar visu laiku uzturēt elektrību. enerģija, jo reakcija uz elektrodiem ir atgriezenisks process. Uzlādēts akumulators pakāpeniski izlādējas pats no sevis. Šis process var ilgt no vairākām nedēļām līdz mēnešiem. Svina-skābes akumulatoriem tas ir 5-20% mēnesī, niķeļa-kadmija akumulatoriem - apmēram 1% no elektriskā lādiņa dienā, niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem - apmēram 15-20% mēnesī, un litijs zaudē apmēram 60%. jaudu trīs mēnešus. Pašizlāde ir atkarīga no apkārtējās vides temperatūras, kā arī iekšējās pretestības (akumulatori ar lielāku iekšējo pretestību izlādējas mazāk) un, protams, svarīga ir arī konstrukcija, izmantotie materiāli un izgatavošana.
•  Akumulators (komplekti) – Tikai izņēmuma gadījumos baterijas tiek izmantotas atsevišķi. Parasti tie ir savienoti komplektā, gandrīz vienmēr ir savienoti virknē. Šādas kopas maksimālā strāva ir vienāda ar atsevišķas šūnas maksimālo strāvu, nominālais spriegums ir atsevišķu elementu nominālo spriegumu summa.
•  Bateriju uzkrāšanās.  Jauns vai nelietots akumulators ir pakļauts vienam, bet vēlams vairākiem (3-5) lēnas pilnas uzlādes un lēnas izlādes cikliem. Šis lēnais process nosaka akumulatora parametrus vēlamajā līmenī.
•  Atmiņas efekts – Tas notiek, ja akumulators tiek uzlādēts un izlādēts līdz tādam pašam līmenim ar aptuveni nemainīgu, ne pārāk lielu strāvu, un nevajadzētu būt pilnai akumulatora uzlādei vai dziļai izlādei. Šī blakusparādība skāra NiCd (minimāli arī NiMH).