Гибридті және электромобильдерге арналған аккумуляторлар

Алдыңғы мақалада біз аккумуляторды бірінші кезекте автокөлікті іске қосу үшін, сондай-ақ электр жабдықтарының салыстырмалы түрде қысқа мерзімді жұмыс істеуі үшін қажет электр энергиясы ретінде қарастырдық. Алайда, үлкен мобильді құрылғыларды жылжыту саласында қолданылатын аккумуляторлардың қасиеттеріне мүлдем басқа талаптар қойылады, біздің жағдайда гибридті көліктер мен электромобильдер. Көлікті қуаттандыру үшін әлдеқайда көп жинақталған энергия қажет және оны бір жерде сақтау қажет. Іштен жану қозғалтқышы бар классикалық автокөлікте ол резервуарда бензин, дизель немесе сұйытылған газ түрінде сақталады. Электрлік көлік немесе гибридті көлік жағдайында ол аккумуляторларда сақталады, оны электр көлігінің негізгі мәселесі ретінде сипаттауға болады.

Ағымдағы аккумуляторлар аз энергия жинай алады, бірақ олар өте көлемді, ауыр және сонымен бірге оларды максимумға дейін толтыруға бірнеше сағат кетеді (әдетте 8 немесе одан да көп). Керісінше, ішкі жану қозғалтқыштары бар кәдімгі автокөліктер батареямен салыстырғанда шағын көлемдегі энергияны көп мөлшерде сақтай алады, тек қайта зарядтауға бір минут, мүмкін екі уақыт кетеді. Өкінішке орай, электр энергиясын сақтау мәселесі электромобильдер пайда болған сәттен бастап мазалайды, және прогреске қарамастан, олардың қуатты тығыздығы әлі де өте төмен. Келесі жолдарда электрондық поштаны үнемдеу Біз энергияны егжей -тегжейлі талқылап, таза электрлік немесе гибридті жетегі бар автокөліктердің шынайылығын жақындатуға тырысамыз. Бұл «электронды көліктердің» айналасында көптеген мифтер бар, сондықтан мұндай дискілердің артықшылықтары мен кемшіліктерін мұқият қарастырудың еш зияны жоқ.

Өкінішке орай, өндірушілер ұсынған сандар да өте күмәнді және өте теориялық. Мысалы, Kia Venga құрамында 80 кВт қуаты және 280 Нм айналу моменті бар электр қозғалтқышы бар. Қуат қуаты 24 кВт/сағ литий-ионды аккумуляторлармен қамтамасыз етіледі, өндіруші бойынша Kia Vengy EV болжамды диапазоны 180 км құрайды. Батареялардың сыйымдылығы толық зарядталған, олар 24 кВт қозғалтқышты тұтынуды қамтамасыз ете алатынын немесе жарты сағатта 48 кВт тұтынуды қамтамасыз ете алатынын және т.б. қарапайым қайта есептеу, біз 180 км жүре алмайтынымызды айтады. . Егер біз мұндай диапазон туралы ойланғымыз келсе, онда шамамен 60 сағат бойы орташа есеппен 3 км / сағ жүру керек еді, ал қозғалтқыштың қуаты номиналды мәннің оннан бір бөлігін ғана құрайды, яғни 8 кВт. Басқаша айтқанда, шынымен мұқият (ұқыпты) жүру кезінде, сіз жұмыста тежегішті міндетті түрде қолданасыз, мұндай жүру теориялық тұрғыдан мүмкін. Әрине, біз әртүрлі электрлік керек-жарақтарды қосуды қарастырмаймыз. Классикалық көлікпен салыстырғанда өзін-өзі жоққа шығарудың қандай екенін бәрі қазірдің өзінде елестете алады. Сонымен бірге сіз классикалық Венгаға 40 литр дизель отынын құйып, жүздеген және жүздеген шақырымдарды шектеусіз жүресіз. Неге олай? Осы энергияның қаншасы мен классикалық көліктің цистернаға қаншалықты салмақ түсіре алатынын және электромобильдің аккумуляторларға қаншалықты сыйатынын салыстыруға тырысайық - толығырақ осы жерден оқыңыз.

Химия мен физикадан бірнеше факт

• бензиннің калориялық құндылығы: 42,7 МДж / кг,
• дизель отынының калориялығы: 41,9 МДж / кг,
• бензин тығыздығы: 725 кг / м3,
• май тығыздығы: 840 кг / м3,
• Джоуль (J) = [кг * м2 / с2],
• Ватт (Вт) = [Дж/с],
• 1 МДж = 0,2778 кВтсағ.

Энергия - бұл джоульмен (Дж), киловатт сағатпен (кВт/сағ) өлшенетін жұмысты орындау қабілеті. Жұмыс (механикалық) дененің қозғалысы кезінде энергияның өзгеруімен көрінеді, энергиямен бірдей бірліктерге ие. Қуат уақыт бірлігінде орындалған жұмыс көлемін білдіреді, негізгі бірлік ватт (Вт).

Энергия көздерінің меншікті қуаты

Энергия ресурсы	Калориялық құндылығы / кг тығыздығы	Калориялық мән / л Энергия / л	Энергия/кг
Бензин	42,7 МДж/кг 725 кг/м3	30,96 МДж / л 8,60 кВтсағ / л	11,86 кВтсағ / кг
Мұнай	41,9 МДж/кг 840 кг/м3	35,20 МДж / л 9,78 кВтсағ / л	11,64 кВтсағ / кг
Li-ion аккумуляторы (Audi R8 e-tron)	42 кВт / сағ 470 кг		0,0893 кВтсағ / кг

Жоғарыда айтылғандардан, мысалы, 42,7 МДж / кг калориялық құндылығы мен 725 кг / м3 тығыздығымен бензин литріне 8,60 кВт / сағ немесе килограмға 11,86 кВт / сағ энергия ұсынатыны анық. Егер біз қазір электромобильдерге, мысалы, литий-ионына орнатылған, қолданыстағы аккумуляторларды құрастыратын болсақ, олардың қуаты әр килограмға 0,1 кВт / сағ-тан төмен (қарапайымдылық үшін біз 0,1 кВтсағ қарастырамыз). Кәдімгі отындар сол салмаққа жүз есе көп энергия береді. Сіз бұл үлкен айырмашылық екенін түсінесіз. Егер біз оны кішігірім бөлшектерге бөлетін болсақ, мысалы, 31 кВт / сағ аккумуляторы бар Chevrolet Cruze 2,6 кг -нан аз бензинге немесе қаласаңыз, шамамен 3,5 литр бензинге сыятын энергияны тасымалдайды.

Сіз электромобильдің 100 км -ден асатындығын емес, мүлде іске қосылуы мүмкін екенін айта аласыз. Себебі қарапайым. Электр қозғалтқышы жинақталған энергияны механикалық энергияға айналдыру тұрғысынан әлдеқайда тиімді. Әдетте, оның тиімділігі 90% болуы керек, ал ішкі жану қозғалтқышының тиімділігі бензин қозғалтқышы үшін шамамен 30%, ал дизельді қозғалтқыш үшін 35% құрайды. Сондықтан электр қозғалтқышына бірдей қуатты беру үшін энергия қорының әлдеқайда төмен болуы жеткілікті.

Жеке дискілерді пайдаланудың қарапайымдылығы

Жеңілдетілген есептеуді бағалағаннан кейін біз бір литр бензиннен шамамен 2,58 кВт сағ механикалық энергия, дизель отынының литрінен 3,42 кВт сағ және литий-ионды аккумулятордың килограммынан 0,09 кВт сағ механикалық энергия алуға болады деп болжанады. Демек, айырмашылық жүз еседен аспайды, тек отыз еседей. Бұл ең жақсы сан, бірақ әлі де қызғылт емес. Мысалы, спорттық Audi R8-ді алайық. Салмағы 470 кг болатын оның толық зарядталған батареялары 16,3 литр бензинге немесе бар болғаны 12,3 литр дизельдік отынға тең энергияға ие. Немесе, бізде 4 литр дизельдік отынның сыйымдылығы бар Audi A3,0 62 TDI болса және біз таза аккумуляторлық жетекте бірдей диапазонға ие болғымыз келсе, бізге шамамен 2350 кг аккумулятор қажет болады. Әзірге бұл факт электромобильге өте жарқын болашақ бермейді. Дегенмен, қара бидайға шолақ мылтық лақтырудың қажеті жоқ, өйткені мұндай «электрондық көліктерді» жасау қысымын аяусыз жасыл лобби алып тастайды, сондықтан автоөндірушілер ұнаса да, ұнамаса да, олар «жасыл» нәрсені шығаруы керек. " «. Таза электр жетегі үшін белгілі бір ауыстыру - бұл гибридтер деп аталатын, олар ішкі жану қозғалтқышын электр қозғалтқышымен біріктіреді. Қазіргі уақытта ең танымал, мысалы, Toyota Prius (бірдей гибридті технологиямен Auris HSD) немесе Honda Inside. Дегенмен, олардың таза электрлік диапазоны әлі де күлкілі. Бірінші жағдайда шамамен 2 км (Plug In соңғы нұсқасында ол 20 км-ге дейін артады), ал екіншісінде Хонда таза электр жетегін де соқпайды. Әзірге, іс жүзінде нәтижелі нәтиже бұқаралық жарнама болжайтындай керемет емес. Шындық оларды кез келген көгілдір қозғалыспен (экономиямен) негізінен кәдімгі технологиямен бояй алатынын көрсетті. Гибридті электр станциясының артықшылығы негізінен қалада көлік жүргізу кезінде жанармай үнемдеуде. Жақында Audi кейбір брендтер автокөлікке гибридті жүйені орнату арқылы қол жеткізетін орташа отын үнемдеуге қол жеткізу үшін қазіргі уақытта тек дене салмағын азайту керек екенін айтты. Кейбір көліктердің жаңа үлгілері де бұл қараңғыда айқай емес екенін дәлелдейді. Мысалы, жақында ұсынылған жетінші буын Volkswagen Golf үйрену үшін жеңілірек құрамдас бөліктерді пайдаланады және іс жүзінде бұрынғыға қарағанда отынды аз пайдаланады. Жапондық Mazda автоөндіруші де осындай бағытты ұстанды. Осы талаптарға қарамастан, «ұзақ қашықтықтағы» гибридті дискіні дамыту жалғасуда. Мысал ретінде мен Opel Ampera және, кереғар, Audi A1 e-tron моделін атап өтемін.

Жеке дискілерді пайдаланудың қарапайымдылығы

Энергия ресурсы	Қозғалтқыштың тиімділігі	Тиімді энергия / л	Тиімді энергия / кг
Бензин	0,30	2,58 кВт / сағ	3,56 кВтсағ / кг
Мұнай	0,35	3,42 кВт / сағ	4,07 кВтсағ / кг
Литий-иондық батареялар	0,90	-	ЖАРАЙДЫ МА. 0,1 кВтсағ / кг

Опель Ампера

Opel Ampera жиі электромобиль ретінде ұсынылғанымен, бұл шын мәнінде гибридті көлік. Электр қозғалтқыштан басқа, Ampere 1,4 литрлік 63 кВт ішкі жану қозғалтқышын да қолданады. Алайда, бұл бензин қозғалтқышы дөңгелектерді тікелей жүргізбейді, керісінше батареялардың электр қуаты таусылған жағдайда генератор қызметін атқарады. энергия. Электрлік бөлік 111 кВт (150 а.к.) және 370 Нм крутящий электр қозғалтқышымен ұсынылған. Қуат көзі 220 Т-тәрізді литий ұяшықтарынан тұрады.Олардың жалпы қуаты 16 кВт / сағ, салмағы 180 кг. Бұл электромобиль таза электр жетегінде 40-80 км жүре алады. Бұл қашықтық көбінесе күндізгі көлікпен жүру үшін жеткілікті және жұмыс шығындарын айтарлықтай төмендетеді, өйткені қалалық қозғалыс жану қозғалтқыштары жағдайында отын шығынын едәуір қажет етеді. Батареяларды сонымен қатар стандартты розеткадан зарядтауға болады, ал ішкі жану қозғалтқышымен бірге Ампераның диапазоны бес жүз шақырымға дейін созылады.

Audi e electron A1

Техникалық тұрғыдан өте талап етілетін гибридті дискіден гөрі озық технологиясы бар классикалық дискіні ұнататын Audi екі жылдан астам бұрын қызықты A1 e-tron гибридті көлігін ұсынды. Қуаты 12 кВт/сағ және салмағы 150 кг литий-ионды аккумуляторлар 254 литрлік резервуарда сақталған бензин түріндегі энергияны пайдаланатын генератордың бөлігі ретінде Ванкел қозғалтқышымен зарядталады. Қозғалтқыштың көлемі 15 текше метр. см және 45 кВт/сағ эл. энергия. Электр қозғалтқышының қуаты 75 кВт және қысқа мерзімде 0 кВт-қа дейін қуат өндіре алады. 100-ден 10-ға дейін үдеу шамамен 130 секундты құрайды және максималды жылдамдығы шамамен 50 км/сағ.Автомобиль таза электр жетегімен қаланы шамамен 12 км айналып өте алады. Таусылғаннан кейін e. энергия айналмалы іштен жану қозғалтқышы арқылы жасырын түрде іске қосылады және электр энергиясын қайта зарядтайды. батареяларға арналған энергия. Толық зарядталған аккумуляторлармен және 250 литр бензинмен жалпы диапазон шамамен 1,9 км құрайды, орташа тұтыну 100 км-ге 1450 литр. Көліктің жұмыс салмағы 12 кг. 30 литрлік резервуарда қанша энергия жасырылғанын тікелей салыстыру үшін қарапайым түрлендіруді қарастырайық. Wankel қозғалтқышының заманауи тиімділігін 70% деп алсақ, оның 9 кг 12 кг (31 л) бензинмен бірге батареяларда сақталған 79 кВт/сағ энергияға тең. Сонымен 387,5 кг қозғалтқыш пен резервуар = 1 кг батарея (Audi A9 e-Tron салмақтарында есептелген). Егер біз жанармай багының көлемін 62 литрге арттырғымыз келсе, бізде көлікті қуаттандыру үшін XNUMX кВт/сағ энергия бар еді. Сондықтан біз жалғастыра аламыз. Бірақ оның бір ұстайтыны болуы керек. Ол енді «жасыл» көлік болмайды. Сонымен, мұнда да электр жетегі батареяларда сақталған энергияның қуат тығыздығымен айтарлықтай шектелетіні анық көрінеді.

Атап айтқанда, жоғары баға, сондай-ақ жоғары салмақ Audi-дегі гибридті диск бірте-бірте фонға түсіп кетуіне әкелді. Дегенмен, бұл Audi-де гибридті автомобильдер мен электромобильдердің дамуы толығымен құнсызданды дегенді білдірмейді. Жақында A1 e-tron моделінің жаңа нұсқасы туралы ақпарат пайда болды. Алдыңғымен салыстырғанда айналмалы қозғалтқыш/генератор 1,5 кВт 94 литрлік үш цилиндрлі турбокомпрессорлы қозғалтқышқа ауыстырылды. Классикалық ішкі жану қондырғысын пайдалану Audi негізінен осы беріліс қорабына байланысты қиындықтарға байланысты мәжбүр болды, ал жаңа үш цилиндрлі қозғалтқыш тек аккумуляторларды зарядтауға ғана емес, сонымен қатар жетекші дөңгелектермен тікелей жұмыс істеуге арналған. Sanyo батареяларының бірдей шығысы 12 кВт/сағ, ал таза электр жетегінің ауқымы шамамен 80 км-ге дейін аздап ұлғайтылды. Audi жаңартылған A1 e-tron орта есеппен жүз шақырымға бір литр болуы керек дейді. Өкінішке орай, бұл шығынның бір тұсы бар. Кеңейтілген таза электрлік диапазоны бар гибридті көліктерге арналған. диск соңғы ағын жылдамдығын есептеу үшін қызықты әдісті пайдаланады. Тұтыну деп аталатын нәрсе еленбейді. бастап жанармай құю аккумуляторды зарядтау желісі, сондай-ақ соңғы тұтыну л / 100 км, электр энергиясы болған кезде соңғы 20 км жолдағы бензин шығынын ғана ескереді. батарея заряды. Өте қарапайым есептеу арқылы, егер батареялар дұрыс зарядсызданған болса, біз мұны есептей аламыз. электр қуаты өшіп қалған соң жолға шықтық. таза бензин батареяларынан алынатын энергия, нәтижесінде тұтыну бес есе артады, яғни 5 км-ге 100 литр бензин.

Audi A1 e-tron II. ұрпақ

Электр энергиясын сақтау проблемалары

Энергияны сақтау мәселесі электротехниканың өзі сияқты ескі. Электр энергиясының алғашқы көздері гальваникалық элементтер болды. Қысқа уақыттан кейін гальваникалық қайталама элементтер – аккумуляторларда электр энергиясының жиналуының қайтымды процесінің мүмкіндігі ашылды. Алғашқы қолданылған аккумуляторлар қорғасын батареялары болды, қысқа уақыттан кейін никель-темір және сәл кейінірек никель-кадмий болды және олардың практикалық қолданылуы жүз жылдан астам уақытқа созылды. Сондай-ақ, осы саладағы бүкіл әлем бойынша қарқынды зерттеулерге қарамастан, олардың негізгі дизайны айтарлықтай өзгерген жоқ. Өндірістің жаңа технологияларын қолдану, негізгі материалдардың қасиеттерін жақсарту және ұяшықтар мен ыдыстарды сепараторларға арналған жаңа материалдарды қолдану арқылы үлес салмағын аздап азайтуға, ұяшықтардың өздігінен разрядын азайтуға, оператордың ыңғайлылығы мен қауіпсіздігін арттыруға, бірақ бұл туралы. Ең маңызды кемшілік, яғни. Сақталған энергия мөлшерінің батареялардың салмағы мен көлеміне өте қолайсыз қатынасы қалды. Сондықтан бұл батареялар негізінен статикалық қолданбаларда (негізгі қуат көзі істен шыққан жағдайда резервтік қуат көздері және т.б.) пайдаланылды. Батареялар тартқыш жүйелер үшін энергия көзі ретінде пайдаланылды, әсіресе ауыр салмақ пен маңызды өлшемдер тым көп кедергі жасамайтын теміржолдарда (көлік арбаларында).

Энергияны сақтау барысы

Алайда, сыйымдылығы мен өлшемі кіші жасушаларды амперлік сағаттарда дамыту қажеттілігі өсті. Осылайша, сілтілі бастапқы жасушалар мен никель-кадмийдің (NiCd), содан кейін никель-металгидридті (NiMH) батареялардың мөрленген нұсқалары пайда болды. Жасушаларды инкапсуляциялау үшін мырыш хлоридінің осы уақытқа дейінгі дәстүрлі бастапқы ұяшықтары сияқты бірдей жең формалары мен өлшемдері таңдалды. Атап айтқанда, никель металл гидридті батареялардың қол жеткізілген параметрлері оларды қолдануға мүмкіндік береді, атап айтқанда ұялы телефондарда, ноутбуктерде, құралдардың қолмен жетегінде және т. үлкен сыйымдылық ампер-сағ. Ірі жасушалы электрод жүйесінің ламелярлық орналасуы AAA, AA, C және D мөлшеріндегі қалыпты пішінді ұяшықтармен салынған және олармен байланысқан цилиндрлік катушкаға электрод жүйесін, оның ішінде сепараторларды түрлендіру технологиясымен ауыстырылады. олардың мөлшерінің еселігі. Кейбір арнайы қосымшалар үшін арнайы жалпақ жасушалар шығарылады.

Спиральды электродтары бар герметикалық ұяшықтардың артықшылығы классикалық үлкен ұяшық дизайнымен салыстырғанда жоғары токтармен зарядтау және разрядтау қабілеті және салыстырмалы энергия тығыздығының ұяшық салмағы мен көлеміне қатынасы бірнеше есе жоғары. Кемшілігі - өздігінен разрядтау және жұмыс циклдерінің аз болуы. Бір NiMH ұяшығының максималды сыйымдылығы шамамен 10 Ah. Бірақ, басқа үлкен диаметрлі цилиндрлер сияқты, олар проблемалы жылу диссипациясына байланысты тым жоғары токтарды зарядтауға мүмкіндік бермейді, бұл электр көліктерінде пайдалануды айтарлықтай азайтады, сондықтан бұл көз тек гибридті жүйеде (Toyota Prius) қосалқы батарея ретінде пайдаланылады. 1,3 кВтсағ).

Энергияны сақтау саласындағы айтарлықтай ілгерілеу қауіпсіз литий батареяларының дамуы болды. Литий - жоғары электрохимиялық потенциалдық мәні бар элемент, бірақ ол тотықтырғыш мағынада өте реактивті, сонымен қатар литий металын тәжірибеде пайдалану кезінде қиындықтар тудырады. Литий атмосфералық оттегімен жанасқанда жану пайда болады, ол қоршаған ортаның қасиеттеріне байланысты жарылыс сипатына ие болуы мүмкін. Бұл жағымсыз қасиет бетті мұқият қорғау арқылы немесе белсенді емес литий қосылыстарын қолдану арқылы жойылуы мүмкін. Қазіргі уақытта ең көп таралған литий-ионды және литий-полимерлі аккумуляторлар ампер-сағаттағы сыйымдылығы 2-ден 4 Ah-қа дейін. Оларды пайдалану NiMh-қа ұқсас және 3,2 В орташа разрядтық кернеуде 6-дан 13 Вт-қа дейінгі энергия қол жетімді. Никель-металл гидридті батареялармен салыстырғанда, литий батареялары бірдей көлемде екі-төрт есе көп энергияны сақтай алады. Литий-ионды (полимерлі) аккумуляторларда гель немесе қатты түрдегі электролит бар және оларды тиісті қолданбаның қажеттіліктеріне сәйкес кез келген пішінде миллиметрдің бірнеше оннан бір бөлігіндей жұқа жалпақ ұяшықтарда жасауға болады.

Жолаушылар вагонындағы электр жетегі негізгі және жалғыз (электромобиль) немесе біріктірілген болуы мүмкін, мұнда электр жетегі басым және қосымша тарту көзі болуы мүмкін (гибридті жетек). Қолданылатын нұсқаға байланысты көлік құралының жұмысына арналған қуат талаптары, демек, батареялардың сыйымдылығы да ерекшеленеді. Электрлік көліктерде аккумулятордың сыйымдылығы 25 пен 50 кВт/сағ аралығында, ал гибридті жетекте ол табиғи түрде төмен және 1-ден 10 кВт/сағ аралығында болады. Берілген мәндерден бір (литий) ұяшық 3,6 В кернеуінде ұяшықтарды тізбектей қосу қажет екенін көруге болады. Тарату өткізгіштеріндегі, инверторлардағы және қозғалтқыш орамаларында жоғалтуларды азайту үшін жетектер үшін борттық желіде (12 В) әдеттегіден жоғары кернеуді таңдау ұсынылады - әдетте қолданылатын мәндер 250-ден 500 В-ға дейін. Бүгінгі таңда литий жасушалары ең қолайлы түрі екені анық. Рас, олар әлі де өте қымбат, әсіресе қорғасын-қышқылды аккумуляторлармен салыстырғанда. Дегенмен, олар әлдеқайда қиын.

Кәдімгі литий батареяларының ұяшықтарының номиналды кернеуі 3,6 В. Бұл мән сәйкесінше әдеттегі никель-металл гидридті элементтерден ерекшеленеді. 1,2 В (немесе қорғасын - 2 В) номиналды кернеуі бар NiCd, егер практикада қолданылса, екі түрдің де алмасуына мүмкіндік бермейді. Бұл литий батареяларын зарядтау зарядтағыштың ерекше түрін қажет ететін және, атап айтқанда, ұяшықтардың басқа түрлеріне арналған зарядтау жүйелерін пайдалануға мүмкіндік бермейтін максималды зарядтау кернеуінің мәнін өте дәл сақтау қажеттілігімен сипатталады.

Литий батареяларының негізгі сипаттамалары

Электромобильдер мен гибридтерге арналған аккумуляторлардың негізгі сипаттамаларын олардың зарядтау және разрядтау сипаттамалары деп санауға болады.

Зарядтау сипаттамасы 

Зарядтау процесі зарядтау тогының реттелуін талап етеді, ұяшық кернеуін және ағымдағы температураны бақылауды назардан тыс қалдыруға болмайды. LiCoO2 катодты электрод ретінде қолданатын қазіргі кезде қолданылатын литий ұяшықтары үшін зарядтау кернеуінің максималды шегі әр ұяшыққа 4,20 - 4,22 В құрайды. Бұл мәннен асып кету жасушаның қасиеттерінің бұзылуына әкеледі және керісінше, бұл мәнге жетпеу ұяшықтың номиналды сыйымдылығын пайдаланбауды білдіреді. Зарядтау үшін әдеттегі ХБ сипаттамасы қолданылады, яғни бірінші фазада 4,20 В / ұяшық кернеуіне жеткенше тұрақты токпен зарядталады. Зарядтау тогы сәйкесінше ұяшық өндірушісі көрсеткен рұқсат етілген ең жоғары мәнмен шектеледі. зарядтағыш опциялары. Бірінші кезеңде зарядтау уақыты зарядтау тогының шамасына байланысты бірнеше ондаған минуттан бірнеше сағатқа дейін өзгереді. Жасушаның кернеуі біртіндеп максимумға дейін артады. мәндері 4,2 V. Жоғарыда айтылғандай, бұл кернеу ұяшыққа зақым келтіру қаупіне байланысты аспауы керек. Зарядтаудың бірінші кезеңінде энергияның 70-80% жасушаларда жинақталады, екінші фазада қалғаны. Екінші кезеңде зарядтау кернеуі рұқсат етілген шекті мәнде сақталады, ал зарядтау тогы біртіндеп төмендейді. Зарядтау ток ұяшықтың номиналды разрядтық токының шамамен 2-3% дейін төмендеген кезде аяқталады. Кішкене ұяшықтарда зарядтау токтарының максималды мәні разряд тогынан бірнеше есе жоғары болғандықтан, бірінші зарядтау фазасында электр энергиясының едәуір бөлігін үнемдеуге болады. энергия өте қысқа уақыт ішінде (шамамен ½ және 1 сағат). Осылайша, төтенше жағдайда электромобильдің аккумуляторларын салыстырмалы түрде қысқа уақыт ішінде жеткілікті көлемде зарядтауға болады. Тіпті литий жасушалары жағдайында да жинақталған электр энергиясы белгілі бір сақтау мерзімінен кейін төмендейді. Алайда, бұл шамамен 3 айлық үзілістен кейін ғана болады.

Шығару сипаттамасы

Кернеу алдымен 3,6–3,0 В дейін төмендейді (разряд тогының шамасына байланысты) және барлық разряд бойы тұрақты болып қалады. Электронды поштаның жеткізілуі таусылғаннан кейін. энергия сонымен қатар жасуша кернеуін тез төмендетеді. Сондықтан разряд өндіруші белгілеген 2,7 -ден 3,0 В дейінгі разряд кернеуінен кешіктірілмей аяқталуы тиіс.

Әйтпесе, өнімнің құрылымы бұзылуы мүмкін. Түсіру процесін басқару салыстырмалы түрде оңай. Ол тек ток мәнімен шектеледі және соңғы разряд кернеуінің мәніне жеткенде тоқтайды. Жалғыз мәселе - жүйелі орналасудағы жеке жасушалардың қасиеттері ешқашан бірдей болмайды. Сондықтан кез келген ұяшықтың кернеуі соңғы разрядтан төмен түспеуін қадағалау керек, себебі бұл оны зақымдауы мүмкін және осылайша бүкіл аккумулятордың істен шығуына әкелуі мүмкін. Батареяны зарядтау кезінде де осыны ескеру қажет.

Кобальт, никель немесе марганец оксиді Li3V2 (PO4) 3 фосфидімен алмастырылатын катодты материалдары бар литий жасушаларының аталған түрі сәйкес келмеуінен жасушаның зақымдану қаупін жояды. сыйымдылығы жоғары. Олардың жарияланған қызмет ету мерзімі шамамен 2 зарядтау циклінде (000% разрядта) және әсіресе ұяшық толығымен зарядталған кезде оның зақымдалмайтындығында. Артықшылығы - 80 В дейін зарядтау кезінде шамамен 4,2 жоғары номиналды кернеу.

Жоғарыда келтірілген сипаттамадан, литий батареялары қазіргі уақытта жанармай багында қазба отынында сақталатын энергиямен салыстырғанда автокөлікті басқаруға арналған энергияны сақтау сияқты жалғыз балама екенін анық көрсетуге болады. Батарея сыйымдылығының кез келген артуы экологиялық таза дискінің бәсекеге қабілеттілігін арттырады. Біз тек дамудың бәсеңдемейтініне үміттене аламыз, керісінше, бірнеше мильге алға жылжиды.

Гибридті және электрлік батареяларды қолданатын көлік құралдарының мысалдары

Toyota Prius - бұл таза электр қуаты аз резерві бар классикалық гибрид. жүргізу

Toyota Prius 1,3 кВт / сағ NiMH аккумуляторын пайдаланады, ол негізінен жеделдету үшін қуат көзі ретінде пайдаланылады және жеке электр жетегін максимумда шамамен 2 км қашықтықта пайдалануға мүмкіндік береді. жылдамдығы 50 км / сағ. Plug-In нұсқасында қазірдің өзінде қуаты 5,4 кВт литий-иондық батареялар қолданылады, бұл тек максималды жылдамдықпен 14-20 км қашықтықта электр жетегімен жүргізуге мүмкіндік береді. жылдамдығы 100 км / сағ.

Opel Ampere-гибридті таза электронды поштаның қуат резерві жоғарылаған. жүргізу

Ұзартылған диапазоны бар электромобиль (40-80 км), Опель төрт орындық бес есікті ампер деп атайды, 111 кВт (150 а.к.) және 370 Нм момент шығаратын электр қозғалтқышымен жұмыс істейді. Қуат көзі 220 Т-тәрізді литий ұяшықтарынан тұрады.Олардың жалпы қуаты 16 кВт / сағ, салмағы 180 кг. Генератор - қуаты 1,4 кВт болатын 63 литрлік бензин қозғалтқышы.

Mitsubishi мен MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. Көліктер

Сыйымдылығы 16 кВт / сағ болатын литий-ионды аккумуляторлар көлік құралына NEDC (New European Driving Cycle) стандартына сәйкес өлшенетін зарядтаусыз 150 км дейін жүруге мүмкіндік береді. Жоғары вольтты аккумуляторлар (330 В) еденнің ішінде орналасқан, сондай-ақ соққы кезінде зақымданудан бесік жақтауымен қорғалған. Бұл Mitsubishi мен GS Yuasa Corporation арасындағы бірлескен Lithium Energy Japan өнімі. Барлығы 88 мақала бар. Жетекке арналған электр қуаты 330 В литий-ионды аккумулятормен қамтамасыз етілген, жалпы сыйымдылығы 88 кВт / сағ 50 16 Ах ұяшықтарынан тұрады. Батарея алты сағат ішінде үйдегі розеткадан зарядталады, сыртқы жылдам зарядтағышты (125 А, 400 В) қолдана отырып, батарея жарты сағат ішінде 80% зарядталады.

Мен өзім электромобильдердің үлкен жанкүйерімін және осы салада не болып жатқанын үнемі бақылап отырамын, бірақ қазіргі уақытта шындық соншалықты оптимистік емес. Мұны жоғарыда келтірілген ақпараттар да растайды, бұл таза электрлі көліктердің де, гибридті көліктердің де өмірі оңай емес, көбінесе сандар ойыны ғана болып көрінеді. Олардың өндірісі әлі де өте қажет және қымбат, ал олардың тиімділігі бірнеше рет даулы. Электрлік көліктердің (гибридтердің) негізгі кемшілігі кәдімгі отындарда (дизель, бензин, сұйытылған мұнай газы, сығылған табиғи газ) жинақталған энергиямен салыстырғанда аккумуляторларда жинақталған энергияның меншікті сыйымдылығының өте төмендігі болып табылады. Электрлік көліктердің қуатын кәдімгі автомобильдерге жақындату үшін аккумуляторлар салмағын кем дегенде оннан бір бөлігіне азайтуы керек еді. Бұл аталған Audi R8 e-tron 42 кВт/сағ 470 келіде емес, 47 келіде сақтауы керек екенін білдіреді. Сонымен қатар, зарядтау уақытын айтарлықтай қысқартуға тура келеді. 70-80% сыйымдылықтағы бір сағатқа жуық уақыт әлі де көп, мен толық зарядта орта есеппен 6-8 сағат туралы айтпаймын. CO2 электр көліктерінің нөлдік өндірісі туралы босқа сөзге сенудің қажеті жоқ. Бұл фактіні бірден атап өтейік Біздің розеткаларымыздағы энергияны жылу электр станциялары да өндіреді және олар жеткілікті мөлшерде CO2 өндіріп қана қоймайды. Мұндай автомобильдің неғұрлым күрделі өндірісі туралы айтпағанның өзінде, өндіріс үшін CO2 қажеттілігі классикалыққа қарағанда әлдеқайда көп. Біз ауыр және улы материалдардан тұратын компоненттердің санын және оларды кейіннен проблемалы жоюды ұмытпауымыз керек.

Барлық айтылған және айтылмаған минустармен бірге электромобильдің (гибридті) даусыз артықшылықтары бар. Қалалық қозғалыста немесе қысқа қашықтықтарда олардың неғұрлым үнемді жұмысы даусыз, тек тежеу ​​кезінде энергияны сақтау (қалпына келтіру) принципіне байланысты, кәдімгі көліктерде ол тежеу ​​кезінде ауаға қалдық жылу түрінде жойылған кезде. Қоғамдық электрондық поштадан арзан зарядтау үшін қаланы бірнеше шақырым аралау мүмкіндігін атап өтіңіз. тор. Егер таза электромобиль мен классикалық автокөлікті салыстыратын болсақ, онда кәдімгі автомобильде іштен жану қозғалтқышы бар, ол өздігінен күрделі механикалық элемент болып табылады. Оның қуаты қандай да бір жолмен дөңгелектерге берілуі керек және бұл көбінесе қолмен немесе автоматты беріліс қорабы арқылы жүзеге асырылады. Жолда әлі де бір немесе бірнеше дифференциалдар бар, кейде жетек білігі және ось біліктерінің сериясы. Әрине, көлік те баяулауы керек, қозғалтқышты салқындату керек және бұл жылу энергиясы қалдық жылу ретінде қоршаған ортаға пайдасыз жоғалады. Электромобиль әлдеқайда тиімді және қарапайым - (гибридті жетекке қолданылмайды, бұл өте күрделі). Электромобильде редукторлар, редукторлар, кардандар және жартылай біліктер жоқ, алдыңғы, артқы немесе ортадағы қозғалтқышты ұмытыңыз. Оның құрамында радиатор, яғни салқындатқыш және стартер жоқ. Электромобильдің артықшылығы - ол қозғалтқыштарды дөңгелектерге тікелей орната алады. Кенеттен сізде әр дөңгелекті басқалардан тәуелсіз басқара алатын тамаша ATV бар. Сондықтан, электрлік көлікпен тек бір дөңгелекті басқару қиын болмайды, сонымен қатар бұрылыстар үшін қуатты оңтайлы бөлуді таңдауға және басқаруға болады. Қозғалтқыштардың әрқайсысы тағы да басқа дөңгелектерден толығымен тәуелсіз тежегіш болуы мүмкін, ол кинетикалық энергияның кем дегенде бір бөлігін қайтадан электр энергиясына түрлендіреді. Нәтижесінде кәдімгі тежегіштер әлдеқайда аз кернеуге ұшырайды. Қозғалтқыштар қол жетімді максималды қуатты кез келген уақытта дерлік және кідіріссіз шығара алады. Батареяларда жинақталған энергияны кинетикалық энергияға айналдырудағы олардың тиімділігі шамамен 90% құрайды, бұл әдеттегі қозғалтқыштардан шамамен үш есе көп. Демек, олар сонша қалдық жылу шығармайды және салқындатудың қиын болуын қажет етпейді. Бұл үшін сізге тек жақсы жабдық, басқару блогы және жақсы бағдарламашы қажет.

Сума сумарум. Егер электромобильдер немесе гибридтер жанармай үнемдейтін қозғалтқышы бар классикалық автокөліктерге одан да жақын болса, олардың алдында әлі де өте қиын және қиын жол күтіп тұр. Мен бұл жаңылыстыратын сандармен расталмайды деп үміттенемін. шенеуніктердің шамадан тыс қысымы. Бірақ үміт үзбейік. Нанотехнологияның дамуы шынымен де секіріспен жүріп жатыр, және, мүмкін, ғажайыптар бізді жақын арада күтіп тұр.

Соңында мен тағы бір қызықты нәрсені қосамын. Қазірдің өзінде күнмен жанармай құю бекеті бар.

Toyota Industries Corp (TIC) электр және гибридті көліктер үшін күн зарядтау станциясын жасады. Станция сонымен қатар электр желісіне қосылған, сондықтан 1,9 кВт күн панельдері қосымша энергия көзі болып табылады. Зарядтау станциясы дербес (күн) қуат көзін қолдана отырып, максималды қуатты 110 ВС / 1,5 кВт қамтамасыз ете алады, желіге қосылған кезде ол максималды 220 ВС / 3,2 кВт ұсынады.

Күн батареяларынан пайдаланылмаған электр энергиясы аккумуляторларда сақталады, олар кейінірек пайдалану үшін 8,4 кВт / сағ. Сондай -ақ, электр энергиясын тарату желісіне немесе жабдықтау станциясының керек -жарақтарына жеткізуге болады. Станцияда қолданылатын зарядтау стендтерінде сәйкесінше көлік құралдарын сәйкестендіруге қабілетті кіріктірілген байланыс технологиясы бар. олардың иелері смарт -карталарды қолданады.

Батареяларға қатысты маңызды терминдер

• Энергияны тұтыну - аккумуляторда сақталған электр зарядының (энергия мөлшері) мөлшерін көрсетеді. Ол ампер сағатымен (Ач) немесе шағын құрылғыларда миллиампер сағатпен (мАч) көрсетіледі. 1 Ah (= 1000 мАч) аккумулятор теориялық тұрғыдан 1 амперді бір сағатқа жеткізуге қабілетті.
• Ішкі қарсылық - аккумулятордың аз немесе көп разрядтық токпен қамтамасыз ету мүмкіндігін көрсетеді. Көрнекілік үшін екі канистрді пайдалануға болады, біреуі кішірек розеткамен (ішкі кедергісі жоғары), екіншісі үлкенірек (ішкі кедергісі төмен). Егер біз оларды босатуды шешсек, ағызу тесігі кішірек канистр баяу босатады.
• Батареяның номиналды кернеуі - никель-кадмий және никель-металл гидридті аккумуляторлар үшін ол 1,2 В, қорғасын 2 В және литий 3,6-дан 4,2 В-қа дейін. Жұмыс кезінде бұл кернеу никель-кадмий және никель-металл гидридті аккумуляторлар үшін 0,8 - 1,5 В шегінде өзгереді. Қорғасын үшін 1,7 - 2,3 В және литий үшін 3-4,2 және 3,5-4,9.
• Зарядтау тогы, разряд тогы – ампермен (А) немесе миллиампермен (мА) көрсетілген. Бұл нақты құрылғы үшін қарастырылып отырған аккумуляторды іс жүзінде пайдалану үшін маңызды ақпарат. Ол сондай-ақ оның сыйымдылығы максималды түрде пайдаланылуы және сонымен бірге жойылмауы үшін аккумуляторды дұрыс зарядтау және зарядсыздандыру шарттарын анықтайды.
• Зарядтау разряд қисығы - батареяны зарядтау немесе зарядсыздандыру уақытына байланысты кернеудің өзгеруін графикалық түрде көрсетеді. Батарея заряды таусылғанда, әдетте зарядсыздану уақытының шамамен 90%-ы үшін кернеуде шамалы өзгеріс болады. Сондықтан өлшенген кернеуден аккумулятордың ағымдағы күйін анықтау өте қиын.
• Өздігінен ағызу, өздігінен ағызу – Батарея үнемі электр қуатын сақтай алмайды. энергия, өйткені электродтардағы реакция қайтымды процесс. Зарядталған батарея өздігінен зарядсызданады. Бұл процесс бірнеше аптадан айға дейін созылуы мүмкін. Қорғасын-қышқылды аккумуляторлар жағдайында бұл айына 5-20%, никель-кадмий батареялары үшін - тәулігіне электр зарядының шамамен 1%, никель-металл гидридті аккумуляторлар жағдайында - шамамен 15-20% айда, ал литий шамамен 60% жоғалтады. сыйымдылығы үш айға. Өздігінен разряд қоршаған орта температурасына, сондай-ақ ішкі кедергіге байланысты (ішкі кедергісі жоғары батареялар аз зарядсызданады) және, әрине, дизайн, пайдаланылған материалдар және өңдеу де маңызды.
•  Батарея (жинақ) – Тек ерекше жағдайларда батареялар жеке пайдаланылады. Әдетте олар жиынтықта қосылады, әрқашан дерлік тізбектей қосылады. Мұндай жиынтықтың максималды тогы жеке ұяшықтағы максималды токқа тең, номиналды кернеу жеке ұяшықтардың номиналды кернеулерінің қосындысы болып табылады.
•  Батареялардың жиналуы.  Жаңа немесе пайдаланылмаған аккумуляторға бір, бірақ бірнеше (3-5) баяу толық зарядтау және баяу зарядтау циклдары қолданылуы керек. Бұл баяу процесс батарея параметрлерін қажетті деңгейге қояды.
•  Жадтың әсері – Бұл аккумулятор шамамен тұрақты, тым көп емес токпен бірдей деңгейге зарядталғанда және зарядсызданғанда орын алады және ұяшық толық зарядталмауы немесе терең разряд болмауы керек. Бұл жанама әсер NiCd (ең аз, сондай-ақ NiMH) әсер етті.