Mga baterya para sa mga hybrid at de-kuryenteng sasakyan

Sa aming nakaraang artikulo, tinalakay namin ang baterya bilang isang mapagkukunan ng kuryente, kinakailangan pangunahin upang magsimula ang isang kotse, pati na rin para sa medyo panandaliang pagpapatakbo ng mga de-koryenteng kagamitan. Gayunpaman, ganap na magkakaibang mga kinakailangan ay ipinapataw sa mga pag-aari ng mga baterya na ginamit sa larangan ng pagtulak ng malalaking mga mobile device, sa aming kaso, mga hybrid na sasakyan at de-koryenteng sasakyan. Ang isang mas malaking halaga ng nakaimbak na enerhiya ay kinakailangan upang mapagana ang isang sasakyan at kailangang maiimbak sa kung saan. Sa isang klasikong kotse na may panloob na engine ng pagkasunog, nakaimbak ito sa tangke sa anyo ng gasolina, diesel o LPG. Sa kaso ng isang de-koryenteng sasakyan o isang hybrid na sasakyan, ito ay nakaimbak sa mga baterya, na maaaring ilarawan bilang pangunahing problema sa isang de-koryenteng sasakyan.

Ang mga kasalukuyang nagtitipid ay maaaring mag-imbak ng kaunting enerhiya, habang ang mga ito ay medyo malaki, mabigat, at sa parehong oras, tumatagal ng ilang oras upang muling magkarga ang mga ito sa kanilang maximum (karaniwang 8 o higit pa). Sa kaibahan, ang maginoo na mga sasakyan na may panloob na mga engine ng pagkasunog ay maaaring mag-imbak ng isang malaking halaga ng enerhiya kumpara sa mga baterya sa isang maliit na kaso, sa kondisyon na tatagal lamang ng isang minuto, marahil dalawa, upang muling magkarga. Sa kasamaang palad, ang problema ng pag-iimbak ng kuryente ay sumakit sa mga sasakyang de-kuryente mula pa nang magsimula, at sa kabila ng hindi maikakaila na pag-unlad, ang kanilang lakas na lakas na kinakailangan upang mapagana ang isang sasakyan ay napakababa pa rin. Sa mga sumusunod na linya, pag-save ng email Tatalakayin namin ang enerhiya nang mas detalyado at subukang ilapit ang totoong katotohanan ng mga kotse na may purong electric o hybrid drive. Maraming mga alamat sa paligid ng mga "electronic car" na ito, kaya't hindi nasasaktan na masusing tingnan ang mga pakinabang o kawalan ng naturang mga drive.

Sa kasamaang palad, ang mga numero na ibinigay ng mga tagagawa ay napaka-duda at sa halip ay teoretikal. Halimbawa, ang Kia Venga ay naglalaman ng isang de-koryenteng motor na may lakas na 80 kW at isang metalikang kuwintas na 280 Nm. Ang kapangyarihan ay ibinibigay ng mga baterya ng lithium-ion na may kapasidad na 24 kWh, ang tinantyang hanay ng Kia Vengy EV ayon sa tagagawa ay 180 km. Ang kapasidad ng mga baterya ay nagsasabi sa amin na, ganap na na-charge, maaari silang magbigay ng konsumo ng makina na 24 kW, o magpakain ng konsumo ng 48 kW sa kalahating oras, atbp. Isang simpleng recalculation, at hindi kami makakapagmaneho ng 180 km . Kung nais nating mag-isip tungkol sa naturang saklaw, kung gayon kailangan nating magmaneho ng average na 60 km / h sa loob ng halos 3 oras, at ang lakas ng makina ay magiging isang ikasampu lamang ng nominal na halaga, i.e. 8 kW. Sa madaling salita, sa isang talagang maingat (maingat) na pagsakay, kung saan halos tiyak na gagamitin mo ang preno sa trabaho, ang gayong pagsakay ay posible sa teorya. Siyempre, hindi namin isinasaalang-alang ang pagsasama ng iba't ibang mga de-koryenteng accessories. Naiisip na ng lahat kung ano ang pagtanggi sa sarili kumpara sa isang klasikong kotse. Kasabay nito, magbuhos ka ng 40 litro ng diesel fuel sa klasikong Venga at magmaneho ng daan-daang kilometro nang walang mga paghihigpit. Bakit ganun? Subukan nating ihambing kung gaano kalaki ang enerhiyang ito at kung gaano kalaki ang bigat ng isang klasikong kotse sa tangke, at kung gaano kalaki ang kayang hawakan ng isang de-koryenteng sasakyan sa mga baterya - magbasa nang higit pa dito DITO.

Ilang mga katotohanan mula sa kimika at pisika

• calorific na halaga ng gasolina: 42,7 MJ / kg,
• calorific na halaga ng diesel fuel: 41,9 MJ / kg,
• density ng gasolina: 725 kg / m3,
• density ng langis: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Ang enerhiya ay ang kakayahang gumawa ng trabaho, na sinusukat sa joules (J), kilowatt hours (kWh). Ang trabaho (mekanikal) ay ipinakita sa pamamagitan ng isang pagbabago sa enerhiya sa panahon ng paggalaw ng katawan, ay may parehong mga yunit bilang enerhiya. Ang kapangyarihan ay nagpapahayag ng dami ng gawaing ginawa sa bawat yunit ng oras, ang batayang yunit ay ang watt (W).

Tiyak na lakas ng mga mapagkukunan ng enerhiya

Mapagkukunan ng enerhiya	Calorific na halaga / kg density	Calorific na halaga / l Enerhiya / l	Enerhiya / kg
gasolina	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Langis	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion na baterya (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Mula sa itaas malinaw na, halimbawa, na may calorific na halaga na 42,7 MJ / kg at isang density na 725 kg / m3, nag-aalok ang gasolina ng enerhiya na 8,60 kWh bawat litro o 11,86 kWh bawat kilo. Kung itatayo namin ang kasalukuyang mga baterya na naka-install na ngayon sa mga de-koryenteng sasakyan, halimbawa, lithium-ion, ang kanilang kapasidad ay mas mababa sa 0,1 kWh bawat kilo (para sa pagiging simple, isasaalang-alang namin ang 0,1 kWh). Ang mga maginoo na fuel ay nagbibigay ng higit sa isang daang beses na mas maraming enerhiya para sa parehong bigat. Mauunawaan mo na ito ay isang malaking pagkakaiba. Kung pinaghiwalay natin ito sa mga maliliit, halimbawa, ang Chevrolet Cruze na may 31 kWh na baterya ay nagdadala ng enerhiya na maaaring magkasya sa mas mababa sa 2,6 kg ng gasolina o, kung nais mo, mga 3,5 litro ng gasolina.

Maaari mong sabihin kung paano posible na magsimula ang isang de-kuryenteng kotse, at hindi na magkakaroon pa ito ng higit sa 100 km ng enerhiya. Ang dahilan ay simple. Ang de-kuryenteng motor ay mas mahusay sa mga tuntunin ng pag-convert ng nakaimbak na enerhiya sa mekanikal na enerhiya. Karaniwan, dapat itong magkaroon ng isang kahusayan na 90%, habang ang kahusayan ng isang panloob na engine ng pagkasunog ay halos 30% para sa isang gasolina engine at 35% para sa isang diesel engine. Samakatuwid, upang magbigay ng parehong lakas sa motor na de koryente, sapat na ito sa isang mas mababang reserba ng enerhiya.

Dali ng paggamit ng mga indibidwal na drive

Matapos suriin ang pinasimpleng pagkalkula, ipinapalagay na makakakuha tayo ng humigit-kumulang 2,58 kWh ng mekanikal na enerhiya mula sa isang litro ng gasolina, 3,42 kWh mula sa isang litro ng diesel fuel, at 0,09 kWh mula sa isang kilo ng baterya ng lithium-ion. Kaya't ang pagkakaiba ay hindi hihigit sa isang daan, ngunit halos tatlumpung beses lamang. Ito ang pinakamagandang numero, ngunit hindi pa rin talaga pink. Halimbawa, isaalang-alang ang sporty na Audi R8. Ang mga fully charged na baterya nito, na tumitimbang ng 470 kg, ay may katumbas na enerhiya na 16,3 litro ng gasolina o 12,3 litro lamang ng diesel fuel. O, kung mayroon kaming Audi A4 3,0 TDI na may kapasidad ng tangke na 62 litro ng diesel fuel at gusto naming magkaroon ng parehong hanay sa isang purong drive ng baterya, kakailanganin namin ng humigit-kumulang 2350 kg ng mga baterya. Sa ngayon, ang katotohanang ito ay hindi nagbibigay sa electric car ng isang napakaliwanag na hinaharap. Gayunpaman, hindi na kailangang maghagis ng baril sa rye, dahil ang pressure na bumuo ng naturang "e-cars" ay aalisin ng malupit na berdeng lobby, kaya't gusto man o hindi ng mga automaker, dapat silang gumawa ng isang bagay na "berde" . “. Ang isang tiyak na kapalit para sa isang purong electric drive ay ang tinatawag na hybrids, na pinagsasama ang isang panloob na combustion engine na may isang de-koryenteng motor. Sa kasalukuyan ang pinakakilala ay, halimbawa, ang Toyota Prius (Auris HSD na may parehong hybrid na teknolohiya) o ang Honda Inside. Gayunpaman, ang kanilang purong electrical range ay katawa-tawa pa rin. Sa unang kaso, mga 2 km (sa pinakabagong bersyon ng Plug In ito ay nadagdagan "hanggang" 20 km), at sa pangalawa, ang Honda ay hindi kahit na kumatok sa isang purong electric drive. Sa ngayon, ang resultang pagiging epektibo sa pagsasanay ay hindi kasing himala gaya ng iminumungkahi ng mass advertising. Ipinakita ng realidad na maaari nilang kulayan ang mga ito sa anumang asul na kilusan (ekonomiya) karamihan ay gamit ang maginoo na teknolohiya. Ang bentahe ng hybrid power plant ay higit sa lahat ay nasa fuel economy kapag nagmamaneho sa lungsod. Sinabi kamakailan ng Audi na sa kasalukuyan ay kinakailangan lamang na bawasan ang timbang ng katawan upang makamit, sa karaniwan, ang parehong ekonomiya ng gasolina na naabot ng ilang mga tatak sa pamamagitan ng pag-install ng hybrid system sa isang kotse. Pinatutunayan din ng mga bagong modelo ng ilang sasakyan na hindi ito sigaw sa dilim. Halimbawa, ang kamakailang ipinakilala na ikapitong henerasyon na Volkswagen Golf ay gumagamit ng mas magaan na mga bahagi upang matuto mula sa at sa pagsasanay ay talagang gumagamit ng mas kaunting gasolina kaysa dati. Ang Japanese automaker na Mazda ay gumawa ng katulad na direksyon. Sa kabila ng mga paghahabol na ito, nagpapatuloy ang pagbuo ng isang "long-range" hybrid drive. Bilang halimbawa, babanggitin ko ang Opel Ampera at, paradoxically, ang modelo mula sa Audi A1 e-tron.

Dali ng paggamit ng mga indibidwal na drive

Mapagkukunan ng enerhiya	Kahusayan sa makina	Mabisang enerhiya / l	Mabisang enerhiya / kg
gasolina	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Langis	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Mga baterya ng lithium-ion	0,90	-	OK lang 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Bagaman ang Opel Ampera ay madalas na ipinakita bilang isang de-koryenteng sasakyan, ito ay talagang isang hybrid na sasakyan. Bilang karagdagan sa motor na de koryente, gumagamit din ang Ampere ng isang 1,4-litro 63 kW panloob na combustion engine. Gayunpaman, ang gasolina engine na ito ay hindi direktang nagmaneho ng mga gulong, ngunit gumaganap bilang isang generator kung sakaling maubusan ng kuryente ang mga baterya. lakas. Ang bahagi ng elektrisidad ay kinakatawan ng isang de-kuryenteng motor na may output na 111 kW (150 hp) at isang metalikang kuwintas ng 370 Nm. Ang suplay ng kuryente ay pinalakas ng 220 T-shaped lithium cells. Mayroon silang kabuuang lakas na 16 kWh at timbang na 180 kg. Ang electric car na ito ay maaaring maglakbay ng 40-80 km sa isang pulos electric drive. Ang distansya na ito ay madalas na sapat para sa buong araw na pagmamaneho ng lungsod at makabuluhang binabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo dahil ang trapiko sa lungsod ay nangangailangan ng makabuluhang pagkonsumo ng gasolina sa kaso ng mga combustion engine. Ang mga baterya ay maaari ding muling ma-recharge mula sa isang karaniwang outlet, at kapag isinama sa panloob na engine ng pagkasunog, ang saklaw ng Ampera ay umaabot sa isang kagalang-galang na limang daang kilometro.

Audi e electron A1

Ang Audi, na mas pinipili ang isang klasikong drive na may mas advanced na teknolohiya kaysa sa isang technically very demanding hybrid drive, ipinakilala ang isang kawili-wiling A1 e-tron hybrid na kotse higit sa dalawang taon na ang nakakaraan. Ang mga baterya ng Lithium-ion na may kapasidad na 12 kWh at bigat na 150 kg ay sinisingil ng isang Wankel engine bilang bahagi ng isang generator na gumagamit ng enerhiya sa anyo ng gasolina na nakaimbak sa isang 254-litro na tangke. Ang makina ay may dami ng 15 metro kubiko. cm at bumubuo ng 45 kW / h el. enerhiya. Ang de-koryenteng motor ay may lakas na 75 kW at maaaring makagawa ng hanggang 0 kW ng kapangyarihan sa maikling panahon. Ang acceleration mula 100 hanggang 10 ay humigit-kumulang 130 segundo at ang pinakamataas na bilis ay humigit-kumulang 50 km / h. Ang kotse ay maaaring maglakbay ng halos 12 km sa paligid ng lungsod sa isang purong electric drive. Matapos ang pagkaubos ng e. ang enerhiya ay maingat na ina-activate ng rotary internal combustion engine at nagre-recharge ng kuryente. enerhiya para sa mga baterya. Ang kabuuang hanay na may ganap na naka-charge na mga baterya at 250 litro ng gasolina ay humigit-kumulang 1,9 km na may average na pagkonsumo na 100 litro bawat 1450 km. Ang bigat ng pagpapatakbo ng sasakyan ay 12 kg. Tingnan natin ang isang simpleng conversion upang makita sa direktang paghahambing kung gaano karaming enerhiya ang nakatago sa isang 30 litro na tangke. Ipagpalagay na ang modernong Wankel engine na kahusayan ay 70%, pagkatapos ay 9 kg nito, kasama ang 12 kg (31 L) ng gasolina, ay katumbas ng 79 kWh ng enerhiya na nakaimbak sa mga baterya. Kaya 387,5 kg ng makina at tangke = 1 kg ng mga baterya (kinakalkula sa Audi A9 e-Tron weights). Kung gusto nating dagdagan ang tangke ng gasolina ng 62 litro, magkakaroon na tayo ng XNUMX kWh ng enerhiya na magagamit para mapagana ang kotse. Para makapagpatuloy kami. Ngunit siya ay dapat magkaroon ng isang catch. Hindi na ito magiging "berdeng" kotse. Kaya kahit dito ay malinaw na nakikita na ang electric drive ay makabuluhang limitado sa density ng kapangyarihan ng enerhiya na nakaimbak sa mga baterya.

Sa partikular, ang mas mataas na presyo, pati na rin ang mataas na timbang, ay humantong sa katotohanan na ang hybrid na drive sa Audi ay unti-unting kumupas sa background. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na ang pagbuo ng mga hybrid na kotse at mga de-koryenteng sasakyan sa Audi ay ganap na nabawasan ang halaga. Ang impormasyon tungkol sa bagong bersyon ng modelong A1 e-tron ay lumitaw kamakailan. Kung ikukumpara sa nauna, ang rotary engine/generator ay pinalitan ng 1,5 kW 94-litre three-cylinder turbocharged engine. Ang paggamit ng klasikong panloob na yunit ng pagkasunog ay pinilit ng Audi pangunahin dahil sa mga paghihirap na nauugnay sa paghahatid na ito, at ang bagong tatlong-silindro na makina ay idinisenyo hindi lamang upang singilin ang mga baterya, ngunit gumana din nang direkta sa mga gulong ng drive. Ang mga baterya ng Sanyo ay may magkaparehong output na 12kWh, at ang saklaw ng purong electric drive ay bahagyang nadagdagan sa humigit-kumulang 80km. Sinabi ng Audi na ang na-upgrade na A1 e-tron ay dapat na nasa average ng isang litro bawat daang kilometro. Sa kasamaang palad, ang gastos na ito ay may isang sagabal. Para sa mga hybrid na sasakyan na may pinalawig na purong electric range. Gumagamit ang drive ng isang kawili-wiling pamamaraan para sa pagkalkula ng panghuling rate ng daloy. Ang tinatawag na pagkonsumo ay hindi pinapansin. nagpapagasolina mula sa ang network ng pag-charge ng baterya, pati na rin ang panghuling pagkonsumo l / 100 km, ay isinasaalang-alang lamang ang pagkonsumo ng gasolina para sa huling 20 km ng pagmamaneho, kapag may kuryente. singil ng baterya. Sa pamamagitan ng isang napaka-simpleng pagkalkula, maaari nating kalkulahin ito kung ang mga baterya ay angkop na na-discharge. nag drive na kami matapos mawalan ng kuryente. enerhiya mula sa purong mga baterya ng gasolina, bilang isang resulta, ang pagkonsumo ay tataas ng limang beses, iyon ay, 5 litro ng gasolina bawat 100 km.

Audi A1 e-tron II. henerasyon

Mga problema sa pag-iimbak ng kuryente

Ang isyu ng pag-iimbak ng enerhiya ay kasingtanda ng electrical engineering mismo. Ang mga unang pinagmumulan ng kuryente ay mga galvanic cells. Pagkaraan ng maikling panahon, natuklasan ang posibilidad ng isang nababaligtad na proseso ng akumulasyon ng kuryente sa galvanic secondary cells - mga baterya. Ang mga unang ginamit na baterya ay mga lead na baterya, pagkatapos ng maikling panahon ay nickel-iron at ilang sandali pa ay nickel-cadmium, at ang kanilang praktikal na paggamit ay tumagal ng higit sa isang daang taon. Dapat ding idagdag na, sa kabila ng masinsinang pananaliksik sa buong mundo sa lugar na ito, ang kanilang pangunahing disenyo ay hindi nagbago nang malaki. Gamit ang mga bagong teknolohiya sa pagmamanupaktura, pagpapabuti ng mga katangian ng mga base na materyales at paggamit ng mga bagong materyales para sa mga cell at vessel separator, posible na bahagyang bawasan ang tiyak na gravity, bawasan ang self-discharge ng mga cell, at dagdagan ang ginhawa at kaligtasan ng operator, pero hanggang doon na lang. Ang pinaka makabuluhang disbentaha, ibig sabihin. Ang isang napaka hindi kanais-nais na ratio ng dami ng nakaimbak na enerhiya sa bigat at dami ng mga baterya ay nanatili. Samakatuwid, ang mga bateryang ito ay pangunahing ginagamit sa mga static na application (mga backup na power supply kung sakaling mabigo ang pangunahing power supply, atbp.). Ginamit ang mga baterya bilang pinagmumulan ng enerhiya para sa mga sistema ng traksyon, lalo na sa mga riles (transport cart), kung saan ang mabigat at makabuluhang sukat ay hindi rin masyadong nakagambala.

Pagsulong sa pag-iimbak ng enerhiya

Gayunpaman, ang pangangailangan na bumuo ng mga cell na may maliit na kakayahan at sukat sa mga oras na ampere ay nadagdagan. Kaya, ang mga pangunahing cell ng alkalina at tinatakan na mga bersyon ng nickel-cadmium (NiCd) at pagkatapos ay nabuo ang mga nickel-metal hydride (NiMH) na baterya. Para sa encapsulation ng mga cell, ang parehong mga hugis at sukat ng manggas ay pinili bilang para sa hanggang ngayon na maginoo pangunahing mga cell ng sink klorido. Sa partikular, ang mga nakakamit na parameter ng mga nickel-metal hydride baterya ay ginagawang posible na gamitin ang mga ito, sa partikular, sa mga mobile phone, laptop, manu-manong drive ng mga tool, atbp. Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng mga cell na ito ay naiiba sa mga teknolohiyang ginamit para sa mga cell na may malaking kapasidad sa mga oras na ampere. Ang pag-aayos ng lamellar ng malaking system ng electrode ng cell ay pinalitan ng teknolohiya ng pag-convert ng electrode system, kasama ang mga separator, sa isang cylindrical coil, na ipinasok at nakipag-ugnay sa regular na hugis na mga cell sa laki ng AAA, AA, C at D, resp. dami ng kanilang laki. Para sa ilang mga espesyal na aplikasyon, ang mga espesyal na flat cell ay ginawa.

Ang bentahe ng hermetic cells na may spiral electrodes ay ilang beses na mas malaki ang kakayahang mag-charge at discharge na may mataas na alon at ang ratio ng relatibong density ng enerhiya sa cell weight at volume kumpara sa classical na malaking disenyo ng cell. Ang kawalan ay higit na naglalabas sa sarili at mas kaunting mga siklo ng trabaho. Ang maximum na kapasidad ng isang solong NiMH cell ay humigit-kumulang 10 Ah. Ngunit, tulad ng iba pang mga mas malalaking diameter na silindro, hindi nila pinapayagan ang pagsingil ng masyadong mataas na mga alon dahil sa problemang pag-aalis ng init, na lubos na binabawasan ang paggamit sa mga de-koryenteng sasakyan, at samakatuwid ang mapagkukunang ito ay ginagamit lamang bilang isang pantulong na baterya sa isang hybrid na sistema (Toyota Prius 1,3 .XNUMX kWh).

Ang isang makabuluhang pagsulong sa larangan ng pag-iimbak ng enerhiya ay ang pagbuo ng mga ligtas na baterya ng lithium. Ang Lithium ay isang elemento na may mataas na electrochemical potential value, ngunit ito rin ay lubhang reaktibo sa isang oxidative sense, na nagdudulot din ng mga problema kapag gumagamit ng lithium metal sa pagsasanay. Kapag ang lithium ay nakipag-ugnayan sa atmospheric oxygen, nangyayari ang pagkasunog, na, depende sa mga katangian ng kapaligiran, ay maaaring magkaroon ng katangian ng isang pagsabog. Ang hindi kanais-nais na pag-aari na ito ay maaaring alisin sa pamamagitan ng maingat na pagprotekta sa ibabaw, o sa pamamagitan ng paggamit ng mga hindi gaanong aktibong lithium compound. Sa kasalukuyan, ang pinakakaraniwang lithium-ion at lithium-polymer na mga baterya na may kapasidad na 2 hanggang 4 Ah sa mga ampere-hour. Ang kanilang paggamit ay katulad ng sa NiMh, at sa isang average na discharge boltahe na 3,2 V, 6 hanggang 13 Wh ng enerhiya ay magagamit. Kung ikukumpara sa mga baterya ng nickel-metal hydride, ang mga baterya ng lithium ay maaaring mag-imbak ng dalawa hanggang apat na beses na mas maraming enerhiya para sa parehong volume. Ang mga baterya ng Lithium-ion (polymer) ay may electrolyte sa gel o solid na anyo at maaaring gawin sa mga flat cell na kasingnipis ng ilang ikasampu ng isang milimetro sa halos anumang hugis upang umangkop sa mga pangangailangan ng kaukulang aplikasyon.

Ang electric drive sa isang pampasaherong sasakyan ay maaaring gawin bilang pangunahing at isa lamang (electric car) o pinagsama, kung saan ang electric drive ay maaaring parehong nangingibabaw at pantulong na pinagmumulan ng traksyon (hybrid drive). Depende sa variant na ginamit, ang mga kinakailangan sa enerhiya para sa pagpapatakbo ng sasakyan at samakatuwid ang kapasidad ng mga baterya ay naiiba. Sa mga de-koryenteng sasakyan, ang kapasidad ng baterya ay nasa pagitan ng 25 at 50 kWh, at may hybrid na drive, natural na mas mababa ito at umaabot sa 1 hanggang 10 kWh. Mula sa ibinigay na mga halaga makikita na sa isang boltahe ng isang (lithium) cell na 3,6 V, kinakailangan upang ikonekta ang mga cell sa serye. Upang mabawasan ang mga pagkalugi sa mga conductor ng pamamahagi, inverters at windings ng motor, inirerekumenda na pumili ng isang boltahe na mas mataas kaysa sa karaniwan sa on-board network (12 V) para sa mga drive - ang karaniwang ginagamit na mga halaga ay mula 250 hanggang 500 V. Mula sa ngayon, Lithium cell ay malinaw naman ang pinaka-angkop na uri. Aminado, napakamahal pa rin ng mga ito, lalo na kung ihahambing sa mga lead-acid na baterya. Gayunpaman, mas mahirap ang mga ito.

Ang nominal na boltahe ng maginoo na mga cell ng baterya ng lithium ay 3,6 V. Ang halaga na ito ay iba sa mga maginoo na nickel-metal hydride cells, ayon sa pagkakabanggit. NiCd, na may nominal na boltahe na 1,2 V (o lead - 2 V), na, kung ginamit sa pagsasanay, ay hindi pinapayagan ang pagpapalitan ng parehong uri. Ang pag-charge ng mga bateryang lithium na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pangangailangan na napaka-tumpak na mapanatili ang halaga ng pinakamataas na boltahe sa pag-charge, na nangangailangan ng isang espesyal na uri ng charger at, sa partikular, ay hindi pinapayagan ang paggamit ng mga sistema ng pag-charge na idinisenyo para sa iba pang mga uri ng mga cell.

Pangunahing katangian ng mga baterya ng lithium

Ang mga pangunahing katangian ng mga baterya para sa mga de-koryenteng sasakyan at hybrids ay maaaring isaalang-alang ang kanilang mga katangiang singilin at naglalabas.

Katangian ng pagsingil 

Ang proseso ng pagsingil ay nangangailangan ng regulasyon ng kasalukuyang singilin, ang kontrol ng boltahe ng cell at ang kontrol ng kasalukuyang temperatura ay hindi maaaring laktawan. Para sa mga cell ng lithium na ginagamit ngayon na gumagamit ng LiCoO2 bilang electrode ng cathode, ang maximum na limitasyon sa boltahe ng pagsingil ay 4,20 hanggang 4,22 V bawat cell. Ang labis na halagang ito ay humahantong sa pinsala sa mga pag-aari ng cell at, sa kabaligtaran, ang pagkabigo na maabot ang halagang ito ay nangangahulugang hindi paggamit ng nominal na kapasidad ng cell. Para sa pagsingil, ginagamit ang karaniwang katangian ng IU, iyon ay, sa unang yugto ay sisingilin ito ng patuloy na kasalukuyang hanggang sa maabot ang isang boltahe na 4,20 V / cell. Ang kasalukuyang singilin ay limitado sa maximum na pinahihintulutang halaga na tinukoy ng tagagawa ng cell, ayon sa pagkakabanggit. mga pagpipilian sa charger. Ang oras ng pagsingil sa unang yugto ay nag-iiba mula sa maraming sampu-sampung minuto hanggang maraming oras, depende sa lakas ng kasalukuyang singilin. Ang boltahe ng cell ay unti-unting tataas hanggang sa max. mga halagang 4,2 V. Tulad ng nabanggit na, ang boltahe na ito ay hindi dapat lumampas dahil sa peligro ng pinsala sa cell. Sa unang yugto ng pagsingil, 70 hanggang 80% ng enerhiya ang nakaimbak sa mga cell, sa pangalawang yugto ang natitira. Sa pangalawang yugto, ang boltahe ng pagsingil ay pinananatili sa maximum na pinahihintulutang halaga, at ang kasalukuyang singilin ay unti-unting bumababa. Ang pag-charge ay kumpleto kapag ang kasalukuyang bumaba sa halos 2-3% ng kasalukuyang rate ng paglabas ng cell. Dahil ang maximum na halaga ng mga pagsingil ng alon sa kaso ng mas maliit na mga cell ay din maraming beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang paglabas, isang makabuluhang bahagi ng kuryente ang maaaring mai-save sa unang yugto ng pagsingil. enerhiya sa isang napakaliit na oras (humigit-kumulang ½ at 1 oras). Samakatuwid, sa kaganapan ng isang emergency, posible na singilin ang mga baterya ng isang de-koryenteng sasakyan sa isang sapat na kapasidad sa isang maikling panahon. Kahit na sa kaso ng mga cell ng lithium, ang naipon na kuryente ay bumababa pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng pag-iimbak. Gayunpaman, nangyayari lamang ito pagkalipas ng halos 3 buwan ng downtime.

Mga katangian ng paglabas

Ang boltahe ay unang bumaba nang mabilis sa 3,6-3,0 V (depende sa lakas ng kasalukuyang paglabas) at nananatiling halos pare-pareho sa buong buong paglabas. Matapos ang pagkaubos ng supply ng e-mail. ang lakas din ay nagpapababa ng boltahe ng cell nang napakabilis. Samakatuwid, ang paglabas ay dapat na nakumpleto nang hindi lalampas sa tinukoy ng gumagawa ng boltahe ng paglabas ng 2,7 hanggang 3,0 V.

Kung hindi man, maaaring masira ang istraktura ng produkto. Ang proseso ng pag-unload ay medyo madaling kontrolin. Ito ay limitado lamang sa pamamagitan ng halaga ng kasalukuyang at humihinto kapag naabot ang halaga ng panghuling boltahe ng paglabas. Ang tanging problema ay ang mga pag-aari ng mga indibidwal na cell sa isang sunud-sunod na pag-aayos ay hindi magkapareho. Samakatuwid, dapat mag-ingat upang matiyak na ang boltahe ng anumang cell ay hindi mahuhulog sa ibaba ng huling boltahe ng paglabas, dahil maaari itong makapinsala dito at sa gayon ay magdulot ng maling paggana ng buong baterya. Ang pareho ay dapat isaalang-alang kapag singilin ang baterya.

Ang nabanggit na uri ng mga cell ng lithium na may iba't ibang materyal na katod, kung saan ang oksido ng kobalt, nikel o mangganeso ay pinalitan ng phosphide Li3V2 (PO4) 3, tinanggal ang mga nabanggit na panganib ng pinsala sa cell dahil sa hindi pagsunod. isang mas mataas na kapasidad. Idineklara din ang kanilang idineklarang buhay ng serbisyo na halos 2 singil sa pag-charge (sa 000% na paglabas) at lalo na ang katotohanan na kapag ang cell ay ganap na napalabas, hindi ito masisira. Ang kalamangan ay din ng isang mas mataas na nominal boltahe ng tungkol sa 80 kapag singilin hanggang sa 4,2 V.

Mula sa paglalarawan sa itaas, maaaring malinaw na ipahiwatig na ang mga baterya ng lithium ay kasalukuyang tanging kahalili tulad ng pag-iimbak ng enerhiya para sa pagmamaneho ng kotse kumpara sa enerhiya na nakaimbak sa fossil fuel sa isang fuel tank. Ang anumang pagtaas sa kapasidad na partikular sa baterya ay magpapataas ng pagiging mapagkumpitensya ng eco-friendly drive na ito. Inaasahan lamang natin na ang pag-unlad ay hindi mabagal, ngunit, sa kabaligtaran, sumulong ng ilang milya.

Mga halimbawa ng sasakyan na gumagamit ng hybrid at electric baterya

Ang Toyota Prius ay isang klasikong hybrid na may mababang reserba ng kuryente sa purong elektrisidad. magmaneho

Ang Toyota Prius ay gumagamit ng isang 1,3 kWh NiMH na baterya, na pangunahing ginagamit bilang isang mapagkukunan ng lakas para sa pagpabilis at pinapayagan ang isang hiwalay na electric drive na magamit para sa distansya na halos 2 km sa max. bilis ng 50 km / h. Ang bersyon ng Plug-In ay gumagamit na ng mga baterya ng lithium-ion na may kapasidad na 5,4 kWh, na nagbibigay-daan sa iyo upang eksklusibong magmaneho sa isang electric drive para sa distansya na 14-20 km sa isang maximum na bilis. bilis ng 100 km / h.

Opel Ampere-hybrid na may nadagdagang power reserve sa purong e-mail. magmaneho

Ang de-kuryenteng sasakyan na may pinalawig na saklaw (40-80 km), na tinawag ni Opel na apat na pinto na limang-pinto na Amper, ay pinapatakbo ng isang de-kuryenteng motor na may 111 kW (150 hp) at 370 Nm ng metalikang kuwintas. Ang suplay ng kuryente ay pinalakas ng 220 T-shaped lithium cells. Mayroon silang kabuuang lakas na 16 kWh at timbang na 180 kg. Ang generator ay isang 1,4 litro gasolina engine na may 63 kW output.

Mitsubishi at MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. mga kotse

Ang mga baterya ng lithium-ion na may kapasidad na 16 kWh ay pinapayagan ang sasakyan na maglakbay nang hanggang 150 km nang hindi nagre-recharge, na sinusukat alinsunod sa pamantayan ng NEDC (New European Driving Cycle). Ang mga baterya na may mataas na boltahe (330 V) ay matatagpuan sa loob ng sahig at protektado rin ng frame ng duyan mula sa pinsala kung may epekto. Ito ay isang produkto ng Lithium Energy Japan, isang pinagsamang pakikipagsapalaran sa pagitan ng Mitsubishi at GS Yuasa Corporation. Mayroong 88 na mga artikulo sa kabuuan. Ang elektrisidad para sa pagmamaneho ay ibinibigay ng isang 330 V lithium-ion na baterya, na binubuo ng 88 50 Ah cells na may kabuuang kapasidad na 16 kWh. Sisingilin ang baterya mula sa isang outlet ng bahay sa loob ng anim na oras, gamit ang isang panlabas na mabilis na charger (125 A, 400 V), ang baterya ay sisingilin sa 80% sa kalahating oras.

Ako mismo ay isang malaking tagahanga ng mga de-koryenteng sasakyan at patuloy na sinusubaybayan kung ano ang nangyayari sa lugar na ito, ngunit ang katotohanan sa ngayon ay hindi masyadong maasahin sa mabuti. Kinumpirma din ito ng impormasyon sa itaas, na nagpapakita na ang buhay ng parehong purong electric at hybrid na sasakyan ay hindi madali, at kadalasan ay isang larong numero lamang ang nagpapanggap. Ang kanilang produksyon ay napaka-demand at mahal, at ang kanilang pagiging epektibo ay paulit-ulit na pinagtatalunan. Ang pangunahing kawalan ng mga de-koryenteng sasakyan (hybrids) ay ang napakababang tiyak na kapasidad ng enerhiya na nakaimbak sa mga baterya kumpara sa enerhiya na nakaimbak sa mga maginoo na gatong (diesel, gasolina, liquefied petroleum gas, compressed natural gas). Upang talagang mailapit ang kapangyarihan ng mga de-koryenteng sasakyan sa mga nakasanayang sasakyan, kailangang bawasan ng mga baterya ang kanilang timbang ng hindi bababa sa isang ikasampu. Nangangahulugan ito na ang nabanggit na Audi R8 e-tron ay kailangang mag-imbak ng 42 kWh hindi sa 470 kg, ngunit sa 47 kg. Bilang karagdagan, ang oras ng pagsingil ay kailangang makabuluhang bawasan. Halos isang oras sa 70-80% na kapasidad ay marami pa rin, at hindi ako nagsasalita tungkol sa 6-8 na oras sa average sa isang buong singil. Hindi na kailangang maniwala sa kalokohan tungkol sa zero production ng CO2 electric vehicles. Ating pansinin kaagad ang katotohanang iyon Ang enerhiya sa aming mga socket ay nalilikha din ng mga thermal power plant, at hindi lamang sila gumagawa ng sapat na CO2. Hindi sa banggitin ang mas kumplikadong produksyon ng naturang kotse, kung saan ang pangangailangan para sa CO2 para sa produksyon ay mas malaki kaysa sa isang klasiko. Hindi natin dapat kalimutan ang tungkol sa bilang ng mga sangkap na naglalaman ng mabibigat at nakakalason na materyales at ang kanilang problemang kasunod na pagtatapon.

Sa lahat ng mga minus na nabanggit at hindi nabanggit, ang isang electric car (hybrid) ay mayroon ding hindi maikakaila na mga pakinabang. Sa trapiko sa lunsod o sa mas maikling distansya, ang kanilang mas matipid na operasyon ay hindi maikakaila, dahil lamang sa prinsipyo ng pag-iimbak ng enerhiya (pagbawi) sa panahon ng pagpepreno, kapag sa mga maginoo na sasakyan ito ay inalis sa panahon ng pagpepreno sa anyo ng basurang init sa hangin, hindi upang banggitin ang posibilidad ng ilang km na biyahe sa paligid ng lungsod para sa murang recharging mula sa pampublikong e-mail. net. Kung ihahambing natin ang isang purong de-koryenteng kotse at isang klasikong kotse, kung gayon sa isang maginoo na kotse mayroong isang panloob na makina ng pagkasunog, na sa kanyang sarili ay isang medyo kumplikadong elemento ng mekanikal. Ang kapangyarihan nito ay dapat ilipat sa mga gulong sa ilang paraan, at ito ay kadalasang ginagawa sa pamamagitan ng manu-mano o awtomatikong paghahatid. Mayroon pa ring isa o higit pang mga pagkakaiba sa paraan, kung minsan ay isang driveshaft at isang serye ng mga axle shaft. Siyempre, ang kotse ay kailangan ding bumagal, ang makina ay kailangang lumamig, at ang thermal energy na ito ay walang silbi na nawala sa kapaligiran bilang natitirang init. Ang isang de-koryenteng kotse ay mas mahusay at mas simple - (hindi nalalapat sa isang hybrid na drive, na napakakomplikado). Ang electric car ay hindi naglalaman ng mga gearbox, gearbox, cardan at kalahating shaft, kalimutan ang tungkol sa engine sa harap, likuran o sa gitna. Hindi ito naglalaman ng radiator, ibig sabihin, coolant at starter. Ang bentahe ng isang de-kuryenteng kotse ay maaari itong mag-install ng mga motor nang direkta sa mga gulong. At biglang mayroon kang perpektong ATV na kayang kontrolin ang bawat gulong nang hiwalay sa iba. Samakatuwid, sa isang de-koryenteng sasakyan, hindi magiging mahirap na kontrolin ang isang gulong lamang, at posible ring piliin at kontrolin ang pinakamainam na pamamahagi ng kapangyarihan para sa cornering. Ang bawat isa sa mga motor ay maaari ding maging isang preno, muli na ganap na independiyente sa iba pang mga gulong, na nagpapalit ng hindi bababa sa ilan sa kinetic energy pabalik sa elektrikal na enerhiya. Bilang resulta, ang mga maginoo na preno ay sasailalim sa mas kaunting stress. Ang mga makina ay maaaring gumawa ng pinakamataas na magagamit na kapangyarihan sa halos anumang oras at walang pagkaantala. Ang kanilang kahusayan sa pag-convert ng enerhiya na nakaimbak sa mga baterya sa kinetic energy ay humigit-kumulang 90%, na halos tatlong beses kaysa sa mga maginoo na motor. Dahil dito, hindi sila gumagawa ng mas maraming natitirang init at hindi kailangang mahirap palamig. Ang kailangan mo lang para dito ay mahusay na hardware, isang control unit at isang mahusay na programmer.

Suma sumárum. Kung ang mga de-kuryenteng kotse o Hybrids ay mas malapit pa sa mga klasikong kotse na may fuel engine, mayroon pa rin silang napakahirap at mahirap na landas na nauuna sa kanila. Inaasahan ko lamang na hindi ito makumpirma ng isang bilang ng mga nakaliligaw na numero o. pinalaking presyon mula sa mga opisyal. Ngunit huwag tayong mawalan ng pag-asa. Ang pag-unlad ng nanotechnology ay talagang gumagalaw sa pamamagitan ng mga paglukso, at, marahil, ang mga himala ay talagang inilaan para sa atin sa malapit na hinaharap.

Sa wakas, magdagdag ako ng isa pang kawili-wiling bagay. Mayroon nang isang solar refueling station.

Ang Toyota Industries Corp (TIC) ay bumuo ng isang solar charge station para sa mga de-kuryenteng at hybrid na sasakyan. Ang istasyon ay konektado din sa grid ng kuryente, kaya ang 1,9 kW solar panel ay mas malamang na isang karagdagang mapagkukunan ng enerhiya. Gamit ang isang mapagkukunang pansariling (solar) na mapagkukunan, ang istasyon ng pagsingil ay maaaring magbigay ng isang maximum na lakas na 110 VAC / 1,5 kW, kapag nakakonekta sa mains, nag-aalok ito ng maximum na 220 VAC / 3,2 kW.

Ang hindi nagamit na kuryente mula sa mga solar panel ay nakaimbak sa mga baterya, na maaaring mag-imbak ng 8,4 kWh para magamit sa paglaon. Posible rin na magbigay ng elektrisidad sa network ng pamamahagi o mga aksesorya ng istasyon ng supply. Ang mga paniningil na ginamit sa istasyon ay may built-in na teknolohiya ng komunikasyon na may kakayahang kilalanin ang mga sasakyan nang naaayon. ang kanilang mga may-ari na gumagamit ng mga smart card.

Mahalagang mga tuntunin para sa mga baterya

• kapangyarihan - nagpapahiwatig ng dami ng singil sa kuryente (dami ng enerhiya) na nakaimbak sa baterya. Tinukoy ito sa ampere hours (Ah) o, sa kaso ng maliliit na device, sa milliamp hours (mAh). Ang 1 Ah (= 1000 mAh) na baterya ay ayon sa teoryang may kakayahang maghatid ng 1 amp sa loob ng isang oras.
• Panloob na pagtutol - nagpapahiwatig ng kakayahan ng baterya na magbigay ng mas marami o mas kaunting discharge current. Para sa paglalarawan, dalawang canister ang maaaring gamitin, ang isa ay may mas maliit na labasan (mataas na panloob na resistensya) at ang isa ay may mas malaki (mababang panloob na resistensya). Kung magpasya kaming alisan ng laman ang mga ito, ang isang canister na may mas maliit na butas ng drain ay mas mabagal.
• Baterya na na-rate na baterya - para sa nickel-cadmium at nickel-metal hydride na mga baterya, ito ay 1,2 V, lead 2 V at lithium mula 3,6 hanggang 4,2 V. Sa panahon ng operasyon, ang boltahe na ito ay nag-iiba sa loob ng 0,8 - 1,5 V para sa nickel -cadmium at nickel-metal hydride na mga baterya, 1,7 - 2,3 V para sa lead at 3-4,2 at 3,5-4,9 para sa lithium.
• Nagcha-charge kasalukuyang, kasalukuyang paglabas – ipinahayag sa amperes (A) o milliamps (mA). Ito ay mahalagang impormasyon para sa praktikal na paggamit ng bateryang pinag-uusapan para sa isang partikular na device. Tinutukoy din nito ang mga kondisyon para sa tamang pag-charge at pagdiskarga ng baterya upang ang kapasidad nito ay magamit nang husto at sa parehong oras ay hindi masira.
• Nagcha-charge acc. paglabas ng curve - graphical na ipinapakita ang pagbabago sa boltahe depende sa oras kapag nagcha-charge o naglalabas ng baterya. Kapag ang baterya ay na-discharge, karaniwang may maliit na pagbabago sa boltahe para sa humigit-kumulang 90% ng oras ng paglabas. Samakatuwid, napakahirap matukoy ang kasalukuyang estado ng baterya mula sa sinusukat na boltahe.
• Paglabas ng sarili, paglabas ng sarili – Hindi mapanatili ng baterya ang kuryente sa lahat ng oras. enerhiya, dahil ang reaksyon sa mga electrodes ay isang reversible na proseso. Ang isang naka-charge na baterya ay unti-unting nadi-discharge nang mag-isa. Ang prosesong ito ay maaaring tumagal mula sa ilang linggo hanggang buwan. Sa kaso ng mga lead-acid na baterya, ito ay 5-20% bawat buwan, para sa mga nickel-cadmium na baterya - mga 1% ng electric charge bawat araw, sa kaso ng mga nickel-metal hydride na baterya - mga 15-20% bawat buwan, at ang lithium ay nawawalan ng halos 60%. kapasidad para sa tatlong buwan. Ang self-discharge ay depende sa ambient temperature gayundin sa internal resistance (baterya na may mas mataas na internal resistance discharge mas mababa) at siyempre ang disenyo, materyales na ginamit at pagkakagawa ay mahalaga din.
•  Baterya (kit) – Sa mga pambihirang kaso lamang ay ginagamit ang mga baterya nang isa-isa. Kadalasan sila ay konektado sa isang set, halos palaging konektado sa serye. Ang maximum na kasalukuyang ng naturang set ay katumbas ng maximum na kasalukuyang ng isang indibidwal na cell, ang rated boltahe ay ang kabuuan ng mga rated voltages ng mga indibidwal na cell.
•  Pagkuha ng mga baterya.  Ang isang bago o hindi nagamit na baterya ay dapat mapailalim sa isa, ngunit mas mabuti na maraming (3-5) ang mabagal na buong pag-charge at mabagal na paglabas ng cycle. Itinatakda ng mabagal na proseso na ito ang mga parameter ng baterya sa nais na antas.
•  Epekto ng memorya – Nangyayari ito kapag ang baterya ay na-charge at na-discharge sa parehong antas na may humigit-kumulang na pare-pareho, hindi masyadong malakas, at hindi dapat magkaroon ng full charge o malalim na paglabas ng cell. Ang side effect na ito ay nakaapekto sa NiCd (minimally din NiMH).