Аккумулятор для электрической машины

Какой аккумулятор для электромобиля лучше?

Электромобили стали одной из самых любимых игрушек наших детей. Возможность почувствовать себя «как папа», проехаться с ветерком по улице мимо удивленных друзей — что может быть лучше. Чтобы захватывающее приключение не закончилось раньше времени и электрокар не встал на месте, родители должны позаботиться, прежде всего, об его аккумуляторе. Расскажем, какие бывают батареи, чем различаются и как выбрать модель именно для вашего электромобиля.

Зачем нужен аккумулятор

Электромобиль ездит не на топливе, как обычные автомобили, а на электричестве. «Кормит» электродвигатель батарея — АКБ. Этот принцип одинаково успешно действует и во взрослых электрокарах, и на детских. Только устройств разные.

Главные характеристики аккумуляторов

Покупка нештатного устройства требует пристального внимания. Обычно производители комплектуют игрушку изначально, но в дешевых вариантах АКБ слабенький и не отвечает запросам пользователя: многие сразу же меняют. Также новый аккумулятор приобретается взамен старого, у которого закончился ресурс. Для хороших аккумуляторов он составляет 6-8 лет.

Мощность

Вольтаж устройства влияет на скорость езды. Для малышей обычно делают машины с мощностью 6V, детям постарше подойдет 12V. Последние позволяют разогнать электромобиль до 25 км/ч, что может быть небезопасным, если ребенок еще маленький.

Если сравнивать по габаритам, то АКБ на 6V компактнее и легче аналогичных более мощных. Часто они надежнее, так как у них глубже глубина цикла, а именно по принципу «заряд-разряд» работает большинство электромобилей для детей. Часто рекомендуют устанавливать два шестивольтных аккумулятора вместо одного двенадцативольтного. Многие так и поступают, если в емкости для батареи хватает места.

При выборе учитывайте размеры и емкость. Если производитель указывает мощность 6 V , то АКБ с большим вольтажом не подойдет! При попытке включения мотор сгорит.

Емкость

Измеряется в ампер-часах и обозначается на маркировке как Ah. При эксплуатации в идеальных условиях чем больше значение, тем дольше будет ездить электромобиль. Однако на длительность езды влияют и другие показатели:

• масса малыша;
• мощность штатного электромотора;
• качество дороги, по которой катается машина: ровная или с выбоинами, ковер, газон, асфальт, гравий — все помехи снижают скорость;
• диаметр колес и накачанность шин (сдутые сдвинуть с места сложнее, прикладывается больше мощности и АКБ быстрее разряжается);
• температуры окружающей среды — в жару (выше 25 градусов) батарея отдает больше, но и разряжается быстрее;
• качество аккумулятора — зависит от производителя. Недорогие заряжаются не полностью и долго заряд не держат.

Химический состав

Чаще всего встречаются свинцово-кислотные и литий-ионные батареи. Первые хорошо зарекомендовали себя в автомобильной промышленности, а вторые нам знакомы по гаджетам — именно такие батарейки стоят в наших смартфонах и планшетах. Выделим отдельно характеристики АКБ обоих типов.

Литий-ионные

Легкие, компактные, имеют хорошую емкость и низкий уровень разряда. Они дольше держат зарядку и имеют больший срок службы. Еще один плюс — отсутствие вредных веществ в их структуре. С этой точки зрения батареи совершенно безопасны.

Появились такие АКБ в начале 90-х и отличались неустойчивой работой, а именно — они взрывались. Еще свежи в памяти скандалы с известными компаниями, котором приходилось отзывать целые партии продукции. Сейчас эта проблема устранена. На аккумуляторы для детских электрокаров устанавливаются контроллеры заряда, которые не дают перезарядить батарею (часто это являлось источником проблемы). Вредна для таких батарей и полная разрядка, поэтому в контроллер добавлена функция отключения при достижении порогового значения.

Чтобы батарея служила дольше и надежней, конструкцию заключают в прочный корпус, предотвращающий контакт химических веществ между собой и с воздухом. Все эти предосторожности делают литиево-ионную аккумулятор абсолютно надежным, при условии, что вы приобретаете ее у проверенного поставщика с маркировкой известного производителя. Не рекомендуем покупать АКБ с отсутствием надписей и описания. Вы можете купить аккумулятор бу, но тоже от известного бренда. Стоят такие батареи достаточно дорого, поэтому менее распространены.

Кислотно-свинцовые

Распространены шире из-за своей цены. Старые модели имели много минусов – большой вес, склонность к вытеканию, вред для человека и окружающей среды. Однако в последнее десятилетие широкое распространение получили АКБ с маркировкой AGM . Именно их предлагают большинство магазинов для детских электромобилей.

В конструкцию добавлена прокладка, обработанная стекловолокном (Absorbent Glass Mat Battery). Внутри находятся две пластины – отрицательно и положительно заряженные, а между ними прокладка, пропитанная электролитом, который в жидком виде теперь в АКБ отсутствует. Эта пропитка вместе с газом, который проникает сквозь крупные поры обеспечивает разряд электричества.

Отличительные особенности AGM – полная безопасность, их можно переворачивать, нет испарений. Эффективность достигается использованием свинца высшей степени очистки.

Минус батарей – большой вес. По сравнению с литий-ионными они сильно тяжелее. Цена обычно находится в диапазоне 1000-1700 рублей на АКБ мощностью 6 V , и 2700-4000 рублей на двенадцативольтные с емкостью 12-16 Ah .

Еще одна разновидность кислотно-свинцовых батарей – гелевые. Внутреннее пространство заполнено силикагелем, который после затвердевания становится пористым. Такие АКБ имеют больший ресурс, емкость, но и цену. Главный недостаток – плохая переносимость холода. Зимой их следует хранить в теплом помещении, а эксплуатировать только летом.

Как выбрать

Этот вопрос часто приходится решать непосредственно при покупке электрокара. Загляните внутрь и проверьте – какая АКБ установлена. В целях она может быть меньше по габаритам и характеристикам, чем предусмотренная конструкцией. Если осталось свободное пространство и емкость меньше, чем вам хотелось бы – измеряйте блок или воспользуйтесь инструкцией. Исходя из полученной информации выбирайте аккумулятор по габаритам и нужных параметров.

Еще раз напоминаем о соответствии мощности – нельзя устанавливать батарею мощнее, чем заявлено у производителя. Вы можете укомплектовать двумя на 6 V , если электромобиль поддерживает 12 V .

Следующий момент, на который следует обратить внимание – маркировка.

AGM -батареи выпускаются для двух режимов – буферного и циклического. Электромобили для детей поддерживают второй. АКБ должна быть помечена как « HR » и « W ». Если приобретаете гелевую – нужна маркировка « GL », « GX ».

Главный вопрос – аккумуляторы каких фирм считаются самыми надежными и качественными? Все обзоры и отзывы однозначно выделяют:

Правила зарядки

Штатные зарядные устройства также комплектуют по принципу экономии, поэтому они могут не иметь индикатора заряда. Это приводит к в регулярной недозарядке, что снижает ресурс и емкость. Тем более проверьте, если на коробку с ЗУ написано Adapter , значит вам по ошибке положили блок питания – такое тоже бывает. Адаптер не зарядит аккумулятор, лишь на 15-20% поднимет заряд.

Чтобы заряжать АКБ правильно, необходимо ЗУ с индикатором. Почти всегда их приходится приобретать отдельно. Цена меняется от 700 до 1700 рублей в зависимости от производителя.

При выборе обратите внимание на рабочее напряжение самого аккумулятора и способ подключения зарядного устройства (джек, фастон или крокодил).

Замена АКБ

Процесс очень прост:

1. Отсоедините защелку.
2. Отключите клеммы, запомните их размещение.
3. Извлеките старую батарею.
4. Установите новую в предназначенную для этого нишу.
5. Подсоедините клеммы и защелкните.

Заключение

Электромобиль должен приносить удовольствие вам и вашему ребенку. Во многом это зависит от качества аккумулятора. Воспользуйтесь нашими рекомендациями и наслаждайтесь долгими прогулками, которые не омрачаются неожиданной разрядкой и остановкой.

Источник

Тяговые аккумуляторы для электромобилей

Какие аккумуляторы используются в электромобилях (далее по тексту — EV, Electric Vehicle, электрическое транспортное средство)? Обычно в электрических траспортных средствах устанавливаются одновременно два аккумулятора:

• стартерный, как в классических автомобилях; используется для освещения, подогрева и некоторых других целей;
• тяговый — для питания электродвигателя; о них и пойдет речь в этой статье.

Ключевые функциональные отличия тягового аккумулятора от «стартерно-осветительно-зажигательного» состоят в том, что он предназначен для питания в течение продолжительного периода времени, а также способен выдержать большое количество циклов заряда-разряда. Батареи для электромобилей характеризуются относительно высоким отношением мощности к весу и энергетической плотностью (количеством энергии на единицу объёма) ; более легкие батареи уменьшают вес автомобиля и улучшают его работу. По сравнению с жидким топливом большинство современных тяговых аккумуляторов имеют значительно более низкую удельную энергию (количество энергии на единицу массы), что сильно влияет на запас хода электромобилей. Батарея составляет значительную стоимость электрического транспортного средства, что, в отличие от автомобилей на ископаемом топливе, сильно влияет на единицу запаса хода. С 2018 года несколько электромобилей с более чем 500 км запаса хода, таких как Tesla Model S, в большинстве стран можно считать скорее роскошью, нежели средством передвижения.

Вы можете посмотреть видео, в котором автор разбирает тяговую аккумуляторную батарею Tesla Model S:

С конца 1990-х годов прогресс в технологиях батарей обусловлен требованиями к портативной электронике, например портативным компьютерам и мобильным телефонам. Рынок электрических ТС воспользовался этими достижениями как в производительности, так и в плотности энергии. Батареи могут разряжаться и заряжаться каждый день. Примечательно, что из-за упавших расходов на аккумулятор стоимость электромобилей снизилась более чем на 35% с 2008 по 2014 год. Прогнозируемый рынок автомобильных тяговых батарей к 2020 году составляет более 37 миллиардов долларов . С точки зрения эксплуатационных расходов, цена на электроэнергию для передвижения EV представляет собой небольшую часть стоимости топлива для эквивалентных двигателей внутреннего сгорания, что отражает более высокую эффективность использования энергии . Стоимость замены батарей доминирует над эксплуатационными расходами.

Какие аккумуляторы используются в электромобилях

Свинцово-кислотный

Самые дешевые и в прошлом самые распространенные тяговые батареи. Существует два основных типа свинцово-кислотных аккумуляторов: автомобильные стартерные батареи и батареи глубокого цикла. Автомобильные генераторы предназначены для обеспечения высокой скорости зарядки стартерных батарей для быстрых зарядов, в то время как батареи с глубоким циклом, используемые для электрических транспортных средств, требуют различной многоступенчатой ​​зарядки. Ни одна свинцово-кислотная батарея не должна разряжаться ниже 50% ее емкости, так как это сокращает срок службы батареи. Такие батареи требуют обслуживания, конкретно — контроля уровня и качества электролита.

Традиционно большинство электромобилей использовали свинцово-кислотные батареи из-за их зрелой технологии, высокой доступности и низкой стоимости (исключение: некоторые ранние EV, такие как Detroit Electric , использовали никель-железную батарею ). Аккумуляторные батареи с глубоким циклом дорогие и имеют более короткий срок службы, чем сам автомобиль, замена обычно требуется каждые 3 года.

Свинцово-кислотные батареи в EV являются значительной (25-50%) частью конечной массы транспортного средства. Как и все батареи, они имеют значительно меньшую удельную энергию, чем нефтяные топлива. Хотя разница не настолько экстремальна, как кажется на первый взгляд, из-за более легкого привода в EV. Эффективность (70-75%) и емкость для хранения кислотной батареи с глубоким циклом снижаются при более низких температурах, а отвод энергии для работы нагревательной катушки снижает эффективность и запас хода до 40%.

Зарядка и работа батарей обычно приводят к выбросу водорода , кислорода и серы , которые встречаются в природе и обычно безвредны, если они должным образом вентилируются. Ранние владельцы электромобилей с такими батареями обнаружили, что, если их не обеспечить нормальную вентиляцию, сразу после зарядки в салоне будет неприятный запах серы.

Свинцово-кислотные аккумуляторы приводили в действие такие ранние современные EV, как оригинальные версии General Motors EV1 и Toyota RAV4 EV.

Никель-металлгидридный

Никель-гидридные (NiMH) батареи сейчас считаются относительно зрелой технологией . Хотя они менее эффективны при зарядке и разрядке, чем свинцовая кислота, они имеют удельную энергию 30-80 Втч/кг, что намного выше, чем свинцово-кислотная. При правильном использовании никель-металлгидридные батареи могут иметь исключительно долгий срок службы, что было продемонстрировано при использовании в гибридных автомобилях и «выживших» EVM NiMH RAV4, которые по-прежнему хорошо работают после 100 000 миль (160 000 км) и более десяти лет службы. К недостатком можно причислить низкую эффективность, высокий уровень саморазряда и низкую производительность в холодную погоду.

Натрий никель-хлоридный

Еще их называют ZEBRA (Zeolite Battery Research Africa). Эти батареи используют в качестве электролита расплавленный хлоралюминат натрия (NaAlCl4). Эта химия также иногда упоминается как «горячая соль». Относительно зрелая технология, батарея Zebra имеет удельную энергию 120 Вт/кг и разумное последовательное сопротивление. Поскольку аккумулятор необходимо нагревать для использования, холодная погода не оказывает сильного влияния на его работу, за исключением увеличения расходов на отопление. Они использовались в нескольких EV. Зебры могут использоваться несколько тысяч циклов заряда и нетоксичны. Недостатки батареи Zebra включают плохое соотношение мощности к веу (

Батареи Zebra использовались в коммерческом автомобиле Modec с момента его ввода в производство в 2006 году.

Литий-ионный

Литий-ионные (Li-ion и аналогичные литий-полимерные Li-pol) батареи, широко известные благодаря их использованию в ноутбуках, телефонах и другой электронике, доминируют в самой самом современном электромобилестроении. Эта технология позволяет создвать аккумуляторные ячейки с впечатляющей удельной энергией 200+ Втч/кг и хорошей удельной мощностью и эффективностью заряда/разряда от 80 до 90%. Недостатки традиционных литиево-ионных аккумуляторов включают короткие циклы (от нескольких сотен до нескольких тысяч циклов заряда) и значительную потерю емкости с возрастом. Катод также несколько токсичен. Кроме того, традиционные литиево-ионные аккумуляторы могут представлять угрозу пожарной безопасности, если они проколоты или заряжены ненадлежащим образом. Зрелость этой технологии умеренная. Tesla Roadster (2008) использует традиционные литий-ионные ячейки, используемые в ноутбуках, которые могут быть заменены по отдельности по мере необходимости.

Большинство других EV используют новые вариации на литий-ионную тему, которые приносят в жертву часть энергии и удельную мощность для обеспечения огнестойкости, экологичности, очень быстрых зарядов (всего несколько минут) и очень длинных сроков жизни. Было показано, что эти варианты (фосфаты, титанаты и т.д.) имеют гораздо более продолжительный срок службы.

Много работы и исследований проводится для совершенствования литий-ионных батарей в лабораториях. Оксид лития-ванадия уже используется в прототипе Subaru G4e , удваивая плотность энергии . На данный момент это самая перспективная технология аккумуляторов для электромобилей.

Стоимость батареи

С каждым годом производство аккумуляторов для электромобилей наращивается. Вследствие этого, а также развивающихся технологий стоимость кВт/ч обходится всё меньше и меньше. Согласно исследованию, опубликованному Bloomberg New Energy Finance (BNEF) в феврале 2016 года, цены на тяговые аккумуляторы упали на 65% с 2010 года, из них на 35% только в 2015 году, достигнув 350 долларов США за кВт/ч. В исследовании делается вывод о том, что стоимость батареи стоит на пути к тому, чтобы электромобили без государственных субсидий (существующих на данный момент в Европе и США) были такими же доступными, как автомобили с двигателями внутреннего сгорания к 2022 году.

Где и почем купить аккумуляторы в России

Большинство потенциальных покупателей подержанных электромобилей интересует вопрос: сколько стоит новый аккумулятор для электромобиля и где его можно купить? Это важно для того, чтобы понимать, стоит ли тратиться на машину с батареей с большей остаточной емкостью или лучше купить автомобиль постарше и купить новый аккумулятор. В настоящее время рынок электрокаров в РФ только зарождается и всех немногочисленных владельцев можно разделить на две категории: люди с высоким уровнем достатка, владеющие новенькими Теслами или BMW i8, и люди, пользующиеся подержанными электромобилями, ввезенными из Японии, США или Европы, для которых важна конечная стоимость километра пробега на электромобиле. Первые могут обратиться к дилеру, у которого они приобрели машину, но с учетом характеристик современных батарей, делать это понадобится не скоро. А вторым нужно выбрать: эксплуатировать автомобиль с меньшим запасом хода или раскошелиться на новую или мало б/у батарею. Самое популярное решение для японских электромобилей — купить или заказать батарею на Дельнем Востоке. Для примера приведу текущую стоимость б/у аккумуляторов. Батарея 24 кВт/ч на Nissan Leaf I с остаточной емкостью около 75% будет стоить около 110 тыс. рублей. Стоимость увеличенной батареи 30 кВт/ч с остаточной емкостью 95% может доходить до 300 с лишним тысяч рублей. Если вас интересует аккумулятор для автомобиля, произведенного в Европе или США, можно рассчитывать на примерно такое же соотношение стоимости к остаточной емкости. При этом если АКБ нужна, например, в Москве, то в расходы следует записать и стоимость доставки.

Долговечность батареи

Долговечность батареи на текущий момент с учетом постепенного падения остаточной емкости не ниже 70% составляет более 4 000 циклов зарядки-разрядки, то есть в среднем более 1 500 000 км и служит более 10 лет. Последнее позволяет утверждать, что сейчас главная претензия к тяговым батареям — их стоимость.

Как падает емкость аккумулятора

С годами и пройденными километрами емкость аккумуляторной батареи электромобиля падает. Все батареи в конечном итоге изнашиваются и должны быть заменены. Скорость, с которой они истекают, зависит от ряда факторов. Глубина разряда — это рекомендуемая минимальная доля общего объема накопленной энергии, для которой эта батарея будет достигать своих номинальных циклов. Аккумуляторные батареи с глубоким циклом обычно не должны разряжаться до менее чем 20% от общей емкости. Отдельные современные батареи могут выдержать более глубокие разряд. Литий-ионные батареи, используемые в большинстве современных электрокаров, теряют часть своей максимальной емкости в год, даже если они не используются, но имеют очень высокое циклическое сопротивление и выдерживают более 10 000 циклов заряда и разряда и длительный срок службы до 20 лет. Никель-металлгидридные батареи теряют гораздо меньшую емкость.

В США проводились тесты срока службы батареи Tesla Roadster ( 2008) . Было обнаружено, что после 100 000 миль (160 000 км), батарея по-прежнему оставалась вместимостью от 80 до 85 процентов, причем независимо от того, в какой климатической зоне движется автомобиль. Родстер Tesla был построен и продан в период с 2008 по 2012 год. Для своих 85-кВт-ч аккумуляторов в Tesla Model S предусмотрена 8-летняя гарантия с неограниченным пробегом.

По состоянию на декабрь 2016 года самым продаваемым в мире электромобилем в мире является Nissan Leaf , с более чем 250 000 единиц, проданных с момента его создания в 2010 году. Nissan заявил в 2015 году, что за это время только 0,01% батарей пришлось заменить из-за сбоев или проблем. Есть множество EV транспортных средств, которые уже покрыли более 200 000 км; ни у одного из них не было никаких проблем с батареей.

Сколько нужно заряжать аккумулятор

Батареи электрических автомобилей, такие как Tesla Model S , Renault Zoe , BMW i3 и т.д., можно заряжать на быстрых зарядных станциях в течение 30 минут до 80 процентов. Зарядка от обычных 3 кВт розеток занимается в среднем 8 часов.

У исследователей из Сингапура в 2014 году был разработан аккумулятор, который можно заряжать за 2 минуты до 70 процентов. Батареи полагаются на литий-ионную технологию. Однако анод и отрицательный полюс в той батарее состоят не из графита, а их геля диоксида титана. Гель значительно ускоряет химическую реакцию, обеспечивая тем самым более быструю зарядку.

Запас хода

Запас хода EV зависит от количества и типа используемых батарей. Вес и тип транспортного средства, а также местность, погода и стиль вождения также оказывают влияние, как и на пробег традиционных автомобилей .

• Свинцово-кислотные батареи являются наиболее доступными и недорогими. Они обычно имеют запас хода от 30 до 80 км.
• NiMH батареи имеют более высокую удельную энергию, чем свинцово-кислотная; прототип EV обеспечивают до 200 км запаса хода.
• Новые литиево-ионные аккумуляторы обеспечивают 320-480 км запаса хода на заряд. Литий также дешевле никеля.
• Никель-цинковая батарея дешевле и легче никель-кадмиевых батарей . Они также дешевле, чем литий-ионные батареи .

Поиск экономического баланса между производительностью, емкостью аккумулятора и весом, а также типом батареи и ее стоимостью зависит и от каждого производителя электрокара.

При использовании системы переменного тока или системы постоянного постоянного тока рекуперативное торможение может продлевать запас до 50% при экстремальных условиях движения без полной остановки. В противном случае, запас хода увеличивается примерно на 10-15% при городском вождении и совсем не увеличивается на шоссе.

EV (включая автобусы и грузовики) могут использовать прицепы и прицепы- толкатели с батареями, чтобы продлить запас хода, если это необходимо, без дополнительного веса при нормальной эксплуатации на коротких расстояниях. Разряженные аккумуляторные прицепы могут быть заменены заряженными на маршруте.

Такие BEV могут стать гибридными автомобилями в зависимости от типа транспорта и типа автомобилей и трансмиссии.

• Модель Tesla S с аккумулятором 85 кВтч имеет дальность хода 510 км.
• Электрический автомобиль BYD e6 с батареей 60 кВтч имеет дальность около 300 км.
• Бестселлер Nissan Leaf 2016 года с батареей емкостью 30 кВт/ч имеет запас хода 172 км.

Вы можете понять, как используются и располагаются АКБ в электрокаре по видео:

Источник