Аккумулятор для электро двигателя

Выбор и эксплуатация аккумулятора для лодочного электромотора

Многие рыбаки и охотники в наше время обзаводятся лодками. В простейшем варианте приобретаются надувные лодки. Те, у кого денег больше, покупают маломерные морские и речные суда. Все эти катера, лодки и яхты оснащаются моторами. Есть, конечно, и те, кто ходит на вёслах, но таких становится всё меньше. Многие маломерные суда оснащены подвесными двигателями. Это могут быть бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания (ДВС), а также электромоторы. Нормальная эксплуатация всех типов лодочных моторов невозможна без нормального аккумулятора. Кроме того, аккумуляторная батарея на судне обеспечивает работу электрических приборов, системы навигации, освещения и т. п. Поэтому в этой статье мы поговорим о критериях выбора аккумулятора для лодочных электромоторов и ДВС.

Требования, предъявляемые к аккумулятору лодочного мотора

Прежде чем сказать о требованиях к аккумулятору лодочного мотора, нужно сказать пару слов об их видах. Без электромотора невозможна рыбалка в режиме троллинга, которая ведётся неподалёку от берега. Используя ДВС невозможно добиться скорости движения лодки со скоростью 3─5 километров в час. Зато это без проблем позволяет сделать электромотор.

• Компактность и малый вес;
• Гребной винт лодочного электромотора не цепляется за водоросли;
• Мгновенный запуск;
• Практически нет эксплуатационных расходов;
• Нет шума.

К минусам следует отнести следующие моменты:

• Небольшой запас хода;
• Нельзя использовать при сильном ветре и течении;
• На лодках и катерах большой длины (более 8 м) развиваемая скорость не больше 10 километров в час.

Теперь о требованиях, которые предъявляются к лодочным моторам. Ниже перечислены характеристики, на которые следует обращать внимание как при выборе аккумулятора для электромоторов, так ДВС. В принципе, ничто не мешает купить разные АКБ для этих моторов, если вы используете два. Многие так и поступают.

• Максимальное время работы без подзарядки;
• Устойчивость к сильному вибрационному воздействию;
• Низкий саморазряд;
• Сохранение работоспособности в условиях качки;
• Минимальное техническое обслуживание.

Классификация аккумуляторных батарей для лодочных моторов

• Стартерные. Эти аккумуляторные батареи применяются в связке с подвесными ДВС. Их роль – это запуск мотора. От этих АКБ, как и от стартерных автомобильных требуется подача кратковременного пускового тока. После запуска двигателя они должны заряжаться для восстановления потерянной ёмкости. Если их подвергать сильному разряду (что бывает при эксплуатации с лодочным электромотором), то они быстро исчерпают свой ресурс;
• Тяговые. Эти аккумуляторные батареи становятся на малогабаритных лодках и катерах с электромоторами. Они могут длительное время работать без подзарядки и переносить глубокие разряды;
• Универсальные. Эти АКБ имеют двойное назначение. В момент пуска мотора они обеспечивают высокий пусковой ток, а потом работают в роли источника питания с возможностью глубокого разряда. Такие модели могут заменить 2 разных типа аккумуляторных батарей. С ними можно запускать ДВС, питать электромотор и электросеть судна.

Плюсы и минусы различных видов АКБ, используемых для лодочных моторов

Разберём основные виды аккумуляторов, которые применяются для лодочных моторов. Это следующие разновидности:

• Свинцово-кислотные WET (жидкий электролит);
• AGM и GEL (электролит в связанном состоянии);
• Литий─ионные.

Свинцово-кислотные WET

Это наиболее распространённые аккумуляторы, но для электромоторов их лучше не использовать. Такие батареи хорошо подходят в роли стартерных для моторов ДВС. Современные модели выпускаются по технологии Са-Са. Это означает, что положительные и отрицательные пластины выполняются из сплава свинца с кальцием. Они относятся к необслуживаемым аккумуляторам. В процессе эксплуатации они не требуют доливки воды в банки.

Кальциевые аккумуляторные батареи имеют низкий саморазряд и могут быть использованы как с ДВС, так и с электромотором. Но проблема заключается в том, что эти АКБ плохо переносят глубокий разряд. При нём они теряют часть своей ёмкости.

На рынке представлен большой ассортимент моделей WET по цене 5─7 тысяч рублей. Но для использования с лодочным электромотором лучше покупать АКБ гибридного типа, которые лучше переносят глубокий разряд. Или батареи типа EFB (Enhanced Flooded Battery), которые используются в автомобилях с системами старт─стоп. Но последние по цене приближаются к AGM и гелевым АКБ, рассматриваемым ниже.
Вернуться к содержанию

Аккумуляторы AGM и GEL

Технология производства эти аккумуляторов уже достаточно отлажена, но цена на них по-прежнему остаётся высокой. Оба типа АКБ относятся к свинцово-кислотным, но электролит в них находится в связанном виде. В случае AGM электролитом пропитано стекловолокно, которое окружает решётки электродов. А в аккумуляторах типа GEL разноимённые пластины находятся в гелеобразной серной кислоте. Такое состояние достигается с помощью добавки соединений оксида кремния.

Литий-ионные

Использование литий─ионных аккумуляторов для лодочных электромоторов – это перспективное направление. Li─Ion батареи появились относительно недавно и постоянно совершенствуются. В конструкции этих аккумуляторов предусмотрен контроллер – печатная плата со схемой защиты от перезарядки литиевых элементов.

К плюсам Li─Ion батарей следует отнести:

• высокую энергоёмкость;
• отсутствие необходимости в обслуживании;
• незначительный саморазряд (не более 10% за год);
• быстро набирают ёмкость в процессе зарядки (около 80% за час);
• небольшие габариты и вес.

Выбор аккумуляторной батареи для лодочного мотора

При выборе аккумуляторной батареи для лодочного электромотора нужно учитывать сам тип двигателя. Существуют электромоторы, работающие от 12 и 24 вольт. В последнем случае вам потребуется две последовательно соединённых батареи 12 вольт. Если у вас на судне ДВС и электромотор, то рекомендуется использовать пусковой (на ДВС) и тяговый (на электромотор) аккумуляторы. Естественно, что 2 АКБ покупать дороже, но в перспективе они проработают дольше.

Если будете использовать один аккумулятор для лодочного электромотора, то выбирайте AGM или GEL. Они подходят для работы в роли тяговых и стартерных батарей. Если позволяет бюджет, то можете взять литий─ионные АКБ. Они самые дорогостоящие, но лучше всего годятся на роль аккумуляторной батареи для лодочного электромотора.

Здесь была названа такая величина, как фунт мощности. Она заслуживает пояснения. Указание мощность в стандартных для двигателей величинах (лошадиные силы и киловатты) здесь не подходит. В случае лодочного электромотора используются понятия упора или тяги.

Упор представляет собой силу, развиваемую гребным винтом при вращении. В результате передачи этой силы судну, оно перемещается в горизонтальном направлении. Поскольку основные производители электромоторов для лодок – это американские компании, упор выражается не в килограммах или ньютонах, а в фунтах. А как известно, 1 фунт равен 0,453 килограмма.

Наглядно величину тяги можно посмотреть следующим способом. К лодке и неподвижному причалу нужно прикрепить безмен, а затем дать полную мощность двигателю. В результате на безмен покажет величину тяги. Тяга электромотора выбирается в зависимости от веса лодки, снаряжения, обводов, типа винта и т. п. Поскольку это не является темой статьи, просто скажем, что обычно на 45 килограмм массы судна требуется 2 фунта тяги. А ещё лучше брать с запасом 10%.

Специалисты по лодочным аккумуляторам и опытные рыбаки советуют подбирать батарею следующим образом. Тяговая АКБ должна обеспечивать запас хода судна на полной мощности мотора 2 часа и более. Если мотор работает на половине от номинальной мощности, то запас хода должен быть 4 часа.

Использование автомобильного аккумулятора

Стоит отдельно сказать об использовании автомобильных аккумуляторов с лодочными моторами. Туристы и рыбаки с опытом, а также специалисты по аккумуляторным батареям считают, что нецелесообразно использовать автомобильные аккумуляторы с лодочными электромоторами. АКБ для автомобилей работает следующим образом. Она отдаёт высокий ток в момент запуска двигателя, а затем заряжается от генератора во время поездки.

Что касается использования автомобильного аккумулятора в качестве тягового для электромотора, то это недопустимо. Он выйдет из строя после 5─7 глубоких разрядов. Для кальциевых батарей этот ресурс 2─3 раза и они безвозвратно теряют ёмкость.

Рекомендации по обслуживанию аккумуляторов для лодочных моторов

Ниже вы можете прочитать простые правила эксплуатации аккумуляторов для лодочных электромоторов:

• Действия по обслуживанию электромотора разрешается проводить только после отключения АКБ;
• Не используйте «крокодилы» для присоединения аккумулятора к мотору. Используйте надёжные крепления;
• Периодически контролируйте надёжность соединения АКБ и проводов от мотора. Некачественное соединение – это потери на нагрев, окисление, утечки тока;
• Для зарядки батареи следует использовать только рекомендуемые модели зарядных устройств;
• Ни в коем случае не допускайте замыкания выводов батареи между собой. Такое короткое замыкание приводит к выходу аккумулятора из строя.

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