Как делаются аккумуляторы для авто

Из чего делают аккумуляторы для электромобилей

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:

• более высокое напряжение;
• повышенная плотность накопленной энергии;
• минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
• отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
• срок эксплуатации до 10 лет.

Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

1. Проверка правильности крепления нового источника питания.
2. Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
3. При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

Источник

Как делают автомобильные аккумуляторы?

Вы когда-нибудь заглядывали внутрь автомобильных аккумуляторных батарей? А мы решили заглянуть «внутрь» производства АКБ. Единственное белорусское предприятие, которое выпускает аккумуляторы для легковых автомобилей, находится в Пинске и на 75% принадлежит американской корпорации Exide. На заводе говорят на двух языках и строят большие планы. Например, собираются производить батареи для Volkswagen Polo Sedan, которые выпускают на заводе в Калуге.

Со склада привозят пластины, «пропитанные» специальной пастой (оксид свинца с добавками). Они выполняют роль проводников. Желтоватого цвета — с положительным зарядом, зеленовато-серые — с отрицательным. Пластины — важнейшая составляющая аккумулятора, элемент электрической цепи. Как нить накаливания в лампочке. Количество пасты определяет такую важную характеристику аккумуляторной батареи, как емкость. А площадь поверхности пластин — пусковой ток.

Чем тоньше пластины и чем их больше, тем выше пусковой ток. Стартерные аккумуляторные батареи (в Пинске только их и выпускают) — у них этот показатель выше — сравнивают с арабским скакуном, тяговые — с ломовой лошадью.

Пинское предприятие только на пути к созданию полного цикла производства аккумуляторных батарей, и сейчас такие пластины завозят из Познани, с еще одного завода американской корпорации. «Когда у нас появится своя площадь (пока мы ее арендуем), сможем расширить производство. Сейчас наш предел — 380 тыс. аккумуляторных батарей в год. Потребность же рынка в Беларуси — 700 тыс.», — вкратце посвящает нас в дела руководитель отдела продаж Антон Уминский.

Пластины оборачивают в конверты из специальной ленты, точнее, это делает станок. Оборачивает — обрезает, оборачивает — обрезает… Цель — исключить контакт положительных и отрицательных электродов.

Сепараторная лента из пористого полиэтилена чем-то напоминает резину, при этом она довольно тонкая и имеет поры. Через них должен проходить электролит.

На предприятии все максимально автоматизировано. Настройку оборудования проводили специалисты, работающие на европейских заводах компании. А на случай поломки всегда дежурят сотрудники техподдержки. В экстренном случае они готовы сразу же приняться за устранение неисправности. Простой одной из двух конвейерных лент даже в течение часа чреват потерями в сотни евро.

Конвейер формирует пакет из набора пластин — машина чередует их: с отрицательным зарядом, потом с положительным и т. д.

— Получившаяся пачка и есть аккумулятор — в ней может быть от 10 до 16 пластин. В свою очередь, каждая батарея состоит из шести аккумуляторов. Всего в АКБ — от 60 до 96 пластин, — замечает Александр Матвиенко, менеджер по качеству и один из старожилов предприятия.

На этой стадии без участия человека не обошлось — бракуются плохие конверты. Бывает, края неровно обрезаны, перекошены. Дело, конечно, не в эстетике. Помните, выше мы говорили про нежелательный контакт отрицательных и положительных пластин? Проще убрать потенциальный конфликт сейчас. Этим проверка, разумеется, не ограничится, но подробности ниже.

Если посмотреть внимательнее, то с двух сторон пакета можно увидеть металлические «закладки», или ушки. Ушки плюсовых и минусовых пластин сгруппированы по разные стороны пакета. Зачем, станет понятно чуть позже.

Теперь пакеты закладывают уже в другую машину.

Автомат смазывает их специальным раствором органической кислоты, который убирает оксидную пленку — чтобы свинец лучше паялся.

До этого велась подготовка к созданию электрической цепи в батарее. А сейчас конвейер приступает к главному действу — «закладки»-ушки «окунают» в расплав свинца в специальной форме (его температура — 400 градусов по Цельсию) и сразу же охлаждают форму с помощью воды. Поэтому на фотографии хорошо виден пар.

Рядом заготовлены свинцовые чушки, которые, собственно, и расплавляют. Выглядят внушительно. Уронить такую на ногу — мало не покажется.

Кстати, на ногах всех сотрудников предприятия — специальная обувь (гостям выдают галоши). При падении тяжести на ногу она защищает от травм, которые могут быть довольно серьезными. А еще обязательны очки и респиратор. Больше четырех часов находиться в этом цеху без маски запрещено. Все сотрудники ежемесячно проверяются на содержание свинца в организме.

Теперь будущая аккумуляторная батарея получает пластиковый ящик, разделенный на ячейки, — моноблок. Их тоже завозят из-за границы (из Польши и Франции, где находятся несколько заводов американской корпорации). Важный момент: во внутренних стенках предусмотрены отверстия. Это тоже неспроста. О них вспомним чуть позже.

Еще один станок щипцами-захватами вставляет в моноблок уже спаянные пакеты пластин: сначала четные, потом нечетные. Словно кассеты в магнитофон.

А вот как выглядят спаянные ушки-«закладки». В будущем они соединятся с соседней ячейкой специальным мостиком. Также добавились выводы для «плюса» и «минуса». На этой стадии очень хорошо видна электрическая схема АКБ. Как на страницах учебников по физике.

— Электродвижущая сила каждой ячейки — 2 В, — продолжает Александр Матвиенко. — Когда все шесть аккумуляторов соединятся, как раз и получатся искомые 12 В батареи. Она будет питать и магнитолу, и световые приборы, и, естественно, давать пусковой ток на стартер.

По фотографии сложно измерить температуру металла. Но поверьте, она высокая. Поэтому будущую батарею отправляют в буферную зону, где мостики охлаждаются. В это время под напряжением в 2 кВ ведется проверка на короткое замыкание. Исключается даже потенциальный контакт между отрицательными и положительными пластинами. На этой стадии бракованные пакеты еще можно достать и заменить. Вскрывать же моноблок на более поздних стадиях — значит, нести убытки.

— А как узнать, что аппаратура не подводит? — спрашиваем.— На этот случай есть сигнальный экземпляр, — Александр ставит на конвейер аккумулятор. Загорается красная лампочка, и конвейер «выплевывает» брак в специальный отсек.

Заключительный этап создания электрической цепи. Проводится сварка пакетов пластин (внимание!) через те самые отверстия во внутренних стенках моноблока. Опять-таки никакого вмешательства со стороны человека! Шипение. Сварка занимает пару секунд. Готово!

После сварки. Обратите внимание на углубления в ушках

Очередной тест на короткое замыкание, заодно проверяется качество сварки пакетов пластин. Это последний момент, когда можно заглянуть внутрь аккумуляторной батареи.

Изредка оператор поглядывает на световое табло, которое висит прямо в цеху. На нем для каждого конвейера указывается свое число запланированных к выпуску батарей и количество сделанных. Да, даже на практически американском предприятии от плана уйти не удастся.

Постепенно АКБ принимает более презентабельный вид. Батарея получает внутреннюю крышку с выводами «плюс»/«минус». Еще недавно ее дизайн был другим. Сейчас его изменили в пользу технологичности. В таком же корпусе сходят с конвейера аккумуляторы на остальных заводах Exide под брендами Centra, Exide, Tudor и др.

А теперь крышку… снимают, чтобы окончательно приварить к моноблоку. Ее прижимают к расплавленной плите и придавливают к пластиковому ящику. Опять-таки процесс максимально автоматизирован.

Все время, пока мы были на предприятии, казалось, что кого-то не хватает. Цех почти пустой, но работа не останавливается: на заводе всего около ста человек, меньшая часть которых задействована на производстве.

Пайка выводов «плюс» и «минус» (отрицательный — чуть тоньше). Металлический штырь (борн) соединяют со знакомым автомобилистам «пальцем», на который и цепляются клеммы.

— В аккумуляторной батарее нет других металлов, кроме свинцового сплава, — замечает Александр Матвиенко. — Ручная пайка проводится для того, чтобы обеспечить полный контакт борна и выводов.

Аккумулятор снова проверяют. На этот раз на герметичность. Автомат вставляет трубки в заливные отверстия батареи и подает туда воздух под давлением.

— Различают внешнюю и внутреннюю герметичность. В первом случае речь о том, чтобы электролит не расплескивался, на корпусе не было микротрещин. Во втором случае проверяется надежность стенок между ячейками. Это тоже важно, поскольку при нарушении внутренней герметичности батарея будет быстрее саморазряжаться, — объясняет Александр.

Ставят внутренний штамп — клеймо.

На самом деле это нужно скорее предприятию, чем покупателю. В коде зашифрованы дата, смена и некоторые технические характеристики. Например, «1» означает 55 ампер-часов, «2» — 60 ампер-часов.

Поднимаемся на площадку, с которой хорошо виден основной цех. В конце дня менеджеры проводят здесь планерку. Во всем чувствуется западный подход. Докладчик заходит в круг, очерченный на полу. Ему дается не более двух минут. Руководит заводом серб австралийского происхождения — Джон Николич. Он практически не знает ни русского, ни белорусского, поэтому все общение происходит на английском.

«Сухую» батарею перевозят в «мокрый» цех. Здесь много бочек, емкостей, а рабочие одеты в специальные фартуки, перчатки, нарукавники. Агрессивная среда как-никак. Постоянно приходится иметь дело с разбавленной серной кислотой. Да, именно здесь происходит еще один важный этап — в батареи заливают электролит. Делает это опять-таки машина. Плотность заливаемого электролита — 1,26 г на 1 куб. см.

После этого оператор вставляет заглушки и соединяет батареи проводами-коннекторами — получается электрическая цепь, в которой может быть до 16 батарей. Они отстаиваются не более часа. В это время электролит впитывается в пластины, а батареи охлаждаются, потому что при заливке их температура резко повышается.

Аккумуляторы перевозят на участок формирования. Когда заходишь, сразу чувствуется характерный запах продуктов химических реакций, с непривычки мы даже закашлялись. Батареи по-прежнему собраны в одну цепь. Но теперь туда подается ток. Зачем?

— Это и есть формирование. Если залить электролит и ничего не предпринимать, то начнется нежелательный для аккумуляторов процесс сульфатации, взаимодействие свинца и кислоты, — объясняет наш сопровождающий. — В результате образуются кристаллы, сульфаты свинца, которые в дальнейшем уже не смогут участвовать в химических процессах, и батарея потеряет часть своей емкости. Кстати, на заметку автолюбителям: именно по этой причине разряженный аккумулятор нельзя хранить долгое время. Чтобы этого не допустить, АКБ заряжают током. Для каждого типа разработаны свои программы и алгоритмы. В зависимости от емкости батареи процесс может занимать от 15 до 40 часов.

Уже сформированные батареи возвращают обратно в «мокрый» цех. Там дозаливают электролит, уровень которого, как правило, немного снижается. Это связано с тем, что в процессе зарядки кислота впитывается в пластины, часть уходит на электролиз. В довершение очередная установка-автомат еще раз проверяет уровень.

Все процедуры с электролитом завершены. На батарею устанавливают крышку со специальными заглушками, чтобы автомобилисты ненароком не обрызгались кислотой. Меры предосторожности, понятное дело, не лишние. Выпускаемые здесь аккумуляторы относятся к необслуживаемым. Это значит, что по крайней мере год-полтора автолюбители не должны самостоятельно заглядывать внутрь батареи, чтобы измерить плотность и уровень электролита. Хотя возможность снять крышку есть.

Остается навести марафет. Батарея попадает в моечный тоннель. Здесь смывают капли электролита.

Зачистка выводов «плюс» и «минус». Они становятся красивыми и блестящими — такими их увидит покупатель. Но это не только для того, чтобы придать презентабельный вид, — с окислившихся выводов снять ток сложнее.

Еще один тест — возможно, один из важнейших и решающих. Аккумулятор проверяют «большим» током на работоспособность. В течение двух секунд у батареи «забирают» электрический ток до 1500 А, при этом измеряется напряжение на выводах. Показатель должен составлять не менее 50% от начального, то есть от 6,0 до 6,5 В. Если ниже — то это брак, и АКБ, как бы ни было обидно, поступает на разбор контролерам.

Контролер должен выяснить, в чем причина проблемы. Потом результаты исследования попадают в службу качества и техподдержки — для исключения бракованной продукции в будущем. Над столом висят фотографии бракованных элементов.

Игольчатый маркиратор наносит еще одну кодировку. Первая цифра — год выпуска («3» обозначает 2013-й), буква A — месяц (по латинскому алфавиту: A — январь, B — февраль, C — март и т. д.), F — условное обозначение завода (пинскому предприятию американцы присвоили букву F), 18 — число месяца, A1 — обозначение смены. Кстати, именно с этого момента отсчитывается гарантийный срок.

Последний штрих. Рабочий надевает накладку на выводы и размещает наклейки на корпусе. Тут есть одна хитрость. Наклеек несколько видов, хотя разницы в батареях — никакой, сходят с одного конвейера. Продукцию пинского предприятия в Беларуси знают под брендом Zubr, а в России те же самые АКБ продают под маркой Hagen. Известный маркетинговый ход: когда один продукт реализуют под разными именами. Наклейки — это последний шаг. После аккумуляторы увозят на склад, а оттуда — поставщикам.

Источник