Какие аккумуляторы используются в современных электромобилях
Электромобиль является наиболее современным транспортным средством, и автолюбители все больше пересаживаются на них во многих странах мира. Уже около миллиона человек по всему миру активно пользуются электрокарами, ведь в отличие от традиционных автомобилей, работающих на сжигаемом топливе, электрокар более экономичен в эксплуатации и в целом более практичен.
Тем не менее, при смене транспортного средства на электрическое, у водителя неизбежно возникают вопросы касательно обслуживания, ремонта, стоимости аккумуляторов и т. д. Несмотря на все эти вопросы, оказывается, что электромобили в конечном счете все равно обладают рядом преимуществ перед обычными автомобилями. И в данной статье мы поговорим конкретно об аккумуляторах для электрокаров.
Итак, электрокары — это автомобили, которые для своей езды используют электрическую энергию, запасаемую в аккумуляторе. Данная технология позволяет сделать электромобиль вдвое дешевле в эксплуатации, по сравнению с автомобилем на бензине, а также более маневренным на дороге. Уже сегодня существует несколько типов аккумуляторов для электрокаров: литий-ионные, литий-серные, алюминий-ионные и металл-воздушные.
В случае необходимости любой аккумулятор может быть заменен, для этого достаточно загнать электрокар в специализированный автосервис. Мастер правильно подключит все разъемы, наладит соединение батареи с бортовым компьютером, сделает соответствующие программные настройки, которые позволят электрической машине работать как прежде. Что касается «заправки» электричеством, то сегодня в мире уже функционируют зарядные станции для электрокаров мощностью 350 кВт.
Литиевые аккумуляторы
На сегодняшний день наиболее востребованы аккумуляторы для электрокаров двух типов: литий-ионные и металл-воздушные. Они не требуют обслуживания в течение года, и зачастую эксплуатация электрокара оказывается с ними бесперебойной и продолжительной.
Безусловно, литий-ионные батареи — самый часто устанавливаемый вариант аккумуляторов, просто в силу ряда явных достоинств: достаточно высокая плотность энергии, высокое напряжение, низкий саморазряд (максимум 20% в год и 6% в месяц), отсутствие эффекта памяти, срок эксплуатации — до 10 лет.
Стоят такие аккумуляторы недешево, и позволить их себе может отнюдь не каждый автолюбитель (зависит, кроме прочего от марки авто). Есть конечно и другие недостатки: диапазон рабочих температур от -20 до +50 °С обуславливает опасность перегрева батареи, плюс незащищенность от избыточного заряда.
Металл-воздушные аккумуляторы
Металл-воздушные аккумуляторы появились на рынке не так давно, но уже пользуются неплохим спросом у любителей электрокаров. На данный момент можно утверждать, что такие батареи достаточно износостойки и качественны. Кроме того они компактны, мало весят, недороги, легко утилизируются, при этом обеспечивают транспортному средству оптимальный пробег. К недостаткам можно отнести: внезапную остановку, необходимость качественного фильтра, чувствительность к низким температурам.
Литий-серные аккумуляторы
Литий-серные аккумуляторы для электрокаров относятся к малообслуживаемым батареям, однако выдерживают они всего до 60 циклов заряда-разряда. Технология дорабатывается, совершенствуется, чтобы сделать литий-серные аккумуляторы более эффективными, и вообще считается весьма перспективной.
Многие фирмы работают над аккумуляторами данного типа, и обещают уже к 2020 году достичь существенного прогресса. АКБ на данной основе обладают повышенной емкостью и более широким диапазоном рабочих температур, по сравнению с литий-ионными батареями. Главное препятствие, которое необходимо сейчас преодолеть — малое количество циклов заряда-разряда.
Алюминий-ионные аккумуляторы
Менее всего пользователями электрокаров востребованы алюминий-ионные аккумуляторы, поскольку они пока имеют мало циклов заряда-разряда и слабую производительность катодов. Соответственно и спрос на них минимален. Сейчас китайские разработчики пытаются усовершенствовать алюминий-ионные аккумуляторы, и есть основания предполагать, что в будущем они станут использоваться более активно. Алюминий-ионные аккумуляторы считаются более безопасными и обещают быть более дешевыми.
В электрокаре, как правило, для питания бортовой сети используется отдельный аккумулятор. Тяговый аккумулятор служит только для питания электродвигателя, поэтому именно к тяговому аккумулятору предъявляются более жесткие требования касательно мощности и стойкости, ведь именно благодаря ему и питаемому от него электрическому приводу электромобили такие маневренные по сравнению с бензиновыми.
Лучшие технологии аккумуляторов для электрокаров
Питание электрического мотора в электрокаре должно всегда быть обеспечено на самом высоком уровне, поэтому в технологии создания батарей всегда идут усовершенствования. Большие надежды сейчас возложены на графен — особую форму углерода. Он недорог в производстве, и батарея с ним получается в четыре раза дешевле чем литиевая.
Многие страны уже занимаются изготовлением тяговых батарей на основе графена. В теории зарядка на 1000 километров пробега будет занимать всего около 8 минут. В ближайшем будущем графеновые аккумуляторы однозначно заявят о себе на практике, тем более в Германии электрокары на них уже с успехом тестируют.
Аккумуляторы для электрокаров сегодня
Пока большинство аккумуляторов, установленных в электрокарах, — литий-ионные, железо-фосфатные и свинцово-кислотные. Аккумуляторы любого типа набираются в виде ячеек, соединяемых параллельно и последовательно в огромные сборки требуемой емкости.
Поскольку электрокары различаются между собой по мощности, то и батареи у них не одинаковы, то есть состоят из разного количества ячеек. У некоторых моделей напряжение тягового аккумулятора составляет менее 400 вольт, у других — 800.
Новая батарея рассчитана на продолжительный период эксплуатации, и ее полного заряда хватает на максимальный пробег, но со временем аккумулятор изнашивается и нуждается в замене. А в случае повреждения части ячеек, модульная конструкция аккумулятора позволяет его ремонтировать.
И тут важно понимать, что подбор новой батареи, в случае истощения имеющийся, производится индивидуально, соответствующим образом программируется и бортовой компьютер. Причем и ремонтом и заменой батареи занимается мастер, имеющий профильное образование.
Изначально ресурс тяговой батареи электрокара ограничен заявленным производителем сроком ее эксплуатации, это обычно от 5 до 10 лет, в зависимости от модели изделия. Со временем емкость среднестатистической батареи снижается: в первые пару лет она теряет до 10% емкости, далее — до 20% за три года, а потом — по 1% в год. Так или иначе, в определенный момент батарею неизбежно придется менять. Но иметь запасной аккумулятор под рукой много лет не нужно.
Б/У аккумуляторы от электрокаров не выбрасывают. Их часто устраивают в системы автономных домашних систем электроснабжения на солнечных батареях, что весьма практично. Если же батарея больше не нужна, ее следует правильно и безопасно для окружающей среды утилизировать, обычно этим занимаются сами производители аккумуляторов.
Источник
Литий-ионные батареи для электромобилей
Электромобили всё прочнее занимают своё место среди бытовых и промышленных транспортных средств. Благодаря тому, что гибридные авто в качестве источника питания используют электроэнергию, получаемую от аккумуляторов, они являются экологически чистыми механизмами. При выборе электромобиля автолюбители часто задаются вопросом, какая батарея лучше и как правильно обращаться с ней в процессе эксплуатации транспортного средства, чтобы максимально продлить срок и качество её работы.
- Что представляет собой литиевая батарея
- Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов
- Применение литий-ионных батарей в электромобилях
Что представляет собой литиевая батарея
Первые литиевые батареи на основе металлического лития были созданы ещё в 70-е годы ХХ в., однако использование их было проблематично из-за большой химической активности лития. Они быстро нагревались и имели свойство взрываться или самовозгораться. Проблему удалось устранить только в 90-е годы, когда на смену чистому литию пришло применение его ионов.
Важно! Аккумулятор дополнительно оснащается предохранителем, который позволяет устранить избыточное напряжение в аварийной ситуации.
В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии. В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники.
В качестве отрицательно заряженного электрода (катода) используется углеродная матрица, которая может состоять из графита (природного или синтетического), сажи или углерода. Положительно заряженным электродом (анодом) служит литированый оксид никеля или кобальта, или литий-марганцевое соединение. Катод и анод разделены сепаратором, который имеет поры и пропитан электролитом. Электролит находится в герметичной капсуле.
При высвобождении свободных электронов на сепараторе, начинается процесс замещения в молекулах положительно и отрицательно заряженных электродов (ионы лития встраиваются в структуру матрицы углерода), что приводит к высвобождению энергии. Энергия по клеммам подаётся на провода и далее служит источником тяговой силы для электромобиля. Li-ion батарея полностью герметична. Это нужно для избежания утечки электролита и контакта электродов с кислородом или водой, что приводит к полной порче аккумулятора.
Он может быть выполнен в виде плоскости или цилиндра:
- в цилиндрической сборке электролит и сепаратор скручены в рулон и подсоединены внутри герметичного корпуса к катоду. Анодный электрод находится снаружи;
- при сборке в виде плоскостей пластины укладываются одна на другую и представляют собой набор полноценных батареек.
Знаете ли вы? Как прогнозируют аналитики Bank of America и Oxford Institute for Energy Studies, к 2030 году 40% всего автотранспорта на планете будет электрическим, а к 2050-му — 95%. Уже сейчас в Китае планируется прекратить продажу бензиновых и дизельных автомашин в Пекине к 2020 году.
Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы являются универсальными источниками электрического тока и пользуются большим спросом во всём мире. Они имеют свои плюсы и минусы.
К положительным сторонам Li-ion накопителя можно отнести:
Отрицательными сторонами литий-ионных АКБ являются:
Рекомендуем для прочтения:
- Электромобили и коробка передач — нужна ли
- Двигатели для электромобиля: как устроены и принцип их работы
- Лучшие бюджетные электромобили
- Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России
Применение литий-ионных батарей в электромобилях
Большинство литий-ионных источников питания для гибридных и электромобилей работают с напряжением 36 В и продуцируют мощность 15 кВт. Современные АКБ такого типа вмещают 0,8–2,6 кВт/ч на 1 кг своего веса, что намного больше, чем у других типов батарей.
Оптимальный уровень заряда такого источника питания составляет от 25 до 75%, что позволяет его владельцу не особенно переживать об уровне переразряда или перезаряда (для сравнения, никель-металлгидридный аккумулятор имеет оптимальный диапазон для зарядки всего от 40 до 60%).
Современные технологии позволили создавать такие литий-ионные аккумуляторы, которые при необходимости можно заменять не полностью, а отдельными блоками, удаляя места, где имеются повреждения.
При использовании электромобилей с литиевым источником питания, необходимо соблюдать следующие правила:
- заряжать АКБ согласно инструкции;
- следить за уровнем заряда;
- не нарушать температурный режим — чтобы батарея не испортилась, её следует при необходимости нагревать или же охлаждать;
- беречь от ударов и сильных вибраций, для чего при установке можно проложить амортизирующую прослойку;
- для длительного хранения аккумулятор должен быть заряжен на 50% и находиться при температуре 0°С;
- не нарушать герметичность корпуса аккумулятора — это приводит к взрывоопасности источника питания.
Знаете ли вы? Весной 2017 года чиновники из руководства Индии заявили, что правительство планирует электрифицировать все транспортные средства в стране к 2032 году.
При повреждении или истечении срока эксплуатации (когда падает энергоёмкость и это отражается на времени хода автомобиля), Li-ion источник питания возможно заменить. Процедура замены довольно длительная и проводить её следует в специальных сервисах. После установки нового аккумулятора, он должен пройти регистрацию и настройки через бортовой компьютер электрокара.
После того как АКБ не может более использоваться для питания электрокара, её можно утилизировать в специальных пунктах приёма, или использовать в быту, как накопитель энергии от солнечных батарей или ветрогенераторов.
Li-ion источник питания на сегодняшний день является самым популярным вариантом для использования в электрокарах и гибридных авто. Несмотря на сравнительную его дороговизну, он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими АКБ (компактность, маленький вес при большом заряде, долговечность), что делает соотношение цена-качество оптимальным.
Источник