Baterii pentru vehicule hibride și electrice

În articolul nostru anterior, am discutat despre baterie ca sursă de electricitate, necesară în principal pentru pornirea unei mașini, precum și pentru funcționarea relativ scurtă a echipamentelor electrice. Cu toate acestea, se impun cerințe complet diferite asupra proprietăților bateriilor utilizate în domeniul propulsiei dispozitivelor mobile mari, în cazul nostru, vehiculelor hibride și vehiculelor electrice. Pentru a alimenta un vehicul este necesară o cantitate mult mai mare de energie stocată și trebuie stocată undeva. Într-o mașină clasică cu motor cu ardere internă, aceasta este depozitată în rezervor sub formă de benzină, motorină sau GPL. În cazul unui vehicul electric sau al unui vehicul hibrid, acesta este stocat în baterii, ceea ce poate fi descris ca fiind principala problemă cu un vehicul electric.

Acumulatorii de curent pot stoca puțină energie, în timp ce sunt destul de voluminoși, grei și, în același timp, pentru completarea lor maximă, durează câteva ore (de obicei 8 sau mai multe). În schimb, vehiculele convenționale cu motoare cu ardere internă pot stoca o cantitate mare de energie în comparație cu bateriile într-o carcasă mică, cu condiția să dureze doar un minut, poate două, pentru a reîncărca. Din păcate, problema stocării energiei electrice a afectat vehiculele electrice încă de la începuturile lor și, în ciuda progreselor incontestabile, densitatea lor de energie necesară pentru alimentarea unui vehicul este încă foarte scăzută. În următoarele rânduri, economisirea e-mailului Vom discuta despre energie mai detaliat și vom încerca să apropiem realitatea reală a mașinilor cu acționare pură electrică sau hibridă. Există multe mituri în jurul acestor „mașini electronice”, deci nu strică să aruncăm o privire mai atentă asupra avantajelor sau dezavantajelor unor astfel de unități.

Din păcate, cifrele date de producători sunt, de asemenea, foarte îndoielnice și sunt mai degrabă teoretice. De exemplu, Kia Venga conține un motor electric cu o putere de 80 kW și un cuplu de 280 Nm. Alimentarea este furnizată de baterii litiu-ion cu o capacitate de 24 kWh, autonomia estimată a lui Kia Vengy EV conform producătorului este de 180 km. Capacitatea bateriilor ne spune că, încărcate complet, pot asigura un consum de motor de 24 kW, sau pot alimenta un consum de 48 kW într-o jumătate de oră etc. O simplă recalculare, iar noi nu vom putea parcurge 180 km. . Dacă am vrea să ne gândim la o astfel de autonomie, atunci ar trebui să conducem în medie 60 km/h timp de aproximativ 3 ore, iar puterea motorului ar fi doar o zecime din valoarea nominală, adică 8 kW. Cu alte cuvinte, cu o călătorie cu adevărat atentă (atentă), unde aproape sigur vei folosi frâna la lucru, o astfel de călătorie este teoretic posibilă. Desigur, nu luăm în considerare includerea diverselor accesorii electrice. Toată lumea își poate imagina deja ce tăgăduire de sine în comparație cu o mașină clasică. În același timp, turnați 40 de litri de motorină în clasicul Venga și parcurgeți sute și sute de kilometri fără restricții. De ce este așa? Să încercăm să comparăm câtă din această energie și câtă greutate poate ține o mașină clasică în rezervor și cât poate ține o mașină electrică în baterii - citește mai multe aici AICI.

Câteva fapte din chimie și fizică

• puterea calorică a benzinei: 42,7 MJ / kg,
• puterea calorică a motorinei: 41,9 MJ / kg,
• densitate benzină: 725 kg / m3,
• densitatea uleiului: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energia este capacitatea de a lucra, măsurată în jouli (J), kilowați oră (kWh). Munca (mecanica) se manifesta printr-o modificare a energiei in timpul miscarii corpului, are aceleasi unitati ca si energia. Puterea exprimă cantitatea de muncă efectuată pe unitatea de timp, unitatea de bază fiind watul (W).

Puterea specifică a surselor de energie

Resursă energetică	Valoare calorică / kg densitate	Valoare calorică / l Energie / l	Energie / kg
benzină	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Ulei	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Baterie Li-ion (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Din cele de mai sus este clar că, de exemplu, cu o putere calorică de 42,7 MJ / kg și o densitate de 725 kg / m3, benzina oferă o energie de 8,60 kWh pe litru sau 11,86 kWh pe kilogram. Dacă construim bateriile actuale care sunt acum instalate în vehicule electrice, de exemplu, litiu-ion, capacitatea lor este mai mică de 0,1 kWh pe kilogram (pentru simplitate, vom considera 0,1 kWh). Combustibilii convenționali furnizează de peste o sută de ori mai multă energie pentru aceeași greutate. Veți înțelege că aceasta este o diferență uriașă. Dacă îl împărțim în altele mici, de exemplu, un Chevrolet Cruze cu o baterie de 31 kWh transportă energie care se poate încadra în mai puțin de 2,6 kg de benzină sau, dacă doriți, aproximativ 3,5 litri de benzină.

Puteți spune cum este posibil ca o mașină electrică să înceapă deloc și să nu aibă mai mult de 100 km de energie. Motivul este simplu. Motorul electric este mult mai eficient în ceea ce privește conversia energiei stocate în energie mecanică. De obicei, ar trebui să aibă o eficiență de 90%, în timp ce eficiența unui motor cu ardere internă este de aproximativ 30% pentru un motor pe benzină și 35% pentru un motor diesel. Prin urmare, pentru a furniza aceeași putere motorului electric, este suficient cu o rezervă de energie mult mai mică.

Ușurința de utilizare a unităților individuale

După evaluarea calculului simplificat, se presupune că putem obține aproximativ 2,58 kWh de energie mecanică dintr-un litru de benzină, 3,42 kWh dintr-un litru de motorină și 0,09 kWh dintr-un kilogram de baterie litiu-ion. Deci diferența nu este mai mare de o sută de ori, ci doar de aproximativ treizeci de ori. Acesta este cel mai bun număr, dar încă nu chiar roz. De exemplu, luați în considerare modelul sportiv Audi R8. Bateriile sale complet încărcate, cu o greutate de 470 kg, au un echivalent energetic de 16,3 litri de benzină sau doar 12,3 litri de motorină. Or, dacă am avea un Audi A4 3,0 TDI cu o capacitate a rezervorului de 62 de litri de motorină și am fi vrut să avem aceeași autonomie pe o tracțiune pură pe baterie, am avea nevoie de aproximativ 2350 kg de baterii. Până acum, acest fapt nu oferă mașinii electrice un viitor foarte luminos. Cu toate acestea, nu este nevoie să aruncați o pușcă în secară, deoarece presiunea de a dezvolta astfel de „mașini electronice” va fi înlăturată de nemilosul lobby verde, așa că indiferent dacă le place producătorilor auto sau nu, ei trebuie să producă ceva „verde”. " „. Un înlocuitor cert pentru o unitate pur electrică este așa-numiții hibrizi, care combină un motor cu ardere internă cu un motor electric. În prezent cele mai cunoscute sunt, de exemplu, Toyota Prius (Auris HSD cu aceeași tehnologie hibridă) sau Honda Inside. Cu toate acestea, raza lor pur electrică este încă de râs. În primul caz, aproximativ 2 km (în cea mai recentă versiune Plug In este mărită „la” 20 km), iar în al doilea, Honda nici măcar nu bate la o unitate pur electrică. Până acum, eficiența rezultată în practică nu este atât de miraculoasă pe cât sugerează publicitatea de masă. Realitatea a arătat că le pot colora cu orice mișcare albastră (economie), mai ales cu tehnologia convențională. Avantajul centralei hibride constă în principal în economia de combustibil atunci când conduceți în oraș. Audi a spus recent că în prezent este necesară doar reducerea greutății corporale pentru a obține, în medie, aceeași economie de combustibil pe care o obțin unele mărci prin instalarea unui sistem hibrid într-o mașină. Noile modele ale unor mașini demonstrează, de asemenea, că acesta nu este un țipăt în întuneric. De exemplu, recent introdusă generația a șaptea Volkswagen Golf folosește componente mai ușoare pentru a învăța de la și, în practică, folosește de fapt mai puțin combustibil decât înainte. Producătorul auto japonez Mazda a luat o direcție similară. În ciuda acestor afirmații, dezvoltarea unui propulsor hibrid „pe rază lungă” continuă. Ca exemplu, voi aminti Opel Ampera și, paradoxal, modelul de la Audi A1 e-tron.

Ușurința de utilizare a unităților individuale

Resursă energetică	Eficiența motorului	Energie efectivă / l	Energie efectivă / kg
benzină	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Ulei	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Baterii litiu-ion	0,90	-	BINE. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Deși Opel Ampera este adesea prezentat ca o mașină electrică, este de fapt o mașină hibridă. Pe lângă motorul electric, Ampere folosește și un motor cu combustie internă de 1,4 litri de 63 kW. Cu toate acestea, acest motor pe benzină nu acționează direct roțile, ci acționează ca un generator în cazul în care bateriile se epuizează. energie. Partea electrică este reprezentată de un motor electric cu o putere de 111 kW (150 CP) și un cuplu de 370 Nm. Sursa de alimentare este alimentată de 220 de celule în litiu în formă de T. Au o putere totală de 16 kWh și cântăresc 180 kg. Această mașină electrică poate parcurge 40-80 km pe o acționare pur electrică. Această distanță este adesea suficientă pentru deplasarea în oraș pe tot parcursul zilei și reduce semnificativ costurile de exploatare, deoarece traficul în oraș necesită un consum semnificativ de combustibil în cazul motoarelor cu combustie. Bateriile pot fi, de asemenea, reîncărcate de la o priză standard și, atunci când sunt combinate cu un motor cu ardere internă, gama Ampera se extinde la o sută de sute de kilometri foarte respectabilă.

Audi e electron A1

Audi, care preferă o mașină clasică cu o tehnologie mai avansată decât o unitate hibridă foarte solicitantă din punct de vedere tehnic, a introdus o mașină hibridă A1 e-tron interesantă în urmă cu mai bine de doi ani. Bateriile litiu-ion cu o capacitate de 12 kWh și o greutate de 150 kg sunt încărcate de un motor Wankel ca parte a unui generator care utilizează energia sub formă de benzină stocată într-un rezervor de 254 de litri. Motorul are un volum de 15 metri cubi. cm si genereaza 45 kW/h el. energie. Motorul electric are o putere de 75 kW și poate produce până la 0 kW putere într-un timp scurt. Accelerația de la 100 la 10 este de aproximativ 130 de secunde și o viteză maximă de aproximativ 50 km / h. Mașina poate parcurge aproximativ 12 km în jurul orașului pe o unitate pur electrică. După epuizarea e. energia este activată discret de motorul rotativ cu ardere internă și reîncarcă electricitatea. energie pentru baterii. Autonomia totală cu baterii complet încărcate și 250 de litri de benzină este de aproximativ 1,9 km cu un consum mediu de 100 de litri la 1450 de km. Greutatea operațională a vehiculului este de 12 kg. Să aruncăm o privire la o conversie simplă pentru a vedea în comparație directă câtă energie este ascunsă într-un rezervor de 30 de litri. Presupunând o eficiență a motorului modern Wankel de 70%, apoi 9 kg din acesta, împreună cu 12 kg (31 L) de benzină, este echivalent cu 79 kWh de energie stocată în baterii. Deci 387,5 kg de motor și rezervor = 1 kg de baterii (calculat în greutățile Audi A9 e-Tron). Dacă am fi vrut să mărim rezervorul de combustibil cu 62 de litri, am avea deja XNUMX kWh de energie disponibilă pentru a alimenta mașina. Deci am putea continua. Dar trebuie să aibă o captură. Nu va mai fi o mașină „verde”. Deci, chiar și aici se vede clar că acționarea electrică este limitată semnificativ de densitatea de putere a energiei stocate în baterii.

În special, prețul mai mare, precum și greutatea mare, au dus la faptul că unitatea hibridă a Audi a dispărut treptat în fundal. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că dezvoltarea mașinilor hibride și a vehiculelor electrice la Audi s-a depreciat complet. Informații despre noua versiune a modelului A1 e-tron au apărut recent. Față de precedentul, motorul/generatorul rotativ a fost înlocuit cu un motor turbo cu trei cilindri de 1,5 kW de 94 litri. Utilizarea unității clasice cu ardere internă a fost forțată de Audi în principal din cauza dificultăților asociate cu această transmisie, iar noul motor cu trei cilindri este conceput nu doar pentru a încărca bateriile, ci și pentru a funcționa direct cu roțile motoare. Bateriile Sanyo au o putere identică de 12 kWh, iar autonomia motorului pur electric a fost ușor mărită la aproximativ 80 km. Audi spune că A1 e-tron modernizat ar trebui să aibă o medie de un litru la suta de kilometri. Din păcate, această cheltuială are o problemă. Pentru vehicule hibride cu autonomie pur electrică extinsă. drive folosește o tehnică interesantă pentru calcularea debitului final. Așa-zisul consum este ignorat. realimentarea din reteaua de incarcare a bateriei, precum si consumul final l/100 km, ia in calcul doar consumul de benzina pe ultimii 20 km de condus, cand exista curent electric. încărcare baterie. Printr-un calcul foarte simplu, putem calcula acest lucru dacă bateriile au fost descărcate corespunzător. am condus după ce s-a întrerupt curentul. energie din bateriile pur pe benzină, ca urmare, consumul va crește de cinci ori, adică 5 litri de benzină la 100 km.

Audi A1 e-tron II. generaţie

Probleme de stocare a energiei electrice

Problema stocării energiei este la fel de veche ca și ingineria electrică în sine. Primele surse de energie electrică au fost celulele galvanice. După scurt timp, a fost descoperită posibilitatea unui proces reversibil de acumulare a energiei electrice în celulele secundare galvanice - baterii. Primele baterii folosite au fost bateriile cu plumb, după un timp scurt nichel-fier și puțin mai târziu nichel-cadmiu, iar utilizarea lor practică a durat mai bine de o sută de ani. De asemenea, trebuie adăugat că, în ciuda cercetărilor intense la nivel mondial în acest domeniu, designul lor de bază nu s-a schimbat prea mult. Folosind noile tehnologii de fabricație, îmbunătățirea proprietăților materialelor de bază și utilizarea materialelor noi pentru separatoarele de celule și vase, a fost posibilă reducerea ușor a greutății specifice, reducerea autodescărcării celulelor și creșterea confortului și siguranței operatorului, dar cam atat. Cel mai semnificativ dezavantaj, adică. A rămas un raport foarte nefavorabil dintre cantitatea de energie stocată și greutatea și volumul bateriilor. Prin urmare, aceste baterii au fost folosite în principal în aplicații statice (surse de alimentare de rezervă în cazul în care sursa principală se defectează etc.). Bateriile erau folosite ca sursă de energie pentru sistemele de tracțiune, în special pe căile ferate (cărucioare de transport), unde nici greutatea mare și dimensiunile semnificative nu interferau prea mult.

Progresul stocării energiei

Cu toate acestea, nevoia de a dezvolta celule cu capacități și dimensiuni mici în amperi ore a crescut. Astfel, s-au format celule primare alcaline și versiuni sigilate de baterii nichel-cadmiu (NiCd) și apoi nichel-hidrură metalică (NiMH). Pentru încapsularea celulelor, s-au ales aceleași forme și dimensiuni ale manșonului ca și celulele de clorură de zinc primare convenționale până acum. În special, parametrii obținuți ai bateriilor de hidrură de nichel-metal fac posibilă utilizarea acestora, în special în telefoane mobile, laptopuri, unități manuale de instrumente etc. Tehnologia de fabricație a acestor celule diferă de tehnologiile utilizate pentru celulele cu o capacitate mare în amperi-ore. Aranjamentul lamelar al sistemului de electrozi cu celule mari este înlocuit de tehnologia de transformare a sistemului de electrozi, inclusiv separatoare, într-o bobină cilindrică, care este introdusă și contactată cu celule de formă regulată în dimensiunile AAA, AA, C și D, resp. multipli de mărimea lor. Pentru unele aplicații speciale, se produc celule plate speciale.

Avantajul celulelor ermetice cu electrozi spiralați este capacitatea de câteva ori mai mare de a încărca și descărca cu curenți mari și raportul dintre densitatea relativă a energiei și greutatea și volumul celulei în comparație cu designul clasic al celulei mari. Dezavantajul este mai multă autodescărcare și mai puține cicluri de lucru. Capacitatea maximă a unei singure celule NiMH este de aproximativ 10 Ah. Dar, ca și în cazul altor cilindri cu diametru mai mare, aceștia nu permit încărcarea curenților prea mari din cauza disipării problematice a căldurii, ceea ce reduce foarte mult utilizarea în vehiculele electrice și, prin urmare, această sursă este folosită doar ca baterie auxiliară într-un sistem hibrid (Toyota Prius). 1,3 kWh).

Un progres semnificativ în domeniul stocării energiei a fost dezvoltarea bateriilor cu litiu sigure. Litiul este un element cu un potențial electrochimic ridicat, dar este și extrem de reactiv în sens oxidativ, ceea ce provoacă probleme și atunci când se folosește în practică litiul metal. Atunci când litiul intră în contact cu oxigenul atmosferic are loc arderea care, în funcție de proprietățile mediului, poate avea caracterul unei explozii. Această proprietate neplăcută poate fi eliminată fie prin protejarea atentă a suprafeței, fie prin utilizarea unor compuși de litiu mai puțin activi. În prezent, cele mai comune baterii litiu-ion și litiu-polimer cu o capacitate de 2 până la 4 Ah în amperi-ore. Utilizarea lor este similară cu cea a NiMh, iar la o tensiune medie de descărcare de 3,2 V, este disponibilă 6 până la 13 Wh de energie. În comparație cu bateriile nichel-hidrură metalică, bateriile cu litiu pot stoca de două până la patru ori mai multă energie pentru același volum. Bateriile litiu-ion (polimer) au un electrolit sub formă de gel sau solidă și pot fi fabricate în celule plate subțiri de câteva zecimi de milimetru în aproape orice formă, pentru a se potrivi nevoilor aplicației respective.

Acționarea electrică într-un autoturism poate fi realizată ca principală și singură (mașină electrică) sau combinată, unde acționarea electrică poate fi atât sursa dominantă, cât și auxiliară de tracțiune (tracțiune hibridă). În funcție de varianta utilizată, cerințele energetice pentru funcționarea vehiculului și deci capacitatea bateriilor diferă. La vehiculele electrice, capacitatea bateriei este cuprinsă între 25 și 50 kWh, iar cu o propulsie hibridă este în mod natural mai mică și variază de la 1 la 10 kWh. Din valorile date se poate observa că la o tensiune de o celulă (litiu) de 3,6 V, este necesară conectarea celulelor în serie. Pentru a reduce pierderile în conductorii de distribuție, invertoare și înfășurări ale motorului, se recomandă selectarea unei tensiuni mai mari decât de obicei în rețeaua de bord (12 V) pentru variatoare - valorile utilizate în mod obișnuit sunt de la 250 la 500 V. De la astăzi, celulele cu litiu sunt în mod evident cel mai potrivit tip. Desigur, sunt încă foarte scumpe, mai ales în comparație cu bateriile plumb-acid. Cu toate acestea, sunt mult mai dificile.

Tensiunea nominală a celulelor bateriei cu litiu convenționale este de 3,6 V. Această valoare este diferită de celulele convenționale de nichel-hidrură metalică. NiCd, care au o tensiune nominală de 1,2 V (sau plumb - 2 V), care, dacă este folosit în practică, nu permite interschimbabilitatea ambelor tipuri. Încărcarea acestor baterii cu litiu se caracterizează prin necesitatea de a menține foarte precis valoarea tensiunii maxime de încărcare, ceea ce necesită un tip special de încărcător și, în special, nu permite utilizarea sistemelor de încărcare concepute pentru alte tipuri de celule.

Principalele caracteristici ale bateriilor cu litiu

Principalele caracteristici ale bateriilor pentru vehicule electrice și hibrizi pot fi considerate caracteristicile lor de încărcare și descărcare.

Caracteristică de încărcare 

Procesul de încărcare necesită reglarea curentului de încărcare, controlul tensiunii celulei și controlul temperaturii curente nu pot fi trecute cu vederea. Pentru celulele de litiu utilizate astăzi care utilizează LiCoO2 ca electrod catodic, limita maximă de tensiune de încărcare este de 4,20-4,22 V per celulă. Depășirea acestei valori duce la deteriorarea proprietăților celulei și, dimpotrivă, nerealizarea acestei valori înseamnă neutilizarea capacității nominale a celulei. Pentru încărcare, se folosește caracteristica UI obișnuită, adică în prima fază se încarcă cu curent constant până se ajunge la o tensiune de 4,20 V / celulă. Curentul de încărcare este limitat la valoarea maximă admisibilă specificată de producătorul celulei respectiv. opțiuni pentru încărcător. Timpul de încărcare la prima etapă variază de la câteva zeci de minute la câteva ore, în funcție de magnitudinea curentului de încărcare. Tensiunea celulei crește treptat până la max. valori de 4,2 V. După cum sa menționat deja, această tensiune nu trebuie depășită din cauza riscului de deteriorare a celulei. În prima fază de încărcare, 70 până la 80% din energie este stocată în celule, în a doua fază restul. În a doua fază, tensiunea de încărcare este menținută la valoarea maximă admisă, iar curentul de încărcare scade treptat. Încărcarea este finalizată atunci când curentul a scăzut la aproximativ 2-3% din curentul nominal de descărcare al celulei. Deoarece valoarea maximă a curenților de încărcare în cazul celulelor mai mici este, de asemenea, de câteva ori mai mare decât curentul de descărcare, o parte semnificativă a energiei electrice poate fi economisită în prima fază de încărcare. energie într-un timp relativ foarte scurt (aproximativ ½ și 1 oră). Astfel, în caz de urgență, este posibilă încărcarea bateriilor unui vehicul electric la o capacitate suficientă într-un timp relativ scurt. Chiar și în cazul celulelor cu litiu, electricitatea acumulată scade după o anumită perioadă de stocare. Cu toate acestea, acest lucru se întâmplă numai după aproximativ 3 luni de nefuncționare.

Caracteristicile descărcării

Tensiunea scade mai întâi rapid la 3,6–3,0 V (în funcție de magnitudinea curentului de descărcare) și rămâne aproape constantă pe întreaga descărcare. După epuizarea furnizării de e-mail. energia scade, de asemenea, tensiunea celulei foarte repede. Prin urmare, descărcarea trebuie finalizată nu mai târziu de tensiunea de descărcare specificată de producător de 2,7 până la 3,0 V.

În caz contrar, structura produsului poate fi deteriorată. Procesul de descărcare este relativ ușor de controlat. Este limitat doar de valoarea curentului și se oprește când se atinge valoarea tensiunii finale de descărcare. Singura problemă este că proprietățile celulelor individuale într-un aranjament secvențial nu sunt niciodată aceleași. Prin urmare, trebuie să aveți grijă ca tensiunea oricărei celule să nu scadă sub tensiunea finală de descărcare, deoarece aceasta o poate deteriora și, astfel, poate duce la defectarea întregii baterii. Același lucru trebuie luat în considerare la încărcarea bateriei.

Tipul menționat de celule de litiu cu un material catodic diferit, în care oxidul de cobalt, nichel sau mangan este înlocuit cu fosfida Li3V2 (PO4) 3, elimină riscurile menționate de deteriorare a celulei din cauza neconformității. o capacitate mai mare. De asemenea, este declarat durata lor de viață declarată de aproximativ 2 cicluri de încărcare (la o descărcare de 000%) și mai ales faptul că atunci când celula este complet descărcată, aceasta nu va fi deteriorată. Avantajul este, de asemenea, o tensiune nominală mai mare de aproximativ 80 atunci când se încarcă până la 4,2 V.

Din descrierea de mai sus, se poate indica clar că, în prezent, bateriile cu litiu sunt singura alternativă, cum ar fi stocarea energiei pentru conducerea unei mașini, comparativ cu energia stocată în combustibilul fosil într-un rezervor de combustibil. Orice creștere a capacității specifice a bateriei va crește competitivitatea acestei unități ecologice. Nu putem decât să sperăm că dezvoltarea nu va încetini, ci, dimpotrivă, vom merge mai departe cu câțiva kilometri.

Exemple de vehicule care folosesc baterii hibride și electrice

Toyota Prius este un hibrid clasic cu o rezervă de putere redusă la electricitate pură. conduce

Toyota Prius folosește o baterie NiMH de 1,3 kWh, care este utilizată în principal ca sursă de energie pentru accelerație și permite utilizarea unei acționări electrice separate pentru o distanță de aproximativ 2 km la max. viteza de 50 km / h. Versiunea Plug-In folosește deja baterii litiu-ion cu o capacitate de 5,4 kWh, ceea ce vă permite să conduceți exclusiv pe o unitate electrică pe o distanță de 14-20 km la o viteză maximă. viteza 100 km / h.

Opel Ampere-hibrid cu rezervă de putere crescută pe e-mail pur. conduce

Vehiculul electric cu o autonomie extinsă (40-80 km), așa cum Opel numește Amper cu patru locuri, cu cinci uși, este propulsat de un motor electric care produce 111 kW (150 CP) și 370 Nm de cuplu. Sursa de alimentare este alimentată de 220 de celule în litiu în formă de T. Au o putere totală de 16 kWh și cântăresc 180 kg. Generatorul este un motor pe benzină de 1,4 litri cu o putere de 63 kW.

Mitsubishi și MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. mașini

Bateriile litiu-ion cu o capacitate de 16 kWh permit vehiculului să parcurgă până la 150 km fără reîncărcare, măsurată în conformitate cu standardul NEDC (New European Driving Cycle). Bateriile de înaltă tensiune (330 V) sunt amplasate în interiorul podelei și sunt, de asemenea, protejate de rama suportului de deteriorări în caz de impact. Este un produs al Lithium Energy Japan, o societate mixtă între Mitsubishi și GS Yuasa Corporation. Există 88 de articole în total. Electricitatea pentru acționare este asigurată de o baterie litiu-ion de 330 V, formată din 88 de celule de 50 Ah cu o capacitate totală de 16 kWh. Bateria va fi încărcată de la o priză de acasă în decurs de șase ore, utilizând un încărcător rapid extern (125 A, 400 V), bateria va fi încărcată la 80% în jumătate de oră.

Eu însumi sunt un mare fan al vehiculelor electrice și monitorizez constant ce se întâmplă în acest domeniu, dar realitatea în acest moment nu este atât de optimistă. Acest lucru este confirmat și de informațiile de mai sus, care arată că viața atât a vehiculelor pur electrice, cât și a celor hibride nu este ușoară și, adesea, doar un joc de numere se pretinde a fi. Producția lor este încă foarte solicitantă și costisitoare, iar eficacitatea lor este discutabilă în mod repetat. Principalul dezavantaj al vehiculelor electrice (hibride) este capacitatea specifică foarte mică a energiei stocate în baterii în comparație cu energia stocată în combustibilii convenționali (diesel, benzină, gaz petrolier lichefiat, gaz natural comprimat). Pentru a aduce cu adevărat puterea vehiculelor electrice mai aproape de mașinile convenționale, bateriile ar trebui să își reducă greutatea cu cel puțin o zecime. Asta înseamnă că amintitul Audi R8 e-tron trebuia să stocheze 42 kWh nu în 470 kg, ci în 47 kg. În plus, timpul de încărcare ar trebui redus semnificativ. Aproximativ o oră la 70-80% capacitate este încă mult, și nu vorbesc de 6-8 ore în medie la o încărcare completă. Nu este nevoie să credeți nici prostiile despre producția zero de vehicule electrice cu CO2. Să notăm imediat faptul că Energia din prizele noastre este generată și de centralele termice și nu numai că produc suficient CO2. Ca să nu mai vorbim de producția mai complexă a unei astfel de mașini, unde necesarul de CO2 pentru producție este mult mai mare decât într-unul clasic. Nu trebuie să uităm de numărul de componente care conțin materiale grele și toxice și de eliminarea ulterioară problematică a acestora.

Cu toate minusurile menționate și nemenționate, o mașină electrică (hibridă) are și avantaje incontestabile. În traficul urban sau pe distanțe mai scurte, funcționarea lor mai economică este de netăgăduit, doar datorită principiului stocării (recuperării) energiei în timpul frânării, când la vehiculele convenționale aceasta este îndepărtată în timpul frânării sub formă de căldură reziduală în aer, nu pentru a menționați posibilitatea de câțiva km cu mașina în jurul orașului pentru reîncărcare ieftină din e-mailul public. net. Dacă comparăm o mașină electrică pură și o mașină clasică, atunci într-o mașină convențională există un motor cu ardere internă, care în sine este un element mecanic destul de complex. Puterea sa trebuie transferată roților într-un fel, iar acest lucru se realizează în mare parte printr-o transmisie manuală sau automată. Există încă unul sau mai multe diferențiale în cale, uneori și un arbore de transmisie și o serie de arbori de osie. Desigur, și mașina trebuie să încetinească, motorul trebuie să se răcească, iar această energie termică este pierdută inutil în mediu sub formă de căldură reziduală. O mașină electrică este mult mai eficientă și mai simplă - (nu se aplică unui drive hibrid, ceea ce este foarte complicat). Mașina electrică nu conține cutii de viteze, cutii de viteze, cardane și semiarbori, uită de motorul din față, din spate sau din mijloc. Nu conține calorifer, adică lichid de răcire și starter. Avantajul unei mașini electrice este că poate instala motoare direct în roți. Și dintr-o dată ai ATV-ul perfect care poate controla fiecare roată independent de celelalte. Prin urmare, cu un vehicul electric, nu va fi dificil să controlați doar o singură roată și, de asemenea, este posibil să selectați și să controlați distribuția optimă a puterii pentru viraje. Fiecare dintre motoare poate fi, de asemenea, o frână, din nou complet independentă de celelalte roți, care transformă cel puțin o parte din energia cinetică înapoi în energie electrică. Drept urmare, frânele convenționale vor fi supuse unui stres mult mai mic. Motoarele pot produce puterea maximă disponibilă aproape în orice moment și fără întârziere. Eficiența lor în transformarea energiei stocate în baterii în energie cinetică este de aproximativ 90%, ceea ce este de aproximativ trei ori mai mare decât motoarele convenționale. În consecință, nu generează atât de multă căldură reziduală și nu trebuie să fie greu de răcit. Tot ce aveți nevoie pentru aceasta este hardware bun, o unitate de control și un programator bun.

Suma sumárum. Dacă mașinile electrice sau hibridele sunt chiar mai aproape de mașinile clasice cu motoare eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, acestea au în continuare o cale foarte dificilă și dificilă. Sper doar că acest lucru nu este confirmat de o serie de numere înșelătoare sau. presiuni exagerate din partea oficialilor. Dar să nu disperăm. Dezvoltarea nanotehnologiei se mișcă cu adevărat cu pași mari și, probabil, miracolele sunt cu adevărat rezervate pentru noi în viitorul apropiat.

În cele din urmă, voi adăuga încă un lucru interesant. Există deja o stație de alimentare cu energie solară.

Toyota Industries Corp (TIC) a dezvoltat o stație de încărcare solară pentru vehicule electrice și hibride. Stația este, de asemenea, conectată la rețeaua electrică, astfel încât panourile solare de 1,9 kW sunt mai probabil o sursă suplimentară de energie. Folosind o sursă de alimentare autonomă (solară), stația de încărcare poate furniza o putere maximă de 110 VAC / 1,5 kW, atunci când este conectată la rețea, oferă maximum 220 VAC / 3,2 kW.

Electricitatea neutilizată din panourile solare este stocată în baterii, care pot stoca 8,4 kWh pentru utilizare ulterioară. De asemenea, este posibil să furnizați energie electrică rețelei de distribuție sau accesoriilor stației de alimentare. Standurile de încărcare utilizate la stație au tehnologie de comunicație încorporată capabilă să identifice respectiv vehiculele. proprietarii lor folosind carduri inteligente.

Condiții importante pentru baterii

• Putere - indică cantitatea de încărcare electrică (cantitatea de energie) stocată în baterie. Este specificat în amperi oră (Ah) sau, în cazul dispozitivelor mici, în miliamperi oră (mAh). O baterie de 1 Ah (= 1000 mAh) este teoretic capabilă să furnizeze 1 amperi timp de o oră.
• Rezistență internă - indică capacitatea bateriei de a furniza mai mult sau mai puțin curent de descărcare. Pentru ilustrare, se pot folosi două recipiente, unul cu o ieșire mai mică (rezistență internă mare) și celălalt cu una mai mare (rezistență internă scăzută). Dacă decidem să le golim, un recipient cu un orificiu de scurgere mai mic se va goli mai încet.
• Tensiunea nominală a bateriei - pentru bateriile nichel-cadmiu și nichel-hidrură metalică este de 1,2 V, plumb 2 V și litiu de la 3,6 la 4,2 V. În timpul funcționării, această tensiune variază între 0,8 - 1,5 V pentru bateriile nichel-cadmiu și nichel-hidrură metalică, 1,7 - 2,3 V pentru plumb și 3-4,2 și 3,5-4,9 pentru litiu.
• Curent de încărcare, curent de descărcare – exprimat în amperi (A) sau miliamperi (mA). Acestea sunt informații importante pentru utilizarea practică a bateriei în cauză pentru un anumit dispozitiv. De asemenea, determină condițiile pentru încărcarea și descărcarea corectă a bateriei astfel încât capacitatea acesteia să fie folosită la maximum și în același timp să nu fie distrusă.
• Acc. De încărcare curba de descărcare - afiseaza grafic modificarea tensiunii in functie de momentul in care se incarca sau se descarca acumulatorul. Când o baterie este descărcată, există de obicei o mică schimbare a tensiunii pentru aproximativ 90% din timpul de descărcare. Prin urmare, este foarte dificil să se determine starea curentă a bateriei din tensiunea măsurată.
• Auto-descărcare, auto-descărcare – Bateria nu poate menține electricitatea tot timpul. energie, deoarece reacția la electrozi este un proces reversibil. O baterie încărcată se descarcă treptat de la sine. Acest proces poate dura de la câteva săptămâni la luni. În cazul bateriilor plumb-acid, aceasta este de 5-20% pe lună, pentru bateriile cu nichel-cadmiu - aproximativ 1% din sarcina electrică pe zi, în cazul bateriilor cu nichel-hidrură metalică - aproximativ 15-20% pe zi. lună, iar litiul pierde aproximativ 60%. capacitate de trei luni. Autodescărcarea depinde de temperatura mediului ambiant, precum și de rezistența internă (bateriile cu rezistență internă mai mare se descarcă mai puțin) și, desigur, designul, materialele utilizate și manopera sunt de asemenea importante.
•  Baterie (kituri) – Numai în cazuri excepționale, bateriile sunt folosite individual. De obicei sunt conectate într-un set, aproape întotdeauna conectate în serie. Curentul maxim al unui astfel de set este egal cu curentul maxim al unei celule individuale, tensiunea nominală este suma tensiunilor nominale ale celulelor individuale.
•  Acumularea bateriilor.  O baterie nouă sau neutilizată ar trebui să fie supusă unuia, dar de preferință mai multor (3-5) cicluri de încărcare lentă și descărcare lentă. Acest proces lent setează parametrii bateriei la nivelul dorit.
•  Efectul de memorie – Acest lucru se întâmplă atunci când bateria este încărcată și descărcată la același nivel cu un curent aproximativ constant, nu prea mult și nu ar trebui să existe o încărcare completă sau o descărcare profundă a celulei. Acest efect secundar a afectat NiCd (minim și NiMH).