Akkumulátorok hibrid és elektromos járművekhez

Korábbi cikkünkben az akkumulátorról, mint áramforrásról beszéltünk, amely elsősorban egy autó beindításához, valamint az elektromos berendezések viszonylag rövid távú működéséhez szükséges. Teljesen más követelményeket támasztanak azonban a nagy mobil eszközök, esetünkben a hibrid járművek és az elektromos járművek meghajtása során használt akkumulátorok tulajdonságaival szemben. Sokkal nagyobb mennyiségű tárolt energia szükséges a jármű működéséhez, és valahol tárolni kell. Egy belső égésű motorral rendelkező klasszikus autóban a tartályban benzin, dízel vagy LPG formájában tárolják. Elektromos jármű vagy hibrid jármű esetén akkumulátorokban tárolják, ami az elektromos járművek fő problémájaként írható le.

A jelenlegi akkumulátorok kevés energiát tudnak tárolni, miközben meglehetősen terjedelmesek, nehézek, és ugyanakkor több órát vesz igénybe, hogy a maximumra (általában 8 vagy többre) töltsék fel őket. Ezzel szemben a hagyományos, belső égésű motorral szerelt járművek kis akkumulátortelepekhez képest nagy mennyiségű energiát képesek tárolni, feltéve, hogy az feltöltés csak egy percet, esetleg kettőt vesz igénybe. Sajnos a villamosenergia -tárolás problémája a kezdetektől sújtja az elektromos járműveket, és a vitathatatlan haladás ellenére a járművek működéséhez szükséges energia -sűrűség még mindig nagyon alacsony. A következő sorokban az e -mail mentése Részletesebben tárgyaljuk az energiát, és megpróbáljuk közelebb hozni a tiszta elektromos vagy hibrid hajtású autók valódi valóságát. Sok mítosz körbejárja ezeket az "elektronikus autókat", ezért nem árt közelebbről megvizsgálni az ilyen meghajtók előnyeit és hátrányait.

Sajnos a gyártók által közölt adatok is nagyon kétségesek és inkább elméletiek. Például a Kia Venga egy villanymotort tartalmaz, amelynek teljesítménye 80 kW, nyomatéka pedig 280 Nm. Az áramellátást 24 kWh kapacitású lítium-ion akkumulátorok biztosítják, a Kia Vengy EV becsült hatótávolsága a gyártó szerint 180 km. Az akkumulátorok kapacitása azt mutatja, hogy teljesen feltöltve 24 kW-os motorfogyasztást biztosítanak, vagy fél óra alatt 48 kW-os fogyasztást táplálnak, stb. Egy egyszerű utánszámolás, és nem fogunk tudni 180 km-t megtenni . Ha ilyen hatótávon akarunk gondolkodni, akkor átlagosan 60 km/h-val kellene haladnunk körülbelül 3 órán keresztül, és a motor teljesítménye a névleges értéknek csak a tizede, azaz 8 kW lenne. Vagyis egy igazán óvatos (óvatos) utazásnál, ahol szinte biztos, hogy a féket használja a munka során, elméletileg lehetséges egy ilyen utazás. Természetesen nem vesszük figyelembe a különféle elektromos tartozékok beépítését. Már mindenki el tudja képzelni, micsoda önmegtagadás egy klasszikus autóhoz képest. Ugyanakkor 40 liter gázolajat önt a klasszikus Vengába, és megkötések nélkül vezet több száz és száz kilométert. Miért van ez így? Próbáljuk meg összehasonlítani, hogy ebből az energiából és mekkora tömeget tud elbírni egy klasszikus autó a tankjában, illetve mennyit bír el egy elektromos autó akkumulátorában – bővebben ITT olvashat.

Néhány tény a kémiából és a fizikából

• benzin fűtőértéke: 42,7 MJ / kg,
• dízel üzemanyag fűtőértéke: 41,9 MJ / kg,
• benzin sűrűsége: 725 kg / m3,
• olajsűrűség: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Az energia a munkavégző képesség, joule-ban (J), kilowattórában (kWh) mérve. A munka (mechanikus) a test mozgása során bekövetkező energiaváltozásban nyilvánul meg, egységei megegyeznek az energiával. A teljesítmény az időegység alatt végzett munka mennyiségét fejezi ki, az alapegység a watt (W).

Az energiaforrások sajátos teljesítménye

Energiaforrás	Fűtőérték / kg sűrűség	Fűtőérték / l Energia / l	Energia / kg
benzin	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Olaj	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion akkumulátor (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

A fentiekből kitűnik, hogy például a 42,7 MJ / kg fűtőérték és 725 kg / m3 sűrűség mellett a benzin 8,60 kWh / liter vagy 11,86 kWh / kg energiát kínál. Ha megépítjük a jelenlegi akkumulátorokat, amelyeket most elektromos járművekbe telepítenek, például lítium-ion, akkor kapacitásuk kevesebb, mint 0,1 kWh kilogrammonként (az egyszerűség kedvéért 0,1 kWh-t veszünk figyelembe). A hagyományos üzemanyagok több mint százszor több energiát biztosítanak ugyanannak a súlynak. Meg fogja érteni, hogy ez óriási különbség. Ha például apró darabokra bontjuk, akkor a 31 kWh -s akkumulátorral ellátott Chevrolet Cruze olyan energiát hordoz, amely kevesebb, mint 2,6 kg benzinbe, vagy ha akar, körülbelül 3,5 liter benzinbe fér bele.

Meg lehet mondani, hogyan lehetséges, hogy egyáltalán elindul egy elektromos autó, és nem azt, hogy még mindig több mint 100 km energiája lesz. Az ok egyszerű. Az elektromos motor sokkal hatékonyabb a tárolt energia mechanikai energiává alakításában. Jellemzően 90% -os hatékonysággal kell rendelkeznie, míg a belsőégésű motor hatékonysága benzinmotor esetén körülbelül 30%, dízelmotor esetén 35%. Ezért ahhoz, hogy azonos teljesítményt nyújtson az elektromos motornak, elegendő egy sokkal alacsonyabb energiatartalékkal.

Az egyes meghajtók egyszerű használata

Az egyszerűsített számítás kiértékelése után feltételezzük, hogy egy liter benzinből megközelítőleg 2,58 kWh mechanikai energiát, egy liter gázolajból 3,42 kWh-t, egy kilogramm lítium-ion akkumulátorból 0,09 kWh-t nyerhetünk. A különbség tehát nem több százszorosnál, hanem csak körülbelül harmincszoros. Ez a legjobb szám, de még mindig nem igazán rózsaszín. Vegyük például a sportos Audi R8-at. Teljesen feltöltött, 470 kg tömegű akkumulátorai 16,3 liter benzinnek vagy mindössze 12,3 liter gázolajnak felelnek meg. Vagy ha egy Audi A4 3,0 TDI-nk lenne, 62 literes dízel üzemanyaggal, és ugyanazt a hatótávot szeretnénk tiszta akkumulátoros meghajtással elérni, akkor körülbelül 2350 kg akkumulátorra lenne szükségünk. Ez a tény egyelőre nem ad túl fényes jövőt az elektromos autónak. Nem kell azonban puskát dobni a rozsba, mivel az ilyen "e-autók" fejlesztésére irányuló nyomást a könyörtelen zöld lobbi veszi le, így akár tetszik az autógyártóknak, akár nem, muszáj valami "zöldet" gyártaniuk. . “. A tisztán elektromos hajtást határozottan helyettesítik az úgynevezett hibridek, amelyek belső égésű motort villanymotorral kombinálnak. Jelenleg a legismertebbek például a Toyota Prius (azonos hibrid technológiájú Auris HSD) vagy a Honda Inside. A tisztán elektromos hatótávolságuk azonban még mindig nevetséges. Az első esetben körülbelül 2 km-t (a Plug In legújabb verziójában 20 km-re növelik), a másodikban pedig a Honda nem is kopogtat tisztán elektromos hajtáson. Az ebből eredő hatékonyság a gyakorlatban egyelőre nem olyan csodálatos, mint azt a tömegreklám sugallja. A valóság bebizonyította, hogy többnyire hagyományos technológiával bármilyen kék mozgással (gazdaságossággal) ki tudják színezni őket. A hibrid erőmű előnye elsősorban az üzemanyag-takarékosságban rejlik városi közlekedés során. Az Audi a közelmúltban azt mondta, hogy jelenleg csak a testtömeg csökkentésére van szükség ahhoz, hogy átlagosan ugyanazt az üzemanyag-fogyasztást érjük el, mint egyes márkák hibrid rendszerrel az autóban. Egyes autók új modelljei is bizonyítják, hogy ez nem kiáltás a sötétbe. Például a nemrég bemutatott hetedik generációs Volkswagen Golf könnyebb alkatrészeket használ, hogy tanuljon, és a gyakorlatban kevesebb üzemanyagot használ fel, mint korábban. Hasonló irányt vett a japán Mazda autógyártó is. Ezen állítások ellenére folytatódik a „hosszú hatótávolságú” hibridhajtás fejlesztése. Példaként említem az Opel Amperát és paradox módon az Audi A1 e-tron modelljét.

Az egyes meghajtók egyszerű használata

Energiaforrás	A motor hatékonysága	Hatékony energia / l	Hatékony energia / kg
benzin	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Olaj	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Lítium-ion akkumulátorok	0,90	-	RENDBEN. 0,1 kWh / kg

Vauxhall Ampera

Bár az Opel Amperat gyakran elektromos járműként mutatják be, valójában hibrid jármű. Az Ampere az elektromos motor mellett 1,4 literes 63 kW-os belső égésű motort is használ. Ez a benzinmotor azonban nem hajtja közvetlenül a kerekeket, hanem generátorként működik, ha az akkumulátorokból lemerül az áram. energia. Az elektromos részt 111 kW (150 LE) teljesítményű és 370 Nm nyomatékú villanymotor képviseli. A tápegységet 220 T-alakú lítiumcella táplálja, összteljesítményük 16 kWh, súlyuk pedig 180 kg. Ez az elektromos autó tisztán elektromos hajtással 40-80 km-t tud megtenni. Ez a távolság gyakran elegendő az egész napos városi vezetéshez, és jelentősen csökkenti az üzemeltetési költségeket, mivel a városi forgalom jelentős üzemanyag-fogyasztást igényel a belsőégésű motorok esetében. Az akkumulátorok szabványos konnektorból is feltölthetők, és a belső égésű motorral kombinálva az Ampera hatótávolsága igen tekintélyes ötszáz kilométerre terjed ki.

Audi és elektron A1

Az Audi, amely a fejlettebb technológiájú klasszikus hajtást részesíti előnyben, mint egy műszakilag igen igényes hibridhajtást, több mint két éve mutatott be egy érdekes A1 e-tron hibrid autót. A 12 kWh kapacitású és 150 kg tömegű lítium-ion akkumulátorokat egy Wankel-motor tölti egy generátor részeként, amely az energiát 254 literes tartályban tárolt benzin formájában használja fel. A motor űrtartalma 15 köbméter. cm és 45 kW / h el. energia. A villanymotor teljesítménye 75 kW, és akár 0 kW teljesítményt is képes előállítani rövid időn belül. A 100-ról 10-re gyorsulás körülbelül 130 másodperc, végsebessége pedig körülbelül 50 km/h. Az autó körülbelül 12 km-t képes megtenni a városban tisztán elektromos meghajtással. Az e kimerülése után. az energiát a forgó belsőégésű motor diszkréten aktiválja, és újratölti az elektromosságot. energia az akkumulátorokhoz. A teljes hatótáv teljesen feltöltött akkumulátorral és 250 liter benzinnel körülbelül 1,9 km 100 liter/1450 km átlagfogyasztás mellett. A jármű üzemi tömege 12 kg. Vessünk egy pillantást egy egyszerű átalakításra, hogy közvetlen összehasonlításban lássuk, mennyi energia rejtőzik egy 30 literes tartályban. Ha egy modern Wankel-motor hatásfoka 70%, akkor abból 9 kg 12 kg (31 l) benzinnel együtt 79 kWh akkumulátorban tárolt energiának felel meg. Tehát 387,5 kg motor és tank = 1 kg akkumulátor (Audi A9 e-Tron súlyokkal számolva). Ha 62 literrel akarnánk növelni az üzemanyagtartályt, már XNUMX kWh energia állna rendelkezésre az autó meghajtására. Szóval folytathatnánk. De biztos van egy fogása. Nem lesz többé "zöld" autó. Tehát itt is jól látható, hogy az elektromos hajtást jelentősen korlátozza az akkumulátorokban tárolt energia teljesítménysűrűsége.

Különösen a magasabb ár, valamint a nagy tömeg vezetett oda, hogy az Audi hibrid hajtása fokozatosan háttérbe szorult. Ez azonban nem jelenti azt, hogy az Audinál teljesen leértékelődött volna a hibrid autók és az elektromos járművek fejlesztése. A napokban jelentek meg információk az A1 e-tron modell új verziójáról. Az előzőhöz képest a forgómotort/generátort egy 1,5 kW-os, 94 literes háromhengeres turbófeltöltős motor váltotta fel. A klasszikus belsőégésű aggregát használatát elsősorban az ehhez a váltóhoz kapcsolódó nehézségek miatt kényszerítette ki az Audi, az új háromhengeres motort pedig nem csak az akkumulátorok töltésére tervezték, hanem közvetlenül a hajtott kerekekkel is működik. A Sanyo akkumulátorok teljesítménye azonos, 12 kWh, a tisztán elektromos meghajtás hatótávolsága pedig kismértékben megnőtt, körülbelül 80 km-re. Az Audi szerint a továbbfejlesztett A1 e-tronnak átlagosan egy litert kellene száz kilométerenként. Sajnos ennek a kiadásnak van egy bukása. Megnövelt, tisztán elektromos hatótávolságú hibrid járművekhez. A meghajtó egy érdekes technikát alkalmaz a végső áramlási sebesség kiszámítására. Az úgynevezett fogyasztást figyelmen kívül hagyják. tankolás felől az akkumulátortöltő hálózat, valamint a végső fogyasztás l / 100 km, csak az utolsó 20 km-es vezetés benzinfogyasztását veszi figyelembe, amikor van áram. akkumulátortöltő. Egy nagyon egyszerű számítással ezt ki tudjuk számítani, ha az akkumulátorok megfelelően lemerültek. az áramszünet után vezettünk. a tisztán benzinakkumulátorokból származó energia, ennek eredményeként a fogyasztás ötszörösére, azaz 5 km-enként 100 liter benzinre nő.

Audi A1 e-tron II. generáció

Villamosenergia -tárolási problémák

Az energiatárolás kérdése egyidős magával az elektrotechnikával. Az első villamosenergia-források a galvánelemek voltak. Rövid idő elteltével felfedezték az elektromosság visszafordítható felhalmozódásának lehetőségét a galvanikus szekunder cellákban - akkumulátorokban. Az első használt akkumulátorok ólomelemek, rövid idő után nikkel-vas, majd kicsit később nikkel-kadmium akkumulátorok voltak, gyakorlati felhasználásuk több mint száz évig tartott. Azt is hozzá kell tenni, hogy az ezen a területen folytatott intenzív világméretű kutatások ellenére alapvető kialakításuk nem sokat változott. Új gyártási technológiákkal, az alapanyagok tulajdonságainak javításával és új anyagok felhasználásával a cella- és edényleválasztókhoz kismértékben csökkenteni lehetett a fajsúlyt, csökkenteni lehetett a cellák önkisülését, növelni a kezelő kényelmét és biztonságát, de kb ennyi. A legjelentősebb hátrány, pl. A tárolt energia mennyiségének igen kedvezőtlen aránya maradt az akkumulátorok tömegéhez és térfogatához viszonyítva. Ezért ezeket az akkumulátorokat főleg statikus alkalmazásokban használták (tartalék tápegységek arra az esetre, ha a fő tápegység meghibásodik, stb.). Az akkumulátorokat vontatási rendszerek energiaforrásaként használták, különösen vasúton (szállítókocsik), ahol a nagy tömeg és a jelentős méretek sem zavartak túlságosan.

Az energiatárolás előrehaladása

Megnövekedett azonban annak az igénye, hogy kis kapacitású és méretű cellákat kell kifejleszteni amperórában. Így alkáli primer cellák és nikkel-kadmium (NiCd), majd nikkel-fém-hidrid (NiMH) akkumulátorok zárt változatai keletkeztek. A cellák beágyazásához ugyanazokat a hüvely formákat és méreteket választottuk, mint az eddig hagyományos primer cink -klorid cellák esetében. Különösen a nikkel-fém-hidrid akkumulátorok elért paraméterei teszik lehetővé ezek használatát, különösen mobiltelefonokban, laptopokban, kézi szerszámmeghajtásokban stb. Ezeknek a celláknak a gyártási technológiája különbözik a cellákkal használt technológiáktól. nagy kapacitás amperórában. A nagycellás elektródarendszer lamellás elrendezését felváltja az a technológia, amely az elektródarendszert, beleértve a szeparátorokat is, hengeres tekerccsé alakítja át, amelyet az AAA, AA, C és D méretű, ill. méretük többszöröse. Egyes speciális alkalmazásokhoz speciális lapos cellákat gyártanak.

A spirálelektródákkal ellátott hermetikus cellák előnye a többszöröse nagyobb áramerősségű töltési és kisütési képesség, valamint a relatív energiasűrűségnek a cella tömegéhez és térfogatához viszonyított aránya a klasszikus nagycellás kialakításhoz képest. Hátránya több önkisülés és kevesebb munkaciklus. Egyetlen NiMH cella maximális kapacitása körülbelül 10 Ah. Csakhogy, mint más nagyobb átmérőjű hengereknél, a problémás hőelvezetés miatt nem teszik lehetővé a túl nagy áramerősség töltését, ami jelentősen csökkenti az elektromos járművekben való felhasználást, ezért ezt a forrást csak segédakkumulátorként használják hibrid rendszerben (Toyota Prius). 1,3 kWh).

Jelentős előrelépés az energiatárolás terén a biztonságos lítium akkumulátorok kifejlesztése. A lítium nagy elektrokémiai potenciál értékű elem, de oxidatív értelemben is rendkívül reakcióképes, ami a lítium fém gyakorlati felhasználása során is problémákat okoz. Amikor a lítium érintkezik a légköri oxigénnel, égés lép fel, amely a környezet tulajdonságaitól függően robbanásszerű lehet. Ez a kellemetlen tulajdonság a felület gondos védelmével, vagy kevésbé aktív lítiumvegyületek használatával küszöbölhető ki. Jelenleg a legelterjedtebb lítium-ion és lítium-polimer akkumulátorok, amelyek kapacitása 2-4 Ah amperórában. Felhasználásuk hasonló a NiMh-éhoz, átlagosan 3,2 V-os kisülési feszültség mellett 6-13 Wh energia áll rendelkezésre. A nikkel-fém-hidrid akkumulátorokhoz képest a lítium akkumulátorok kétszer-négyszer több energiát képesek tárolni azonos térfogat mellett. A lítium-ion (polimer) akkumulátorok gél vagy szilárd formájú elektrolitot tartalmaznak, és akár néhány tizedmilliméter vékonyságú lapos cellákban is gyárthatók, gyakorlatilag bármilyen formában, az adott alkalmazás igényeinek megfelelően.

A személygépkocsi elektromos hajtása készülhet fő és egyetlen (villanyautó) vagy kombináltként, ahol az elektromos hajtás a vontatás domináns és kiegészítő forrása is lehet (hibrid hajtás). Az alkalmazott változattól függően a jármű működésének energiaigénye és ezáltal az akkumulátorok kapacitása eltérő. Az elektromos járművekben az akkumulátor kapacitása 25 és 50 kWh között van, hibrid hajtással pedig természetesen alacsonyabb, és 1-10 kWh között mozog. A megadott értékekből látható, hogy egy (lítium) cella 3,6 V-os feszültségénél sorba kell kapcsolni a cellákat. Az elosztóvezetékekben, az inverterekben és a motortekercsekben bekövetkező veszteségek csökkentése érdekében javasolt a hajtásoknál a fedélzeti hálózatban szokásosnál magasabb feszültséget választani (12 V) - az általánosan használt értékek 250 és 500 V között vannak. ma nyilvánvalóan a lítium cellák a legalkalmasabb típusok. Igaz, még mindig nagyon drágák, különösen az ólom-savas akkumulátorokhoz képest. Ezek azonban sokkal nehezebbek.

A hagyományos lítium akkumulátorcellák névleges feszültsége 3,6 V. Ez az érték eltér a hagyományos nikkel-fém-hidrid celláktól. NiCd, amelyek névleges feszültsége 1,2 V (vagy vezeték - 2 V), ami a gyakorlatban nem teszi lehetővé mindkét típus felcserélhetőségét. Ezeknek a lítium akkumulátoroknak a töltését a maximális töltési feszültség értékének nagyon pontosan tartásának igénye jellemzi, ami speciális típusú töltőt igényel, és különösen nem teszi lehetővé más típusú cellákhoz tervezett töltőrendszerek használatát.

A lítium elemek fő jellemzői

Az elektromos járművek és hibridek akkumulátorának fő jellemzői azok töltési és kisütési jellemzői.

Töltési jellemző 

A töltési folyamat megköveteli a töltőáram szabályozását, a cellafeszültség szabályozása és az aktuális hőmérséklet szabályozása nem hagyható ki. A ma használatos lítiumcellák esetében, amelyek LiCoO2 -t használnak katódelektródaként, a maximális töltési feszültséghatár cellánként 4,20-4,22 V. Ennek az értéknek a túllépése a cella tulajdonságainak károsodásához vezet, és ellenkezőleg, az érték elérésének elmulasztása a névleges cellakapacitás kihasználatlanságát jelenti. A töltéshez a szokásos IU karakterisztikát használják, vagyis az első fázisban állandó árammal töltik, amíg el nem éri a 4,20 V / cella feszültséget. A töltőáram a cellagyártó által megadott maximális megengedett értékre korlátozódik. töltő opciók. A töltési idő az első szakaszban több tíz perctől több óráig terjed, a töltési áram nagyságától függően. A cellafeszültség fokozatosan max. értéke 4,2 V. Mint már említettük, ezt a feszültséget nem szabad túllépni a cella károsodásának veszélye miatt. A töltés első fázisában az energia 70-80% -a a cellákban tárolódik, a második fázisban a többi. A második fázisban a töltési feszültséget a megengedett legnagyobb értéken tartják, és a töltési áram fokozatosan csökken. A töltés akkor fejeződik be, ha az áram a cella névleges kisülési áramának körülbelül 2-3% -ára csökkent. Mivel a töltőáramok maximális értéke kisebb cellák esetén is többszöröse a kisülési áramnak, az első töltési fázisban a villamos energia jelentős része megtakarítható. energiát viszonylag nagyon rövid idő alatt (körülbelül ½ és 1 óra). Így vészhelyzet esetén lehetőség van arra, hogy az elektromos jármű akkumulátorát viszonylag rövid idő alatt elegendő kapacitásra töltsük fel. Még a lítiumcellák esetében is csökken a felhalmozott villamos energia egy bizonyos tárolási időszak után. Ez azonban csak körülbelül 3 hónapos leállás után következik be.

Ürítési jellemzők

A feszültség először gyorsan csökken 3,6–3,0 V -ra (a kisülési áram nagyságától függően), és szinte állandó marad az egész kisülés alatt. Az e-mail kínálat kimerülése után. az energia is nagyon gyorsan csökkenti a cella feszültségét. Ezért a kisütést legkésőbb a gyártó által megadott 2,7–3,0 V kisülési feszültségig be kell fejezni.

Ellenkező esetben a termék szerkezete megsérülhet. A kirakodási folyamat viszonylag könnyen irányítható. Csak az áram értéke korlátozza, és leáll, amikor eléri a végső kisülési feszültség értékét. Az egyetlen probléma az, hogy az egyes cellák tulajdonságai egymást követő elrendezésben soha nem azonosak. Ezért ügyelni kell arra, hogy bármely cella feszültsége ne essen a végső kisülési feszültség alá, mert ez károsíthatja azt, és ezáltal az egész akkumulátor meghibásodását okozhatja. Ugyanezt kell figyelembe venni az akkumulátor töltésekor.

Az említett típusú katódos anyagú lítiumcellák, amelyekben a kobalt-, nikkel- vagy mangán-oxidot Li3V2 (PO4) 3-foszfiddal helyettesítik, kiküszöbölik a cella megsértésének említett kockázatát a meg nem felelés miatt. nagyobb kapacitású. Ezenkívül a bejelentett élettartamuk körülbelül 2 töltési ciklus (000% -os lemerülés esetén), és különösen az a tény, hogy amikor a cella teljesen lemerül, nem sérül meg. Előnye továbbá, hogy a névleges feszültség magasabb, körülbelül 80, amikor 4,2 V -ig töltődik.

A fenti leírás alapján egyértelműen jelezhető, hogy a lítium akkumulátorok jelenleg az egyetlen alternatíva, mint például az autó vezetéséhez szükséges energia tárolása az üzemanyag -tartályban lévő fosszilis üzemanyagban tárolt energiához képest. Az akkumulátor-specifikus kapacitás növekedése növeli ennek a környezetbarát meghajtónak a versenyképességét. Csak remélni tudjuk, hogy a fejlődés nem lassul, hanem éppen ellenkezőleg, több mérföldet halad előre.

Példák hibrid és elektromos akkumulátorokat használó járművekre

A Toyota Prius klasszikus hibrid, alacsony teljesítménytartalommal tiszta elektromos. hajtás

A Toyota Prius 1,3 kWh NiMH akkumulátort használ, amelyet elsősorban gyorsításhoz használnak áramforrásként, és lehetővé teszi külön elektromos hajtás használatát körülbelül 2 km -es távolságon, max. 50 km / h sebességgel. A Plug-In változatban már 5,4 kWh kapacitású lítium-ion akkumulátorokat használnak, amelyek lehetővé teszik, hogy kizárólag elektromos meghajtón, 14-20 km távolságon, maximális sebességgel vezessen. sebesség 100 km / h.

Opel Ampere-hibrid megnövelt teljesítménytartalommal tiszta e-mailben. hajtás

A kibővített hatótávolságú (40-80 km) elektromos járművet, ahogy az Opel a négyüléses ötajtós Ampert nevezi, 111 kW (150 LE) és 370 Nm nyomatékú villanymotor hajtja. A tápegységet 220 T-alakú lítiumcella táplálja, összteljesítményük 16 kWh, súlyuk pedig 180 kg. A generátor 1,4 literes benzinmotor, 63 kW teljesítménnyel.

Mitsubishi és MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. autók

A 16 kWh kapacitású lítium-ion akkumulátorok lehetővé teszik, hogy a jármű akár 150 km-t is meg tudjon utazni újratöltés nélkül, a NEDC (New European Driving Cycle) szabvány szerint mérve. A nagyfeszültségű akkumulátorok (330 V) a padlón belül helyezkednek el, és a bölcső keret is védi őket a sérülésektől ütközés esetén. A Mitsubishi és a GS Yuasa Corporation közös vállalata, a Lithium Energy Japan terméke. Összesen 88 cikk található. A hajtás áramellátását egy 330 V-os lítium-ion akkumulátor biztosítja, amely 88 50 Ah-s cellából áll, amelyek teljes kapacitása 16 kWh. Az akkumulátort egy otthoni konnektorból hat órán belül fel kell tölteni, külső gyorstöltővel (125 A, 400 V), az akkumulátor pedig fél óra alatt 80% -ra töltődik fel.

Jómagam nagy rajongója vagyok az elektromos járműveknek, és folyamatosan figyelem, mi történik ezen a területen, de a valóság jelenleg nem ennyire optimista. Ezt igazolják a fenti információk is, amelyekből kiderül, hogy a tisztán elektromos és hibrid járművek élete sem könnyű, sokszor csak egy számjáték színleli azt. Előállításuk továbbra is nagyon igényes és költséges, hatékonyságuk pedig többszörösen vitatható. Az elektromos járművek (hibridek) fő hátránya az akkumulátorokban tárolt energia nagyon alacsony fajlagos kapacitása a hagyományos üzemanyagokban (dízel, benzin, cseppfolyósított kőolaj, sűrített földgáz) tárolt energiához képest. Ahhoz, hogy az elektromos járművek teljesítménye valóban közelebb kerüljön a hagyományos autókhoz, az akkumulátoroknak legalább egy tizedével kellene csökkenteni a tömegüket. Ez azt jelenti, hogy az említett Audi R8 e-tronnak nem 42, hanem 470 kg-ban kellett 47 kWh-t tárolnia. Ráadásul a töltési időt is jelentősen le kellene csökkenteni. Kb. egy óra 70-80%-os kapacitáson még mindig sok, és nem beszélek átlagosan 6-8 óráról teljes feltöltéssel. Nem kell elhinni a szén-dioxid-kibocsátás nélküli elektromos járművek zéró termeléséről szóló baromságokat sem. Azonnal jegyezzük meg azt a tényt Az aljzatainkban lévő energiát hőerőművek is termelik, és nem csak elegendő CO2-t termelnek. Nem is beszélve az ilyen autók bonyolultabb gyártásáról, ahol a gyártáshoz sokkal nagyobb a CO2-igény, mint egy klasszikusban. Nem szabad megfeledkeznünk a nehéz és mérgező anyagokat tartalmazó komponensek számáról és azok problémás későbbi ártalmatlanításáról sem.

Az összes említett és nem említett mínusz mellett az elektromos autónak (hibridnek) vannak tagadhatatlan előnyei is. Városi forgalomban vagy rövidebb távon gazdaságosabb működésük vitathatatlan, már csak a fékezés közbeni energiatárolás (visszanyerés) elve miatt, amikor a hagyományos járművekben fékezéskor hulladékhő formájában távozik a levegőbe, nem említsd meg a néhány km-es autóútra a városban való olcsó feltöltést nyilvános e-mailből. háló. Ha összehasonlítunk egy tisztán elektromos autót és egy klasszikus autót, akkor egy hagyományos autóban van egy belső égésű motor, ami önmagában is meglehetősen összetett mechanikai elem. Erőjét valamilyen módon át kell adni a kerekekre, és ez többnyire kézi vagy automata sebességváltón keresztül történik. Még mindig útban van egy vagy több differenciálmű, néha egy hajtótengely és egy sor tengelytengely is. Természetesen az autónak is le kell lassítania, le kell hűlnie a motornak, és ez a hőenergia haszontalanul elvész a környezetbe maradékhőként. Az elektromos autó sokkal hatékonyabb és egyszerűbb - (nem vonatkozik a hibrid hajtásra, ami nagyon bonyolult). Az elektromos autó nem tartalmaz váltót, váltót, kardánt és féltengelyt, felejtsd el a motort elöl, hátul vagy középen. Nem tartalmaz hűtőt, azaz hűtőfolyadékot és önindítót. Az elektromos autó előnye, hogy közvetlenül a kerekekbe tud motorokat szerelni. És hirtelen megvan a tökéletes ATV, amely minden kereket a többitől függetlenül képes irányítani. Ezért egy elektromos járműnél nem lesz nehéz csak egy kereket irányítani, és lehetőség van a kanyarodáshoz optimális erőelosztás kiválasztására és szabályozására is. A motorok mindegyike lehet fék is, ismét teljesen független a többi keréktől, amely a mozgási energia legalább egy részét elektromos energiává alakítja vissza. Ennek eredményeként a hagyományos fékek sokkal kisebb igénybevételnek lesznek kitéve. A motorok szinte bármikor és késedelem nélkül képesek a maximális rendelkezésre álló teljesítményt előállítani. Hatékonyságuk az akkumulátorokban tárolt energia mozgási energiává alakításában körülbelül 90%, ami körülbelül háromszorosa a hagyományos motorokénak. Következésképpen nem termelnek annyi maradék hőt, és nem kell nehéz hűteni. Ehhez nem kell más, mint egy jó hardver, egy vezérlőegység és egy jó programozó.

Suma sumárum. Ha az elektromos autók vagy hibridek még közelebb állnak az üzemanyag -hatékony motorokkal rendelkező klasszikus autókhoz, akkor is nagyon nehéz és nehéz út áll előttük. Csak remélem, hogy ezt nem erősíti meg számos félrevezető szám, ill. a tisztviselők túlzott nyomása. De ne essünk kétségbe. A nanotechnológia fejlődése valóban ugrásszerűen halad, és talán a közeljövőben valóban csodák várnak ránk.

Végül hozzáteszek még egy érdekességet. Már van egy napelemes tankoló.

A Toyota Industries Corp (TIC) kifejlesztett egy napelemes töltőállomást elektromos és hibrid járművekhez. Az állomás az elektromos hálózathoz is csatlakozik, így az 1,9 kW -os napelemek nagyobb valószínűséggel további energiaforrást jelentenek. Önálló (napelemes) áramforrás használatával a töltőállomás 110 VAC / 1,5 kW maximális teljesítményt tud biztosítani, a hálózatra csatlakoztatva pedig maximum 220 VAC / 3,2 kW teljesítményt nyújt.

A napelemekből származó fel nem használt villamos energiát akkumulátorokban tárolják, amelyek 8,4 kWh -t képesek tárolni későbbi használatra. Lehetőség van áramellátásra az elosztóhálózatra vagy az ellátóállomás tartozékaira is. Az állomáson használt töltőállványok beépített kommunikációs technológiával rendelkeznek, amely ennek megfelelően képes a járművek azonosítására. tulajdonosai intelligens kártyákat használnak.

Az akkumulátorokra vonatkozó fontos feltételek

• Hatalom - az akkumulátorban tárolt elektromos töltés (energiamennyiség) mennyiségét jelzi. Amperórában (Ah) vagy kisméretű készülékek esetén milliamperórában (mAh) van megadva. Egy 1 Ah-s (= 1000 mAh) akkumulátor elméletileg 1 ampert képes leadni egy órán keresztül.
• Belső ellenállás - jelzi az akkumulátor azon képességét, hogy kisebb-nagyobb kisülési áramot biztosítson. Szemléltetésképpen két tartály használható, az egyik kisebb kimenetű (nagy belső ellenállás), a másik pedig egy nagyobb (alacsony belső ellenállás). Ha úgy döntünk, hogy kiürítjük őket, egy kisebb leeresztőnyílású tartály lassabban ürül ki.
• Az akkumulátor névleges feszültsége - nikkel-kadmium és nikkel-fém-hidrid akkumulátorok esetén 1,2 V, ólom 2 V és lítium 3,6-4,2 V. Működés közben ez a feszültség 0,8-1,5 V között változik nikkel-kadmium és nikkel-fém-hidrid akkumulátoroknál, 1,7 - 2,3 V ólom és 3-4,2 és 3,5-4,9 lítium.
• Töltőáram, kisülési áram – amperben (A) vagy milliamperben (mA) kifejezve. Ez fontos információ a kérdéses akkumulátor egy adott készülékhez való gyakorlati használatához. Meghatározza az akkumulátor helyes feltöltésének és kisütésének feltételeit is, hogy a kapacitása maximálisan kihasználható legyen, ugyanakkor ne sérüljön meg.
• Töltés kisülési görbe - grafikusan megjeleníti a feszültség változását az akkumulátor töltési vagy kisütési idejétől függően. Amikor az akkumulátor lemerül, a kisülési idő körülbelül 90%-ában jellemzően kis feszültségváltozás következik be. Ezért a mért feszültségből nagyon nehéz meghatározni az akkumulátor aktuális állapotát.
• Önkisülés, önkisülés – Az akkumulátor nem képes folyamatosan áramot fenntartani. energia, mivel az elektródák reakciója reverzibilis folyamat. A feltöltött akkumulátor fokozatosan magától lemerül. Ez a folyamat több héttől hónapig tarthat. Az ólomakkumulátorok esetében ez havi 5-20%, a nikkel-kadmium akkumulátoroknál - a napi elektromos töltés körülbelül 1%-a, a nikkel-fémhidrid akkumulátoroknál - körülbelül 15-20% per nap. hónapban, és a lítium körülbelül 60%-ot veszít. kapacitás három hónapig. Az önkisülés függ a környezeti hőmérséklettől, valamint a belső ellenállástól (a nagyobb belső ellenállású akkumulátorok kevésbé kisülnek), és természetesen a kialakítás, a felhasznált anyagok és a megmunkálás is fontos.
•  Akkumulátor (készletek) – Az elemeket csak kivételes esetekben használják egyenként. Általában egy készletben, szinte mindig sorba vannak kötve. Egy ilyen halmaz maximális áramerőssége egyenlő egy egyedi cella maximális áramával, a névleges feszültség az egyes cellák névleges feszültségeinek összege.
•  Az elemek felhalmozódása.  Az új vagy nem használt akkumulátort egy, de lehetőleg több (3-5) lassú teljes feltöltési és lassú lemerítési ciklusnak kell alávetni. Ez a lassú folyamat az akkumulátor paramétereit a kívánt szintre állítja.
•  Memóriahatás – Ez akkor fordul elő, ha az akkumulátor körülbelül állandó, nem túl nagy áramerősséggel azonos szintre van töltve és lemerítve, és nem szabad teljes töltésnek vagy mélykisülésnek lennie a cellában. Ez a mellékhatás a NiCd-t (minimum a NiMH-t is) érintette.