Patareid hübriid- ja elektrisõidukitele

Oma eelmises artiklis arutasime akut kui elektriallikat, mida on vaja eelkõige auto käivitamiseks, aga ka elektriseadmete suhteliselt lühiajaliseks tööks. Suurte mobiilseadmete, meie puhul hübriidsõidukite ja elektrisõidukite liikumise valdkonnas kasutatavate akude omadustele esitatakse aga täiesti erinevad nõuded. Sõiduki toiteks on vaja palju suuremat kogust salvestatud energiat ja see tuleb kuhugi salvestada. Sisepõlemismootoriga klassikalises autos hoitakse seda paagis bensiini, diisli või vedelgaasi kujul. Elektrisõiduki või hübriidsõiduki puhul hoitakse seda akudes, mida võib kirjeldada kui elektrisõiduki peamist probleemi.

Praegused akud võivad salvestada vähe energiat, kuigi need on üsna mahukad, rasked ja samal ajal kulub nende maksimaalseks täiendamiseks mitu tundi (tavaliselt 8 või enam). Seevastu tavalised sisepõlemismootoriga sõidukid suudavad väikeses korpuses akudega võrreldes suurel hulgal energiat salvestada, eeldusel, et laadimiseks kulub vaid minut, võib -olla kaks. Kahjuks on elektri salvestamise probleem elektrisõidukeid kimbutanud nende loomisest saadik ning vaatamata vaieldamatule edule on nende energiatihedus sõiduki toiteks endiselt väga madal. Järgmistes ridades, e -posti salvestamine Arutame üksikasjalikumalt energiat ja püüame tuua lähemale puhta elektri- või hübriidajamiga autode tegelikku tegelikkust. Nende "elektrooniliste autode" ümber on palju müüte, seega ei tee paha, kui vaadata lähemalt selliste ajamite eeliseid või puudusi.

Kahjuks on ka tootjate antud arvud väga kahtlased ja pigem teoreetilised. Näiteks Kia Venga sisaldab elektrimootorit, mille võimsus on 80 kW ja pöördemoment 280 Nm. Toidet annavad liitiumioonakud võimsusega 24 kWh, Kia Vengy EV arvestuslik sõiduulatus on tootja andmetel 180 km. Akude mahutavus ütleb, et täis laetuna suudavad need pakkuda 24 kW mootorikulu või poole tunniga 48 kW tarbimist jne. Lihtne ümberarvutus ja me ei saa 180 km sõita . Kui tahaksime mõelda sellisele sõiduulatusele, siis peaksime sõitma keskmiselt 60 km/h umbes 3 tundi ja mootori võimsus oleks vaid kümnendik nimiväärtusest ehk 8 kW. Ehk siis päris ettevaatliku (ettevaatliku) sõiduga, kus pea kindlasti töös pidurit kasutad, on selline sõit teoreetiliselt võimalik. Loomulikult ei arvesta me erinevate elektritarvikute kaasamist. Igaüks võib juba ette kujutada, milline enesesalgamine võrreldes klassikalise autoga. Samal ajal valad klassikalisesse Vengasse 40 liitrit diislikütust ja sõidad piiranguteta sadu ja sadu kilomeetreid. Miks see nii on? Proovime võrrelda, kui palju sellest energiast ja kui suure massi mahub klassikaline auto paaki ning kui palju mahutab elektriauto akudesse – loe lähemalt siit SIIT.

Mõned faktid keemiast ja füüsikast

• bensiini kütteväärtus: 42,7 MJ / kg,
• diislikütuse kütteväärtus: 41,9 MJ / kg,
• bensiini tihedus: 725 kg / m3,
• tööstusbensiini tihedus: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Vatt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energia on töövõime, mõõdetuna džaulides (J), kilovatt-tundides (kWh). Töö (mehaaniline) väljendub energia muutumises keha liikumise ajal, sellel on samad ühikud kui energial. Võimsus väljendab ajaühikus tehtud töö mahtu, mille põhiühikuks on vatt (W).

Energiaallikate erivõimsus

Energiaressurss	Kütteväärtus / kg tihedus	Kütteväärtus / l Energia / l	Energia / kg
Bensiin	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Õli	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion aku (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Eelnevast nähtub, et näiteks kütteväärtusega 42,7 MJ / kg ja tihedusega 725 kg / m3 pakub bensiin energiat 8,60 kWh liitri kohta või 11,86 kWh kilogrammi kohta. Kui me ehitame praegused akud, mis on nüüd paigaldatud elektrisõidukitesse, näiteks liitium-ioon, on nende võimsus alla 0,1 kWh kilogrammi kohta (lihtsuse huvides kaalume 0,1 kWh). Tavakütused annavad sama massi jaoks üle saja korra rohkem energiat. Saate aru, et see on tohutu erinevus. Kui see näiteks väikesteks jagada, kannab 31 kWh akuga Chevrolet Cruze energiat, mis mahub alla 2,6 kg bensiini või soovi korral umbes 3,5 liitrit bensiini.

Võite öelda, kuidas on võimalik, et elektriauto üldse käivitub, mitte aga seda, et sellel on ikkagi rohkem kui 100 km energiat. Põhjus on lihtne. Elektrimootor on salvestatud energia muundamisel mehaaniliseks energiaks palju tõhusam. Tavaliselt peaks selle kasutegur olema 90%, samas kui sisepõlemismootori kasutegur on bensiinimootori puhul umbes 30% ja diiselmootori puhul 35%. Seetõttu piisab elektrimootorile sama võimsuse tagamiseks palju väiksema energiavaruga.

Üksikute ajamite kasutusmugavus

Pärast lihtsustatud arvutuse hindamist eeldatakse, et liitrist bensiinist saame ligikaudu 2,58 kWh, liitrist diislikütusest 3,42 kWh ja kilogrammist liitiumioonakudest 0,09 kWh. Nii et vahe pole rohkem kui sajakordne, vaid ainult umbes kolmekümnekordne. See on parim number, kuid siiski mitte päris roosa. Mõelge näiteks sportlikule Audi R8-le. Selle täislaetud akud, mis kaaluvad 470 kg, on energiaekvivalendina 16,3 liitrit bensiini või vaid 12,3 liitrit diislikütust. Või kui meil oleks Audi A4 3,0 TDI, mille paagimaht on 62 liitrit diislikütust ja me sooviksime sama sõiduulatust puhtal akuajamil, vajaksime ligikaudu 2350 kg akusid. Seni ei anna see asjaolu elektriautole kuigi helget tulevikku. Siiski pole vaja püssi rukki pihta visata, sest surve selliste "e-autode" arendamiseks võtab maha halastamatu roheline fuajee, nii et kas see autotootjatele meeldib või mitte, peavad nad tootma midagi "rohelist". " “. Puhtelektrilise ajami kindel asendus on nn hübriidid, mis ühendavad sisepõlemismootori elektrimootoriga. Praegu on tuntumad näiteks Toyota Prius (sama hübriidtehnoloogiaga Auris HSD) või Honda Inside. Nende puhtalt elektriline ulatus on aga endiselt naeruväärne. Esimesel juhul umbes 2 km (Plug In uusimas versioonis suurendatakse seda "20 km-ni") ja teisel juhul ei koputa Honda isegi puhtalt elektriajamile. Siiani pole sellest tulenev tõhusus praktikas nii imeline, kui massireklaam viitab. Tegelikkus on näidanud, et nad saavad neid värvida mis tahes sinise liikumisega (ökonoomne) enamasti tavatehnoloogiaga. Hübriidelektrijaama eelis seisneb peamiselt kütusesäästlikkuses linnas sõites. Audi ütles hiljuti, et praegu on vaja ainult kehakaalu vähendada, et saavutada keskmiselt samasugune kütusesäästlikkus, mida mõned kaubamärgid saavutavad autosse hübriidsüsteemi paigaldamisega. Ka mõne auto uued mudelid tõestavad, et tegu pole karjumisega pimedusse. Näiteks hiljuti esitletud seitsmenda põlvkonna Volkswagen Golf kasutab õppimiseks kergemaid komponente ja kasutab praktikas tegelikult varasemast vähem kütust. Jaapani autotootja Mazda on võtnud sarnase suuna. Nendele väidetele vaatamata jätkub "pika sõidumaa" hübriidajami arendamine. Näitena toon Opel Ampera ja paradoksaalsel kombel mudeli Audi A1 e-tronilt.

Üksikute ajamite kasutusmugavus

Energiaressurss	Mootori efektiivsus	Tõhus energia / l	Tõhus energia / kg
Bensiin	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Õli	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Liitiumioonakud	0,90	-	OKEI. 0,1 kWh / kg

opel amper

Kuigi Opel Amperat esitletakse sageli elektriautona, on see tegelikult hübriidauto. Lisaks elektrimootorile kasutab Ampere ka 1,4-liitrist 63 kW sisepõlemismootorit. See bensiinimootor ei vea aga otse rattaid, vaid toimib generaatorina juhuks, kui patareid elektrit tühjaks saavad. energia. Elektrilist osa esindab elektrimootor võimsusega 111 kW (150 hj) ja pöördemomendiga 370 Nm. Toiteallika toiteallikaks on 220 T-kujulist liitiumelementi, mille koguvõimsus on 16 kWh ja kaal 180 kg. See elektriauto võib läbida puhtalt elektriajamiga 40–80 km. See vahemaa on sageli piisav terveks päevaks linnasõiduks ja vähendab oluliselt tegevuskulusid, kuna linnaliiklus nõuab sisepõlemismootorite puhul märkimisväärset kütusekulu. Patareid saab laadida ka tavalisest pistikupesast ning kombineerituna sisepõlemismootoriga ulatub Ampera sõiduulatus väga auväärse viiesaja kilomeetrini.

Audi ja elektron A1

Audi, mis eelistab klassikalist ja arenenuma tehnoloogiaga sõitu kui tehniliselt väga nõudlikku hübriidajamit, tutvustas rohkem kui kaks aastat tagasi huvitavat A1 e-tron hübriidautot. Liitiumioonakusid võimsusega 12 kWh ja kaaluga 150 kg laeb Wankeli mootor generaatori osana, mis kasutab 254-liitrises paagis salvestatud energiat bensiini kujul. Mootori töömaht on 15 kuupmeetrit. cm ja toodab 45 kW / h el. energiat. Elektrimootori võimsus on 75 kW ja see suudab lühikese ajaga toota kuni 0 kW võimsust. Kiirendus 100-lt 10-ni on umbes 130 sekundit ja tippkiirus umbes 50 km/h. Auto suudab puhtelektrilise ajamiga mööda linna ringi sõita umbes 12 km. Pärast e. energia aktiveeritakse diskreetselt pöörleva sisepõlemismootori poolt ja laeb elektrit uuesti. energiat akude jaoks. Kogu sõiduulatus täislaetud akude ja 250 liitri bensiiniga on umbes 1,9 km keskmise kuluga 100 liitrit 1450 km kohta. Sõiduki töömass on 12 kg. Vaatame lihtsat teisendust, et näha otseses võrdluses, kui palju energiat on peidetud 30-liitrises paagis. Kui eeldada, et kaasaegse Wankeli mootori kasutegur on 70%, siis 9 kg sellest koos 12 kg (31 L) bensiiniga võrdub 79 kWh akudesse salvestatud energiaga. Seega 387,5 kg mootorit ja paaki = 1 kg akusid (arvestatud Audi A9 e-Tron kaaludes). Kui sooviksime kütusepaaki 62 liitri võrra suurendada, oleks meil auto toiteks juba XNUMX kWh energiat. Nii et võiksime jätkata. Kuid tal peab olema üks saak. See ei ole enam "roheline" auto. Nii et isegi siin on selgelt näha, et elektriajamit piirab oluliselt akudesse salvestatud energia võimsustihedus.

Eelkõige on kõrgem hind ja ka suur kaal kaasa toonud selle, et Audi hübriidajam on tasapisi tagaplaanile vajunud. See aga ei tähenda, et hübriidautode ja elektrisõidukite areng Audis oleks täielikult amortiseerunud. Hiljuti ilmus teave A1 e-troni mudeli uue versiooni kohta. Võrreldes eelmisega on rootormootor/generaator asendatud 1,5 kW 94-liitrise kolmesilindrilise turbomootoriga. Klassikalise sisepõlemisagregaadi kasutamist sundis Audi peamiselt selle jõuülekandega seotud raskuste tõttu ning uus kolmesilindriline mootor on mõeldud mitte ainult akude laadimiseks, vaid ka otse veoratastega töötama. Sanyo akude võimsus on identne 12 kWh ja puhtelektrilise ajami tööulatus on veidi suurendatud, umbes 80 km-ni. Audi sõnul peaks uuendatud A1 e-tron keskmiselt üks liiter sajale kilomeetrile. Kahjuks on sellel kulul üks tõrge. Laiendatud puhtelektrilise sõiduulatusega hübriidsõidukitele. drive kasutab huvitavat tehnikat lõpliku voolukiiruse arvutamiseks. Tähelepanuta jäetakse niinimetatud tarbimine. alates tankimine aku laadimisvõrk ja ka lõpptarbimine l / 100 km võtavad arvesse ainult viimase 20 km bensiinikulu, kui elekter on olemas. aku laetus. Väga lihtsa arvutuse abil saame selle arvutada, kui akud olid sobivalt tühjenenud. sõitsime peale seda, kui vool ära läks. puhtalt bensiiniakudest saadav energia, mille tulemusena suureneb tarbimine viis korda, see tähendab 5 liitrit bensiini 100 km kohta.

Audi A1 e-tron II. põlvkond

Elektri salvestamise probleemid

Energia salvestamise küsimus on sama vana kui elektrotehnika ise. Esimesed elektriallikad olid galvaanilised elemendid. Lühikese aja pärast avastati elektrienergia pöörduva akumuleerumisprotsessi võimalus galvaanilistes sekundaarelementides - patareides. Esimesed kasutusel olnud akud olid pliiakud, lühikese aja pärast nikkel-raud- ja veidi hiljem nikkel-kaadmiumakud ning nende praktiline kasutamine kestis üle saja aasta. Samuti tuleb lisada, et vaatamata intensiivsele ülemaailmsele uuringule selles valdkonnas, ei ole nende põhikujundus palju muutunud. Kasutades uusi tootmistehnoloogiaid, parandades alusmaterjalide omadusi ja kasutades uusi materjale rakkude ja anumate separaatorites, oli võimalik veidi vähendada erikaalu, vähendada rakkude isetühjenemist ning suurendada operaatori mugavust ja ohutust, aga see selleks. Kõige olulisem puudus, st. Alles jäi väga ebasoodne salvestatava energia hulga suhe akude kaalu ja mahu vahel. Seetõttu kasutati neid akusid peamiselt staatilistes rakendustes (varutoiteallikad juhuks, kui põhitoiteallikas peaks rikki minema jne). Akusid kasutati veosüsteemide energiaallikana, eriti raudteel (transpordikärud), kus ka suur kaal ja olulised mõõtmed ei seganud liiga palju.

Energia salvestamise edenemine

Siiski on suurenenud vajadus arendada väikese võimsuse ja mõõtmetega rakke ampertundides. Nii moodustati leeliselised primaarelemendid ja nikkel-kaadmium (NiCd) ning seejärel nikkel-metallhüdriid (NiMH) patareide suletud versioonid. Rakkude kapseldamiseks valiti sama hülsi kuju ja suurus nagu seni tavapäraste primaarsete tsinkkloriidrakkude puhul. Eelkõige võimaldavad nikkel-metallhüdriidpatareide saavutatud parameetrid neid kasutada eelkõige mobiiltelefonides, sülearvutites, tööriistade käsitsi ajamites jne. Nende elementide tootmistehnoloogia erineb tehnoloogiatest, mida kasutatakse akuga suur võimsus ampertundides. Suure elemendiga elektroodisüsteemi lamellne paigutus asendatakse elektroodisüsteemi, sealhulgas eraldajate, muundamise tehnoloogiaga silindriliseks mähiseks, mis sisestatakse ja võetakse kokku AAA, AA, C ja D suurusega korrapärase kujuga elementidega. nende suuruse mitmekordne. Mõne erirakenduse jaoks toodetakse spetsiaalseid lamedaid elemente.

Spiraalelektroodidega hermeetiliste elementide eeliseks on mitu korda suurem võime laadida ja tühjendada suure vooluga ning suhtelise energiatiheduse suhe raku massi ja mahuga võrreldes klassikalise suurte elementide konstruktsiooniga. Puuduseks on suurem isetühjenemine ja vähem töötsükleid. Ühe NiMH-elemendi maksimaalne võimsus on ligikaudu 10 Ah. Kuid nagu ka teiste suurema läbimõõduga silindrite puhul, ei võimalda need probleemse soojuse hajumise tõttu laadida liiga suuri voolusid, mis vähendab oluliselt kasutamist elektrisõidukites ja seetõttu kasutatakse seda allikat ainult hübriidsüsteemis lisaakuna (Toyota Prius 1,3 kWh).

Märkimisväärne edasiminek energia salvestamise vallas on olnud ohutute liitiumakude väljatöötamine. Liitium on kõrge elektrokeemilise potentsiaaliga element, kuid see on ka oksüdatiivses mõttes äärmiselt reaktiivne, mis tekitab probleeme ka liitiumi metalli kasutamisel praktikas. Liitiumi kokkupuutel õhuhapnikuga toimub põlemine, mis olenevalt keskkonna omadustest võib olla plahvatuse iseloomuga. Selle ebameeldiva omaduse saab kõrvaldada kas pinda hoolikalt kaitstes või vähemaktiivseid liitiumiühendeid kasutades. Hetkel levinumad liitiumioon- ja liitiumpolümeerakud, mille võimsus on 2 kuni 4 Ah ampertundides. Nende kasutus on sarnane NiMh omaga ja keskmise tühjenduspinge 3,2 V korral on saadaval 6–13 Wh energiat. Võrreldes nikkel-metallhüdriidakudega suudavad liitiumakud sama mahu jaoks kaks kuni neli korda rohkem energiat salvestada. Liitiumioonakudel (polümeer) on elektrolüüt geel- või tahkel kujul ning neid saab toota kuni mõne kümnendiku millimeetri paksuste lamedate elementidena praktiliselt igasuguse kujuga, mis vastavad vastava rakenduse vajadustele.

Sõiduauto elektriajamit saab teha peamise ja ainsa (elektriauto) või kombineerituna, kus elektriajam võib olla nii domineerivaks kui ka abiveoallikaks (hübriidajam). Olenevalt kasutatavast variandist erinevad sõiduki tööks vajalikud energianõuded ja seega ka akude mahutavus. Elektrisõidukitel jääb aku mahutavus vahemikku 25–50 kWh ning hübriidajamiga loomulikult madalam ja jääb vahemikku 1–10 kWh. Antud väärtustest on näha, et ühe (liitium)elemendi pingel 3,6 V on vaja elemendid järjestikku ühendada. Kadude vähendamiseks jaotusjuhtmetes, inverterites ja mootorimähistes on soovitatav valida ajamite jaoks pardavõrgus tavapärasest kõrgem pinge (12 V) - tavaliselt kasutatavad väärtused on 250 kuni 500 V. Alates tänapäeval on liitiumelemendid ilmselt kõige sobivam tüüp. Tuleb tunnistada, et need on endiselt väga kallid, eriti kui võrrelda pliiakudega. Need on aga palju raskemad.

Tavaliste liitiumakuelementide nimipinge on 3,6 V. See väärtus erineb vastavalt tavapärastest nikkel-metallhüdriidelementidest. NiCd, mille nimipinge on 1,2 V (või plii - 2 V), mis praktikas kasutamisel ei võimalda mõlemat tüüpi vahetada. Nende liitiumakude laadimist iseloomustab vajadus väga täpselt säilitada maksimaalse laadimispinge väärtus, mis nõuab spetsiaalset laadijatüüpi ja eriti ei võimalda kasutada teist tüüpi elementide jaoks mõeldud laadimissüsteeme.

Liitiumakude peamised omadused

Elektrisõidukite ja hübriidide akude peamisteks omadusteks võib pidada nende laadimis- ja tühjenemisomadusi.

Laadimisomadused 

Laadimisprotsess nõuab laadimisvoolu reguleerimist, elemendi pinge juhtimist ja praeguse temperatuuri reguleerimist ei saa vahele jätta. Tänapäeval kasutatavate liitium -elementide puhul, mis kasutavad katoodelektroodina LiCoO2, on maksimaalne laadimispinge piir 4,20 kuni 4,22 V elemendi kohta. Selle väärtuse ületamine kahjustab lahtri omadusi ja vastupidi, selle väärtuse saavutamata jätmine tähendab lahtri nimimahu kasutamata jätmist. Laadimiseks kasutatakse tavalist IU omadust, see tähendab, et esimeses faasis laetakse seda konstantse vooluga, kuni saavutatakse pinge 4,20 V / element. Laadimisvool on piiratud vastavalt elemendi tootja määratud maksimaalse lubatud väärtusega. laadija valikud. Laadimisaeg esimeses etapis varieerub mitmekümnest minutist mitme tunnini, olenevalt laadimisvoolu suurusest. Rakupinge suureneb järk -järgult kuni maks. väärtused 4,2 V. Nagu juba mainitud, ei tohiks seda pinget ületada elemendi kahjustamise ohu tõttu. Laadimise esimeses faasis salvestatakse rakkudesse 70–80% energiast, teises faasis ülejäänud. Teises faasis hoitakse laadimispinget maksimaalsel lubatud väärtusel ja laadimisvool väheneb järk -järgult. Laadimine on lõppenud, kui vool on langenud umbes 2–3% -ni elemendi nimiväljundvoolust. Kuna väiksemate elementide puhul on laadimisvoolude maksimaalne väärtus ka mitu korda suurem kui tühjendusvool, saab esimeses laadimisfaasis säästa märkimisväärse osa elektrist. energiat suhteliselt lühikese aja jooksul (umbes poolteist ja 1 tund). Seega on hädaolukorras võimalik suhteliselt lühikese aja jooksul laadida elektrisõiduki akusid piisavale mahule. Isegi liitiumpatareide puhul väheneb kogunenud elekter pärast teatud hoiustamisperioodi. See juhtub aga alles pärast umbes 3 -kuulist seisakut.

Tühjendusomadused

Pinge langeb esmalt kiiresti 3,6–3,0 V -ni (olenevalt tühjendusvoolu suurusest) ja jääb peaaegu tühjaks kogu tühjenemise ajal. Pärast e-posti pakkumise ammendumist. energia alandab ka rakupinget väga kiiresti. Seetõttu tuleb tühjendus lõpule viia hiljemalt tootja määratud tühjenemispinge 2,7 kuni 3,0 V.

Vastasel juhul võib toote struktuur kahjustuda. Mahalaadimisprotsessi on suhteliselt lihtne juhtida. Seda piirab ainult voolu väärtus ja see peatub, kui lõpliku tühjenduspinge väärtus on saavutatud. Ainus probleem on see, et järjestikuse paigutuse üksikute rakkude omadused pole kunagi samad. Seetõttu tuleb hoolikalt jälgida, et ühegi elemendi pinge ei langeks alla lõpliku tühjenemispinge, kuna see võib seda kahjustada ja seega põhjustada kogu aku rikke. Sama tuleks arvestada ka aku laadimisel.

Nimetatud erinevat tüüpi katoodiga liitiumpatareid, milles koobalti, nikli või mangaani oksiid on asendatud fosfiidiga Li3V2 (PO4) 3, kõrvaldab eespool nimetatud nõuetele mittevastavuse tõttu kahjustatud rakud. suurem võimsus. Samuti on deklareeritud nende deklareeritud kasutusiga umbes 2 laadimistsüklit (000% tühjenemisel) ja eriti asjaolu, et kui element on täielikult tühjenenud, ei kahjusta see. Eeliseks on ka suurem nimipinge, umbes 80, laadimisel kuni 4,2 V.

Ülaltoodud kirjelduse põhjal võib selgelt näidata, et liitiumpatareid on praegu ainus alternatiiv, näiteks energia salvestamine autojuhtimiseks võrreldes kütusepaaki fossiilkütusesse salvestatud energiaga. Akuspetsiifilise võimsuse suurendamine suurendab selle keskkonnasõbraliku draivi konkurentsivõimet. Jääb vaid loota, et areng ei pidurdu, vaid vastupidi, liigub mitu kilomeetrit edasi.

Näited sõidukitest, mis kasutavad hübriid- ja elektriakuid

Toyota Prius on klassikaline hübriid, millel on väikese võimsusega varu puhtal elektril. sõita

Toyota Prius kasutab 1,3 kWh NiMH akut, mida kasutatakse peamiselt kiirenduse jõuallikana ja mis võimaldab kasutada eraldi elektriajamit umbes 2 km kaugusel maksimaalselt. kiirus 50 km / h. Plug-In versioon kasutab juba liitium-ioonakusid võimsusega 5,4 kWh, mis võimaldab maksimaalse kiirusega sõita eranditult elektriajamiga 14-20 km kaugusel. kiirus 100 km / h.

Opel Ampere-hübriid, millel on suurenenud võimsusvaru puhtal meilil. sõita

Laiendatud sõiduulatusega (40–80 km) elektrisõiduk, nagu Opel nimetab neljaistmelist viieukselist Amperit, on varustatud 111 kW (150 hj) ja 370 Nm pöördemomendiga elektrimootoriga. Toiteallika toiteallikaks on 220 T-kujulist liitiumelementi, mille koguvõimsus on 16 kWh ja kaal 180 kg. Generaator on 1,4 -liitrine 63 kW võimsusega bensiinimootor.

Mitsubishi ja MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. autod

Liitium-ioonakud võimsusega 16 kWh võimaldavad sõidukil ilma laadimiseta sõita kuni 150 km, mõõdetuna vastavalt NEDC (New European Driving Cycle) standardile. Kõrgepingepatareid (330 V) asuvad põranda sees ja neid kaitseb ka turvahälli raam kahjustuste eest löögi korral. See on Mitsubishi ja GS Yuasa Corporationi ühisettevõtte Lithium Energy Japan toode. Kokku on 88 artiklit. Ajamile annab elektrit 330 V liitiumioonaku, mis koosneb 88 50 Ah elemendist koguvõimsusega 16 kWh. Aku laetakse kodusest pistikupesast kuue tunni jooksul, kasutades välist kiirlaadijat (125 A, 400 V), aku laetakse poole tunni jooksul 80% -ni.

Olen ise suur elektrisõidukite fänn ja jälgin pidevalt, mis selles vallas toimub, kuid tegelikkus ei ole hetkel nii optimistlik. Seda kinnitab ka eelnev info, mis näitab, et nii puhtalt elektri- kui ka hübriidsõidukite eluiga pole kerge ning tihtipeale pretendeerib sellele vaid numbrimäng. Nende tootmine on endiselt väga nõudlik ja kulukas ning nende efektiivsus on korduvalt vaieldav. Elektrisõidukite (hübriidide) peamiseks puuduseks on akudesse salvestatava energia väga väike erimahtuvus võrreldes tavakütustes (diisel, bensiin, vedelgaas, surumaagaas) salvestatud energiaga. Et elektrisõidukite võimsust tavaautodele tõesti lähemale tuua, peaksid akud oma kaalu vähemalt kümnendiku võrra vähendama. See tähendab, et mainitud Audi R8 e-tron pidi 42 kWh talletama mitte 470 kg, vaid 47 kg. Lisaks tuleks oluliselt lühendada laadimisaega. Umbes tund 70-80% võimsusel on ikka palju ja ma ei räägi sellest, et täislaadimisel on keskmiselt 6-8 tundi. Pole vaja uskuda ka jama CO2 elektrisõidukite nulltootmise kohta. Märgime kohe tõsiasja, et Meie pistikupesades olevat energiat toodavad ka soojuselektrijaamad ja need mitte ainult ei tooda piisavalt CO2. Rääkimata sellise auto keerulisemast tootmisest, kus CO2 vajadus tootmiseks on palju suurem kui klassikalisel. Me ei tohi unustada raskeid ja mürgiseid materjale sisaldavate komponentide arvu ja nende probleemset hilisemat kõrvaldamist.

Kõigi mainitud ja nimetamata miinuste juures on elektriautol (hübriid) ka vaieldamatud eelised. Linnaliikluses või lühematel vahemaadel on nende ökonoomsem töö vaieldamatu, ainult tänu energia salvestamise (tagastamise) põhimõttele pidurdamisel, kui tavalistes sõidukites eemaldatakse see pidurdamisel heitsoojuse kujul õhku, mitte mainige võimalust mõnekilomeetrise autosõidu kaugusel linnas odavaks laadimiseks avalikult meililt. net. Kui võrrelda puhast elektriautot ja klassikalist autot, siis tavaautos on sisepõlemismootor, mis iseenesest on üsna keerukas mehaaniline element. Selle võimsus tuleb kuidagi ratastele üle kanda ja seda tehakse enamasti manuaal- või automaatkäigukasti kaudu. Endiselt on teel üks või mitu diferentsiaali, vahel ka veovõll ja rida teljevõlle. Muidugi peab auto ka hoogu maha võtma, mootor maha jahtuma ja see soojusenergia läheb jääksoojuselt keskkonda asjatult kaduma. Elektriauto on palju tõhusam ja lihtsam – (ei kehti hübriidajami kohta, mis on väga keeruline). Elektriauto ei sisalda käigukaste, käigukaste, kardaanid ja poolvõllid, unustage mootor ette, taha või keskele. See ei sisalda radiaatorit, st jahutusvedelikku ja starterit. Elektriauto eeliseks on see, et sellega saab paigaldada mootorid otse ratastesse. Ja äkki on teil täiuslik ATV, mis suudab juhtida iga ratast teistest sõltumatult. Seetõttu ei ole elektrisõidukiga keeruline juhtida ainult ühte ratast, samuti on võimalik valida ja juhtida kurvides optimaalset jõujaotust. Iga mootor võib olla ka teistest ratastest täiesti sõltumatu pidur, mis muudab vähemalt osa kineetilisest energiast tagasi elektrienergiaks. Selle tulemusel avaldavad tavapärased pidurid palju vähem koormust. Mootorid suudavad toota maksimaalset saadaolevat võimsust peaaegu igal ajal ja viivituseta. Nende efektiivsus akudes salvestatud energia muundamisel kineetiliseks energiaks on umbes 90%, mis on umbes kolm korda suurem kui tavalistel mootoritel. Järelikult ei tekita need nii palju jääksoojust ja neid ei pea olema raske jahutada. Selleks on vaja ainult head riistvara, juhtseadet ja head programmeerijat.

Suma sumárum. Kui elektriautod või hübriidid on kütusesäästlike mootoritega klassikalistele autodele veelgi lähemal, on neil veel väga raske ja raske tee ees. Ma lihtsalt loodan, et seda ei kinnita mitmed eksitavad numbrid või. ametnike liialdatud surve. Kuid ärme heida meelt. Nanotehnoloogia areng liigub tõepoolest hüppeliselt ja võib -olla on lähitulevikus meie jaoks tõesti imesid.

Lõpetuseks lisan veel ühe huvitava asja. Seal on juba päikeseenergia tankla.

Toyota Industries Corp (TIC) on välja töötanud päikeseenergia laadimisjaama elektri- ja hübriidsõidukitele. Jaam on ühendatud ka elektrivõrguga, seega on 1,9 kW päikesepaneelid tõenäoliselt täiendav energiaallikas. Kasutades iseseisvat (päikeseenergia) toiteallikat, suudab laadimisjaam pakkuda maksimaalset võimsust 110 VAC / 1,5 kW, võrku ühendatuna pakub see maksimaalselt 220 VAC / 3,2 kW.

Päikesepaneelidest kasutamata jäänud elekter salvestatakse akudesse, mis võivad hilisemaks kasutamiseks salvestada 8,4 kWh. Samuti on võimalik elektrienergiat tarnida jaotusvõrku või varustusjaama lisaseadmetesse. Jaamas kasutatavatel laadimisalustel on sisseehitatud kommunikatsioonitehnoloogia, mis võimaldab sõidukeid vastavalt tuvastada. nende omanikud kasutavad kiipkaarte.

Akude jaoks olulised tingimused

• Võimsus - näitab akusse salvestatud elektrilaengu (energia hulka). See on määratud ampertundides (Ah) või väikeste seadmete puhul milliampertundides (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) aku on teoreetiliselt võimeline andma 1 amprit ühe tunni jooksul.
• Sisemine vastupanu - näitab aku võimet pakkuda suuremat või väiksemat tühjenemisvoolu. Illustreerimiseks võib kasutada kahte kanistrit, millest üks on väiksema väljalaskega (suur sisetakistus) ja teine ​​suurema (madal sisetakistus). Kui otsustame need tühjendada, tühjeneb väiksema äravooluavaga kanister aeglasemalt.
• Aku nimipinge - nikkel-kaadmium- ja nikkel-metallhüdriidakudel on see 1,2 V, plii 2 V ja liitium 3,6 kuni 4,2 V. Töötamise ajal varieerub see pinge nikkel-kaadmium- ja nikkel-metallhüdriidakudel 0,8-1,5 V, 1,7–2,3 V plii ja 3–4,2 ja 3,5–4,9 liitiumi puhul.
• Laadimisvool, tühjenemisvool – väljendatud amprites (A) või milliamprites (mA). See on oluline teave kõnealuse aku praktiliseks kasutamiseks konkreetse seadme jaoks. Samuti määrab see tingimused aku õigeks laadimiseks ja tühjendamiseks, et selle võimsus oleks maksimaalselt ära kasutatud ja samal ajal mitte hävinud.
• Laadimine vastavalt tühjenduskõver - kuvab graafiliselt pinge muutust sõltuvalt aku laadimise või tühjenemise ajast. Kui aku tühjeneb, toimub tavaliselt väike pinge muutus umbes 90% tühjenemisajast. Seetõttu on mõõdetud pinge järgi aku hetkeseisu väga raske määrata.
• Isetühjenemine, isetühjenemine – Aku ei suuda kogu aeg elektrit säilitada. energiat, kuna reaktsioon elektroodidel on pöörduv protsess. Laetud aku tühjeneb järk-järgult ise. See protsess võib kesta mitu nädalat kuni kuud. Pliiakude puhul on see 5-20% kuus, nikkel-kaadmiumpatareide puhul - umbes 1% elektrilaengust päevas, nikkel-metallhüdriidakude puhul - umbes 15-20% päevas. kuus ja liitium kaotab umbes 60%. maht kolmeks kuuks. Isetühjenemine sõltub nii ümbritsevast temperatuurist kui ka sisetakistusest (suurema sisetakistusega akud tühjenevad vähem) ning loomulikult on oluline ka disain, kasutatud materjalid ja töötlus.
•  Aku (komplektid) – Ainult erandjuhtudel kasutatakse akusid eraldi. Tavaliselt on need ühendatud komplektina, peaaegu alati ühendatud järjestikku. Sellise komplekti maksimaalne vool on võrdne üksiku elemendi maksimaalse vooluga, nimipinge on üksikute elementide nimipingete summa.
•  Patareide kogunemine.  Uus või kasutamata aku tuleb läbi viia ühe, kuid eelistatavalt mitme (3-5) aeglase täislaadimise ja aeglase tühjenemisega. See aeglane protsess seab aku parameetrid soovitud tasemele.
•  Mäluefekt – See juhtub siis, kui aku laetakse ja tühjeneb ligikaudu konstantse, mitte liiga suure vooluga samale tasemele ning elemendi täislaadimine või sügavtühjenemine ei tohiks toimuda. See kõrvaltoime mõjutas NiCd (minimaalselt ka NiMH).