Gibrid va elektromobillar uchun batareyalar

Oldingi maqolamizda biz batareyani, birinchi navbatda, mashinani ishga tushirish uchun, shuningdek, elektr jihozlarining nisbatan qisqa muddatli ishlashi uchun zarur bo'lgan elektr manbai sifatida muhokama qildik. Biroq, katta mobil qurilmalar, bizning holatlarimizda, gibrid transport vositalari va elektromobillarni harakatlantirish sohasida ishlatiladigan akkumulyatorlarning xususiyatlariga mutlaqo boshqa talablar qo'yiladi. Avtotransport vositasini quvvatlantirish uchun ancha katta miqdorda energiya talab qilinadi va uni biror joyda saqlash kerak. Ichki yonish dvigateliga ega klassik mashinada u benzin, dizel yoki LPG shaklida tankda saqlanadi. Elektromobil yoki gibrid avtomobil bo'lsa, u batareyalarda saqlanadi, uni elektromobilning asosiy muammosi deb ta'riflash mumkin.

Hozirgi akkumulyatorlar ozgina energiya to'play oladi, lekin ular juda katta, og'ir va shu bilan birga ularni maksimal darajada to'ldirish uchun bir necha soat vaqt ketadi (odatda 8 yoki undan ko'p). Bundan farqli o'laroq, ichki yonish dvigateliga ega bo'lgan oddiy avtomobillar zaryadlash uchun atigi bir daqiqa, balki ikki daqiqa vaqt ketishi sharti bilan, kichik korpusli batareyalarga qaraganda, katta hajmdagi energiyani saqlashi mumkin. Afsuski, elektr energiyasini saqlash muammosi elektromobillar paydo bo'lganidan buyon dolzarb bo'lib kelmoqda va inkor etilmaydigan taraqqiyotga qaramay, avtomobilni quvvatlantirish uchun zarur bo'lgan energiya zichligi hali ham juda past. Keyingi qatorlarda elektron pochtani tejash Biz energiyani batafsilroq muhokama qilamiz va sof elektr yoki gibrid haydovchiga ega mashinalarning haqiqiy haqiqatini yaqinlashtirishga harakat qilamiz. Bu "elektron mashinalar" atrofida ko'plab afsonalar mavjud, shuning uchun bunday disklarning afzalliklari yoki kamchiliklarini batafsil ko'rib chiqish zarar qilmaydi.

Afsuski, ishlab chiqaruvchilar tomonidan berilgan raqamlar ham juda shubhali va juda nazariydir. Masalan, Kia Venga 80 kVt quvvatga ega va 280 Nm momentga ega elektr motorini o'z ichiga oladi. Quvvat quvvati 24 kVt/soat bo'lgan litiy-ionli batareyalar bilan ta'minlanadi, ishlab chiqaruvchiga ko'ra Kia Vengy EV ning taxminiy diapazoni 180 km. Batareyalarning quvvati shuni ko'rsatadiki, to'liq zaryadlangan holda, ular 24 kVt dvigatel iste'molini ta'minlashi yoki yarim soat ichida 48 kVt iste'molni oziqlantirishi va hokazo. Oddiy qayta hisoblash va biz 180 km yura olmaymiz. . Agar biz bunday diapazon haqida o'ylashni istasak, unda taxminan 60 soat davomida o'rtacha 3 km / soat tezlikda harakat qilishimiz kerak bo'ladi va dvigatel quvvati nominal qiymatning atigi o'ndan bir qismini, ya'ni 8 kVtni tashkil qiladi. Boshqacha qilib aytganda, chindan ham ehtiyotkor (ehtiyotkorlik bilan) haydash bilan, siz ishda tormozdan deyarli foydalanasiz, bunday haydash nazariy jihatdan mumkin. Albatta, biz turli xil elektr aksessuarlarini kiritishni hisobga olmaymiz. Klassik mashina bilan solishtirganda, o'z-o'zidan voz kechish qanday ekanligini hamma allaqachon tasavvur qilishi mumkin. Shu bilan birga, siz klassik Venga-ga 40 litr dizel yoqilg'isi quyasiz va cheklovsiz yuzlab va yuzlab kilometrlarni bosib o'tasiz. Nega bunday? Keling, bu energiyaning qancha qismini va klassik avtomobilning tankda qancha og‘irlikni ushlab turishi va elektromobilning akkumulyatorlarda qancha turishini solishtirishga harakat qilaylik – bu yerda batafsil o‘qing.

Kimyo va fizikadan ba'zi faktlar

• benzinning kalorifik qiymati: 42,7 MJ / kg,
• dizel yoqilg'isining kalorifik qiymati: 41,9 MJ / kg,
• benzin zichligi: 725 kg / m3,
• yog 'zichligi: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Vatt (Vt) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kVt / soat.

Energiya - bu joul (J), kilovatt soat (kVt) bilan o'lchanadigan ishni bajarish qobiliyati. Ish (mexanik) tananing harakati paytida energiyaning o'zgarishi bilan namoyon bo'ladi, energiya bilan bir xil birliklarga ega. Quvvat vaqt birligi uchun bajarilgan ish hajmini ifodalaydi, asosiy birlik vatt (Vt).

Energiya manbalarining o'ziga xos kuchi

Energiya manbai	Kaloriya qiymati / kg zichligi	Issiqlik qiymati / l Energiya / l	Energiya / kg
Yoqilg'i	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kVt / l	11,86 kVt / soat
Yog '	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kVt / l	11,64 kVt / soat
Li-ion batareyasi (Audi R8 e-tron)	42 kVt soat 470 kg		0,0893 kVt / soat

Yuqoridagilardan ko'rinib turibdiki, masalan, kaloriya qiymati 42,7 MJ / kg va zichligi 725 kg / m3 bo'lganida, benzin litr uchun 8,60 kVt / soat yoki har kilogramm uchun 11,86 kVt / soat energiya beradi. Agar biz hozirda elektromobillarda o'rnatilgan, masalan, lityum-ionli akkumulyatorlarni ishlab chiqaradigan bo'lsak, ularning quvvati kilogramm uchun 0,1 kVt / s dan kam (soddaligi uchun biz 0,1 kVt / soatni ko'rib chiqamiz). Oddiy yoqilg'i bir xil vazn uchun yuz barobar ko'proq energiya beradi. Siz tushunasizki, bu juda katta farq. Agar biz uni kichik qismlarga bo'lsak, masalan, Chevrolet Cruze batareyasi 31 kVt soat, 2,6 kg dan kam bo'lmagan benzinga yoki agar xohlasangiz, taxminan 3,5 litr benzinga sig'adigan energiya tashiydi.

Aytishingiz mumkin, qanday qilib elektromobil ishga tushishi mumkin, lekin u hali 100 km dan ortiq energiyaga ega bo'lmaydi. Sababi oddiy. Elektr dvigateli saqlangan energiyani mexanik energiyaga aylantirish nuqtai nazaridan ancha samarali. Odatda, uning samaradorligi 90% bo'lishi kerak, ichki yonish dvigatelining samaradorligi benzinli dvigatel uchun taxminan 30% va dizel dvigateli uchun 35% ni tashkil qiladi. Shu sababli, elektr dvigatelga bir xil quvvat berish uchun ancha kam energiya zaxirasi etarli.

Shaxsiy drayverlardan foydalanish qulayligi

Soddalashtirilgan hisob-kitobni baholagandan so'ng, biz bir litr benzindan taxminan 2,58 kVt / soat mexanik energiya, bir litr dizel yoqilg'isidan 3,42 kVt / soat va lityum-ion batareyaning kilogrammidan 0,09 kVt / soat mexanik energiya olishimiz mumkin deb taxmin qilinadi. Shunday qilib, farq yuz barobardan ko'p emas, faqat o'ttiz marta. Bu eng yaxshi raqam, lekin hali ham pushti emas. Misol uchun, sport Audi R8 ni ko'rib chiqing. Uning og'irligi 470 kg bo'lgan to'liq zaryadlangan batareyalari 16,3 litr benzin yoki atigi 12,3 litr dizel yoqilg'isi energiya ekvivalentiga ega. Yoki, agar bizda 4 litr dizel yoqilg'isi sig'imiga ega Audi A3,0 62 TDI bo'lsa va biz sof akkumulyator diskida bir xil diapazonga ega bo'lishni xohlasak, bizga taxminan 2350 kg batareya kerak bo'ladi. Hozircha bu fakt elektromobilga juda porloq kelajak bermayapti. Biroq, javdarga ov miltig'ini tashlashning hojati yo'q, chunki bunday "elektron avtomobillar" ni ishlab chiqish bosimi shafqatsiz yashil lobbi tomonidan olib tashlanadi, shuning uchun avtomobil ishlab chiqaruvchilar buni yoqtiradimi yoki yo'qmi, ular "yashil" narsa ishlab chiqarishlari kerak. " “. Sof elektr haydovchining o'rnini bosuvchi vosita - bu ichki yonish dvigatelini elektr dvigatel bilan birlashtirgan gibridlar. Hozirgi vaqtda eng mashhurlari, masalan, Toyota Prius (bir xil gibrid texnologiyaga ega Auris HSD) yoki Honda Inside. Biroq, ularning faqat elektr diapazoni hali ham kulgili. Birinchi holda, taxminan 2 km (Plug In-ning so'nggi versiyasida u 20 km ga ko'tarilgan), ikkinchisida Honda hatto sof elektr haydovchini ham taqillatmaydi. Hozircha, amalda olingan samaradorlik ommaviy reklama taklif qilgandek mo''jizaviy emas. Haqiqat shuni ko'rsatdiki, ular har qanday ko'k harakat (iqtisod) bilan, asosan, an'anaviy texnologiya bilan rang berishlari mumkin. Gibrid elektr stantsiyasining afzalligi, asosan, shaharda haydashda yoqilg'i tejamkorligidadir. Yaqinda Audi kompaniyasi hozirda ba'zi brendlar avtomobilga gibrid tizimni o'rnatish orqali erishadigan o'rtacha yoqilg'i tejamkorligiga erishish uchun faqat tana vaznini kamaytirish kerakligini aytdi. Ba'zi avtomobillarning yangi modellari ham bu zulmatga qichqiriq emasligini isbotlaydi. Misol uchun, yaqinda taqdim etilgan ettinchi avlod Volkswagen Golf o'rganish uchun engilroq komponentlardan foydalanadi va amalda avvalgidan kamroq yoqilg'i sarflaydi. Yaponiyaning Mazda avtomobil ishlab chiqaruvchisi ham xuddi shunday yo'nalishni oldi. Ushbu da'volarga qaramay, "uzoq masofali" gibrid haydovchini ishlab chiqish davom etmoqda. Misol sifatida men Opel Ampera va, paradoksal ravishda, Audi A1 e-tron modelini eslatib o'taman.

Shaxsiy drayverlardan foydalanish qulayligi

Energiya manbai	Dvigatel samaradorligi	Samarali energiya / l	Samarali energiya / kg
Yoqilg'i	0,30	2,58 kVt / s	3,56 kVt / soat
Yog '	0,35	3,42 kVt / s	4,07 kVt / soat
Lityum ionli batareyalar	0,90	-	OK. 0,1 kVt soat / kg

Vauxhall Ampera

Opel Ampera ko'pincha elektromobil sifatida taqdim etilgan bo'lsa -da, aslida gibrid avtomobil. Ampere elektr motoridan tashqari 1,4 litrli 63 kVt ichki yonish dvigatelidan ham foydalanadi. Biroq, bu benzinli dvigatel g'ildiraklarni to'g'ridan -to'g'ri qo'zg'atmaydi, aksincha batareyalar elektr quvvati tugagan taqdirda generator vazifasini bajaradi. energiya. Elektr qismi 111 kVt (150 ot kuchi) va 370 Nm momentga ega elektr motor bilan ifodalanadi. Quvvat manbai 220 ta T shaklidagi lityum xujayralar bilan quvvatlanadi, ularning umumiy quvvati 16 kVt / soat, og'irligi 180 kg. Bu elektromobil sof elektr haydovchi bilan 40-80 km masofani bosib o'tishi mumkin. Bu masofa ko'pincha shahar bo'ylab kun bo'yi haydash uchun etarli bo'ladi va ekspluatatsion xarajatlarni sezilarli darajada kamaytiradi, chunki shahar trafigi yonish dvigatellari uchun yonilg'i sarfini talab qiladi. Batareyalarni standart rozetkadan ham zaryadlash mumkin va ichki yonish dvigateli bilan birgalikda Ampera diapazoni juda hurmatli besh yuz kilometrgacha cho'zilgan.

Audi elektron elektron A1

Texnik jihatdan o'ta talabchan gibrid diskdan ko'ra ilg'or texnologiyalarga ega klassik diskni afzal ko'rgan Audi ikki yildan ko'proq vaqt oldin qiziqarli A1 e-tron gibrid avtomobilini taqdim etdi. 12 kVt / soat quvvatga ega va 150 kg og'irlikdagi lityum-ionli batareyalar Wankel dvigateli tomonidan 254 litrli tankda saqlanadigan benzin ko'rinishidagi energiyadan foydalanadigan generatorning bir qismi sifatida zaryadlanadi. Dvigatelning hajmi 15 kubometrni tashkil qiladi. sm va 45 kVt/soat el ishlab chiqaradi. energiya. Elektr dvigateli 75 kVt quvvatga ega va qisqa vaqt ichida 0 kVtgacha quvvat ishlab chiqarishi mumkin. 100 dan 10 gacha tezlashuv taxminan 130 soniyani tashkil etadi va maksimal tezligi soatiga 50 km ni tashkil qiladi.Mashina sof elektr haydovchida shahar bo'ylab taxminan 12 km yura oladi. E ning tugashidan keyin. energiya aylanadigan ichki yonish dvigateli tomonidan ehtiyotkorlik bilan faollashtiriladi va elektr energiyasini qayta zaryad qiladi. batareyalar uchun energiya. To'liq zaryadlangan batareyalar va 250 litr benzin bilan umumiy masofa taxminan 1,9 km ni tashkil qiladi, o'rtacha 100 km uchun 1450 litr iste'mol qiladi. Avtomobilning ish og'irligi 12 kg. Keling, 30 litrli tankda qancha energiya yashiringanligini to'g'ridan-to'g'ri taqqoslash uchun oddiy konvertatsiyani ko'rib chiqaylik. Zamonaviy Wankel dvigatelining samaradorligini 70% deb hisoblasak, uning 9 kgi 12 kg (31 L) benzin bilan birga akkumulyatorlarda saqlanadigan 79 kVt/soat energiyaga teng. Shunday qilib, 387,5 kg dvigatel va tank = 1 kg batareya (Audi A9 e-Tron og'irliklarida hisoblangan). Agar biz yonilg'i bakini 62 litrga ko'paytirmoqchi bo'lsak, mashinani quvvatlantirish uchun allaqachon XNUMX kVt / soat energiyaga ega bo'lar edik. Shunday qilib, biz davom etishimiz mumkin edi. Ammo u bitta qo'lga ega bo'lishi kerak. Bu endi "yashil" mashina bo'lmaydi. Shunday qilib, hatto bu erda ham aniq ko'rinib turibdiki, elektr haydovchi batareyalarda saqlanadigan energiyaning quvvat zichligi bilan sezilarli darajada cheklangan.

Xususan, yuqori narx, shuningdek, yuqori vazn Audidagi gibrid diskning asta-sekin fonga o'tishiga olib keldi. Biroq, bu Audi kompaniyasida gibrid avtomobillar va elektromobillarning rivojlanishi butunlay qadrsizlangan degani emas. Yaqinda A1 e-tron modelining yangi versiyasi haqida ma'lumot paydo bo'ldi. Avvalgisiga nisbatan aylanuvchi dvigatel/generator 1,5 kVt quvvatga ega 94 litrli uch silindrli turbo dvigatel bilan almashtirildi. Klassik ichki yonish moslamasidan foydalanish Audi tomonidan asosan ushbu transmissiya bilan bog'liq qiyinchiliklar tufayli majbur bo'ldi va yangi uch silindrli dvigatel nafaqat akkumulyatorlarni zaryad qilish, balki to'g'ridan-to'g'ri haydovchi g'ildiraklar bilan ishlash uchun mo'ljallangan. Sanyo akkumulyatorlari bir xil quvvatga ega 12 kVt/soat va sof elektr haydovchi diapazoni biroz oshirilib, taxminan 80 km. Audi yangilangan A1 e-tron o'rtacha yuz kilometrga bir litrni tashkil qilishi kerakligini aytadi. Afsuski, bu xarajatning bitta jihati bor. Kengaytirilgan sof elektr diapazoni bo'lgan gibrid avtomobillar uchun. Drayv yakuniy oqim tezligini hisoblash uchun qiziqarli texnikadan foydalanadi. Iste'mol deb ataladigan narsa e'tiborga olinmaydi. dan yonilg'i quyish batareyani zaryadlash tarmog'i, shuningdek, yakuniy iste'mol l / 100 km, faqat elektr energiyasi mavjud bo'lganda, oxirgi 20 km haydash uchun benzin iste'molini hisobga oladi. batareya zaryadi. Juda oddiy hisob-kitob bilan, agar batareyalar mos ravishda zaryadsizlangan bo'lsa, buni hisoblashimiz mumkin. elektr o'chirilgandan keyin biz haydadik. sof benzinli akkumulyatorlardan energiya olinadi, buning natijasida iste'mol besh baravar oshadi, ya'ni 5 km uchun 100 litr benzin.

Audi A1 e-tron II. avlod

Elektr energiyasini saqlash bilan bog'liq muammolar

Energiyani saqlash masalasi elektrotexnikaning o'zi kabi qadimgi. Elektr energiyasining birinchi manbalari galvanik elementlar edi. Qisqa vaqtdan so'ng, galvanik ikkilamchi xujayralar - batareyalarda elektr energiyasini to'plashning teskari jarayoni ehtimoli aniqlandi. Birinchi ishlatilgan batareyalar qo'rg'oshin batareyalari bo'lib, qisqa vaqtdan keyin nikel-temir va birozdan keyin nikel-kadmiy bo'lib, ulardan amaliy foydalanish yuz yildan ortiq davom etdi. Shuni ham qo'shimcha qilish kerakki, ushbu sohada butun dunyo bo'ylab jadal izlanishlarga qaramay, ularning asosiy dizayni deyarli o'zgarmadi. Yangi ishlab chiqarish texnologiyalaridan foydalangan holda, asosiy materiallarning xususiyatlarini yaxshilash va hujayra va tomir separatorlari uchun yangi materiallardan foydalangan holda, solishtirma og'irlikni biroz kamaytirish, hujayralarning o'z-o'zidan chiqishini kamaytirish, operatorning qulayligi va xavfsizligini oshirish mumkin edi. lekin bu haqida. Eng muhim kamchilik, ya'ni. Saqlangan energiya miqdorining batareyalarning og'irligi va hajmiga nisbatan juda noqulay nisbati saqlanib qoldi. Shuning uchun, bu batareyalar asosan statik ilovalarda ishlatilgan (asosiy quvvat manbai ishlamay qolganda zaxira quvvat manbalari va boshqalar). Batareyalar tortish tizimlari uchun energiya manbai sifatida ishlatilgan, ayniqsa temir yo'llarda (transport aravalari), bu erda og'ir vazn va muhim o'lchamlar ham juda ko'p xalaqit bermagan.

Energiyani saqlash jarayoni

Shu bilan birga, amper soatlarda kichik quvvat va o'lchamlarga ega hujayralarni ishlab chiqish zarurati oshdi. Shunday qilib, ishqoriy birlamchi xujayralar va nikel-kadmiy (NiCd), so'ngra nikel-metall gidridli (NiMH) batareyalarning muhrlangan versiyalari paydo bo'ldi. Hujayralarni qamrab olish uchun shu paytgacha birlamchi sink xlorli xujayralar bilan bir xil gilzalar va o'lchamlar tanlangan. Xususan, nikel-metall gidridli akkumulyatorlarning parametrlari ularni, xususan, mobil telefonlarda, noutbuklarda, asboblarni qo'lda haydashda va boshqalarda ishlatishga imkon beradi, bu hujayralarni ishlab chiqarish texnologiyasi, amper-soat ichida katta quvvat. Katta hujayrali elektrod tizimining qatlamli joylashuvi elektrod tizimini, shu jumladan separatorlarni, silindrsimon lasanga aylantirish texnologiyasi bilan almashtiriladi, u AAA, AA, C va D o'lchamdagi oddiy shaklli hujayralar bilan biriktiriladi va ular bilan aloqa qiladi. ularning kattaligining ko'paytmalari. Ba'zi maxsus dasturlar uchun maxsus tekis hujayralar ishlab chiqariladi.

Spiral elektrodli germetik hujayralarning afzalligi klassik yirik hujayra dizayni bilan solishtirganda yuqori oqimlar bilan zaryadlash va tushirish qobiliyati va nisbiy energiya zichligining hujayra og'irligi va hajmiga nisbati bir necha baravar yuqori. Kamchilik - ko'proq o'z-o'zidan zaryadsizlanish va kamroq ish davrlari. Bitta NiMH xujayrasining maksimal quvvati taxminan 10 Ah ni tashkil qiladi. Ammo, boshqa katta diametrli silindrlarda bo'lgani kabi, ular muammoli issiqlik tarqalishi tufayli juda yuqori oqimlarni zaryad qilishga imkon bermaydi, bu elektr transport vositalarida foydalanishni sezilarli darajada kamaytiradi va shuning uchun bu manba faqat gibrid tizimda yordamchi batareya sifatida ishlatiladi (Toyota Prius) 1,3 kVt/soat).

Energiyani saqlash sohasida sezilarli muvaffaqiyat xavfsiz lityum batareyalarni ishlab chiqish bo'ldi. Litiy elektrokimyoviy potentsial qiymati yuqori bo'lgan elementdir, lekin u oksidlovchi ma'noda ham o'ta reaktivdir, bu ham lityum metalini amalda qo'llashda muammolarni keltirib chiqaradi. Litiy atmosfera kislorodi bilan aloqa qilganda, yonish sodir bo'ladi, bu atrof-muhitning xususiyatlariga qarab, portlash xarakteriga ega bo'lishi mumkin. Ushbu noxush xususiyatni sirtni ehtiyotkorlik bilan himoya qilish yoki kamroq faol lityum birikmalaridan foydalanish orqali yo'q qilish mumkin. Hozirgi vaqtda amper-soatda 2 dan 4 Ah gacha quvvatga ega bo'lgan eng keng tarqalgan lityum-ion va lityum-polimer batareyalar. Ulardan foydalanish NiMh ga o'xshaydi va o'rtacha 3,2 V kuchlanish kuchlanishida 6 dan 13 Vt soatgacha energiya mavjud. Nikel-metall gidridli batareyalar bilan solishtirganda, lityum batareyalar bir xil hajm uchun ikki-to'rt baravar ko'proq energiya saqlashi mumkin. Lityum-ion (polimer) batareyalar jel yoki qattiq shakldagi elektrolitga ega va tegishli dastur ehtiyojlariga mos keladigan deyarli har qanday shaklda millimetrning bir necha o'ndan bir qismi kabi nozik tekis hujayralarda ishlab chiqarilishi mumkin.

Yengil avtomobildagi elektr haydovchi asosiy va yagona (elektr avtomobil) yoki kombinatsiyalangan bo'lishi mumkin, bunda elektr haydovchi ham dominant, ham yordamchi tortish manbai bo'lishi mumkin (gibrid haydovchi). Amaldagi variantga qarab, avtomobilning ishlashi uchun energiya talablari va shuning uchun batareyalarning quvvati farqlanadi. Elektr transport vositalarida akkumulyator quvvati 25 dan 50 kVt soatgacha, gibrid haydovchi bilan esa tabiiy ravishda pastroq va 1 dan 10 kVt soatgacha. Berilgan qiymatlardan ko'rinib turibdiki, bitta (litiy) hujayraning 3,6 V kuchlanishida, hujayralarni ketma-ket ulash kerak. Tarqatish o'tkazgichlari, invertorlar va motor o'rashlarida yo'qotishlarni kamaytirish uchun drayvlar uchun bort tarmog'ida (12 V) odatdagidan yuqori kuchlanishni tanlash tavsiya etiladi - tez-tez ishlatiladigan qiymatlar 250 dan 500 V gacha. Bugungi kunda lityum xujayralari, shubhasiz, eng mos turdagi. To'g'ri, ular hali ham juda qimmat, ayniqsa qo'rg'oshinli akkumulyatorlar bilan solishtirganda. Biroq, ular ancha qiyinroq.

An'anaviy lityum batareya xujayralarining nominal kuchlanishi 3,6 V. Bu qiymat mos ravishda an'anaviy nikel-metall gidridli hujayralardan farq qiladi. 1,2 V (yoki qo'rg'oshin - 2 V) nominal kuchlanishga ega bo'lgan NiCd, agar amalda qo'llanilsa, ikkala turdagi o'zaro almashinishga imkon bermaydi. Ushbu lityum batareyalarni zaryadlash maxsus turdagi zaryadlovchini talab qiladigan va, xususan, boshqa turdagi hujayralar uchun mo'ljallangan zaryadlash tizimlaridan foydalanishga imkon bermaydigan maksimal zaryadlash kuchlanishining qiymatini juda aniq ushlab turish zarurati bilan tavsiflanadi.

Lityum batareyalarning asosiy xususiyatlari

Elektromobillar va gibrid akkumulyatorlarning asosiy xarakteristikalarini ularning zaryadlash va tushirish xususiyatlarini hisobga olish mumkin.

Zaryadlash xususiyati 

Zaryadlash jarayoni zaryad oqimini tartibga solishni talab qiladi, hujayra kuchlanishini va oqim haroratini nazorat qilishni e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi. LiCoO2 ni katod elektrod sifatida ishlatadigan bugungi kunda ishlatiladigan lityum hujayralar uchun maksimal zaryadlanish kuchlanish chegarasi bir hujayra uchun 4,20 dan 4,22 V gacha. Bu qiymatdan oshib ketishi hujayraning xususiyatlarini buzilishiga olib keladi va aksincha, bu qiymatga etib bormaslik hujayraning nominal quvvatidan foydalanilmasligini bildiradi. Zaryad qilish uchun odatiy IU xarakteristikasi ishlatiladi, ya'ni birinchi bosqichda u 4,20 V / hujayra kuchlanishigacha doimiy oqim bilan zaryadlanadi. Zaryad oqimi mos ravishda hujayra ishlab chiqaruvchisi tomonidan ruxsat etilgan maksimal ruxsat etilgan qiymat bilan cheklangan. zaryadlovchi variantlari. Birinchi bosqichda zaryadlash vaqti zaryad oqimining kattaligiga qarab bir necha o'n daqiqadan bir necha soatgacha o'zgarib turadi. Hujayra kuchlanishi asta -sekin maksimal darajaga ko'tariladi. qiymatlari 4,2 V. Yuqorida aytib o'tilganidek, hujayraning shikastlanish xavfi tufayli bu kuchlanishdan oshib ketmaslik kerak. Zaryadlashning birinchi bosqichida energiyaning 70-80 foizi hujayralarda, ikkinchi bosqichida qolgan qismi saqlanadi. Ikkinchi bosqichda zaryadlanish kuchlanishi ruxsat etilgan maksimal qiymatda saqlanadi va zaryad oqimi asta -sekin kamayadi. Zaryad zaryad oqimi hujayraning nominal oqimining 2-3% gacha tushganda tugaydi. Kichik hujayralardagi zaryadlovchi oqimlarining maksimal qiymati tushirish oqimidan ham bir necha barobar ko'p bo'lgani uchun, birinchi zaryad bosqichida elektr energiyasining katta qismini tejash mumkin. nisbatan qisqa vaqt ichida energiya (taxminan ½ va 1 soat). Shunday qilib, favqulodda holat yuzaga kelganda, elektromobilning akkumulyatorlarini nisbatan qisqa vaqt ichida etarli quvvat bilan zaryadlash mumkin. Lityum hujayralar holatida ham, ma'lum vaqt saqlashdan keyin to'plangan elektr energiyasi kamayadi. Biroq, bu faqat taxminan 3 oylik tanaffusdan keyin sodir bo'ladi.

Chiqib ketish xususiyatlari

Voltaj birinchi navbatda 3,6-3,0 V ga tushadi (tushirish oqimining kattaligiga qarab) va butun oqim davomida deyarli o'zgarmaydi. Elektron pochta etkazib berish tugagandan so'ng. energiya ham hujayra kuchlanishini juda tez pasaytiradi. Shuning uchun, tushirish ishlab chiqaruvchi tomonidan belgilangan 2,7 dan 3,0 V gacha bo'lgan zo'riqishidan kechiktirmay bajarilishi kerak.

Aks holda, mahsulot tuzilishi buzilishi mumkin. Yuk tushirish jarayonini boshqarish nisbatan oson. U faqat oqim qiymati bilan chegaralanadi va oxirgi tushirish kuchlanishining qiymatiga yetganda to'xtaydi. Bitta muammo shundaki, ketma -ket joylashtirilgan alohida hujayralarning xususiyatlari hech qachon bir xil bo'lmaydi. Shuning uchun har qanday hujayraning zo'riqishining oxirgi zo'riqishidan past bo'lmasligi uchun ehtiyot bo'lish kerak, chunki bu unga zarar etkazishi va shu bilan butun batareyaning noto'g'ri ishlashiga olib kelishi mumkin. Batareyani zaryad olayotganda ham shuni hisobga olish kerak.

Boshqa turdagi katodli lityum hujayralar, kobalt, nikel yoki marganets oksidi Li3V2 (PO4) 3 fosfidi bilan almashtirilsa, mos kelmasligi tufayli hujayra shikastlanish xavfini yo'q qiladi. yuqori quvvat. Ularning e'lon qilingan xizmat muddati taxminan 2 zaryadli tsikl (000% zaryadsizlanish) va ayniqsa, hujayra to'liq zaryadsizlanganda unga zarar etkazilmasligi. Afzallik, shuningdek, 80 V gacha zaryad olganda taxminan 4,2 ga yaqin yuqori nominal kuchlanishdir.

Yuqoridagi ta'rifdan shuni aniq ko'rsatish mumkinki, hozirda lityum batareyalar yonilg'i bakida qazib olinadigan yoqilg'ida saqlanadigan energiyaga qaraganda, avtomobilni boshqarish uchun energiya saqlash kabi yagona alternativadir. Batareya quvvatining har qanday o'sishi ushbu ekologik toza diskning raqobatbardoshligini oshiradi. Biz faqat rivojlanish sekinlashmasligiga umid qilishimiz mumkin, aksincha, bir necha mil oldinga siljiymiz.

Gibrid va elektr batareyalardan foydalanadigan transport vositalariga misollar

Toyota Prius - klassik gibrid, kam elektr zaxirasiga ega. mashina haydash

Toyota Prius 1,3 kVt soatlik NiMH batareyasini ishlatadi, u asosan tezlashtirish uchun quvvat manbai sifatida ishlatiladi va maksimal 2 km masofada alohida elektr haydovchidan foydalanishga imkon beradi. 50 km / soat tezlik Plug-In versiyasida allaqachon 5,4-14 kVt / s quvvatga ega lityum-ionli batareyalar ishlatiladi, bu sizga maksimal tezlikda 20-100 km masofada faqat elektr haydovchini boshqarishga imkon beradi. tezligi XNUMX km / soat.

Sof elektron pochtada quvvat zaxirasi oshgan Opel Amper gibrid. mashina haydash

Uzoq masofali (40-80 km) elektromobil, Opel to'rt o'rindiqli besh eshikli Amper deb ataganidek, 111 kVt (150 ot kuchi) va 370 Nm moment ishlab chiqaradigan elektr dvigatel bilan ishlaydi. Quvvat manbai 220 ta T shaklidagi lityum xujayralar bilan quvvatlanadi, ularning umumiy quvvati 16 kVt / soat, og'irligi 180 kg. Jeneratör - 1,4 litrli, 63 kVt quvvatga ega benzinli dvigatel.

Mitsubishi va MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. mashinalar

16 kVt / soat quvvatga ega lityum-ionli akkumulyatorlar NEDC (New European Driving Cycle) standartiga muvofiq o'lchanganidek, avtomobil zaryadlanmasdan 150 km masofani bosib o'tishga imkon beradi. Yuqori voltli batareyalar (330 V) polning ichida joylashgan, shuningdek, zarba berilganda, beshik ramkasi shikastlanishdan himoyalangan. Bu Mitsubishi va GS Yuasa Corporation qo'shma korxonasi Lithium Energy Japan mahsulotidir. Hammasi bo'lib 88 ta maqola bor. Drayv uchun elektr quvvati 330 V lityum-ionli batareya bilan ta'minlanadi, umumiy quvvati 88 kVt soat bo'lgan 50 16 Ahli hujayralardan iborat. Batareya uy rozetkasidan olti soat ichida, tashqi tez zaryadlovchi (125 A, 400 V) yordamida zaryadlanadi, batareya yarim soat ichida 80% zaryadlanadi.

Men o'zim elektr transport vositalarining katta muxlisiman va bu sohada nima sodir bo'layotganini doimiy ravishda kuzatib boraman, ammo hozirgi paytda haqiqat u qadar optimistik emas. Buni yuqoridagi ma'lumotlar ham tasdiqlaydi, bu sof elektr va gibrid transport vositalarining hayoti oson emasligini va ko'pincha faqat raqamlar o'yini o'zini ko'rsatadi. Ularning ishlab chiqarilishi hali ham juda talabchan va qimmat bo'lib, ularning samaradorligi qayta-qayta munozaralarga sabab bo'ladi. Elektr transport vositalarining (gibridlarning) asosiy kamchiligi an'anaviy yoqilg'ida (dizel, benzin, suyultirilgan gaz, siqilgan tabiiy gaz) saqlanadigan energiyaga nisbatan akkumulyatorlarda saqlanadigan energiyaning o'ziga xos hajmining juda pastligidir. Haqiqatan ham elektr transport vositalarining quvvatini oddiy avtomobillarga yaqinlashtirish uchun batareyalar o'z vaznini kamida o'ndan biriga kamaytirishi kerak edi. Bu shuni anglatadiki, qayd etilgan Audi R8 e-tron 42 kVt/soatni 470 kg emas, balki 47 kgda saqlashi kerak edi. Bundan tashqari, zaryadlash vaqtini sezilarli darajada qisqartirish kerak edi. Taxminan 70-80% quvvatga ega bo'lgan bir soat hali ham juda ko'p va men to'liq zaryadlashda o'rtacha 6-8 soat haqida gapirmayapman. CO2 elektr transport vositalarining nol ishlab chiqarilishi haqidagi bema'ni gaplarga ham ishonishning hojati yo'q. Darhol shuni ta'kidlaymiz Bizning rozetkalarimizdagi energiya ham issiqlik elektr stantsiyalari tomonidan ishlab chiqariladi va ular nafaqat etarli miqdorda CO2 ishlab chiqaradi. Bunday avtomobilni yanada murakkab ishlab chiqarish haqida gapirmaslik kerak, bu erda ishlab chiqarish uchun CO2 ga bo'lgan ehtiyoj klassikaga qaraganda ancha yuqori. Og'ir va toksik materiallarni o'z ichiga olgan komponentlar soni va ularni keyinchalik muammoli yo'q qilish haqida unutmasligimiz kerak.

Qayd etilgan va aytilmagan barcha minuslar bilan elektromobil (gibrid) ham inkor etilmaydigan afzalliklarga ega. Shahar transportida yoki qisqaroq masofalarda ularning tejamkor ishlashi shubhasizdir, faqat tormozlash paytida energiyani saqlash (qayta tiklash) printsipi tufayli, an'anaviy transport vositalarida u tormozlash paytida havoga chiqindi issiqlik shaklida chiqariladi. Ommaviy elektron pochtadan arzon quvvat olish uchun shahar bo'ylab bir necha km yo'l bosib o'tish imkoniyatini eslatib o'ting. to'r. Agar biz sof elektromobil va klassik avtomobilni solishtiradigan bo'lsak, an'anaviy mashinada ichki yonish dvigateli mavjud bo'lib, u o'z-o'zidan ancha murakkab mexanik elementdir. Uning kuchi qandaydir tarzda g'ildiraklarga o'tkazilishi kerak va bu asosan qo'lda yoki avtomatik uzatish orqali amalga oshiriladi. Yo'lda hali ham bir yoki bir nechta differensiallar mavjud, ba'zida qo'zg'aysan mili va bir qator o'q millari ham mavjud. Albatta, mashina ham sekinlashishi kerak, dvigatel sovishi kerak va bu issiqlik energiyasi qoldiq issiqlik sifatida atrof-muhitga befoyda yo'qoladi. Elektr avtomobili ancha samarali va sodda - (gibrid haydovchiga taalluqli emas, bu juda murakkab). Elektromobilda vites qutilari, vites qutilari, kardanlar va yarim vallar mavjud emas, old, orqa yoki o'rtadagi dvigatelni unuting. U radiatorni, ya'ni sovutish suvi va starterni o'z ichiga olmaydi. Elektromobilning afzalligi shundaki, u dvigatellarni to'g'ridan-to'g'ri g'ildiraklarga o'rnatishi mumkin. Va birdan sizda har bir g'ildirakni boshqalardan mustaqil ravishda boshqara oladigan mukammal ATV bor. Shu sababli, elektr transport vositasi bilan faqat bitta g'ildirakni boshqarish qiyin bo'lmaydi, shuningdek, burilish uchun quvvatning optimal taqsimlanishini tanlash va boshqarish ham mumkin. Dvigatellarning har biri tormoz bo'lishi mumkin, yana boshqa g'ildiraklardan butunlay mustaqil bo'lib, hech bo'lmaganda kinetik energiyaning bir qismini elektr energiyasiga aylantiradi. Natijada, an'anaviy tormozlar ancha kam stressga duchor bo'ladi. Dvigatellar deyarli har qanday vaqtda va kechiktirmasdan maksimal mavjud quvvatni ishlab chiqarishi mumkin. Batareyalarda saqlanadigan energiyani kinetik energiyaga aylantirishda ularning samaradorligi taxminan 90% ni tashkil qiladi, bu an'anaviy motorlardan taxminan uch baravar ko'p. Binobarin, ular juda ko'p qoldiq issiqlik hosil qilmaydi va sovutish qiyin bo'lishi shart emas. Buning uchun sizga kerak bo'lgan yagona narsa - yaxshi apparat, boshqaruv bloki va yaxshi dasturchi.

Qimmatli qog'ozlar. Agar elektromobillar yoki gibridlar yonilg'i tejaydigan dvigatelli klassik mashinalarga yaqinroq bo'lsa, ular oldida hali juda qiyin va qiyin yo'l bor. Umid qilamanki, bu bir qator chalg'ituvchi raqamlar bilan tasdiqlanmagan yoki. amaldorlarning haddan tashqari bosimi. Ammo umidsizlikka tushmaylik. Nanotexnologiyaning rivojlanishi haqiqatan ham sakrashda davom etmoqda va, ehtimol, bizni yaqin kelajakda mo''jizalar kutmoqda.

Nihoyat, men yana bir qiziq narsani qo'shaman. Quyosh yonilg'i quyish shoxobchasi allaqachon mavjud.

Toyota Industries Corp (TIC) elektr va gibrid avtomobillar uchun quyoshdan quvvat oluvchi stansiya ishlab chiqdi. Shuningdek, stansiya elektr tarmog'iga ulangan, shuning uchun 1,9 kVt quvvatga ega quyosh panellari, ehtimol, qo'shimcha energiya manbai hisoblanadi. Zaryadlash stantsiyasi o'z-o'zidan (quyosh) quvvat manbaidan foydalanib, maksimal 110 VAC / 1,5 kVt quvvatga ega bo'lishi mumkin, tarmoqqa ulanganida maksimal 220 VAC / 3,2 kVt quvvatga ega bo'ladi.

Quyosh batareyalaridan foydalanilmaydigan elektr energiyasi batareyalarda saqlanadi, ular keyinchalik ishlatish uchun 8,4 kVt / soat quvvatga ega. Bundan tashqari, tarqatish tarmog'iga elektr energiyasini etkazib berish yoki stansiya aksessuarlarini etkazib berish mumkin. Vokzalda ishlatiladigan zaryad stendlari mos ravishda transport vositalarini identifikatsiyalash imkoniyatiga ega bo'lgan o'rnatilgan aloqa texnologiyasiga ega. ularning egalari smart -kartalardan foydalanadilar.

Batareyalar uchun muhim shartlar

• elektr - batareyada saqlanadigan elektr zaryadining (energiya miqdori) miqdorini ko'rsatadi. U amper soatlarida (Ah) yoki kichik qurilmalarda milliamper soatlarda (mAh) ko'rsatilgan. 1 Ah (= 1000 mAh) batareya nazariy jihatdan bir soat davomida 1 amperni etkazib berishga qodir.
• Ichki qarshilik - batareyaning ko'proq yoki kamroq tushirish oqimini ta'minlash qobiliyatini ko'rsatadi. Tasvirlash uchun ikkita kanistrdan foydalanish mumkin, ulardan biri kichikroq rozetkaga ega (yuqori ichki qarshilik), ikkinchisi esa kattaroq (past ichki qarshilik). Agar biz ularni bo'shatishga qaror qilsak, kichikroq drenaj teshigi bo'lgan kanistr sekinroq bo'shatiladi.
• Batareya nominal zo'riqishida - nikel-kadmiy va nikel-metall gidridli akkumulyatorlar uchun u 1,2 V, qo'rg'oshin 2 V va lityum 3,6 dan 4,2 V gacha. Ish paytida bu kuchlanish nikel-kadmiy va nikel-metall gidridli akkumulyatorlar uchun 0,8 - 1,5 V oralig'ida o'zgaradi. Qo'rg'oshin uchun 1,7 - 2,3 V va litiy uchun 3-4,2 va 3,5-4,9.
• Zaryadlovchi oqimi, tushirish oqimi – amper (A) yoki milliamper (mA) da ifodalangan. Bu ma'lum bir qurilma uchun ko'rib chiqilayotgan batareyadan amaliy foydalanish uchun muhim ma'lumotdir. Shuningdek, u batareyani to'g'ri zaryadlash va zaryadsizlantirish shartlarini belgilaydi, shunda uning quvvati maksimal darajada ishlatiladi va ayni paytda yo'q qilinadi.
• Zaryadlash tushirish egri chizig'i - batareyani zaryad qilish yoki zaryadsizlantirish vaqtiga qarab kuchlanishning o'zgarishini grafik tarzda ko'rsatadi. Batareya zaryadsizlanganda, zaryadsizlanish vaqtining taxminan 90% uchun odatda kuchlanishda kichik o'zgarishlar bo'ladi. Shuning uchun o'lchangan kuchlanishdan batareyaning joriy holatini aniqlash juda qiyin.
• O'z-o'zidan tushirish, o'z-o'zidan tushirish – Batareya har doim elektr quvvatini ushlab turolmaydi. energiya, chunki elektrodlardagi reaktsiya teskari jarayondir. Zaryadlangan batareya asta-sekin o'z-o'zidan zaryadsizlanadi. Bu jarayon bir necha haftadan oygacha davom etishi mumkin. Qo'rg'oshinli akkumulyatorlar uchun bu oyiga 5-20% ni, nikel-kadmiyli akkumulyatorlar uchun - kuniga elektr zaryadining taxminan 1% ni, nikel-metall gidridli akkumulyatorlarda - taxminan 15-20% ni tashkil qiladi. oy, va litiy taxminan 60% yo'qotadi. quvvati uch oy. O'z-o'zidan zaryadsizlanish atrof-muhit haroratiga, shuningdek ichki qarshilikka bog'liq (ichki qarshilik yuqori bo'lgan batareyalar kamroq zaryadsizlanadi) va, albatta, dizayn, ishlatilgan materiallar va mahorat ham muhimdir.
•  Batareya (to'plamlar) – Faqat istisno hollarda batareyalar alohida ishlatiladi. Odatda ular to'plamga ulanadi, deyarli har doim ketma-ket ulanadi. Bunday to'plamning maksimal oqimi alohida hujayraning maksimal oqimiga teng, nominal kuchlanish alohida hujayralarning nominal kuchlanishlarining yig'indisidir.
•  Batareyalarning to'planishi.  Yangi yoki ishlatilmagan akkumulyator bitta, lekin bir necha (3-5) sekin to'la zaryad va sekin zaryadsizlanishi kerak. Bu sekin jarayon batareya parametrlarini kerakli darajaga o'rnatadi.
•  Xotira effekti – Bu batareya taxminan doimiy, juda ko'p bo'lmagan oqim bilan bir xil darajada zaryadlangan va zaryadsizlanganda sodir bo'ladi va hujayraning to'liq zaryadlanishi yoki chuqur zaryadsizlanishi bo'lmasligi kerak. Ushbu yon ta'sir NiCd ga ta'sir qildi (minimal, shuningdek, NiMH).