Аккумуляторы для гибридных автомобилей и электромобилей

В нашей предыдущей статье мы обсуждали аккумулятор как источник электричества, необходимый в основном для запуска автомобиля, а также для относительно краткосрочной работы электрооборудования. Однако совершенно другие требования предъявляются к свойствам аккумуляторов, используемых в области приведения в движение больших мобильных устройств, в нашем случае гибридных транспортных средств и электромобилей. Для питания транспортного средства требуется гораздо большее количество накопленной энергии, и ее нужно где-то хранить. В классическом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания он хранится в баке в виде бензина, дизельного топлива или сжиженного нефтяного газа. В случае электромобиля или гибридного автомобиля он хранится в батареях, что можно охарактеризовать как главную проблему электромобиля.

Аккумуляторы тока могут накапливать мало энергии, при этом они довольно громоздкие, тяжелые и при этом для их максимального пополнения требуется несколько часов (обычно 8 и более). Напротив, обычные автомобили с двигателями внутреннего сгорания позволяют хранить большое количество энергии по сравнению с батареями в небольшом корпусе, при условии, что для пополнения требуется всего минуту, может быть, две. К сожалению, проблема хранения электроэнергии преследует электромобили с момента их появления, и, несмотря на бесспорный прогресс, их удельная энергоемкость, необходимая для питания транспортного средства, все еще очень мала. В следующих строках сохранение электронной почты Мы обсудим энергетику более подробно и постараемся приблизить реальную реальность автомобилей с чисто электрическим или гибридным приводом. Вокруг этих «электронных автомобилей» ходит множество мифов, поэтому не помешает более подробно рассмотреть достоинства или недостатки таких приводов.

К сожалению, цифры, приведенные производителями, также весьма сомнительны и носят скорее теоретический характер. Например, Kia Venga содержит электродвигатель мощностью 80 кВт и крутящим моментом 280 Нм. Питание осуществляется от литий-ионных аккумуляторов емкостью 24 кВтч, расчетный запас хода Kia Vengy EV по данным производителя составляет 180 км. Емкость аккумуляторов говорит нам, что полностью заряженные они могут обеспечить потребление двигателя 24 кВт, или за полчаса накормить потребление 48 кВт и т. д. Простой пересчет, и мы не сможем проехать 180 км. Если бы мы хотели подумать о таком диапазоне, то нам пришлось бы проехать в среднем 60 км / ч в течение примерно 3 часов, а мощность двигателя была бы лишь десятой части номинального значения, то есть 8 кВт. Другими словами, при действительно аккуратной (осторожной) поездке, когда вы почти наверняка будете использовать тормоз в работе, такая поездка теоретически возможна. Конечно, мы не рассматриваем включение различных электрических аксессуаров. Все уже могут представить, какое это самоотречение по сравнению с классическим автомобилем. При этом вы заливаете 40 литров дизельного топлива в классическую Venga и проезжаете сотни и сотни километров без ограничений. Почему это так? Давайте попробуем сравнить, сколько этой энергии и какой вес может выдержать классический автомобиль в баке, и сколько электромобиль в батареях – подробнее здесь ЗДЕСЬ.

Несколько фактов из химии и физики

• теплотворная способность бензина: 42,7 МДж / кг,
• теплотворная способность дизельного топлива: 41,9 МДж / кг,
• плотность бензина: 725 кг / м3,
• хустота нафты: 840 кг / м3,
• Джоуль (Дж) = [кг * м2 / с2],
• Ватт (Вт) = [Дж / с],
• 1 МДж = 0,2778 кВтч.

Энергия – это способность выполнять работу, измеряемая в джоулях (Дж), киловатт-часах (кВтч). Работа (механическая) проявляется изменением энергии при движении тела, имеет те же единицы, что и энергия. Мощность выражает количество работы, выполненной за единицу времени, базовая единица – ватт (Вт).

Удельная мощность источников энергии

Энергетический ресурс	Теплотворная способность / кг плотности	Теплотворная способность / л Энергия / л	Энергия / кг
Бензин	42,7 МДж / кг 725 кг / м3	30,96 МДж / л 8,60 кВтч / л	11,86 кВтч / кг
Нафта	41,9 МДж / кг 840 кг / м3	35,20 МДж / л 9,78 кВтч / л	11,64 кВтч / кг
Литий-ионный аккумулятор (Audi R8 e-tron)	42 кВтч 470 кг		0,0893 кВтч / кг

Из вышесказанного ясно, что, например, При теплоте сгорания 42,7 МДж / кг и плотности 725 кг / м3 бензин предлагает энергию 8,60 кВтч на литр или 11,86 кВтч на килограмм. Если мы построим нынешние аккумуляторы, которые сейчас устанавливают в электромобили, например, литий-ионные, их мощность меньше 0,1 кВтч на килограмм (для простоты рассмотрим 0,1 кВтч). Обычные виды топлива обеспечивают более чем в сто раз больше энергии при том же весе. Вы поймете, что это огромная разница. Если мы разберем его на маленькие, например, Chevrolet Cruze с аккумулятором емкостью 31 кВтч несет энергию, которая может уместиться менее чем на 2,6 кг бензина или, если вы хотите, около 3,5 литров бензина.

Вы можете сказать, как это возможно, что электромобиль вообще заведется, а не то, что он все еще будет иметь энергию более 100 км. Причина проста. Электродвигатель намного более эффективен с точки зрения преобразования накопленной энергии в механическую. Обычно он должен иметь КПД 90%, в то время как КПД двигателя внутреннего сгорания составляет около 30% для бензинового двигателя и 35% для дизельного двигателя. Следовательно, для обеспечения такой же мощности электродвигателю достаточно с гораздо меньшим запасом энергии.

Удобство использования отдельных приводов

После оценки упрощенного расчета предполагается, что мы можем получить приблизительно 2,58 кВтч механической энергии из литра бензина, 3,42 кВтч из литра дизельного топлива и 0,09 кВтч из килограмма литий-ионной батареи. Так что разница не более чем стократная, а всего около тридцати раз. Это лучшее число, но в действительности все еще не розовое. Например, рассмотрим спортивный Audi R8. Его полностью заряженные батареи при весе 470 кг имеют энергетический эквивалент 16,3 литра бензина или всего 12,3 литра дизельного топлива. Или, если бы у нас был Audi A4 3,0 TDI с объемом бака 62 литра дизельного топлива, и мы хотели бы иметь такой же запас хода на чисто аккумуляторном приводе, нам потребовалось бы примерно 2350 кг аккумуляторов. Пока что этот факт не дает электромобилю слишком радужного будущего. Однако нет необходимости бросать дробовик во рожь, так как давление, направленное на разработку таких «электронных автомобилей», будет снято безжалостным зеленым лобби, поэтому, нравится это автопроизводителям или нет, они должны производить что-то «зеленое». “. Определенная замена чисто электрическому приводу – так называемый гибриды, сочетающие двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем. В настоящее время наиболее известны, например, Toyota Prius (Auris HSD с такой же гибридной технологией) или Honda Inside. Однако их чисто электрический диапазон до сих пор смехотворен. В первом случае около 2 км (в последней версии Plug In увеличен «до» 20 км), а во втором Хонда даже не стучит на чисто электроприводе. Пока что получаемая в результате эффективность на практике не столь чудесна, как предполагает массовая реклама. Реальность показала, что они могут раскрасить их любым синим движением (экономикой) в основном с помощью обычных технологий. Преимущество гибридной силовой установки заключается, главным образом, в экономии топлива при движении по городу. Недавно Audi заявила, что в настоящее время необходимо только уменьшить вес кузова, чтобы в среднем достичь той же экономии топлива, которую некоторые бренды достигают, устанавливая в автомобиле гибридную систему. Новые модели некоторых автомобилей также доказывают, что это не крик в темноту. Например, недавно представленное седьмое поколение Volkswagen Golf использует более легкие компоненты, чтобы узнать о них, и на практике фактически требует меньше топлива, чем раньше. Японский автопроизводитель Mazda выбрал аналогичное направление. Несмотря на эти заявления, разработка «дальнобойного» гибридного привода продолжается. В качестве примера упомяну Opel Ampera и, как ни парадоксально, модель от Audi A1 e-tron.

Удобство использования отдельных приводов

Энергетический ресурс	КПД двигателя	Эффективная энергия / л	Эффективная энергия / кг
Бензин	0,30	2,58 кВтч / л	3,56 кВтч / кг
Нафта	0,35	3,42 кВтч / л	4,07 кВтч / кг
Литий-ионные аккумуляторы	0,90	–	ок. 0,1 кВтч / кг

Opel Ampera

Хотя Opel Ampera часто представляют как электромобиль, на самом деле это гибридный автомобиль. Помимо электродвигателя, Ampere также использует двигатель внутреннего сгорания объемом 1,4 литра и мощностью 63 кВт. Однако этот бензиновый двигатель не приводит в движение колеса напрямую, а работает как генератор на случай, если в аккумуляторах закончится электричество. энергия. Электрическая часть представлена ​​электродвигателем мощностью 111 кВт (150 л.с.) и крутящим моментом 370 Нм. Блок питания питается от 220 литиевых элементов, расположенных в форме буквы T. Они имеют общую мощность 16 кВтч и весят 180 кг. Этот электромобиль может проехать 40-80 км на чисто электрическом приводе. Этого расстояния часто вполне достаточно для езды по городу в течение всего дня и значительно сокращает эксплуатационные расходы, поскольку движение по городу требует значительных затрат топлива в случае двигателей внутреннего сгорания. Батареи также можно заряжать от стандартной розетки, а в сочетании с двигателем внутреннего сгорания запас хода Ampera увеличивается до весьма приличных пятисот километров.

Audi электронной электронов A1

Audi, которая больше предпочитает классический привод с более совершенными технологиями, чем технически очень требовательный гибридный привод, более двух лет назад представила интересный гибридный автомобиль A1 e-tron. Литий-ионные аккумуляторы емкостью 12 кВтч и весом 150 кг заряжаются двигателем Ванкеля как часть генератора, который использует энергию в виде бензина, хранящуюся в 254-литровом баке. Двигатель имеет объем 15 куб. См и вырабатывает 45 кВт / ч эл. энергия. Электродвигатель имеет мощность 75 кВт и за короткое время может производить до 0 кВт мощности. Разгон с 100 до 10 составляет около 130 секунд, а максимальная скорость около 50 км / ч. Автомобиль может проехать около 12 км по городу на чисто электрическом приводе. После истощения эл. энергия незаметно активируется роторным двигателем внутреннего сгорания и перезаряжает электричество. энергия для батарей. Общий запас хода с полностью заряженными аккумуляторами и 250 литрами бензина составляет около 1,9 км при среднем расходе 100 литра на 1450 км. Эксплуатационная масса автомобиля – 12 кг. Давайте посмотрим на простой пересчет, чтобы узнать при прямом сравнении, сколько энергии скрыто в 30-литровом баке. Если предположить, что КПД современного двигателя Ванкеля составляет 70%, то его 9 кг вместе с 12 кг (31 л) бензина эквивалентны 79 кВтч энергии, хранящейся в батареях. Таким образом, 387,5 кг двигателя и бака = 1 кг аккумуляторов (рассчитано в весах Audi A9 e-Tron). Если бы мы захотели увеличить топливный бак на 62 литров, у нас уже было бы XNUMX кВтч энергии, доступной для питания автомобиля. Итак, мы могли продолжить. Но у него должна быть одна загвоздка. Это уже не будет «зеленый» автомобиль. Так что даже здесь ясно видно, что электропривод существенно ограничен удельной мощностью запасенной в батареях энергии.

В частности, более высокая цена, а также большой вес привели к тому, что гибридный привод в Audi постепенно отошел на второй план. Однако это не означает, что разработка гибридных автомобилей и электромобилей в Audi полностью обесценилась. Информация о новой версии модели A1 e-tron появилась недавно. По сравнению с предыдущим, роторный двигатель / генератор был заменен 1,5-литровым трехцилиндровым двигателем с турбонаддувом мощностью 94 кВт. Использование классического блока внутреннего сгорания было вынуждено Audi в основном из-за сложностей, связанных с этой трансмиссией, а также новый трехцилиндровый двигатель призван не только заряжать батареи, но и работать непосредственно с ведущими колесами. Аккумуляторы Sanyo имеют идентичную мощность 12 кВт / ч, а запас хода чисто электрического привода был немного увеличен – примерно 80 км. Audi заявляет, что модернизированный A1 e-tron должен проезжать в среднем один литр на сто километров. К сожалению, у этого расхода есть одна загвоздка. Для гибридных автомобилей с увеличенным запасом хода на чистом эл. drive используется интересная методика расчета конечного расхода. Так называемое потребление игнорируется. заправка от эл. сеть для зарядки аккумуляторов, а также конечный расход л / 100 км учитывает только расход бензина за последние 20 км езды, когда есть электричество. заряд батареи. Путем очень простого расчета мы можем вычислить это, если бы батареи были соответственно разряжены. мы ехали после того, как кончалось электричество. энергии от чисто бензиновых аккумуляторов, в результате потребление увеличится в пять раз, то есть 5 литров бензина на 100 км.

Audi A1 e-tron II. поколение

Проблемы хранения электроэнергии

Вопрос хранения электроэнергии стара, как сама электротехника. Первыми источниками электричества были гальванические элементы. Спустя короткое время была обнаружена возможность обратимого процесса накопления электричества в гальванических вторичных элементах – батареях. Первыми использованными батареями были свинцовые батареи, спустя короткое время никель-железные и чуть позже никель-кадмиевые, и их практическое применение длилось более ста лет. Следует также добавить, что, несмотря на интенсивные мировые исследования в этой области, их основная конструкция не сильно изменилась. Используя новые производственные технологии, улучшая свойства основных материалов и используя новые материалы для сепараторов ячеек и сосудов, удалось немного снизить удельный вес, уменьшить саморазряд ячеек, а также повысить комфорт и безопасность оператора, но это об этом. Самый существенный недостаток, т.е. Сохранялось очень неблагоприятное соотношение количества запасенной энергии к весу и объему батарей. Поэтому эти батареи использовались в основном в статических приложениях (резервные источники питания на случай отказа основного источника питания и т. Д.). Аккумуляторы использовались в качестве источника энергии для тяговых систем, особенно на железных дорогах (транспортные тележки), где большой вес и значительные габариты также не слишком мешали.

Прогресс в хранении электроэнергии

Однако усилилась потребность в разработке элементов с малой емкостью и размерами в ампер-часах. Таким образом, были сформированы щелочные первичные элементы и герметизированные версии никель-кадмиевых (NiCd), а затем никель-металл-гидридных (NiMH) батарей. Для инкапсуляции ячеек были выбраны те же формы и размеры гильз, что и для обычных до сих пор первичных цинкхлоридных ячеек. В частности, достигнутые параметры никель-металлгидридных аккумуляторов позволяют использовать их, в частности, в мобильных телефонах, ноутбуках, ручных приводах инструментов и т. Д. Технология изготовления этих элементов отличается от технологий, используемых для элементов с большой емкостью в ампер-часах. Пластинчатое расположение электродной системы больших ячеек заменено технологией превращения электродной системы, включая сепараторы, в цилиндрическую катушку, которая вставляется и контактирует с ячейками обычной формы размеров AAA, AA, C и D, соотв. кратны их размерам. Для некоторых специальных применений производятся ячейки специальной плоской формы.

Преимуществом герметичных элементов со спиральными электродами является в несколько раз большая возможность зарядки и разрядки с большими токами и соотношением относительной плотности энергии к весу и объему ячеек по сравнению с классической конструкцией больших ячеек. Недостаток – больший саморазряд и меньшее количество рабочих циклов. Наибольшая емкость одного NiMH элемента составляет примерно 10 Ач. Но, как и в случае с другими цилиндрами большего диаметра, они не позволяют заряжаться слишком высокими токами из-за проблемного рассеивания тепла, что значительно сокращает использование в электромобилях, и поэтому этот источник используется только в качестве вспомогательной батареи в гибридной системе (Toyota Prius 1,3 кВтч).

Значительным достижением в области хранения электроэнергии стала разработка безопасных литиевых батарей. Литий – это элемент с высоким значением электрохимического потенциала, но он также чрезвычайно активен в окислительном отношении, что также вызывает проблемы при использовании металлического лития на практике. При контакте лития с кислородом воздуха происходит горение, которое в зависимости от свойств окружающей среды может иметь характер взрыва. Устранить это неприятное свойство можно либо тщательной защитой поверхности, либо применением менее активных соединений лития. В настоящее время наиболее распространены литий-ионные и литий-полимерные батареи емкостью от 2 до 4 Ач в ампер-часах. Их использование аналогично использованию NiMh, и при среднем напряжении разряда 3,2 В доступно от 6 до 13 Втч энергии. По сравнению с никель-металлгидридными батареями литиевые батареи позволяют хранить в два-четыре раза больше энергии при том же объеме. Литий-ионные (полимерные) батареи имеют электролит в гелевой или твердой форме и могут изготавливаться в виде плоских элементов толщиной от нескольких десятых миллиметра практически любой формы в соответствии с потребностями соответствующего применения.

Электропривод в легковом автомобиле может быть выполнен как основной и единственный (электромобиль) или комбинированный, где электропривод может быть как доминирующим, так и вспомогательным источником тяги (гибридный привод). В зависимости от используемого варианта требования к энергии для работы транспортного средства и, следовательно, емкость аккумуляторов различаются. В электромобилях емкость аккумуляторов составляет от 25 до 50 кВтч, а с гибридным приводом она, естественно, ниже и составляет от 1 до 10 кВтч. Из приведенных значений видно, что при напряжении одной (литиевой) ячейки 3,6 В необходимо последовательно соединять ячейки. Чтобы уменьшить потери в распределительных проводниках, инверторах и обмотках двигателя, рекомендуется выбирать напряжение выше обычного в бортовой сети (12 В) для приводов – обычно используемые значения составляют от 250 до 500 В. С сегодняшнего дня Очевидно, литиевые элементы являются наиболее подходящим типом. Следует признать, что они все еще очень дороги, особенно по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Однако они намного сложнее.

Номинальное напряжение обычных литиевых аккумуляторных элементов составляет 3,6 В. Это значение отличается от обычных никель-металлгидридных элементов, соответственно. NiCd, которые имеют номинальное напряжение 1,2 В (или свинцовые – 2 В), что в случае использования на практике не допускает взаимозаменяемости обоих типов. Зарядка указанных литиевых батарей отличается необходимостью очень точного соблюдения значения максимального зарядного напряжения, что предполагает специальный тип зарядного устройства и, в частности, не позволяет использовать системы зарядки, разработанные для других типов элементов.

Основные характеристики литиевых батарей

Основными характеристиками аккумуляторов для электромобилей и гибридов можно считать их зарядно-разрядные характеристики.

Зарядная характеристика 

Процесс зарядки требует регулирования зарядного тока, контроль напряжения элемента и контроль текущей температуры не могут быть пропущены. Для используемых сегодня литиевых элементов, в которых в качестве катодного электрода используется оксид LiCoO2, предельное значение максимального зарядного напряжения составляет от 4,20 до 4,22 В на элемент. Превышение этого значения приводит к повреждению свойств ячейки и, наоборот, недостижение этого значения означает неиспользование номинальной емкости ячейки. Для зарядки используется обычная характеристика IU, то есть в первой фазе он заряжается постоянным током до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение 4,20 В / элемент. Величина зарядного тока ограничена максимально допустимым значением, указанным производителем элемента, соответственно. варианты зарядного устройства. Время зарядки на первом этапе варьируется от нескольких десятков минут до нескольких часов, в зависимости от величины зарядного тока. Напряжение на элементе постепенно увеличивается до макс. значения 4,2 В. Как уже упоминалось, это напряжение не должно превышаться из-за риска повреждения элемента. В первой фазе зарядки от 70 до 80% энергии хранится в элементах, во второй фазе остальное. Во второй фазе зарядное напряжение поддерживается на максимально допустимом значении, а зарядный ток постепенно снижается. Зарядка завершена, когда ток упадет примерно до 2–3% от номинального тока разряда элемента. Поскольку максимальная величина зарядных токов в случае меньших ячеек также в несколько раз превышает разрядный ток, можно сохранить значительную часть электричества на первой фазе зарядки. энергии за относительно очень короткое время (примерно ½ и 1 час). Таким образом, в случае возникновения чрезвычайной ситуации можно зарядить аккумуляторы электромобиля до достаточной емкости за относительно короткое время. Даже в случае литиевых элементов накопленное электричество уменьшается после определенного периода хранения. Однако это происходит только примерно через 3 месяца простоя.

Характеристики разряда

Напряжение сначала быстро падает до 3,6–3,0 В (в зависимости от величины разрядного тока) и остается почти постоянным на протяжении всего разряда. После исчерпания запаса эл. энергия также очень быстро снижает напряжение ячейки. Следовательно, разряд должен быть завершен не позднее, чем будет достигнуто напряжение разряда, указанное производителем, которое составляет от 2,7 до 3,0 В.

В противном случае структура изделия может быть повреждена. Управлять процессом разгрузки относительно просто. Он ограничен только величиной тока и прекращается по достижении значения конечного напряжения разряда. Единственная проблема заключается в том, что свойства отдельных ячеек в последовательном расположении никогда не бывают одинаковыми. Следовательно, необходимо следить за тем, чтобы напряжение любого элемента не упало ниже значения конечного напряжения разряда, так как это может привести к его повреждению и, таким образом, вызвать неисправность всей аккумуляторной батареи. То же следует учитывать при зарядке аккумулятора.

Упомянутый тип литиевых элементов с другим материалом катода, в котором оксид кобальта, никеля или марганца заменен фосфидом Li3V2 (PO4) 3, устраняет упомянутые риски повреждения элемента из-за несоответствия характеристикам.Элементы с большей емкостью. Также заявлен их заявленный срок службы около 2 циклов зарядки (при 000% разряде) и особенно тот факт, что когда элемент полностью разряжен, он не будет поврежден. Преимуществом также является более высокое номинальное напряжение примерно 80 при зарядке до 4,2 В.

Из приведенного выше описания можно четко указать, что в настоящее время литиевые батареи являются единственной такой альтернативой, как накопление энергии для вождения автомобиля по сравнению с энергией, накопленной в ископаемом топливе в топливном баке. Любое увеличение удельной емкости аккумуляторов повысит конкурентоспособность этого экологически чистого привода. Мы можем только надеяться, что развитие не замедлится, а, наоборот, продвинется вперед на несколько миль.

Примеры автомобилей, использующих гибридные и электрические батареи

Тойота Приус-классический гибрид с малым запасом хода на чистом эл. водить машину

Toyota Prius использует никель-металлгидридные аккумуляторы емкостью 1,3 кВтч, которые служат главным образом источником энергии при разгоне автомобиля и позволяют использовать отдельный электропривод на расстояние около 2 км при макс. скорость 50 км / ч. В версии Plug-In уже используются литий-ионные аккумуляторы емкостью 5,4 кВтч, которые позволяют проехать исключительно на электроприводе на расстояние 14-20 км с максимальной скоростью. скорость 100 км / ч.

Опель Ампера-гибрид с увеличенным запасом хода на чистом эл. водить машину

Электромобиль с увеличенным запасом хода (40-80 км), как Opel называет четырехместный пятидверный Amper, приводится в движение электродвигателем мощностью 111 кВт (150 л.с.) и крутящим моментом 370 Нм. Блок питания питается от 220 литиевых элементов, расположенных в форме буквы T. Они имеют общую мощность 16 кВтч и весят 180 кг. Генератор представляет собой бензиновый двигатель объемом 1,4 литра мощностью 63 кВт.

Mitsubishi i MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. автомобили

Литий-ионные аккумуляторы емкостью 16 кВтч позволяют транспортному средству проехать до 150 км без подзарядки, согласно измерениям в соответствии со стандартом NEDC (New European Driving Cycle). Высоковольтные батареи (330 В) расположены внутри пола и также защищены рамой люльки от повреждений в случае удара. Это продукт компании Lithium Energy Japan, совместного предприятия двух подразделений Mitsubishi и GS Yuasa Corporation. Всего 88 статей. Электроэнергия для привода обеспечивается литий-ионной батареей на 330 В, состоящей из 88 ячеек по 50 Ач с общей емкостью 16 кВтч. Аккумулятор будет заряжаться от домашней розетки в течение шести часов, с помощью внешнего быстрого зарядного устройства (125 А, 400 В) аккумулятор будет заряжен до 80% за полчаса.

Я сам большой поклонник электромобилей и постоянно слежу за тем, что происходит в этой сфере, но реальность на данный момент не столь оптимистична. Это также подтверждается приведенной выше информацией, из которой видно, что жизнь как чисто электрических, так и гибридных транспортных средств непроста, и часто нам притворяется только игра в числа. Их производство по-прежнему очень требовательно и дорого, а их эффективность многократно спорна. Основным недостатком электромобилей (гибридов) является очень малая удельная емкость энергии, хранимой в батареях, по сравнению с энергией, хранящейся в обычном топливе (дизельное топливо, бензин, сжиженный нефтяной газ, сжатый природный газ). Чтобы действительно приблизить мощность электромобилей к обычным автомобилям, батареи должны были бы уменьшить свой вес как минимум на одну десятую. Это означает, что упомянутый Audi R8 e-tron должен был хранить 42 кВтч не в 470 кг, а в 47 кг. Кроме того, время зарядки пришлось бы значительно сократить. Примерно час при 70-80% емкости – это еще много, и я не говорю о 6-8 часах в среднем при полной зарядке. Нет нужды верить и в чушь о нулевом производстве электромобилей с CO2. Сразу отметим тот факт, что эл. Энергия в наших розетках также вырабатывается тепловыми электростанциями, и они не только производят достаточно CO2. Не говоря уже о более сложном производстве такого автомобиля, где потребность в CO2 для производства намного больше, чем в классическом. Мы не должны забывать о количестве компонентов, содержащих тяжелые и токсичные материалы, и их проблемной последующей утилизации.

При всех упомянутых и не упомянутых минусах электромобиль (гибрид) также имеет неоспоримые преимущества. В условиях городского движения или на более короткие расстояния их более экономичная работа неоспорима, только из-за принципа накопления энергии (рекуперации) во время торможения, когда в обычных транспортных средствах она удаляется при торможении в виде отработанного тепла в воздух, не говоря уже о возможности несколько км езды по городу за дешевую подзарядку от общественного эл. сеть. Если мы сравним чистый электромобиль и классический автомобиль, то в обычном автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания, который сам по себе является довольно сложным механическим элементом. Его мощность должна каким-то образом передаваться на колеса, и в основном это осуществляется с помощью механической или автоматической коробки передач. На пути все еще есть один или несколько дифференциалов, иногда также карданный вал и серия полуосей. Конечно, автомобиль также должен тормозить, двигатель должен охлаждаться, и эта тепловая энергия бесполезно уходит в окружающую среду в виде остаточного тепла. Электромобиль намного эффективнее и проще – (не относится к гибридному приводу, который очень сложен). Электромобиль не содержит коробок передач, коробок передач, карданов и полуосей, забудьте про двигатель спереди, сзади или посередине. Он не содержит радиатора, то есть охлаждающей жидкости и стартера. Преимущество электромобиля в том, что он может устанавливать двигатели прямо в колеса. И вдруг у вас есть идеальный квадроцикл, который может управлять каждым колесом независимо от других. Следовательно, с электромобилем не составит труда управлять только одним колесом, также есть возможность выбрать и управлять оптимальным распределением мощности для прохождения поворотов. Каждый из двигателей также может быть тормозом, опять же полностью независимым от других колес, который преобразует по крайней мере часть кинетической энергии обратно в электрическую. В результате обычные тормоза будут подвергаться гораздо меньшей нагрузке. Двигатели могут выдавать максимальную доступную мощность практически в любое время и без задержек. Их эффективность преобразования энергии, накопленной в батареях, в кинетическую энергию составляет около 90%, что примерно в три раза больше, чем у обычных двигателей. Следовательно, они не выделяют столько остаточного тепла, и их не нужно сложно охлаждать. Все, что вам нужно для этого – хорошее железо, блок управления и хороший программатор.

Suma sumárum. Если электромобили или Гибриды даже ближе к классическим автомобилям с экономичными двигателями, им еще предстоит очень трудный и сложный путь. Я просто надеюсь, что это не будет подтверждено рядом вводящих в заблуждение цифр или. преувеличенное давление со стороны чиновников. Но не будем отчаиваться. Развитие нанотехнологий действительно движется семимильными шагами, и, возможно, в ближайшем будущем нас действительно ждут чудеса.

Напоследок добавлю еще одну интересную вещь. Уже есть солнечная «заправка».

Toyota Industries Corp (TIC) разработала солнечную зарядную станцию ​​для электромобилей и гибридных автомобилей. Станция также подключена к электросети, поэтому солнечные батареи мощностью 1,9 кВт являются скорее дополнительным источником энергии. Используя автономный (солнечный) источник энергии, зарядная станция может обеспечить максимальную мощность 110 В переменного тока / 1,5 кВт, при подключении к сети она предлагает максимум 220 В переменного тока / 3,2 кВт.

Неиспользованная электроэнергия от солнечных панелей хранится в батареях, которые могут хранить 8,4 кВтч для последующего использования. Также можно подавать электроэнергию в распределительную сеть или поставлять аксессуары станции. Стенды для зарядки, используемые на станции, имеют встроенную коммуникационную технологию, способную идентифицировать автомобили, соответственно. их владельцы с помощью смарт-карт.

Важные термины для аккумуляторов

• Мощность – указывает количество электрического заряда (количества энергии), хранящегося в аккумуляторе. Он указывается в ампер-часах (Ач) или, в случае небольших устройств, в миллиампер-часах (мАч). Батарея емкостью 1 Ач (= 1000 мАч) теоретически способна выдавать ток в 1 ампер в течение одного часа.
• Внутреннее сопротивление – указывает на способность батареи обеспечивать больший или меньший ток разряда. Для иллюстрации можно использовать две канистры: одна с меньшим выпускным отверстием (большое внутреннее сопротивление), а другая – большим (малое внутреннее сопротивление). Если мы решим их опорожнить, канистра с меньшим сливным отверстием будет опорожняться медленнее.
• Номинальное напряжение аккумуляторной батареи – для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов оно составляет 1,2 В, свинцовых 2 В и литиевых от 3,6 до 4,2 В. В процессе эксплуатации это напряжение изменяется в пределах 0,8 – 1,5 В для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, 1,7 – 2,3 В для свинец и 3-4,2 и 3,5-4,9 для лития.
• Зарядный ток, разрядный ток – выражается в амперах (А) или миллиамперах (мА). Это важная информация для практического использования рассматриваемой батареи для конкретного устройства. Он также определяет условия для правильной зарядки и разрядки аккумулятора, чтобы его емкость использовалась по максимуму и в то же время не разрушалась.
• Зарядка соотв. кривая разряда – графически отображает изменение напряжения в зависимости от времени при зарядке или разрядке аккумулятора. При разрядке аккумулятора типично небольшое изменение напряжения в течение примерно 90% времени разрядки. Поэтому очень сложно определить текущее состояние аккумулятора по измеренному напряжению.
• Саморазряд, саморазряд – аккумулятор не может постоянно поддерживать электричество. энергии, поскольку реакция на электродах – обратимый процесс. Заряженная батарея постепенно разряжается сама по себе. Этот процесс может занять от нескольких недель до месяцев. В случае свинцово-кислотных аккумуляторов это 5-20% в месяц, у никель-кадмиевых аккумуляторов – около 1% электрического заряда в день, в случае никель-металлгидридных аккумуляторов – около 15-20% в месяц, а литий теряет около 60%. мощности за три месяца. Саморазряд зависит от температуры окружающей среды, а также от внутреннего сопротивления (батареи с более высоким внутренним сопротивлением разряжаются меньше) и, конечно, также важны конструкция, используемые материалы и качество изготовления.
•  Аккумулятор (комплекты) – только в исключительных случаях батареи используются индивидуально. Обычно они соединяются в набор, почти всегда соединяются последовательно. Максимальный ток такого набора равен максимальному току отдельной ячейки, номинальное напряжение – это сумма номинальных напряжений отдельных ячеек.
•  Накопление аккумуляторов.  Новая или неиспользованная батарея должна быть подвергнута одному, но предпочтительно нескольким циклам (3-5) медленной полной зарядки и медленной разрядки. Этот медленный процесс устанавливает параметры батареи на желаемый уровень.
•  Эффект памяти – Это происходит, когда аккумулятор заряжается и разряжается до одинакового уровня примерно постоянным, не слишком большим током, и не должно быть полного заряда или глубокого разряда элемента. Этот побочный эффект затронул NiCd (в минимальной степени также NiMH).