باتری خودروهای هیبریدی و برقی

در مقاله قبلی ما ، باتری را به عنوان منبع برق مورد نیاز برای راه اندازی اتومبیل و همچنین عملکرد نسبتاً کوتاه مدت تجهیزات الکتریکی مورد بحث قرار دادیم. با این حال ، الزامات کاملاً متفاوتی به ویژگی های باتری های مورد استفاده در زمینه پیشبرد دستگاه های بزرگ تلفن همراه ، در مورد ما ، خودروهای هیبریدی و وسایل نقلیه برقی اعمال می شود. مقدار بسیار بیشتری از انرژی ذخیره شده برای تغذیه وسیله نقلیه مورد نیاز است و باید در جایی ذخیره شود. در خودروی کلاسیک با موتور احتراق داخلی ، به صورت بنزین ، گازوئیل یا LPG در مخزن ذخیره می شود. در مورد وسیله نقلیه برقی یا خودروی هیبریدی ، در باتری ذخیره می شود که می توان آن را مشکل اصلی خودروهای برقی توصیف کرد.

باتری های فعلی می توانند انرژی کمی ذخیره کنند ، در حالی که نسبتاً حجیم ، سنگین هستند و در عین حال ، چندین ساعت طول می کشد تا حداکثر آنها (معمولاً 8 یا بیشتر) دوباره پر شوند. در مقابل ، خودروهای معمولی با موتورهای احتراق داخلی می توانند مقدار زیادی از انرژی را در مقایسه با باتری ها در یک کیس کوچک ذخیره کنند ، البته به شرطی که فقط یک دقیقه ، یا دو بار طول بکشد. متأسفانه مشکل ذخیره سازی برق خودروهای الکتریکی را از بدو ورود آنها با مشکل روبرو کرده است و با وجود پیشرفت غیرقابل انکار ، چگالی انرژی مورد نیاز آنها برای تامین انرژی یک خودرو هنوز بسیار پایین است. در سطور زیر ، صرفه جویی در ایمیل ما انرژی را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار خواهیم داد و سعی خواهیم کرد واقعیت خودروهای با محرک الکتریکی یا هیبریدی را نزدیک کنیم. افسانه های زیادی در مورد این "اتومبیل های الکترونیکی" وجود دارد ، بنابراین نگاهی دقیق تر به مزایا یا معایب چنین درایوها ضرری ندارد.

متأسفانه ارقام ارائه شده توسط سازندگان نیز بسیار مشکوک است و نسبتاً تئوری است. به عنوان مثال، کیا ونگا دارای یک موتور الکتریکی با قدرت 80 کیلووات و گشتاور 280 نیوتن متر است. نیرو توسط باتری های لیتیوم یونی با ظرفیت 24 کیلووات ساعت تامین می شود، برد تخمینی کیا ونگی EV طبق گفته سازنده 180 کیلومتر است. ظرفیت باتری ها به ما می گوید که با شارژ کامل می توانند مصرف موتور 24 کیلووات را تامین کنند یا در نیم ساعت مصرف 48 کیلووات را تغذیه کنند و غیره. یک محاسبه مجدد ساده و ما نمی توانیم 180 کیلومتر رانندگی کنیم. . اگر بخواهیم به چنین محدوده ای فکر کنیم، باید به طور متوسط ​​60 کیلومتر در ساعت حدود 3 ساعت رانندگی کنیم و قدرت موتور تنها یک دهم مقدار اسمی، یعنی 8 کیلو وات خواهد بود. به عبارت دیگر، با یک سواری واقعاً دقیق (دقت) که تقریباً مطمئناً از ترمز در کار استفاده خواهید کرد، چنین سواری از نظر تئوری امکان پذیر است. البته گنجاندن انواع لوازم برقی را در نظر نمی گیریم. همه از قبل می توانند تصور کنند که در مقایسه با یک ماشین کلاسیک چه انکار خود را نشان می دهد. در عین حال، 40 لیتر سوخت دیزل در ونگا کلاسیک می ریزید و صدها و صدها کیلومتر را بدون محدودیت طی می کنید. چرا اینطور است؟ بیایید سعی کنیم مقایسه کنیم که یک خودروی کلاسیک چقدر از این انرژی و چه مقدار وزن را در باک نگه می دارد و یک ماشین الکتریکی چقدر می تواند در باتری ها نگه دارد - ادامه مطلب را اینجا اینجا بخوانید.

چند نکته از شیمی و فیزیک

• ارزش حرارتی بنزین: 42,7 MJ / kg ،
• ارزش حرارتی سوخت دیزل: 41,9 MJ / kg ،
• تراکم بنزین: 725 کیلوگرم در متر مکعب ،
• تراکم نفتا: 840 کیلوگرم در متر مکعب ،
• ژول (J) = [kg * m2 / s2] ،
• وات (W) = [J / s] ،
• 1 MJ = 0,2778 کیلووات ساعت

انرژی توانایی انجام کار است که در ژول (J)، کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) اندازه گیری می شود. کار (مکانیکی) با تغییر انرژی در طول حرکت بدن آشکار می شود، دارای واحدهای مشابه انرژی است. توان میزان کار انجام شده در واحد زمان را بیان می کند که واحد پایه آن وات (W) است.

قدرت ویژه منابع انرژی

منبع انرژی	ارزش حرارتی / کیلوگرم چگالی	ارزش حرارتی / لیتر انرژی / لیتر	انرژی / کیلوگرم
بنزین	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 کیلووات ساعت بر لیتر	11,86 کیلووات ساعت بر کیلوگرم
روغن	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 کیلووات ساعت بر لیتر	11,64 کیلووات ساعت بر کیلوگرم
باتری لیتیوم یونی (آئودی R8 e-tron)	42 کیلووات ساعت 470 کیلوگرم		0,0893 کیلووات ساعت بر کیلوگرم

از موارد بالا مشخص است که به عنوان مثال ، با ارزش حرارتی 42,7 MJ / kg و چگالی 725 kg / m3 ، بنزین انرژی 8,60 کیلووات ساعت بر لیتر یا 11,86 کیلو وات ساعت بر کیلوگرم را ارائه می دهد. اگر باتری های فعلی را که در حال حاضر در خودروهای برقی نصب شده اند ، به عنوان مثال ، یون لیتیوم بسازیم ، ظرفیت آنها کمتر از 0,1 کیلووات ساعت بر کیلوگرم است (برای سادگی ، 0,1 کیلو وات ساعت را در نظر می گیریم). سوختهای متعارف صد برابر انرژی بیشتری برای وزن مشابه تأمین می کنند. خواهید فهمید که این تفاوت بزرگی است. برای مثال ، اگر شورولت کروز را با باتری 31 کیلووات ساعت مصرف کنیم ، می تواند در کمتر از 2,6 کیلوگرم بنزین یا در صورت تمایل در حدود 3,5 لیتر بنزین جا به جا شود.

می توانید بگویید که چگونه ممکن است یک ماشین الکتریکی اصلاً راه اندازی شود و نه این که هنوز بیش از 100 کیلومتر انرژی داشته باشد. دلیل آن ساده است. موتور الکتریکی از نظر تبدیل انرژی ذخیره شده به انرژی مکانیکی بسیار کارآمدتر است. به طور معمول ، راندمان آن باید 90 باشد ، در حالی که بازده موتور احتراق داخلی برای موتورهای بنزینی حدود 30 و برای موتورهای دیزلی 35 است. بنابراین ، برای تأمین نیروی یکسان به موتور الکتریکی ، با ذخیره انرژی بسیار کمتر کافی است.

سهولت استفاده از درایوهای جداگانه

پس از ارزیابی محاسبات ساده شده، فرض می شود که می توانیم تقریباً 2,58 کیلووات ساعت انرژی مکانیکی از یک لیتر بنزین، 3,42 کیلووات ساعت از یک لیتر سوخت دیزل و 0,09 کیلووات ساعت از یک کیلوگرم باتری لیتیوم یونی بدست آوریم. بنابراین این اختلاف بیش از صد برابر نیست، بلکه فقط حدود سی برابر است. این بهترین عدد است، اما هنوز واقعا صورتی نیست. به عنوان مثال، آئودی R8 اسپرت را در نظر بگیرید. باتری های کاملا شارژ شده آن با وزن 470 کیلوگرم، انرژی معادل 16,3 لیتر بنزین یا فقط 12,3 لیتر سوخت دیزل دارند. یا اگر یک آئودی A4 3,0 TDI با ظرفیت مخزن 62 لیتر سوخت دیزل داشتیم و می‌خواستیم همان برد را در یک درایو باتری خالص داشته باشیم، تقریباً به 2350 کیلوگرم باتری نیاز داشتیم. تا اینجای کار، این واقعیت آینده چندان روشنی را به خودروی الکتریکی نمی دهد. با این حال، نیازی به پرتاب تفنگ ساچمه ای به سمت چاودار نیست، زیرا فشار برای توسعه چنین "ماشین های الکترونیکی" توسط لابی سبز بی رحم از بین می رود، بنابراین خودروسازان چه بخواهند چه نخواهند باید چیزی "سبز" تولید کنند. . ". یک جایگزین قطعی برای درایوهای صرفا الکتریکی، به اصطلاح هیبریدی ها هستند که یک موتور احتراق داخلی را با یک موتور الکتریکی ترکیب می کنند. در حال حاضر شناخته شده ترین ها، به عنوان مثال، تویوتا پریوس (Auris HSD با همان فناوری هیبریدی) یا هوندا اینساید هستند. با این حال، محدوده الکتریکی صرفا آنها هنوز هم خنده دار است. در مورد اول، حدود 2 کیلومتر (در آخرین نسخه Plug In "به" 20 کیلومتر افزایش یافته است)، و در مورد دوم، هوندا حتی روی یک درایو صرفاً الکتریکی ضربه نمی زند. تا کنون، اثربخشی حاصل از آن در عمل آنچنان که تبلیغات انبوه نشان می دهد معجزه آسا نیست. واقعیت نشان داده است که آنها می توانند آنها را با هر حرکت آبی (اقتصادی) بیشتر با فناوری معمولی رنگ آمیزی کنند. مزیت نیروگاه هیبریدی عمدتاً در مصرف سوخت در هنگام رانندگی در شهر نهفته است. آئودی اخیراً گفته است که در حال حاضر تنها برای دستیابی به همان مصرف سوختی که برخی برندها با نصب سیستم هیبریدی در خودرو به دست می آورند، فقط باید وزن بدن را کاهش داد. مدل های جدید برخی خودروها نیز ثابت می کند که این فریاد در تاریکی نیست. به عنوان مثال، نسل هفتم فولکس واگن گلف که اخیراً معرفی شده است، از اجزای سبک تری برای یادگیری استفاده می کند و در عمل در واقع سوخت کمتری نسبت به قبل مصرف می کند. خودروساز ژاپنی مزدا نیز مسیر مشابهی را در پیش گرفته است. با وجود این ادعاها، توسعه یک درایو هیبریدی "بلند برد" همچنان ادامه دارد. به عنوان مثال، من به Opel Ampera و، به طور متناقض، مدل آئودی A1 e-tron اشاره می کنم.

سهولت استفاده از درایوهای جداگانه

منبع انرژی	راندمان موتور	انرژی م /ثر / لیتر	انرژی موثر / کیلوگرم
بنزین	0,30	2,58 کیلووات ساعت بر لیتر	3,56 کیلووات ساعت بر کیلوگرم
روغن	0,35	3,42 کیلووات ساعت بر لیتر	4,07 کیلووات ساعت بر کیلوگرم
باتری های لیتیوم یون	0,90	-	خوب. 0,1 کیلووات ساعت بر کیلوگرم

اوپل آمپرا

اگرچه اوپل آمپرا اغلب به عنوان یک ماشین برقی ارائه می شود ، اما در واقع یک خودرو هیبریدی است. آمپر علاوه بر موتور الکتریکی ، از موتور احتراق داخلی 1,4 لیتری 63 کیلووات نیز استفاده می کند. با این حال ، این موتور بنزینی به طور مستقیم چرخ ها را حرکت نمی دهد ، اما در صورت تمام شدن برق باتری ها به عنوان یک ژنراتور عمل می کند. انرژی. قسمت الکتریکی توسط یک موتور الکتریکی با توان خروجی 111 کیلووات (150 اسب بخار) و گشتاور 370 نیوتن متر نشان داده شده است. منبع تغذیه از 220 سلول لیتیوم T شکل برخوردار است. آنها قدرت کلی 16 کیلووات ساعت و وزن 180 کیلوگرم دارند. این خودروی برقی می تواند 40-80 کیلومتر را با یک حرکت کاملاً برقی طی کند. این فاصله اغلب برای رانندگی تمام روز در شهر کافی است و هزینه های عملیاتی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد زیرا تردد در شهرها در مورد موتورهای احتراق نیاز به مصرف سوخت قابل توجهی دارد. باتری ها را می توان از یک پریز استاندارد نیز شارژ کرد و هنگامی که با موتور احتراق داخلی ترکیب شود ، برد آمپرا به پانصد کیلومتر بسیار قابل احترام می رسد.

آئودی و الکترون A1

آئودی که یک درایو کلاسیک با فناوری پیشرفته تر را به یک درایو هیبریدی بسیار سخت ترجیح می دهد، بیش از دو سال پیش یک خودروی هیبریدی جالب A1 e-tron را معرفی کرد. باتری های لیتیوم یونی با ظرفیت 12 کیلووات ساعت و وزن 150 کیلوگرم توسط موتور وانکل به عنوان بخشی از یک ژنراتور شارژ می شوند که از انرژی به شکل بنزین ذخیره شده در یک مخزن 254 لیتری استفاده می کند. حجم موتور 15 متر مکعب است. سانتی متر و برق 45 کیلووات در ساعت تولید می کند. انرژی. قدرت موتور الکتریکی 75 کیلو وات است و می تواند در مدت زمان کوتاهی تا 0 کیلووات برق تولید کند. شتاب 100 تا 10 حدود 130 ثانیه و حداکثر سرعت آن حدود 50 کیلومتر بر ساعت است.این خودرو می تواند حدود 12 کیلومتر در شهر با یک محرک کاملاً الکتریکی حرکت کند. پس از اتمام e. انرژی به طور محتاطانه توسط موتور احتراق داخلی دوار فعال می شود و برق را شارژ می کند. انرژی برای باتری ها برد کل با باتری های فول شارژ و 250 لیتر بنزین حدود 1,9 کیلومتر با میانگین مصرف 100 لیتر در 1450 کیلومتر است. وزن عملیاتی خودرو 12 کیلوگرم است. بیایید نگاهی به یک تبدیل ساده بیندازیم تا در مقایسه مستقیم ببینیم چقدر انرژی در یک مخزن 30 لیتری پنهان شده است. با فرض بازده موتور مدرن وانکل 70 درصد، 9 کیلوگرم آن به همراه 12 کیلوگرم (31 لیتر) بنزین، معادل 79 کیلووات ساعت انرژی ذخیره شده در باتری است. بنابراین 387,5 کیلوگرم موتور و مخزن = 1 کیلوگرم باتری (محاسبه در وزنه های Audi A9 e-Tron). اگر بخواهیم باک بنزین را 62 لیتر افزایش دهیم، از قبل XNUMX کیلووات ساعت انرژی برای تامین انرژی خودرو در اختیار داشتیم. پس می توانستیم ادامه دهیم. اما او باید یک شکار داشته باشد. این دیگر یک ماشین "سبز" نخواهد بود. بنابراین حتی در اینجا به وضوح مشاهده می شود که درایو الکتریکی به طور قابل توجهی توسط چگالی توان انرژی ذخیره شده در باتری ها محدود شده است.

به ویژه، قیمت بالاتر و همچنین وزن بالا، منجر به این واقعیت شده است که درایو هیبریدی در آئودی به تدریج در پس زمینه محو شده است. با این حال، این بدان معنا نیست که توسعه خودروهای هیبریدی و خودروهای الکتریکی در آئودی کاملاً مستهلک شده است. اخیرا اطلاعاتی در مورد نسخه جدید مدل A1 e-tron منتشر شده است. در مقایسه با قبلی، موتور/ژنراتور دوار با یک موتور 1,5 کیلوواتی 94 لیتری سه سیلندر توربوشارژ جایگزین شده است. استفاده از واحد احتراق داخلی کلاسیک توسط آئودی عمدتاً به دلیل مشکلات مرتبط با این گیربکس اجباری شد و موتور سه سیلندر جدید نه تنها برای شارژ باتری ها، بلکه مستقیماً با چرخ های محرک کار می کند. باتری های سانیو خروجی یکسانی برابر با 12 کیلووات ساعت دارند و برد درایو صرفاً الکتریکی اندکی به 80 کیلومتر افزایش یافته است. آئودی می گوید A1 e-tron ارتقا یافته باید به طور متوسط ​​یک لیتر در هر صد کیلومتر باشد. متاسفانه این هزینه یک مشکل دارد. برای خودروهای هیبریدی با برد الکتریکی خالص گسترده. درایو از یک تکنیک جالب برای محاسبه دبی نهایی استفاده می کند. به اصطلاح مصرف نادیده گرفته می شود. سوخت گیری از شبکه شارژ باتری، و همچنین مصرف نهایی l / 100 کیلومتر، تنها مصرف بنزین را برای 20 کیلومتر آخر رانندگی، زمانی که برق وجود دارد، در نظر می گیرد. شارژ باتری با یک محاسبه بسیار ساده، می‌توانیم آن را در صورتی که باتری‌ها به‌درستی دشارژ شده بودند، محاسبه کنیم. بعد از قطع برق رانندگی کردیم. انرژی از باتری های صرفا بنزینی، در نتیجه مصرف پنج برابر افزایش می یابد، یعنی 5 لیتر بنزین در هر 100 کیلومتر.

آئودی A1 e-tron II. نسل

مشکلات ذخیره سازی برق

موضوع ذخیره انرژی به قدمت خود مهندسی برق است. اولین منابع الکتریسیته سلول های گالوانیکی بودند. پس از مدت کوتاهی، امکان یک فرآیند برگشت پذیر تجمع الکتریسیته در سلول های ثانویه گالوانیکی - باتری ها کشف شد. اولین باتری های مورد استفاده باتری های سرب، پس از مدت کوتاهی نیکل-آهن و کمی بعد نیکل-کادمیم بودند و استفاده عملی از آنها بیش از صد سال به طول انجامید. همچنین باید اضافه کرد که با وجود تحقیقات فشرده در سراسر جهان در این زمینه، طراحی اولیه آنها تغییر چندانی نکرده است. با استفاده از فناوری‌های جدید ساخت، بهبود خواص مواد پایه و استفاده از مواد جدید برای جداکننده‌های سلول و رگ، می‌توان وزن مخصوص را اندکی کاهش داد، خود تخلیه سلول‌ها را کاهش داد و راحتی و ایمنی اپراتور را افزایش داد. اما این در مورد آن است. مهم ترین اشکال، به عنوان مثال. نسبت بسیار نامطلوب مقدار انرژی ذخیره شده به وزن و حجم باتری ها باقی مانده است. بنابراین، این باتری ها عمدتاً در کاربردهای استاتیک (منبع تغذیه پشتیبان در صورت خرابی منبع تغذیه اصلی و غیره) مورد استفاده قرار می گرفتند. باتری‌ها به‌عنوان منبع انرژی برای سیستم‌های کششی، به‌ویژه در راه‌آهن (گاری‌های حمل‌ونقل)، که وزن سنگین و ابعاد قابل توجه آن نیز تداخل زیادی نداشت، استفاده می‌شد.

پیشرفت ذخیره انرژی

با این حال ، نیاز به توسعه سلول هایی با ظرفیت و ابعاد کوچک در ساعت آمپر افزایش یافته است. بنابراین ، سلول های اولیه قلیایی و نسخه های مهر و موم شده باتری های نیکل-کادمیوم (NiCd) و سپس باتری های نیکل-فلز هیدرید (NiMH) تشکیل شد. برای محصور کردن سلول ها ، همان اندازه و اندازه آستین برای سلول های کلرید روی اولیه معمولی انتخاب شد. به طور خاص ، پارامترهای بدست آمده از باتری های نیکل-فلز هیدرید امکان استفاده از آنها را به ویژه در تلفن های همراه ، لپ تاپ ها ، درایوهای دستی ابزارها و غیره فراهم می کند. تکنولوژی ساخت این سلول ها با فناوری های مورد استفاده برای سلول های دارای تفاوت متفاوت است. ظرفیت زیاد در آمپر ساعت آرایش لایه ای سیستم الکترودهای سلول بزرگ با فناوری تبدیل سیستم الکترود ، از جمله جداکننده ها ، به سیم پیچ استوانه ای جایگزین می شود ، که با اندازه های AAA ، AA ، C و D ، Res وارد شده و با سلول های معمولی شکل تماس می گیرد. چند برابر اندازه آنها برای برخی از کاربردهای خاص ، سلولهای مسطح خاصی تولید می شود.

مزیت سلول‌های هرمتیک با الکترودهای مارپیچی، توانایی چندین برابر بیشتر در شارژ و تخلیه با جریان‌های بالا و نسبت چگالی انرژی نسبی به وزن و حجم سلول در مقایسه با طراحی سلول‌های بزرگ کلاسیک است. نقطه ضعف آن تخلیه بیشتر خود و چرخه های کاری کمتر است. حداکثر ظرفیت یک سلول NiMH منفرد تقریباً 10 Ah است. اما، مانند سایر سیلندرهای با قطر بزرگتر، به دلیل اتلاف گرمای مشکل ساز اجازه شارژ جریان های خیلی زیاد را نمی دهند، که استفاده در خودروهای الکتریکی را تا حد زیادی کاهش می دهد و بنابراین این منبع فقط به عنوان باتری کمکی در سیستم هیبریدی (تویوتا پریوس) استفاده می شود. 1,3 کیلووات ساعت).

پیشرفت قابل توجهی در زمینه ذخیره سازی انرژی، توسعه باتری های لیتیومی ایمن بوده است. لیتیوم عنصری با ارزش پتانسیل الکتروشیمیایی بالا است، اما از نظر اکسیداتیو نیز بسیار واکنش پذیر است که هنگام استفاده از فلز لیتیوم در عمل مشکلاتی را نیز ایجاد می کند. هنگامی که لیتیوم با اکسیژن اتمسفر تماس پیدا می کند، احتراق رخ می دهد که بسته به ویژگی های محیط، می تواند ویژگی انفجار داشته باشد. این خاصیت ناخوشایند را می توان با محافظت دقیق از سطح و یا با استفاده از ترکیبات لیتیوم کمتر فعال از بین برد. در حال حاضر رایج ترین باتری های لیتیوم یونی و لیتیوم پلیمری با ظرفیت 2 تا 4 Ah در آمپر ساعت می باشد. استفاده از آنها شبیه به NiMh است و در ولتاژ تخلیه متوسط ​​3,2 ولت، 6 تا 13 وات ساعت انرژی در دسترس است. در مقایسه با باتری‌های هیدرید نیکل-فلز، باتری‌های لیتیومی می‌توانند دو تا چهار برابر بیشتر انرژی را برای همان حجم ذخیره کنند. باتری‌های لیتیوم یون (پلیمر) دارای الکترولیت به شکل ژل یا جامد هستند و می‌توانند در سلول‌های مسطح به نازکی چند دهم میلی‌متر در تقریباً هر شکلی تولید شوند که مطابق با نیازهای کاربرد مربوطه باشد.

درایو الکتریکی در یک خودروی سواری می تواند به عنوان اصلی و تنها یک (خودروی الکتریکی) یا ترکیبی ساخته شود که در آن محرک الکتریکی می تواند هم منبع اصلی و هم منبع کمکی کشش (حرکت هیبریدی) باشد. بسته به نوع مورد استفاده، انرژی مورد نیاز برای عملکرد خودرو و در نتیجه ظرفیت باتری ها متفاوت است. در خودروهای برقی ظرفیت باتری بین 25 تا 50 کیلووات ساعت است و با درایو هیبریدی به طور طبیعی کمتر و بین 1 تا 10 کیلووات ساعت است. از مقادیر داده شده می توان دریافت که در ولتاژ یک سلول (لیتیوم) 3,6 ولت، لازم است سلول ها را به صورت سری وصل کنیم. به منظور کاهش تلفات در هادی های توزیع، اینورترها و سیم پیچ های موتور، توصیه می شود ولتاژی بالاتر از حد معمول در شبکه داخلی (12 ولت) برای درایوها انتخاب کنید - مقادیر معمول استفاده از 250 تا 500 ولت است. امروزه سلول های لیتیومی به وضوح مناسب ترین نوع هستند. مسلما، آنها هنوز هم بسیار گران هستند، به خصوص در مقایسه با باتری های سرب اسید. با این حال، آنها بسیار دشوارتر هستند.

ولتاژ اسمی سلول های باتری لیتیومی معمولی 3,6 ولت است. این مقدار به ترتیب با سلول های هیدرید نیکل-فلز معمولی متفاوت است. NiCd که دارای ولتاژ نامی 1,2 ولت (یا سرب - 2 ولت) هستند، که اگر در عمل استفاده شود، امکان تعویض هر دو نوع را نمی دهد. شارژ این باتری های لیتیومی با نیاز به حفظ دقیق مقدار حداکثر ولتاژ شارژ مشخص می شود که به نوع خاصی از شارژر نیاز دارد و به ویژه اجازه استفاده از سیستم های شارژ طراحی شده برای انواع دیگر سلول ها را نمی دهد.

ویژگی های اصلی باتری های لیتیوم

ویژگی های اصلی باتری های خودروهای برقی و هیبریدی را می توان ویژگی های شارژ و تخلیه آنها در نظر گرفت.

ویژگی شارژ 

فرایند شارژ نیاز به تنظیم جریان شارژ دارد ، کنترل ولتاژ سلول و کنترل دمای فعلی را نمی توان نادیده گرفت. برای سلولهای لیتیومی که امروزه استفاده می شوند و از LiCoO2 به عنوان الکترود کاتد استفاده می کنند ، حداکثر ولتاژ شارژ 4,20 تا 4,22 ولت در هر سلول است. فراتر رفتن از این مقدار منجر به آسیب رساندن به خواص سلول می شود و برعکس ، عدم دستیابی به این مقدار به معنای عدم استفاده از ظرفیت اسمی سلول است. برای شارژ ، از ویژگی IU معمولی استفاده می شود ، یعنی در مرحله اول با جریان ثابت شارژ می شود تا زمانی که به ولتاژ 4,20 ولت / سلول برسد. جریان شارژ به ترتیب به حداکثر مقدار مجاز تعیین شده توسط سازنده سلول محدود می شود. گزینه های شارژر زمان شارژ در مرحله اول بسته به میزان جریان شارژ از چند ده دقیقه تا چند ساعت متغیر است. ولتاژ سلول به تدریج تا حداکثر افزایش می یابد. مقادیر 4,2 V. همانطور که قبلاً ذکر شد ، به دلیل خطر آسیب به سلول نباید از این ولتاژ تجاوز کرد. در مرحله اول شارژ ، 70 تا 80 درصد انرژی در سلول ها ذخیره می شود ، در مرحله دوم بقیه. در مرحله دوم ، ولتاژ شارژ در حداکثر مقدار مجاز حفظ می شود و جریان شارژ به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که جریان به 2 تا 3 درصد از جریان تخلیه نامی سلول کاهش یافته باشد ، شارژ کامل می شود. از آنجا که حداکثر مقدار جریانهای شارژ در مورد سلولهای کوچکتر نیز چندین برابر جریان تخلیه است ، بخش قابل توجهی از برق را می توان در اولین مرحله شارژ ذخیره کرد. انرژی در زمان نسبتاً بسیار کوتاه (تقریبا ½ و 1 ساعت). بنابراین ، در مواقع اضطراری ، امکان شارژ باتری های یک وسیله نقلیه الکتریکی با ظرفیت کافی در زمان نسبتاً کوتاه وجود دارد. حتی در مورد سلولهای لیتیوم ، الکتریسیته انباشته پس از یک دوره معینی از ذخیره سازی کاهش می یابد. با این حال ، این تنها پس از حدود 3 ماه وقفه رخ می دهد.

ویژگی های تخلیه

ابتدا ولتاژ به سرعت به 3,6-3,0 ولت (بسته به میزان جریان تخلیه) کاهش می یابد و در کل تخلیه تقریبا ثابت می ماند. پس از اتمام عرضه ایمیل. این انرژی همچنین ولتاژ سلول را به سرعت کاهش می دهد. بنابراین ، تخلیه باید حداکثر تا ولتاژ تخلیه مشخص شده سازنده 2,7 تا 3,0 ولت تکمیل شود.

در غیر این صورت ، ممکن است ساختار محصول آسیب ببیند. کنترل روند تخلیه نسبتاً آسان است. فقط با مقدار جریان محدود شده و با رسیدن به مقدار ولتاژ تخلیه نهایی متوقف می شود. تنها مشکل این است که ویژگیهای تک تک سلولها در آرایش متوالی هرگز یکسان نیست. بنابراین ، باید مراقب بود که ولتاژ هر سلول از ولتاژ تخلیه نهایی کمتر نشود ، زیرا این می تواند به آن آسیب برساند و در نتیجه باعث خرابی کل باتری شود. هنگام شارژ باتری نیز باید به همین نکته توجه کرد.

نوع ذکر شده سلولهای لیتیوم با مواد کاتدی متفاوت ، که در آنها اکسید کبالت ، نیکل یا منگنز با فسفید Li3V2 (PO4) 3 جایگزین می شود ، خطرات ذکر شده آسیب را به دلیل عدم رعایت سلول برطرف می کند. ظرفیت بالاتر همچنین اعلام شده است عمر مفید آنها در حدود 2 چرخه شارژ (در 000 discharge تخلیه) و به ویژه این واقعیت است که هنگامی که سلول به طور کامل تخلیه می شود ، آسیب نمی بیند. مزیت آن همچنین ولتاژ اسمی بالاتر از 80 در هنگام شارژ تا 4,2 ولت است.

از توضیحات بالا ، می توان به وضوح نشان داد که باتری های لیتیوم در حال حاضر تنها جایگزین مانند ذخیره انرژی برای رانندگی در مقایسه با انرژی ذخیره شده در سوخت فسیلی در یک مخزن سوخت هستند. هرگونه افزایش در ظرفیت باتری ، رقابت این درایو سازگار با محیط زیست را افزایش می دهد. ما فقط می توانیم امیدوار باشیم که توسعه کند نمی شود ، بلکه برعکس ، چندین مایل به جلو حرکت می کند.

نمونه هایی از خودروهایی که از باتری های هیبریدی و الکتریکی استفاده می کنند

تویوتا پریوس یک هیبرید کلاسیک با ذخیره انرژی کم برقی خالص است. راندن

تویوتا پریوس از باتری NiMH 1,3 کیلووات ساعتی استفاده می کند که در درجه اول به عنوان منبع تغذیه برای شتاب استفاده می شود و اجازه می دهد تا از یک درایو برقی جداگانه برای مسافت حداکثر 2 کیلومتر حداکثر استفاده شود. سرعت 50 کیلومتر در ساعت نسخه Plug-In قبلاً از باتری های لیتیوم یونی با ظرفیت 5,4 کیلووات ساعت استفاده می کند ، که به شما امکان می دهد منحصراً با یک درایو برقی برای مسافت 14 تا 20 کیلومتر با حداکثر سرعت رانندگی کنید. سرعت 100 کیلومتر در ساعت

Opel Ampere-hybrid با افزایش ذخیره انرژی در ایمیل خالص. راندن

خودروی برقی با برد وسیع (40 تا 80 کیلومتر) ، همانطور که اوپل آن را چهارنفره پنج دری آمپر می نامد ، از یک موتور الکتریکی با قدرت 111 کیلووات (150 اسب بخار) و گشتاور 370 نیوتون متر استفاده می کند. منبع تغذیه از 220 سلول لیتیوم T شکل برخوردار است. آنها قدرت کلی 16 کیلووات ساعت و وزن 180 کیلوگرم دارند. این موتور یک موتور بنزینی 1,4 لیتری با توان 63 کیلو وات است.

میتسوبیشی و MiEV ، سیتروئن C-Zero ، پژو iOn-clean el. ماشین ها

باتری های لیتیوم یونی با ظرفیت 16 کیلووات ساعت به خودرو اجازه می دهند تا 150 کیلومتر را بدون شارژ مجدد ، مطابق با استاندارد NEDC (چرخه رانندگی جدید اروپا) اندازه گیری کند. باتری های ولتاژ بالا (330 ولت) در داخل کف قرار دارند و همچنین توسط قاب گهواره در برابر ضربه در برابر ضربه محافظت می شوند. این محصول لیتیوم انرژی ژاپن است ، مشارکت مشترک بین میتسوبیشی و GS Yuasa Corporation. در مجموع 88 مقاله وجود دارد. برق مورد نیاز درایو توسط باتری لیتیوم یونی 330 ولت ، متشکل از 88 سلول 50 Ah با ظرفیت کلی 16 کیلووات ساعت تأمین می شود. باتری با استفاده از شارژر سریع خارجی (125 آمپر ، 400 ولت) در مدت شش ساعت از پریز خانگی شارژ می شود ، در نیم ساعت 80 درصد باتری شارژ می شود.

من خودم از طرفداران پر و پا قرص خودروهای برقی هستم و دائماً آنچه را که در این زمینه اتفاق می‌افتد رصد می‌کنم، اما واقعیت در حال حاضر چندان خوش‌بینانه نیست. این را اطلاعات بالا نیز تأیید می کند، که نشان می دهد زندگی هر دو خودروی الکتریکی و هیبریدی خالص آسان نیست و اغلب فقط یک بازی اعداد وانمود می کند. تولید آنها هنوز بسیار پرهزینه و پرهزینه است و اثربخشی آنها بارها مورد بحث است. عیب اصلی خودروهای الکتریکی (هیبریدی) ظرفیت ویژه بسیار پایین انرژی ذخیره شده در باتری ها در مقایسه با انرژی ذخیره شده در سوخت های معمولی (دیزل، بنزین، گاز مایع، گاز طبیعی فشرده) است. برای اینکه واقعاً قدرت خودروهای الکتریکی را به خودروهای معمولی نزدیک‌تر کنیم، باتری‌ها باید وزن خود را حداقل یک دهم کاهش دهند. یعنی آئودی R8 e-tron مذکور باید 42 کیلووات ساعت را نه در 470 کیلوگرم، بلکه در 47 کیلوگرم ذخیره می کرد. علاوه بر این، زمان شارژ باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد. حدود یک ساعت در ظرفیت 70-80٪ هنوز زیاد است، و من در مورد 6-8 ساعت به طور متوسط ​​با شارژ کامل صحبت نمی کنم. نیازی به باور مزخرفات در مورد تولید صفر خودروهای الکتریکی CO2 نیز وجود ندارد. بیایید بلافاصله به این واقعیت توجه کنیم که انرژی موجود در پریزهای ما نیز توسط نیروگاه های حرارتی تولید می شود و آنها نه تنها CO2 کافی تولید می کنند. ناگفته نماند تولید پیچیده تر چنین خودرویی که نیاز به CO2 برای تولید بسیار بیشتر از خودروهای کلاسیک است. ما نباید تعداد اجزای حاوی مواد سنگین و سمی و دفع مشکل ساز بعدی آنها را فراموش کنیم.

با تمام معایب ذکر شده و ناگفته، یک خودروی برقی (هیبریدی) مزایای غیر قابل انکاری نیز دارد. در ترافیک شهری یا در فواصل کوتاه تر، عملکرد اقتصادی تر آنها غیرقابل انکار است، تنها به دلیل اصل ذخیره انرژی (بازیابی) در هنگام ترمزگیری، زمانی که در وسایل نقلیه معمولی در هنگام ترمزگیری به شکل گرمای هدر رفته در هوا حذف می شود، نه به امکان چند کیلومتر رانندگی در اطراف شهر برای شارژ ارزان از طریق ایمیل عمومی اشاره کنید. خالص. اگر یک ماشین الکتریکی خالص و یک ماشین کلاسیک را مقایسه کنیم، در یک ماشین معمولی یک موتور احتراق داخلی وجود دارد که به خودی خود یک عنصر مکانیکی نسبتاً پیچیده است. نیروی آن باید به نوعی به چرخ ها منتقل شود و این کار بیشتر از طریق گیربکس دستی یا اتوماتیک انجام می شود. هنوز یک یا چند دیفرانسیل در راه است، گاهی اوقات یک میل محرک و یک سری شفت محور. البته ماشین هم نیاز به کاهش سرعت دارد، موتور باید خنک شود و این انرژی حرارتی بیهوده به عنوان گرمای باقیمانده در محیط از بین می رود. یک ماشین الکتریکی بسیار کارآمدتر و ساده تر است - (در مورد یک درایو هیبریدی صدق نمی کند، که بسیار پیچیده است). ماشین الکتریکی شامل گیربکس، گیربکس، کاردان و نیم شفت نیست، موتور جلو، عقب یا وسط را فراموش کنید. این شامل رادیاتور، یعنی خنک کننده و استارت نیست. مزیت ماشین الکتریکی این است که می تواند موتورها را مستقیماً روی چرخ ها نصب کند. و ناگهان شما یک ATV عالی دارید که می تواند هر چرخ را مستقل از بقیه کنترل کند. بنابراین با یک وسیله نقلیه الکتریکی، کنترل تنها یک چرخ دشوار نخواهد بود و همچنین می توان توزیع بهینه نیرو را برای پیچیدن انتخاب و کنترل کرد. هر یک از موتورها همچنین می تواند ترمز باشد، باز هم کاملاً مستقل از سایر چرخ ها، که حداقل بخشی از انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در نتیجه، ترمزهای معمولی تحت فشار بسیار کمتری قرار خواهند گرفت. موتورها تقریباً در هر زمان و بدون تأخیر می توانند حداکثر توان موجود را تولید کنند. بازده آنها در تبدیل انرژی ذخیره شده در باتری ها به انرژی جنبشی حدود 90 درصد است که تقریباً سه برابر موتورهای معمولی است. در نتیجه، آنها گرمای باقیمانده زیادی تولید نمی کنند و نیازی به سرد کردن آنها دشوار نیست. تنها چیزی که برای این کار نیاز دارید سخت افزار خوب، یک واحد کنترل و یک برنامه نویس خوب است.

Suma sumárum. اگر خودروهای برقی یا هیبرید حتی به خودروهای کلاسیک با موتورهای کم مصرف نزدیکتر باشند ، هنوز راه بسیار دشوار و سختی را در پیش دارند. فقط امیدوارم این مورد توسط تعدادی اعداد گمراه کننده یا تایید نشده باشد. فشار مبالغه آمیز مقامات اما ناامید نشویم. توسعه فناوری نانو واقعاً با جهش های فزاینده ای در حال حرکت است و شاید در آینده نزدیک معجزه هایی واقعاً در انتظار ما باشد.

در پایان ، یک نکته جالب دیگر را اضافه می کنم. در حال حاضر یک ایستگاه سوخت گیری خورشیدی وجود دارد.

شرکت صنایع تویوتا (TIC) یک ایستگاه شارژ خورشیدی برای خودروهای برقی و هیبریدی ایجاد کرده است. این ایستگاه همچنین به شبکه برق متصل است ، بنابراین صفحات خورشیدی 1,9 کیلوواتی به احتمال زیاد منبع اضافی انرژی هستند. با استفاده از منبع تغذیه (خورشیدی) ، ایستگاه شارژ می تواند حداکثر توان 110 VAC / 1,5 کیلو وات را تأمین کند ، هنگامی که به برق متصل است ، حداکثر 220 VAC / 3,2 کیلو وات را ارائه می دهد.

برق استفاده نشده از صفحات خورشیدی در باتری ذخیره می شود که می تواند 8,4 کیلووات ساعت را برای استفاده های بعدی ذخیره کند. همچنین می توان برق شبکه توزیع یا لوازم جانبی ایستگاه را تامین کرد. پایه های شارژ مورد استفاده در ایستگاه دارای فناوری ارتباطی داخلی هستند که به ترتیب قادر به شناسایی وسایل نقلیه هستند. صاحبان آنها از کارت های هوشمند استفاده می کنند.

شرایط مهم در مورد باتری

• قدرت - میزان بار الکتریکی (مقدار انرژی) ذخیره شده در باتری را نشان می دهد. بر حسب آمپر ساعت (Ah) یا در مورد دستگاه های کوچک، بر حسب میلی آمپر ساعت (mAh) مشخص می شود. یک باتری 1 Ah (= 1000 mAh) از نظر تئوری قادر است 1 آمپر را برای یک ساعت ارائه دهد.
• مقاومت داخلی - توانایی باتری در ارائه جریان تخلیه کم و بیش را نشان می دهد. برای مثال، می توان از دو قوطی استفاده کرد، یکی با خروجی کوچکتر (مقاومت داخلی بالا) و دیگری با یک خروجی بزرگتر (مقاومت داخلی کم). اگر بخواهیم آنها را خالی کنیم، قوطی با سوراخ تخلیه کوچکتر کندتر خالی می شود.
• ولتاژ نامی باتری - برای باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید، ولتاژ 1,2 ولت، سرب 2 ولت و لیتیوم از 3,6 تا 4,2 ولت است. 0,8 - 1,5 ولت برای سرب و 1,7-2,3 و 3-4,2 برای لیتیوم.
• جریان شارژ ، جریان تخلیه - بیان شده در آمپر (A) یا میلی آمپر (mA). این اطلاعات مهمی برای استفاده عملی از باتری مورد نظر برای یک دستگاه خاص است. همچنین شرایط شارژ و دشارژ صحیح باتری را مشخص می کند تا از ظرفیت آن حداکثر استفاده شود و در عین حال از بین نرود.
• شارژ acc. منحنی تخلیه - به صورت گرافیکی تغییر ولتاژ را بسته به زمان شارژ یا تخلیه باتری نشان می دهد. هنگامی که یک باتری تخلیه می شود، معمولاً یک تغییر کوچک در ولتاژ تقریباً 90٪ از زمان تخلیه وجود دارد. بنابراین، تعیین وضعیت فعلی باتری از روی ولتاژ اندازه گیری شده بسیار دشوار است.
• خود تخلیه ، خود تخلیه – باتری نمی تواند همیشه برق را حفظ کند. انرژی، زیرا واکنش در الکترودها یک فرآیند برگشت پذیر است. یک باتری شارژ شده به تدریج خود به خود تخلیه می شود. این روند می تواند از چند هفته تا چند ماه طول بکشد. در مورد باتری های سرب اسید، این 5-20٪ در ماه است، برای باتری های نیکل-کادمیم - حدود 1٪ از بار الکتریکی در روز، در مورد باتری های نیکل-فلز هیدرید - حدود 15-20٪ در هر. ماه، و لیتیوم حدود 60٪ از دست می دهد. ظرفیت سه ماهه تخلیه خود به دمای محیط و همچنین مقاومت داخلی (باتری هایی با مقاومت داخلی بالاتر دشارژ کمتری دارند) و البته طراحی، مواد مصرفی و طرز کار نیز مهم است.
•  باتری (کیت) – فقط در موارد استثنایی از باتری ها به صورت جداگانه استفاده می شود. معمولاً آنها در یک مجموعه و تقریباً همیشه به صورت سری متصل می شوند. حداکثر جریان چنین مجموعه ای برابر با حداکثر جریان یک سلول جداگانه است، ولتاژ نامی مجموع ولتاژهای نامی سلول های جداگانه است.
•  تجمع باتری.  یک باتری جدید یا استفاده نشده باید تحت یک دوره ترجیحاً چندین (3-5) دوره کامل شارژ کامل و تخلیه آهسته قرار گیرد. این روند آهسته پارامترهای باتری را در سطح دلخواه تنظیم می کند.
•  اثر حافظه – این زمانی اتفاق می‌افتد که باتری با جریان تقریباً ثابت و نه خیلی زیاد به همان میزان شارژ و دشارژ می‌شود و نباید شارژ کامل یا تخلیه عمیق سلول وجود داشته باشد. این عارضه جانبی بر NiCd (حداقل همچنین NiMH) تأثیر گذاشت.