Akut hybridi- ja sähköajoneuvoihin

Edellisessä artikkelissamme keskustelimme akusta sähkön lähteenä, jota tarvitaan pääasiassa auton käynnistämiseen sekä sähkölaitteiden suhteellisen lyhytaikaiseen käyttöön. Kuitenkin täysin erilaiset vaatimukset asetetaan suurten mobiililaitteiden, meidän tapauksemme hybridiajoneuvojen ja sähköajoneuvojen vetämiseen käytettävien akkujen ominaisuuksille. Paljon suurempi määrä varastoitua energiaa tarvitaan ajoneuvon käyttämiseen ja se on varastoitava jonnekin. Klassisessa autossa, jossa on polttomoottori, se varastoidaan säiliöön bensiinin, dieselin tai nestekaasun muodossa. Sähköajoneuvon tai hybridiajoneuvon tapauksessa se varastoidaan paristoihin, joita voidaan kuvata sähköajoneuvon pääongelmaksi.

Nykyiset akut voivat varastoida vähän energiaa, vaikka ne ovat melko suuria, raskaita ja samalla niiden täyttäminen kestää useita tunteja (yleensä 8 tai enemmän). Sitä vastoin perinteiset polttomoottorilla varustetut ajoneuvot voivat varastoida pieneen koteloon suuren määrän energiaa verrattuna akkuihin edellyttäen, että lataaminen kestää vain minuutin, ehkä kaksi. Valitettavasti sähkön varastoinnin ongelma on vaivannut sähköajoneuvoja niiden alusta lähtien, ja kiistattomasta edistymisestä huolimatta niiden energiatiheys ajoneuvon käyttämiseen on edelleen erittäin alhainen. Seuraavilla riveillä sähköpostin säästäminen Keskustelemme energiasta tarkemmin ja yritämme tuoda lähemmäksi puhtaan sähkö- tai hybridiajoneuvon todellista todellisuutta. Näiden "elektronisten autojen" ympärillä on monia myyttejä, joten ei haittaa katsoa tarkemmin tällaisten asemien etuja tai haittoja.

Valitettavasti myös valmistajien antamat luvut ovat hyvin kyseenalaisia ​​ja melko teoreettisia. Esimerkiksi Kia Venga sisältää sähkömoottorin, jonka teho on 80 kW ja vääntömomentti 280 Nm. Tehoa tuottavat litiumioniakut, joiden kapasiteetti on 24 kWh, Kia Vengy EV:n arvioitu kantama valmistajan mukaan on 180 km. Akkujen kapasiteetti kertoo, että täyteen ladattuina ne voivat tuottaa moottorin kulutuksen 24 kW tai syöttää 48 kW kulutuksen puolessa tunnissa jne. Yksinkertainen uudelleenlaskenta, ja emme voi ajaa 180 km . Jos haluaisimme ajatella tällaista kantamaa, niin meidän täytyisi ajaa keskimäärin 60 km/h noin 3 tuntia, ja moottorin teho olisi vain kymmenesosa nimellisarvosta, eli 8 kW. Toisin sanoen todella varovaisella (varovaisella) ajelulla, jossa käytät lähes varmasti jarrua työssä, tällainen ajo on teoriassa mahdollista. Emme tietenkään ota huomioon erilaisten sähkötarvikkeiden sisällyttämistä. Jokainen voi jo kuvitella, mikä itsensä kieltäminen verrattuna klassiseen autoon. Samalla kaadetaan klassiseen Vengaan 40 litraa dieselpolttoainetta ja ajetaan satoja ja satoja kilometrejä ilman rajoituksia. Miksi se on niin? Yritetään verrata kuinka paljon tästä energiasta ja kuinka paljon painoa klassikkoauto mahtuu tankkiin ja kuinka paljon sähköauto mahtuu akkuihin - lue lisää täältä TÄÄLTÄ.

Muutama fakta kemiasta ja fysiikasta

• bensiinin lämpöarvo: 42,7 MJ / kg,
• dieselpolttoaineen lämpöarvo: 41,9 MJ / kg,
• bensiinin tiheys: 725 kg / m3,
• teollisuusbensiinin tiheys: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energia on kyky tehdä työtä mitattuna jouleina (J), kilowattitunteina (kWh). Työ (mekaaninen) ilmenee energian muutoksena kehon liikkeen aikana, sillä on samat yksiköt kuin energialla. Teho ilmaisee aikayksikköä kohden tehdyn työn määrän perusyksikön ollessa watti (W).

Energialähteiden erityisteho

Energiaresurssi	Lämpöarvo / kg tiheys	Lämpöarvo / l Energia / l	Energiaa / kg
bensiini	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Öljy	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion-akku (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Edellä esitetystä käy ilmi, että esimerkiksi bensiinin lämpöarvo on 42,7 MJ / kg ja tiheys 725 kg / m3. Jos rakennamme nykyiset paristot, jotka on nyt asennettu sähköajoneuvoihin, esimerkiksi litiumioni, niiden kapasiteetti on alle 8,60 kWh kiloa kohti (yksinkertaisuuden vuoksi harkitsemme 11,86 kWh). Perinteiset polttoaineet tuottavat yli sata kertaa enemmän energiaa samalla painolla. Ymmärrät, että tämä on valtava ero. Jos jaamme sen pieniksi, esimerkiksi Chevrolet Cruze, jossa on 0,1 kWh: n akku, kuljettaa energiaa, joka mahtuu alle 0,1 kg bensiiniä tai halutessasi noin 31 litraa bensiiniä.

Voit kertoa, miten on mahdollista, että sähköauto käynnistyy ollenkaan, eikä siitä, että sillä on edelleen yli 100 km energiaa. Syy on yksinkertainen. Sähkömoottori on paljon tehokkaampi muuttaessaan varastoitua energiaa mekaaniseksi energiaksi. Tyypillisesti sen hyötysuhteen tulisi olla 90%, kun taas polttomoottorin hyötysuhde on noin 30% bensiinimoottorilla ja 35% dieselmoottorilla. Siksi saman tehon tarjoamiseksi sähkömoottorille riittää paljon pienempi energiavara.

Yksittäisten taajuusmuuttajien helppokäyttöisyys

Yksinkertaistetun laskelman arvioinnin jälkeen oletetaan, että bensiinilitrasta voidaan saada noin 2,58 kWh, dieselpolttoainelitrasta 3,42 kWh ja litiumioniakun kilosta 0,09 kWh. Ero ei siis ole yli satakertainen, vaan vain noin kolmekymmentä kertaa. Tämä on paras numero, mutta ei silti todella vaaleanpunainen. Ajattele esimerkiksi urheilullista Audi R8:aa. Sen täyteen ladatut, 470 kg painavat akut vastaavat 16,3 litraa bensiiniä tai vain 12,3 litraa dieselpolttoainetta. Tai jos meillä olisi Audi A4 3,0 TDI, jonka tankkitilavuus on 62 litraa dieselpolttoainetta ja haluaisimme saman kantaman puhtaalla akkukäytöllä, tarvitsisimme noin 2350 kg akkuja. Toistaiseksi tämä tosiasia ei anna sähköautolle kovin valoisaa tulevaisuutta. Ei kuitenkaan kannata heittää haulikkoa rukiin, sillä paineen tällaisten "e-autojen" kehittämiseen ottaa pois häikäilemätön vihreä aula, joten halusivat autonvalmistajat tai eivät, heidän on tuotettava jotain "vihreää" . ". Selkeä korvaaja puhtaasti sähkökäytölle ovat ns. hybridit, jotka yhdistävät polttomoottorin sähkömoottoriin. Tällä hetkellä tunnetuimpia ovat esimerkiksi Toyota Prius (samalla hybriditekniikalla varustettu Auris HSD) tai Honda Inside. Niiden puhtaasti sähköinen kantama on kuitenkin edelleen naurettavaa. Ensimmäisessä tapauksessa noin 2 km (Plug Inin uusimmassa versiossa se on nostettu "20 km:iin"), ja toisessa Honda ei edes koputa puhtaasti sähkökäyttöön. Toistaiseksi tuloksena oleva tehokkuus käytännössä ei ole niin ihmeellinen kuin massamainonta antaa ymmärtää. Todellisuus on osoittanut, että ne voivat värjätä ne millä tahansa sinisellä liikkeellä (talous) enimmäkseen perinteisellä tekniikalla. Hybridivoimalan etu on pääasiassa polttoainetaloudessa kaupunkiajettaessa. Audi totesi äskettäin, että tällä hetkellä on tarpeen vain vähentää kehon painoa saavuttaakseen keskimäärin saman polttoainetalouden kuin jotkut merkit saavuttavat asentamalla autoon hybridijärjestelmän. Joidenkin autojen uudet mallit osoittavat myös, että tämä ei ole huuto pimeyteen. Esimerkiksi hiljattain esitelty seitsemännen sukupolven Volkswagen Golf käyttää kevyempiä komponentteja oppiakseen ja käyttää käytännössä vähemmän polttoainetta kuin ennen. Japanilainen autovalmistaja Mazda on ottanut saman suunnan. Näistä väitteistä huolimatta "pitkän kantaman" hybridikäytön kehitys jatkuu. Mainitsen esimerkkinä Opel Amperan ja paradoksaalisesti Audi A1 e-tronin mallin.

Yksittäisten taajuusmuuttajien helppokäyttöisyys

Energiaresurssi	Moottorin tehokkuus	Tehokas energia / l	Tehokas energia / kg
bensiini	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Öljy	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Litium-ioni-akut	0,90	-	OK. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Vaikka Opel Amperaa esitetään usein sähköautona, se on itse asiassa hybridiauto. Sähkömoottorin lisäksi Ampere käyttää myös 1,4 litran 63 kW: n polttomoottoria. Tämä bensiinimoottori ei kuitenkaan käytä suoraan pyöriä, mutta toimii generaattorina, jos akut loppuvat sähköstä. energiaa. Sähköosaa edustaa sähkömoottori, jonka teho on 111 kW (150 hv) ja vääntömomentti 370 Nm. Virtalähteessä on 220 T-muotoista litiumakkua, joiden kokonaisteho on 16 kWh ja paino 180 kg. Tämä sähköauto voi ajaa 40-80 km puhtaasti sähkökäytöllä. Tämä etäisyys riittää usein koko päivän ajamiseen kaupungissa ja vähentää merkittävästi käyttökustannuksia, koska kaupunkiliikenne vaatii polttomoottoreiden osalta huomattavaa polttoaineen kulutusta. Akut voidaan ladata myös tavallisesta pistorasiasta, ja yhdistettynä polttomoottoriin Amperan kantama ulottuu erittäin arvostetulle viiden sadan kilometrin etäisyydelle.

Audi ja elektroni A1

Audi, joka pitää parempana klassista ajoa edistyneemmällä tekniikalla kuin teknisesti erittäin vaativaa hybridiautoa, esitteli mielenkiintoisen A1 e-tron -hybridiauton yli kaksi vuotta sitten. Litiumioniakut, joiden teho on 12 kWh ja paino 150 kg, ladataan Wankel-moottorilla osana generaattoria, joka käyttää energiaa 254 litran säiliöön varastoituneen bensiinin muodossa. Moottorin tilavuus on 15 kuutiometriä. cm ja tuottaa 45 kW/h el. energiaa. Sähkömoottorin teho on 75 kW ja se voi tuottaa jopa 0 kW tehoa lyhyessä ajassa. Kiihtyvyys 100:sta 10:een on noin 130 sekuntia ja huippunopeus noin 50 km/h. Autolla voi ajaa noin 12 km ympäri kaupunkia puhtaasti sähköllä. Kun e. pyörivä polttomoottori aktivoi huomaamattomasti energiaa ja lataa sähköä. energiaa akuille. Kokonaismatka täyteen ladatulla akulla ja 250 litralla bensiiniä on noin 1,9 km ja keskikulutus 100 litraa 1450 km:llä. Ajoneuvon käyttöpaino on 12 kg. Katsotaanpa yksinkertaista muunnosa nähdäksesi suorassa vertailussa, kuinka paljon energiaa on piilotettu 30 litran säiliössä. Olettaen, että nykyaikaisen Wankel-moottorin hyötysuhde on 70%, niin 9 kg sitä yhdessä 12 kg:n (31 L) bensiinin kanssa vastaa 79 kWh akkuihin varastoitunutta energiaa. Joten 387,5 kg moottoria ja säiliö = 1 kg akkuja (laskettuna Audi A9 e-Tronin painoilla). Jos haluaisimme kasvattaa polttoainesäiliötä 62 litralla, meillä olisi jo XNUMX kWh energiaa auton käyttövoimana. Joten voisimme jatkaa. Mutta hänellä täytyy olla yksi saalis. Se ei ole enää "vihreä" auto. Joten tässäkin näkyy selvästi, että sähkökäyttöä rajoittaa merkittävästi akkuihin varastoidun energian tehotiheys.

Erityisesti korkeampi hinta ja suuri paino ovat johtaneet siihen, että Audin hybridikäyttö on vähitellen häipynyt taustalle. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että hybridiautojen ja sähköajoneuvojen kehitys Audissa olisi täysin heikentynyt. Tietoa A1 e-tron -mallin uudesta versiosta on ilmestynyt hiljattain. Edelliseen verrattuna pyörivä moottori/generaattori on korvattu 1,5 kW:n 94-litraisella kolmisylinterisellä turboahdetulla moottorilla. Audi pakotti käyttämään klassista polttoyksikköä pääasiassa tähän vaihteistoon liittyvien vaikeuksien vuoksi, ja uusi kolmisylinterinen moottori on suunniteltu paitsi lataamaan akkuja, myös toimimaan suoraan vetopyörien kanssa. Sanyon akkujen teho on identtinen 12 kWh, ja puhtaasti sähkökäyttöisen käyttösädettä on lisätty hieman noin 80 kilometriin. Audin mukaan päivitetyn A1 e-tronin pitäisi keskimäärin litra sataa kilometriä kohden. Valitettavasti tällä kululla on yksi puute. Hybridiautoihin, joissa on laajennettu puhtaasti sähköinen toimintasäde. Drive käyttää mielenkiintoista tekniikkaa lopullisen virtausnopeuden laskemiseen. Niin sanottu kulutus jätetään huomiotta. tankkaamalla akun latausverkko, samoin kuin loppukulutus l / 100 km, ottaa huomioon vain bensan kulutuksen viimeisen 20 km:n ajon aikana, kun sähköä on. akun varaus. Hyvin yksinkertaisella laskelmalla voimme laskea tämän, jos akut olisivat asianmukaisesti tyhjentyneet. ajoimme sähkön katkettua. puhtaasti bensiiniakuista saatava energia, jonka seurauksena kulutus kasvaa viisinkertaiseksi, eli 5 litraa bensiiniä 100 km: tä kohti.

Audi A1 e-tron II. sukupolvi

Ongelmia sähkön varastoinnissa

Energian varastointikysymys on yhtä vanha kuin itse sähkötekniikka. Ensimmäiset sähkönlähteet olivat galvaaniset kennot. Lyhyen ajan kuluttua löydettiin mahdollisuus palautuvaan sähkön kertymiseen galvaanisissa toisiokennoissa - akuissa. Ensimmäiset käytetyt akut olivat lyijyakut, lyhyen ajan kuluttua nikkeli-rauta- ja hieman myöhemmin nikkeli-kadmium-akut, ja niiden käytännön käyttö kesti yli sata vuotta. On myös lisättävä, että intensiivisestä maailmanlaajuisesta tutkimuksesta huolimatta niiden perusrakenne ei ole juurikaan muuttunut. Uusia valmistusteknologioita, perusmateriaalien ominaisuuksia parantamalla ja uusilla kenno- ja astianerottimien materiaaleilla pystyttiin pienentämään ominaispainoa hieman, vähentämään kennojen itsepurkautumista sekä lisäämään käyttäjän mukavuutta ja turvallisuutta, mutta siinä se. Merkittävin haittapuoli on mm. Varastoidun energian määrän suhde akkujen painoon ja tilavuuteen säilyi erittäin epäedullinen. Siksi näitä akkuja käytettiin pääasiassa staattisissa sovelluksissa (varavirtalähteet, jos päävirtalähde katkeaa jne.). Akkuja käytettiin energianlähteenä vetojärjestelmissä, erityisesti rautateillä (kuljetuskärryt), joissa raskas paino ja merkittävät mitat eivät myöskään häirinneet liikaa.

Energian varastointi etenee

Kuitenkin tarve kehittää pienikokoisia ja -mittaisia ​​kennoja ampeeritunteina on lisääntynyt. Siten muodostui alkaliprimaarikennoja ja suljettuja versioita nikkeli-kadmium (NiCd) ja sitten nikkelimetallihydridiparistoista (NiMH). Solujen kapselointia varten valittiin samat holkin muodot ja koot kuin tähän asti tavanomaisilla primaarisilla sinkkikloridisoluilla. Erityisesti nikkelimetallihydridiakkujen saavutetut parametrit mahdollistavat niiden käytön erityisesti matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa, työkalujen käsikäytöissä jne. Näiden kennojen valmistustekniikka eroaa tekniikasta, jota käytetään kennoissa, joissa on suuri kapasiteetti ampeeritunteina. Suuren kennoelektrodijärjestelmän lamellijärjestely korvataan tekniikalla, jolla elektrodijärjestelmä, mukaan lukien erottimet, muunnetaan lieriömäiseksi kelaksi, joka asetetaan sisään ja saatetaan kosketuksiin normaalikokoisten kennojen kanssa, joiden koko on AAA, AA, C ja D. moninkertainen niiden koosta. Joitakin erityissovelluksia varten valmistetaan erityisiä litteitä kennoja.

Kierreelektrodilla varustettujen hermeettisten kennojen etuna on useita kertoja parempi kyky ladata ja purkaa suurilla virroilla sekä suhteellisen energiatiheyden suhde kennon painoon ja tilavuuteen verrattuna klassiseen isojen kennojen suunnitteluun. Haittapuolena on enemmän itsepurkautumista ja vähemmän työjaksoja. Yhden NiMH-kennon maksimikapasiteetti on noin 10 Ah. Mutta kuten muutkin halkaisijaltaan suuremmat sylinterit, ne eivät salli liian suurten virtojen lataamista ongelmallisen lämmönpoiston vuoksi, mikä vähentää huomattavasti käyttöä sähköajoneuvoissa, ja siksi tätä lähdettä käytetään vain apuakkuna hybridijärjestelmässä (Toyota Prius 1,3 kWh).

Merkittävä edistysaskel energian varastoinnin alalla on ollut turvallisten litiumakkujen kehittäminen. Litium on alkuaine, jolla on korkea sähkökemiallinen potentiaaliarvo, mutta se on myös erittäin reaktiivinen oksidatiivisessa mielessä, mikä myös aiheuttaa ongelmia litiummetallin käytössä käytännössä. Kun litium joutuu kosketuksiin ilmakehän hapen kanssa, tapahtuu palamista, joka voi ympäristön ominaisuuksista riippuen olla räjähdysmäinen. Tämä epämiellyttävä ominaisuus voidaan poistaa joko suojaamalla pinta huolellisesti tai käyttämällä vähemmän aktiivisia litiumyhdisteitä. Tällä hetkellä yleisimmät litiumioniakut ja litiumpolymeeriakut, joiden kapasiteetti on 2-4 Ah ampeeritunteina. Niiden käyttö on samanlaista kuin NiMh:n, ja 3,2 V:n keskimääräisellä purkausjännitteellä on käytettävissä 6-13 Wh energiaa. Nikkelimetallihydridiakkuihin verrattuna litiumparistot voivat varastoida kahdesta neljään kertaa enemmän energiaa samalla tilavuudella. Litiumioniakuissa (polymeeri) on elektrolyytti geeli- tai kiinteässä muodossa, ja ne voidaan valmistaa litteissä kennoissa, joiden paksuus on jopa muutaman kymmenesosan millimetristä käytännössä missä tahansa muodossa kunkin sovelluksen tarpeiden mukaan.

Henkilöauton sähkökäyttö voidaan tehdä pää- ja ainoana (sähköauto) tai yhdistettynä, jolloin sähkökäyttö voi olla sekä hallitseva että apuvetolähde (hybridikäyttö). Käytetystä versiosta riippuen ajoneuvon toiminnan energiavaatimukset ja siten akkujen kapasiteetti vaihtelevat. Sähköajoneuvoissa akun kapasiteetti on 25-50 kWh, ja hybridikäytössä se on luonnollisesti pienempi ja vaihtelee 1-10 kWh. Annetuista arvoista voidaan nähdä, että yhden (litium)kennon jännitteellä 3,6 V on tarpeen kytkeä kennot sarjaan. Häviöiden vähentämiseksi jakelujohtimissa, inverttereissä ja moottorin käämeissä on suositeltavaa valita taajuusmuuttajaverkossa tavallista korkeampi jännite (12 V) - yleisesti käytetyt arvot ovat 250 - 500 V. nykyään litiumkennot ovat ilmeisesti sopivin tyyppi. Tosin ne ovat edelleen erittäin kalliita, varsinkin lyijyakkuihin verrattuna. Ne ovat kuitenkin paljon vaikeampia.

Perinteisten litiumakkukennojen nimellisjännite on 3,6 V. Tämä arvo eroaa tavanomaisista nikkelimetallihydridikennoista. NiCd, joiden nimellisjännite on 1,2 V (tai lyijy - 2 V), mikä käytännössä ei salli molempien tyyppien vaihdettavuutta. Näiden litiumakkujen lataukselle on ominaista tarve ylläpitää erittäin tarkasti maksimilatausjännitteen arvoa, mikä vaatii erityisen tyyppisen laturin ja erityisesti ei salli muun tyyppisille kennoille suunniteltujen latausjärjestelmien käyttöä.

Litiumparistojen pääominaisuudet

Sähköajoneuvojen ja hybridien akkujen pääominaisuuksia voidaan pitää niiden lataus- ja purkausominaisuuksina.

Latausominaisuus 

Latausprosessi edellyttää latausvirran säätöä, kennojännitteen ohjausta ja nykyisen lämpötilan säätöä ei voida jättää huomiotta. Nykyään käytössä oleville litium -kennoille, jotka käyttävät katodielektrodina LiCoO2: ta, suurin latausjänniteraja on 4,20 - 4,22 V kennoa kohden. Tämän arvon ylittäminen johtaa solun ominaisuuksien vaurioitumiseen ja päinvastoin tämän arvon saavuttamatta jättäminen tarkoittaa solun nimelliskapasiteetin käyttämättä jättämistä. Lataamiseen käytetään tavallista IU -ominaisuutta, eli ensimmäisessä vaiheessa sitä ladataan vakiovirralla, kunnes jännite on 4,20 V / kenno. Latausvirta on rajoitettu kennon valmistajan määrittämään suurin sallittu arvo. laturin vaihtoehdot. Latausaika ensimmäisessä vaiheessa vaihtelee kymmenistä minuutista useisiin tunteihin latausvirran suuruudesta riippuen. Kennojännite kasvaa vähitellen max. arvot 4,2 V. Kuten jo mainittiin, tätä jännitettä ei saa ylittää kennon vaurioitumisvaaran vuoksi. Latauksen ensimmäisessä vaiheessa 70-80% energiasta varastoituu kennoihin, toisessa vaiheessa loput. Toisessa vaiheessa latausjännite pidetään suurimmalla sallitulla arvolla ja latausvirta pienenee vähitellen. Lataus on valmis, kun virta on pudonnut noin 2–3%: iin kennon nimellisestä purkausvirrasta. Koska pienempien kennojen latausvirtojen maksimiarvo on myös useita kertoja suurempi kuin purkausvirta, merkittävä osa sähköstä voidaan säästää ensimmäisessä latausvaiheessa. energiaa suhteellisen hyvin lyhyessä ajassa (noin ½ ja 1 tunti). Siten hätätilanteessa on mahdollista ladata sähköajoneuvon akut riittävään kapasiteettiin suhteellisen lyhyessä ajassa. Jopa litium -kennojen tapauksessa kertynyt sähkö vähenee tietyn varastoinnin jälkeen. Tämä tapahtuu kuitenkin vasta noin 3 kuukauden seisokin jälkeen.

Purkausominaisuudet

Jännite putoaa ensin nopeasti 3,6–3,0 V: iin (riippuen purkausvirran suuruudesta) ja pysyy lähes vakiona koko purkauksen ajan. Sähköpostin loppumisen jälkeen. energia laskee myös kennojännitettä hyvin nopeasti. Siksi purkaus on saatettava päätökseen viimeistään valmistajan ilmoittaman purkausjännitteen ollessa 2,7 - 3,0 V.

Muussa tapauksessa tuotteen rakenne voi vaurioitua. Purkamisprosessi on suhteellisen helppo hallita. Sitä rajoittaa vain virran arvo ja se pysähtyy, kun lopullisen purkausjännitteen arvo saavutetaan. Ainoa ongelma on, että yksittäisten solujen ominaisuudet peräkkäisessä järjestelyssä eivät ole koskaan samat. Siksi on huolehdittava siitä, ettei kennon jännite laske alle lopullisen purkausjännitteen, koska se voi vahingoittaa sitä ja aiheuttaa siten koko akun toimintahäiriön. Sama on otettava huomioon akkua ladattaessa.

Mainittu litium-kennotyyppi, jossa on eri katodimateriaali, jossa koboltti-, nikkeli- tai mangaanioksidi on korvattu fosfidilla Li3V2 (PO4) 3, eliminoi mainitut vauriot, jotka voivat johtua vaatimustenvastaisuudesta kennolle. suurempi kapasiteetti. Ilmoitettu on myös niiden ilmoitettu käyttöikä noin 2 latauskertaa (000%: n purkauksessa) ja erityisesti se, että kun kenno on täysin tyhjä, se ei vahingoitu. Etuna on myös korkeampi nimellisjännite, noin 80, kun sitä ladataan jopa 4,2 V.

Yllä olevasta kuvauksesta voidaan osoittaa selvästi, että tällä hetkellä litiumparistot ovat ainoa vaihtoehto, kuten energian varastointi auton ajamiseen verrattuna polttoainesäiliöön varastoituun energiaan. Kaikki akkukapasiteetin lisäykset lisäävät tämän ympäristöystävällisen aseman kilpailukykyä. Voimme vain toivoa, että kehitys ei hidasta, vaan päinvastoin etenee useita kilometrejä eteenpäin.

Esimerkkejä ajoneuvoista, jotka käyttävät hybridi- ja sähköakkuja

Toyota Prius on klassinen hybridi, jolla on alhainen tehovara puhtaalla sähköllä. ajaa

Toyota Prius käyttää 1,3 kWh: n NiMH -akkua, jota käytetään ensisijaisesti kiihdytyksen virtalähteenä ja joka mahdollistaa erillisen sähkökäytön käytön noin 2 km: n etäisyydellä. nopeus 50 km / h. Plug-In-versio käyttää jo litiumioniakkuja, joiden kapasiteetti on 5,4 kWh, joten voit ajaa yksinomaan sähkökäytöllä 14-20 km: n etäisyydellä suurimmalla nopeudella. nopeus 100 km / h.

Opel Ampere-hybridi, jossa on enemmän varaa puhtaassa sähköpostissa. ajaa

Laajennetulla kantamalla (40-80 km) toimiva sähköajoneuvo, kuten Opel kutsuu nelipaikkaista viisiovista Amperia, saa sähkömoottorin, joka tuottaa 111 kW (150 hv) ja 370 Nm vääntömomentin. Virtalähteessä on 220 T-muotoista litiumakkua, joiden kokonaisteho on 16 kWh ja paino 180 kg. Generaattori on 1,4 litran bensiinimoottori, jonka teho on 63 kW.

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

Litiumioniakut, joiden kapasiteetti on 16 kWh, antavat ajoneuvolle mahdollisuuden ajaa jopa 150 km ilman latausta NEDC-standardin (New European Driving Cycle) mukaisesti. Suurjänniteparistot (330 V) sijaitsevat lattian sisällä, ja ne on myös suojattu telineen rungolla vaurioilta törmäyksen sattuessa. Se on Mitsubishin ja GS Yuasa Corporationin yhteisyrityksen Lithium Energy Japanin tuote. Artikkeleita on yhteensä 88. Taajuusmuuttajan sähköä tarjoaa 330 V: n litiumioniakku, joka koostuu 88 50 Ah: n kennosta, joiden kokonaiskapasiteetti on 16 kWh. Akku ladataan pistorasiasta kuuden tunnin kuluessa käyttämällä ulkoista pikalaturia (125 A, 400 V), akku latautuu 80%: iin puolessa tunnissa.

Itse olen suuri sähköajoneuvojen fani ja seuraan jatkuvasti mitä tällä alueella tapahtuu, mutta todellisuus ei tällä hetkellä ole niin optimistinen. Tämän vahvistavat myös yllä olevat tiedot, jotka osoittavat, että sekä puhtaasti sähkö- että hybridiajoneuvojen käyttöikä ei ole helppoa, ja usein vain numeropeli teeskentelee sitä. Niiden tuotanto on edelleen erittäin vaativaa ja kallista, ja niiden tehokkuus on toistuvasti kyseenalainen. Sähköajoneuvojen (hybridien) suurin haittapuoli on akkuihin varastoidun energian erittäin pieni ominaiskapasiteetti verrattuna tavanomaisiin polttoaineisiin (diesel, bensiini, nestekaasu, paineistettu maakaasu) varastoituun energiaan. Jotta sähköautojen teho todella lähentyisi perinteisiä autoja, akkujen painoa olisi vähennettävä vähintään kymmenesosalla. Tämä tarkoittaa, että mainitun Audi R8 e-tronin täytyi varastoida 42 kWh ei 470 kiloon vaan 47 kiloon. Lisäksi latausaikaa pitäisi lyhentää huomattavasti. Noin tunti 70-80% kapasiteetilla on silti paljon, enkä puhu keskimääräisestä 6-8 tunnista täydellä latauksella. Ei myöskään tarvitse uskoa paskapuhetta CO2-sähköajoneuvojen nollatuotannosta. Huomattakoon heti se tosiasia Pistorasiamme energiaa tuottavat myös lämpövoimalaitokset, eivätkä ne vain tuota tarpeeksi hiilidioksidia. Puhumattakaan tällaisen auton monimutkaisemmasta tuotannosta, jossa CO2:n tarve tuotannossa on paljon suurempi kuin klassisessa. Emme saa unohtaa raskaita ja myrkyllisiä aineita sisältävien komponenttien määrää ja niiden ongelmallista myöhempää hävittämistä.

Kaikilla mainituilla ja mainitsemattomilla miinuksilla sähköautolla (hybridillä) on myös kiistattomia etuja. Kaupunkiliikenteessä tai lyhyemmillä matkoilla niiden taloudellisempi toiminta on kiistatonta, johtuen energian varastoinnin (talteenoton) periaatteesta jarrutuksen aikana, kun tavanomaisissa ajoneuvoissa se poistuu jarrutuksen aikana hukkalämmön muodossa ilmaan, ei mainita mahdollisuus muutaman kilometrin ajomatkalla ympäri kaupunkia halvalla latauksella julkisesta sähköpostista. netto. Jos vertaamme puhdasta sähköautoa ja klassista autoa, niin perinteisessä autossa on polttomoottori, joka itsessään on melko monimutkainen mekaaninen elementti. Sen voima on siirrettävä jollain tavalla pyörille, ja tämä tapahtuu useimmiten manuaali- tai automaattivaihteiston kautta. Tiellä on edelleen yksi tai useampi tasauspyörästö, joskus myös vetoakseli ja sarja akselin akseleita. Tietysti auton pitää myös hidastaa vauhtia, moottorin jäähtyä ja tämä lämpöenergia menee turhaan hukkaan ympäristöön jälkilämmönä. Sähköauto on paljon tehokkaampi ja yksinkertaisempi - (ei koske hybridikäyttöä, joka on erittäin monimutkaista). Sähköauto ei sisällä vaihteistoja, vaihteistoja, kardaaneja ja puoliakseleita, unohda moottori edessä, takana tai keskellä. Se ei sisällä jäähdytintä, eli jäähdytysnestettä ja käynnistintä. Sähköauton etuna on, että se voi asentaa moottorit suoraan pyöriin. Ja yhtäkkiä sinulla on täydellinen ATV, joka voi ohjata jokaista pyörää muista riippumatta. Siksi sähköajoneuvolla ei ole vaikeaa hallita vain yhtä pyörää, ja on myös mahdollista valita ja ohjata optimaalinen voimanjako kaarreajoon. Jokainen moottoreista voi olla myös muista pyöristä täysin riippumaton jarru, joka muuntaa ainakin osan liike-energiasta takaisin sähköenergiaksi. Tämän seurauksena tavanomaisiin jarruihin kohdistuu paljon vähemmän rasitusta. Moottorit voivat tuottaa suurimman käytettävissä olevan tehon lähes milloin tahansa ja ilman viivettä. Niiden tehokkuus akkuihin varastoidun energian muuntamisessa liike-energiaksi on noin 90 %, mikä on noin kolme kertaa tavallisiin moottoreihin verrattuna. Näin ollen ne eivät tuota niin paljon jäännöslämpöä, eikä niitä tarvitse olla vaikea jäähdyttää. Tarvitset tähän vain hyvän laitteiston, ohjausyksikön ja hyvän ohjelmoijan.

Suma sumárum. Jos sähköautot tai hybridit ovat vieläkin lähempänä klassisia autoja, joissa on polttoainetehokkaat moottorit, niiden edessä on edelleen erittäin vaikea ja vaikea tie. Toivon vain, että tämä ei ole vahvistettu useilla harhaanjohtavilla numeroilla tai. liiallinen paine viranomaisilta. Mutta älkäämme epätoivoon. Nanoteknologian kehitys etenee todella harppauksin, ja ehkä ihmeitä on todella edessämme lähitulevaisuudessa.

Lopuksi lisään vielä yhden mielenkiintoisen asian. Aurinkotankkausasema on jo olemassa.

Toyota Industries Corp (TIC) on kehittänyt aurinkolatausaseman sähkö- ja hybridiajoneuvoille. Asema on myös kytketty sähköverkkoon, joten 1,9 kW: n aurinkopaneelit ovat todennäköisesti lisäenergian lähde. Käyttämällä itsenäistä (aurinko) virtalähdettä latausasema voi tuottaa enimmäistehoa 110 VAC / 1,5 kW, kun se on kytketty verkkoon, se tarjoaa enintään 220 VAC / 3,2 kW.

Käyttämätön sähkö aurinkopaneeleista varastoidaan paristoihin, jotka voivat tallentaa 8,4 kWh myöhempää käyttöä varten. On myös mahdollista toimittaa sähköä jakeluverkkoon tai syöttöasemien lisälaitteisiin. Asemalla käytetyissä latausasemissa on sisäänrakennettu viestintätekniikka, joka kykenee tunnistamaan ajoneuvot. omistajat käyttävät älykortteja.

Tärkeitä ehtoja akuille

• Teho - osoittaa akkuun varastoidun sähkövarauksen (energiamäärän). Se ilmoitetaan ampeeritunteina (Ah) tai pienten laitteiden tapauksessa milliampeeritunteina (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) akku pystyy teoriassa syöttämään 1 ampeerin tunnin ajan.
• Sisäinen vastus - osoittaa akun kyvyn tuottaa enemmän tai vähemmän purkausvirtaa. Esimerkkinä voidaan käyttää kahta kanisteria, joista toisessa on pienempi ulostulo (suuri sisäinen vastus) ja toisessa suurempi (pieni sisäinen vastus). Jos päätämme tyhjentää ne, kanisteri, jossa on pienempi tyhjennysreikä, tyhjenee hitaammin.
• Akun nimellisjännite - nikkelikadmium- ja nikkelimetallihydridiakuissa se on 1,2 V, lyijy 2 V ja litium 3,6 - 4,2 V. Käytön aikana tämä jännite vaihtelee välillä 0,8 - 1,5 V nikkeli-kadmium- ja nikkeli-metallihydridiakuilla, 1,7-2,3 V lyijylle ja 3-4,2 ja 3,5-4,9 litiumille.
• Latausvirta, purkausvirta – ilmaistuna ampeereina (A) tai milliampeerina (mA). Tämä on tärkeää tietoa kyseisen akun käytännön käytöstä tietyssä laitteessa. Se määrittää myös edellytykset akun oikealle lataukselle ja purkamiselle, jotta sen kapasiteetti hyödynnetään maksimaalisesti eikä samalla tuhoudu.
• Lataus akk. purkautumiskäyrä - näyttää graafisesti jännitteen muutoksen ajan mukaan, kun akkua ladataan tai puretaan. Kun akku on tyhjä, jännitteessä tapahtuu tyypillisesti pieni muutos noin 90 % purkautumisajasta. Siksi akun nykyisen tilan määrittäminen mitatusta jännitteestä on erittäin vaikeaa.
• Itsepurkautuminen, itsepurkautuminen – Akku ei pysty ylläpitämään sähköä koko ajan. energiaa, koska reaktio elektrodeilla on palautuva prosessi. Ladattu akku purkautuu vähitellen itsestään. Tämä prosessi voi kestää useista viikoista kuukausiin. Lyijyakkujen tapauksessa tämä on 5-20% kuukaudessa, nikkeli-kadmium-akuissa - noin 1% sähkövarauksesta päivässä, nikkeli-metallihydridiakkujen tapauksessa - noin 15-20% per päivä. kuukausi, ja litium menettää noin 60 %. kapasiteettia kolmeksi kuukaudeksi. Itsepurkautuminen riippuu ympäristön lämpötilasta sekä sisäisestä resistanssista (korkeamman sisäisen vastuksen omaavat akut purkautuvat vähemmän) ja tietysti suunnittelu, käytetyt materiaalit ja valmistus ovat myös tärkeitä.
•  Akku (sarjat) – Akkuja käytetään yksittäin vain poikkeustapauksissa. Yleensä ne on kytketty sarjaan, lähes aina sarjaan. Tällaisen joukon maksimivirta on yhtä suuri kuin yksittäisen kennon maksimivirta, nimellisjännite on yksittäisten kennojen nimellisjännitteiden summa.
•  Paristojen kertyminen.  Uudelle tai käyttämättömälle akulle on suoritettava yksi mutta mieluiten useita (3-5) hitaita täyden latauksen ja hitaan purkauksen jaksoja. Tämä hidas prosessi asettaa akun parametrit halutulle tasolle.
•  Muistin vaikutus – Tämä tapahtuu, kun akku on ladattu ja purettu samalle tasolle suunnilleen vakiovirralla, ei liian suurella virralla, eikä kennon pitäisi olla täyttä latausta tai syväpurkausta. Tämä sivuvaikutus vaikutti NiCd:hen (minimi myös NiMH).