Bateri për automjete hibride dhe elektrike

Në artikullin tonë të mëparshëm, ne diskutuam baterinë si një burim energjie, i nevojshëm kryesisht për të nisur një makinë, si dhe për funksionimin relativisht afatshkurtër të pajisjeve elektrike. Sidoqoftë, kërkesa krejtësisht të ndryshme vendosen për vetitë e baterive të përdorura në fushën e shtytjes së pajisjeve të mëdha mobile, në rastin tonë, automjetet hibride dhe automjetet elektrike. Një sasi shumë më e madhe e energjisë së ruajtur kërkohet për të fuqizuar një automjet dhe duhet të ruhet diku. Në një makinë klasike me një motor me djegie të brendshme, ajo ruhet në rezervuar në formën e benzinës, naftës ose LPG. Në rastin e një automjeti elektrik ose një automjeti hibrid, ai ruhet në bateri, të cilat mund të përshkruhen si problemi kryesor me një automjet elektrik.

Akumulatorët aktualë mund të ruajnë pak energji, ndërsa janë mjaft të rëndë, të rëndë dhe në të njëjtën kohë, duhen disa orë për t'i rimbushur ato në maksimum (zakonisht 8 ose më shumë). Në të kundërt, automjetet konvencionale me motorë me djegie të brendshme mund të ruajnë një sasi të madhe energjie në krahasim me bateritë në një kuti të vogël, me kusht që të duhen vetëm një minutë, ndoshta dy, për të rimbushur. Fatkeqësisht, problemi i ruajtjes së energjisë elektrike ka goditur automjetet elektrike që nga fillimi i tyre, dhe pavarësisht përparimit të pamohueshëm, dendësia e tyre e energjisë e kërkuar për të fuqizuar një automjet është ende shumë e ulët. Në rreshtat e mëposhtëm, kursimi i emailit Ne do të diskutojmë energjinë në më shumë detaje dhe do të përpiqemi të afrojmë realitetin e vërtetë të makinave me makinë të pastër elektrike ose hibride. Ka shumë mite rreth këtyre "makinave elektronike", kështu që nuk dëmton të hedhësh një vështrim më të afërt në avantazhet ose disavantazhet e disqeve të tillë.

Fatkeqësisht, shifrat e dhëna nga prodhuesit janë gjithashtu shumë të dyshimta dhe janë mjaft teorike. Për shembull, Kia Venga përmban një motor elektrik me një fuqi prej 80 kW dhe një çift rrotullues prej 280 Nm. Fuqia furnizohet nga bateritë litium-jon me një kapacitet prej 24 kWh, diapazoni i vlerësuar i Kia Vengy EV sipas prodhuesit është 180 km. Kapaciteti i baterive na tregon se, të karikuara plotësisht, ato mund të sigurojnë një konsum motori prej 24 kW, ose të ushqejnë një konsum prej 48 kW në gjysmë ore, etj. Një rillogaritje e thjeshtë, dhe ne nuk do të mund të bëjmë 180 km . Nëse do të donim të mendonim për një distancë të tillë, atëherë do të duhej të vozisnim mesatarisht 60 km / orë për rreth 3 orë, dhe fuqia e motorit do të ishte vetëm një e dhjeta e vlerës nominale, pra 8 kW. Me fjalë të tjera, me një udhëtim vërtet të kujdesshëm (të kujdesshëm), ku pothuajse me siguri do të përdorni frenat në punë, një udhëtim i tillë është teorikisht i mundur. Sigurisht, ne nuk e konsiderojmë përfshirjen e aksesorëve të ndryshëm elektrikë. Të gjithë mund ta imagjinojnë tashmë se çfarë vetëmohimi në krahasim me një makinë klasike. Në të njëjtën kohë, ju derdhni 40 litra naftë në Venga klasike dhe kaloni qindra e qindra kilometra pa kufizime. Pse është kështu? Le të përpiqemi të krahasojmë se sa nga kjo energji dhe sa peshë mund të mbajë një makinë klasike në rezervuar, dhe sa një makinë elektrike mund të mbajë në bateri - lexoni më shumë KËTU.

Disa fakte nga kimia dhe fizika

• vlera kalorifike e benzinës: 42,7 MJ / kg,
• vlera kalorifike e naftës: 41,9 MJ / kg,
• dendësia e benzinës: 725 kg / m3,
• dendësia e vajit: 840 kg / m3,
• Xhaul (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energjia është aftësia për të bërë punë, e matur në xhaul (J), kilovat orë (kWh). Puna (mekanike) manifestohet me një ndryshim të energjisë gjatë lëvizjes së trupit, ka të njëjtat njësi si energjia. Fuqia shpreh sasinë e punës së bërë për njësi të kohës, njësia bazë është vat (W).

Fuqia specifike e burimeve të energjisë

Burim energjie	Vlera kalorifike / kg dendësi	Vlera kalorifike / l Energji / l	Energji / kg
Benzinë	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Vaj	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Bateri Li-Jon (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Nga sa më sipër është e qartë se, për shembull, me një vlerë kalorifike prej 42,7 MJ / kg dhe një densitet prej 725 kg / m3, benzina ofron një energji prej 8,60 kWh për litër ose 11,86 kWh për kilogram. Nëse ndërtojmë bateritë aktuale që tani janë instaluar në automjetet elektrike, për shembull, litium-jon, kapaciteti i tyre është më pak se 0,1 kWh për kilogram (për thjeshtësi, ne do të marrim parasysh 0,1 kWh). Karburantet konvencionale sigurojnë mbi njëqind herë më shumë energji për të njëjtën peshë. Do ta kuptoni që ky është një ndryshim i madh. Nëse e ndajmë në të vogla, për shembull, Chevrolet Cruze me një bateri 31 kWh mbart energji që mund të futet në më pak se 2,6 kg benzinë ​​ose, nëse dëshironi, rreth 3,5 litra benzinë.

Ju mund të tregoni se si është e mundur që një makinë elektrike të fillojë fare, dhe jo se do të ketë akoma më shumë se 100 km energji. Arsyeja është e thjeshtë. Motori elektrik është shumë më efikas përsa i përket konvertimit të energjisë së ruajtur në energji mekanike. Në mënyrë tipike, ai duhet të ketë një efikasitet prej 90%, ndërsa efikasiteti i një motori me djegie të brendshme është rreth 30% për një motor benzinë ​​dhe 35% për një motor nafte. Prandaj, për të siguruar të njëjtën fuqi për motorin elektrik, mjafton me një rezervë shumë më të ulët të energjisë.

Lehtësia e përdorimit të disqeve individuale

Pas vlerësimit të llogaritjes së thjeshtuar, supozohet se mund të marrim afërsisht 2,58 kWh energji mekanike nga një litër benzinë, 3,42 kWh nga një litër naftë dhe 0,09 kWh nga një kilogram bateri litium-jon. Pra, ndryshimi nuk është më shumë se njëqindfish, por vetëm rreth tridhjetë herë. Ky është numri më i mirë, por ende jo vërtet rozë. Për shembull, merrni parasysh Audi R8 sportiv. Bateritë e tij të ngarkuara plotësisht, me peshë 470 kg, kanë një energji të barabartë me 16,3 litra benzinë ​​ose vetëm 12,3 litra naftë. Ose, nëse do të kishim një Audi A4 3,0 TDI me një kapacitet rezervuari prej 62 litra naftë dhe do të donim të kishim të njëjtin gamë në një makinë të pastër baterie, do të na duheshin afërsisht 2350 kg bateri. Deri më tani, ky fakt nuk i jep makinës elektrike një të ardhme shumë të ndritur. Megjithatë, nuk ka nevojë t'i hedhim një armë gjahu thekrës, pasi presioni për të zhvilluar "e-makina" të tilla do të hiqet nga lobi i pamëshirshëm i gjelbër, kështu që nëse u pëlqen apo jo prodhuesve të automjeteve, ata duhet të prodhojnë diçka "të gjelbër". " “. Një zëvendësim i caktuar për një makinë thjesht elektrike janë të ashtuquajturat hibride, të cilat kombinojnë një motor me djegie të brendshme me një motor elektrik. Aktualisht më të njohurit janë, për shembull, Toyota Prius (Auris HSD me të njëjtën teknologji hibride) ose Honda Inside. Sidoqoftë, diapazoni i tyre thjesht elektrik është ende për të qeshur. Në rastin e parë, rreth 2 km (në versionin e fundit të Plug In është rritur "në" 20 km), dhe në të dytën, Honda as nuk troket në një makinë thjesht elektrike. Deri më tani, efektiviteti që rezulton në praktikë nuk është aq i mrekullueshëm sa sugjeron reklamimi masiv. Realiteti ka treguar se ato mund t'i ngjyrosin me çdo lëvizje blu (ekonomi) kryesisht me teknologji konvencionale. Avantazhi i termocentralit hibrid qëndron kryesisht në ekonominë e karburantit kur vozitni në qytet. Audi tha kohët e fundit se aktualisht është e nevojshme vetëm të zvogëlohet pesha e trupit për të arritur, mesatarisht, të njëjtën ekonomi karburanti që arrijnë disa marka duke instaluar një sistem hibrid në një makinë. Modelet e reja të disa makinave dëshmojnë gjithashtu se kjo nuk është një ulërimë në errësirë. Për shembull, gjenerata e shtatë Volkswagen Golf e prezantuar së fundmi përdor komponentë më të lehtë për të mësuar dhe në praktikë përdor më pak karburant se më parë. Prodhuesi japonez i automjeteve Mazda ka marrë një drejtim të ngjashëm. Pavarësisht këtyre pretendimeve, zhvillimi i një motori hibrid "me rreze të gjatë" vazhdon. Si shembull, do të përmend Opel Ampera dhe, në mënyrë paradoksale, modelin nga Audi A1 e-tron.

Lehtësia e përdorimit të disqeve individuale

Burim energjie	Efikasiteti i motorit	Energji efektive / l	Energji efektive / kg
Benzinë	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Vaj	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Bateritë e jonit litium	0,90	-	NE RREGULL. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Edhe pse Opel Ampera shpesh paraqitet si një makinë elektrike, në fakt është një makinë hibride. Përveç motorit elektrik, Ampere përdor gjithashtu një motor me djegie të brendshme 1,4 litra 63 kW. Sidoqoftë, ky motor benzinë ​​nuk i drejton direkt rrotat, por përkundrazi vepron si një gjenerator në rast se bateritë mbarojnë energjinë elektrike. energji. Pjesa elektrike përfaqësohet nga një motor elektrik me një fuqi prej 111 kW (150 kf) dhe një çift rrotullues prej 370 Nm. Furnizimi me energji mundësohet nga 220 qeliza litiumi në formë T. Ato kanë një fuqi totale prej 16 kWh dhe peshojnë 180 kg. Kjo makinë elektrike mund të udhëtojë 40-80 km me një makinë thjesht elektrike. Kjo distancë është shpesh e mjaftueshme për ngasjen e qytetit gjatë gjithë ditës dhe zvogëlon ndjeshëm kostot e funksionimit pasi trafiku i qytetit kërkon konsum të konsiderueshëm të karburantit në rastin e motorëve me djegie. Bateritë gjithashtu mund të rimbushen nga një prizë standarde, dhe kur kombinohen me një motor me djegie të brendshme, diapazoni i Ampera shtrihet në një pesëqind kilometra shumë të respektueshëm.

Audi e elektron A1

Audi, i cili preferon një makinë klasike me teknologji më të avancuar sesa një makinë hibride shumë të kërkuar teknikisht, prezantoi një makinë hibride interesante A1 e-tron më shumë se dy vjet më parë. Bateritë litium-jon me një kapacitet 12 kWh dhe një peshë prej 150 kg ngarkohen nga një motor Wankel si pjesë e një gjeneratori që përdor energjinë në formën e benzinës të ruajtur në një rezervuar 254 litra. Motori ka një vëllim prej 15 metra kub. cm dhe gjeneron 45 kW/h el. energji. Motori elektrik ka një fuqi prej 75 kW dhe mund të prodhojë deri në 0 kW fuqi në një kohë të shkurtër. Përshpejtimi nga 100 në 10 është rreth 130 sekonda dhe një shpejtësi maksimale prej rreth 50 km / orë. Makina mund të udhëtojë rreth 12 km rreth qytetit me një makinë thjesht elektrike. Pas mbarimit të e. energjia aktivizohet në mënyrë diskrete nga motori rrotullues me djegie të brendshme dhe rikarik energjinë elektrike. energji për bateritë. Gama e përgjithshme me bateri të ngarkuara plotësisht dhe 250 litra benzinë ​​është rreth 1,9 km me një konsum mesatar prej 100 litrash për 1450 km. Pesha e funksionimit të automjetit është 12 kg. Le të hedhim një vështrim në një konvertim të thjeshtë për të parë në krahasim të drejtpërdrejtë se sa energji fshihet në një rezervuar 30 litra. Duke supozuar një efikasitet modern të motorit Wankel prej 70%, atëherë 9 kg prej tij, së bashku me 12 kg (31 L) benzinë, janë ekuivalente me 79 kWh energji të ruajtur në bateri. Pra 387,5 kg motor dhe rezervuar = 1 kg bateri (llogaritur në peshat Audi A9 e-Tron). Nëse do të donim të rrisnim rezervuarin e karburantit me 62 litra, do të kishim tashmë XNUMX kWh energji në dispozicion për të fuqizuar makinën. Kështu që ne mund të vazhdonim. Por ai duhet të ketë një kapje. Nuk do të jetë më një makinë “e gjelbër”. Pra, edhe këtu shihet qartë se lëvizja elektrike është dukshëm e kufizuar nga dendësia e fuqisë së energjisë së ruajtur në bateri.

Në veçanti, çmimi më i lartë, si dhe pesha e lartë, kanë çuar në faktin që makina hibride në Audi është zbehur gradualisht në sfond. Megjithatë, kjo nuk do të thotë se zhvillimi i makinave hibride dhe automjeteve elektrike në Audi është amortizuar plotësisht. Informacioni për versionin e ri të modelit A1 e-tron është shfaqur së fundmi. Krahasuar me atë të mëparshëm, motori/gjeneratori rrotullues është zëvendësuar nga një motor 1,5 litërsh 94 kW me turbocharged me tre cilindra. Përdorimi i njësisë klasike të djegies së brendshme u detyrua nga Audi kryesisht për shkak të vështirësive që lidhen me këtë transmetim, dhe motori i ri me tre cilindra është krijuar jo vetëm për të ngarkuar bateritë, por edhe për të punuar drejtpërdrejt me rrotat lëvizëse. Bateritë Sanyo kanë një fuqi identike prej 12 kWh, dhe diapazoni i makinës thjesht elektrike është rritur pak në afërsisht 80 km. Audi thotë se A1 e-tron i përmirësuar duhet mesatarisht një litër për njëqind kilometra. Fatkeqësisht, ky shpenzim ka një pengesë. Për automjete hibride me diapazon të zgjeruar të pastër elektrik. disku përdor një teknikë interesante për llogaritjen e shpejtësisë përfundimtare të rrjedhës. I ashtuquajturi konsum injorohet. mbushja me karburant nga rrjeti i karikimit të baterisë, si dhe konsumi përfundimtar l/100 km, merr parasysh vetëm konsumin e benzinës për 20 km të fundit të drejtimit, kur ka energji elektrike. ngarkimi i baterisë. Me një llogaritje shumë të thjeshtë, ne mund ta llogarisim këtë nëse bateritë janë shkarkuar siç duhet. kemi vozitur pasi na ka fikur rryma. energjia nga bateritë thjesht të benzinës, si rezultat, konsumi do të rritet pesë herë, domethënë 5 litra benzinë ​​për 100 km.

Audi A1 e-tron II. brez

Problemet e ruajtjes së energjisë elektrike

Çështja e ruajtjes së energjisë është po aq e vjetër sa vetë inxhinieria elektrike. Burimet e para të energjisë elektrike ishin qelizat galvanike. Pas një kohe të shkurtër u zbulua mundësia e një procesi të kthyeshëm të akumulimit të energjisë elektrike në qelizat sekondare galvanike - bateritë. Bateritë e para të përdorura ishin bateritë e plumbit, pas një kohe të shkurtër nikel-hekur dhe pak më vonë nikel-kadmium, dhe përdorimi praktik i tyre zgjati më shumë se njëqind vjet. Duhet shtuar gjithashtu se, megjithë kërkimet intensive në mbarë botën në këtë fushë, dizajni i tyre bazë nuk ka ndryshuar shumë. Duke përdorur teknologjitë e reja të prodhimit, duke përmirësuar vetitë e materialeve bazë dhe duke përdorur materiale të reja për ndarësit e qelizave dhe enëve, u bë e mundur të zvogëlohej pak graviteti specifik, të zvogëlohej vetëshkarkimi i qelizave dhe të rritej komoditeti dhe siguria e operatorit. por kaq. Pengesë më e rëndësishme, dmth. Mbeti një raport shumë i pafavorshëm i sasisë së energjisë së ruajtur me peshën dhe vëllimin e baterive. Prandaj, këto bateri u përdorën kryesisht në aplikacione statike (furnizimet rezervë të energjisë në rast se furnizimi kryesor me energji elektrike dështon, etj.). Bateritë u përdorën si burim energjie për sistemet tërheqëse, veçanërisht në hekurudha (karrocat e transportit), ku pesha e rëndë dhe dimensionet e konsiderueshme gjithashtu nuk ndërhynin shumë.

Përparimi i ruajtjes së energjisë

Sidoqoftë, nevoja për të zhvilluar qeliza me kapacitete dhe dimensione të vogla në orë amper është rritur. Kështu, u formuan qeliza alkaline primare dhe versione të vulosura të baterive nikel-kadmium (NiCd) dhe më pas bateri nikel-metal hidride (NiMH). Për kapsulimin e qelizave, të njëjtat forma dhe madhësi të mëngës u zgjodhën si për qelizat parësore konvencionale të klorurit të zinkut deri më tani. Në veçanti, parametrat e arritur të baterive të hidridit nikel-metal bëjnë të mundur përdorimin e tyre, në veçanti, në celularët, laptopët, drejtuesit manual të veglave, etj. Teknologjia e prodhimit të këtyre qelizave ndryshon nga teknologjitë e përdorura për qelizat me një kapacitet i madh në orë amper. Rregullimi lamellar i sistemit të elektrodave me qeliza të mëdha zëvendësohet me teknologjinë e shndërrimit të sistemit të elektrodave, përfshirë ndarësit, në një spirale cilindrike, e cila futet dhe kontaktohet me qeliza në formë të rregullt në madhësi AAA, AA, C dhe D, resp. shumëfishat e madhësisë së tyre. Për disa aplikime të veçanta, prodhohen qeliza të veçanta të sheshta.

Avantazhi i qelizave hermetike me elektroda spirale është aftësia disa herë më e madhe për të ngarkuar dhe shkarkuar me rryma të larta dhe raporti i densitetit të energjisë relative ndaj peshës dhe vëllimit të qelizës në krahasim me modelin klasik të qelizave të mëdha. Disavantazhi është më shumë vetë-shkarkim dhe më pak cikle pune. Kapaciteti maksimal i një qelize të vetme NiMH është afërsisht 10 Ah. Por, si me cilindra të tjerë me diametër më të madh, ata nuk lejojnë karikimin e rrymave shumë të larta për shkak të shpërndarjes problematike të nxehtësisë, gjë që redukton shumë përdorimin në automjetet elektrike, dhe për këtë arsye ky burim përdoret vetëm si bateri ndihmëse në një sistem hibrid (Toyota Prius 1,3 .XNUMX kWh).

Një përparim i rëndësishëm në fushën e ruajtjes së energjisë ka qenë zhvillimi i baterive të sigurta të litiumit. Litiumi është një element me një vlerë të lartë potenciale elektrokimike, por është gjithashtu jashtëzakonisht reaktiv në kuptimin oksidativ, i cili gjithashtu shkakton probleme gjatë përdorimit të metalit të litiumit në praktikë. Kur litiumi bie në kontakt me oksigjenin atmosferik, ndodh djegia, e cila, në varësi të vetive të mjedisit, mund të ketë karakterin e një shpërthimi. Kjo veti e pakëndshme mund të eliminohet ose duke mbrojtur me kujdes sipërfaqen, ose duke përdorur komponime më pak aktive të litiumit. Aktualisht, bateritë më të zakonshme litium-jon dhe litium-polimer me një kapacitet prej 2 deri në 4 Ah në amper-orë. Përdorimi i tyre është i ngjashëm me atë të NiMh, dhe me një tension mesatar shkarkimi prej 3,2 V, disponohet 6 deri në 13 Wh energji. Krahasuar me bateritë hidride nikel-metal, bateritë e litiumit mund të ruajnë dy deri në katër herë më shumë energji për të njëjtin vëllim. Bateritë litium-jon (polimer) kanë një elektrolit në formë xhel ose të ngurtë dhe mund të prodhohen në qeliza të sheshta të holla sa disa të dhjetat e milimetrit në pothuajse çdo formë për t'iu përshtatur nevojave të aplikacionit përkatës.

Lëvizja elektrike në një makinë pasagjerësh mund të bëhet si kryesore dhe e vetme (makinë elektrike) ose e kombinuar, ku lëvizja elektrike mund të jetë burimi dominues dhe ndihmës i tërheqjes (makinë hibride). Në varësi të variantit të përdorur, kërkesat e energjisë për funksionimin e automjetit dhe për këtë arsye kapaciteti i baterive ndryshojnë. Në automjetet elektrike, kapaciteti i baterisë është midis 25 dhe 50 kWh, dhe me një makinë hibride, është natyrisht më i ulët dhe varion nga 1 në 10 kWh. Nga vlerat e dhëna mund të shihet se në një tension prej një qelize (litiumi) prej 3,6 V, është e nevojshme të lidhni qelizat në seri. Për të zvogëluar humbjet në përçuesit e shpërndarjes, invertorët dhe mbështjelljet e motorit, rekomandohet të zgjidhni një tension më të lartë se zakonisht në rrjetin në bord (12 V) për disqet - vlerat e përdorura zakonisht janë nga 250 në 500 V. Nga sot, qelizat e litiumit janë padyshim lloji më i përshtatshëm. Pa dyshim, ato janë ende shumë të shtrenjta, veçanërisht kur krahasohen me bateritë me acid plumbi. Megjithatë, ato janë shumë më të vështira.

Tensioni nominal i baterive konvencionale të litiumit është 3,6 V. Kjo vlerë është e ndryshme nga qelizat konvencionale të hidridit të nikel-metalit, përkatësisht. NiCd, të cilat kanë një tension nominal prej 1,2 V (ose plumb - 2 V), i cili, nëse përdoret në praktikë, nuk lejon këmbyeshmërinë e të dy llojeve. Ngarkimi i këtyre baterive të litiumit karakterizohet nga nevoja për të ruajtur me shumë saktësi vlerën e tensionit maksimal të karikimit, i cili kërkon një lloj të veçantë ngarkuesi dhe, në veçanti, nuk lejon përdorimin e sistemeve të karikimit të krijuara për lloje të tjera qelizash.

Karakteristikat kryesore të baterive litium

Karakteristikat kryesore të baterive për automjetet elektrike dhe hibridet mund të konsiderohen karakteristikat e tyre të ngarkimit dhe shkarkimit.

Karakteristikë e karikimit 

Procesi i karikimit kërkon rregullimin e rrymës së ngarkimit, kontrolli i tensionit të qelizës dhe kontrolli i temperaturës aktuale nuk mund të anashkalohen. Për qelizat e litiumit që përdoren sot që përdorin LiCoO2 si elektrodë katodike, kufiri maksimal i tensionit të karikimit është 4,20 në 4,22 V për qelizë. Tejkalimi i kësaj vlere çon në dëmtimin e vetive të qelizës dhe, anasjelltas, mos arritja e kësaj vlere nënkupton mospërdorimin e kapacitetit nominal të qelizës. Për karikim, përdoret karakteristika e zakonshme IU, domethënë, në fazën e parë ngarkohet me rrymë konstante derisa të arrihet një tension prej 4,20 V / qelizë. Rryma e ngarkimit është e kufizuar në vlerën maksimale të lejuar të specifikuar nga prodhuesi i qelizave, respektivisht. opsionet e ngarkuesit. Koha e karikimit në fazën e parë ndryshon nga disa dhjetëra minuta në disa orë, në varësi të madhësisë së rrymës së ngarkimit. Tensioni i qelizës gradualisht rritet deri në max. vlerat prej 4,2 V. Siç është përmendur tashmë, ky tension nuk duhet të tejkalohet për shkak të rrezikut të dëmtimit të qelizës. Në fazën e parë të karikimit, 70 deri në 80% të energjisë ruhet në qeliza, në fazën e dytë pjesa tjetër. Në fazën e dytë, voltazhi i karikimit mbahet në vlerën maksimale të lejuar, dhe rryma e ngarkimit gradualisht zvogëlohet. Ngarkimi është i plotë kur rryma ka rënë në rreth 2-3% të rrymës së shkarkimit të vlerësuar të qelizës. Meqenëse vlera maksimale e rrymave të ngarkimit në rastin e qelizave më të vogla është gjithashtu disa herë më e lartë se rryma e shkarkimit, një pjesë e konsiderueshme e energjisë elektrike mund të kursehet në fazën e parë të karikimit. energji në një kohë relativisht shumë të shkurtër (afërsisht ½ dhe 1 orë). Kështu, në rast emergjence, është e mundur të ngarkoni bateritë e një automjeti elektrik në një kapacitet të mjaftueshëm në një kohë relativisht të shkurtër. Edhe në rastin e qelizave të litiumit, energjia elektrike e akumuluar zvogëlohet pas një periudhe të caktuar ruajtjeje. Sidoqoftë, kjo ndodh vetëm pas rreth 3 muajsh pushimi.

Karakteristikat e shkarkimit

Tensioni së pari bie shpejt në 3,6-3,0 V (në varësi të madhësisë së rrymës së shkarkimit) dhe mbetet pothuajse konstant gjatë gjithë shkarkimit. Pas shterimit të furnizimit me e-mail. energjia gjithashtu ul tensionin e qelizës shumë shpejt. Prandaj, shkarkimi duhet të përfundojë jo më vonë se voltazhi i përcaktuar i prodhuesit nga 2,7 në 3,0 V.

Përndryshe, struktura e produktit mund të dëmtohet. Procesi i shkarkimit është relativisht i lehtë për tu kontrolluar. Kufizohet vetëm nga vlera e rrymës dhe ndalet kur arrihet vlera e tensionit përfundimtar të shkarkimit. Problemi i vetëm është se vetitë e qelizave individuale në një rregullim vijues nuk janë kurrë të njëjta. Prandaj, duhet pasur kujdes për të siguruar që tensioni i çdo qelize të mos bjerë nën tensionin përfundimtar të shkarkimit, pasi kjo mund ta dëmtojë atë dhe kështu të shkaktojë mosfunksionim të të gjithë baterisë. E njëjta gjë duhet të merret parasysh kur ngarkoni baterinë.

Lloji i lartpërmendur i qelizave të litiumit me një material katodë të ndryshëm, në të cilin oksidi i kobaltit, nikelit ose manganit zëvendësohet nga fosfidi Li3V2 (PO4) 3, eliminon rreziqet e përmendura të dëmtimit të qelizës për shkak të mospërputhjes. Qelizat me një kapacitet më të lartë. Gjithashtu deklarohet jeta e tyre e deklaruar e shërbimit prej rreth 2 cikleve të ngarkimit (me shkarkim 000%) dhe veçanërisht fakti që kur qeliza të shkarkohet plotësisht, ajo nuk do të dëmtohet. Avantazhi është gjithashtu një tension nominal më i lartë prej rreth 80 kur karikohet deri në 4,2 V.

Nga përshkrimi i mësipërm, mund të tregohet qartë se bateritë e litiumit janë aktualisht alternativa e vetme siç është ruajtja e energjisë për drejtimin e një makine në krahasim me energjinë e ruajtur në karburant fosil në një rezervuar karburanti. Çdo rritje në kapacitetin specifik të baterisë do të rrisë konkurrencën e kësaj makine eko-miqësore. Ne vetëm mund të shpresojmë që zhvillimi të mos ngadalësohet, por, përkundrazi, të ecim përpara disa kilometra.

Shembuj të automjeteve që përdorin bateri hibride dhe elektrike

Toyota Prius është një hibrid klasik me një rezervë të ulët të energjisë në energjinë elektrike të pastër. ngas

Toyota Prius përdor një bateri NiMH 1,3 kWh, e cila përdoret kryesisht si një burim energjie për përshpejtimin dhe lejon që një makinë elektrike e veçantë të përdoret për një distancë prej rreth 2 km në maksimum. shpejtësia prej 50 km / orë. Versioni Plug-In tashmë përdor bateri litium-jon me një kapacitet prej 5,4 kWh, gjë që ju lejon të vozitni ekskluzivisht me një makinë elektrike për një distancë prej 14-20 km me një shpejtësi maksimale. shpejtësia 100 km / orë.

Opel Ampere-hibrid me rezervë të shtuar të energjisë në e-mail të pastër. ngas

Automjeti elektrik me një gamë të zgjeruar (40-80 km), siç e quan Opel Amper me katër vende me pesë dyer, mundësohet nga një motor elektrik me 111 kW (150 kf) dhe 370 Nm çift rrotullues. Furnizimi me energji mundësohet nga 220 qeliza litiumi në formë T. Ata kanë një fuqi totale prej 16 kWh dhe peshojnë 180 kg. Gjeneratori është një motor benzinë ​​1,4 litra me fuqi 63 kW.

Mitsubishi dhe MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. makina

Bateritë litium-jon me një kapacitet 16 kWh i lejojnë automjetit të udhëtojë deri në 150 km pa rimbushje, të matur në përputhje me standardin NEDC (Cikli i Ri Evropian i Drejtimit). Bateritë e tensionit të lartë (330 V) janë të vendosura brenda dyshemesë dhe gjithashtu mbrohen nga korniza e djepit nga dëmtimet në rast goditjeje. Shtë një produkt i Lithium Energy Japan, një ndërmarrje e përbashkët midis Mitsubishi dhe GS Yuasa Corporation. Ka 88 artikuj në total. Energjia elektrike për makinë sigurohet nga një bateri litium-jon 330 V, e përbërë nga 88 qeliza 50 Ah me një kapacitet total prej 16 kWh. Bateria do të ngarkohet nga një prizë shtëpie brenda gjashtë orësh, duke përdorur një karikues të jashtëm të shpejtë (125 A, 400 V), bateria do të ngarkohet në 80% në gjysmë ore.

Unë vetë jam një adhurues i madh i automjeteve elektrike dhe monitoroj vazhdimisht se çfarë po ndodh në këtë zonë, por realiteti për momentin nuk është aq optimist. Kjo konfirmohet edhe nga informacioni i mësipërm, i cili tregon se jeta e automjeteve të pastra elektrike dhe hibride nuk është e lehtë dhe shpesh vetëm një lojë me numra pretendon të jetë. Prodhimi i tyre është ende shumë kërkues dhe i shtrenjtë, dhe efektiviteti i tyre është vazhdimisht i diskutueshëm. Disavantazhi kryesor i automjeteve elektrike (hibride) është kapaciteti specifik shumë i ulët i energjisë së ruajtur në bateri në krahasim me energjinë e ruajtur në karburantet konvencionale (naftë, benzinë, gaz të lëngshëm të naftës, gaz natyror të kompresuar). Për të sjellë me të vërtetë fuqinë e automjeteve elektrike më afër makinave konvencionale, bateritë do të duhet të zvogëlojnë peshën e tyre me të paktën një të dhjetën. Kjo do të thotë se Audi R8 e-tron i përmendur duhej të ruante 42 kWh jo në 470 kg, por në 47 kg. Për më tepër, koha e karikimit duhet të reduktohet ndjeshëm. Rreth një orë me kapacitet 70-80% është ende shumë, dhe nuk po flas për 6-8 orë mesatarisht me një karikim të plotë. Nuk ka nevojë të besohet as marrëzitë për prodhimin zero të automjeteve elektrike me CO2. Le të vërejmë menjëherë faktin se Energjia në prizat tona gjenerohet gjithashtu nga termocentralet, dhe ato jo vetëm që prodhojnë mjaftueshëm CO2. Për të mos folur për prodhimin më kompleks të një makine të tillë, ku nevoja për CO2 për prodhim është shumë më e madhe se në një klasike. Nuk duhet të harrojmë numrin e përbërësve që përmbajnë materiale të rënda dhe toksike dhe asgjësimin e tyre problematik të mëvonshëm.

Me të gjitha minuset e përmendura dhe të pa përmendura, një makinë elektrike (hibride) ka gjithashtu avantazhe të pamohueshme. Në trafikun urban ose në distanca më të shkurtra, funksionimi i tyre më ekonomik është i pamohueshëm, vetëm për shkak të parimit të ruajtjes (rikuperimit) të energjisë gjatë frenimit, kur në automjetet konvencionale largohet gjatë frenimit në formën e nxehtësisë së mbetur në ajër, për të mos përmendni mundësinë disa km me makinë nëpër qytet për rimbushje të lirë nga posta elektronike publike. neto. Nëse krahasojmë një makinë elektrike të pastër dhe një makinë klasike, atëherë në një makinë konvencionale ekziston një motor me djegie të brendshme, i cili në vetvete është një element mekanik mjaft kompleks. Fuqia e tij duhet të transferohet në rrota në një farë mënyre, dhe kjo bëhet kryesisht përmes një transmetimi manual ose automatik. Ka ende një ose më shumë diferenciale në rrugë, ndonjëherë edhe një bosht lëvizës dhe një seri boshtesh boshtesh. Natyrisht, makina gjithashtu duhet të ngadalësojë, motori duhet të ftohet dhe kjo energji termike humbet kot në mjedis si nxehtësi e mbetur. Një makinë elektrike është shumë më efikase dhe më e thjeshtë - (nuk vlen për një makinë hibride, e cila është shumë e ndërlikuar). Makina elektrike nuk përmban kuti ingranazhesh, kuti ingranazhesh, kardanë dhe gjysmë boshte, harrojeni motorin përpara, pas ose në mes. Ai nuk përmban një radiator, d.m.th. ftohës dhe motor. Avantazhi i një makine elektrike është se mund të instalojë motorë direkt në rrota. Dhe befas keni ATV-në e përsosur që mund të kontrollojë çdo rrotë në mënyrë të pavarur nga të tjerat. Prandaj, me një automjet elektrik, nuk do të jetë e vështirë të kontrolloni vetëm një rrotë, dhe gjithashtu është e mundur të zgjidhni dhe kontrolloni shpërndarjen optimale të fuqisë për kthesën. Secili nga motorët mund të jetë gjithashtu një frenues, përsëri plotësisht i pavarur nga rrotat e tjera, që kthen të paktën një pjesë të energjisë kinetike përsëri në energji elektrike. Si rezultat, frenat konvencionale do t'i nënshtrohen shumë më pak stresit. Motorët mund të prodhojnë fuqinë maksimale të disponueshme pothuajse në çdo kohë dhe pa vonesë. Efikasiteti i tyre në shndërrimin e energjisë së ruajtur në bateri në energji kinetike është rreth 90%, që është rreth tre herë më i lartë se motorët konvencionalë. Rrjedhimisht, ato nuk gjenerojnë aq shumë nxehtësi të mbetur dhe nuk kanë nevojë të jenë të vështira për t'u ftohur. Gjithçka që ju nevojitet për këtë është një pajisje e mirë, një njësi kontrolli dhe një programues i mirë.

Suma sumárum. Nëse makinat elektrike ose Hibridet janë edhe më afër makinave klasike me motorë me efikasitet karburanti, ato ende kanë një rrugë shumë të vështirë dhe të vështirë përpara. Unë vetëm shpresoj se kjo nuk konfirmohet nga një numër numrash mashtrues ose. presion të ekzagjeruar nga zyrtarët. Por le të mos dëshpërohemi. Zhvillimi i nanoteknologjisë po lëviz me të vërtetë me hapa të mëdhenj, dhe, mbase, mrekullitë janë vërtet në pritje për ne në të ardhmen e afërt.

Së fundi, do të shtoj edhe një gjë interesante. Tashmë ekziston një stacion i karburantit diellor.

Toyota Industries Corp (TIC) ka zhvilluar një stacion të karikimit diellor për automjetet elektrike dhe hibride. Stacioni është gjithashtu i lidhur me rrjetin e energjisë, kështu që panelet diellore 1,9 kW janë më shumë gjasa një burim shtesë i energjisë. Duke përdorur një burim energjie të pavarur (diellor), stacioni i ngarkimit mund të sigurojë një fuqi maksimale prej 110 VAC / 1,5 kW, kur lidhet me rrjetin, ofron një maksimum prej 220 VAC / 3,2 kW.

Energjia elektrike e pashfrytëzuar nga panelet diellore ruhet në bateri, të cilat mund të ruajnë 8,4 kWh për përdorim të mëvonshëm. Alsoshtë gjithashtu e mundur furnizimi me energji elektrike i rrjetit të shpërndarjes ose furnizimi i aksesorëve të stacionit. Stacionet e karikimit të përdorura në stacion kanë teknologji të integruar komunikimi të aftë për të identifikuar automjetet në përputhje me rrethanat. pronarët e tyre duke përdorur karta inteligjente.

Kushtet e rëndësishme për bateritë

• Pushtet - tregon sasinë e ngarkesës elektrike (sasinë e energjisë) të ruajtur në bateri. Përcaktohet në orë amper (Ah) ose, në rastin e pajisjeve të vogla, në miliamp orë (mAh). Një bateri 1 Ah (= 1000 mAh) është teorikisht e aftë të japë 1 amp për një orë.
• Rezistenca e brendshme - tregon aftësinë e baterisë për të siguruar pak a shumë rrymë shkarkimi. Për ilustrim, mund të përdoren dy bombola, njëra me prizë më të vogël (rezistencë e lartë e brendshme) dhe tjetra me një më të madhe (rezistencë e ulët e brendshme). Nëse vendosim t'i zbrasim, një kuti me një vrimë më të vogël kullimi do të zbrazet më ngadalë.
• Tensioni i vlerësuar i baterisë - për bateritë nikel-kadmium dhe hidridi nikel-metal, është 1,2 V, plumbi 2 V dhe litium nga 3,6 në 4,2 V. Gjatë funksionimit, ky tension varion brenda 0,8 - 1,5 V për bateritë nikel-kadmium dhe nikel-metal hidride, 1,7 - 2,3 V për plumbin dhe 3-4,2 dhe 3,5-4,9 për litium.
• Rryma e ngarkimit, rryma e shkarkimit - shprehur në amper (A) ose miliamp (mA). Ky është informacion i rëndësishëm për përdorimin praktik të baterisë në fjalë për një pajisje të caktuar. Ai gjithashtu përcakton kushtet për karikimin dhe shkarkimin e saktë të baterisë në mënyrë që kapaciteti i saj të përdoret në maksimum dhe në të njëjtën kohë të mos shkatërrohet.
• Duke u ngarkuar kurba e shkarkimit - shfaq grafikisht ndryshimin e tensionit në varësi të kohës kur ngarkohet ose shkarkohet bateria. Kur një bateri shkarkohet, zakonisht ka një ndryshim të vogël në tension për afërsisht 90% të kohës së shkarkimit. Prandaj, është shumë e vështirë të përcaktohet gjendja aktuale e baterisë nga tensioni i matur.
• Vetë-shkarkim, vetë-shkarkim – Bateria nuk mund të mbajë energji elektrike gjatë gjithë kohës. energji, pasi reaksioni në elektroda është një proces i kthyeshëm. Një bateri e ngarkuar shkarkohet gradualisht vetë. Ky proces mund të zgjasë nga disa javë në muaj. Në rastin e baterive me acid plumbi, kjo është 5-20% në muaj, për bateritë nikel-kadmium - rreth 1% e ngarkesës elektrike në ditë, në rastin e baterive hidride nikel-metal - rreth 15-20% për muaj, dhe litiumi humbet rreth 60%. kapacitet për tre muaj. Vetë-shkarkimi varet nga temperatura e ambientit si dhe nga rezistenca e brendshme (bateritë me rezistencë më të lartë të brendshme shkarkohen më pak) dhe sigurisht dizajni, materialet e përdorura dhe mjeshtëria janë gjithashtu të rëndësishme.
•  Bateria (komplet) – Vetëm në raste të jashtëzakonshme bateritë përdoren individualisht. Zakonisht ato janë të lidhura në një grup, pothuajse gjithmonë të lidhur në seri. Rryma maksimale e një grupi të tillë është e barabartë me rrymën maksimale të një qelize individuale, voltazhi i vlerësuar është shuma e tensioneve nominale të qelizave individuale.
•  Akumulimi i baterive.  Një bateri e re ose e papërdorur duhet t'i nënshtrohet një, por mundësisht disa (3-5) cikle të ngadalshme të ngarkimit të plotë dhe të ngadalshëm të shkarkimit. Ky proces i ngadalshëm vendos parametrat e baterisë në nivelin e dëshiruar.
•  Efekti i kujtesës – Kjo ndodh kur bateria ngarkohet dhe shkarkohet në të njëjtin nivel me rrymë afërsisht konstante, jo shumë, dhe nuk duhet të ketë një karikim të plotë ose shkarkim të thellë të qelizës. Ky efekt anësor preku NiCd (minimisht edhe NiMH).