Baterije za hibridna in električna vozila

V prejšnjem članku smo obravnavali baterijo kot vir električne energije, ki je potrebna predvsem za zagon avtomobila, pa tudi za relativno kratkotrajno delovanje električne opreme. Vendar pa se glede lastnosti baterij, ki se uporabljajo na področju pogona velikih mobilnih naprav, v našem primeru hibridnih vozil in električnih vozil, postavljajo povsem drugačne zahteve. Za pogon vozila je potrebna veliko večja količina shranjene energije in jo je treba nekje shraniti. V klasičnem avtomobilu z motorjem z notranjim izgorevanjem je shranjen v rezervoarju v obliki bencina, dizla ali LPG. V primeru električnega vozila ali hibridnega vozila je shranjeno v baterijah, kar lahko opišemo kot glavni problem električnega vozila.

Trenutni akumulatorji lahko shranijo malo energije, medtem ko so precej obsežni, težki, hkrati pa za njihovo največjo polnjenje traja nekaj ur (običajno 8 ali več). Nasprotno pa lahko običajna vozila z motorji z notranjim izgorevanjem v majhnem ohišju shranijo veliko količino energije v primerjavi z baterijami, pod pogojem, da za polnjenje potrebujete le minuto, morda dve. Na žalost problem shranjevanja električne energije pesti električna vozila že od njihovega začetka in kljub nespornemu napredku je njihova energijska gostota, potrebna za pogon vozila, še vedno zelo nizka. V naslednjih vrsticah varčevanje z e -pošto Podrobneje bomo razpravljali o energiji in poskušali približati resnično resničnost avtomobilov s čistim električnim ali hibridnim pogonom. O teh "elektronskih avtomobilih" je veliko mitov, zato ne škodi podrobnejšega pogleda na prednosti ali slabosti takšnih pogonov.

Na žalost so tudi številke, ki jih navajajo proizvajalci, zelo dvomljive in so precej teoretične. Na primer, Kia Venga vsebuje elektromotor z močjo 80 kW in navorom 280 Nm. Za napajanje skrbijo litij-ionske baterije s kapaciteto 24 kWh, ocenjeni doseg Kia Vengy EV po podatkih proizvajalca je 180 km. Kapaciteta akumulatorjev nam pove, da lahko popolnoma napolnjeni zagotovijo porabo motorja 24 kW ali nahranijo porabo 48 kW v pol ure itd. Preprost preračun pa ne bomo mogli prevoziti 180 km. . Če bi želeli razmišljati o takšnem dosegu, potem bi morali voziti povprečno 60 km/h približno 3 ure, moč motorja pa bi znašala le desetino nazivne vrednosti, torej 8 kW. Povedano drugače, ob res previdni (previdni) vožnji, kjer boste pri delu skoraj zagotovo uporabljali zavoro, je takšna vožnja teoretično možna. Seveda ne upoštevamo vključitve raznih električnih dodatkov. Vsakdo si že lahko predstavlja, kakšna samoodpoved v primerjavi s klasičnim avtomobilom. Ob tem v klasično vengo natočiš 40 litrov dizelskega goriva in brez omejitev prevoziš stotine in stotine kilometrov. Zakaj je tako Poskusimo primerjati, koliko te energije in kolikšno težo zdrži klasični avtomobil v rezervoarju ter koliko električni avtomobil v baterijah – več o tem TUKAJ.

Nekaj ​​dejstev iz kemije in fizike

• kurilna vrednost bencina: 42,7 MJ / kg,
• kurilna vrednost dizelskega goriva: 41,9 MJ / kg,
• gostota bencina: 725 kg / m3,
• gostota olja: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• W (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energija je sposobnost za opravljanje dela, merjena v joulih (J), kilovatnih urah (kWh). Delo (mehansko) se kaže s spremembo energije med gibanjem telesa, ima enake enote kot energija. Moč izraža količino opravljenega dela na enoto časa, osnovna enota je vat (W).

Specifična moč virov energije

Energetski vir	Kalorična vrednost / kg gostote	Kalorična vrednost / l Energija / l	Energija / kg
Bencin	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Olje	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ionska baterija (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da na primer pri kurilni vrednosti 42,7 MJ / kg in gostoti 725 kg / m3 bencin ponuja energijo 8,60 kWh na liter ali 11,86 kWh na kilogram. Če zgradimo trenutne baterije, ki so zdaj vgrajene v električna vozila, na primer litij-ionske, je njihova zmogljivost manjša od 0,1 kWh na kilogram (zaradi preprostosti bomo upoštevali 0,1 kWh). Konvencionalna goriva zagotavljajo več kot stokrat več energije za isto težo. Razumeli boste, da je to velika razlika. Če ga razdelimo na majhne, ​​na primer Chevrolet Cruze z baterijo 31 kWh prenaša energijo, ki lahko vnese manj kot 2,6 kg bencina ali, če želite, približno 3,5 litra bencina.

Lahko poveš, kako je mogoče, da se električni avto sploh zažene, in ne, da bo imel še vedno več kot 100 km energije. Razlog je preprost. Elektromotor je veliko bolj učinkovit v smislu pretvorbe shranjene energije v mehansko energijo. Običajno bi moral imeti izkoristek 90%, medtem ko je izkoristek motorja z notranjim zgorevanjem približno 30% za bencinski motor in 35% za dizelski motor. Zato je za zagotovitev enake moči elektromotorju dovolj z veliko manjšo zalogo energije.

Enostavnost uporabe posameznih pogonov

Po ovrednotenju poenostavljenega izračuna se domneva, da lahko iz litra bencina pridobimo približno 2,58 kWh mehanske energije, iz litra dizelskega goriva 3,42 kWh in iz kilograma litij-ionske baterije 0,09 kWh. Razlika torej ni več kot stokratna, ampak le približno tridesetkratna. To je najboljša številka, a še vedno ni ravno rožnata. Na primer, razmislite o športnem Audiju R8. Njegove popolnoma napolnjene baterije, ki tehtajo 470 kg, imajo energijski ekvivalent 16,3 litra bencina ali samo 12,3 litra dizelskega goriva. Ali pa, če bi imeli Audi A4 3,0 TDI s prostornino rezervoarja 62 litrov dizelskega goriva in bi želeli imeti enak doseg na čisti baterijski pogon, bi potrebovali približno 2350 kg baterij. Zaenkrat to dejstvo električnemu avtomobilu ne daje ravno svetle prihodnosti. Vendar ni treba vreči puške v rž, saj bo pritisk na razvoj takšnih "e-avtomobilov" zmanjšal neusmiljeni zeleni lobi, zato morajo avtomobilski proizvajalci, če je to všeč ali ne, proizvesti nekaj "zelenega" . “. Dokončna zamenjava za povsem električni pogon so tako imenovani hibridi, ki združujejo motor z notranjim zgorevanjem in elektromotor. Trenutno najbolj znani sta na primer Toyota Prius (Auris HSD z enako hibridno tehnologijo) ali Honda Inside. Vendar je njihov povsem električni doseg še vedno smešen. V prvem primeru približno 2 km (v najnovejši različici Plug In je povečan "na" 20 km), v drugem pa Honda ne trka niti na čisto električni pogon. Zaenkrat dosežena učinkovitost v praksi ni tako čudežna, kot namiguje množično oglaševanje. Realnost je pokazala, da jih lahko obarvajo s poljubnim modrim gibanjem (gospodarstvo) večinoma s konvencionalno tehnologijo. Prednost hibridne elektrarne je predvsem v varčni porabi goriva pri mestni vožnji. Pri Audiju so nedavno dejali, da je trenutno treba le zmanjšati telesno težo, da bi v povprečju dosegli enako porabo goriva, kot jo nekatere znamke dosegajo z vgradnjo hibridnega sistema v avtomobile. Da to ni krik v temo, dokazujejo tudi novi modeli nekaterih avtomobilov. Na primer, nedavno predstavljena sedma generacija Volkswagna Golf uporablja lažje komponente, iz katerih se lahko uči, in v praksi dejansko porabi manj goriva kot prej. Japonski avtomobilski proizvajalec Mazda je ubral podobno smer. Kljub tem trditvam se razvoj hibridnega pogona »dolgega dosega« nadaljuje. Kot primer bom omenil Opel Ampero in, paradoksalno, model iz Audija A1 e-tron.

Enostavnost uporabe posameznih pogonov

Energetski vir	Učinkovitost motorja	Učinkovita energija / l	Učinkovita energija / kg
Bencin	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Olje	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Litij-ionske baterije	0,90	-	V REDU. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Čeprav je Opel Ampera pogosto predstavljen kot električno vozilo, je v resnici hibridno vozilo. Poleg elektromotorja Ampere uporablja tudi 1,4-litrski motor z notranjim zgorevanjem 63 kW. Ta bencinski motor pa ne poganja neposredno koles, temveč deluje kot generator, če akumulatorjem zmanjka električne energije. energija. Električni del predstavlja elektromotor z močjo 111 kW (150 KM) in navorom 370 Nm. Napajanje napajajo litijeve celice v obliki črke T. Skupna moč je 220 kWh in tehtajo 16 kg. Ta električni avtomobil lahko prevozi 180-40 km s povsem električnim pogonom. Ta razdalja pogosto zadostuje za celodnevno mestno vožnjo in znatno znižuje obratovalne stroške, saj mestni promet v primeru motorjev z notranjim zgorevanjem zahteva znatno porabo goriva. Baterije lahko polnite tudi iz standardne vtičnice, v kombinaciji z motorjem z notranjim zgorevanjem pa doseg Ampere sega na zelo uglednih petsto kilometrov.

Audi e elektron A1

Audi, ki daje prednost klasičnemu pogonu z naprednejšo tehnologijo kot tehnično zelo zahtevnemu hibridnemu pogonu, je pred dobrima dvema letoma predstavil zanimiv hibridni avtomobil A1 e-tron. Litij-ionske baterije s kapaciteto 12 kWh in težo 150 kg polni Wanklov motor v sklopu generatorja, ki uporablja energijo v obliki bencina, shranjenega v 254-litrskem rezervoarju. Motor ima prostornino 15 kubičnih metrov. cm in ustvari 45 kW/h el. energija. Elektromotor ima moč 75 kW in v kratkem času proizvede do 0 kW moči. Pospešek od 100 do 10 je približno 130 sekund, najvišja hitrost pa približno 50 km / h, na povsem električni pogon pa lahko po mestu prevozi približno 12 km. Po izčrpanju e. energijo diskretno aktivira rotacijski motor z notranjim zgorevanjem in polni elektriko. energija za baterije. Skupni doseg s polnimi baterijami in 250 litri bencina je približno 1,9 km s povprečno porabo 100 litrov na 1450 km. Delovna teža vozila je 12 kg. Oglejmo si preprosto pretvorbo, da v neposredni primerjavi vidimo, koliko energije se skriva v 30-litrskem rezervoarju. Če predpostavimo, da je izkoristek sodobnega Wanklovega motorja 70 %, potem je 9 kg tega skupaj z 12 kg (31 L) bencina enakovredno 79 kWh energije, shranjene v baterijah. Torej 387,5 kg motorja in rezervoarja = 1 kg baterij (preračunano v uteži Audi A9 e-Tron). Če bi želeli povečati posodo za gorivo za 62 litrov, bi že imeli na voljo XNUMX kWh energije za pogon avtomobila. Tako bi lahko nadaljevali. Mora pa imeti eno cako. Ne bo več "zelen" avto. Torej se tudi tukaj jasno vidi, da je električni pogon bistveno omejen z gostoto moči energije, shranjene v baterijah.

Predvsem višja cena, pa tudi velika teža sta botrovali temu, da je hibridni pogon pri Audiju postopoma šel v ozadje. Vendar to ne pomeni, da je razvoj hibridnih avtomobilov in električnih vozil pri Audiju povsem zamrl. Nedavno so se pojavile informacije o novi različici modela A1 e-tron. V primerjavi s prejšnjim je rotacijski motor/generator zamenjal 1,5-litrski trivaljni motor s turbinskim polnilnikom s 94 kW. Uporabo klasičnega agregata z notranjim zgorevanjem so pri Audiju izsilili predvsem zaradi težav, povezanih s tem menjalnikom, novi trivaljni motor pa je zasnovan tako, da poleg polnjenja baterij sodeluje tudi neposredno s pogonskimi kolesi. Baterije Sanyo imajo enako moč 12kWh, domet izključno električnega pogona pa je nekoliko povečan na približno 80km. Audi pravi, da naj bi nadgrajeni A1 e-tron v povprečju porabil en liter na sto kilometrov. Na žalost ima ta strošek eno težavo. Za hibridna vozila z razširjenim čisto električnim dosegom. pogon uporablja zanimivo tehniko za izračun končnega pretoka. Tako imenovana poraba je zanemarjena. točenje goriva iz polnilno omrežje akumulatorja, kot tudi končna poraba l/100 km, upošteva le porabo bencina za zadnjih 20 km vožnje, ko je elektrika. polnjenje baterije. Z zelo preprostim izračunom lahko to izračunamo, če so bile baterije primerno izpraznjene. vozili smo po izpadu elektrike. energije iz čisto bencinskih baterij, posledično se bo poraba povečala za petkrat, to je 5 litrov bencina na 100 km.

Audi A1 e-tron II. generacijo

Težave pri shranjevanju električne energije

Vprašanje shranjevanja energije je staro toliko kot elektrotehnika sama. Prvi viri električne energije so bili galvanski členi. Po kratkem času je bila odkrita možnost reverzibilnega procesa kopičenja električne energije v galvanskih sekundarnih členih – baterijah. Prve uporabljene baterije so bile svinčeve, čez nekaj časa nikelj-železove in malo kasneje nikelj-kadmijeve, njihova praktična uporaba pa je trajala več kot sto let. Ob tem je treba dodati, da se kljub intenzivnim svetovnim raziskavam na tem področju njihova osnovna zasnova ni bistveno spremenila. Z uporabo novih proizvodnih tehnologij, izboljšanjem lastnosti osnovnih materialov in uporabo novih materialov za separatorje celic in posod je bilo mogoče nekoliko zmanjšati specifično težo, zmanjšati samopraznjenje celic ter povečati udobje in varnost operaterja, ampak to je tudi vse. Najpomembnejša pomanjkljivost, tj. Ostalo je zelo neugodno razmerje med količino shranjene energije in težo ter prostornino baterij. Zato so se te baterije uporabljale predvsem v statičnih aplikacijah (rezervno napajanje v primeru izpada glavnega napajanja itd.). Baterije so uporabljali kot vir energije za vlečne sisteme, predvsem na železnicah (transportni vozički), kjer velika teža in znatne dimenzije tudi niso preveč motile.

Napredek pri shranjevanju energije

Vendar se je povečala potreba po razvoju celic z majhnimi zmogljivostmi in dimenzijami v amperskih urah. Tako so nastale alkalne primarne celice in zapečatene različice nikelj-kadmijevih (NiCd) in nato nikelj-kovinsko hidridnih baterij (NiMH). Za inkapsulacijo celic smo izbrali enake oblike in velikosti tulcev kot za doslej običajne celice primarnega cinkovega klorida. Doseženi parametri nikelj-kovinsko-hidridnih baterij omogočajo njihovo uporabo, zlasti v mobilnih telefonih, prenosnih računalnikih, ročnih pogonih orodij itd. Tehnologija izdelave teh celic se razlikuje od tehnologij, ki se uporabljajo za celice z velika zmogljivost v amper urah. Lamelarno razporeditev sistema velikih celičnih elektrod nadomesti tehnologija pretvorbe elektrodnega sistema, vključno z ločevalniki, v valjasto tuljavo, ki se vstavi in ​​pride v stik z celicami pravilne oblike v velikostih AAA, AA, C in D, oz. večkratnikov njihove velikosti. Za nekatere posebne aplikacije se proizvajajo posebne ravne celice.

Prednost hermetičnih celic s spiralnimi elektrodami je nekajkrat večja sposobnost polnjenja in praznjenja z velikimi tokovi ter razmerje relativne gostote energije glede na težo in prostornino celice v primerjavi s klasično zasnovo velikih celic. Pomanjkljivost je več samopraznjenja in manj delovnih ciklov. Največja zmogljivost ene celice NiMH je približno 10 Ah. Vendar, tako kot pri drugih valjih večjega premera, zaradi problematičnega odvajanja toplote ne omogočajo polnjenja previsokih tokov, kar močno zmanjša uporabo v električnih vozilih, zato se ta vir uporablja le kot pomožna baterija v hibridnem sistemu (Toyota Prius). 1,3 kWh).

Pomemben napredek na področju shranjevanja energije je bil razvoj varnih litijevih baterij. Litij je element z visoko vrednostjo elektrokemijskega potenciala, vendar je tudi izjemno reaktiven v oksidativnem smislu, kar povzroča tudi težave pri uporabi kovinskega litija v praksi. Ko litij pride v stik z atmosferskim kisikom, pride do zgorevanja, ki ima lahko glede na lastnosti okolja značaj eksplozije. To neprijetno lastnost je mogoče odpraviti bodisi s skrbno zaščito površine bodisi z uporabo manj aktivnih litijevih spojin. Trenutno so najpogostejše litij-ionske in litij-polimerne baterije s kapaciteto od 2 do 4 Ah v amper-urah. Njihova poraba je podobna kot pri NiMh, pri povprečni izpustni napetosti 3,2 V pa je na voljo od 6 do 13 Wh energije. V primerjavi z nikelj-metal-hidridnimi baterijami lahko litijeve baterije shranijo dva do štirikrat več energije za isto prostornino. Litij-ionske (polimerne) baterije imajo elektrolit v obliki gela ali trdne snovi in ​​jih je mogoče izdelati v ploščatih celicah, ki so tanke kot nekaj desetink milimetra, v skoraj kateri koli obliki, ki ustreza potrebam posamezne aplikacije.

Električni pogon v osebnem avtomobilu je lahko izveden kot glavni in edini (električni avtomobil) ali kombiniran, kjer je električni pogon lahko tako prevladujoči kot pomožni vir vleke (hibridni pogon). Odvisno od uporabljene različice se razlikujejo energijske zahteve za delovanje vozila in s tem tudi zmogljivost akumulatorjev. Pri električnih vozilih je kapaciteta baterije med 25 in 50 kWh, pri hibridnem pogonu pa je seveda nižja in znaša od 1 do 10 kWh. Iz navedenih vrednosti je razvidno, da je pri napetosti ene (litijeve) celice 3,6 V potrebno celice povezati zaporedno. Da bi zmanjšali izgube v razdelilnih vodnikih, pretvornikih in navitjih motorja, je pri pogonih priporočljivo izbrati višjo napetost od običajne v omrežju na vozilu (12 V) - običajno uporabljene vrednosti so od 250 do 500 V. danes so litijeve celice očitno najprimernejša vrsta. Res je, da so še vedno zelo dragi, zlasti v primerjavi s svinčenimi akumulatorji. Vendar so veliko težje.

Nazivna napetost običajnih litijevih baterijskih celic je 3,6 V. Ta vrednost se razlikuje od običajnih nikelj-metal-hidridnih celic. NiCd, ki imajo nazivno napetost 1,2 V (ali svinec - 2 V), ki ob uporabi v praksi ne omogoča zamenljivosti obeh vrst. Za polnjenje teh litijevih baterij je značilna potreba po zelo natančnem vzdrževanju vrednosti maksimalne polnilne napetosti, kar zahteva posebno vrsto polnilnika in zlasti ne dovoljuje uporabe polnilnih sistemov, zasnovanih za druge vrste celic.

Glavne značilnosti litijevih baterij

Glavne značilnosti baterij za električna vozila in hibride lahko štejemo za njihove lastnosti polnjenja in praznjenja.

Značilnost polnjenja 

Postopek polnjenja zahteva regulacijo polnilnega toka, nadzora napetosti celice in nadzora trenutne temperature ni mogoče spregledati. Za današnje litijeve celice, ki uporabljajo LiCoO2 kot katodno elektrodo, je največja meja polnilne napetosti 4,20 do 4,22 V na celico. Preseganje te vrednosti vodi do poškodb lastnosti celice in obratno, če te vrednosti ne dosežemo, pomeni neuporabo nazivne kapacitete celice. Za polnjenje se uporablja običajna IU karakteristika, to je, da se v prvi fazi napolni s konstantnim tokom, dokler ne doseže napetosti 4,20 V / celico. Polnilni tok je omejen na največjo dovoljeno vrednost, ki jo določi proizvajalec celic. možnosti polnilnika. Čas polnjenja na prvi stopnji je odvisen od velikosti polnilnega toka od nekaj deset minut do nekaj ur. Napetost celice se postopoma povečuje do maks. vrednosti 4,2 V. Kot smo že omenili, te napetosti ne smemo preseči zaradi nevarnosti poškodbe celice. V prvi fazi polnjenja je v celicah shranjenih 70 do 80% energije, v drugi fazi preostanek. V drugi fazi se polnilna napetost vzdržuje na največji dovoljeni vrednosti, polnilni tok pa se postopoma zmanjšuje. Polnjenje je končano, ko tok pade na približno 2–3% nazivnega praznilnega toka celice. Ker je tudi največja vrednost polnilnih tokov v primeru manjših celic nekajkrat višja od praznilnega toka, je mogoče v prvi fazi polnjenja prihraniti pomemben del električne energije. energije v relativno kratkem času (približno ½ in 1 uro). Tako je v nujnih primerih mogoče v relativno kratkem času napolniti baterije električnega vozila do zadostne zmogljivosti. Tudi v primeru litijevih celic se akumulirana električna energija po določenem obdobju skladiščenja zmanjša. Vendar se to zgodi šele po približno 3 mesecih izpadov.

Značilnosti praznjenja

Napetost najprej hitro pade na 3,6–3,0 V (odvisno od jakosti razelektritvenega toka) in ostane skoraj konstantna skozi celotno praznjenje. Po izčrpanosti ponudbe e-pošte. energija zelo hitro zniža tudi napetost celice. Zato je treba praznjenje zaključiti najkasneje do proizvajalčeve napetosti izpusta 2,7 do 3,0 V.

V nasprotnem primeru se lahko poškoduje struktura izdelka. Proces raztovarjanja je razmeroma enostaven za nadzor. Omejen je le z vrednostjo toka in se ustavi, ko je dosežena vrednost končne napetosti praznjenja. Edina težava je, da lastnosti posameznih celic v zaporedni ureditvi nikoli niso enake. Zato je treba paziti, da napetost katere koli celice ne pade pod končno napetost razelektritve, saj jo lahko poškoduje in s tem povzroči okvaro celotne baterije. Enako je treba upoštevati pri polnjenju baterije.

Omenjeni tip litijevih celic z drugačnim katodnim materialom, pri katerem se oksid kobalta, niklja ali mangana nadomesti s fosfidom Li3V2 (PO4) 3, odpravlja omenjena tveganja poškodb celice zaradi neskladnosti. večjo zmogljivost. Navedena je tudi njihova deklarirana življenjska doba približno 2 ciklov polnjenja (pri 000% praznjenju) in zlasti dejstvo, da se celica, ko se popolnoma izprazni, ne poškoduje. Prednost je tudi višja nazivna napetost okoli 80 pri polnjenju do 4,2 V.

Iz zgornjega opisa je jasno razvidno, da so trenutno litijeve baterije edina alternativa, kot je shranjevanje energije za vožnjo avtomobila v primerjavi z energijo, shranjeno v fosilnem gorivu v rezervoarju za gorivo. Vsako povečanje zmogljivosti baterije poveča konkurenčnost tega okolju prijaznega pogona. Upamo lahko le, da se razvoj ne bo upočasnil, ampak se bo, nasprotno, pomaknil za nekaj milj naprej.

Primeri vozil, ki uporabljajo hibridne in električne baterije

Toyota Prius je klasičen hibrid z nizko rezervo moči na čisti elektriki. voziti

Toyota Prius uporablja NiMH baterijo 1,3 kWh, ki se primarno uporablja kot vir energije za pospeševanje in omogoča uporabo ločenega električnega pogona na razdalji približno 2 km pri maks. hitrost 50 km / h. Različica Plug-In že uporablja litij-ionske baterije s kapaciteto 5,4 kWh, kar vam omogoča vožnjo izključno na električni pogon za razdaljo 14-20 km pri največji hitrosti. hitrost 100 km / h.

Opel Ampere-hibrid s povečano rezervo moči na čisti e-pošti. voziti

Električno vozilo s podaljšanim dosegom (40-80 km), kot Opel imenuje štirisedežni petvratni Amper, poganja električni motor z močjo 111 kW (150 KM) in 370 Nm navora. Napajanje napajajo litijeve celice v obliki črke T. Skupna moč je 220 kWh in tehtajo 16 kg. Generator je 180 -litrski bencinski motor z močjo 1,4 kW.

Mitsubishi in MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. avtomobili

Litij-ionske baterije s kapaciteto 16 kWh omogočajo, da vozilo brez ponovnega polnjenja prevozi do 150 km, merjeno v skladu s standardom NEDC (New European Driving Cycle). Visokonapetostne baterije (330 V) se nahajajo znotraj tal in so tudi zaščitene z okvirjem zibelke pred poškodbami v primeru trka. Je produkt Lithium Energy Japan, skupnega podjetja Mitsubishija in GS Yuasa Corporation. Skupaj je 88 člankov. Električno energijo za pogon zagotavlja 330 V litij-ionska baterija, sestavljena iz 88 50 Ah celic s skupno zmogljivostjo 16 kWh. Baterija se bo napolnila iz domače vtičnice v šestih urah z uporabo zunanjega hitrega polnilnika (125 A, 400 V), baterija se bo napolnila do 80% v pol ure.

Sam sem velik ljubitelj električnih vozil in nenehno spremljam dogajanje na tem področju, vendar realnost trenutno ni tako optimistična. To potrjuje tudi zgornji podatek, ki kaže, da življenje tako čisto električnih kot hibridnih vozil ni lahko in se pogosto pretvarja, da je le igra številk. Njihova izdelava je še vedno zelo zahtevna in draga, njihova učinkovitost pa vedno znova sporna. Glavna pomanjkljivost električnih vozil (hibridov) je zelo nizka specifična kapaciteta energije, shranjene v baterijah, v primerjavi z energijo, shranjeno v klasičnih gorivih (dizel, bencin, utekočinjen naftni plin, stisnjen zemeljski plin). Da bi moč električnih vozil resnično približali običajnim avtomobilom, bi morale baterije zmanjšati svojo težo vsaj za desetino. To pomeni, da je moral omenjeni Audi R8 e-tron 42 kWh shraniti ne v 470 kg, ampak v 47 kg. Poleg tega bi bilo treba znatno skrajšati čas polnjenja. Približno ena ura pri 70-80% zmogljivosti je še vedno veliko, da ne govorim o 6-8 urah v povprečju pri polni napolnjenosti. Prav tako ni treba verjeti bedarijam o ničelni proizvodnji CO2 električnih vozil. Naj takoj opozorimo na dejstvo, da Energijo v naših vtičnicah proizvajajo tudi termoelektrarne, ki ne proizvajajo le dovolj CO2. Da o zahtevnejši izdelavi takšnega avtomobila niti ne govorimo, kjer je potreba po CO2 za proizvodnjo veliko večja kot pri klasičnem. Ne smemo pozabiti na številne komponente, ki vsebujejo težke in strupene materiale ter njihovo kasnejše problematično odlaganje.

Ob vseh omenjenih in neomenjenih minusih ima električni avtomobil (hibrid) tudi nesporne prednosti. V mestnem prometu ali na krajših razdaljah je njihovo varčnejše delovanje nesporno, le zaradi principa shranjevanja (rekuperacije) energije pri zaviranju, ko se pri klasičnih vozilih ta med zaviranjem v obliki odpadne toplote odvaja v zrak, ne pa v omeni možnost nekaj km vožnje po mestu za poceni polnjenje iz javne elektronske pošte. mreža. Če primerjamo čisti električni avtomobil in klasični avtomobil, potem je v klasičnem avtomobilu motor z notranjim zgorevanjem, ki je sam po sebi precej zapleten mehanski element. Njegovo moč je treba na nek način prenesti na kolesa, to pa večinoma poteka prek ročnega ali samodejnega menjalnika. Na poti je še en ali več diferencialov, včasih tudi pogonska gred in niz osi. Seveda mora tudi avto upočasniti, motor se mora ohladiti, ta toplotna energija pa se neuporabno izgublja v okolje kot preostala toplota. Električni avto je veliko bolj učinkovit in preprost - (ne velja za hibridni pogon, ki je zelo zapleten). Električni avto ne vsebuje menjalnikov, reduktorjev, kardanov in polgredi, pozabite na motor spredaj, zadaj ali na sredini. Ne vsebuje hladilnika, torej hladilne tekočine in zaganjalnika. Prednost električnega avtomobila je, da lahko motorje vgradi neposredno v kolesa. In nenadoma imate popoln ATV, ki lahko krmili vsako kolo neodvisno od drugih. Pri električnem vozilu torej ne bo težko upravljati le z enim kolesom, možno pa je izbrati in nadzirati tudi optimalno razporeditev moči za zavijanje. Vsak od motorjev je lahko tudi zavora, spet popolnoma neodvisna od ostalih koles, ki vsaj del kinetične energije pretvarja nazaj v električno. Posledično bodo običajne zavore veliko manj obremenjene. Motorji lahko proizvedejo največjo razpoložljivo moč skoraj kadarkoli in brez zamude. Njihova učinkovitost pri pretvarjanju energije, shranjene v baterijah, v kinetično energijo je približno 90 %, kar je približno trikrat več kot pri običajnih motorjih. Posledično ne ustvarjajo toliko preostale toplote in jih ni treba težko ohlajati. Za to potrebujete le dobro strojno opremo, krmilno enoto in dober programator.

Suma sumárum. Če so električni avtomobili ali hibridi še bližje klasičnim avtomobilom z varčnimi motorji, jih čaka še zelo težka in težka pot. Upam le, da tega ne potrjujejo številne zavajajoče številke oz. pretiran pritisk uradnikov. Ampak ne obupajmo. Razvoj nanotehnologije se resnično premika skokovito in morda se nam v bližnji prihodnosti res obetajo čudeži.

Na koncu bom dodal še eno zanimivost. Že obstaja solarna postaja za polnjenje goriva.

Toyota Industries Corp (TIC) je razvila solarno polnilno postajo za električna in hibridna vozila. Postaja je priključena tudi na električno omrežje, zato so 1,9 kW sončne celice bolj verjetno dodaten vir energije. Z uporabo samostojnega (sončnega) vira energije lahko polnilna postaja zagotavlja največjo moč 110 VAC / 1,5 kW, pri priključitvi na električno omrežje pa največ 220 VAC / 3,2 kW.

Neuporabljena električna energija iz sončnih kolektorjev se shrani v baterije, ki lahko shranijo 8,4 kWh za kasnejšo uporabo. Možno je tudi oskrbovanje z električno energijo v distribucijsko omrežje ali pribor za oskrbovalne postaje. Polnilna stojala, ki se uporabljajo na postaji, imajo vgrajeno komunikacijsko tehnologijo, ki omogoča identifikacijo vozil. njihovi lastniki uporabljajo pametne kartice.

Pomembni pogoji za baterije

• moč - označuje količino električnega naboja (količino energije), shranjeno v bateriji. Podana je v amper urah (Ah) ali v primeru majhnih naprav v miliamper urah (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) baterija je teoretično sposobna oddajati 1 amper eno uro.
• Notranji upor - označuje sposobnost baterije, da zagotovi večji ali manjši tok praznjenja. Za ponazoritev lahko uporabimo dva kanistra, enega z manjšim iztokom (visok notranji upor) in drugega z večjim (nizek notranji upor). Če se odločimo za njihovo praznjenje, se bo kanister z manjšo odtočno luknjo praznil počasneje.
• Nazivna napetost akumulatorja - za nikelj-kadmijeve in nikelj-metal-hidridne baterije je 1,2 V, svinčeve 2 V in litijeve od 3,6 do 4,2 V. Med delovanjem se ta napetost spreminja med 0,8 - 1,5 V za nikelj-kadmijeve in nikelj-metal-hidridne baterije, 1,7 - 2,3 V za svinec in 3-4,2 in 3,5-4,9 za litij.
• Polnilni tok, tok praznjenja – izraženo v amperih (A) ali miliamperih (mA). To je pomembna informacija za praktično uporabo zadevne baterije za določeno napravo. Določa tudi pogoje za pravilno polnjenje in praznjenje akumulatorja, da je njegova kapaciteta maksimalno izkoriščena in se hkrati ne uniči.
• Polnjenje po krivulja izpusta - grafično prikazuje spremembo napetosti glede na čas pri polnjenju ali praznjenju akumulatorja. Ko je baterija izpraznjena, običajno pride do majhne spremembe napetosti približno 90 % časa praznjenja. Zato je iz izmerjene napetosti zelo težko določiti trenutno stanje baterije.
• Samopraznjenje, samopraznjenje – Baterija ne more ves čas vzdrževati električne energije. energije, saj je reakcija na elektrodah reverzibilen proces. Napolnjena baterija se postopoma sama izprazni. Ta postopek lahko traja od nekaj tednov do mesecev. Pri svinčenih baterijah je to 5-20% na mesec, pri nikelj-kadmijevih baterijah - približno 1% električnega naboja na dan, pri nikelj-metal-hidridnih baterijah - približno 15-20% na dan. mesec, litij pa izgubi približno 60 %. zmogljivost za tri mesece. Samopraznjenje je odvisno od temperature okolice, notranjega upora (baterije z večjim notranjim uporom se manj praznijo), seveda pa so pomembni tudi dizajn, uporabljeni materiali in izdelava.
•  Baterija (kompleti) – Baterije se uporabljajo samo v izjemnih primerih. Običajno so povezani v nizu, skoraj vedno zaporedno. Največji tok takšnega sklopa je enak največjemu toku posamezne celice, nazivna napetost je vsota nazivnih napetosti posameznih celic.
•  Kopičenje baterij.  Novo ali neuporabljeno baterijo je treba izpostaviti enemu, po možnosti več (3-5) počasnim polnim polnjenjem in počasnemu praznjenju. Ta počasen postopek nastavi parametre baterije na želeno raven.
•  Učinek pomnilnika – To se zgodi, ko je baterija napolnjena in izpraznjena do istega nivoja s približno konstantnim, ne prevelikim tokom, in ne sme priti do polne napolnjenosti ali globoke izpraznjenosti celice. Ta stranski učinek je vplival na NiCd (minimalno tudi na NiMH).