Электрические автомобили построить гораздо проще, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Не так много компонентов, которые могут сломаться или изнашиваться (например, коробка передач). А еще они намного тише, чище и, конечно же, экологичнее, чем автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями.
Мы много раз писали о преимуществах и недостатках электромобилей. На этот раз давайте сосредоточимся на том, как устроен ключевой элемент (обычно самый дорогой) каждого электромобиля — аккумулятор.
Как устроена ячейка?
Хотя на рынке представлено множество типов аккумуляторов, принцип их работы очень схож. Аккумулятор — это тип гальванического элемента, который состоит из двух электродов (например, в литий-ионном аккумуляторе один из них изготовлен из соединений лития, а другой — из углерода), разделенных сепаратором и погруженных в вещество, называемое электролитом.
Подключая такую ячейку к электричеству, мы вызываем химическую реакцию — перетекание зарядов от одного электрода к другому. При разряде происходит обратный процесс — заряды постепенно текут в противоположном направлении и разность потенциалов (напряжение) уменьшается. В результате этого явления мы можем восстановить энергию (или хотя бы ее часть), накопленную при зарядке, и передать ее электродвигателю.
В зависимости от того, из чего они сделаны, среди прочего: электроды и электролит, мы можем выделить другие типы клеток. Они отличаются, среди прочего: номинальное напряжение и свойства. Лучшими являются, конечно, те, которые «наиболее охотно» получают и выделяют энергию, не проявляя при этом никаких отрицательных свойств (например, эффекта памяти, о котором речь пойдет позже).
Соединяя две или более ячеек вместе, мы создаем батарейки (хотя слово «батарея» также обычно относится к одной ячейке, например, к батарее АА). Используя последовательные и параллельные соединения, мы можем изменять напряжение и общую емкость аккумулятора.
Электрифицируя знания Зузанна Кшичковска< /span>
Литий-ионные аккумуляторы
Упрощенная схема, описанная выше, естественно, применима как к старым, так и к новейшим типам ячеек. В электронике сегодня чаще всего используются литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion) (их можно найти почти во всех смартфонах, ноутбуках, цифровых фотоаппаратах, умных часах и т. д.).
Батареи этого типа имеют напряжение примерно 3,6 В на ячейку и характеризуются гораздо более высокой плотностью энергии (более высокой емкостью при том же весе и объеме), чем более старые типы (например, никель-металлические батареи). . Гидридные аккумуляторы NiMH, используемые, например, в аккумуляторах типа АА или старых гибридных автомобилях).
Литий-ионные аккумуляторы не только позволяют упаковать больше энергии в меньшие по размеру корпуса, но также гораздо более долговечны, чем NiMH, и устойчивы ко многим неблагоприятным воздействиям, которые свойственны батареям старых типов. Более того, они позволяют осуществлять относительно быструю зарядку без (или очень незначительного) влияния на срок службы.
Поэтому неудивительно, что производители автомобилей наконец заинтересовались Li-Ion. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы используются как в гибридных, так и в полностью электрических автомобилях.
Разъем для зарядки электромобиля CHAdeMO Мацей Гис
Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов
В настоящее время в электромобилях используются комплекты литий-ионных батарей (обычно размещаемых под полом), емкость которых обычно составляет от 20 до более 100 кВтч. Это означает, что чисто теоретически они должны быть способны выдавать мощность (мощностью 100 кВтч), например 100 кВт в час, 10 кВт в течение 10 часов или 1 кВт в течение 100 часов.
Независимо от емкости элементов, литий-ионные аккумуляторы имеют схожие преимущества и недостатки. К первым относятся, среди прочего: уже упомянутое отсутствие эффекта памяти, т.е. временное снижение емкости аккумулятора (после многих циклов зарядки или разрядки до аналогичного значения) и эффект ленивой батареи (снижение емкости заряженного аккумулятора, если ранее он был разряжен лишь частично).
Аккумуляторы в электромобилях не нужно перезаряжать (заряжать до 100% и разряжать до нуля) после покупки автомобиля или разряжать каждый раз перед повторным подключением к электросети. Напротив, литий-ионные аккумуляторы прослужат дольше, если избегать полной разрядки и полной зарядки. Лучше всего, когда они работают примерно на 40-75 процентах. его емкость.
Здесь стоит отметить, что электронные системы, отвечающие за безопасную работу аккумуляторов электромобилей, не позволят нам фактически полностью их разрядить. Даже когда индикатор показывает 0 процентов, в клетках еще остается энергия. Такой «предохранитель» не дает напряжению упасть до значений, которые могут повредить элементы. Более того, бортовой компьютер электромобилей позволяет владельцу прекратить зарядку при достижении, например, 85%. возможность немного продлить срок службы батареи.
Обратной стороной аккумуляторов (всех аккумуляторов, а не только литий-ионных) является их ограниченный срок службы. Для литий-ионных аккумуляторов этот срок составляет от десяти до дюжины лет эксплуатации. С возрастом они теряют свои свойства (в первую очередь снижается их емкость). К счастью, различия в запасе хода нового и электромобиля несколько лет назад невелики.
Производители автомобилей предоставляют прогнозные (или заявленные) значения, определяющие срок их службы через много лет. Например, в случае с автомобилями Volkswagen это не менее 80 %. начальная мощность через восемь лет (или 160 000 км). Аккумуляторы электромобилей часто сохраняют еще больший срок службы и, несмотря на очень интенсивное использование, не проявляют никаких изменений, заметных водителю через много лет.