Инструкция по эксплуатации аккумуляторов

ТРЕБОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ

1. Не допускайте искрения контактов. Запрещается проверять работоспособность аккумулятора замыканием полюсов, а также не допускать этого по неосторожности.
2. Исключить возможность доступа детей к аккумуляторной батарее.
3. Заряд аккумулятора должен производиться в проветриваемом помещении. Курение и использование открытого пламени во время заряда запрещается.
4. При проведении работ с аккумуляторной батареей необходимо пользоваться защитными очками и перчатками.
5. Не допускайте попадания электролита на одежду и открытые участки тела. Если это произошло, немедленно промойте их проточной водой и обработайте 10% раствором соды.
6. Во избежании утечки электролита не переворачивайте и не наклоняйте батарею.
7. Не допускайте загрязнения системы вентиляции АКБ.
8. При ремонте электрооборудования автомобиля аккумуляторная батарея должна быть отключена.
9. Таблица зависимости степени заряженности АКБ от плотности электролита:

ХРАНЕНИЕ И ВВЕДЕНИЕ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

1. Не залитая электролитом батарея должна храниться в вертикальном положении, в закрытом помещении при температуре от -50°С до +50°С без нарушения герметизирующих деталей и с плотно ввинченными пробками.
2. Сухозаряженная батарея хранится до 3 лет.
3. Залитые и заряженные АКБ рекомендуется хранить в помещении с температурой не выше 0°С и не ниже -30°С.
4. Залитая АКБ устанавливается на хранение только полностью заряженной!
5. При хранении залитой батареи не реже 1-го раза в месяц требуется контроль ее параметров. АКБ необходимо зарядить, если плотность электролита упала более чем на 0,03 г/см³, а напряжение без нагрузки понизилось до 12,5 В.
6. Перед установкой батареи на автомобиль с нее должна быть снята упаковочная пленка.
7. Для введения в эксплуатацию, если аккумулятор сухозаряжен, необходимо залить в него электролит плотностью 1,27-1,28 г/см³ до отметки, указанной на АКБ или на 10-15 мм выше верхнего края пластин. Через 20-30 минут (но не позднее чем через 2 часа) необходимо долить электролит до установленного уровня, затем измерить плотность электролита и напряжение аккумулятора. Если плотность электролита ниже 1,25 г/см³, а напряжение ниже 12,5 В, батарею следует зарядить.
8. Поверхность устанавливаемой на автомобиль батареи должна быть сухая и чистая.
9. АКБ устанавливается на штатное место и хорошо закрепляется.
10. Устанавливаемая на автомобиль батарея должна иметь напряжение на клеммах не менее 12,5 В и плотность электролита не менее 1,25 г/см³. Если показатель ниже, АКБ необходимо подзарядить.
11. Полюсные вывода АКБ и клеммы проводов перед закреплением должны быть тщательно зачищены и смазаны специальной смазкой.

ЗАРЯД БАТАРЕИ

1. При установке АКБ на заряд температура электролита должна быть в пределах 15-25°С.
2. Величина зарядного тока устанавливается в размере 10% от емкости АКБ. Батарея должна заряжаться еще 2 часа после прекращения роста плотности.
3. В конце заряда проводится контроль уровня и плотности электролита. Если уровень электролита ниже нормы, то необходимо добавить дистиллированной воды.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

1. При эксплуатации батареи один раз в две недели:
   • проверяйте надежность крепления батареи и плотность контакта наконечников проводов с выводами батареи; наконечники проводов смажьте техническим вазелином;
   • следите за чистотой поверхности батареи, электролит, попавший на поверхность АКБ, удаляйте ветошью, смоченной в 10% растворе аммиака или кальцинированной соды;
   • осуществляйте контроль уровня электролита, если это предусмотрено заводом-изготовителем, корректировку осуществляйте дистиллированной водой (уровень электролита считается нормальным, если он находится в пределах 10-15 мм от верхнего края пластин).
2. Не реже одного раза в квартал проверяйте степень заряженности батареи по замеру плотности электролита, если это предусмотрено конструкцией АКБ. При необходимости зарядите батарею.
3. Не допускайте глубокого разряда батареи — это может привести к замерзанию электролита и ее разрушению!
4. При эксплуатации транспортного средства напряжение заряда от генератора при включенных электропотребителях и частоте вращения двигателя 2000 об/мин должно быть в пределах 13,8-14,5 В, а допустимая утечка не более 25 мА.
5. Работоспособная батарея должна производить не менее трех запусков длительностью 10 сек. для карбюраторных или 15 сек. для дизельных автомобилей с перерывом по одной минуте после каждого запуска. Если двигатель не завелся после трех попыток запуска, то необходимо проверить исправность системы зажигания и подачи топлива.

Уважаемый покупатель!

Если после покупки или в процессе эксплуатации АКБ у Вас возникнут какие-либо вопросы или появятся сомнения в исправности Вашей батареи, обращайтесь непосредственно в Гарантийно-сервисный центр, где Вам ответят на все Ваши вопросы и помогут выявить причину отказа аккумулятора. На время, необходимое для испытания АКБ, Вам, по возможности, предоставят батарею из подменного фонда.

ВНИМАНИЕ! ГЛУБОКО РАЗРЯЖЕННАЯ БАТАРЕЯ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ПРИЗНАНА ДЕФЕКТНОЙ.

ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается вскрывать аккумуляторы серий STR, AGM и батареи, где это не предусмотрено конструктивно

С порядком предоставления услуг гарантийно-сервисным центром можно ознакомиться в этом разделе.

мировых рынков твердотельных автомобильных аккумуляторов до 2030 года: прогнозируется ошеломляющий рост рынка — 89,5% — ResearchAndMarkets.com

ДУБЛИН — (БИЗНЕС-ПРОВОД) — «Глобальный рынок твердотельных автомобильных аккумуляторов по транспортным средствам (легковые и коммерческие автомобили), плотности энергии аккумулятора (> 450 Втч / кг,> 450 Втч / кг), силовым установкам (Bev, Phev), «Компоненты (катод, анод и электролит)» и «Регион — прогноз до 2030 года» были добавлены в предложение ResearchAndMarkets.com.

По прогнозам, объем мирового рынка твердотельных автомобильных аккумуляторов вырастет с 27 070 единиц в 2025 году до 661 724 единиц к 2030 году при среднегодовом темпе роста 89,5%.

На мировом рынке твердотельных автомобильных аккумуляторов доминируют такие глобальные игроки, как Toyota Motor Corporation (Япония), Solid Power (США), QuantumScape (США), Samsung SDI (Южная Корея), LG Chem (Южная Корея).

Такие факторы, как растущий спрос на электромобили во всем мире, более высокая емкость аккумуляторов и дальность действия электромобилей с использованием твердотельных автомобильных аккумуляторов, а также другие особенности SSB, такие как более длительное время автономной работы, более высокая плотность энергии и лучшие функции безопасности по сравнению с используемыми в настоящее время литий-ионными батареями.Растущее беспокойство о поездках на большие расстояния с использованием электромобилей также будет стимулировать рынок.

Основная проблема для пользователей электромобилей — это меньший запас хода автомобиля на одной зарядке. Эта проблема была основным фактором, сдерживающим рост рынка электромобилей. Ожидается, что по сравнению с электромобилями, использующими обычные литий-ионные батареи, те, которые установлены с твердотельными батареями, будут иметь значительно больший запас хода из-за высокой плотности батареи.

Теоретически твердотельные батареи могут хранить вдвое больше энергии, чем литий-ионные.Таким образом, различные ведущие производители электромобилей инвестируют в эту технологию. Электромобиль, установленный с твердотельной батареей, по мнению различных отраслевых экспертов, может иметь запас хода около 600+ миль.

Сегмент легковых автомобилей, как ожидается, станет крупнейшим рынком в сегменте типов транспортных средств.

Легковые автомобили и небольшая часть коммерческого транспорта рассматриваются как типы транспортных средств на рынке автомобильных твердотельных аккумуляторов в связи с растущим спросом на электромобили премиум-класса.Спрос на другие электромобили и коммерческие автомобили, использующие твердотельные батареи, вырастет в ближайшие годы после того, как твердотельные батареи будут коммерциализированы для использования в автомобилях. Ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион станет рынком для легковых автомобилей, за ним последуют Европа и Северная Америка.

Это связано с сильной государственной поддержкой внедрения в регионе легковых электромобилей. Северная Америка станет самым быстрорастущим регионом с быстрорастущим спросом на электромобили премиум-класса, в которых в ближайшие годы будут использоваться твердотельные батареи.Ожидается, что в ближайшие годы рынок Европы будет расти.

Это связано с жесткими правилами выбросов и различными субсидиями, грантами и стимулами для внедрения электромобилей в таких странах, как Германия, Франция, Нидерланды, Норвегия, Швеция и Великобритания. Спрос на твердотельные аккумуляторы в электромобилях будет расти с увеличением спроса на электромобили и массовым производством автомобильных твердотельных аккумуляторов.

Ожидается, что в прогнозируемый период крупнейшим рынком будет Азия.

На рынке твердотельных автомобильных аккумуляторов Азиатско-Тихоокеанского региона будут лидировать такие страны, как Китай, Япония и Южная Корея. Правительства этих стран поддержали рост спроса на электромобили посредством субсидий, благоприятной политики в отношении электромобилей и отказа от использования бензина. Это приведет к быстрому росту спроса на твердотельные автомобильные аккумуляторы в регионе, как только они появятся на рынке.

Премиальные электромобили, использующие твердотельные батареи, будут запущены в Китае и Японии, а затем в Южной Корее и Индии.В первые годы рост будет медленнее, но ускорится после 2026 года. Индия будет самым быстрорастущим рынком в регионе благодаря текущей и будущей политике в области электромобилей.

Япония также будет одним из самых быстрорастущих рынков в регионе благодаря ведущим OEM-производителям, таким как Toyota, Nissan и Mitsubishi, а также производителям аккумуляторов, работающим над разработкой твердотельных аккумуляторов.

Северная Америка станет самым быстрорастущим регионом в прогнозный период

Ожидается, что в Североамериканском регионе будет наблюдаться самый высокий рост рынка твердотельных автомобильных аккумуляторов.Ожидается, что рынок будет лидером продаж электромобилей премиум-класса в США и Канаде. Ведущие производители оригинального оборудования, такие как GM и Ford, работают с производителями аккумуляторов над разработкой твердотельных аккумуляторов для своих электромобилей и планируют выпустить их на рынок в ближайшие годы. Ожидается, что в двух странах будет более высокий спрос на BEV и более медленный спрос на PHEV.

Premium Insights

• Растущий спрос на дальние поездки с нулевым выбросом вредных веществ для стимулирования рынка
• Азиатско-Тихоокеанский регион, по прогнозам, станет крупнейшим рынком в прогнозный период
• Сегмент легковых автомобилей станет более крупным в прогнозном периоде (2025-2030 гг.)
• Сегмент аккумуляторных электромобилей будет расти более высокими темпами в течение прогнозного периода (2025-2030 гг.)
• Сегмент <450 Вт · ч / кг станет более крупным сегментом в течение прогнозного периода (2025-2030 гг.)

Динамика рынка

Драйверы

• Ожидается, что более быстрая зарядка по сравнению с литий-ионными аккумуляторами при использовании того же режима зарядки Ev повысит спрос на твердотельные автомобильные аккумуляторы.
• Более высокая емкость твердотельных аккумуляторов, что приводит к увеличению диапазона напряжений, что ведет к более высокому спросу
• Более низкая вероятность перегрева по сравнению с литий-ионными батареями делает твердотельные батареи более безопасными

Ограничения

• Более высокая стоимость по сравнению с обычными батареями Ev

Возможности

• Ожидается, что рост спроса на электромобили будет стимулировать спрос на твердотельные батареи
• Инициативы правительства в отношении электромобилей, которые, как ожидается, повысят спрос на твердотельные батареи
• Ожидается, что увеличение инвестиций в НИОКР приведет к увеличению спроса на твердотельные батареи

Вызовы

• Технологические барьеры при разработке твердотельных аккумуляторов
• Твердая керамика, используемая для разработки твердотельных аккумуляторов, хрупкая и имеет проблемы с механическими напряжениями
• Таблица 5 Рынок твердотельных автомобильных аккумуляторов: влияние динамики рынка

Экосистема рынка твердотельных автомобильных аккумуляторов

• Провайдеры зарядки Ev
• Поставщики Уровня 1 (Поставщики электронных батарей)
• OEM
• Конечные пользователи

Пример использования

• Обзор производительности и стоимости выбранных твердотельных электролитов: конкуренция между полимерными электролитами и неорганическими сульфидными электролитами

Профиль компании

Ключевые игроки

• Toyota Motor Corporation
• Твердая мощность
• Квантовый пейзаж
• Samsung Sdi
• LG Chem
• Илика
• Brightvolt
• Panasonic
• Catl
• Ioniq материалы
• Northvolt
• Cymbet

Другие игроки

• Дженерал Моторс
• Группа Renault
• Стеллантис Н.В.
• Киа Моторс
• Мицубиси Моторс
• Volkswagen Ag
• Ford Motor Company
• Byd
• Hyundai Group
• Sk Innovation
• Дайсон
• Прието Батарея
• Storedot

Для получения дополнительной информации об этом отчете посетите https://www.researchandmarkets.com/r/jf4h5p.

Проверьте электромобили, указав вес на единицу емкости аккумулятора (кВтч)

Продолжая изучать данные о весе электромобилей, предоставленные Bjørn Nyland, сегодня мы посмотрим на вес автомобиля в сравнении с общей емкостью аккумулятора (официальной или оценочной).

В таблице ниже мы перечислили все электромобили, взвешенные Бьёрном Ниландом по их весу (в кг) на емкость аккумулятора (в кВтч). Результаты составляют от 22 до 75 кг / кВтч.

Например, в случае с Ford Mustang Mach-E (ER, AWD), показанным на видео, его вес 2300 кг и емкость аккумулятора почти 98,9 кВтч соответствует 23,2 кг / кВтч. И это второй лучший результат в целом. Проблема с Mach-E заключается в его эффективности.

Как видим, самые низкие результаты у моделей Teslas — Model 3 LR (23.5-24,5 кг / кВтч) и Model S LR Raven (22,4 кг / кВтч) — однако Volkswagen ID.3 также неплохо показал себя с показателем 24,6 кг / кВтч.

Среднее значение (средний результат) 30,7 кг / кВтч:

В целом, наилучшие результаты обычно имеют модели, оснащенные большими аккумуляторными блоками (например, Mach-E) и высокоэнергетическими аккумуляторными элементами.

Если мы внимательно присмотримся, мы увидим, что последняя модель MIC Tesla Model 3 SR + находится в середине пакета по цене 30,7 кг / кВтч — во-первых, потому что батарея меньше (уровень 60 кВтч или около того) и батареи LFP CATL. менее энергоемкие.

Это на самом деле неплохой результат для Tesla начального уровня, поскольку он почти соответствует 62-киловаттной версии Volkswagen ID.3 с ячейками с более высокой плотностью энергии (химия NCM).

Производительность нового Hyundai Ioniq 5 составляет 28,4 кг / кВтч, что почти на уровне Volkswagen ID.4 и Skoda Enyaq iV (27,1–27,8 кг / кВтч), что, учитывая меньшую на несколько процентов батарею, является очень похожим результатом.

Будет интересно посмотреть, будет ли новая MIC Model Y LR приближаться к 25 кг / кВтч.Этот меньший вес на единицу емкости аккумулятора является одним из основных факторов высокой эффективности Tesla.

Огромный и тяжелый внедорожник Audi e-tron 55 расходует 28,6 кг / кВтч, но имеет аккумулятор на 95 кВтч.

В конце списка мы увидим автомобили с аккумулятором от 40 кВтч и меньше. Интересно то, что коэффициент кг / кВтч начинает быстро увеличиваться в случае меньших версий батареи.

* по некоторым данным

** Масса автомобиля, измеренная с водителем

Литий

остается предпочтительным материалом для автомобильных аккумуляторов

25 апреля 2020 г.

W HEN, ДЕСЯТИЛЕТИЕ года назад на дорогах начали появляться электромобили нового поколения ( EV s), Технологический институт Джорджии в течение года отслеживал привычки почти 500 американских автомобилистов, чтобы понять, насколько им подходят такие автомобили.Они обнаружили, что почти треть из них могла бы завершить большую часть своих путешествий на EV с запасом хода всего 100 миль (160 км). В полдюжине или около того случаев, когда людям приходилось путешествовать дальше, они могли зарядиться в пути или нанять автомобиль с бензиновым двигателем.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

В наши дни дела обстоят лучше. Многие модели EV способны преодолевать расстояние более чем в два раза на одной зарядке, а некоторые большие и дорогие модели могут проехать около 400 км.Тем не менее, многие потенциальные покупатели опасаются, что у них закончится сок. Батареи дальнего действия, которые успокоят их нервы, приближаются, но ждут несколько выбоин.

Аккумуляторы, которые сделали возможным появление электромобилей, состоят из литий-ионных (Li-ion) элементов — конструкция, коммерциализированная Sony в 1991 году. Особенностью литий-ионных аккумуляторов является их высокая емкость хранения энергии. Современный может вместить 200 ватт-часов электрического потенциала в один килограмм комплекта для плотности энергии 200 Вт ч / кг.Это пятикратное улучшение по сравнению со старой свинцово-кислотной батареей, и исследователи постоянно пытаются добиться большего.

Литий-ионные элементы получили свое название от движения внутри них ионов лития (атомов лития с отсутствующим электроном и, следовательно, положительного электрического заряда). Когда такая ячейка разряжается, ионы создаются на одном электроде, аноде. Затем они перемещаются через сепаратор, который только они могут пропускать через жидкий электролит, ко второму электроду, катоду. Тем временем электроны, оторванные от анода, движутся к катоду по внешней электрической цепи.Это создает ток, который можно использовать для питания электродвигателя. На катоде ионы и электроны снова объединяются — и остаются так до тех пор, пока аккумулятор не будет подключен к зарядному устройству, и весь процесс будет обратным.

Литий является самым легким металлом в периодической таблице Менделеева, который подходит для применения в чувствительных к весу приложениях, таких как автомобили. Но это еще и реактивный. Ячейки нуждаются в тщательной конструкции, чтобы избежать дефектов, которые могут вызвать короткое замыкание и, возможно, пожар. Аноды обычно состоят из материала, богатого углеродом.Литий в катоде обычно является частью оксида, обычно оксида лития-кобальта. Кобальт — самый дорогой материал в батарее, и производители стараются сократить его использование. Много кобальта также поступает из Демократической Республики Конго, где условия для горняков тяжелые. Одним из популярных способов сокращения использования кобальта является его замена никелем и марганцем для производства так называемых элементов NMC .

В прошлом году крупнейший производитель аккумуляторов для электромобилей в Китае, CATL , начал массовое производство аккумуляторов NMC с плотностью энергии 240 Вт ч / кг.Некоторые другие фирмы, в том числе Tesla, надеются пойти дальше и полностью избавиться от кобальта, хотя в случае Tesla они скрывают детали. Снижение стоимости материалов вместе с экономией на масштабе за счет огромных заводов, на которых работают CATL , Tesla и их конкуренты, неуклонно снижают стоимость батарей. В 2010 году, по данным исследовательской компании Bloomberg NEF , эта цена составляла в среднем 1160 долларов за килограмм Вт ч. К 2024 году он может упасть ниже 100 долларов (см. График).На этом этапе EV s будет более конкурентоспособным с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания.

Что касается большей дальности действия, многие люди в этой области возлагают свои надежды на батареи, которые содержат твердые, а не жидкие электролиты. Ионы лития могут проходить через определенные твердые электролиты. Такие элементы будут более безопасными и обеспечат возможность использования других электродных материалов для гораздо более высоких плотностей энергии. Среди последних предложений твердотельных устройств — конструкция, разработанная в исследовательских лабораториях Samsung в Южной Корее и Японии группой под руководством Донгмина Им.В нем используется катод NMC , анод из смеси серебра и углерода и твердый электролит на основе вещества, называемого аргиродитом, которое представляет собой соединение серебра, германия и серы.

Согласно статье, опубликованной группой в марте, эти элементы имеют плотность энергии 900 Вт ч на литр. Это означает, что они имеют вдвое большую емкость при заданном объеме, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов. По оценкам группы, ячейка обеспечивает 430 Вт, ч / кг, что позволяет электромобилю проехать около 800 км.И клетки аргиродита не выращивают повреждающие игольчатые кристаллы, называемые дендритами, которые могут развиваться во время зарядки литий-ионных клеток.

Эта батарея должна быть «более рентабельной», чем существующие элементы, считает команда. К сожалению для настоящих автомобилистов, они не могут сказать, когда и как он может быть выпущен серийно. Это обычная проблема с такими устройствами. Арумугам Мантирам, эксперт по батареям из Техасского университета в Остине, указывает на два основных препятствия на пути к твердотельным батареям.

Во-первых, два твердых тела, помещенных лицом к лицу, имеют только ограниченные точки контакта, через которые ионы могут проходить между электродом и электролитом. Напротив, контакт между жидкостью и твердым телом является непрерывным. Один из способов преодолеть это — использовать полимерный электролит, достаточно гибкий, чтобы прилегать к поверхности твердого электрода. Увы, как замечает доктор Мантирам, «у нас пока нет хорошего полимерного электролита».

Вторая проблема — производство. Многие твердые электролиты керамические и поэтому хрупкие.Из-за этого их сложно производить в больших листах. Полимеры этого избегают. Но они сталкиваются с изначальной проблемой.

Более того, литий-ионная технология, хотя она и нова, достаточно хорошо известна, чтобы существовать корыстные интересы. Переход от жидких к твердым электролитам означал бы строительство большого количества новых дорогостоящих заводов. Разработка более совершенных жидких электролитов и новых электродов, соответствующих им, может быть самым надежным путем к более безопасным и мощным литий-ионным аккумуляторам. ■

Эта статья появилась в разделе «Брифинг» печатного издания под заголовком «Зарядка для долгой поездки»

Эффективность автомобильного аккумулятора

Эффективность автомобильного аккумулятора

Джон Сан

24 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Аккумулятор Эффективность заряда / разряда Литий-ионный 80% — 90% Свинцово-кислотный 50% — 92% NiMH 66%

Таблица 1: Эффективность батареи [1-3]

Электромобили в последнее время стали новой тенденцией. многие автомобильные компании выпускают собственную версию полностью электрического автомобиля.Интересно, что электромобили существуют уже много лет; тем не мение, у большинства этих автомобилей были свои ограничения, и в конечном итоге они не добиться успеха на рынке.

В последнее время все больше и больше компаний подталкивают в сторону использования литий-ионных аккумуляторов в своих электромобилях. Тесла Родстер — это полностью электрический автомобиль, который набирает популярность. благодаря элегантному дизайну спортивного автомобиля и рекламируемой энергоэффективности аккумулятора. Nissan выпускает новый автомобиль Nissan Leaf, который очень хорош. похож на родстер с литий-ионным аккумулятором, но с коротким пробег 100 миль на полной зарядке.Chevy Volt — еще один соперник на сцену, которая на самом деле представляет собой гибрид с бензиновым двигателем. вырабатывает электроэнергию для электродвигателя.

На самом деле было очень трудно найти много информации о Интернет, о том, насколько эффективны эти автомобильные аккумуляторы. Добавление к этому недостатку информации было то, что есть много разных способов расчета эффективности, и что существует множество факторов, которые могут быть упущенным из виду. Эффективность батареи можно рассчитать как количество энергии, разряженной батареей, деленное на количество энергии поставил аккумулятор.При этом учитываются потери энергии на тепло, которое нагревает аккумулятор. Эффективность заряда-разряда различные аккумуляторы приведены в таблице 1. Эффективность литий-ионных аккумуляторов чрезвычайно высокая, свинцово-кислотная эффективность имеет огромный диапазон, NiMH КПД низкий — 66%. [1-3]

К сожалению, эффективность заряда / разряда батарея практически ничего не говорит нам о реальной эффективности, потому что мы необходимо учитывать, откуда исходит энергия и как Эффективно это преобразовать наше стартовое топливо в электричество.Хороший способ взглянуть на реальную эффективность — рассмотреть энергию от запуск генератора природного газа, вплоть до зарядки автомобильного аккумулятор. Кумулятивные потери выражены примерно по шкале «от скважины к рулю». КПД

(1)

перечислены в Таблице 2. Обратите внимание, что наиболее эффективные Генератор природного газа, газовая турбина серии GE H, имеет КПД 60% при преобразование газа в энергию.Так, например, из Tesla Roadster официальное потребление энергии 2,53 км / МДж мы получаем «эффективный» потребление энергии

(2)

Как я взял эти цифры из статьи, написанной основатели Tesla, неудивительно, что родстер сияет как самый энергоэффективный автомобиль на сегодняшний день.

Аккумулятор η к / д η поколение η сетка η восстановление η обработка η ww Литий-ионный 0.86 0.60 0,92 0,97 0,97 0,45 Свинцово-кислотный 0,50 — 0,91 0.60 0,92 0,97 0,97 0,26 — 0,48 NiMH 0.66 0.60 0,92 0,97 0,97 0,34

Таблица 2: КПД батареи от скважины до колеса как указано в уравнении. (1). Заряд-разряд КПД η c / d из таблицы 1.

Однако есть много мешающих переменных, других чем эффективность заряда / разряда, которую необходимо учитывать при сравнивая разные типы батарей.Например, литий-ионные аккумуляторы имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные батареи, и немного больше, чем у никель-металлгидридных аккумуляторов. Это означает, что при одинаковом весе аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы смогут производить гораздо больше энергия, которая является важным фактором при производстве автомобильных аккумуляторов. Один из Причина, по которой Tesla Roadster настолько эффективна, заключается в том, что его батарея относительно легкий, что приводит к лучшему расходу топлива в целом. С использованием суперэффективная свинцово-кислотная батарея технически была бы более эффективной, но его вес сильно уменьшит расход топлива транспортное средство.

Есть еще один фактор, который мы должны учитывать, что все эти батареи зависят от источника энергии. заряжен. Для приведенных выше расчетов мы предполагали, что мы использование наиболее эффективного способа получения электроэнергии с помощью природного газа турбина. Со средним генератором мы, скорее всего, увидим значительное падение эффективности. Тем не менее, электромобили, кажется, действительно опередить бензиновые автомобили с точки зрения прохождения наибольшего количества миль за наименьшее количество энергии.На примере Honda Civic можно рассчитать что такое КПД от скважины до колеса. Для бензина, переводя топливо от источника до автомобиля на самом деле более эффективно, чем преобразование природного газа в электричество. От источника до машины, бензин фактически имеет КПД 81,7%. [4] Кажется, это взорвало электромобиль из воды, но использование бензина в машине резко снижает эффективность, потому что бензиновые автомобили имеют очень низкий пробег.Honda Civic — автомобиль с одним из самых высоких показателей бензина. миль, но его 51 миль на галлон мало по сравнению с потреблением энергии Родстер.

В заключение, электрические батареи более эффективны при использовании энергии, чем обычные бензиновые двигатели, но другие факторы, такие как удобство и цена не позволяют электромобилям получить широкое распространение. использовал. Если эти препятствия удастся преодолеть, у электромобиля будет потенциал для конкуренции и, возможно, даже для замены бензиновых автомобилей все вместе.

© Джон Сан. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] М. Ф. Коулишоу, «The Характеристики и использование свинцово-кислотных колпачковых ламп, Trans. British Cave Исследовательская ассоциация 1 199 (1974).

[2] Y. Idota et al. , «Аморфный на основе олова Оксид: литий-ионный накопитель большой емкости », Science 276 , 1395 (1997).

[3] М.А. Феценко et al. , «Последние достижения в Технология аккумуляторов NiMH ». J. Power Sources 165 , 544 (2007).

[4] Д. Сперлинг и К. Курани, ред., Транспорт, энергия и окружающая среда Политика: Управление переходами , Исследовательский совет по переносу Национальные академии, сентябрь 2001 г.

Что такое твердотельный аккумулятор для электромобиля?

Твердотельный аккумулятор — это перезаряжаемая система хранения энергии, аналогичная по общей структуре и принципам работы более знакомой литий-ионной батарее. Они отличаются тем, что литий-ионный аккумулятор содержит жидкий электролит, а твердотельный аккумулятор — как следует из названия — имеет твердый. Это позволяет твердотельным батареям быть легче, иметь большую плотность энергии, обеспечивать больший радиус действия и быстрее заряжаться.Задача сделать твердотельные батареи жизнеспособными — это разработка технологии, обычно используемой в небольших устройствах, и ее применение в крупномасштабных приложениях, таких как электромобили (электромобили).

Какой тип батареи используется в электромобиле?

Первым серийным электромобилем стал электромобиль EV1, который General Motors выпустила в 1996 году. Специально построенный с нуля 2-местный купе имел запас хода 78 миль и разгонялся до 50 миль в час за 6,3 км. секунд, а для полной зарядки потребовалось более 5 часов.Его питал свинцово-кислотный аккумулятор.

Когда всего три года спустя было выпущено второе поколение EV1, его источник питания переключился на никель-металлогидридный аккумулятор, и запас хода почти удвоился до 142 миль.

В тот момент, когда выводился из обращения EV1, Tesla Motors вошла в автомобильную сферу со своим Tesla Roadster, первым серийным электромобилем с аккумуляторной батареей, в котором использовались литий-ионные батареи. Как говорится, остальное уже история.

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионные батареи стали стандартом для питания многих устройств, от бытовой электроники, такой как мобильные телефоны и ноутбуки, до мобильных и транспортных средств, таких как велосипеды и автомобили.

В отличие от свинцово-кислотных и никель-металлогидридных батарей прошлого, литий-ионные батареи сконструированы с жидким электролитом для управления потоком энергии между катодом и анодом. Преимущества литий-ионной батареи включают более длительный срок службы батареи, лучшую производительность при различных температурах, пригодные для повторного использования компоненты и более высокую плотность энергии. Плотность энергии — это количество энергии, которое батарея может хранить на единицу веса. Проще говоря, чем выше плотность, тем выше выходная мощность.

Несмотря на множество преимуществ, у литий-ионных аккумуляторов есть недостатки. Несмотря на то, что он легче, чем старые аккумуляторные батареи, его жидкие внутренние части все же делают ионы лития довольно тяжелыми. Они также лучше работают в штабелируемых упаковках, что увеличивает их вес. Кроме того, электролиты легко воспламеняются, могут быть нестабильными при экстремальных температурах и в случае повреждения или неправильного заряда могут привести к взрывам или пожарам. Нет недостатка в новостях, охватывающих все, от мобильных телефонов до самолетов, которые загорелись из-за проблем с аккумулятором.

Что такое твердотельный аккумулятор и как он работает?

Благодаря устранению всплескивающего горючего жидкого электролита твердотельные батареи по умолчанию становятся более стабильными и компактными. Твердый электролит может состоять из любого количества повседневных материалов, таких как керамика и стекло.

Твердотельные батареи уже много лет используются в небольших устройствах, таких как кардиостимуляторы, а также в устройствах RFID и носимых устройствах. Меньшее количество кусочков означает, что меньше вещей может пойти не так.В дополнение к повышенной безопасности, размеру и стабильности твердотельные батареи в электромобилях также будут предлагать более быстрое время зарядки, больший диапазон перемещения и даже большую плотность энергии.

Твердотельные аккумуляторы могут быть заряжены до 80 процентов за 15 минут и меньше нагружаются после нескольких циклов зарядки. Литий-ионный аккумулятор начнет разряжаться и терять емкость после 1000 циклов. С другой стороны, твердотельная батарея сохранит 90 процентов своей емкости после 5000 циклов.

Когда в электромобилях будут использоваться твердотельные батареи?

Несмотря на все преимущества, увеличение производства до уровня, необходимого для использования в электромобилях, остается дорогостоящим мероприятием. Помните, что твердотельные батареи славятся умными часами и регулятором сердцебиения.

Затраты на разработку и производственные трудности являются ключевыми недостатками при производстве твердотельных батарей для массовых электромобилей. Но так же, как литий-ионные батареи стали более доступными, идея состоит в том, что и твердотельная версия тоже станет такой же.А автопроизводители вкладывают огромные средства в эту технологию, особенно с учетом стратегии бренда с нулевым уровнем выбросов и линейки автомобилей, предназначенных только для электромобилей.

BMW и Ford инвестируют 130 миллионов долларов в Solid Power, стартап по производству твердотельных батарей в Колорадо. Hyundai вкладывает 100 миллионов долларов в SolidEnergy Systems, дочернюю компанию Массачусетского технологического института. Toyota, которая сотрудничает с Panasonic, объявила, что в этом году дебютирует прототип внедорожника с твердотельной батареей.Также инвестируют General Motors и Volkswagen.

Сводка

Audi, Bentley, Dodge, Jaguar, Jeep, Land Rover, Lotus, Mazda, MINI, Nissan, Volvo — практически все автопроизводители от A до V обнародовали свои планы электрификации и целевые даты по нулевым выбросам. Некоторые пошли еще дальше и объявили, что бензиновые и дизельные двигатели перестанут использоваться в моделях к 2050 году.

Но электромобили должны быть прибыльными для автопроизводителей, доступными для потребителей и полностью заменять автомобили, оснащенные с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).Тем не менее, даже с большим количеством вариантов электромобилей, чем когда-либо, автомобили с бензиновым двигателем продолжают доминировать на рынке. В конце концов, ископаемое топливо дешево, выбор транспортных средств по-прежнему велик, а дозаправка занимает считанные минуты.

Тем не менее, привлекательность твердотельных батарей не вызывает сомнений, и их потенциал может заставить автопроизводителей сдержать свои производственные обещания. Электромобили уже соответствуют или превосходят своих коллег с ДВС в конструкторском отделе. Избавьтесь от беспокойства по поводу дальности действия, обеспечьте паритет цен и предложите привлекательную производительность, и, возможно, потребители искренне будут покупать электромобили в будущем.

EV design — расчет батареи — x-engineer.org

Высоковольтная батарея — это один из важнейших компонентов электромобиля (BEV) . Параметры аккумулятора оказывают значительное влияние на другие компоненты и характеристики автомобиля, например:

• максимальный крутящий момент тягового двигателя
• максимальный крутящий момент рекуперативного тормоза
• дальность полета
• общий вес автомобиля
• цена автомобиля

Практически все Основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .

При разработке аккумуляторной батареи нашего электромобиля мы начнем с 4 основных входных параметров:

• химия
• напряжение
• среднее энергопотребление транспортного средства за цикл движения
• дальность полета автомобиля

Аккумулятор состоит из одного или более электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую энергию (во время разрядки) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки).Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химический состав батареи .

Элемент батареи состоит из пяти основных компонентов: электродов — анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или корпуса. Для автомобильных приложений используются различные типы элементов [1]:

Изображение: Литий-ионные аккумуляторные элементы различной формы
Кредит: [1]

Отдельные аккумуляторные элементы сгруппированы в единый механический и электрический блок, называемый аккумулятором модуль .Модули электрически соединены и образуют аккумуляторный блок .

Существует несколько типов аккумуляторов (химические), используемых в силовых установках гибридных и электромобилей, но мы собираемся рассмотреть только литий-ионных элементов . Основная причина в том, что литий-ионные батареи имеют более высокую удельную энергию [Втч / кг] и удельную мощность [Вт / кг] по сравнению с другими типами [2].

Изображение: диаграмма уровня ячеек Рагона, адаптированная из Van Den Bossche 2009
Кредит: [2]

Уровень напряжения батареи определяет максимальную электрическую мощность, которая может быть доставлена ​​непрерывно.Мощность P [W] — это произведение между напряжением U [V] и током I [A] : \ [P = U \ cdot I \ tag {1} \]

Чем выше ток, тем больше диаметр высоковольтных проводов и тем выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность достигается за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы собираемся рассмотреть номинальное напряжение 400 В .

В статье «Конструкция электромобиля — энергопотребление» мы рассчитали, что среднее энергопотребление силовой установки E _p составляет 137.8 Втч / км на ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для приведения в движение, высоковольтная батарея должна обеспечивать энергией вспомогательные устройства транспортного средства E _aux [Вт · ч / км] , например: электрическая система 12 В, обогрев, охлаждение и т. Д. необходимо учитывать эффективность трансмиссии η _p [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.

\ [E_ {avg} = \ left (E_ {p} + E_ {aux} \ right) \ cdot \ left (2 — \ eta_ {p} \ right) \ tag {2} \]

Для вспомогательных устройств потребление энергии мы собираемся использовать данные из [3], которые содержат типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов транспортного средства (вспомогательные нагрузки).Длительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. Д.) И периодические нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. Д.) Потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает 215 Втч энергии для вспомогательных нагрузок. Если мы разделим его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), мы получим среднее потребление энергии для вспомогательных нагрузок E _aux 9,241 Втч / км .

Даже если Втч / км — это на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она измеряется на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.

Постоянный ток (DC), подаваемый батареей, преобразуется инвертором в переменный (AC). Это преобразование происходит с соответствующими потерями. Кроме того, у электродвигателя и трансмиссии есть некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы собираемся использовать средний КПД η _p 0,9 от аккумулятора до колеса.

Замена значений в (2) дает среднее потребление энергии:

\ [E_ {avg} = \ left (137.8 + 9.241 \ right) \ cdot 1.1 = 161.7451 \ text {Wh / km} \]

Аккумуляторная батарея рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Wh / km .

Архитектура аккумуляторных блоков

Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из ячеек , собранных в группы и модули. Элемент батареи можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.

Изображение: Элемент батареи

Отдельные элементы батареи могут быть сгруппированы параллельно и / или последовательно как модули .Кроме того, аккумуляторные модули могут быть подключены параллельно и / или последовательно для создания аккумуляторного блока . В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.

Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных ячеек. Например, общее (цепное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.

Изображение: Строка аккумуляторных элементов

Чтобы увеличить текущую емкость аккумулятора, необходимо подключить больше строк в параллельно .Например, 3-х гирлянды, соединенные параллельно, утроят емкость и допустимый ток аккумуляторной батареи.

Изображение: ряды аккумуляторных элементов, включенные параллельно

Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 элементов, соединенных последовательно. Каждый модуль содержит 4 призматических ячейки. Напряжение каждой ячейки составляет 3,7 В, а общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.

Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Кредит: Mitsubishi

Другой пример — высоковольтный аккумуляторный блок Tesla Model S, который имеет:

• 74 элемента в параллельной группе
• 6 последовательных групп для модуля
• 16 последовательных модулей
• Всего 7104 элемента

Изображение: Аккумулятор Tesla Model S
Кредит: Tesla

Аккумулятор расчет

Чтобы выбрать, какие аккумуляторные элементы будут в нашем пакете, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных элементов, доступных на рынке.В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.

Примечание : Поскольку производители аккумуляторных элементов постоянно предлагают новые модели, возможно, данные, используемые в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи — объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод можно применить и к любым другим элементам батареи.

113 цилиндрический цилиндрический 9 Параметры ячейки предоставленные производителями, мы можем рассчитать энергосодержание, объем, гравиметрическую плотность и объемную плотность для каждой ячейки.2} {4} \ cdot L_ {bc} \ tag {1} \]

где:
D _bc [м] — диаметр элемента батареи
L _bc [м] — длина элемента батареи

\ [V_ { pc} = H_ {bc} \ cdot W_ {bc} \ cdot T_ {bc} \ tag {2} \]

где:
H _bc [м] — высота аккумуляторного элемента
W _bc [м] — ширина элемента батареи
T _bc [м] — толщина элемента батареи

Энергия элемента батареи E _bc [Вт · ч] рассчитывается как:

\ [E_ {bc} = C_ {bc} \ cdot U_ { bc} \ tag {3} \]

где:
C _bc [Ач] — емкость элемента батареи
U _bc [В] — напряжение элемента батареи

Плотность энергии элемента рассчитывается как:

• объемная плотность энергии , u _V [Вт · ч / м ³ ]

\ [u_ {V} = \ frac {E_ {bc}} {V_ {cc (pc)}} \ tag {4 } \]

• гравиметрическая плотность энергии , u _G [Втч / кг]

\ [u_ {G} = \ frac {E_ {bc}} {m_ {bc}} \ tag {5} \] 9 0002 где:
m _bc [кг] — масса элемента батареи

Плотность энергии для каждой ячейки сведена в таблицу ниже.

Производитель	Panasonic	A123-Systems	Molicel	A123-Systems	Toshiba	Kokam
13	13	90ind	пакет	пакет
Модель	NCR18650B	ANR26650m1-B	ICR-18650K	20Ah	20Ah													903 ]	[6]	[7]	[8]	[9]
Длина [м]	0.0653	0,065	0,0652	0	0	0
Диаметр [м]	0,0185	0,026	0,0186			0 [м]	0	0	0	0,227	0,103	0,272
Ширина [м]	0	0	0	0		0,115	0,082
Толщина [м]	0	0	0	0,00725	0,022	0,0077
0,03
0,03 0,076	0,05	0,496	0,51	0,317
Емкость [А · ч]	3,2	2,5	2,6	19,5	20	6
Напряжение [В]	3,6	3,3	3,7	3,3	2,3	3,6
C-rate (продолжение)		1	1	1	1	2
C-rate (пиковая)	1	24	2	10	1	3

113 цилиндрический цилиндрический

Производитель	Panasonic	A123-Systems	Molicel	A123-Systems	Toshiba	Kokam
	13 90ind9	мешочек	мешочек
Модель	NCR18650B	ANR26650m1-B	ICR-18650K	20Ah	20Ah						SL300					SL52	8,25	9,62	64,35	46	56,16
Объем [л]	0,017553	0,034510	0,017311		0,017311	0,034510	0,017716	плотность гравиметрическая [Втч / кг]	237,53	108,55	192,40	129,74	90,20	177,16
Плотность энергии ] 9301 3 объем / л31	239,06	543,01	244,38	176,52	327

Для лучшего обзора параметров ячеек и упрощения их сравнения основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже .

11 С учетом вышеуказанных параметров ячейки и основных требований к батарее (номинальное напряжение, среднее энергопотребление и запас хода транспортного средства) мы рассчитываем основные параметры высоковольтной батареи.

Требуемая общая энергия аккумуляторного блока E _bp [Wh] рассчитывается как произведение среднего энергопотребления E _avg [Wh / km] и запаса хода D _v [км]. Для этого примера мы спроектируем высоковольтный аккумуляторный блок для пробега автомобиля 250 км .

\ [E_ {bp} = E_ {avg} \ cdot D_ {v} = 161.7451 \ cdot 250 = 40436.275 \ text {Wh} = 40.44 \ text {kWh} \ tag {6} \]

Выполняются следующие вычисления для каждого типа ячеек.В этом примере мы будем считать, что аккумуляторная батарея состоит только из нескольких цепочек, соединенных параллельно .

Число элементов батареи, соединенных последовательно N _cs [-] в цепочке, рассчитывается путем деления номинального напряжения аккумуляторной батареи U _bp [В] на напряжение каждого элемента батареи U _bc [ V]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.

\ [N_ {cs} = \ frac {U_ {bp}} {U_ {bc}} \ tag {7} \]

Энергосодержание строки E _bs [Вт · ч] равно произведению между количеством элементов батареи, соединенных последовательно N _cs [-], и энергией элемента батареи E _bc [Вт · ч].

\ [E_ {bs} = N_ {cs} \ cdot E_ {bc} \ tag {8} \]

Общее количество комплектов батарейного блока N _sb [-] рассчитывается путем деления батареи упаковать полную энергию E _bp [Wh] к энергосодержанию струны E _bs [Wh].Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.

\ [N_ {sb} = \ frac {E_ {bp}} {E_ {bs}} \ tag {9} \]

Теперь мы можем пересчитать общую энергию батарейного блока E _bp [Вт · ч] как произведение между количеством струн N _sb [-] и содержанием энергии каждой струны E _bs [Вт · ч].

\ [E_ {bp} = N_ {sb} \ cdot E_ {bs} \ tag {10} \]

Емкость аккумуляторной батареи C _bp [А · ч] рассчитывается как произведение количества строк N _sb [-] и емкость аккумуляторного элемента C _bc [Ач].

\ [C_ {bp} = N_ {sb} \ cdot C_ {bc} \ tag {11} \]

Общее количество ячеек в аккумуляторном блоке N _cb [-] рассчитывается как произведение между количество строк N _sb [-] и количество ячеек в строке N _cs [-].

\ [N_ {cb} = N_ {sb} \ cdot N_ {cs} \ tag {12} \]

Размер и масса высоковольтной батареи являются очень важным параметром, который следует учитывать при проектировании аккумуляторного электромобиля (BEV) . В этом примере мы собираемся рассчитать объем аккумуляторной батареи, учитывая только ее элементы.На самом деле необходимо учитывать и другие факторы, например: электронные схемы, контур охлаждения, корпус батареи, проводку и т. Д.

Масса аккумуляторного блока (только элементы) м _bp [кг] — произведение между общим числом элементов N _cb [-] и масса каждого элемента батареи m _bc [кг].

\ [m_ {bp} = N_ {cb} \ cdot m_ {bc} \ tag {13} \]

Объем аккумуляторной батареи (только элементы) В _bp [m ³ ] произведение между общим количеством элементов N _cb [-] и массой каждого элемента батареи V _{cc (pc)} [m ³ ].Этот объем используется только для оценки окончательного объема аккумуляторной батареи, поскольку он не принимает во внимание вспомогательные компоненты / системы аккумуляторной батареи.

\ [V_ {bp} = N_ {cb} \ cdot V_ {cc (pc)} \ tag {14} \]

Объем также может быть вычислен функцией количества строк и количества ячеек в строке. Этот метод расчета больше подходит для цилиндрической ячейки, так как объем, занимаемый цилиндрической ячейкой, должен учитывать воздушный зазор между ячейками.

Пиковый ток цепочки I _spc [A] представляет собой произведение между пиковым значением C для аккумуляторного элемента C-rate _bcp [h ^-1 ] и емкостью аккумуляторного элемента C _bc [Ах].

\ [I_ {spc} = \ text {C-rate} _ {bcp} \ cdot C_ {bc} \ tag {15} \]

Пиковый ток аккумуляторной батареи I _bpp [A] — это продукт между пиковым током цепочки I _spc [A] и количеством цепочек аккумуляторной батареи N _sb [-].

\ [I_ {bpp} = I_ {spc} \ cdot N_ {sb} \ tag {16} \]

Пиковая мощность аккумуляторного блока P _bpp [Вт] — это произведение между пиковым током аккумуляторного блока I _bpp [A] и напряжение аккумуляторной батареи U _bp [В].

\ [P_ {bpp} = I_ {bpp} \ cdot U_ {bp} \ tag {17} \]

Непрерывный ток строки I _scc [A] — это произведение между непрерывной скоростью C аккумуляторная ячейка C-rate _bcc [h ^-1 ] и емкость аккумуляторной ячейки C _bc [Ач].

\ [I_ {scc} = \ text {C-rate} _ {bcc} \ cdot C_ {bc} \ tag {18} \]

Аккумулятор , непрерывный ток I _bpc [A] является продуктом между цепочкой постоянного тока I _scc [A] и количеством цепочек аккумуляторной батареи N _sb [-].

\ [I_ {bpc} = I_ {scc} \ cdot N_ {sb} \ tag {19} \]

Аккумулятор , непрерывное питание P _bpc [Вт] является продуктом между аккумуляторным блоком постоянного тока I _bpc [A] и напряжение аккумуляторной батареи U _bp [V].

\ [P_ {bpc} = I_ {bpc} \ cdot U_ {bp} \ tag {20} \]

Результаты уравнений (7) — (20) суммированы в таблице ниже.

Изображение: Напряжение аккумуляторного элемента	Изображение: Емкость аккумуляторного элемента
Изображение: Объемная плотность энергии аккумуляторного элемента	Изображение: Гравиметрическая плотность энергии аккумуляторного элемента

903 Пиковый ток BP [A] 12 кВт постоянная мощность ]

Производитель	Panasonic	A123-Systems	Molicel	A123-Systems	Toshiba	Kokam
9011 9011 9011 строка	109	122	174	112
Энергия струны [Вт-ч]	1290	1007	1049	7851	8004 62			8004 62903 -]	32	41	39	6	6	7
Энергия BP [кВтч]	41.29	41,27	40,89	47,10	48,02	44,03
Емкость BP [А · ч]	102,4	102,5	101,4		101,4		102,5	101,4		# Всего ячеек [-]	3584	5002	4251	732	1044	784
Масса БП [кг] *	173.8	380,2	212,6	363,1	532,4	248,5
Объем BP [л] *	63	173	75 903	102,4	2460	202,8	1170	120	327,6
Пиковая мощность BP [кВт]	40.96	468	48	131,04
BP длительный ток [A]	102,4	1025	101,4	117	120		218,4
40,96	410	40,56	46,8	48	87,36

BP — аккумуляторный блок
* — с учетом только аккумуляторных элементов

Из данных таблицы мы можем видеть Ячейки такого типа имеют лучшее энергосодержание и большую емкость по сравнению с цилиндрическими ячейками.

Те же результаты могут быть отображены в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.

Изображение: Энергия батарейного блока	Изображение: Емкость батарейного блока
Изображение: Общее количество батарей
Изображение: Масса батарейного блока (только элементы)	Изображение: Объем аккумуляторного блока (только элементы)

Из-за низкой емкости цилиндрических элементов по сравнению с ячейками мешка количество элементов, необходимых для аккумуляторного блока, значительно выше.Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.

Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумулятор, который будет в автомобиле, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайка, корпус и т. Д.), Что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой.По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими ячейками и ячейками мешочка. Однако кажется, что аккумулятор с ячейками-чехлами немного тяжелее и больше.

Батарейные элементы, производимые A123-Systems, имеют очень высокий максимальный непрерывный ток разряда и максимальный импульсный (пиковый) ток разряда. Что касается энергии и емкости, элементы пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические элементы.

На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для аккумуляторной батареи нашего электромобиля.Из наших примеров кажется, что элементы Kokam имеют лучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии / мощности.

Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (* .sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.

Вы также можете проверить свои результаты с помощью калькулятора ниже.

EV Battery Calculator (on-line)

Ссылки:

[1] Моой, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер. (2017). Сравнительная оценка различных форм литий-ионных аккумуляторных элементов.Процедуры Производство. 8. 104–111. 10.1016 / j.promfg.2017.02.013.
[2] Бернардини, Анналиа и Барреро, Рикардо и Махарис, Кэти и Ван Мирло, Джоэри. (2015). Технологические решения, направленные на рекуперацию энергии торможения в метро: пример многокритериального анализа. BDC — Bollettino del Centro Calza Bini — Università degli Studi di Napoli Federico II. 14. 301-325. 10.6092 / 2284-4732 / 2929.
[3] Том Дентон, Автомобильные электрические и электронные системы, третье издание. Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 2004 г., стр. 129.
[4] https://industrial.panasonic.com/
[5] http://www.a123systems.com/
[6] http://www.molicel.com/
[7] http: // www.a123systems.com/
[8] http://www.toshiba.com/
[9] http://www.kokam.com/

Найдите разницу: литий-ионные и свинцово-кислотные батареи Электрические технологии

Транспорт с нулевым выбросом? Вот это здорово! Аккумуляторные электрические автобусы набирают скорость, что является новой нормой для экологически чистых перевозок. Но как именно они работают? Мы отвечаем на пять наиболее часто задаваемых вопросов об электрических автобусах.

1. Что такое электробус?

Электрический автобус с аккумулятором — это электромобиль, который заменяет традиционный двигатель внутреннего сгорания и трансмиссию на электродвигатель и аккумулятор. В электробусе больше нет двигателя и топливного бака. Вместо этого электродвигатель автобуса служит двигателем и трансмиссией, а аккумулятор — по сути, «топливным баком».

Электробусы

работают, посылая сигнал на контроллер системы трансмиссии при запуске.Этот сигнал питает высоковольтную батарею, в которой хранится химическая энергия, и преобразует ее в электрическую. Эта электрическая энергия затем распределяется по всем различным компонентам, которые приводят в движение автобус, таким как электродвигатель и система терморегулирования.

Школьный электрический автобус Bluebird с аккумуляторной батареей, оснащенный аккумуляторной системой Cummins Электробус с аккумуляторной батареей Gillig, оснащенный аккумуляторной системой Cummins

2. Каков запас хода электрического автобуса?

Дальность действия электрического автобуса — это расстояние, которое автобус может преодолеть, прежде чем разрядится.Как долго этот диапазон зависит от множества факторов, включая размер батареи и рабочие циклы.

Размер батареи зависит от размера «топливного бака» электромобиля. Батареи большего размера могут накапливать больше энергии, что, в свою очередь, позволяет заряжать их на большие расстояния. Например, для транзитных автобусов обычно требуются батареи большего размера, чем для школьных автобусов, потому что они должны работать в течение более длительных периодов времени и для этого требуется больше топлива.

Второй фактор, который существенно влияет на запас хода электрического автобуса, — это рабочий цикл.Рабочие циклы описывают, как используется автомобиль, и помогают определить производительность и срок службы батареи.

Маршрут электрического автобуса с аккумулятором нанесен на карту

Чтобы понять рабочие циклы, рассмотрим следующую аналогию:

• Вы живете на третьем этаже многоквартирного дома и любите подниматься по лестнице. Энергия, необходимая для подъема по этим лестничным пролетам, не слишком утомительна, и вы будете работать в «легком» цикле.
• Предположим, вы должны нести с собой груз весом 50 фунтов на три лестничных пролета.В этом случае вы работаете усерднее и будете работать в «среднем» цикле.
• Итак, вы решили пронести пианино на три лестничных пролета. Вы используете максимум энергии и будете работать в «тяжелом» цикле.

Для автобусов факторы, влияющие на нагрузку на рабочий цикл, включают дорожные условия, условия движения, скорость автомобиля, количество остановок / пусков, изменение высоты, скорость разгона, перевозимый вес, погоду и многое другое. Более легкий рабочий цикл потребляет меньше энергии, чем более тяжелый рабочий цикл.Таким образом, при малой нагрузке электрические автобусы могут достичь большей дальности полета.

3. Как заряжаются электрические автобусы?

Есть несколько способов зарядки электромобилей. Что лучше всего подходит для конкретного автопарка, зависит от продолжительности включения и размера батареи автобусов.

Сегодня существует два основных типа зарядных устройств для электробуса:

1. Зарядные устройства
2. Зарядное устройство с пантографом

Зарядные устройства для автобусов работают аналогично зарядным устройствам для электромобилей.В электрических автобусах есть порты, к которым может подключаться водитель. При использовании этого метода зарядка может занять от двух до восьми часов в зависимости от силы тока зарядного устройства (что мы вскоре объясним).

Сменное зарядное устройство для электрического школьного автобуса

Новое, более автономное зарядное устройство — это зарядное устройство с пантографом. С помощью этого зарядного устройства автобусы проезжают под зарядной станцией, а роботизированные манипуляторы прикрепляются к электрическим проводам в верхней части автомобиля, чтобы заряжать его. Это зарядное устройство предназначено для пропускания большего тока и обеспечивает более быструю зарядку.

Зарядное устройство не только подключаемое к электросети, но и пантографическое, оно также отличается тем, как оно преобразует электрические токи, и классифицируется как зарядное устройство постоянного тока (DC) или зарядное устройство переменного тока (AC). Для работы всех аккумуляторов требуется питание постоянного тока, и оба типа зарядных устройств преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Зарядные устройства постоянного тока быстрее, но стоят дороже. Зарядные устройства переменного тока медленнее, но очень доступны.
В то время как сменные зарядные устройства могут быть зарядными устройствами переменного или постоянного тока, зарядные устройства с пантографом могут быть только постоянного тока.Сменные зарядные устройства постоянного тока могут заряжать аккумулятор до 150 кВт, а зарядные устройства с пантографом могут заряжать до 350 кВт.

Независимо от того, какую зарядку вы выберете, компания Cummins упорно работала над тем, чтобы наши аккумуляторные системы были совместимы со всеми ведущими зарядными устройствами, доступными на сегодняшнем рынке.

Водитель автобуса, управляющий школьным электрическим автобусом Blue Bird.

4. Почему аккумуляторные электрические автобусы становятся все более популярными?

Устойчивое развитие является основным фактором, способствующим тому, что электрические автобусы становятся все более распространенными.По мере того как правительства вводят более строгие нормы выбросов, а корпорации продвигают свои цели в области устойчивого развития, электрические автобусы рассматриваются как подходящее решение с нулевым уровнем выбросов, которое может помочь городам и общинам достичь своих экологических целей без ущерба для их транспортной инфраструктуры.

Автобусы с электроприводом

также обладают мгновенным крутящим моментом, который улучшает управляемость / ходовые качества. Водители могут быстрее ускоряться, что делает автобусы с электрифицированными системами более привлекательными.

Автобусы с электроприводом

также обеспечивают повышенный комфорт водителя. Это связано с тем, что электродвигатели намного тише и обеспечивают плавное управление. Такой улучшенный опыт вождения снижает утомляемость водителя.

5. Электробусы дешевле?

Хотя первоначальная стоимость покупки электробуса не ниже, чем у автобусов с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), они становятся более доступными. Существует ряд программ стимулирования, которыми покупатели могут воспользоваться, благодаря которым электрические автобусы становятся дешевле обычных автобусов для города или района.

Снижение затрат происходит с течением времени при эксплуатации парка электрических автобусов. У них более низкие затраты на техническое обслуживание и топливо, так как им не требуется дизельное топливо. Электрические автобусы также работают более эффективно благодаря рекуперативному торможению, которое одновременно снижает износ тормозной системы и улавливает кинетическую энергию, которая возвращается в аккумулятор, чтобы увеличить запас хода автобуса. При традиционном торможении кинетическая энергия когда-то «растрачивалась» через рабочие тормоза и превращалась в тепло, что означает, что рекуперативное торможение более эффективно.

Техник, работающий над ходовой частью электрического школьного автобуса Blue Bird.

По всей территории США сообщества стремятся сделать свой автопарк более экологичным и уже начали добавлять в свой парк электрифицированные школьные и транзитные автобусы. Только компания Cummins уже помогла доставить более 400 автобусов по всей стране, каждый из которых оснащен аккумуляторной электрической системой Cummins. Эта система построена таким образом, чтобы при использовании не было вредных выбросов, сокращать объем обслуживания и обеспечивать экономию при сохранении рабочих характеристик автомобиля.