Hibrit ve elektrikli araçlar için piller

Bir önceki yazımızda, öncelikle bir araba çalıştırmak için gerekli olan bir elektrik kaynağı olarak ve ayrıca elektrikli ekipmanın nispeten kısa süreli çalışması için pili tartıştık. Ancak, bizim durumumuzda, hibrit araçlar ve elektrikli araçlar gibi büyük mobil cihazların sevki alanında kullanılan pillerin özelliklerine tamamen farklı gereksinimler getirilmektedir. Bir araca güç sağlamak için çok daha büyük miktarda depolanmış enerji gereklidir ve bir yerde depolanması gerekir. İçten yanmalı motora sahip klasik bir otomobilde benzin, dizel veya LPG şeklinde depoda depolanır. Elektrikli araçta ya da hibrit araçta ise pillerde depolanıyor ki bu da elektrikli bir aracın temel sorunu olarak tanımlanabiliyor.

Mevcut akümülatörler çok az enerji depolayabilir, ancak oldukça hacimli, ağırdır ve aynı zamanda onları maksimuma (genellikle 8 veya daha fazla) yenilemek birkaç saat sürer. Buna karşılık, içten yanmalı motorlara sahip geleneksel araçlar, şarj edilmesi yalnızca bir, belki iki dakika sürmesi koşuluyla, pillere kıyasla küçük bir kutuda büyük miktarda enerji depolayabilir. Ne yazık ki, elektriği depolama sorunu, başlangıcından bu yana elektrikli araçları rahatsız etti ve yadsınamaz ilerlemeye rağmen, bir araca güç sağlamak için gereken enerji yoğunluğu hala çok düşük. Aşağıdaki satırlarda, tasarruf e-postası Enerjiyi daha ayrıntılı olarak tartışacağız ve saf elektrikli veya hibrit tahrikli otomobillerin gerçek gerçekliğini daha da yakınlaştırmaya çalışacağız. Bu "elektronik arabalar" hakkında pek çok efsane var, bu yüzden bu tür sürücülerin avantajlarına veya dezavantajlarına daha yakından bakmaktan zarar gelmez.

Ne yazık ki üreticilerin verdiği rakamlar da oldukça şüpheli ve oldukça teorik. Örneğin Kia Venga, 80 kW güce ve 280 Nm torka sahip bir elektrik motoru içerir. Güç, 24 kWh kapasiteli lityum iyon pillerle sağlanır, üreticiye göre Kia Vengy EV'nin tahmini menzili 180 km'dir. Pillerin kapasitesi, tam olarak şarj edildiğinde 24 kW'lık bir motor tüketimi sağlayabileceklerini veya yarım saatte 48 kW'lık bir tüketimi besleyebileceklerini vb. Basit bir yeniden hesaplama ve 180 km gidemeyeceğiz. . Böyle bir menzil düşünmek isteseydik, ortalama 60 km/h ile yaklaşık 3 saat sürmemiz gerekirdi ve motor gücü nominal değerin sadece onda biri, yani 8 kW olurdu. Başka bir deyişle, gerçekten dikkatli (dikkatli) bir sürüşle, işte neredeyse kesinlikle frene basacağınız böyle bir sürüş teorik olarak mümkündür. Tabii ki, çeşitli elektrikli aksesuarların dahil edilmesini düşünmüyoruz. Klasik bir arabaya kıyasla ne kadar özverili olduğunu herkes tahmin edebilir. Aynı zamanda klasik Venga'ya 40 litre mazot döküyor ve kısıtlama olmaksızın yüzlerce ve yüzlerce kilometre gidiyorsunuz. Neden böyle? Bu enerjinin ne kadarını ve klasik bir arabanın depoda ne kadar ağırlık tutabileceğini ve bir elektrikli arabanın pillerde ne kadar tutabileceğini karşılaştırmaya çalışalım - daha fazlasını buradan okuyun.

Kimya ve fizikten birkaç gerçek

• benzinin kalorifik değeri: 42,7 MJ/kg,
• dizel yakıtın kalorifik değeri: 41,9 MJ/kg,
• benzin yoğunluğu: 725 kg / m3,
• yağ yoğunluğu: 840 kg/m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Enerji, joule (J), kilovat saat (kWh) cinsinden ölçülen iş yapma yeteneğidir. İş (mekanik), vücudun hareketi sırasında enerjideki bir değişiklikle kendini gösterir, enerji ile aynı birimlere sahiptir. Güç, birim zamanda yapılan iş miktarını ifade eder, temel birim watt'tır (W).

Enerji kaynaklarının özgül gücü

Enerji kaynağı	Kalorifik değer / kg yoğunluk	Kalorifik değer / l Enerji / l	Enerji / kg
Benzin	42,7 MJ/kg 725 kg/m3	30,96 MJ/l 8,60 kWh/l	11,86 kWh / kg
Sıvı yağ	41,9 MJ/kg 840 kg/m3	35,20 MJ/l 9,78 kWh/l	11,64 kWh / kg
Li-ion pil (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Yukarıdakilerden, örneğin 42,7 MJ / kg kalorifik değeri ve 725 kg / m3 yoğunluğu ile benzinin litre başına 8,60 kWh veya kilogram başına 11,86 kWh enerji sunduğu açıktır. Şu anda elektrikli araçlara takılan mevcut pilleri, örneğin lityum iyonu oluşturursak, kapasiteleri kilogram başına 0,1 kWh'den azdır (basitlik için 0,1 kWh'yi dikkate alacağız). Geleneksel yakıtlar, aynı ağırlık için yüz kat daha fazla enerji sağlar. Bunun çok büyük bir fark olduğunu anlayacaksınız. Küçük parçalara ayıracak olursak, örneğin 31 kWh pilli bir Chevrolet Cruze, 2,6 kg'dan daha az benzine veya tercih ederseniz yaklaşık 3,5 litre benzine sığabilecek enerjiyi taşır.

Bir elektrikli arabanın nasıl çalışacağını ve 100 km'den fazla enerjiye sahip olmayacağını söyleyebilirsiniz. Nedeni basit. Elektrik motoru, depolanan enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmek açısından çok daha verimlidir. Tipik olarak, bir içten yanmalı motorun verimliliği benzinli motor için yaklaşık %90 ve dizel motor için yaklaşık %30 iken, verimi %35 olmalıdır. Bu nedenle elektrik motoruna aynı gücü sağlamak için çok daha düşük bir enerji rezervi ile yeterlidir.

Bireysel sürücülerin kullanım kolaylığı

Basitleştirilmiş hesabı değerlendirdikten sonra, bir litre benzinden yaklaşık 2,58 kwh, bir litre mazottan 3,42 kwh ve bir kilogram lityum-iyon pilden yaklaşık 0,09 kwh mekanik enerji elde edebileceğimiz varsayılmıştır. Yani fark yüz kattan fazla değil, sadece otuz kat kadar. Bu en iyi sayı, ama yine de gerçekten pembe değil. Örneğin, sportif Audi R8'i düşünün. 470 kg ağırlığındaki tam şarjlı pilleri, 16,3 litre benzin veya sadece 12,3 litre dizel yakıta eşdeğer enerjiye sahiptir. Ya da 4 litre dizel yakıt depo kapasitesine sahip bir Audi A3,0 62 TDI'mız olsaydı ve aynı menzili tamamen akü tahrikinde elde etmek isteseydik, yaklaşık 2350 kg aküye ihtiyacımız olurdu. Şimdiye kadar bu gerçek, elektrikli otomobile çok parlak bir gelecek sağlamıyor. Bununla birlikte, bu tür "e-arabaları" geliştirme baskısı acımasız yeşil lobi tarafından kaldırılacağından, çavdarın üzerine av tüfeği atmaya gerek yok, bu nedenle otomobil üreticileri beğensin ya da beğenmesin, "yeşil" bir şey üretmeleri gerekiyor. " “. Tamamen elektrikli tahrikin kesin bir ikamesi, içten yanmalı bir motoru bir elektrik motoruyla birleştiren sözde hibritlerdir. Şu anda en iyi bilinenler, örneğin Toyota Prius (aynı hibrit teknolojisine sahip Auris HSD) veya Honda Inside'dır. Bununla birlikte, tamamen elektrikli menzilleri hala gülünç. İlk durumda, yaklaşık 2 km (Plug In'in en son sürümünde, 20 km'ye "arttırılır") ve ikinci durumda, Honda tamamen elektrikli bir sürücüyü bile çalmıyor. Şimdiye kadar, pratikte ortaya çıkan etkinlik, kitlesel reklamcılığın öne sürdüğü kadar mucizevi değil. Gerçek, çoğunlukla konvansiyonel teknoloji ile herhangi bir mavi hareketle (ekonomi) renklendirebileceklerini göstermiştir. Hibrit elektrik santralinin avantajı, şehir içinde sürüş sırasında esas olarak yakıt ekonomisinde yatmaktadır. Audi kısa bir süre önce, bazı markaların bir arabaya hibrit sistem kurarak elde ettiği yakıt ekonomisinin aynısını ortalama olarak elde etmek için şu anda yalnızca vücut ağırlığını azaltmanın gerekli olduğunu söyledi. Bazı arabaların yeni modelleri de bunun karanlığa bir çığlık olmadığını kanıtlıyor. Örneğin, yakın zamanda tanıtılan yedinci nesil Volkswagen Golf, öğrenmek için daha hafif bileşenler kullanıyor ve pratikte aslında eskisinden daha az yakıt kullanıyor. Japon otomobil üreticisi Mazda da benzer bir yön aldı. Bu iddialara rağmen, "uzun menzilli" bir hibrit tahrikin geliştirilmesi devam ediyor. Örnek olarak Opel Ampera'dan ve paradoksal olarak Audi A1 e-tron modelinden bahsedeceğim.

Bireysel sürücülerin kullanım kolaylığı

Enerji kaynağı	motor verimliliği	Etkin enerji / l	Etkin enerji / kg
Benzin	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Sıvı yağ	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Lityum iyon piller	0,90	-	TAMAM. 0,1 kWh / kg

Opel Amper

Opel Ampera genellikle elektrikli bir araç olarak sunulsa da aslında hibrit bir araç. Ampere'de elektrik motoruna ek olarak 1,4 litrelik 63 kW içten yanmalı motor da kullanılıyor. Ancak bu benzinli motor doğrudan tekerlekleri tahrik etmez, daha çok akülerin elektriğinin bitmesi durumunda jeneratör görevi görür. enerji. Elektrikli kısım, 111 kW (150 hp) çıkışa ve 370 Nm torka sahip bir elektrik motoru ile temsil edilir. Güç kaynağı 220 T-şekilli lityum hücreler tarafından desteklenmektedir.Toplam 16 kWh güce ve 180 kg ağırlığa sahiptirler. Bu elektrikli araba, tamamen elektrikli bir sürüşle 40-80 km yol kat edebiliyor. Bu mesafe genellikle tüm gün şehir içi sürüş için yeterlidir ve yanmalı motorlar söz konusu olduğunda şehir trafiği önemli ölçüde yakıt tüketimi gerektirdiğinden işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltır. Piller ayrıca standart bir prizden şarj edilebiliyor ve içten yanmalı motorla birleştirildiğinde Ampera'nın menzili çok saygın beş yüz kilometreye kadar çıkıyor.

Audi e-elektron A1

Teknik olarak çok zorlu bir hibrit sürüş yerine daha ileri teknolojiye sahip klasik bir sürüşü tercih eden Audi, iki yıldan uzun bir süre önce ilginç bir A1 e-tron hibrit otomobili tanıttı. 12 kWh kapasiteli ve 150 kg ağırlığındaki lityum-iyon piller, 254 litrelik bir depoda depolanan benzin formundaki enerjiyi kullanan bir jeneratörün parçası olarak bir Wankel motor tarafından şarj ediliyor. Motorun hacmi 15 metreküptür. cm ve 45 kW/h el üretir. enerji. Elektrik motoru 75 kW güce sahip ve kısa sürede 0 kW'a kadar güç üretebiliyor. 100'den 10'a hızlanma yaklaşık 130 saniye ve yaklaşık 50 km / s azami hız Araba, tamamen elektrikli bir sürüşle şehir içinde yaklaşık 12 km yol alabiliyor. e'nin tükenmesinden sonra. enerji, döner içten yanmalı motor tarafından ihtiyatlı bir şekilde etkinleştirilir ve elektriği yeniden doldurur. piller için enerji. Tam şarjlı piller ve 250 litre benzinle toplam menzil yaklaşık 1,9 km ve 100 km'de ortalama 1450 litre tüketim. Aracın çalışma ağırlığı 12 kg'dır. 30 litrelik bir depoda ne kadar enerjinin saklı olduğunu doğrudan karşılaştırmalı olarak görmek için basit bir dönüştürmeye göz atalım. Modern bir Wankel motor veriminin %70 olduğunu varsayarsak, 9 kg'ı 12 kg (31 L) benzinle birlikte pillerde depolanan 79 kWh enerjiye eşdeğerdir. Yani 387,5 kg motor ve depo = 1 kg pil (Audi A9 e-Tron ağırlıklarında hesaplanmıştır). Yakıt deposunu 62 litre artırmak isteseydik, arabayı çalıştırmak için halihazırda XNUMX kWh enerjimiz olurdu. Böylece devam edebilirdik. Ama bir yakalaması olmalı. Artık "yeşil" bir araba olmayacak. Dolayısıyla burada bile elektrikli tahrikin pillerde depolanan enerjinin güç yoğunluğuyla önemli ölçüde sınırlandığı açıkça görülüyor.

Özellikle, yüksek fiyatın yanı sıra yüksek ağırlık, Audi'deki hibrit sürüşün yavaş yavaş arka planda kaybolmasına neden oldu. Ancak bu, Audi'deki hibrit otomobillerin ve elektrikli araçların gelişiminin tamamen değer kaybettiği anlamına gelmiyor. A1 e-tron modelinin yeni versiyonu hakkında bilgiler geçtiğimiz günlerde ortaya çıktı. Bir öncekiyle karşılaştırıldığında, döner motor/jeneratör, 1,5 kW 94 litrelik üç silindirli turboşarjlı bir motorla değiştirildi. Klasik içten yanmalı ünitenin kullanımı, Audi tarafından esas olarak bu şanzımanla ilgili zorluklar nedeniyle zorlandı ve yeni üç silindirli motor, yalnızca pilleri şarj etmek için değil, aynı zamanda doğrudan tahrik tekerlekleriyle çalışmak için tasarlandı. Sanyo pilleri 12kWh'lik benzer bir çıkışa sahiptir ve tamamen elektrikli tahrikin menzili biraz artırılarak yaklaşık 80km'ye çıkarılmıştır. Audi, yükseltilmiş A1 e-tron'un yüz kilometrede ortalama bir litre olması gerektiğini söylüyor. Ne yazık ki, bu masrafın bir engeli var. Genişletilmiş saf elektrikli menzile sahip hibrit araçlar için. sürücü, son debiyi hesaplamak için ilginç bir teknik kullanır. Sözde tüketim göz ardı edilir. yakıt ikmali akü şarj ağı ve nihai tüketim l / 100 km, elektrik varken yalnızca son 20 km'lik sürüş için benzin tüketimini hesaba katar. pil şarjı. Çok basit bir hesapla, piller uygun şekilde boşalmışsa bunu hesaplayabiliriz. elektrikler kesildikten sonra yola çıktık. tamamen benzinli pillerden elde edilen enerji, sonuç olarak tüketim beş kat, yani 5 km'de 100 litre benzin artacaktır.

Audi A1 e-tron II. nesil

Elektrik depolama sorunları

Enerji depolama konusu, elektrik mühendisliğinin kendisi kadar eskidir. İlk elektrik kaynakları galvanik hücrelerdi. Kısa bir süre sonra, galvanik ikincil hücrelerde - pillerde tersine çevrilebilir bir elektrik birikimi süreci olasılığı keşfedildi. İlk kullanılan piller, kısa bir süre sonra nikel-demir ve biraz sonra nikel-kadmiyum olan kurşun pillerdi ve pratik kullanımları yüz yıldan fazla sürdü. Bu alanda dünya çapında yoğun araştırmalara rağmen temel tasarımlarının pek değişmediğini de eklemek gerekir. Yeni üretim teknolojilerini kullanarak, temel malzemelerin özelliklerini iyileştirerek ve hücre ve hazne ayırıcılar için yeni malzemeler kullanarak, özgül ağırlığı bir miktar azaltmak, hücrelerin kendi kendine boşalmasını azaltmak ve operatörün konforunu ve güvenliğini artırmak mümkün olmuştur. ama hepsi bu kadar. En önemli dezavantaj, yani. Depolanan enerji miktarının pillerin ağırlığına ve hacmine oranı çok elverişsizdi. Bu nedenle, bu piller ağırlıklı olarak statik uygulamalarda (ana güç kaynağının arızalanması durumunda yedek güç kaynakları vb.) kullanılmıştır. Piller, özellikle ağır ağırlık ve önemli boyutların da çok fazla müdahale etmediği demiryollarında (taşıma arabaları) çekiş sistemleri için bir enerji kaynağı olarak kullanıldı.

Enerji depolama ilerlemesi

Ancak amper saatte küçük kapasite ve boyutlara sahip hücrelerin geliştirilmesi ihtiyacı artmıştır. Böylece alkalin birincil hücreler ve nikel-kadmiyum (NiCd) ve ardından nikel-metal hidrit (NiMH) pillerin sızdırmaz versiyonları oluşturulmuştur. Hücrelerin kapsüllenmesi için, şimdiye kadar geleneksel olan birincil çinko klorür hücreleriyle aynı manşon şekilleri ve boyutları seçilmiştir. Özellikle, nikel-metal hidrit pillerin elde edilen parametreleri, özellikle cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda, araçların manuel sürücülerinde vb. Kullanılmasını mümkün kılar. Bu hücrelerin üretim teknolojisi, piller için kullanılan teknolojilerden farklıdır. amper-saat cinsinden büyük kapasite. Büyük hücreli elektrot sisteminin katmanlı düzeninin yerini, ayırıcılar da dahil olmak üzere elektrot sistemini, AAA, AA, C ve D boyutlarındaki normal şekilli hücrelerle yerleştirilen ve temas ettirilen silindirik bir bobine dönüştürme teknolojisi ile değiştirilir. büyüklüklerinin katları. Bazı özel uygulamalar için özel düz hücreler üretilmektedir.

Spiral elektrotlu hermetik hücrelerin avantajı, klasik büyük hücre tasarımına kıyasla yüksek akımlarla ve bağıl enerji yoğunluğunun hücre ağırlığına ve hacmine oranıyla birkaç kat daha fazla şarj etme ve boşaltma yeteneğidir. Dezavantajı ise daha fazla kendi kendini boşaltma ve daha az çalışma döngüsüdür. Tek bir NiMH hücresinin maksimum kapasitesi yaklaşık 10 Ah'dir. Ancak diğer daha büyük çaplı silindirlerde olduğu gibi, elektrikli araçlarda kullanımı büyük ölçüde azaltan sorunlu ısı dağılımı nedeniyle çok yüksek akımların şarj edilmesine izin vermezler ve bu nedenle bu kaynak, hibrit bir sistemde (Toyota Prius) yalnızca yardımcı pil olarak kullanılır. 1,3 kWh).

Enerji depolama alanında önemli bir ilerleme, güvenli lityum pillerin geliştirilmesi olmuştur. Lityum, elektrokimyasal potansiyel değeri yüksek bir elementtir ancak oksidatif anlamda da son derece reaktiftir ve bu da lityum metalinin pratikte kullanımında sorunlara neden olur. Lityum atmosferik oksijenle temas ettiğinde, ortamın özelliklerine bağlı olarak patlama karakterine sahip olabilen yanma meydana gelir. Bu nahoş özellik, yüzey dikkatli bir şekilde korunarak veya daha az aktif lityum bileşikleri kullanılarak ortadan kaldırılabilir. Şu anda, amper-saat cinsinden 2 ila 4 Ah kapasiteli en yaygın lityum-iyon ve lityum-polimer piller. Kullanımları NiMh'ye benzer ve ortalama 3,2 V deşarj voltajında ​​6 ila 13 Wh enerji mevcuttur. Nikel-metal hidrit pillerle karşılaştırıldığında, lityum piller aynı hacim için iki ila dört kat daha fazla enerji depolayabilir. Lityum-iyon (polimer) piller, jel veya katı formda bir elektrolite sahiptir ve ilgili uygulamanın ihtiyaçlarına uyacak şekilde hemen hemen her şekilde milimetrenin birkaç onda biri kadar ince düz hücrelerde üretilebilir.

Bir binek araçtaki elektrikli tahrik, ana ve tek (elektrikli araba) olarak yapılabilir veya elektrikli tahrikin hem baskın hem de yardımcı çekiş kaynağı (hibrit tahrik) olabileceği kombine edilebilir. Kullanılan varyanta bağlı olarak, aracın çalışması için gereken enerji gereksinimleri ve dolayısıyla akülerin kapasitesi farklılık gösterir. Elektrikli araçlarda pil kapasitesi 25 ile 50 kWh arasında ve hibrit sürüşte doğal olarak daha düşük ve 1 ile 10 kWh arasında değişiyor. Verilen değerlerden, 3,6 V'luk bir (lityum) hücre voltajında ​​​​hücreleri seri olarak bağlamanın gerekli olduğu görülebilir. Dağıtım iletkenleri, invertörler ve motor sargılarındaki kayıpları azaltmak için, sürücüler için yerleşik ağda (12 V) normalden daha yüksek bir voltaj seçilmesi önerilir - yaygın olarak kullanılan değerler 250 ila 500 V arasındadır. bugün, Lityum piller açıkça en uygun tiptir. Kabul edilmelidir ki, özellikle kurşun asitli akülerle karşılaştırıldığında hala çok pahalıdırlar. Ancak, çok daha zordurlar.

Geleneksel lityum pil hücrelerinin nominal gerilimi 3,6 V'tur. Bu değer, sırasıyla geleneksel nikel-metal hidrit pillerden farklıdır. Nominal gerilimi 1,2 V (veya kurşun - 2 V) olan NiCd, pratikte kullanılırsa her iki türün birbirinin yerine geçmesine izin vermez. Bu lityum pillerin şarj edilmesi, özel bir şarj cihazı türü gerektiren ve özellikle diğer hücre türleri için tasarlanmış şarj sistemlerinin kullanılmasına izin vermeyen maksimum şarj voltajının değerini çok doğru bir şekilde koruma ihtiyacı ile karakterize edilir.

Lityum pillerin ana özellikleri

Elektrikli araçlar ve hibritler için pillerin temel özellikleri, şarj ve deşarj özellikleri olarak kabul edilebilir.

Şarj karakteristiği 

Şarj işlemi, şarj akımının düzenlenmesini gerektirir, hücre voltajının kontrolü ve mevcut sıcaklığın kontrolü göz ardı edilemez. Katot elektrotu olarak LiCoO2 kullanan günümüzde kullanılan lityum hücreler için maksimum şarj voltajı limiti hücre başına 4,20 ila 4,22 V'dir. Bu değerin aşılması hücrenin özelliklerinin zarar görmesine, tam tersine bu değere ulaşılamaması ise nominal hücre kapasitesinin kullanılmaması anlamına gelmektedir. Şarj için olağan IU karakteristiği kullanılır, yani ilk aşamada 4,20 V / hücre voltajına ulaşılana kadar sabit akımla şarj edilir. Şarj akımı, sırasıyla hücre üreticisi tarafından belirtilen izin verilen maksimum değerle sınırlıdır. şarj seçenekleri. İlk aşamadaki şarj süresi, şarj akımının büyüklüğüne bağlı olarak birkaç on dakikadan birkaç saate kadar değişir. Hücre voltajı kademeli olarak maks. 4,2 V değerleridir. Daha önce de belirtildiği gibi hücreye zarar verme riskinden dolayı bu gerilim aşılmamalıdır. Şarjın ilk aşamasında enerjinin %70-80'i hücrelerde depolanır, ikinci aşamada geri kalanı hücrelerde depolanır. İkinci aşamada, şarj voltajı izin verilen maksimum değerde tutulur ve şarj akımı yavaş yavaş azalır. Akım, hücrenin nominal deşarj akımının yaklaşık %2–3'üne düştüğünde şarj tamamlanmıştır. Daha küçük hücrelerde şarj akımlarının maksimum değeri de deşarj akımından birkaç kat daha yüksek olduğundan, ilk şarj aşamasında elektriğin önemli bir kısmı tasarruf edilebilir. nispeten çok kısa bir sürede (yaklaşık ½ ve 1 saat) enerji. Böylece acil bir durumda elektrikli bir aracın pillerini nispeten kısa sürede yeterli kapasiteye şarj etmek mümkün oluyor. Lityum pillerde bile belirli bir depolama süresinden sonra biriken elektrik azalır. Ancak, bu yalnızca yaklaşık 3 aylık kesinti süresinden sonra olur.

Deşarj özellikleri

Voltaj önce hızla 3,6–3,0 V'a düşer (deşarj akımının büyüklüğüne bağlı olarak) ve tüm deşarj boyunca neredeyse sabit kalır. E-posta arzının tükenmesinden sonra. enerji ayrıca hücre voltajını çok hızlı bir şekilde düşürür. Bu nedenle deşarj, üreticinin belirttiği 2,7 ila 3,0 V deşarj voltajından daha geç olmamalıdır.

Aksi takdirde ürünün yapısı zarar görebilir. Boşaltma işleminin kontrolü nispeten kolaydır. Sadece akımın değeri ile sınırlıdır ve son deşarj voltajının değerine ulaşıldığında durur. Tek sorun, sıralı bir düzende tek tek hücrelerin özelliklerinin asla aynı olmamasıdır. Bu nedenle, herhangi bir hücrenin voltajının son deşarj voltajının altına düşmemesine dikkat edilmelidir, çünkü bu hücreye zarar verebilir ve bu nedenle tüm pilin arızalanmasına neden olabilir. Bataryayı şarj ederken de aynı şey dikkate alınmalıdır.

Kobalt, nikel veya manganez oksidinin yerini fosfit Li3V2 (PO4) 3'ün aldığı farklı bir katot malzemesine sahip söz konusu lityum pil türü, uyumsuzluk nedeniyle hücrenin söz konusu zarar görme risklerini ortadan kaldırır. daha yüksek bir kapasite. Ayrıca beyan edilen hizmet ömürleri yaklaşık 2 şarj döngüsü (%000 deşarjda) ve özellikle hücre tamamen boşaldığında zarar görmeyeceği gerçeğidir. Avantajı ayrıca 80 V'a kadar şarj ederken yaklaşık 4,2'lik daha yüksek bir nominal voltajdır.

Yukarıdaki açıklamadan, bir yakıt deposunda fosil yakıtta depolanan enerjiye kıyasla, bir araba sürmek için enerji depolamak gibi şu anda lityum pillerin tek alternatif olduğu açıkça belirtilebilir. Aküye özgü kapasitedeki herhangi bir artış, bu çevre dostu sürücünün rekabet gücünü artıracaktır. Sadece gelişmenin yavaşlamayacağını, aksine birkaç mil ileri gideceğini umabiliriz.

Hibrit ve elektrikli pil kullanan araçlara örnekler

Toyota Prius, saf elektrikte düşük güç rezervine sahip klasik bir hibrittir. sürmek

Toyota Prius, öncelikle hızlanma için bir güç kaynağı olarak kullanılan ve maksimumda yaklaşık 1,3 km'lik bir mesafe için ayrı bir elektrikli sürücünün kullanılmasına izin veren 2 kWh NiMH pil kullanır. 50 km / s hız Plug-In versiyonu zaten 5,4 kWh kapasiteli lityum iyon piller kullanıyor ve bu da yalnızca maksimum hızda 14-20 km'lik bir elektrikli sürücüde sürüş yapmanızı sağlıyor. hız 100 km / s.

Saf e-postada artırılmış güç rezervine sahip Opel Ampere-hybrid. sürmek

Opel'in dört koltuklu beş kapılı Amper dediği genişletilmiş menzile (40-80 km) sahip elektrikli araç, 111 kW (150 hp) ve 370 Nm tork üreten bir elektrik motorundan güç alıyor. Güç kaynağı 220 T-şekilli lityum hücreler tarafından desteklenmektedir.Toplam 16 kWh güce ve 180 kg ağırlığa sahiptirler. Jeneratör, 1,4 kW çıkışlı 63 litre benzinli bir motordur.

Mitsubishi ve MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. arabalar

16 kWh kapasiteli lityum iyon aküler, NEDC (Yeni Avrupa Sürüş Döngüsü) standardına göre ölçüldüğü üzere, aracın şarj edilmeden 150 km'ye kadar seyahat etmesine olanak tanır. Yüksek voltajlı piller (330 V) zeminin içinde bulunur ve ayrıca bir darbe durumunda beşik çerçevesi tarafından hasara karşı korunur. Mitsubishi ve GS Yuasa Corporation arasındaki bir ortak girişim olan Lithium Energy Japan'ın bir ürünüdür. Toplam 88 makale var. Sürücünün elektriği, toplam kapasitesi 330 kWh olan 88 50 Ah hücreden oluşan 16 V lityum iyon pil ile sağlanır. Pil, harici bir hızlı şarj cihazı (125 A, 400 V) kullanılarak altı saat içinde bir ev prizinden şarj edilecek, pil yarım saatte %80'e kadar şarj edilecektir.

Ben kendim elektrikli araçların büyük bir hayranıyım ve bu alanda neler olup bittiğini sürekli izliyorum, ancak şu anda gerçek o kadar iyimser değil. Bu, hem saf elektrikli hem de hibrit araçların ömrünün kolay olmadığını ve çoğu zaman sadece bir sayı oyunu gibi göründüğünü gösteren yukarıdaki bilgilerle de doğrulanmaktadır. Üretimleri hala çok zahmetli ve pahalıdır ve etkinlikleri defalarca tartışılabilir. Elektrikli araçların (hibrit) ana dezavantajı, geleneksel yakıtlarda (dizel, benzin, sıvılaştırılmış petrol gazı, sıkıştırılmış doğal gaz) depolanan enerjiye kıyasla pillerde depolanan enerjinin çok düşük özgül kapasitesidir. Elektrikli araçların gücünü gerçekten geleneksel arabalara yaklaştırmak için pillerin ağırlıklarını en az onda bir oranında azaltması gerekir. Bu, bahsedilen Audi R8 e-tron'un 42 kg'da değil, 470 kg'da 47 kWh depolaması gerektiği anlamına gelir. Ek olarak, şarj süresinin önemli ölçüde azaltılması gerekecektir. %70-80 kapasitede yaklaşık bir saat hala çok fazla ve tam şarjla ortalama 6-8 saatten bahsetmiyorum. CO2 elektrikli araçların sıfır üretimi saçmalığına da inanmaya gerek yok. Hemen belirtelim ki, Prizlerimizdeki enerji de termik santraller tarafından üretiliyor ve sadece yeterli miktarda CO2 üretmiyorlar. Üretim için CO2 ihtiyacının klasik bir arabadan çok daha fazla olduğu böyle bir arabanın daha karmaşık üretiminden bahsetmiyorum bile. Ağır ve toksik maddeler içeren bileşenlerin sayısını ve bunların sonraki sorunlu imhasını unutmamalıyız.

Bahsedilen ve bahsedilmeyen tüm eksilerle, bir elektrikli otomobilin (hibrit) de yadsınamaz avantajları vardır. Şehir trafiğinde veya daha kısa mesafelerde, sadece frenleme sırasında enerji depolama (geri kazanım) ilkesi nedeniyle daha ekonomik çalıştıkları inkar edilemez, çünkü geleneksel araçlarda frenleme sırasında atık ısı şeklinde havaya atılır, değil. halka açık e-postadan ucuza yeniden şarj etmek için şehirde birkaç km sürüş olasılığından bahsedin. açık. Tamamen elektrikli bir araba ile klasik bir arabayı karşılaştırırsak, o zaman geleneksel bir arabada, kendi içinde oldukça karmaşık bir mekanik unsur olan içten yanmalı bir motor vardır. Gücünün bir şekilde tekerleklere aktarılması gerekiyor ve bu çoğunlukla manuel veya otomatik şanzımanla yapılıyor. Yolda hala bir veya daha fazla diferansiyel vardır, bazen ayrıca bir tahrik mili ve bir dizi aks mili vardır. Elbette arabanın da yavaşlaması, motorun soğuması gerekiyor ve bu termal enerji gereksiz yere artık ısı olarak çevreye kayboluyor. Elektrikli bir araba çok daha verimli ve daha basittir - (çok karmaşık olan bir hibrit sürücü için geçerli değildir). Elektrikli otomobilde vites kutuları, şanzımanlar, kardanlar ve yarım miller bulunmuyor, öndeki, arkadaki veya ortadaki motoru unutun. Radyatör, yani soğutucu ve marş içermez. Elektrikli arabanın avantajı, motorları doğrudan tekerleklere takabilmesidir. Ve aniden, her tekerleği diğerlerinden bağımsız olarak kontrol edebilen mükemmel ATV'ye sahipsiniz. Bu nedenle elektrikli bir araçla yalnızca bir tekerleği kontrol etmek zor olmayacak ve viraj almak için en uygun güç dağılımını seçmek ve kontrol etmek de mümkün. Motorların her biri, yine diğer tekerleklerden tamamen bağımsız olarak, kinetik enerjinin en azından bir kısmını tekrar elektrik enerjisine dönüştüren birer fren işlevi de görebilir. Sonuç olarak, geleneksel frenler çok daha az strese maruz kalacaktır. Motorlar, hemen hemen her zaman ve gecikme olmaksızın mevcut maksimum gücü üretebilir. Pillerde depolanan enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürmedeki verimlilikleri yaklaşık %90'dır, bu da geleneksel motorların yaklaşık üç katıdır. Sonuç olarak, artık ısı üretmezler ve soğutulmaları zor değildir. Bunun için ihtiyacınız olan tek şey iyi bir donanım, bir kontrol ünitesi ve iyi bir programcıdır.

Suma özeti. Elektrikli otomobiller veya Hibrit otomobiller, yakıt tasarruflu motorlara sahip klasik otomobillere daha da yakınsa, önlerinde hala çok zor ve zorlu bir yol var. Umarım bu, bir dizi yanıltıcı sayı veya tarafından onaylanmamıştır. yetkililerin abartılı baskısı. Ama umutsuzluğa kapılmayalım. Nanoteknolojinin gelişimi gerçekten büyük bir hızla ilerliyor ve belki de yakın gelecekte mucizeler bizi gerçekten bekliyor.

Son olarak, ilginç bir şey daha ekleyeceğim. Zaten bir güneş yakıt ikmali istasyonu var.

Toyota Industries Corp (TIC), elektrikli ve hibrit araçlar için bir solar şarj istasyonu geliştirdi. İstasyon ayrıca elektrik şebekesine de bağlı, bu nedenle 1,9 kW güneş panelleri daha büyük olasılıkla ek bir enerji kaynağı. Kendi kendine yeten (güneş) bir güç kaynağı kullanan şarj istasyonu maksimum 110 VAC / 1,5 kW güç sağlayabilir, şebekeye bağlandığında maksimum 220 VAC / 3,2 kW sunar.

Güneş panellerinden gelen kullanılmayan elektrik, daha sonra kullanılmak üzere 8,4 kWh depolayabilen pillerde depolanır. Dağıtım şebekesine veya tedarik istasyonu aksesuarlarına elektrik sağlamak da mümkündür. İstasyonda kullanılan şarj standlarında sırasıyla araçları tanımlayabilen yerleşik iletişim teknolojisi bulunmaktadır. sahipleri akıllı kart kullanıyor.

Piller için önemli terimler

• Güç - pilde depolanan elektrik yükünün (enerji miktarının) miktarını gösterir. Amper saat (Ah) veya küçük cihazlarda miliamper saat (mAh) cinsinden belirtilir. 1 Ah (= 1000 mAh) pil teorik olarak bir saat boyunca 1 amper verme kapasitesine sahiptir.
• İç direnç - pilin daha fazla veya daha az deşarj akımı sağlama yeteneğini gösterir. Örnek olarak, biri daha küçük çıkışlı (yüksek iç direnç) ve diğeri daha büyük (düşük iç direnç) olan iki kutu kullanılabilir. Bunları boşaltmaya karar verirsek, daha küçük bir boşaltma deliği olan bidon daha yavaş boşalacaktır.
• Pil anma gerilimi - nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit piller için 1,2 V, kurşun 2 V ve lityum 3,6 ila 4,2 V arasındadır. Çalışma sırasında bu voltaj nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit piller için 0,8 - 1,5 V arasında değişir, Kurşun için 1,7 - 2,3 V ve lityum için 3-4,2 ve 3,5-4,9.
• Şarj akımı, deşarj akımı – amper (A) veya miliamper (mA) cinsinden ifade edilir. Bu, söz konusu pilin belirli bir cihaz için pratik kullanımı için önemli bir bilgidir. Ayrıca, pilin kapasitesinin maksimumda kullanılması ve aynı zamanda bozulmaması için doğru şekilde şarj edilmesi ve boşaltılması için koşulları da belirler.
• Şarj deşarj eğrisi - pili şarj ederken veya boşaltırken zamana bağlı olarak voltajdaki değişimi grafiksel olarak gösterir. Bir pil boşaldığında, deşarj süresinin yaklaşık %90'ında tipik olarak küçük bir voltaj değişikliği olur. Bu nedenle, ölçülen voltajdan pilin mevcut durumunu belirlemek çok zordur.
• Kendi kendine deşarj, kendi kendine deşarj – Batarya her zaman elektriği koruyamaz. enerji, çünkü elektrotlardaki reaksiyon geri dönüşümlü bir süreçtir. Şarj edilmiş bir pil yavaş yavaş kendi kendine boşalır. Bu süreç birkaç haftadan aylara kadar sürebilir. Kurşun asitli piller söz konusu olduğunda bu, nikel-kadmiyum piller için ayda %5-20'dir - günlük elektrik yükünün yaklaşık %1'i, nikel-metal hidrit piller söz konusu olduğunda - aylık yaklaşık %15-20 ay ve lityum yaklaşık% 60 kaybeder. Üç aylık kapasite. Kendi kendine deşarj olması iç direnci kadar ortam sıcaklığına da bağlıdır (iç direnci yüksek olan piller daha az deşarj olur) ve elbette tasarım, kullanılan malzeme ve işçilik de önemlidir.
•  Pil (kitler) – Sadece istisnai durumlarda piller ayrı ayrı kullanılır. Genellikle bir set halinde bağlanırlar, neredeyse her zaman seri olarak bağlanırlar. Böyle bir setin maksimum akımı, tek bir hücrenin maksimum akımına eşittir, anma gerilimi, her bir hücrenin anma gerilimlerinin toplamıdır.
•  Pillerin birikmesi.  Yeni veya kullanılmamış bir pil, tercihen birkaç (3-5) yavaş tam şarj ve yavaş deşarj döngüsüne tabi tutulmalıdır. Bu yavaş işlem, pil parametrelerini istenilen seviyeye ayarlar.
•  Hafıza etkisi – Bu, pil yaklaşık sabit, çok fazla akım olmadan aynı seviyede şarj edilip boşaldığında olur ve hücrede tam şarj veya derin deşarj olmamalıdır. Bu yan etki NiCd'yi etkiledi (minimum düzeyde ayrıca NiMH).