Batérie pre hybridné a elektrické vozidlá

V našom predchádzajúcom článku sme diskutovali o batérii ako zdroji elektrickej energie, potrebnej predovšetkým na štartovanie auta, ako aj o relatívne krátkodobej prevádzke elektrického zariadenia. Na vlastnosti batérií používaných v oblasti pohonu veľkých mobilných zariadení, v našom prípade hybridných a elektrických vozidiel, sú však kladené úplne odlišné požiadavky. Na pohon vozidla je potrebné oveľa väčšie množstvo uloženej energie, ktoré je potrebné niekde uložiť. V klasickom aute so spaľovacím motorom je v nádrži uložený vo forme benzínu, nafty alebo LPG. V prípade elektrického vozidla alebo hybridného vozidla je uložené v batériách, čo možno označiť za hlavný problém elektrického vozidla.

Súčasné akumulátory dokážu uložiť málo energie, zatiaľ čo sú dosť objemné, ťažké a zároveň ich doplnenie na maximum (zvyčajne 8 a viac) trvá niekoľko hodín. Naproti tomu konvenčné vozidlá so spaľovacími motormi dokážu v porovnaní s batériami v malom puzdre uložiť veľké množstvo energie za predpokladu, že dobitie trvá iba minútu, možno dve. Problém skladovania elektrickej energie bohužiaľ sužuje elektrické vozidlá od ich vzniku a napriek nepopierateľnému pokroku je ich energetická hustota potrebná na pohon vozidla stále veľmi nízka. V nasledujúcich riadkoch, šetrenie e -mailu Podrobnejšie rozoberieme energiu a pokúsime sa priblížiť skutočnú realitu automobilov s čisto elektrickým alebo hybridným pohonom. Okolo týchto „elektronických áut“ koluje veľa mýtov, a preto nezaškodí bližšie sa pozrieť na výhody či nevýhody takýchto pohonov.

Bohužiaľ, údaje uvádzané výrobcami sú tiež veľmi pochybné a sú skôr teoretické. Napríklad Kia Venga obsahuje elektromotor s výkonom 80 kW a krútiacim momentom 280 Nm. Energiu dodávajú lítium-iónové batérie s kapacitou 24 kWh, odhadovaný dojazd Kia Vengy EV podľa výrobcu je 180 km. Kapacita batérií nám hovorí, že plne nabité dokážu zabezpečiť spotrebu motora 24 kW, alebo nakŕmiť spotrebu 48 kW za pol hodinu atď. Jednoduchý prepočet a 180 km nezvládneme. . Ak by sme chceli uvažovať o takomto dojazde, tak by sme museli jazdiť priemerne 60 km/h približne 3 hodiny a výkon motora by bol len desatina nominálnej hodnoty, teda 8 kW. Inými slovami, pri skutočne opatrnej (opatrnej) jazde, kde pri práci takmer určite využijete brzdu, je takáto jazda teoreticky možná. Samozrejme, neuvažujeme so zaradením rôznych elektropríslušenstiev. Každý si už vie predstaviť, aké je to sebazaprenie v porovnaní s klasickým autom. Do klasickej Vengy zároveň nalejete 40 litrov nafty a najazdíte stovky a stovky kilometrov bez obmedzení. prečo je to tak? Skúsme si porovnať, koľko tejto energie a koľko hmotnosti pojme klasické auto do nádrže a koľko elektromobil v batériách – viac čítajte TU.

Niekoľko faktov z chémie a fyziky

• výhrevnosť benzínu: 42,7 MJ / kg,
• výhrevnosť motorovej nafty: 41,9 MJ / kg,
• hustota benzínu: 725 kg / m3,
• hustota oleja: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energia je schopnosť vykonávať prácu, meraná v jouloch (J), kilowatthodinách (kWh). Práca (mechanická) sa prejavuje zmenou energie pri pohybe tela, má rovnaké jednotky ako energia. Výkon vyjadruje množstvo práce vykonanej za jednotku času, pričom základnou jednotkou je watt (W).

Špecifický výkon zdrojov energie

Energetický zdroj	Výhrevnosť / kg hustoty	Výhrevnosť / l Energia / l	Energia / kg
benzín	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Olej	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion batéria (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Z vyššie uvedeného je zrejmé, že napríklad s výhrevnosťou 42,7 MJ / kg a hustotou 725 kg / m3 ponúka benzín energiu 8,60 kWh na liter alebo 11,86 kWh na kilogram. Ak zostrojíme súčasné batérie, ktoré sú teraz nainštalované v elektrických vozidlách, napríklad lítium-iónových, ich kapacita je menšia ako 0,1 kWh na kilogram (pre jednoduchosť zvážime 0,1 kWh). Konvenčné palivá poskytujú viac ako stokrát viac energie pri rovnakej hmotnosti. Pochopíte, že to je obrovský rozdiel. Ak to rozoberieme na malé, napríklad Chevrolet Cruze s 31 kWh batériou unesie energiu, ktorá sa zmestí do necelých 2,6 kg benzínu alebo, ak chcete, asi 3,5 litra benzínu.

Môžete povedať, ako je možné, že sa elektromobil vôbec rozbehne, a nie, že bude mať stále viac ako 100 km energie. Dôvod je jednoduchý. Elektromotor je oveľa efektívnejší, pokiaľ ide o premenu uloženej energie na mechanickú. Spravidla by mala mať účinnosť 90%, zatiaľ čo účinnosť spaľovacieho motora je asi 30% v prípade benzínového motora a 35% v prípade dieselového motora. Na poskytnutie rovnakého výkonu elektromotoru si teda vystačí s oveľa nižšou energetickou rezervou.

Jednoduché použitie jednotlivých pohonov

Po vyhodnotení zjednodušeného výpočtu sa predpokladá, že z litra benzínu vieme získať približne 2,58 kWh mechanickej energie, z litra nafty 3,42 kWh a z kilogramu lítium-iónovej batérie 0,09 kWh. Rozdiel teda nie je viac ako stonásobný, ale len asi tridsaťnásobný. Toto je najlepšie číslo, ale stále nie ružové. Zoberme si napríklad športové Audi R8. Jeho plne nabité batérie s hmotnosťou 470 kg majú energetický ekvivalent 16,3 litra benzínu alebo len 12,3 litra nafty. Alebo ak by sme mali Audi A4 3,0 TDI s nádržou na 62 litrov nafty a chceli by sme mať rovnaký dojazd na čisto batériový pohon, potrebovali by sme približne 2350 2 kg batérií. Tento fakt zatiaľ nedáva elektromobilu príliš svetlú budúcnosť. Netreba však hádzať flintu do žita, keďže tlak na vývoj takýchto „éčiek“ odoberie neľútostná zelená lobby, takže či sa to automobilkám páči alebo nie, musia vyrábať niečo „zelené“ . “. Jednoznačnou náhradou za čisto elektrický pohon sú takzvané hybridy, ktoré kombinujú spaľovací motor s elektromotorom. Aktuálne najznámejšie sú napríklad Toyota Prius (Auris HSD s rovnakou hybridnou technológiou) alebo Honda Inside. Ich čisto elektrický dojazd je však stále na smiech. V prvom prípade asi 20 km (v najnovšej verzii Plug In je zväčšený „na“ 1 km) a v druhom Honda ani neklepe na čisto elektrický pohon. Výsledná efektivita v praxi zatiaľ nie je taká zázračná, ako naznačuje masová reklama. Realita ukázala, že ich dokážu zafarbiť akýmkoľvek modrým pohybom (ekonomickým) väčšinou konvenčnou technológiou. Výhoda hybridnej elektrárne spočíva najmä v úspore paliva pri jazde v meste. Audi nedávno uviedlo, že v súčasnosti je potrebné iba znížiť telesnú hmotnosť, aby sa dosiahla v priemere rovnaká spotreba paliva, akú dosahujú niektoré značky inštaláciou hybridného systému do auta. Že nejde o výkrik do tmy, dokazujú aj nové modely niektorých áut. Napríklad nedávno predstavená siedma generácia Volkswagenu Golf využíva na poučenie sa z ľahších komponentov a v praxi skutočne spotrebuje menej paliva ako predtým. Podobným smerom sa vydala aj japonská automobilka Mazda. Napriek týmto tvrdeniam vývoj „dlhého“ hybridného pohonu pokračuje. Ako príklad uvediem Opel Ampera a paradoxne model z Audi AXNUMX e-tron.

Jednoduché použitie jednotlivých pohonov

Energetický zdroj	Účinnosť motora	Efektívna energia / l	Efektívna energia / kg
benzín	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Olej	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Lítium-iónové batérie	0,90	-	OK. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Aj keď je Opel Ampera často predstavovaný ako elektrické vozidlo, v skutočnosti ide o hybridné vozidlo. Ampere používa okrem elektrického motora aj 1,4-litrový spaľovací motor s výkonom 63 kW. Tento benzínový motor však nepoháňa priamo kolesá, ale funguje ako generátor v prípade, že sa batériám vybije elektrická energia. energie. Elektrickú časť zastupuje elektromotor s výkonom 111 kW (150 k) a krútiacim momentom 370 Nm. Napájací zdroj je poháňaný lítiovými článkami 220 v tvare T. Majú celkový výkon 16 kWh a hmotnosť 180 kg. Toto elektrické auto dokáže prejsť 40-80 km na čisto elektrický pohon. Táto vzdialenosť často postačuje na celodennú jazdu v meste a výrazne znižuje prevádzkové náklady, pretože mestská doprava si v prípade spaľovacích motorov vyžaduje značnú spotrebu paliva. Batérie je možné nabíjať aj zo štandardnej zásuvky a v kombinácii so spaľovacím motorom sa dojazd Ampery predlžuje na veľmi úctyhodných päťsto kilometrov.

Audi e elektrón A1

Audi, ktoré uprednostňuje klasický pohon s vyspelejšou technológiou pred technicky veľmi náročným hybridným pohonom, pred viac ako dvoma rokmi predstavilo zaujímavý hybridný automobil A1 e-tron. Lítium-iónové batérie s kapacitou 12 kWh a hmotnosťou 150 kg nabíja Wankelov motor ako súčasť generátora, ktorý využíva energiu vo forme benzínu uloženú v 254-litrovej nádrži. Motor má objem 15 metrov kubických. cm a generuje 45 kW/h el. energie. Elektromotor má výkon 75 kW a za krátky čas dokáže vyprodukovať výkon až 0 kW. Zrýchlenie zo 100 na 10 je cca 130 sekúnd a maximálna rýchlosť cca 50 km/h Auto dokáže prejsť po meste cca 12 km na čisto elektrický pohon. Po vyčerpaní e. energia je diskrétne aktivovaná rotačným spaľovacím motorom a dobíja elektrinu. energie pre batérie. Celkový dojazd s plne nabitými batériami a 250 litrami benzínu je cca 1,9 km pri priemernej spotrebe 100 litrov na 1450 km. Prevádzková hmotnosť vozidla je 12 kg. Poďme sa pozrieť na jednoduchý prepočet, aby sme v priamom porovnaní videli, koľko energie sa skrýva v 30 litrovom zásobníku. Za predpokladu, že účinnosť moderného Wankelovho motora je 70 %, potom z toho 9 kg spolu s 12 kg (31 l) benzínu zodpovedá 79 kWh energie uloženej v batériách. Čiže 387,5 kg motora a nádrže = 1 kg batérií (prepočítané na hmotnosti Audi A9 e-Tron). Ak by sme chceli zväčšiť palivovú nádrž o 62 litrov, na pohon auta by sme už mali k dispozícii XNUMX kWh energie. Tak by sme mohli pokračovať. Musí mať však jeden háčik. Už to nebude „zelené“ auto. Takže aj tu je jasne vidieť, že elektrický pohon je výrazne obmedzený výkonovou hustotou energie uloženej v batériách.

Najmä vyššia cena, ako aj vysoká hmotnosť viedli k tomu, že hybridný pohon v Audi postupne ustúpil do úzadia. To však neznamená, že vývoj hybridných áut a elektromobilov v Audi úplne odpísal. Nedávno sa objavili informácie o novej verzii modelu A1 e-tron. Oproti predchádzajúcemu nahradil rotačný motor/generátor 1,5-litrový preplňovaný trojvalec s výkonom 94 kW. Použitie klasickej spaľovacej jednotky si Audi vynútilo najmä pre ťažkosti spojené s touto prevodovkou a nový trojvalcový motor je určený nielen na dobíjanie batérií, ale aj priamo na prácu s hnacími kolesami. Batérie Sanyo majú zhodný výkon 12 kWh a dojazd čisto elektrického pohonu sa mierne zvýšil na približne 80 km. Audi hovorí, že modernizovaný A1 e-tron by mal mať priemer jeden liter na sto kilometrov. Bohužiaľ, tento výdavok má jeden háčik. Pre hybridné vozidlá s predĺženým čisto elektrickým dojazdom. pohon využíva zaujímavú techniku ​​na výpočet konečného prietoku. Ignoruje sa takzvaná spotreba. tankovanie z sieť nabíjania batérie, ako aj konečná spotreba l / 100 km, zohľadňuje len spotrebu benzínu za posledných 20 km jazdy, keď je elektrina. nabitie batérie. Veľmi jednoduchým výpočtom to vieme vypočítať, ak boli batérie vhodne vybité. jazdili sme po výpadku prúdu. energie z čisto benzínových batérií sa v dôsledku toho spotreba zvýši päťkrát, teda 5 litrov benzínu na 100 km.

Audi A1 e-tron II. generácie

Problémy so skladovaním elektriny

Problematika skladovania energie je stará ako elektrotechnika sama. Prvými zdrojmi elektriny boli galvanické články. Po krátkom čase bola objavená možnosť reverzibilného procesu akumulácie elektrickej energie v galvanických sekundárnych článkoch – batériách. Prvými používanými batériami boli olovené batérie, po krátkom čase niklovo-železné a o niečo neskôr nikel-kadmiové a ich praktické využitie trvalo viac ako sto rokov. Treba tiež dodať, že napriek intenzívnemu celosvetovému výskumu v tejto oblasti sa ich základná konštrukcia príliš nezmenila. Použitím nových výrobných technológií, zlepšením vlastností základných materiálov a použitím nových materiálov pre separátory článkov a nádob sa podarilo mierne znížiť mernú hmotnosť, znížiť samovybíjanie článkov a zvýšiť komfort a bezpečnosť obsluhy. ale to je asi tak všetko. Najvýznamnejším nedostatkom, tj. Zostal veľmi nepriaznivý pomer množstva uskladnenej energie k hmotnosti a objemu batérií. Preto sa tieto batérie používali najmä v statických aplikáciách (záložné zdroje pre prípad výpadku hlavného zdroja a pod.). Batérie sa používali ako zdroj energie pre trakčné systémy najmä na železnici (prepravné vozíky), kde veľká hmotnosť a výrazné rozmery tiež príliš neprekážali.

Pokrok v skladovaní energie

Zvýšila sa však potreba vyvíjať bunky s malými kapacitami a rozmermi v ampérhodinách. Tak sa vytvorili alkalické primárne články a uzavreté verzie nikel-kadmiových (NiCd) a potom nikel-metal-hydridových (NiMH) batérií. Na zapuzdrenie buniek boli zvolené rovnaké tvary a veľkosti rukávov ako pre doteraz konvenčné primárne články chloridu zinočnatého. Dosiahnuté parametre nikel-metalhydridových batérií predovšetkým umožňujú ich použitie najmä v mobilných telefónoch, prenosných počítačoch, ručných pohonoch nástrojov atď. Technológia výroby týchto článkov sa líši od technológií používaných pre články s veľká kapacita v ampérhodinách. Lamelové usporiadanie systému veľkých článkových elektród je nahradené technológiou premeny elektródového systému vrátane separátorov na valcovitú cievku, ktorá je vložená a kontaktovaná s pravidelnými tvarovanými článkami veľkostí AAA, AA, C a D, resp. násobky ich veľkosti. Pre niektoré špeciálne aplikácie sa vyrábajú špeciálne ploché články.

Výhodou hermetických článkov so špirálovými elektródami je niekoľkonásobne väčšia schopnosť nabíjania a vybíjania vysokými prúdmi a pomer relatívnej hustoty energie k hmotnosti a objemu článku v porovnaní s klasickou veľkočlánkovou konštrukciou. Nevýhodou je väčšie samovybíjanie a menej pracovných cyklov. Maximálna kapacita jedného NiMH článku je približne 10 Ah. Ale rovnako ako u iných valcov s väčším priemerom neumožňujú nabíjanie príliš vysokými prúdmi kvôli problematickému odvodu tepla, čo značne znižuje využitie v elektromobiloch, a preto sa tento zdroj používa len ako pomocný akumulátor v hybridnom systéme (Toyota Prius 1,3 kWh).

Významným pokrokom v oblasti skladovania energie bol vývoj bezpečných lítiových batérií. Lítium je prvok s vysokou hodnotou elektrochemického potenciálu, je však mimoriadne reaktívny aj v oxidačnom zmysle, čo spôsobuje problémy aj pri použití kovového lítia v praxi. Pri kontakte lítia so vzdušným kyslíkom dochádza k horeniu, ktoré v závislosti od vlastností prostredia môže mať charakter výbuchu. Túto nepríjemnú vlastnosť možno eliminovať buď starostlivou ochranou povrchu, alebo použitím menej aktívnych zlúčenín lítia. V súčasnosti sú najbežnejšie lítium-iónové a lítium-polymérové ​​batérie s kapacitou 2 až 4 Ah v ampérhodinách. Ich použitie je podobné ako pri NiMh a pri priemernom vybíjacom napätí 3,2 V je k dispozícii 6 až 13 Wh energie. V porovnaní s nikel-metal hydridovými batériami dokážu lítiové batérie uchovať dva až štyrikrát viac energie pri rovnakom objeme. Lítium-iónové (polymérové) batérie majú elektrolyt v gélovej alebo pevnej forme a môžu sa vyrábať v plochých článkoch tenkých niekoľko desatín milimetra v prakticky akomkoľvek tvare, aby vyhovovali potrebám príslušnej aplikácie.

Elektrický pohon v osobnom automobile môže byť vyhotovený ako hlavný a jediný (elektromobil) alebo kombinovaný, kde elektrický pohon môže byť dominantným aj pomocným zdrojom trakcie (hybridný pohon). V závislosti od použitého variantu sa líšia energetické nároky na prevádzku vozidla a teda aj kapacita batérií. V elektromobiloch sa kapacita batérie pohybuje medzi 25 až 50 kWh, pri hybridnom pohone je prirodzene nižšia a pohybuje sa od 1 do 10 kWh. Z uvedených hodnôt je zrejmé, že pri napätí jedného (lítiového) článku 3,6 V je potrebné články zapájať do série. Pre zníženie strát v rozvodných vodičoch, meničoch a vinutiach motora sa odporúča pre pohony voliť vyššie napätie ako je obvyklé v palubnej sieti (12 V) - bežne používané hodnoty sú od 250 do 500 V. Od dnes sú lítiové články zjavne najvhodnejším typom. Je pravda, že sú stále veľmi drahé, najmä v porovnaní s olovenými batériami. Sú však oveľa ťažšie.

Menovité napätie bežných lítiových batériových článkov je 3,6 V. Táto hodnota je odlišná od bežných nikel-metal hydridových článkov, resp. NiCd, ktoré majú menovité napätie 1,2 V (alebo olovo - 2 V), čo pri použití v praxi neumožňuje zameniteľnosť oboch typov. Nabíjanie týchto lítiových akumulátorov sa vyznačuje potrebou veľmi presne udržiavať hodnotu maximálneho nabíjacieho napätia, čo si vyžaduje špeciálny typ nabíjačky a najmä neumožňuje použitie nabíjacích systémov určených pre iné typy článkov.

Hlavné charakteristiky lítiových batérií

Za hlavné charakteristiky batérií pre elektrické vozidlá a hybridy možno považovať ich charakteristiky nabíjania a vybíjania.

Nabíjacia charakteristika 

Proces nabíjania vyžaduje reguláciu nabíjacieho prúdu, kontrolu napätia článku a reguláciu aktuálnej teploty nemožno prehliadnuť. V prípade dnes používaných lítiových článkov, ktoré ako katódovú elektródu používajú LiCoO2, je maximálny limit nabíjacieho napätia 4,20 až 4,22 V na článok. Prekročenie tejto hodnoty vedie k poškodeniu vlastností článku a naopak, nedosiahnutie tejto hodnoty znamená nevyužitie nominálnej kapacity článku. Na nabíjanie sa používa obvyklá charakteristika IU, to znamená, že v prvej fáze sa nabíja konštantným prúdom, kým sa nedosiahne napätie 4,20 V / článok. Nabíjací prúd je obmedzený na maximálnu prípustnú hodnotu uvedenú výrobcom článku, resp. možnosti nabíjačky. Doba nabíjania v prvej fáze sa pohybuje od niekoľkých desiatok minút do niekoľkých hodín, v závislosti od veľkosti nabíjacieho prúdu. Napätie článku sa postupne zvyšuje až na max. hodnoty 4,2 V. Ako už bolo uvedené, toto napätie by nemalo byť prekročené kvôli riziku poškodenia článku. V prvej fáze nabíjania je v článkoch uložených 70 až 80% energie, v druhej fáze zvyšok. V druhej fáze sa nabíjacie napätie udržiava na maximálnej prípustnej hodnote a nabíjací prúd sa postupne znižuje. Nabíjanie je dokončené, keď prúd klesne na približne 2–3% menovitého vybíjacieho prúdu článku. Pretože maximálna hodnota nabíjacích prúdov v prípade menších článkov je tiež niekoľkonásobne vyššia ako vybíjací prúd, je možné značnú časť elektrickej energie ušetriť v prvej fáze nabíjania. energie v relatívne veľmi krátkom čase (približne ½ a 1 hodinu). V prípade núdze je teda možné v relatívne krátkom čase nabiť batérie elektrického vozidla na dostatočnú kapacitu. Aj v prípade lítiových článkov sa akumulovaná elektrina po určitej dobe skladovania zníži. K tomu však dôjde až po približne 3 mesiacoch prestávky.

Charakteristiky vypúšťania

Napätie najskôr rýchlo klesne na 3,6–3,0 V (v závislosti od veľkosti vybíjacieho prúdu) a zostane takmer konštantné v celom výboji. Po vyčerpaní dodávky e-mailu. energia tiež veľmi rýchlo znižuje napätie článku. Preto musí byť vybitie dokončené najneskôr od výrobcom špecifikovaného vybíjacieho napätia 2,7 až 3,0 V.

V opačnom prípade môže dôjsť k poškodeniu štruktúry výrobku. Proces vykladania je pomerne ľahko ovládateľný. Je obmedzená iba hodnotou prúdu a zastaví sa, keď sa dosiahne hodnota konečného vybíjacieho napätia. Jediným problémom je, že vlastnosti jednotlivých buniek v sekvenčnom usporiadaní nie sú nikdy rovnaké. Preto treba dávať pozor, aby napätie akéhokoľvek článku nekleslo pod konečné vybíjacie napätie, pretože to ho môže poškodiť a tým spôsobiť poruchu celej batérie. To isté je potrebné vziať do úvahy pri nabíjaní batérie.

Uvedený typ lítiových článkov s iným katódovým materiálom, v ktorých je oxid kobaltu, niklu alebo mangánu nahradený fosfidom Li3V2 (PO4) 3, eliminuje uvedené riziká poškodenia článku z dôvodu nedodržania. vyššiu kapacitu. Tiež je deklarovaná ich deklarovaná životnosť asi 2 nabíjacie cykly (pri 000% vybití) a hlavne fakt, že keď je článok úplne vybitý, nepoškodí sa. Výhodou je tiež vyššie menovité napätie asi 80 pri nabíjaní až 4,2 V.

Z vyššie uvedeného popisu je zrejmé, že lítiové batérie sú v súčasnosti jedinou alternatívou, ako je skladovanie energie na riadenie automobilu, v porovnaní s energiou uloženou vo fosílnych palivách v palivovej nádrži. Akékoľvek zvýšenie kapacity špecifickej pre batériu zvýši konkurencieschopnosť tohto ekologického pohonu. Môžeme len dúfať, že vývoj sa nespomalí, ale naopak, posunie sa niekoľko míľ dopredu.

Príklady vozidiel používajúcich hybridné a elektrické batérie

Toyota Prius je klasický hybrid s nízkou výkonovou rezervou na čisto elektrický pohon. riadiť

Toyota Prius používa batériu NiMH s výkonom 1,3 kWh, ktorá slúži predovšetkým ako zdroj energie pre akceleráciu a umožňuje použiť samostatný elektrický pohon na vzdialenosť približne 2 km pri max. rýchlosť 50 km / h. Verzia Plug-In už používa lítium-iónové batérie s kapacitou 5,4 kWh, čo vám umožňuje jazdiť výlučne na elektrický pohon na vzdialenosť 14-20 km maximálnou rýchlosťou. rýchlosť 100 km / h.

Opel Ampere-hybrid so zvýšenou výkonovou rezervou na čistý e-mail. riadiť

Elektromobil s predĺženým dojazdom (40-80 km), ako Opel nazýva štvorsedadlový päťdverový Amper, poháňa elektromotor s výkonom 111 kW (150 k) a krútiacim momentom 370 Nm. Napájací zdroj je poháňaný lítiovými článkami 220 v tvare T. Majú celkový výkon 16 kWh a hmotnosť 180 kg. Generátor je benzínový motor s objemom 1,4 litra a výkonom 63 kW.

Mitsubishi a MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. autá

Lítium-iónové batérie s kapacitou 16 kWh umožňujú vozidlu prejsť bez dobíjania až 150 km, merané podľa normy NEDC (New European Driving Cycle). Vysokonapäťové batérie (330 V) sú umiestnené vo vnútri podlahy a sú tiež chránené rámom kolísky pred poškodením v prípade nárazu. Je to produkt spoločnosti Lithium Energy Japan, spoločného podniku medzi spoločnosťami Mitsubishi a GS Yuasa Corporation. Existuje celkom 88 článkov. Elektrickú energiu pre pohon zaisťuje lítium-iónová batéria 330 V, ktorá sa skladá z 88 článkov 50 Ah s celkovou kapacitou 16 kWh. Batéria sa nabije z domácej zásuvky do šiestich hodín, pomocou externej rýchlonabíjačky (125 A, 400 V) sa batéria nabije na 80% za pol hodinu.

Sám som veľkým fanúšikom elektromobilov a neustále sledujem dianie v tejto oblasti, no realita momentálne nie je taká optimistická. Potvrdzujú to aj vyššie uvedené informácie, ktoré ukazujú, že život čisto elektrických aj hybridných vozidiel nie je jednoduchý a často sa zaň vydáva iba hra s číslami. Ich výroba je stále veľmi náročná a nákladná a ich účinnosť je opakovane diskutabilná. Hlavnou nevýhodou elektromobilov (hybridov) je veľmi nízka merná kapacita energie uloženej v batériách v porovnaní s energiou uloženou v klasických palivách (nafta, benzín, skvapalnený ropný plyn, stlačený zemný plyn). Aby sa výkon elektromobilov skutočne priblížil konvenčným autám, batérie by museli znížiť svoju hmotnosť aspoň o desatinu. To znamená, že spomínané Audi R8 e-tron malo uložiť 42 kWh nie do 470 kg, ale do 47 kg. Navyše by sa musel výrazne skrátiť čas nabíjania. Približne hodina pri 70-80% kapacity je stále veľa a to nehovorím o 6-8 hodinách v priemere na plné nabitie. Netreba veriť ani kecom o nulovej produkcii CO2 elektromobilov. Okamžite si všimnime skutočnosť, že Energiu v našich zásuvkách vyrábajú aj tepelné elektrárne a tie produkujú nielen dostatok CO2. Nehovoriac o zložitejšej výrobe takéhoto auta, kde je potreba CO2 na výrobu oveľa väčšia ako pri klasickom. Netreba zabúdať ani na množstvo komponentov obsahujúcich ťažké a toxické materiály a ich problematickú následnú likvidáciu.

So všetkými spomenutými aj nespomenutými mínusmi má elektromobil (hybrid) aj nepopierateľné výhody. V mestskej premávke alebo na kratšie vzdialenosti je nepopierateľná ich hospodárnejšia prevádzka, už len z dôvodu princípu akumulácie (rekuperácie) energie pri brzdení, kedy sa pri bežných vozidlách odoberá pri brzdení vo forme odpadového tepla do ovzdušia spomenúť možnosť pár km jazdy po meste za lacné dobitie z verejnej pošty. net. Ak porovnáme čistý elektromobil a klasický automobil, tak v bežnom aute je spaľovací motor, ktorý je sám o sebe pomerne zložitým mechanickým prvkom. Jeho výkon sa musí nejakým spôsobom prenášať na kolesá a väčšinou sa to deje cez manuálnu alebo automatickú prevodovku. V ceste je stále jeden alebo viac diferenciálov, niekedy aj hnací hriadeľ a séria nápravových hriadeľov. Samozrejme, aj auto potrebuje spomaliť, motor sa musí ochladiť a táto tepelná energia sa zbytočne stráca do okolia ako zvyškové teplo. Elektromobil je oveľa efektívnejší a jednoduchší – (neplatí pre hybridný pohon, ktorý je veľmi komplikovaný). Elektromobil neobsahuje prevodovky, prevodovky, kardany a polovičné hriadele, zabudnite na motor vpredu, vzadu či v strede. Neobsahuje chladič, teda chladiacu kvapalinu a štartér. Výhodou elektromobilu je, že dokáže inštalovať motory priamo do kolies. A zrazu máte perfektnú štvorkolku, ktorá dokáže ovládať každé koleso nezávisle od ostatných. Pri elektromobile teda nebude ťažké ovládať len jedno koleso a je možné voliť a ovládať aj optimálne rozloženie výkonu do zákrut. Každý z motorov môže byť aj brzdou, opäť úplne nezávislou od ostatných kolies, ktorá premieňa aspoň časť kinetickej energie späť na elektrickú energiu. V dôsledku toho budú konvenčné brzdy vystavené oveľa menšiemu namáhaniu. Motory dokážu vyprodukovať maximálny dostupný výkon takmer kedykoľvek a bez oneskorenia. Ich účinnosť pri premene energie uloženej v batériách na kinetickú energiu je asi 90 %, čo je asi trojnásobok oproti bežným motorom. Tým pádom nevytvárajú toľko zvyškového tepla a netreba ich zložito chladiť. Potrebujete k tomu len dobrý hardvér, riadiacu jednotku a dobrého programátora.

Suma sumárum. Ak sú elektromobily alebo hybridy ešte bližšie ku klasickým automobilom s úspornými motormi, stále ich čaká veľmi ťažká a ťažká cesta. Dúfam len, že to nie je potvrdené množstvom zavádzajúcich čísel resp. prehnaný tlak úradníkov. Ale nezúfajme. Rozvoj nanotechnológií ide skutočne míľovými krokmi a možno nás v blízkej budúcnosti skutočne čakajú zázraky.

Na záver pridám ešte jednu zaujímavosť. Už existuje solárna čerpacia stanica.

Spoločnosť Toyota Industries Corp (TIC) vyvinula solárnu nabíjaciu stanicu pre elektrické a hybridné vozidlá. Stanica je tiež napojená na elektrickú sieť, takže solárne panely s výkonom 1,9 kW sú pravdepodobnejšie ďalším zdrojom energie. Vďaka samostatnému (solárnemu) zdroju energie môže nabíjacia stanica poskytovať maximálny výkon 110 VAC / 1,5 kW, pri zapojení do siete ponúka maximálne 220 VAC / 3,2 kW.

Nevyužitá elektrická energia zo solárnych panelov je uložená v batériách, ktoré môžu uložiť 8,4 kWh pre neskoršie použitie. Rovnako je možné dodávať elektrickú energiu do distribučnej siete alebo príslušenstva napájacích staníc. Nabíjacie stojany používané na stanici majú v sebe zabudovanú komunikačnú technológiu schopnú identifikovať vozidlá, resp. ich majitelia používajú čipové karty.

Dôležité výrazy pre batérie

• Moc - udáva množstvo elektrického náboja (množstvo energie) uloženého v batérii. Udáva sa v ampérhodinách (Ah) alebo v prípade malých zariadení v miliampérhodinách (mAh). Batéria s kapacitou 1 Ah (= 1000 mAh) je teoreticky schopná dodávať 1 ampér po dobu jednej hodiny.
• Vnútorný odpor - označuje schopnosť batérie poskytovať väčší alebo menší vybíjací prúd. Pre ilustráciu možno použiť dva kanistre, jeden s menším vývodom (vysoký vnútorný odpor) a druhý s väčším (nízky vnútorný odpor). Ak sa ich rozhodneme vyprázdniť, kanister s menším odtokovým otvorom sa bude vyprázdňovať pomalšie.
• Menovité napätie batérie - pre nikel-kadmiové a nikel-metal hydridové batérie je to 1,2 V, olovené 2 V a lítiové od 3,6 do 4,2 V. Počas prevádzky sa toto napätie pohybuje v rozmedzí 0,8 - 1,5 V pre nikel-kadmiové a nikel-metal hydridové batérie, 1,7 - 2,3 V pre olovo a 3-4,2 a 3,5-4,9 pre lítium.
• Nabíjací prúd, vybíjací prúd – vyjadrené v ampéroch (A) alebo miliampéroch (mA). Ide o dôležité informácie pre praktické využitie predmetnej batérie pre konkrétne zariadenie. Taktiež určuje podmienky pre správne nabíjanie a vybíjanie batérie tak, aby bola maximálne využitá jej kapacita a zároveň nedošlo k jej zničeniu.
• Nabíjanie podľa vypúšťacia krivka - graficky zobrazuje zmenu napätia v závislosti od času pri nabíjaní alebo vybíjaní batérie. Keď je batéria vybitá, zvyčajne dochádza k malej zmene napätia počas približne 90 % času vybíjania. Z nameraného napätia je preto veľmi ťažké určiť aktuálny stav batérie.
• Samovybíjanie, samovybíjanie – Batéria nemôže neustále udržiavať elektrickú energiu. energie, keďže reakcia na elektródach je reverzibilný proces. Nabitá batéria sa postupne sama vybíja. Tento proces môže trvať niekoľko týždňov až mesiacov. V prípade olovených batérií je to 5 – 20 % za mesiac, pri nikel-kadmiových batériách - asi 1 % elektrického náboja za deň, v prípade nikel-metal hydridových batérií - asi 15 - 20 % za mesiac a lítium stráca asi 60 %. kapacitu na tri mesiace. Samovybíjanie závisí od okolitej teploty aj vnútorného odporu (batérie s vyšším vnútorným odporom sa vybíjajú menej) a dôležitý je samozrejme aj dizajn, použité materiály a spracovanie.
•  Batéria (súpravy) – Len vo výnimočných prípadoch sa batérie používajú jednotlivo. Zvyčajne sú zapojené v súprave, takmer vždy zapojené do série. Maximálny prúd takejto zostavy sa rovná maximálnemu prúdu jednotlivého článku, menovité napätie je súčtom menovitých napätí jednotlivých článkov.
•  Akumulácia batérií.  Nová alebo nepoužitá batéria by mala byť podrobená jednému, najlepšie však niekoľkým (3-5) cyklom pomalého plného nabitia a pomalého vybíjania. Tento pomalý proces nastaví parametre batérie na požadovanú úroveň.
•  Pamäťový efekt – Stáva sa to vtedy, keď je batéria nabitá a vybitá na rovnakú úroveň s približne konštantným, nie príliš veľkým prúdom a nemalo by dôjsť k úplnému nabitiu alebo hlbokému vybitiu článku. Tento vedľajší účinok ovplyvnil NiCd (minimálne aj NiMH).