Види акумуляторів, їх переваги та слабкі сторони
Гібриди, плагін-гібридні та електричні автомобілі: Які батареї для них підходять найкраще
Всього 10-12 років тому ми не змогли б поговорити на таку тему як використання різних типів акумуляторів у гібридних, плагін-гібридних та електричних автомобілях з однієї простої причини, їх практично не існувало в природі, а робочі екземпляри можна було порахувати за старовині, на пальцях обох рук.
Тепер ми у 2016 році. І довкола нас у містах їздить чимала кількість гібридних машин, трапляються плагін-гібридні варіанти і навіть повністю електричні автомобілі. Свої види «зелених» автомобілів майбутнього розробляють або презентували майже всі головні гравці від автоіндустрії. Так що там говорити, навіть одні з найшвидших гоночних автомобілів у світі від Ferrari, Porsche та McLaren стали гібридними, так що люди вже не дивитися на вас, як на дивного хіпі, коли ви станете згадувати слова "гібридний" або "електромобіль" .
Також вже існує досить велика кількість електричних автомобілів, які живляться частково або повністю від електрики, що відповідно береться від батарей на борту транспортного засобу. Головні параметри, в які безумовно входить максимальна відстань, яка може подолати електрокар на одній зарядці та швидкість заряджання акумуляторів залежать від типу батарей, що використовуються. Саме тому ми вважали за важливе описати загальні переваги та проблеми основних видів батарей на сьогоднішній час.
Два найбільш продаваних електричних транспортних засобів у світі - це Nissan Leaf, продано близько чверті мільйона одиниць на 2015 рік, потім слідує Tesla Model S, продажі якої зафіксовані приблизно в 100.000 штук. Збіг чи ні, але Leaf іModel S працюють від однакового типу літій-іонних (Li-Ion) батарей, тому ми почнемо нашу розповідь із них.
Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори
Спочатку почали використовуватися живлення портативних приладів побутової електроніки. Останнє десятиліття літій-іонні акумулятори постійно розвивалися в автомобільному напрямку, тому більшість сучасних (вироблених у 2015-2016 роках) та майбутніх гібридів або повністю електричних автомобілів використовують у своїй схемі саме їх.
LiCoO2 катоди також мають деякі серйозні недоліки, вони більш сприйнятливі до так званого «теплового втікання», яке ініціюється під час перезаряду або роботи при високій температурі. Іншими словами, вони можуть буквально вибухнути, коли експлуатується неправильно або за екстремальних навантажень. Можливо з цієї причини в автомобілебудуванні далеко не всі виробники мають з ними справу.
Для більш енергоємного застосування, в таких приладах як електроінструмент, медична техніка і, насамперед автомобілі, існують літій-іонні акумулятори зроблені на основі літій-залізо фосфату (LiFePO4), оксиду літію марганцю (LMO) та оксиду кобальту марганцю літію нікелю . Всі вони мають дещо меншу щільність енергії, ніж LiCoO2, але й краще у сенсі безпеки та більшої тривалості життя.
Більшість сучасних гібридних та електричних автомобілів використовують NMC літій-іонні батареї.
Найбільша перевага Li-Ion акумуляторів полягає у кращому співвідношенні енергії до ваги, швидкості зарядки, у нього практично відсутній ефект пам'яті.
Більша питома енергія означає, що такі акумулятори можуть важити менше. Цей аспект очевидно, робить їх більш підходящими для використання вавтомобілях, так як менша вага збільшує дистанцію на одній зарядці та продуктивність, в той же час надаючи автомобілю кращу керованість.
Швидкість заряджання акумулятора річ відносна. У реальному житті відмінностей між існуючими (застосовуваними) системами акумуляторів ви не побачите.
Літій-іонні акумулятори, мабуть, найменше постраждали від проблеми ефекту пам'яті. Коротко кажучи, деякі типи батарей поступово знижуватимуть свою максимальну енергоємність з кожним циклом заряду-розряду. Зазвичай це відбувається, коли вони часто заряджаються після того, як частково розряджаються.
На противагу тому, нікелеві акумулятори найбільше страждають від так званого ефекту пам'яті, при якому батарея з часом "запам'ятовує", що вона має меншу енергоємність.
Найбільшим недоліком літій-іонних батарей є вартість їх виробництва, яка є значно вищою, ніж при використанні інших типів акумуляторів.
У порівнянні з нікелевими батареями, вони на 40 відсотків дорожчі у виготовленні. Ціна витрат за виробництво буде віднято з гаманця покупця. Проте слід пам'ятати, що виробничі витрати поступово зменшуватимуться з часом для всіх типів батарей.
Крім невеликого зниження напруги з кожним новим циклом заряду-розряду, кількість енергії, яку можуть утримувати (ємність) не зменшується з часом. У автомобілях, заявлені розробниками життєві цикли цих батарей, становлять 10 років. Повіримо на слово, поки що так довго не тестувалася жодна акумуляторна Li-Ion батарея.
Таким чином, літій-іонні батареї мають найменшу кількість недоліків у порівнянні з більшістю своїх суперників, алевони досі далекі від ідеального рішення.
Нікель-метал-гідридні (Ni-MH) акумулятори
Найстаріший тип так званих сучасних батарей, Ni-MH, як і раніше використовується в багатьох сучасних електрокарах, хоча літій-іонні акумулятори повільно почали витісняти їх з усіх основних напрямків, говоримо ми про гібриди, плагін-гібридні автомобілі або повністю електричні транспортні засоби, скрізь видно перехід більш сучасну систему зберігання енергії.
Набагато дешевше у виготовленні, ніж Li-іонні акумулятори, проте нікель-метал-гідридні батареї мають як позитивні, так і негативні сторони, які для більшості виробників можуть представляти реальну проблему при встановленні цього типу батарей у свої гібридні та електричні автомобілі.
На відміну від Li-іонів, нікель-металогідридні акумулятори використовують водень, нікель і титан або подібний до нього метал для зберігання енергії. Це і робить їх набагато дешевше у виробництві в порівнянні з першим типом акумуляторів, але, оскільки все більше автовиробників переходять на використання літій-іонних батарей (Tesla, наприклад), велика різниця в цінах має скоротитися.
Досі найбільшим потенціалом для зростання кількості вироблених нікель-метал-гідридних батарей є їхня довговічність. За сучасними типами батарей необхідно стежити, доглядати, правильно їх експлуатувати, щоб вони працювали якомога довше, акумулятори NiMH переживають експлуатацію без особливих проблем, не втрачаючи ємності можуть прожити стільки ж, при мінімальному догляді.
Основною перешкодою для подальшого використання NiMH є їх низька щільність енергії, яка майже на 40% менша, ніж у їхнього основного конкурента.Їх безперечно можна зробити за ємністю такими ж, як і літій-іонні батареї, але тільки шляхом збільшення їх розмірів, а відповідно і ваги.
У гібридах, плагін-гібридах та електромобілях, акумулятори виконують багато роботи під час руху, тут у фокус зору потрапляє ще одна неприємна риса нікель-металогідридних акумуляторів. Якщо їх швидко зарядити і потім використовувати під високим навантаженням, вони мають тенденцію генерувати велику кількість тепла, тому потрібна окрема система охолодження, що додає ще більше ваги.
Інші типи акумуляторних батарей
Є багато інших типів батарей, які, можливо, зрештою, будуть використовуватися в автомобільній промисловості, але жоден з них не став по-справжньому революційним і вирішує всі проблеми одночасно.
Розроблювані/розроблені системи:
Кобальт Діоксид, фосфат заліза (FePo) та літій-фосфат заліза (LiFePO4), літій-повітря (Li-Air), літій-полімерна система (LiPo), нікель-кобальт-марганець (NCM), нікель-кобальт-алюміній (NCA) ) та оксид марганцю (MnO)- це лише деякі з типів акумуляторів, які можуть з'явитися в серійних електромобілях у майбутньому.
Однією з найбільш стабільних і недорогих батарей став фосфат заліза, але ця система виконує роботу на нижчій напрузі, тому вам знадобиться чимало цього типу акумуляторів, щоб привести електричний автомобіль в рух.
Літій-полімерна система, LiPo, звучить гордо і своєрідно, насправді є ще однією формою літій-іонних батарей. Основна відмінність полягає в тому, що літій-іонні полімери упаковані в так званому «форматі мішка», який має свої переваги і недоліки. Ось чому вониНещодавно стали використовувати в автомобілях.
NCM і NCA батареям належить ще довгий шлях становлення, доки вони стануть досить рентабельні для використання в автомобілях, не кажучи вже про те, щоб вони стали сприйнятливими до теплового пробою.
До цих пір одним з найновіших технологій залишається літій-повітряна батарея (LiAir), яка використовує окислення літію на аноді і відновлення кисню на катоді, щоб індукувати електричний струм. Двома основними перевагами літій-повітряного акумулятора є те, що це відмінне джерело енергії, майже зіставне з бензином і від 5 до 15 разів потужніше, ніж літій-іонні батареї.
У будь-якому випадку ми ще далекі від цих альтернативних типів батарей, що встановлюються на вкрай обмежений відсоток гібридів та електромобілів. Але хороша новина в тому, що вони на підході та з ними прийдуть нові можливості у використанні електричної техніки загалом та машин зокрема.