Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

0
304

Гібриди, плагін-гібридні і 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 в гібридних, плагін – гібридних і електричних автомобілях з однієї простої причини, їх практично не існувало в природі, а робочі екземпляри можна було порахувати по-старому, на пальцях обох рук.

Тепер ми в 2016 році. І навколо нас в містах їздить чимала кількість гібридних машин, трапляються плагін – гібридні варіанти і навіть повністю електричні автомобілі. Свої види «зелених» автомобілів майбутнього розробляють або вже презентували майже всі головні гравці від автоіндустрії. Та що там говорити, навіть одні з найшвидших гоночних автомобілів у світі від Ferrari, Porsche і McLaren стали гібридними, так що люди вже не будуть дивитися на вас, як на дивного хіпі, коли ви станете згадувати слова “гібридний” або “електромобіль”.

Також вже існує досить велика кількість електричних автомобілів, які харчуються частково або повністю від електрики, яке відповідно береться від батарей на борту ТЗ. Головні параметри, які безумовно входить максимальну відстань, яку може подолати електрокар на одній зарядці і швидкість зарядки акумуляторів залежать від типу застосовуваних батарей. Саме тому ми вважаємо важливим описати загальні переваги та проблеми основних видів батарей на сьогоднішній час.

Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

Два найбільш продаваних електричних транспортних засоби в світі – це Nissan Leaf, продано близько чверті мільйона одиниць на 2015 рік, потім слід Tesla Model S, продажі якої зафіксовані в кількість приблизно 100.000 штук. Збіг чи ні, але Leaf і Model S працюють від однакового типу літій-іонних (Li-Ion) батарей, тому ми почнемо нашу розповідь з них.

Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори

Спочатку стали використовуватися для живлення портативних приладів побутової електроніки. Останнє десятиліття літій-іонні акумулятори постійно розвивалися в автомобільному напрямі, тому більшість сучасних (вироблених в 2015 – 2016 роках) і майбутніх гібридів або повністю електричних автомобілів використовують у своїй схемі саме їх.

Не всі літій-іонні акумулятори схожі один на одного, основні відмінності, що полягають у їх доповнення. Більшість портативних пристроїв, таких як смартфони, планшети або ноутбуки використовують як акумулює енергію елемента, Li-Ion батареї, створені на основі оксиду літію кобальту (LiCoO2), що дає їм високу щільність заряду.

Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

LiCoO2 катоди також володіють деякими серйозними недоліками, вони більш сприйнятливі до так званого «теплового убеганию», яке ініціюється під час перезаряду або роботи при високій температурі. Іншими словами, вони можуть буквально вибухнути, коли експлуатується неправильно або при екстремальних навантаженнях. 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) і оксиду кобальту марганцю літію нікелю (НМК). Всі вони мають дещо меншу щільність енергії, ніж LiCoO2, але і краще в сенсі безпеки і більшою тривалістю життя.

Дивіться також: Власник самостійно полагодив акумулятори гібридної Camry за $10, Toyota вимагала $4.456!

Більшість сучасних гібридних і електричних автомобілів використовують NMC літій-іонні батареї.

Переваги

Найбільша перевага Li-Ion акумуляторів складається в кращому співвідношенні енергії до ваги, швидкості зарядки, у нього практично відсутній ефект пам’яті.

Велика питома енергія означає, що такі акумулятори можуть важити менше. Цей нюанс очевидно, робить їх більш придатними для використання в автомобілях, так як менша вага збільшує дистанцію на одній зарядці і продуктивність, в той же час надаючи автомобілю кращу керованість.

Швидкість зарядки акумуляторної батареї річ відносна. У реальному житті відмінностей між існуючими (застосовуються) системами акумуляторів ви не побачите.

Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

Літій-іонні акумулятори, мабуть, найменше постраждали від проблеми ефекту пам’яті. Коротко кажучи, деякі типи батарей поступово будуть знижувати свою максимальну енергоємність з кожним циклом заряду-розряду. Зазвичай це відбувається, коли вони багаторазово заряджаються після того, як частково розряджаються.

У противополоденность того, нікелеві акумулятори найбільше страждають від так званого ефекту пам’яті, при якому батарея з часом “запам’ятовує”, що вона має меншу енергоємність.

Недоліки

Найбільшим недоліком літій-іонних батарей є вартість їх виробництва, яка значно вище, ніж при використанні інших типів акумуляторів.

Порівняно з нікелевими батареями, вони на 40 відсотків дорожче у виготовленні. Ціна витрат на виробництво буде вирахувана з гаманця покупця. Тим не менш, слід пам’ятати, що виробничі витрати будуть поступово уменьшаеться з плином часу для всіх типів батарей.

Крім невеликого зниження напруги з кожним новим циклом заряду – розряду, кількість енергії, яку вони можуть утримувати (ємність) не зменшується з плином часу. В автомобілях, заявлені розробниками життєві цикли цих батарей складають 10 років. Повіримо на слово, поки що так довго не тестувалася ні одна акумуляторна Li-Ion батарея.

Таким чином, літій-іонні батареї мають найменшу кількість недоліків у порівнянні з більшістю своїх суперників, але вони досі далекі від ідеального рішення.

Нікель-метал-гидридні (Ni-MH) акумуляторів

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-гібридних автомобілях або повністю електричних транспортних засобах, скрізь видно перехід на більш сучасну систему зберігання енергії.

Набагато дешевше у виготовленні, ніж Li-іонні акумулятори, тим не менш нікель-метал-гідридні батареї також мають як позитивні, так і негативні сторони, які для більшості виробників можуть представляти реальну проблему при установці цього типу батарей в свої гібридні і електричні автомобілі.

Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

На відміну від Li-іонів, нікель-металогідридні акумулятори використовують водень, нікель і титан або подібний йому метал для зберігання енергії. Це і робить їх набагато більш дешевими у виробництві в порівнянні з першим типом акумуляторів, але, так як все більше автовиробників переходять на використання літій-іонних батарей (Tesla, наприклад), велика різниця у цінах повинна скоротитися.

Переваги

Досі найбільшим потенціалом для зростання кількості вироблених нікель-метал-гидридних батарей є їх довговічність. За сучасними типами батарей необхідно стежити, доглядати, правильно їх експлуатувати, для того щоб вони працювали як можна довше, акумулятори NiMH переживають експлуатацію без особливих проблем, не втрачаючи ємності можуть прожити стільки ж, при мінімальному догляді.

Дивіться також: Десять самих економічних гібридних і електричних автомобілів

Їх міцність тісно пов’язана з безпекою, для них не потрібно додаткових заходів обережності, з-за вмісту невеликої кількості м’яких токсинів, порівняно з іншими батареями. Крім того, високий вміст нікелю в них робить їх утилізації вигідною.

Недоліки

Основною перешкодою для подальшого використання NiMH є їх низька щільність енергії, яка майже на 40% менше, ніж у основного конкурента. Їх виразно можна зробити з ємності такими ж, як і літій – іонні батареї, але тільки шляхом збільшення їх розмірів, а відповідно і ваги.

В гібридах, плагін-гібридах і 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 в свою чергу додає ще більше ваги.

Інші типи акумуляторних батарей

Є багато інших типів батарей, які, бути може, зрештою, стануть використовуватися в автомобільній промисловості, але жоден з них не став по-справжньому революційним і вирішальним всі проблеми одночасно.

Розроблювані/ розроблені системи:

Кобальт Діоксид, фосфат заліза (FePo) і літій-фосфат заліза (LiFePO4), літій-повітря (Li -Air), літій-полімерна система (LiPo), нікель-кобальт-марганець (NCM), нікель-кобальт-алюміній (NCA) і оксид марганцю (MnO)- це лише деякі з типів акумуляторів, які можуть з’явитися в серійних електромобілях в майбутньому.

Кобальт диоксидовые батареї на ринку вже більше десяти років, мають невеликі електроприлади, такі як мобільні телефони, іграшки або ноутбуки. У них є два головних недоліку, особливо при серйозному використанні, це тепловий пробій і витрати виробництва, але в цілому, вони відмінно зарекомендували себе, коли справа доходить до густини заряду.

Однією з найбільш стабільних та недорогих батарей став фосфат заліза, але ця система виконує роботу на більш низькому напрузі тому вам буде потрібно досить багато цього типу акумуляторів, щоб привести електричний автомобіль у рух.

Види акумуляторів, їх переваги і слабкі сторони

Літій-полімерна система, LiPo, звучить гордо і своєрідно, насправді представляє з себе ще одну форму літій-іонних батарей. Основна відмінність полягає в тому, що літій-іонні полімери упаковані в так званому форматі мішка», який має як свої переваги і недоліки. Ось чому вони зовсім недавно стали використовувати в автомобілях.

NCM і NCA батареям належить ще довгий шлях становлення, до тих пір, поки вони стануть досить рентабельні для використання в автомобілях, не кажучи вже про те, щоб вони стали сприйнятливі до теплового пробою.

До цих пір одним з найбільш інтригуючих нових 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 зіставний з бензином і від 5 до 15 разів могутніше, ніж поточні літій-іонні батареї.

У будь-якому випадку, ми ще далекі від цих альтернативних типів батарей, встановлених на вкрай обмежений відсоток гібридів та електромобілів. Але хороша новина в тому, що вони на підході, і з ними прийдуть нові можливості у використанні електричної техніки та машин.