Сердцебиение любого гибрида — это не бензобак. Это аккумуляторная батарея. Вы знаете, как это работает. Двигатель внутреннего сгорания? Готово. Электрический двигатель? Готово. ДВС сжигает бензин. Электрический двигатель черпает энергию из высоковольтного химического источника. Без этих специфических реакций внутри корпуса батареи вся концепция «гибрида» рушится. Это не магия. Это электрохимия.
Но у аккумуляторов дурная репутация. У скептиков есть множество жалоб. Они говорят, что батареи слишком тяжелые, что снижает топливную экономичность. Утверждают, что отдача мощности вялая. Указывают на токсичные материалы, такие как свинец, и критикуют лицемерие «зеленого» маркетинга. Легко ненавидеть то, чего не понимаешь.
Но производители не слушают хейтеров. Они заняты исправлением ситуации. Технология развивается. Быстро. Вот пять конкретных способов, которыми улучшаются гибридные аккумуляторы.
5: Снижается цена входа
Страх — отличное средство для отпугивания покупателей. На протяжении многих лет шок от цен на замену разряженного аккумулятора гибрида отпугивал покупателей. Замена батареи раньше стоила около 3000 долларов. Это значительная сумма. Это существенная часть общей стоимости автомобиля. Люди боялись отказываться от своей покупки просто потому, что «сок» закончился.
Этот страх уходит. Цены упали с начала 2000-х годов. В 2001 году замена набора аккумуляторов гибрида обходилась примерно в 10 000 долларов. А сейчас? Honda снизила стоимость замены с 3400 до 1968 долларов. Toyota планирует сократить свои расходы с текущих 3000 долларов. Надежность также выросла. Уровень отказов батареи первого поколения Prius составлял около 1 процента. Для второго поколения он упал до 0,003 процента. Это не просто улучшение. Это статистическая аномалия.
4: Литий-ионные аккумуляторы
Мы отходим от старых химических составов. Индустрия переходит на литий-ионные технологии. Это не просто незначительное улучшение. Это фундаментальное изменение в том, как энергия хранится и передается.
Старые никель-металлгидридные батареи были тяжелыми. Они страдали от эффекта памяти. Они протекали. Литий-ионные элементы более плотные. Они хранят больше энергии в меньшем пространстве. Соотношение мощности к весу значительно выше. Это означает меньшую нагрузку на шасси. Лучшее ускорение. И большую дальность хода между зарядками.
Энтузиасты ждали этого. Одной лишь экономии веса достаточно для обоснования перехода. Но есть и другое. Литий-ионные батареи заряжаются быстрее. Они разряжаются эффективнее. Они меньше деградируют при высоких температурах. Это тот тип технологий, который делает работу гибрида по-настоящему увлекательной.
Остается вопрос: увидим ли мы когда-нибудь автомобильные аккумуляторы в стиле смартфонов? Или это слишком далеко? Об этом поговорим дальше.
Азартная игра с литий-ионными батареями
NiMH-аккумуляторы — это текущие «рабочие лошадки». Они долговечны. Они дешевы. Низкоемкостный блок может стоить вам 600 долларов. Но высокие требования к мощности увеличивают стоимость. Цены на никель нестабильны. Снижение затрат остановилось. Производители ищут пути выхода.
На сцену выходят литий-ионные аккумуляторы.
Вы знаете эту химию. Ваш ноутбук работает на ней. Ваш телефон работает на ней. Она компактна. Она легка. Для гибридных применений выигрывает плотность энергии. Вы получаете больше мощности на фунт. Эффективность превосходит NiMH.
Для автомобильных Li-ion аккумуляторов еще раннее время. Данные о надежности скудны. Цены все еще высоки. Если инвестиции окупятся, мы увидим более компактные блоки раньше, чем позже. Если провалится?
Ищите в другом месте.
UltraBattery: Возрождение свинцово-кислотных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы могут быть слишком дорогими для массового рынка. NiMH не становится дешевле. Так где же сократить расходы, не жертвуя ускорением?
Свинцово-кислотные.
Да. Тот самый аккумулятор, который запускает седан вашей бабушки. Изобретенный в 1859 году Гастоном Планте. Он тяжелый. Экологи его ненавидят. Но он дешев. И исследователи в Австралии и Японии доказали, что его можно улучшить.
Они создали UltraBattery.
UltraBattery использует суперконденсаторы для обеспечения гибридов большими импульсами энергии для ускорения без деградации ячейки.
Он сочетает свинцово-кислотную химию с технологией суперконденсаторов. Конденсатор обрабатывает высокотоковые всплески. Свинцово-кислотная ячейка обеспечивает хранение. Без деградации. Без дорогих редких металлов.
Автомобильная индустрия колеблется. Но ценник привлекателен. Менее 1000 долларов. Некоторые японские производители планировали внедрение к 2010 году.
Почему долговечность батареи важнее пиковой мощности
Вы выбрали гибрид, потому что хотите снизить выбросы и улучшить топливную экономичность. Вы не покупали его, чтобы стать специалистом по обслуживанию батарей. Тем не менее, аккумуляторный блок — самый дорогой компонент в автомобиле. Замена его в середине срока владения — это финансовый удар.
Большинство гибридов используют NiMH. Эти блоки надежны. Они лучше справляются с глубокими циклами заряда-разряда, чем ранние прототипы литий-ионных аккумуляторов. NiMH-блок может прослужить 8–10 лет. Это покрывает гарантийный срок. Это покрывает ожидаемый срок службы автомобиля.
Литий-ионные аккумуляторы заявляют о более высокой плотности энергии. Но что насчет срока службы циклов? Ранние автомобильные Li-ion ячейки испытывали трудности с терморегулированием. Тепло убивает литиевые батареи. Быстрая зарядка их деградирует. Если Li-ion блок служит всего 5 лет, общая стоимость владения резко возрастает. Экономия на топливе исчезает на фоне стоимости замены.
Свинцово-кислотные варианты, такие как UltraBattery, стремятся заполнить этот пробел. Они предлагают долговечность традиционных автомобильных аккумуляторов с необходимой для электрической помощи мощностью. Если технология созреет, вы получите дешевую. Долговечную. И приличную производительность.
Гонка идет не только за плотностью энергии. Это вопрос выживания. Какая химия батареи выживет на дороге? Мы увидим.
Страх перед батареей удерживает многих людей в нерешительности. Они беспокоятся о коротком сроке службы. Они беспокоятся о частоте отказов. Главный вопрос всегда касается времени. Сломается ли батарея через четыре года? Через пять? Через семь?
Вот реальность. Производители гарантируют эти батареи на весь срок службы автомобиля. Мы говорим о 100 000 миль или более в последние годы. Гарантийные сроки часто простираются до восьми лет или более. Если батарея выйдет из строя в период действия гарантии, производитель оплачивает замену. Возьмем Toyota Prius 2010 года. Он поставляется с гарантией 10 лет или 150 000 миль. Это надежная защита.
«Правда в том, что автомобильные компании гарантируют свои гибридные батареи на весь срок службы автомобиля… производитель покроет стоимость замены».
Меньший вес
Тяжелые батареи ухудшают топливную эффективность. Большая масса означает, что требуется больше энергии для движения автомобиля. Водители часто выгружают свои багажники, чтобы сэкономить топливо. Это тот же принцип.
Исследователи работают над тем, чтобы значительно снизить вес батарей. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали способ сделать литий-ионные батареи легче и заряжать их быстрее. Первоначальная проблема заключалась в медленном высвобождении энергии. Ученые винили в этом медленное движение атомов лития. Исследователи MIT утверждают, что на самом деле наноструктура препятствует перемещению ионов.
Покрытие из фосфата лития решает эту проблему. Оно ускоряет движение ионов, помогая им быстро достигать терминала. Этот материал также снижает деградацию. Меньшая деградация означает, что производители могут уменьшить размер батареи. Меньшие батареи. Более легкие автомобили.
Статьи по теме
- Топ-10 самых продаваемых гибридных автомобилей
- Как работает Honda Civic Hybrid
- Как работает Ford Fusion Hybrid
- Как работает Toyota Prius
- Сравнение характеристик гибридных автомобилей
- Как работают заправочные станции альтернативного топлива
Источники
- Anderman, Menahem. «Status and Prospects of Battery Technology for Hybrid Electric Vehicles, Including Plug-in Hybrid Electric Vehicles.» Advanced Automotive Batteries. Jan. 26, 2007.
- Hamilton, Tyler. «A Cheaper Battery for Hybrid Cars.» Technology Review. Massachusetts Institute of Technology. Jan. 24, 2008.
- HybridCars.com. «Behind the Hidden Costs of Hybrids.» Sept. 28, 2008.
- HybridCars.com. «The Hybrid Car Battery: A Definitive Guide.» Nov. 6, 2008.
- Newsweek.com. «Assaulted Batteries.» 2008.
- Treacy, Megan. «A Lighter, Faster-Charging Battery Could Be on the Way.» EcoGeek.com. March 12, 2009.
- Valdes-Dapena, Peter. «Hybrids: seven worries, seven answers.» CNNMoney.com. March 1, 2007.
- Wert, Ray. «2010 Toyota Prius: At 50 MPG, Officially Highest-mileage Retail Vehicle.» Jalopnik.com. March 2, 2009.
