Accu's voor hybride en elektrische voertuigen

In ons vorige artikel bespraken we de batterij als elektriciteitsbron, die vooral nodig is om een ​​auto te starten, maar ook voor de relatief korte termijn werking van elektrische apparatuur. Er worden echter totaal andere eisen gesteld aan de eigenschappen van batterijen die worden gebruikt op het gebied van de aandrijving van grote mobiele apparaten, in ons geval hybride voertuigen en elektrische voertuigen. Voor het aandrijven van een voertuig is een veel grotere hoeveelheid opgeslagen energie nodig, en deze moet ergens worden opgeslagen. Bij een klassieke auto met verbrandingsmotor wordt het in de tank opgeslagen in de vorm van benzine, diesel of vloeibaar petroleumgas. Bij een elektrische auto of een hybride auto wordt het opgeslagen in de accu’s, wat omschreven kan worden als het grootste probleem van een elektrische auto.

De huidige batterijen kunnen weinig energie opslaan, maar ze zijn behoorlijk omvangrijk en zwaar en het duurt enkele uren (meestal acht of meer) om ze volledig bij te vullen. Bij conventionele auto's met een verbrandingsmotor kunnen daarentegen grote hoeveelheden energie worden opgeslagen vergeleken met accu's in een klein pakketje, op voorwaarde dat het maar een minuut, misschien twee, duurt om deze weer aan te vullen. Helaas heeft het probleem van energieopslag elektrische voertuigen sinds hun introductie geplaagd, en ondanks onmiskenbare vooruitgang is hun specifieke energie-intensiteit die nodig is om een ​​voertuig aan te drijven nog steeds erg laag. In de volgende regels, bewaar e-mail. We zullen energie gedetailleerder bespreken en proberen dichter bij de werkelijke realiteit van auto's met puur elektrische of hybride aandrijving te komen. Er bestaan ​​veel mythen rond deze ‘elektronische auto’s’, dus het zou geen kwaad kunnen om de voor- en nadelen van dergelijke aandrijvingen eens nader te bekijken.

Helaas zijn de cijfers die door de fabrikanten worden gegeven ook zeer twijfelachtig en eerder theoretisch. Zo bevat de Kia Venga een elektromotor met een vermogen van 80 kW en een koppel van 280 Nm. De stroom wordt geleverd door lithium-ionbatterijen met een capaciteit van 24 kWh, de geschatte actieradius van Kia Vengy EV volgens de fabrikant is 180 km. De capaciteit van de batterijen vertelt ons dat ze, volledig opgeladen, een motorverbruik van 24 kW kunnen leveren, of een verbruik van 48 kW in een half uur kunnen voeden, enz. Een simpele herberekening en we zullen geen 180 km kunnen rijden . Als we aan zo'n actieradius zouden willen denken, dan zouden we ongeveer 60 uur gemiddeld 3 km / u moeten rijden en zou het motorvermogen slechts een tiende van de nominale waarde zijn, namelijk 8 kW. Met andere woorden, bij een echt voorzichtige (voorzichtige) rit, waarbij je tijdens het werk vrijwel zeker de rem zult gebruiken, is zo'n rit in theorie mogelijk. Natuurlijk houden we geen rekening met het opnemen van verschillende elektrische accessoires. Iedereen kan zich al voorstellen wat een zelfverloochening vergeleken met een klassieke auto. Tegelijkertijd giet je 40 liter diesel in de klassieke Venga en rijd je honderden en honderden kilometers zonder beperkingen. Waarom is het zo? Laten we eens proberen te vergelijken hoeveel van deze energie en hoeveel gewicht een klassieke auto in de tank kan bevatten, en hoeveel een elektrische auto in batterijen kan bevatten - lees hier HIER meer.

Een paar feiten uit de scheikunde en natuurkunde

• calorische waarde van benzine: 42,7 MJ/kg,
• calorische waarde van dieselbrandstof: 41,9 MJ/kg,
• benzinedichtheid: 725 kg/m3,
• oliedichtheid: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2/s2],
• Watt (W) = [J/s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energie is het vermogen om arbeid te verrichten, gemeten in joules (J), kilowattuur (kWh). Werk (mechanisch) manifesteert zich door een verandering in energie tijdens de beweging van het lichaam, heeft dezelfde eenheden als energie. Vermogen drukt de hoeveelheid arbeid per tijdseenheid uit, waarbij de basiseenheid de watt (W) is.

Specifieke kracht van energiebronnen

Energiebron	Calorische waarde/kg dichtheid	Calorische waarde / l Energie / l	Energie/kg
benzine	42,7 MJ/kg 725 kg/m3	30,96 MJ/l 8,60 kWh/l	11,86 kWh/kg
Olie	41,9 MJ/kg 840 kg/m3	35,20 MJ/l 9,78 kWh/l	11,64 kWh/kg
Lithium-ionbatterij (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh/kg

Uit het bovenstaande blijkt dat bijvoorbeeld benzine met een calorische waarde van 42,7 MJ/kg en een dichtheid van 725 kg/m3 een energie biedt van 8,60 kWh per liter of 11,86 kWh per kilogram. Als we de huidige batterijen bouwen die nu in elektrische voertuigen worden geïnstalleerd, bijvoorbeeld lithium-ion, dan is hun capaciteit minder dan 0,1 kWh per kilogram (laten we voor de eenvoud eens uitgaan van 0,1 kWh). Conventionele brandstoffen leveren ruim honderd keer meer energie voor hetzelfde gewicht. Je zult beseffen dat dit een enorm verschil is. Als we het bijvoorbeeld in kleine stukjes opsplitsen, levert een Chevrolet Cruze met een accu van 31 kWh energie op waar minder dan 2,6 kg benzine in past, of, als je wilt, ongeveer 3,5 liter benzine.

Je kunt zeggen hoe het mogelijk is dat de elektrische auto überhaupt start, niet dat hij nog ruim 100 km aan energie heeft. De reden is simpel. Een elektromotor is veel efficiënter in het omzetten van opgeslagen energie in mechanische energie. Normaal gesproken zou het een rendement van 90% moeten hebben, terwijl het rendement van een verbrandingsmotor ongeveer 30% is voor een benzinemotor en 35% voor een dieselmotor. Om hetzelfde vermogen te leveren heeft de elektromotor dus een veel kleinere energiereserve nodig.

Gebruiksgemak van individuele schijven

Na evaluatie van de vereenvoudigde berekening wordt aangenomen dat we ongeveer 2,58 kWh mechanische energie kunnen halen uit een liter benzine, 3,42 kWh uit een liter dieselbrandstof en 0,09 kWh uit een kilogram lithium-ionbatterij. Het verschil is dus niet meer dan honderdvoudig, maar slechts ongeveer dertigmaal. Dit is het beste nummer, maar nog steeds niet echt roze. Denk bijvoorbeeld aan de sportieve Audi R8. Zijn volledig opgeladen batterijen, die 470 kg wegen, hebben een energie-equivalent van 16,3 liter benzine of slechts 12,3 liter diesel. Of, als we een Audi A4 3,0 TDI hadden met een tankinhoud van 62 liter dieselbrandstof en we wilden dezelfde actieradius hebben op een pure batterijaandrijving, dan zouden we ongeveer 2350 kg batterijen nodig hebben. Vooralsnog geeft dit gegeven de elektrische auto geen mooie toekomst. Het is echter niet nodig om een ​​jachtgeweer naar de rogge te gooien, aangezien de druk om dergelijke "e-auto's" te ontwikkelen zal worden weggenomen door de meedogenloze groene lobby, dus of autofabrikanten het nu leuk vinden of niet, ze moeten iets "groen" produceren. . “. Een definitieve vervanger voor een puur elektrische aandrijving zijn de zogenaamde hybrides, die een verbrandingsmotor combineren met een elektromotor. Momenteel zijn de bekendste bijvoorbeeld de Toyota Prius (Auris HSD met dezelfde hybridetechnologie) of de Honda Inside. Hun puur elektrische actieradius is echter nog steeds lachwekkend. In het eerste geval zo'n 2 km (in de nieuwste versie van Plug In is het "verhoogd" tot 20 km), en in het tweede klopt Honda niet eens aan een puur elektrische aandrijving. Tot nu toe is de resulterende effectiviteit in de praktijk niet zo wonderbaarlijk als massareclame suggereert. De realiteit heeft aangetoond dat ze ze kunnen kleuren met elke blauwe beweging (economie), meestal met conventionele technologie. Het voordeel van de hybride krachtcentrale ligt vooral in het brandstofverbruik tijdens het rijden in de stad. Audi zei onlangs dat het momenteel alleen nodig is om het lichaamsgewicht te verminderen om gemiddeld hetzelfde brandstofverbruik te bereiken dat sommige merken bereiken door een hybride systeem in een auto te installeren. Nieuwe modellen van sommige auto's bewijzen ook dat dit geen schreeuw in het donker is. Zo gebruikt de onlangs geïntroduceerde Volkswagen Golf van de zevende generatie lichtere componenten om van te leren en verbruikt hij in de praktijk zelfs minder brandstof dan voorheen. De Japanse autofabrikant Mazda is een soortgelijke weg ingeslagen. Ondanks deze beweringen gaat de ontwikkeling van een hybride aandrijving met een "lange afstand" door. Als voorbeeld noem ik de Opel Ampera en, paradoxaal genoeg, het model uit de Audi A1 e-tron.

Gebruiksgemak van individuele schijven

Energiebron	Motorefficiëntie	Effectieve energie / l	Effectieve energie/kg
benzine	0,30	2,58 kWh / liter	3,56 kWh/kg
Olie	0,35	3,42 kWh / liter	4,07 kWh/kg
Lithium-ion batterijen	0,90	-	ca. 0,1 kWh/kg

Opel Ampera

Hoewel de Opel Ampera vaak als elektrische auto wordt gepresenteerd, is het feitelijk een hybride auto. Naast de elektromotor maakt Ampere ook gebruik van een 1,4-liter verbrandingsmotor met 63 kW vermogen. Deze benzinemotor drijft echter niet rechtstreeks de wielen aan, maar fungeert als generator voor het geval de accu’s zonder stroom komen te zitten. energie. Het elektrische gedeelte wordt vertegenwoordigd door een elektromotor met een vermogen van 111 kW (150 pk) en een koppel van 370 Nm. De voeding wordt gevoed door 220 lithiumcellen, gerangschikt in een T-vorm, met een totaal vermogen van 16 kWh en een gewicht van 180 kg. Deze elektrische auto kan op puur elektrische aandrijving 40-80 km afleggen. Deze afstand is vaak voldoende voor een hele dag rijden in de stad en verlaagt de bedrijfskosten aanzienlijk, aangezien rijden in de stad bij verbrandingsmotoren een aanzienlijk brandstofverbruik vereist. De accu's kunnen ook via een standaard stopcontact worden opgeladen en in combinatie met de verbrandingsmotor neemt de actieradius van de Ampera toe tot een zeer respectabele vijfhonderd kilometer.

Audi en elektron A1

Audi, dat de voorkeur geeft aan een klassieke aandrijving met meer geavanceerde technologie dan aan een technisch zeer veeleisende hybride aandrijving, introduceerde ruim twee jaar geleden een interessante A1 e-tron hybride auto. Lithium-ionbatterijen met een capaciteit van 12 kWh en een gewicht van 150 kg worden opgeladen door een wankelmotor als onderdeel van een generator die de energie gebruikt in de vorm van benzine die is opgeslagen in een tank van 254 liter. De motor heeft een inhoud van 15 kubieke meter. cm en genereert 45 kW / h el. energie. De elektromotor heeft een vermogen van 75 kW en kan in korte tijd tot 0 kW vermogen produceren. Acceleratie van 100 naar 10 is ongeveer 130 seconden en een topsnelheid van ongeveer 50 km / u De auto kan op een puur elektrische aandrijving ongeveer 12 km rond de stad afleggen. Na de uitputting van e. de energie wordt discreet geactiveerd door de roterende verbrandingsmotor en laadt de elektriciteit op. energie voor batterijen. De totale actieradius met volledig opgeladen accu's en 250 liter benzine is ongeveer 1,9 km met een gemiddeld verbruik van 100 liter per 1450 km. Het bedrijfsgewicht van het voertuig is 12 kg. Laten we eens kijken naar een eenvoudige ombouw om in directe vergelijking te zien hoeveel energie er verborgen zit in een tank van 30 liter. Uitgaande van een efficiëntie van een moderne wankelmotor van 70%, dan is 9 kg ervan, samen met 12 kg (31 L) benzine, gelijk aan 79 kWh energie opgeslagen in batterijen. Dus 387,5 kg motor en tank = 1 kg batterijen (berekend in Audi A9 e-Tron-gewichten). Als we de brandstoftank met 62 liter zouden willen vergroten, zouden we al XNUMX kWh aan energie beschikbaar hebben om de auto aan te drijven. Dus we konden doorgaan. Maar hij moet één vangst hebben. Het zal niet langer een "groene" auto zijn. Dus zelfs hier is duidelijk te zien dat de elektrische aandrijving aanzienlijk wordt beperkt door de vermogensdichtheid van de energie die is opgeslagen in de batterijen.

Met name de hogere prijs, maar ook het hoge gewicht, hebben ertoe geleid dat de hybride aandrijving bij Audi stilaan naar de achtergrond is verdwenen. Dit betekent echter niet dat de ontwikkeling van hybride auto's en elektrische voertuigen bij Audi volledig is afgeschreven. Onlangs is informatie verschenen over de nieuwe versie van het A1 e-tron-model. Ten opzichte van de vorige is de wankelmotor/generator vervangen door een 1,5 kW sterke 94-liter driecilinder turbomotor. Het gebruik van de klassieke verbrandingseenheid werd door Audi gedwongen, voornamelijk vanwege de moeilijkheden die gepaard gaan met deze transmissie, en de nieuwe driecilindermotor is niet alleen ontworpen om de batterijen op te laden, maar werkt ook rechtstreeks met de aandrijfwielen. De Sanyo-batterijen hebben een identiek vermogen van 12 kWh en de actieradius van de puur elektrische aandrijving is iets vergroot tot ongeveer 80 km. Audi zegt dat de opgewaardeerde A1 e-tron gemiddeld één liter per honderd kilometer zou moeten hebben. Helaas heeft deze uitgave één addertje onder het gras. Voor hybride voertuigen met een grotere zuiver elektrische actieradius. drive gebruikt een interessante techniek om het uiteindelijke debiet te berekenen. Zogenaamd verbruik wordt genegeerd. tanken vanaf het batterijlaadnetwerk, evenals het eindverbruik l / 100 km, houdt alleen rekening met het verbruik van benzine voor de laatste 20 km rijden, wanneer er elektriciteit is. batterij opladen. Door een heel eenvoudige berekening kunnen we dit berekenen als de batterijen voldoende zijn ontladen. we reden nadat de stroom uitviel. energie uit puur benzinebatterijen, waardoor het verbruik vijf keer zal toenemen, dat wil zeggen 5 liter benzine per 100 km.

Audi A1 e-tron II. generatie

Problemen met de opslag van elektriciteit

De kwestie van energieopslag is zo oud als de elektrotechniek zelf. De eerste bronnen van elektriciteit waren galvanische cellen. Na korte tijd werd de mogelijkheid ontdekt van een omkeerbaar proces van accumulatie van elektriciteit in galvanische secundaire cellen - batterijen. De eerst gebruikte batterijen waren loodbatterijen, na korte tijd nikkel-ijzer en iets later nikkel-cadmium, en hun praktisch gebruik duurde meer dan honderd jaar. Hieraan moet ook worden toegevoegd dat, ondanks intensief wereldwijd onderzoek op dit gebied, hun basisontwerp niet veel is veranderd. Met behulp van nieuwe productietechnologieën, verbetering van de eigenschappen van basismaterialen en het gebruik van nieuwe materialen voor cel- en vatscheiders, was het mogelijk om het soortelijk gewicht iets te verminderen, de zelfontlading van de cellen te verminderen en het comfort en de veiligheid van de operator te vergroten. maar dat is het ongeveer. Het belangrijkste nadeel, nl. Er bleef een zeer ongunstige verhouding tussen de hoeveelheid opgeslagen energie en het gewicht en volume van de batterijen over. Daarom werden deze batterijen voornamelijk gebruikt in statische toepassingen (back-upvoedingen voor het geval de hoofdvoeding uitvalt, enz.). Batterijen werden gebruikt als energiebron voor tractiesystemen, vooral op spoorwegen (transportkarren), waar ook zwaar gewicht en aanzienlijke afmetingen niet al te veel hinderden.

Vooruitgang op het gebied van energieopslag

De noodzaak om cellen met een lage capaciteit en ampère-uur-afmetingen te ontwikkelen is echter toegenomen. Zo werden primaire alkalische cellen en afgedichte versies van nikkel-cadmium (NiCd) en vervolgens nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen gevormd. Om de cellen in te kapselen werden dezelfde vormen en afmetingen van de hulzen gekozen als voor tot nu toe conventionele primaire zinkchloridecellen. Dankzij de bereikte parameters van nikkel-metaalhydridebatterijen kunnen ze met name worden gebruikt in mobiele telefoons, laptops, handgereedschappen, enz. De productietechnologie van deze cellen verschilt van de technologieën die worden gebruikt voor cellen met een grote ampère-uur capaciteit. De plaatopstelling van het elektrodesysteem met grote cellen is vervangen door een technologie die het elektrodesysteem, inclusief scheiders, omzet in een cilindrische spoel die wordt ingebracht in en contact maakt met conventioneel gevormde cellen van respectievelijk de maten AAA, AA, C en D. veelvouden van hun afmetingen. Voor sommige speciale toepassingen worden speciale platvormige cellen geproduceerd.

Het voordeel van hermetische cellen met spiraalvormige elektroden is een vele malen groter vermogen om te laden en te ontladen met hoge stromen en de verhouding van relatieve energiedichtheid tot celgewicht en -volume in vergelijking met het klassieke ontwerp met grote cellen. Het nadeel is meer zelfontlading en minder werkcycli. De maximale capaciteit van een enkele NiMH-cel is ongeveer 10 Ah. Maar, net als bij andere cilinders met een grotere diameter, laten ze geen te hoge stromen toe vanwege de problematische warmteafvoer, wat het gebruik in elektrische voertuigen aanzienlijk vermindert, en daarom wordt deze bron alleen gebruikt als hulpaccu in een hybridesysteem (Toyota Prius 1,3 kWh).

Een belangrijke vooruitgang op het gebied van energieopslag is de ontwikkeling van veilige lithiumbatterijen. Lithium is een element met een hoge elektrochemische potentiaalwaarde, maar is ook zeer reactief in oxidatieve zin, wat ook bij het gebruik van lithiummetaal in de praktijk voor problemen zorgt. Wanneer lithium in contact komt met zuurstof uit de lucht, vindt verbranding plaats, die, afhankelijk van de eigenschappen van de omgeving, het karakter van een explosie kan hebben. Deze onaangename eigenschap kan worden geëlimineerd door het oppervlak zorgvuldig te beschermen of door minder actieve lithiumverbindingen te gebruiken. Momenteel zijn de meest gangbare lithium-ion en lithium-polymeer accu's met een capaciteit van 2 tot 4 Ah in ampère-uur. Het gebruik is vergelijkbaar met dat van NiMh en bij een gemiddelde ontlaadspanning van 3,2 V is 6 tot 13 Wh aan energie beschikbaar. In vergelijking met nikkel-metaalhydridebatterijen kunnen lithiumbatterijen twee tot vier keer meer energie opslaan voor hetzelfde volume. Lithium-ion (polymeer) batterijen hebben een elektrolyt in gel- of vaste vorm en kunnen worden vervaardigd in platte cellen zo dun als enkele tienden van een millimeter in vrijwel elke vorm om aan de behoeften van de betreffende toepassing te voldoen.

De elektrische aandrijving in een personenauto kan worden gemaakt als hoofd- en enige (elektrische auto) of gecombineerd, waarbij de elektrische aandrijving zowel de dominante als de hulpbron van tractie kan zijn (hybride aandrijving). Afhankelijk van de gebruikte variant verschilt de energiebehoefte voor de werking van het voertuig en daarmee de capaciteit van de accu's. Bij elektrische voertuigen ligt de batterijcapaciteit tussen de 25 en 50 kWh en bij een hybride aandrijving is deze natuurlijk lager en varieert van 1 tot 10 kWh. Uit de gegeven waarden blijkt dat bij een spanning van één (lithium)cel van 3,6 V het nodig is om de cellen in serie te schakelen. Om verliezen in distributiegeleiders, omvormers en motorwikkelingen te verminderen, wordt aanbevolen om een ​​spanning te kiezen die hoger is dan normaal in het boordnet (12 V) voor aandrijvingen - veelgebruikte waarden zijn van 250 tot 500 V. Van vandaag zijn lithiumcellen uiteraard het meest geschikte type. Toegegeven, ze zijn nog steeds erg duur, zeker in vergelijking met loodzuuraccu's. Ze zijn echter veel moeilijker.

De nominale spanning van conventionele lithiumbatterijcellen is 3,6 V. Deze waarde verschilt respectievelijk van conventionele nikkel-metaalhydridecellen. NiCd, die een nominale spanning hebben van 1,2 V (of lood - 2 V), die, indien in de praktijk gebruikt, geen uitwisselbaarheid van beide typen mogelijk maakt. Het opladen van deze lithiumbatterijen wordt gekenmerkt door de noodzaak om zeer nauwkeurig de waarde van de maximale laadspanning te behouden, wat een speciaal type lader vereist en in het bijzonder het gebruik van laadsystemen die zijn ontworpen voor andere typen cellen niet toestaat.

Belangrijkste kenmerken van lithiumbatterijen

De belangrijkste kenmerken van batterijen voor elektrische voertuigen en hybrides kunnen worden beschouwd als hun laad-ontlaadkarakteristieken.

Oplaadkarakteristiek 

Het laadproces vereist regeling van de laadstroom, het bewaken van de celspanning en het bewaken van de huidige temperatuur kan niet worden overgeslagen. Voor lithiumcellen die tegenwoordig in gebruik zijn en die LiCoO2-oxide als kathode-elektrode gebruiken, bedraagt ​​de maximale laadspanningslimiet 4,20 tot 4,22 V per cel. Het overschrijden van deze waarde leidt tot schade aan de celeigenschappen en omgekeerd betekent het niet bereiken van deze waarde het niet gebruiken van de nominale capaciteit van de cel. Voor het opladen wordt de gebruikelijke IU-karakteristiek gebruikt, dat wil zeggen dat er in de eerste fase met constante stroom wordt geladen totdat een spanning van 4,20 V/cel is bereikt. De laadstroom is beperkt tot de maximaal toegestane waarde die door de celfabrikant is opgegeven. oplader opties. De oplaadtijd in de eerste fase varieert van enkele tientallen minuten tot enkele uren, afhankelijk van de grootte van de laadstroom. De celspanning wordt geleidelijk verhoogd tot max. waarde van 4,2 V. Zoals reeds vermeld mag deze spanning niet overschreden worden vanwege het risico op beschadiging van het element. In de eerste laadfase wordt 70 tot 80% van de energie opgeslagen in de cellen, in de tweede fase de rest. In de tweede fase wordt de laadspanning op de maximaal toegestane waarde gehouden en wordt de laadstroom geleidelijk verlaagd. Het opladen is voltooid wanneer de stroom daalt tot ongeveer 2-3% van de nominale ontlaadstroom van de cel. Omdat de maximale waarde van de laadstromen bij kleinere cellen ook meerdere malen hoger is dan de ontlaadstroom, is het mogelijk om in de eerste laadfase een aanzienlijk deel van de elektriciteit te besparen. energie in een relatief zeer korte tijd (ongeveer ½ en 1 uur). Zo kunnen in geval van nood de EV-accu’s in relatief korte tijd tot voldoende capaciteit worden opgeladen. Zelfs bij lithiumcellen neemt de opgeslagen elektriciteit na een bepaalde opslagperiode af. Dit gebeurt echter pas na ongeveer 3 maanden inactiviteit.

Ontladingskenmerken

De spanning daalt aanvankelijk snel tot 3,6–3,0 V (afhankelijk van de grootte van de ontlaadstroom) en blijft gedurende de gehele ontlading vrijwel constant. Nadat de elektriciteitsvoorziening is uitgeput. de energie verlaagt ook de celspanning zeer snel. Daarom moet de ontlading uiterlijk worden voltooid nadat de door de fabrikant opgegeven ontlaadspanning, die tussen 2,7 en 3,0 V ligt, is bereikt.

Anders kan de structuur van het product beschadigd raken. Het beheer van het losproces is relatief eenvoudig. Het wordt alleen beperkt door de huidige waarde en stopt wanneer de uiteindelijke ontlaadspanning is bereikt. Het enige probleem is dat de eigenschappen van individuele cellen in een opeenvolgende opstelling nooit hetzelfde zijn. Daarom is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de spanning van een cel niet onder de uiteindelijke ontladingsspanning daalt, omdat deze hierdoor beschadigd kan raken en er dus voor kan zorgen dat de gehele batterij niet meer goed functioneert. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het opladen van de batterij.

Het genoemde type lithiumcellen met een ander kathodemateriaal, waarbij het kobalt-, nikkel- of mangaanoxide wordt vervangen door Li3V2 (PO4) 3-fosfide, elimineert de genoemde risico's op celbeschadiging door niet-prestaties. Ook wordt hun geclaimde levensduur van ongeveer 2 oplaadcycli (bij 000% ontlading) aangeprezen en vooral het feit dat wanneer de cel volledig ontladen is, deze niet zal worden beschadigd. Een voordeel is ook de hogere nominale spanning van circa 80 bij opladen tot 4,2 V.

Uit de bovenstaande beschrijving kan duidelijk worden gesteld dat lithiumbatterijen momenteel het enige alternatief zijn voor het opslaan van energie voor het besturen van een auto, vergeleken met de energie die is opgeslagen in fossiele brandstoffen in de brandstoftank. Elke verhoging van de specifieke batterijcapaciteit zal de concurrentiekracht van deze milieuvriendelijke aandrijving vergroten. We kunnen alleen maar hopen dat de ontwikkeling niet vertraagt, maar juist een paar kilometer vooruit gaat.

Voorbeelden van voertuigen die gebruikmaken van hybride en elektrische batterijen

Toyota Prius is een klassieke hybride met een korte gangreserve op puur elektrisch vermogen. drijfveer

De Toyota Prius maakt gebruik van nikkel-metaalhydridebatterijen van 1,3 kWh, die voornamelijk dienen als krachtbron voor de acceleratie van het voertuig en een afzonderlijke elektrische aandrijving mogelijk maken voor een bereik van maximaal ongeveer 2 km. snelheid 50 km/u.De Plug-In-versie maakt al gebruik van lithium-ionbatterijen met een capaciteit van 5,4 kWh, waardoor je op maximale snelheid een afstand van 14-20 km uitsluitend elektrisch kunt afleggen. snelheid 100 km/u.

Opel Ampera hybride met een verhoogde gangreserve op puur elektrisch vermogen. drijfveer

De elektrische auto met groter bereik (40-80 km), zoals Opel de vijfdeurs Amper met vier zitplaatsen noemt, wordt aangedreven door een elektromotor met 111 kW (150 pk) en een koppel van 370 Nm. De voeding wordt gevoed door 220 lithiumcellen, gerangschikt in een T-vorm, met een totaal vermogen van 16 kWh en een gewicht van 180 kg. De generator is een 1,4-liter benzinemotor met een vermogen van 63 kW.

Mitsubishi i MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. auto's

Dankzij de lithium-ionbatterijen van 16 kWh kan de auto op één lading tot 150 km afleggen, gemeten volgens de NEDC-norm (New European Driving Cycle). Hoogspanningsbatterijen (330 V) bevinden zich in de vloer en worden ook door het frame van de houder beschermd tegen schade bij een botsing. Het is een product van Lithium Energy Japan, een joint venture tussen twee divisies van Mitsubishi en GS Yuasa Corporation. Er zijn in totaal 88 artikelen. De aandrijving wordt van stroom voorzien door een lithium-ionbatterij van 330 V, bestaande uit 88 cellen van 50 Ah met een totale capaciteit van 16 kWh. Via een thuisstopcontact is de accu binnen zes uur op te laden; met behulp van een externe snellader (125 A, 400 V) is de accu in een half uur tot 80% opgeladen.

Zelf ben ik een grote fan van elektrische voertuigen en houd constant in de gaten wat er op dit gebied gebeurt, maar de realiteit is op dit moment niet zo optimistisch. Dit wordt ook bevestigd door bovenstaande informatie, waaruit blijkt dat het leven van zowel puur elektrische als hybride voertuigen niet gemakkelijk is, en vaak slechts een getallenspelletje lijkt te zijn. Hun productie is nog steeds erg veeleisend en duur, en hun effectiviteit is herhaaldelijk discutabel. Het grootste nadeel van elektrische voertuigen (hybriden) is de zeer lage specifieke capaciteit van de energie die is opgeslagen in batterijen in vergelijking met de energie die is opgeslagen in conventionele brandstoffen (diesel, benzine, vloeibaar petroleumgas, gecomprimeerd aardgas). Om het vermogen van elektrische voertuigen echt dichter bij conventionele auto's te brengen, zouden batterijen hun gewicht met minstens een tiende moeten verminderen. Dat betekent dat de genoemde Audi R8 e-tron 42 kWh niet in 470 kg, maar in 47 kg moest opslaan. Bovendien zou de oplaadtijd aanzienlijk moeten worden verkort. Ongeveer een uur bij 70-80% capaciteit is nog steeds veel, en dan heb ik het niet over gemiddeld 6-8 uur op een volle lading. Het is ook niet nodig om de onzin over nulproductie van CO2-elektrische voertuigen te geloven. Laten we meteen opmerken dat De energie in onze stopcontacten wordt ook opgewekt door warmtekrachtcentrales, en die produceren niet alleen voldoende CO2. Om nog maar te zwijgen van de complexere productie van zo'n auto, waarbij de behoefte aan CO2 voor de productie veel groter is dan bij een klassieker. We mogen het aantal componenten dat zware en giftige stoffen bevat en de problematische verwijdering ervan niet vergeten.

Met alle genoemde en niet genoemde minnen heeft een elektrische auto (hybride) ook onmiskenbare voordelen. In stadsverkeer of over kortere afstanden valt niet te ontkennen dat ze zuiniger werken, alleen vanwege het principe van energieopslag (terugwinning) tijdens het remmen, wanneer het bij conventionele voertuigen tijdens het remmen wordt afgevoerd in de vorm van afvalwarmte in de lucht, niet om noem de mogelijkheid om een ​​paar kilometer door de stad te rijden om goedkoop op te laden via openbare e-mail. netto. Als we een puur elektrische auto en een klassieke auto vergelijken, dan is er in een conventionele auto een verbrandingsmotor, wat op zich een vrij complex mechanisch element is. Zijn kracht moet op de een of andere manier op de wielen worden overgebracht, en dit gebeurt meestal via een handmatige of automatische transmissie. Er zitten nog één of meerdere differentiëlen in de weg, soms ook nog een aandrijfas en een serie steekassen. Natuurlijk moet de auto ook vaart minderen, moet de motor afkoelen en gaat deze thermische energie nutteloos als restwarmte verloren aan de omgeving. Een elektrische auto is veel efficiënter en eenvoudiger - (geldt niet voor een hybride aandrijving, die is erg ingewikkeld). De elektrische auto bevat geen versnellingsbakken, versnellingsbakken, cardans en steekassen, vergeet de motor voor, achter of in het midden. Het bevat geen radiator, d.w.z. koelvloeistof en starter. Het voordeel van een elektrische auto is dat deze motoren direct in de wielen kan installeren. En opeens heb je de perfecte ATV die elk wiel onafhankelijk van de andere kan besturen. Daarom zal het met een elektrisch voertuig niet moeilijk zijn om slechts één wiel te bedienen, en is het ook mogelijk om de optimale krachtverdeling voor bochten te selecteren en te regelen. Elk van de motoren kan ook een rem zijn, wederom volledig onafhankelijk van de andere wielen, die ten minste een deel van de kinetische energie weer omzet in elektrische energie. Hierdoor worden conventionele remmen veel minder belast. De motoren kunnen op vrijwel elk moment en zonder vertraging het maximaal beschikbare vermogen leveren. Hun efficiëntie bij het omzetten van in batterijen opgeslagen energie in kinetische energie is ongeveer 90%, wat ongeveer drie keer zo hoog is als bij conventionele motoren. Daardoor genereren ze minder restwarmte en hoeven ze minder moeilijk te koelen. Het enige wat je hiervoor nodig hebt is goede hardware, een besturingseenheid en een goede programmeur.

Suma sumarum. Als elektrische auto’s of hybrides nog dichter bij klassieke auto’s met zuinige motoren komen te staan, hebben ze nog een zeer moeilijke en uitdagende weg te gaan. Ik hoop alleen dat dit niet wordt ondersteund door een reeks misleidende cijfers of... overdreven druk van ambtenaren. Maar laten we niet wanhopen. De ontwikkeling van de nanotechnologie gaat inderdaad met grote sprongen vooruit, en misschien staan ​​ons in de nabije toekomst werkelijk wonderen te wachten.

Ten slotte zal ik nog iets interessants toevoegen. Er is al een “tankstation” op zonne-energie.

Toyota Industries Corp (TIC) heeft een laadstation op zonne-energie ontwikkeld voor elektrische en hybride voertuigen. Bovendien is het station aangesloten op het elektriciteitsnet, waardoor de zonnepanelen van 1,9 kW eerder een extra energiebron zijn. Met behulp van een off-grid (zonne) energiebron kan het laadstation een maximaal vermogen leveren van 110 VAC / 1,5 kW, bij aansluiting op het elektriciteitsnet biedt het maximaal 220 VAC / 3,2 kW.

Ongebruikte elektriciteit uit zonnepanelen wordt opgeslagen in batterijen, die 8,4 kWh kunnen opslaan voor later gebruik. Ook is het mogelijk om elektriciteit te leveren aan het distributienet of toebehoren van leveringsstations. De laadstations die bij het station worden gebruikt, beschikken over ingebouwde communicatietechnologie die voertuigen dienovereenkomstig kan identificeren. hun eigenaren met behulp van smartcards.

Belangrijke batterijtermen

• macht - geeft de hoeveelheid elektrische lading (hoeveelheid energie) aan die in de batterij is opgeslagen. Het wordt aangegeven in ampère-uren (Ah) of, in het geval van kleine apparaten, in milliampère-uren (mAh). Een accu van 1 Ah (= 1000 mAh) is theoretisch in staat om gedurende een uur 1 ampère te leveren.
• Interne weerstand - geeft het vermogen van de batterij aan om meer of minder ontlaadstroom te leveren. Ter illustratie kunnen twee jerrycans worden gebruikt, één met een kleinere uitlaat (hoge interne weerstand) en de andere met een grotere (lage interne weerstand). Als we besluiten ze te legen, zal een jerrycan met een kleiner afvoergat langzamer leeglopen.
• Nominale batterijspanning - voor nikkel-cadmium- en nikkel-metaalhydride-batterijen is dit 1,2 V, lood 2 V en lithium van 3,6 tot 4,2 V. Tijdens bedrijf varieert deze spanning binnen 0,8 - 1,5 V voor nikkel-cadmium- en nikkel-metaalhydride-batterijen, 1,7 - 2,3 V voor lood en 3-4,2 en 3,5-4,9 voor lithium.
• Laadstroom, ontlaadstroom – uitgedrukt in ampère (A) of milliampère (mA). Dit is belangrijke informatie voor het praktische gebruik van de betreffende batterij voor een bepaald apparaat. Het bepaalt ook de voorwaarden voor het correct laden en ontladen van de batterij, zodat de capaciteit maximaal wordt benut en tegelijkertijd niet wordt vernietigd.
• Opladen acc. ontladingscurve - geeft grafisch de verandering in spanning weer, afhankelijk van het tijdstip waarop de batterij wordt opgeladen of ontladen. Wanneer een batterij ontladen is, is er typisch een kleine spanningsverandering gedurende ongeveer 90% van de ontlaadtijd. Daarom is het erg moeilijk om de huidige toestand van de batterij te bepalen aan de hand van de gemeten spanning.
• Zelfontlading, zelfontlading – De batterij kan niet altijd stroom leveren. energie, aangezien de reactie aan de elektroden een omkeerbaar proces is. Een opgeladen batterij loopt vanzelf leeg. Dit proces kan enkele weken tot maanden duren. In het geval van loodzuuraccu's is dit 5-20% per maand, voor nikkel-cadmium-accu's - ongeveer 1% van de elektrische lading per dag, in het geval van nikkel-metaalhydride-accu's - ongeveer 15-20% per maand, en lithium verliest ongeveer 60%. capaciteit voor drie maanden. Zelfontlading is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de interne weerstand (batterijen met een hogere interne weerstand ontladen minder) en natuurlijk zijn ook het ontwerp, de gebruikte materialen en de afwerking van belang.
•  Batterij (sets) – Alleen in uitzonderlijke gevallen worden batterijen afzonderlijk gebruikt. Meestal zijn ze in een set geschakeld, bijna altijd in serie geschakeld. De maximale stroom van zo'n set is gelijk aan de maximale stroom van een individuele cel, de nominale spanning is de som van de nominale spanningen van de individuele cellen.
•  Accumulatie van batterijen.  Een nieuwe of ongebruikte batterij moet worden onderworpen aan één, maar bij voorkeur meerdere cycli (3-5) van langzaam volledig opladen en langzaam ontladen. Dit langzame proces stelt de batterijparameters in op het gewenste niveau.
•  Geheugen effect - Dit gebeurt wanneer de batterij wordt opgeladen en ontladen tot hetzelfde niveau met ongeveer constante, niet te veel stroom, en er mag geen volledige lading of diepe ontlading van de cel zijn. Deze bijwerking trof NiCd (minimaal ook NiMH).