» » Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны
Статьи
16.02.16 (23:25)
2174
Источник © 1gai.ru, Eric

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

Гибриды, плагин-гибридные и электрические автомобили: Какие батареи для них подходят лучше всего

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

Всего 10-12 лет назад мы не смогли бы поговорить на такую тему как использование различных типов аккумуляторов в гибридных, плагин- гибридных и электрических автомобилях по одной простой причине, их практически не существовало в природе, а рабочие экземпляры можно было посчитать по старинке, на пальцах обеих рук.

 

Теперь мы в 2016 году. И вокруг нас в городах ездит немалое количество гибридных машин, попадаются плагин- гибридные варианты и даже полностью электрические автомобили. Свои виды «зеленых» автомобилей будущего разрабатывают или уже презентовали почти все главные игроки от автоиндустрии. Да что там говорить, даже одни из самых быстрых гоночных автомобилей в мире от FerrariPorsche и McLaren стали гибридными, так что люди уже не будут смотреть на вас, как на странного хиппи, когда вы станете упоминать слова "гибридный" или "электромобиль".

 

Также уже существует достаточно большое количество электрических автомобилей, которые питаются частично или полностью от электричества, которое соответственно берется от батарей на борту ТС. Главные параметры, в которые безусловно входит максимальное расстояние, которое может преодолеть электрокар на одной зарядке и скорость зарядки аккумуляторов зависят от типа применяемых батарей. Именно поэтому мы посчитали важным описать общие преимущества и проблемы основных видов батарей на сегодняшнее время.

Два самых продаваемых электрических транспортных средства в мире- это Nissan Leaf, продано около четверти миллиона единиц на 2015 год, затем следует Tesla Model S, продажи которой зафиксированы в количество приблизительно в 100.000 штук. Совпадение или нет, но Leaf и Model S работают от одинакового типа литий-ионных (Li-Ion) батарей, поэтому мы начнем наш рассказ с них.

 

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Первоначально стали использоваться для питания портативных приборов бытовой электроники. Последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы постоянно развивались в автомобильном направлении, поэтому большинство современных (произведенных в 2015- 2016 годах) и предстоящих гибридов или полностью электрических автомобилей используют в своей схеме именно их.

 

Не все литий-ионные аккумуляторы похожи друг на друга, основные различия, заключаются в их дополнениях. Большинство портативных устройств, таких как смартфоны, планшеты или ноутбуки используют в качестве аккумулирующего энергию элемента, Li-Ion батареи, созданные на основе оксида лития кобальта (LiCoO2), что дает им высокую плотность заряда.

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

LiCoO2 катоды также обладают некоторыми серьезными недостатками, они более восприимчивы к так называемому «тепловому убеганию», которое инициируется во время перезаряда или работы при высокой температуре. Другими словами, они могут буквально взорваться, когда эксплуатируется неправильно или при экстремальных нагрузках. Быть может по этой причине в автомобилестроении далеко не все производители имеют с ними дело.

 

Для более энергоемкого применения, в таких приборах как электроинструмент, медицинская техника и, прежде всего автомобили, существуют литий-ионные аккумуляторы сделанные на основе литий-железо фосфата (LiFePO4), оксида лития марганца (LMO) и оксида кобальта марганца лития никеля (NMC). Все они имеют несколько меньшую плотность энергии, чем LiCoO2, но и лучше в смысле безопасности и большей продолжительности жизни.

 

Смотрите также: Владелец самостоятельно починил аккумуляторы гибридной Camry за $10, Toyota требовала $4.456!

 

Большинство современных гибридных и электрических автомобилей используют NMC литий-ионные батареи.

 

Преимущества

Самое большое преимущество Li-Ion аккумуляторов состоит в лучшем соотношении энергии к весу, быстроте зарядки, у него практически отсутствует эффект памяти.

 

Большая удельная энергия означает, что такие аккумуляторы могут весить меньше. Этот нюанс очевидно, делает их более подходящими для использования в автомобилях, так как меньший вес увеличивает дистанцию на одной зарядке и производительность, в то же время придавая автомобилю лучшую управляемость.

 

Быстрота зарядки аккумуляторной батареи вещь относительная. В реальной жизни отличий между существующими (применяемыми) системами аккумуляторов вы не увидите.

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

Литий-ионные аккумуляторы, по-видимому меньше всего пострадали от проблемы эффекта памяти. Кратко говоря, некоторые типы батарей постепенно будут снижать свою максимальную энергоемкость с каждым циклом заряда-разряда. Обычно это происходит, когда они многократно заряжаются после того, как частично разряжаются.

 

В противополоденность тому, никелевые аккумуляторы больше всего страдают от так называемого эффекта памяти, при котором батарея со временем "запоминает", что она имеет меньшую энергоемкость.

 

Недостатки

Самым крупным недостатком литий-ионных батарей является стоимость их производства, которая значительно выше, чем при использовании других типов аккумуляторов.

 

По сравнению с никелевыми батареями, они на 40 процентов дороже в изготовлении. Цена издержек на производство будет вычтена из кошелька покупателя. Тем не менее, следует помнить, что производственные затраты будут постепенно уменьшаеться с течением времени для всех типов батарей.

 

Помимо небольшого снижения напряжения с каждым новым циклом заряда- разряда, количество энергии, которую они могут удерживать (ёмкость) не уменьшается с течением времени. В автомобилях, заявленные разработчиками жизненные циклы этих батарей составляют 10 лет. Поверим на слово, пока столь долго не тестировалась ни одна аккумуляторная Li-Ion батарея.

 

Таким образом, литий-ионные батареи имеют наименьшее количество недостатков по сравнению с большинством своих соперников, но они до сих пор далеки от идеального решения.

 

Никель-металл-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы

Старейший тип так называемых современных батарей, Ni-MH, по-прежнему используется во многих современных электрокарах, хотя литий-ионные аккумуляторы медленно начали вытеснять их со всех основных направлений, говорим мы о гибридах, плагин-гибридных автомобилях или полностью электрических транспортных средствах, везде виден переход на более современную систему хранения энергии.

 

Гораздо дешевле в изготовлении, чем Li-ионные аккумуляторы, тем не менее никель-металл-гидридные батареи также имеют как положительные, так и отрицательные стороны, которые для большинства производителей могут представлять реальную проблему при установке этого типа батарей в свои гибридные и электрические автомобили.

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

В отличие от Li-ионов, никель-металлогидридные аккумуляторы используют водород, никель и титан или подобный ему металл для хранения энергии. Это и делает их гораздо более дешевыми в производстве по сравнению с первым типом аккумуляторов, но, так как все больше автопроизводителей переходят на использование литий-ионных батарей (Tesla, например), большая разница в ценах должна сократиться.

 

Преимущества

До сих пор самым большим потенциалом для роста количества производимых никель-металл-гидридных батарей является их долговечность. За современными типами батарей необходимо следить, ухаживать, правильно их эксплуатировать, для того чтобы они работали как можно дольше, аккумуляторы NiMH переживают эксплуатацию без особых проблем, не теряя емкости могут прожить столько же, при минимальном уходе.

 

Смотрите также: Десять самых экономичных гибридных и электрических автомобилей

 

Их прочность тесно связана с безопасностью, для них не требуется дополнительных мер предосторожности, из-за содержания небольшого количества мягких токсинов, по сравнению с другими батареями. Кроме того, высокое содержание никеля в них делает их утилизации выгодной.

 

Недостатки

Основным препятствием для дальнейшего использования NiMH является их низкая плотность энергии, которая почти на 40% меньше, чем у их основного конкурента. Их определенно можно сделать по емкости такими же, как и литий- ионные батареи, но только путем увеличения их размеров, а соответственно и веса.

 

В гибридах, плагин-гибридах и электромобилях, аккумуляторы выполняют много работы во время движения, здесь в фокус зрения попадает еще одна неприятная черта никель-металлогидридных аккумуляторов. Если их быстро зарядить и затем использовать под высокой нагрузкой, они имеют тенденцию генерировать большое количество тепла, поэтому требуется отдельная система охлаждения, что в свою очередь добавляет еще больше веса.

 

Остальные типы аккумуляторных батарей

Есть много других типов батарей, которые, быть может, в конце концов, станут использоваться в автомобильной промышленности, но ни один из них не стал по-настоящему революционным и решающим все проблемы одновременно.

 

Разрабатываемые/ разработанные системы:

 

Кобальт Диоксид, фосфат железа (FePo) и литий-фосфат железа (LiFePO4), литий-воздух (Li -Air), литий-полимерная система (LiPo), никель-кобальт-марганец (NCM), никель-кобальт-алюминий (NCA) и оксид марганца (MnO)- это лишь некоторые из типов аккумуляторов, которые могут появиться в серийных электромобилях в будущем.

 

Кобальт диоксидовые батареи на рынке уже более десяти лет, питают небольшие электроприборы, такие как мобильные телефоны, игрушки или ноутбуки. У них есть два главных недостатка, особенно при серьезном использовании, это тепловой пробой и издержки производства, но в целом, они отлично зарекомендовали себя, когда дело доходит до плотности заряда.

 

Одной из наиболее стабильных и недорогих батарей стал фосфат железа, но эта система выполняет работу на более низком напряжении поэтому вам потребуется довольно много этого типа аккумуляторов, чтобы привести электрический автомобиль в движение.

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

 

Литий-полимерная система, LiPo, звучит гордо и своеобразно, на самом деле представляет из себя еще одну форму литий-ионных батарей. Основное отличие заключается в том, что литий-ионные полимеры упакованы в так называемом «формате мешка», который имеет как свои достоинства и недостатки. Вот почему они совсем недавно стали использовать в автомобилях.

 

NCM и NCA батареям предстоит еще долгий путь становления, до тех пор, пока они станут достаточно рентабельны для использования в автомобилях, не говоря уже о том, чтоб они стали восприимчивы к тепловому пробою.

 

До сих пор одним из самых интригующих новых технологий остается литий-воздушная батарея (LiAir), которая использует окисление лития на аноде и восстановление кислорода на катоде, чтобы индуцировать электрический ток. Двумя основными преимуществами литий-воздушного аккумулятора являются то, что это отличный источник энергии, почти сопоставим с бензином и от 5 до 15 раз мощнее, чем текущие литий-ионные батареи.

 

В любом случае, мы еще далеки от этих альтернативных типов батарей, устанавливаемых на крайне ограниченный процент гибридов и электромобилей. Но хорошая новость в том, что они на подходе и с ними придут новые возможности в использовании электрической техники в целом и машин в частности.

Оцените новость:
Поделиться
Хотите ли вы уехать из России?
 
Оформи еженедельную рассылку 1gai.ru