Батареяҳо барои мошинҳои гибридӣ ва электрикӣ

Дар мақолаи қаблии худ, мо батареяро ҳамчун манбаи барқ ​​муҳокима кардем, ки пеш аз ҳама барои оғоз кардани мошин лозим аст, инчунин барои кори нисбатан кӯтоҳмуддати таҷҳизоти барқӣ. Аммо, ба хусусиятҳои батареяҳое, ки дар соҳаи пешбурди дастгоҳҳои калони мобилӣ истифода мешаванд, дар ҳолати мо мошинҳои гибридӣ ва мошинҳои электрикӣ талаботи комилан дигар гузошта мешаванд. Барои қудрат додани мошин миқдори зиёди энергияи захирашуда лозим аст ва бояд дар ҷое нигоҳ дошта шавад. Дар мошини классикӣ бо муҳаррики дарунсӯз, он дар зарф дар шакли бензин, дизел ё LPG нигоҳ дошта мешавад. Дар мавриди мошини электрикӣ ё мошини гибридӣ, он дар батареяҳо нигоҳ дошта мешавад, ки онро метавон ҳамчун мушкилоти асосии мошини барқӣ тавсиф кард.

Аккумуляторҳои ҳозира метавонанд миқдори ками энергияро захира кунанд, дар ҳоле ки онҳо хеле калон, вазнин ва ҳамзамон барои пур кардани ҳадди аксарашон чанд соат (одатан 8 ё бештар) лозим аст. Баръакси ин, мошинҳои муқаррарӣ бо муҳаррикҳои дарунсӯз метавонанд дар муқоиса бо батареяҳои хурд миқдори зиёди энергияро захира кунанд, ба шарте ки барои пур кардани он ҳамагӣ як дақиқа, шояд ду дақиқа лозим шавад. Мутаассифона, мушкилоти нигаҳдории нерӯи барқ ​​мошинҳои электрикиро аз замони пайдоишашон ба ташвиш овардааст ва бо вуҷуди пешрафти раднопазир, зичии энергияи онҳо барои қудрат додани мошин ҳанӯз ҳам хеле паст аст. Дар сатрҳои минбаъда, сарфаи почтаи электронӣ Мо энергияро муфассалтар муҳокима хоҳем кард ва кӯшиш мекунем воқеияти воқеии мошинҳои дорои диски холиси электрикӣ ё гибридиро наздик кунем. Дар атрофи ин "мошинҳои электронӣ" афсонаҳои зиёде мавҷуданд, аз ин рӯ дидани амиқтар ба афзалиятҳо ё нуқсонҳои ин гуна дискҳо осеб намерасонад.

Мутаассифона, рақамҳои аз ҷониби истеҳсолкунандагон пешниҳодшуда низ хеле шубҳаноканд ва хеле назариявӣ мебошанд. Масалан, Kia Venga дорои муҳаррики электрикӣ бо иқтидори 80 кВт ва моменти 280 Нм мебошад. Қувваи барқ ​​аз ҷониби батареяҳои литий-ионӣ бо иқтидори 24 кВт соат таъмин карда мешавад, доираи тахминии Kia Vengy EV аз рӯи истеҳсолкунанда 180 км мебошад. Иқтидори батареяҳо ба мо мегӯяд, ки пурра пур карда шуда, онҳо метавонанд истеъмоли муҳаррикро 24 кВт таъмин кунанд ё истеъмоли 48 кВтро дар ним соат таъмин кунанд ва ғайра. Аз нав ҳисобкунии оддӣ ва мо 180 км роҳро тай карда наметавонем. . Агар мо мехостем, ки дар бораи чунин диапазон фикр кунем, пас мо бояд тақрибан 60 соат ба ҳисоби миёна 3 км / соат ҳаракат кунем ва қувваи муҳаррик танҳо даҳяки арзиши номиналӣ, яъне 8 кВт бошад. Ба ибораи дигар, бо саёҳати воқеан эҳтиёткорона (эҳтиёткорона), ки дар он шумо тақрибан бешубҳа тормозро дар кор истифода хоҳед бурд, чунин савор аз ҷиҳати назариявӣ имконпазир аст. Албатта, мо дохил кардани лавозимоти электрикии гуногунро ба назар намегирем. Ҳама аллакай тасаввур карда метавонанд, ки чӣ гуна худкорӣ дар муқоиса бо мошини классикӣ. Дар айни замон шумо ба мошини классикии «Венга» 40 литр сузишвории дизелй рехта, садхо ва садхо километрро бе махдудият тай мекунед. Чаро чунин аст? Биёед кӯшиш кунем, ки муқоиса кунем, ки чӣ қадар ин энергия ва чӣ қадар вазнро як мошини классикӣ дар зарф нигоҳ дорад ва чӣ қадар мошини электрикӣ дар батареяҳо нигоҳ дошта метавонад - бештар дар ин ҷо бихонед.

Якчанд далелҳо аз химия ва физика

• арзиши гармии бензин: 42,7 МДж / кг,
• арзиши калориянокии сӯзишвории дизелӣ: 41,9 MJ / kg,
• зичии бензин: 725 кг / м3,
• зичии нафт: 840 кг / м3,
• Ҷоул (J) = [кг * м2 / с2],
• Ватт (Вт) = [Ҷ / с],
• 1 MJ = 0,2778 кВт / соат.

Энергия қобилияти иҷрои корест, ки бо ҷоул (Ҷ), киловатт соат (кВт-соат) чен карда мешавад. Кор (механикї) бо таѓйири энергия њангоми њаракати љисм зуњур мешавад, њамон воњидњои энергия дорад. Қувва миқдори корҳоро дар як воҳиди вақт ифода мекунад, воҳиди асосӣ ватт (Вт) мебошад.

Қувваи махсуси манбаъҳои энергия

Манбаи энергия	Арзиши калория / зичии кг	Арзиши калория / л Энергия / л	Энергия/кг
Бензин	42,7 МҶ / кг 725 кг / м3	30,96 MJ / l 8,60 кВт / соат	11,86 кВт / соат / кг
Равған	41,9 МҶ / кг 840 кг / м3	35,20 MJ / l 9,78 кВт / соат	11,64 кВт / соат / кг
Батареяи Li-ion (Audi R8 e-tron)	42 кВт / соат 470 кг		0,0893 кВт / соат / кг

Аз гуфтаҳои боло маълум мешавад, ки, масалан, бо арзиши гармии 42,7 МДж / кг ва зичии 725 кг / м3, бензин нерӯи 8,60 кВт / соат ё як литрро 11,86 кВт / соат пешниҳод мекунад. Агар мо батареяҳои ҷориро, ки ҳоло дар мошинҳои электрикӣ насб шудаанд, масалан, литий-ион созем, зарфияти онҳо камтар аз 0,1 кВт / соат дар як килограмм аст (барои соддаӣ, мо 0,1 кВт / соатро ба назар мегирем). Сӯзишвории анъанавӣ барои як вазн зиёда аз сад маротиба бештар энергия медиҳад. Шумо мефаҳмед, ки ин фарқияти калон аст. Агар мо онро ба қисмҳои хурди тақсим кунем, масалан, як Chevrolet Cruze бо батареяи 31 кВт соат энергияро интиқол медиҳад, ки метавонад камтар аз 2,6 кг бензин ё агар хоҳед, тақрибан 3,5 литр бензинро дар бар гирад.

Шумо метавонед бигӯед, ки чӣ гуна мумкин аст, ки мошини электрикӣ умуман ба кор дарояд, на ин ки он то ҳол зиёда аз 100 км энергия дошта бошад. Сабаб оддӣ аст. Моторҳои электрикӣ аз ҷиҳати табдил додани энергияи захирашуда ба энергияи механикӣ хеле самараноктаранд. Одатан, он бояд самаранокии 90% дошта бошад, дар ҳоле ки самаранокии муҳаррики сӯзиши дохилӣ тақрибан 30% барои муҳаррики бензин ва 35% барои муҳаррики дизелӣ мебошад. Аз ин рӯ, барои таъмин кардани ҳамон қудрат ба муҳаррики электрикӣ, он дорои захираи хеле камтари энергия аст.

Осонии истифодаи дискҳои инфиродӣ

Пас аз баҳодиҳии ҳисоби соддашуда тахмин карда мешавад, ки мо метавонем аз як литр бензин тақрибан 2,58 кВт-соат энергияи механикӣ, аз як литр сӯзишвории дизелӣ 3,42 кВт-соат ва аз як килограмм батареяи литий-ионӣ 0,09 кВт-соат энергия гирем. Пас, тафовут на бештар аз сад баробар, балки тақрибан сӣ маротиба аст. Ин рақами беҳтарин аст, аммо ба ҳар ҳол аслан гулобӣ нест. Масалан, Audi R8-и варзиширо дида мебароем. Батареяҳои пурра пуркардашудаи он, ки вазнаш 470 кг буда, ба 16,3 литр бензин ё ҳамагӣ 12,3 литр сӯзишвории дизелӣ баробар аст. Ё, агар мо Audi A4 3,0 TDI бо зарфияти зарфи 62 литр сӯзишвории дизелӣ дошта бошем ва мо мехостем, ки дар як диски тозаи аккумулятор ҳамон диапазон дошта бошем, ба мо тақрибан 2350 кг батарея лозим мешавад. То хол ин факт ба электромошин ояндаи хеле дурахшон намедихад. Бо вуҷуди ин, лозим нест, ки туфангчаро ба ҷавдор партояд, зеро фишор барои таҳияи ин гуна "автомобилҳои электронӣ" аз ҷониби лобби сабзи бераҳмона бардошта мешавад, бинобар ин, мошинсозон хоҳ не, онҳо бояд чизи "сабз" истеҳсол кунанд. . «. Ивазкунандаи муайяни гардонандаи соф электрикӣ гибридҳо мебошад, ки муҳаррики дарунсӯзиро бо муҳаррики электрикӣ муттаҳид мекунанд. Дар айни замон маъмултаринҳо, масалан, Toyota Prius (Auris HSD бо ҳамон технологияи гибридӣ) ё Honda Inside мебошанд. Бо вуҷуди ин, диапазони соф электрикии онҳо ҳанӯз хандаовар аст. Дар ҳолати аввал, тақрибан 2 км (дар версияи охирини Plug In он "ба 20 км" зиёд карда шудааст) ва дар дуюм, Хонда ҳатто диски соф электрикиро накӯфт. То ҳол, самаранокии натиҷа дар амал он қадар мӯъҷизае нест, ки таблиғоти оммавӣ пешниҳод мекунад. Воқеият нишон дод, ки онҳо метавонанд онҳоро бо ҳар гуна ҳаракати кабуд (иқтисод) асосан бо технологияи анъанавӣ ранг кунанд. Бартарии станцияи электрикии гибридй асосан дар сарфаи сузишворй хангоми харакат дар шахр мебошад. Ба наздикӣ Audi гуфт, ки дар айни замон танҳо кам кардани вазни бадан лозим аст, то ба ҳисоби миёна ба ҳамон сарфаи сӯзишворӣ, ки баъзе брендҳо тавассути насби системаи гибридӣ дар мошин ба даст меоранд. Моделҳои нави баъзе мошинҳо низ исбот мекунанд, ки ин фарёд ба торикӣ нест. Масалан, насли ҳафтуми ба наздикӣ муаррифӣшудаи Volkswagen Golf ҷузъҳои сабуктарро барои омӯхтан истифода мебарад ва дар амал воқеан нисбат ба пештара камтар сӯзишворӣ сарф мекунад. Автомобилсози японии «Мазда» хамин гуна рохро пеш гирифтааст. Сарфи назар аз ин иддаоҳо, таҳияи як гардонандаи гибридии "дар масофаи дур" идома дорад. Ҳамчун мисол, ман Opel Ampera ва, ба таври ғайриоддӣ, модели Audi A1 e-tronро зикр мекунам.

Осонии истифодаи дискҳои инфиродӣ

Манбаи энергия	Самаранокии муҳаррик	Энергияи самаранок / л	Энергияи самаранок / кг
Бензин	0,30	2,58 кВт / соат	3,56 кВт / соат / кг
Равған	0,35	3,42 кВт / соат	4,07 кВт / соат / кг
Батареяҳои литий-ион	0,90	-	ХУБ. 0,1 кВт / соат

Мошинбозори Душанбе Opel Ampera

Гарчанде ки Opel Ampera аксар вақт ҳамчун мошини электрикӣ муаррифӣ карда мешавад, он дар асл як мошини гибридӣ аст. Илова ба муҳаррики электрикӣ, Ampere инчунин як муҳаррики сӯзиши дохилии 1,4 литрии 63 кВтро истифода мебарад. Аммо, ин муҳаррики бензин чархҳоро мустақиман идора намекунад, балки дар ҳолати тамом шудани батареяҳо ҳамчун генератор амал мекунад. энергия. Қисми электрикӣ бо муҳаррики электрикии дорои тавоноии 111 кВт (150 қувваи асп) ва моменти 370 Нм муаррифӣ шудааст. Таъмини нерӯи барқ ​​аз 220 ҳуҷайраҳои литийии Т-шаклдор аст, ки онҳо қудрати умумии 16 кВт / соат ва вазни 180 кг доранд. Ин мошини электрикӣ метавонад бо диски холиси электрикӣ 40-80 км масофаро тай кунад. Ин масофа аксар вақт барои рондани якрӯзаи шаҳр кофӣ аст ва хароҷоти амалиётиро ба таври назаррас коҳиш медиҳад, зеро трафики шаҳр дар ҳолати муҳаррикҳои сӯхт истеъмоли зиёди сӯзишворӣ талаб мекунад. Батареяҳо инчунин метавонанд аз васлаки муқаррарӣ дубора пур карда шаванд ва дар якҷоягӣ бо муҳаррики сӯхтори дохилӣ, доираи Ампера то панҷсад километр қадрдонӣ мешавад.

Ауди электрон электрон A1

Ауди, ки нисбат ба гардонандаи гибридии аз ҷиҳати техникӣ серталаб як драйви классикиро бо технологияи пешрафта афзалтар медонад, беш аз ду сол пеш мошини ҷолиби гибридии A1 e-tron-ро муаррифӣ кард. Батареяҳои литий-ионии иқтидори 12 кВт/соат ва вазни 150 кг бо муҳаррики Ванкел ҳамчун як ҷузъи генератор, ки энергияро дар шакли бензине, ки дар зарфи 254 литр нигоҳ дошта мешавад, истифода мебаранд. Мотор 15 мукаабметр хачм дорад. см ва тавлиди 45 кВт/соат эл. энергия. Электр двигатель 75 киловатт иктидор дошта, дар як муддати кутох то 0 кВт кувва истехсол карда метавонад. Шитоб аз 100 то 10 тахминан 130 сония ва суръати максималии он тақрибан 50 км/соатро ташкил медиҳад.Мошин метавонад дар атрофи шаҳр тақрибан 12 километрро бо гардонандаи соф электрикӣ тай кунад. Баъди ба охир расидани д. энергия бо двигатели дарунсӯзии даврзананда ба таври оқилона фаъол карда мешавад ва қувваи барқро пур мекунад. энергия барои батареяҳо. Масофаи умумии батареяҳои пуркардашуда ва 250 литр бензин тақрибан 1,9 км ва истеъмоли миёнаи 100 литр дар 1450 км мебошад. Вазни кори мошин 12 кг аст. Биёед як табдили оддиро дида бароем, то дар муқоисаи мустақим бубинем, ки дар зарфи 30 литр чӣ қадар энергия пинҳон аст. Агар самаранокии муҳаррики муосири Wankel 70% бошад, пас 9 кг он дар якҷоягӣ бо 12 кг (31 л) бензин ба 79 кВт/соат энергияи дар батареяҳо нигоҳ дошташуда баробар аст. Ҳамин тавр, 387,5 кг муҳаррик ва бак = 1 кг батарея (бо вазнҳои Audi A9 e-Tron ҳисоб карда мешавад). Агар мо мехостем, ки зарфи сузишвориро 62 литр зиёд кунем, мо аллакай XNUMX киловатт-соат энергия дорем, ки мошинро бо барқ ​​таъмин кунем. Пас мо метавонем идома диҳем. Аммо ӯ бояд як сайд дошта бошад. Он дигар мошини «сабз» нахоҳад буд. Ҳамин тавр, ҳатто дар ин ҷо равшан дида мешавад, ки гардонандаи барқ ​​​​бо зичии қувваи энергияи дар батареяҳо нигоҳ дошташуда хеле маҳдуд аст.

Махсусан, нархи баланд ва инчунин вазни баланд боиси он гардид, ки драйви гибридии Ауди тадриҷан ба замина афтод. Бо вуҷуди ин, ин маънои онро надорад, ки рушди мошинҳои гибридӣ ва мошинҳои электрикӣ дар Audi комилан коҳиш ёфтааст. Ба наздикӣ маълумот дар бораи версияи нави модели A1 e-tron пайдо шуд. Дар муқоиса бо муҳаррики пештара, муҳаррик/генератори гардишкунанда бо муҳаррики 1,5 кВт-и 94 литрии се цилиндрии турбомуҳаррик иваз карда шуд. Истифодаи агрегати классикии дарунсӯзӣ аз ҷониби Audi асосан аз сабаби мушкилоти марбут ба ин интиқол маҷбур карда шуд ва муҳаррики нави се цилиндрӣ на танҳо барои пур кардани батареяҳо, балки бевосита бо чархҳои гардонанда кор кардан пешбинӣ шудааст. Батареяҳои Sanyo дорои иқтидори якхелаи 12 кВт-соат мебошанд ва диапазони диски соф электрикӣ каме то тақрибан 80 км афзоиш ёфтааст. Audi мегӯяд, ки A1 e-tron такмилшуда бояд ба ҳисоби миёна як литр дар як сад километр бошад. Мутаассифона, ин харочот як нуксон дорад. Барои мошинҳои гибридӣ бо доираи васеи барқи тоза. гардонанда як усули ҷолибро барои ҳисоб кардани суръати ҷараёни ниҳоӣ истифода мебарад. Ба ном истеъмол сарфи назар карда мешавад. сӯзишворӣ аз шабакаи пуркунандаи батарея, инчунин сарфи ниҳоии л / 100 км, танҳо сарфи бензинро барои 20 километри охирини рондан, вақте ки қувваи барқ ​​мавҷуд аст, ба назар мегирад. заряди батарея. Бо ҳисоби хеле содда, мо метавонем инро ҳисоб кунем, агар батареяҳо ба таври мувофиқ холӣ карда шаванд. пас аз хомуш шудани кувваи электр машинаро пеш гирифтем. энергия аз аккумуляторхои соф бензин, дар натица истеъмоли он панч баробар, яъне ба хар 5 километр 100 литр бензин меафзояд.

Audi A1 e-tron II. насл

Проблемаҳои нигоҳдории барқ

Масъалаи захира кардани энергия мисли худи электротехника кухна аст. Аввалин манбаъҳои қувваи барқ ​​ҳуҷайраҳои галванӣ буданд. Пас аз як муддати кутох имкони-яти процесси баръакси чамъ шудани кувваи электр дар элементхои дуйуми галванй — батареяхо кашф карда шуд. Аввалин батареяҳои истифодашуда батареяҳои сурбӣ буданд, ки пас аз як муддати кӯтоҳ никел-оҳан ва каме дертар никел-кадмий буданд ва истифодаи амалии онҳо зиёда аз сад сол давом кард. Инчунин бояд илова кард, ки сарфи назар аз таҳқиқоти пуршиддати ҷаҳонӣ дар ин самт, тарҳи асосии онҳо чандон тағир наёфтааст. Бо истифода аз технологияҳои нави истеҳсолӣ, беҳтар кардани хосиятҳои масолеҳи асосӣ ва истифодаи маводи нав барои сепараторҳои ҳуҷайра ва зарфҳо имкон дод, ки вазни хосро каме кам кунад, худидоракунии ҳуҷайраҳоро кам кунад, бароҳатӣ ва бехатарии операторро зиёд кунад, вале дар бораи он. Камбудии муҳимтарин, яъне. Таносуби хеле номусоиди ҳаҷми энергияи захирашуда ба вазн ва ҳаҷми батареяҳо боқӣ монд. Аз ин рӯ, ин батареяҳо асосан дар барномаҳои статикӣ истифода мешуданд (манбаҳои захиравии қувваи барқ ​​​​дар сурати аз кор баромадани таъминоти барқи асосӣ ва ғайра). Батареяҳо ҳамчун манбаи энергия барои системаҳои кашиш истифода мешуданд, махсусан дар роҳҳои оҳан (аробаҳои нақлиётӣ), ки дар он ҷо вазни вазнин ва андозаҳои назаррас низ аз ҳад зиёд халал намерасонданд.

Раванди нигоҳдории энергия

Бо вуҷуди ин, зарурати таҳияи ҳуҷайраҳои дорои иқтидор ва андозаашон хурд дар соатҳои ампер афзудааст. Ҳамин тариқ, ҳуҷайраҳои ибтидоии ишқорӣ ва версияҳои мӯҳршудаи батареяҳои никел-кадмий (NiCd) ва сипас гидриди никели металлӣ (NiMH) ба вуҷуд омаданд. Барои инкапсулятсияи ҳуҷайраҳо, ҳамон шаклҳо ва андозаҳои дастпӯшакҳо барои ҳуҷайраҳои хлориди ибтидоии руҳ то кунун анъанавӣ интихоб карда шуданд. Аз ҷумла, параметрҳои бадастомадаи батареяҳои гидридии никелӣ имкон медиҳанд, ки онҳоро истифода баранд, алалхусус дар телефонҳои мобилӣ, ноутбукҳо, дастгоҳҳои дастӣ ва ғайра. Технологияи истеҳсоли ин ҳуҷайраҳо аз технологияҳое, ки барои ҳуҷайраҳои дорои иқтидори калон дар ампер-соат. Ҷойгиркунии ламелярии системаи электродҳои калони ҳуҷайравӣ бо технологияи табдил додани системаи электрод, аз ҷумла ҷудокунандаҳо ба як катони силиндрӣ иваз карда мешавад, ки бо ҳуҷайраҳои шакли муқаррарии андозаҳои AAA, AA, C ва D ҷойгир карда шудааст. андозаи чандкаратаашон. Барои баъзе барномаҳои махсус, ҳуҷайраҳои махсуси ҳамвор истеҳсол карда мешаванд.

Бартарии ҳуҷайраҳои герметикӣ бо электродҳои спиралӣ қобилияти пур кардан ва холӣ кардан бо ҷараёнҳои баланд ва таносуби зичии нисбии энергия ба вазн ва ҳаҷми ҳуҷайра дар муқоиса бо тарҳи классикии ҳуҷайраҳои калон аст. Камбудӣ ин аст, ки худидоракунии бештар ва камтар давраҳои корӣ. Иқтидори максималии як ҳуҷайраи NiMH тақрибан 10 Ah аст. Аммо, ба монанди дигар силиндрҳои диаметри калон, онҳо имкон намедиҳанд, ки ҷараёнҳои аз ҳад зиёд баландро аз сабаби тақсимоти гармии мушкил, ки истифодаи мошинҳои барқиро хеле кам мекунад ва аз ин рӯ, ин манбаъ танҳо ҳамчун батареяи ёрирасон дар системаи гибридӣ (Toyota Prius) истифода мешавад. 1,3 кВт/соат).

Пешравии назаррас дар соҳаи нигоҳдории энергия таҳияи батареяҳои бехатари литий мебошад. Литий як унсури дорои арзиши баланди потенсиали электрохимиявӣ мебошад, аммо он инчунин ба маънои оксидшавӣ бениҳоят реактивӣ аст, ки ҳангоми истифодаи металли литий дар амал мушкилотро ба вуҷуд меорад. Вақте ки литий бо оксигени атмосфера тамос мегирад, сӯзиш ба амал меояд, ки вобаста ба хосиятҳои муҳити зист метавонад характери таркишро дошта бошад. Ин хосияти ногуворро ё тавассути бодиққат муҳофизат кардани сатҳ ё бо истифода аз пайвастагиҳои камтар фаъоли литий бартараф кардан мумкин аст. Дар айни замон, маъмултарин батареяҳои литий-ион ва литий-полимерӣ бо иқтидори аз 2 то 4 Ah дар ампер-соат. Истифодаи онҳо ба қувваи NiMh монанд аст ва дар шиддати миёнаи разряди 3,2 В аз 6 то 13 Вт соат энергия мавҷуд аст. Дар муқоиса бо батареяҳои гидриди никел-металлӣ, батареяҳои литий метавонанд барои як ҳаҷм аз ду то чор маротиба зиёдтар энергия захира кунанд. Батареяҳои литий-ион (полимерӣ) электролит дар гел ё шакли сахт доранд ва мумкин аст дар ҳуҷайраҳои ҳамвор то чанд даҳяки миллиметр дар амалан ҳама гуна шакл барои мувофиқ кардани ниёзҳои барномаи мувофиқ истеҳсол карда шаванд.

Диски электрикӣ дар автомобили сабукрав метавонад ҳамчун як мошини асосӣ ва ягона (электрикӣ) ё якҷоя сохта шавад, ки дар он гардонандаи электрикӣ ҳам манбаи бартарӣ ва ҳам манбаи ёрирасони кашиш (диранги гибридӣ) шуда метавонад. Вобаста аз варианти истифодашаванда, талаботи энергия барои кори мошин ва аз ин рӯ иқтидори батареяҳо фарқ мекунад. Дар мошинҳои барқӣ, иқтидори батарея аз 25 то 50 кВт соат аст ва бо гардонандаи гибридӣ он табиатан пасттар аст ва аз 1 то 10 кВт соат аст. Аз арзишҳои додашуда дидан мумкин аст, ки ҳангоми шиддати як ҳуҷайраи (литий) 3,6 В, ҳуҷайраҳоро пай дар пай пайваст кардан лозим аст. Барои кам кардани талафот дар ноқилҳои тақсимкунанда, инвертерҳо ва печҳои мотор тавсия дода мешавад, ки шиддат аз муқаррарӣ баландтар дар шабакаи бортӣ (12 В) барои дискҳо интихоб карда шавад - арзишҳои маъмулан истифодашаванда аз 250 то 500 В мебошанд. имрӯз, ҳуҷайраҳои литий баръало намуди мувофиқтарин мебошанд. Бояд эътироф кард, ки онҳо ҳоло ҳам хеле гарон ҳастанд, махсусан дар муқоиса бо батареяҳои сурбӣ. Бо вуҷуди ин, онҳо хеле душвортаранд.

Шиддати номиналии ҳуҷайраҳои батареяи муқаррарии литий 3,6 В аст. Ин арзиш мутаносибан аз ҳуҷайраҳои муқаррарии гидриди никел-металлӣ фарқ мекунад. NiCd, ки шиддати номиналии 1,2 В (ё сурб - 2 В) доранд, ки агар дар амал истифода шаванд, иваз кардани ҳарду намудро имкон намедиҳад. Пуркунии ин батареяхои литийй бо зарурати хеле аник нигох доштани кимати шиддати максималии заряднок хос аст, ки он навъи махсуси пуркунандаи пуркунандаро талаб мекунад ва махсусан, барои истифода бурдани системахои пуркунандаи заряд, ки барои дигар навъхои элементхо пешбинй шудааст, имкон намедихад.

Хусусиятҳои асосии батареяҳои литий

Хусусиятҳои асосии батареяҳо барои мошинҳои барқӣ ва гибридҳоро метавон хусусиятҳои тавсиф ва холӣ кардани онҳо ҳисоб кард.

Хусусияти пуркунии барқ 

Раванди пуркунии барқ ​​танзими ҷараёни барқро талаб мекунад, назорати шиддати ҳуҷайра ва назорати ҳарорати ҷорӣро нодида гирифтан мумкин нест. Барои ҳуҷайраҳои литийӣ, ки имрӯз истифода мешаванд, ки LiCoO2 -ро ҳамчун электроди катод истифода мебаранд, ҳадди ниҳоии шиддати барқ ​​аз 4,20 то 4,22 В дар як ячейка аст. Зиёда аз ин қимат боиси вайрон шудани хосиятҳои ҳуҷайра ва баръакс, нарасидан ба ин қимат маънои истифода нашудани иқтидори номиналии ҳуҷайраро дорад. Барои пуркунӣ хусусияти маъмулии IU истифода мешавад, яъне дар марҳилаи аввал то расидани шиддати 4,20 В / ҳуҷайра бо ҷараёни доимӣ ситонида мешавад. Ҷараёни барқ ​​мутаносибан бо ҳадди ниҳоии иҷозатдодаи истеҳсолкунандаи ячейка маҳдуд аст. имконоти пуркунандаи барқ. Вақти барқ ​​дар марҳилаи аввал вобаста ба бузургии ҷараёни барқ ​​аз даҳҳо дақиқа то чанд соат фарқ мекунад. Шиддати ҳуҷайра тадриҷан то ҳадди аксар меафзояд. қиматҳои 4,2 V. Тавре ки дар боло зикр шуд, ин шиддат набояд аз сабаби хатари вайрон шудани ҳуҷайра зиёд шавад. Дар марҳилаи аввали пуркунӣ, 70-80% энергия дар ҳуҷайраҳо нигоҳ дошта мешавад, дар марҳилаи дуюм боқимонда. Дар марҳилаи дуввум шиддати барқ ​​дар ҳадди ҷоизи иҷозат нигоҳ дошта мешавад ва ҷараёни барқ ​​тадриҷан коҳиш меёбад. Пуркунии барқ ​​дар сурате ба охир мерасад, ки ҷараён то тақрибан 2-3% -и ҷараёни номиналии разряди ҳуҷайраро коҳиш диҳад. Азбаски арзиши максималии ҷараёнҳои барқ ​​дар сурати ҳуҷайраҳои хурдтар аз ҷараёни разряд чанд маротиба зиёдтар аст, як қисми назарраси нерӯи барқро дар марҳилаи аввали пуркунии барқ ​​сарфа кардан мумкин аст. энергия дар муддати нисбатан хеле кӯтоҳ (тақрибан ½ ва 1 соат). Ҳамин тариқ, ҳангоми рух додани ҳолати фавқулодда батареяҳои мошини электрикиро дар як муддати нисбатан кӯтоҳ ба иқтидори кофӣ пур кардан мумкин аст. Ҳатто дар мавриди ҳуҷайраҳои литий, қувваи ҷамъшуда пас аз як давраи нигаҳдорӣ кам мешавад. Аммо, ин танҳо пас аз тақрибан 3 моҳи бекористӣ рух медиҳад.

Хусусиятҳои партофтан

Шиддат аввал ба зудӣ то 3,6-3,0 В паст мешавад (вобаста ба бузургии ҷараёни разряд) ва дар давоми тамоми разряд қариб доимӣ боқӣ мемонад. Пас аз тамом шудани таъминоти почтаи электронӣ. энергия инчунин шиддати ҳуҷайраҳоро хеле зуд паст мекунад. Аз ин рӯ, холӣ бояд на дертар аз шиддати разряди истеҳсолкунанда аз 2,7 то 3,0 В анҷом дода шавад.

Дар акси ҳол, сохтори маҳсулот метавонад вайрон шавад. Раванди борфарориро назорат кардан нисбатан осон аст. Он танҳо бо арзиши ҷараён маҳдуд аст ва ҳангоми расидани арзиши шиддати ниҳоии разряд қатъ мешавад. Ягона мушкилӣ дар он аст, ки хосиятҳои ҳуҷайраҳои инфиродӣ дар тартиби пайдарпай ҳеҷ гоҳ яксон нестанд. Аз ин рӯ, бояд эҳтиёт шуд, ки шиддати ҳар як ҳуҷайра аз шиддати ниҳоии разряд паст нашавад, зеро ин метавонад ба он осеб расонад ва аз ин рӯ боиси вайрон шудани тамоми батарея гардад. Ҳангоми пуркунии батарея низ бояд ҳамин чизро ба назар гирифт.

Навъи номбаршудаи ҳуҷайраҳои литий бо маводи катодҳои гуногун, ки дар он оксиди кобалт, никел ё марганец бо фосфид Li3V2 (PO4) 3 иваз карда мешавад, хавфҳои зикршудаи осеб дидани ҳуҷайраро аз сабаби риоя накардани он бартараф мекунад. иқтидори баландтар. Инчунин эълом шудааст, ки мӯҳлати хидматрасонии онҳо тақрибан 2 сикли пуркунӣ (дар 000% холӣ) ва бахусус он аст, ки ҳангоми пурра холӣ шудани ҳуҷайра ба он осеб намерасад. Афзалият инчунин шиддати олии номиналии тақрибан 80 ҳангоми пуркунии то 4,2 В.

Аз тавсифи дар боло овардашуда, ба таври возеҳ нишон додан мумкин аст, ки айни замон батареяҳои литий ягона алтернатива ба монанди нигоҳ доштани энергия барои рондани мошин дар муқоиса бо энергияе, ки дар сӯзишвории истихроҷшуда дар зарфи сӯзишворӣ нигоҳ дошта мешаванд, мебошанд. Ҳар гуна афзоиши иқтидори хоси батарея рақобатпазирии ин диски аз ҷиҳати экологӣ тоза меафзояд. Мо танҳо метавонем умедвор бошем, ки рушд суст намешавад, балки баръакс, чанд мил пеш меравад.

Намунаҳои мошинҳое, ки батареяҳои гибридӣ ва электрикиро истифода мебаранд

Toyota Prius як гибриди классикӣ бо захираи ками нерӯи барқи тоза мебошад. рондан

Toyota Prius батареяи 1,3 кВт / соат NiMH -ро истифода мебарад, ки пеш аз ҳама ҳамчун манбаи барқ ​​барои суръатбахшӣ истифода мешавад ва имкон медиҳад, ки диски алоҳидаи электрикӣ дар масофаи тақрибан 2 км бо ҳадди аксар истифода шавад. суръати 50 км / соат.Версияи Plug-In аллакай батареяҳои литий-иониро бо иқтидори 5,4 кВт / соат истифода мебарад, ки ба шумо имкон медиҳад танҳо бо диски барқӣ ба масофаи 14-20 км бо суръати максималӣ ҳаракат кунед. суръат 100 км / соат

Opel Ampere-hybrid бо зиёд шудани захираи барқ ​​дар почтаи электронӣ. рондан

Мошини барқӣ бо масофаи васеъ (40-80 км), тавре ки Опел чорпаҳлӯ Ампер номидааст, бо муҳаррики электрикие тавлид мешавад, ки 111 кВт (150 қувваи асп) ва 370 Нм моменти тавлидкунанда дорад. Таъмини нерӯи барқ ​​аз 220 ҳуҷайраҳои литийии Т-шаклдор аст, ки онҳо қудрати умумии 16 кВт / соат ва вазни 180 кг доранд. Генератор як муҳаррики бензини 1,4 литр бо иқтидори 63 кВт мебошад.

Mitsubishi ва MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. мошинҳо

Батареяҳои литий-ион бо иқтидори 16 кВт / соат имкон медиҳанд, ки мошин то 150 км бидуни пуркунии барқ ​​масофа кунад, тибқи стандарти NEDC (New European Driving Cycle). Батареяҳои баландшиддат (330 В) дар дохили фарш ҷойгиранд ва инчунин аз чаҳорчӯбаи гаҳвора ҳангоми осеб дидан муҳофизат карда мешаванд. Он маҳсули Lithium Energy Japan, корхонаи муштараки байни Mitsubishi ва GS Yuasa Corporation аст. Дар маҷмӯъ 88 мақола мавҷуд аст. Қувваи барқ ​​барои гардонанда бо батареяи литий-иони 330 В иборат аст, ки аз 88 50 Ah ҳуҷайраҳои дорои иқтидори умумии 16 кВт / соат иборат аст. Батарея дар давоми шаш соат аз васлаки хона пур карда мешавад, бо истифода аз пуркунандаи барқи зуд (125 А, 400 В), батарея дар давоми ним соат то 80% ситонида мешавад.

Ман худам як мухлиси ашаддии мошинҳои барқӣ ҳастам ва пайваста назорат мекунам, ки дар ин минтақа чӣ рӯй медиҳад, аммо воқеият дар айни замон он қадар хушбин нест. Инро маълумоти дар боло овардашуда низ тасдиқ мекунанд, ки нишон медиҳад, ки ҳаёти мошинҳои барқии соф ва гибридӣ осон нест ва аксар вақт танҳо як бозии рақамӣ вонамуд мекунад. Истехсоли онхо хануз хеле серталаб ва гаронбахо буда, самаранокии онхо борхо бахсу мунозира мешавад. Камбудии асосии мошинҳои барқӣ (гибридҳо) ин иқтидори хеле пасти хоси энергияи дар батареяҳо нигоҳ дошташуда дар муқоиса бо энергияе, ки дар сӯзишвории муқаррарӣ (дизель, бензин, гази моеъ, гази фишурда) нигоҳ дошта мешавад. Барои воқеан қудрати мошинҳои электрикӣ ба мошинҳои муқаррарӣ наздиктар карда мешавад, батареяҳо бояд вазни худро ҳадди аққал даҳяк кам кунанд. Ин маънои онро дорад, ки Audi R8 e-tron номбаршуда бояд 42 кВт-соатро на дар 470 кг, балки дар 47 кг захира мекард. Илова бар ин, вақти пуркунӣ бояд хеле кам карда шавад. Тақрибан як соат бо иқтидори 70-80% ҳоло ҳам зиёд аст ва ман дар бораи 6-8 соат ба ҳисоби миёна бо пуркунии пурра гап намезанам. Ба гапҳои беҳуда дар бораи истеҳсоли сифрии мошинҳои барқии CO2 низ бовар кардан лозим нест. Дархол кайд кунем, ки Энергияи розеткаҳои мо низ аз ҷониби нерӯгоҳҳои гармидиҳӣ тавлид мешавад ва онҳо на танҳо ба қадри кофӣ CO2 истеҳсол мекунанд. Дар бораи истеҳсоли мураккабтари чунин мошин, ки дар он талабот ба CO2 барои истеҳсол нисбат ба мошини классикӣ хеле зиёд аст, сухан нагӯед. Мо набояд дар бораи шумораи ҷузъҳои дорои маводи вазнин ва заҳролуд ва партови минбаъдаи мушкилот фаромӯш кунем.

Бо тамоми камбудиҳои зикршуда ва зикрнашуда, мошини электрикӣ (гибрид) низ бартариҳои раднашаванда дорад. Дар нақлиёти шаҳрӣ ва ё дар масофаҳои кӯтоҳтар, кори сарфакоронаи онҳо инкорнопазир аст, танҳо аз сабаби принсипи нигоҳдории энергия (барқароркунӣ) ҳангоми тормоз, вақте ки дар воситаҳои нақлиёти муқаррарӣ ҳангоми тормозкунӣ дар шакли гармии партов ба ҳаво хориҷ карда мешавад. ёдовар шавед, ки имкони чанд километр дар атрофи шаҳр барои пур кардани барқи арзон аз почтаи электронии ҷамъиятӣ. тор. Агар мо як мошини холиси электрикӣ ва мошини классикиро муқоиса кунем, пас дар мошини муқаррарӣ муҳаррики дарунсӯзӣ мавҷуд аст, ки худ як унсури механикии хеле мураккаб аст. Қувваи он бояд бо ягон роҳ ба чархҳо интиқол дода шавад ва ин бештар тавассути интиқоли дастӣ ё автоматӣ анҷом дода мешавад. Дар роҳ то ҳол як ё якчанд дифференсиал вуҷуд дорад, баъзан инчунин як чархи меҳвар ва як қатор чоҳҳои тир. Албатта, мошин низ бояд суст шавад, мотор хунук шавад ва ин энергияи гармӣ ҳамчун гармии боқимонда ба муҳити зист бефоида меравад. Мошини электрикӣ хеле самараноктар ва соддатар аст - (ба гардонандаи гибридӣ дахл надорад, ки хеле мураккаб аст). Мошини электрикй редукторхо, редукторхо, карданхо ва ним валхо надорад, двигательро дар пеш, акиб ё мобайн фаромуш кунед. Он дорои радиатор, яъне яхдон ва стартер нест. Бартарии мошини электрикӣ дар он аст, ки вай моторҳоро мустақиман ба чархҳо насб карда метавонад. Ва ногаҳон шумо ATV-и комил доред, ки ҳар як чархро новобаста аз дигарон идора карда метавонад. Аз ин рӯ, бо як мошини барқӣ идора кардани танҳо як чарх душвор нахоҳад буд ва инчунин имкон дорад, ки тақсимоти оптималии қудратро барои гардиш интихоб ва назорат кард. Ҳар як муҳаррик инчунин метавонад тормоз бошад, боз аз чархҳои дигар комилан мустақил аст, ки ҳадди аққал як қисми энергияи кинетикиро ба энергияи барқ ​​​​табдил медиҳад. Дар натиҷа, тормозҳои муқаррарӣ ба фишори камтар дучор хоҳанд шуд. Моторҳо метавонанд ҳадди аксар қудрати мавҷударо қариб дар ҳар вақт ва бидуни таъхир истеҳсол кунанд. Самаранокии онҳо дар табдил додани энергияи дар батареяҳо захирашуда ба энергияи кинетикӣ тақрибан 90% -ро ташкил медиҳад, ки нисбат ба муҳаррикҳои муқаррарӣ тақрибан се маротиба аст. Аз ин рӯ, онҳо гармии боқимондаро ба вуҷуд намеоранд ва хунук кардани онҳо душвор нест. Барои ин ба шумо танҳо сахтафзори хуб, воҳиди идоракунӣ ва барномасози хуб лозим аст.

Сума сумарум. Агар мошинҳои электрикӣ ё гибридҳо ба мошинҳои классикӣ бо муҳаррикҳои каммасраф наздиктар бошанд, онҳо то ҳол роҳи хеле душвор ва душворро дар пеш доранд. Ман танҳо умедворам, ки ин бо як қатор рақамҳои гумроҳкунанда тасдиқ нашудааст ё. фишори аз ҳад зиёди мансабдорон. Аммо биёед ноумед нашавем. Рушди нанотехнология воқеан бо ҷаҳишҳо пеш меравад ва шояд дар ояндаи наздик мӯъҷизаҳо воқеан дар пешанд.

Ниҳоят, ман як чизи ҷолибро илова мекунам. Аллакай як истгоҳи сӯзишвории офтобӣ мавҷуд аст.

Toyota Industries Corp (TIC) як истгоҳи барқдиҳии офтобиро барои мошинҳои барқӣ ва гибридӣ таҳия кардааст. Стансия инчунин ба шабакаи барқ ​​пайваст аст, аз ин рӯ панелҳои офтобии 1,9 кВт эҳтимолан манбаи иловагии энергия мебошанд. Истифодаи сарчашмаи мустақили (офтобӣ) қувваи барқ ​​метавонад истгоҳи пуркунандаи барқ ​​қудрати максималии 110 VAC / 1,5 кВтро таъмин кунад, вақте ки ба шабака пайваст мешавад, ҳадди аксар 220 VAC / 3,2 кВт пешниҳод мекунад.

Қувваи барқи истифоданашудаи панелҳои офтобӣ дар батареяҳо нигоҳ дошта мешавад, ки барои истифодаи баъдӣ метавонанд 8,4 кВт / соат захира кунанд. Инчунин имконпазир аст, ки шабакаи тақсимотӣ ё лавозимоти истгоҳи барқ ​​таъмин карда шавад. Стендҳои пуркунандаи барқ, ки дар истгоҳ истифода мешаванд, технологияи дарунсохти алоқа доранд, ки мутаносибан мошинҳоро муайян карда метавонанд. соҳибони онҳо бо истифода аз кортҳои интеллектуалӣ.

Шартҳои муҳим барои батареяҳо

• Истеъмоли барқ — микдори заряди электрро (микдори энергияи) дар аккумулятор захирашударо нишон медихад. Он бо соатҳои ампер (Аҳ) ё дар ҳолати дастгоҳҳои хурд бо соатҳои миллиампер (мАч) муайян карда мешавад. Батареяи 1 Ah (= 1000 мАч) аз ҷиҳати назариявӣ қодир аст, ки 1 амперро барои як соат интиқол диҳад.
• Муқовимати дохилӣ — кобилияти аккумуляторро барои таъмин намудани кам ё кам чараёни разряд нишон медихад. Барои мисол, ду канистрро истифода бурдан мумкин аст, яке дорои васлаки хурдтар (муқовимати дохилии баланд) ва дигаре бо калонтар (муқовимати дохилии паст). Агар мо тасмим гирем, ки онҳоро холӣ кунем, канистр бо сӯрохии дренажии хурдтар оҳиста холӣ мешавад.
• Шиддати номиналии батарея - барои батареяҳои никель-кадмий ва гидриди никелӣ-металлӣ, он 1,2 В, сурб 2 В ва литий аз 3,6 то 4,2 В аст. Дар вақти кор ин шиддат дар ҳудуди 0,8 - 1,5 В барои батареяҳои никел-кадмий ва никели-металлӣ, 1,7 - 2,3 В барои сурб ва 3-4,2 ва 3,5-4,9 барои литий.
• Ҷараёни барқ, ҷараёни холӣ – бо ампер (А) ё миллиампер (мА) ифода карда мешавад. Ин маълумоти муҳим барои истифодаи амалии батареяи мавриди назар барои дастгоҳи мушаххас аст. Вай инчунин шартхои дуруст пур кардан ва холй кардани батареяро муайян мекунад, то ки иктидори он ба таври максималй истифода бурда шавад ва дар айни замон вайрон нашавад.
• Пуркунии аккумулятор хатти ихроҷ - тағирёбии шиддатро вобаста ба вақти пур кардан ё холӣ кардани батарея ба таври графикӣ нишон медиҳад. Вақте ки батарея холӣ мешавад, одатан дар тақрибан 90% вақти холӣ тағироти ночизи шиддат ба амал меояд. Аз ин ру, аз руи шиддати ченшаванда муайян кардани холати хозираи аккумулятор хеле душвор аст.
• Худсӯзӣ, худпартоӣ – Батарея ҳамеша қувваи барқро нигоҳ дошта наметавонад. энергия, зеро реаксия дар электродҳо раванди баръакс аст. Батареяи пуркардашуда тадриҷан худ аз барқ ​​холӣ мешавад. Ин раванд метавонад аз якчанд ҳафта то моҳ давом кунад. Дар мавриди аккумуляторхои сурб-кислота ин дар як мох 5—20 фоиз, барои аккумуляторхои никель-кадмий — такрибан 1 фоизи заряди электр дар як шабонаруз, дар аккумуляторхои гидриди никель-металлй — такрибан 15—20 фоиз. моҳ ва литий тақрибан 60% гум мекунад. иқтидори се моҳ. Худпартоӣ аз ҳарорати муҳити атроф ва инчунин муқовимати дохилӣ вобаста аст (батареяҳое, ки муқовимати дохилӣ камтар доранд) ва албатта тарҳ, маводҳои истифодашуда ва коркард низ муҳиманд.
•  Батарея (маҷмӯаҳо) – Танҳо дар ҳолатҳои истисноӣ батареяҳо алоҳида истифода мешаванд. Одатан, онҳо дар як маҷмӯа пайваст карда мешаванд, қариб ҳамеша бо силсила пайваст мешаванд. Ҷараёни максималии чунин маҷмӯа ба ҳадди максималии як ҳуҷайраи алоҳида баробар аст, шиддати номиналӣ ҷамъи шиддатҳои номиналии ҳуҷайраҳои алоҳида мебошад.
•  Ҷамъшавии батареяҳо.  Батареяи нав ё истифоданашуда бояд ба як давра, вале беҳтараш якчанд (3-5) пуркунии оҳиста-оҳиста пур карда шавад. Ин раванди суст параметрҳои батареяро ба сатҳи дилхоҳ мегузорад.
•  Таъсири хотира – Ин ҳолат вақте рух медиҳад, ки батарея дар як сатҳ бо тақрибан доимӣ, ҷараён аз ҳад зиёд пур карда мешавад ва холӣ мешавад ва заряди пурра ё разряди амиқи ҳуҷайра набояд вуҷуд дошта бошад. Ин таъсири тараф ба NiCd таъсир расонд (ҳадди ақал NiMH).