Pin cho xe hybrid và xe điện
nội dung
Trong bài viết trước, chúng ta đã thảo luận về pin như một nguồn điện, chủ yếu cần thiết để khởi động ô tô, nhưng cũng cho hoạt động tương đối ngắn hạn của các thiết bị điện. Tuy nhiên, các yêu cầu hoàn toàn khác được đặt ra đối với các đặc tính của pin được sử dụng trong lĩnh vực đẩy các thiết bị di động lớn, trong trường hợp của chúng tôi là xe hybrid và xe điện. Cần phải có một lượng năng lượng dự trữ lớn hơn nhiều để cung cấp năng lượng cho một chiếc xe và cần được lưu trữ ở một nơi nào đó. Trong một chiếc ô tô cổ điển với động cơ đốt trong, nó được lưu trữ trong bồn chứa dưới dạng xăng, dầu diesel hoặc LPG. Trong trường hợp của một chiếc xe điện hoặc một chiếc xe hybrid, nó được lưu trữ trong pin, đây có thể được mô tả là vấn đề chính đối với một chiếc xe điện.
Các bộ tích lũy hiện tại có thể lưu trữ ít năng lượng, trong khi chúng khá cồng kềnh, nặng và đồng thời, để bổ sung tối đa, phải mất vài giờ (thường là 8 hoặc hơn). Ngược lại, các loại xe thông thường với động cơ đốt trong có thể tích trữ một lượng lớn năng lượng so với ắc quy trong một hộp nhỏ, với điều kiện chỉ mất một phút, có thể là hai phút, để sạc lại. Thật không may, vấn đề lưu trữ điện đã cản trở xe điện kể từ khi chúng ra đời, và mặc dù có những tiến bộ không thể phủ nhận, nhưng mật độ năng lượng cần thiết để cung cấp năng lượng cho một chiếc xe vẫn còn rất thấp. Trong những dòng tiếp theo, email tiết kiệm Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về năng lượng và cố gắng mang đến thực tế gần hơn về những chiếc xe có hệ dẫn động thuần điện hoặc hybrid. Có rất nhiều huyền thoại xung quanh những chiếc "xe điện tử" này, vì vậy sẽ không có hại gì khi xem xét kỹ hơn những lợi thế hoặc bất lợi của các ổ đĩa như vậy.
Thật không may, những con số do các nhà sản xuất đưa ra cũng rất đáng nghi ngờ và khá lý thuyết. Ví dụ, Kia Venga chứa động cơ điện có công suất 80 mã lực và mô-men xoắn 280 Nm. Nguồn điện được cung cấp bởi bộ pin lithium-ion có dung lượng 24 kWh, phạm vi hoạt động ước tính của Kia Vengy EV theo nhà sản xuất là 180 km. Dung lượng của pin cho chúng ta biết rằng khi được sạc đầy, chúng có thể cung cấp mức tiêu thụ động cơ là 24 kW hoặc cung cấp mức tiêu thụ 48 kW trong nửa giờ, v.v. Một tính toán lại đơn giản và chúng ta sẽ không thể lái xe 180 km . Nếu chúng ta muốn nghĩ về một phạm vi như vậy, thì chúng ta sẽ phải lái xe với tốc độ trung bình 60 km / h trong khoảng 3 giờ và công suất động cơ sẽ chỉ bằng một phần mười giá trị danh nghĩa, tức là 8 kW. Nói cách khác, với một chuyến đi thực sự cẩn thận (cẩn thận), nơi bạn gần như chắc chắn sẽ sử dụng phanh trong công việc, thì về mặt lý thuyết, một chuyến đi như vậy là có thể. Tất nhiên, chúng tôi không xem xét việc bao gồm các phụ kiện điện khác nhau. Mọi người đều có thể tưởng tượng được sự tự phủ nhận so với một chiếc xe cổ điển là như thế nào. Đồng thời, bạn đổ 40 lít nhiên liệu diesel vào chiếc Venga cổ điển và lái hàng trăm km mà không bị hạn chế. Tại sao nó như vậy? Chúng ta hãy thử so sánh lượng năng lượng này và trọng lượng của một chiếc ô tô cổ điển có thể chứa trong bình xăng và một chiếc ô tô điện có thể chứa bao nhiêu pin - đọc thêm tại ĐÂY.
Một vài sự thật từ hóa học và vật lý
- nhiệt trị của xăng: 42,7 MJ / kg,
- nhiệt trị của nhiên liệu diesel: 41,9 MJ / kg,
- mật độ xăng: 725 kg / m3,
- tỷ trọng dầu: 840 kg / m3,
- Joule (J) = [kg * m2 / s2],
- Watt (W) = [J / s],
- 1 MJ = 0,2778 kWh.
Năng lượng là khả năng thực hiện công việc, được đo bằng joules (J), kilowatt giờ (kWh). Công (cơ học) biểu hiện bằng sự biến đổi năng lượng trong quá trình chuyển động của cơ thể, có cùng đơn vị năng lượng. Công suất biểu thị khối lượng công việc được thực hiện trên một đơn vị thời gian, đơn vị cơ bản là oát (W).
| Tài nguyên năng lượng | Nhiệt trị / kg mật độ | Nhiệt trị / l Năng lượng / l | Năng lượng / kg |
|---|---|---|---|
| Xăng | 42,7 MJ / kg 725 kg / m3 | 30,96 MJ / l 8,60 kWh / l | 11,86 kWh / kg |
| Dầu | 41,9 MJ / kg 840 kg / m3 | 35,20 MJ / l 9,78 kWh / l | 11,64 kWh / kg |
| Pin Li-ion (Audi R8 e-tron) | 42 kWh 470 kg | 0,0893 kWh / kg |
Từ những điều trên, rõ ràng rằng, với nhiệt trị 42,7 MJ / kg và khối lượng riêng là 725 kg / m3, xăng cung cấp năng lượng 8,60 kWh trên lít hoặc 11,86 kWh trên kg. Nếu chúng ta chế tạo các loại pin hiện đang được lắp đặt trong xe điện, chẳng hạn như lithium-ion, công suất của chúng nhỏ hơn 0,1 kWh mỗi kg (để đơn giản, chúng tôi sẽ xem xét 0,1 kWh). Nhiên liệu thông thường cung cấp năng lượng gấp trăm lần cho cùng một trọng lượng. Bạn sẽ hiểu rằng đây là một sự khác biệt rất lớn. Nếu chúng ta chia nó thành những cái nhỏ, ví dụ, một chiếc Chevrolet Cruze với pin 31 kWh mang năng lượng có thể chứa ít hơn 2,6 kg xăng hoặc, nếu bạn muốn, khoảng 3,5 lít xăng.
Bạn có thể biết làm thế nào mà một chiếc ô tô điện có thể khởi động được, và không phải là nó vẫn còn năng lượng hơn 100 km. Lý do rất đơn giản. Động cơ điện hiệu quả hơn nhiều trong việc chuyển đổi năng lượng tích trữ thành cơ năng. Thông thường, nó phải có hiệu suất là 90%, trong khi hiệu suất của động cơ đốt trong là khoảng 30% đối với động cơ xăng và 35% đối với động cơ diesel. Vì vậy, để cung cấp cùng một công suất cho động cơ điện, nó là đủ với mức dự trữ năng lượng thấp hơn nhiều.
Dễ dàng sử dụng các ổ đĩa riêng lẻ
Sau khi đánh giá phép tính đơn giản hóa, giả định rằng chúng ta có thể thu được khoảng 2,58 kWh năng lượng cơ học từ một lít xăng, 3,42 kWh từ một lít nhiên liệu diesel và 0,09 kWh từ một kg pin lithium-ion. Vì vậy, sự khác biệt không phải là hơn một trăm lần, mà chỉ khoảng ba mươi lần. Đây là con số tốt nhất, nhưng vẫn chưa thực sự màu hồng. Ví dụ, hãy xem xét chiếc Audi R8 thể thao. Pin được sạc đầy của nó, nặng 470 kg, có năng lượng tương đương với 16,3 lít xăng hoặc chỉ 12,3 lít nhiên liệu diesel. Hoặc, nếu chúng tôi có một chiếc Audi A4 3,0 TDI với dung tích bình xăng là 62 lít nhiên liệu diesel và chúng tôi muốn có phạm vi tương tự trên một ổ chạy bằng pin thuần túy, thì chúng tôi sẽ cần khoảng 2350 kg pin. Cho đến nay, thực tế này không mang lại cho ô tô điện một tương lai tươi sáng. Tuy nhiên, không cần phải ném một khẩu súng ngắn vào lúa mạch đen, vì áp lực phát triển những chiếc "ô tô điện tử" như vậy sẽ bị loại bỏ bởi hành lang xanh tàn nhẫn, vì vậy, dù muốn hay không, các nhà sản xuất ô tô cũng phải sản xuất thứ gì đó "xanh". " “. Một sự thay thế chắc chắn cho hệ dẫn động hoàn toàn bằng điện là cái gọi là hybrid, kết hợp động cơ đốt trong với động cơ điện. Ví dụ, nổi tiếng nhất hiện nay là Toyota Prius (Auris HSD với cùng công nghệ hybrid) hoặc Honda Inside. Tuy nhiên, phạm vi điện hoàn toàn của họ vẫn còn buồn cười. Trong trường hợp đầu tiên, khoảng 2 km (trong phiên bản Plug In mới nhất, nó được tăng "lên" 20 km), và trong trường hợp thứ hai, Honda thậm chí không sử dụng hệ dẫn động hoàn toàn bằng điện. Cho đến nay, hiệu quả thu được trong thực tế không thần kỳ như quảng cáo đại chúng gợi ý. Thực tế đã chỉ ra rằng họ có thể tô màu chúng bằng bất kỳ chuyển động màu xanh lam nào (nền kinh tế) chủ yếu bằng công nghệ thông thường. Ưu điểm của động cơ hybrid chủ yếu nằm ở khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi chạy trong thành phố. Audi gần đây cho biết hiện tại chỉ cần giảm trọng lượng cơ thể để đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu trung bình giống như một số thương hiệu đạt được bằng cách lắp đặt hệ thống hybrid trong ô tô. Các mẫu xe mới của một số xe cũng chứng minh rằng đây không phải là tiếng hét vào bóng tối. Ví dụ, Volkswagen Golf thế hệ thứ bảy được giới thiệu gần đây sử dụng các bộ phận nhẹ hơn để rút kinh nghiệm và trên thực tế sử dụng ít nhiên liệu hơn trước đây. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản Mazda cũng có hướng đi tương tự. Bất chấp những tuyên bố này, việc phát triển một ổ đĩa lai "tầm xa" vẫn tiếp tục. Để làm ví dụ, tôi sẽ đề cập đến Opel Ampera và nghịch lý thay, mẫu xe từ Audi A1 e-tron.
| Tài nguyên năng lượng | Hiệu suất động cơ | Năng lượng hiệu quả / l | Năng lượng hiệu quả / kg |
|---|---|---|---|
| Xăng | 0,30 | 2,58 kWh / l | 3,56 kWh / kg |
| Dầu | 0,35 | 3,42 kWh / l | 4,07 kWh / kg |
| Pin Lithium-ion | 0,90 | – | VÂNG. 0,1 kWh / kg |
Vauxhall Ampera
Mặc dù Opel Ampera thường được giới thiệu là một chiếc xe điện, nhưng nó thực sự là một chiếc xe hybrid. Ngoài động cơ điện, Ampere còn sử dụng động cơ đốt trong 1,4 lít 63 kW. Tuy nhiên, động cơ xăng này không trực tiếp truyền động các bánh xe mà hoạt động như một máy phát điện trong trường hợp ắc quy hết điện. năng lượng. Phần điện được thể hiện bằng một động cơ điện có công suất 111 kW (150 mã lực) và mô-men xoắn 370 Nm. Bộ nguồn được cung cấp bởi 220 tế bào lithium hình chữ T. Chúng có tổng công suất 16 kWh và nặng 180 kg. Chiếc xe điện này có thể đi được quãng đường 40-80 km trên hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện. Khoảng cách này thường đủ cho việc lái xe cả ngày trong thành phố và giảm đáng kể chi phí vận hành vì giao thông trong thành phố đòi hỏi mức tiêu hao nhiên liệu đáng kể trong trường hợp sử dụng động cơ đốt trong. Pin cũng có thể được sạc lại từ một ổ cắm tiêu chuẩn và khi kết hợp với động cơ đốt trong, phạm vi hoạt động của Ampera có thể lên tới năm trăm km rất đáng nể.
Audi e electron A1
Audi, vốn thích kiểu truyền động cổ điển với công nghệ tiên tiến hơn là kiểu truyền động hybrid đòi hỏi kỹ thuật cao, đã giới thiệu một chiếc xe hybrid A1 e-tron thú vị cách đây hơn hai năm. Pin lithium-ion có công suất 12 kWh và trọng lượng 150 kg được sạc bằng động cơ Wankel như một phần của máy phát điện sử dụng năng lượng dưới dạng xăng chứa trong bình 254 lít. Động cơ có thể tích 15 mét khối. cm và tạo ra 45 kW / h el. năng lượng. Động cơ điện có công suất 75 kW và có thể tạo ra công suất lên tới 0 kW trong thời gian ngắn. Thời gian tăng tốc từ 100 lên 10 là khoảng 130 giây và tốc độ tối đa khoảng 50 km/h, xe có thể di chuyển quãng đường khoảng 12 km quanh thành phố chỉ bằng động cơ điện. Sau khi cạn kiệt e. năng lượng được kích hoạt kín đáo bởi động cơ đốt trong quay và nạp điện. năng lượng cho pin. Tổng quãng đường đi được khi sạc đầy pin và 250 lít xăng là khoảng 1,9 km với mức tiêu thụ trung bình 100 lít/1450 km. Trọng lượng vận hành của xe là 12 kg. Chúng ta hãy xem xét một phép chuyển đổi đơn giản để so sánh trực tiếp lượng năng lượng ẩn trong một bình 30 lít. Giả sử hiệu suất của động cơ Wankel hiện đại là 70%, thì 9 kg động cơ này cùng với 12 kg (31 L) xăng tương đương với 79 kWh năng lượng được lưu trữ trong pin. Vậy 387,5 kg động cơ và bình xăng = 1 kg pin (tính theo trọng lượng Audi A9 e-Tron). Nếu chúng tôi muốn tăng dung tích bình xăng lên 62 lít, thì chúng tôi đã có sẵn XNUMX kWh năng lượng để cung cấp năng lượng cho xe. Vì vậy, chúng tôi có thể tiếp tục. Nhưng anh ta phải có một lần bắt. Nó sẽ không còn là một chiếc xe "xanh" nữa. Vì vậy, ngay cả ở đây, có thể thấy rõ ràng rằng truyền động điện bị hạn chế đáng kể bởi mật độ năng lượng của năng lượng được lưu trữ trong pin.
Đặc biệt, giá cao hơn cũng như trọng lượng lớn đã dẫn đến việc hệ dẫn động hybrid trên Audi dần bị mai một. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là việc phát triển xe hybrid và xe điện tại Audi đã hoàn toàn mất giá. Thông tin về phiên bản mới của mẫu A1 e-tron đã xuất hiện trong thời gian gần đây. So với trước đó, động cơ quay/máy phát điện đã được thay thế bằng động cơ tăng áp 1,5 xi-lanh 94 lít công suất 12 kW. Audi buộc phải sử dụng động cơ đốt trong cổ điển chủ yếu do những khó khăn liên quan đến hệ truyền động này và động cơ ba xi-lanh mới được thiết kế không chỉ để sạc pin mà còn hoạt động trực tiếp với các bánh dẫn động. Pin Sanyo có công suất giống hệt nhau là 80kWh và phạm vi hoạt động của ổ điện hoàn toàn đã được tăng lên một chút lên khoảng 1km. Audi cho biết A100 e-tron nâng cấp sẽ đạt trung bình một lít trên một trăm km. Thật không may, chi phí này có một nhược điểm. Dành cho xe hybrid với phạm vi hoạt động hoàn toàn bằng điện mở rộng. ổ đĩa sử dụng một kỹ thuật thú vị để tính tốc độ dòng chảy cuối cùng. Cái gọi là tiêu thụ bị bỏ qua. tiếp nhiên liệu từ Mạng sạc pin, cũng như mức tiêu thụ cuối cùng l / 20 km, chỉ tính đến mức tiêu thụ xăng cho 5 km lái xe cuối cùng, khi có điện. sạc pin. Bằng một phép tính rất đơn giản, chúng ta có thể tính được điều này nếu pin đã được xả phù hợp. chúng tôi lái xe sau khi mất điện. năng lượng từ pin hoàn toàn bằng xăng, do đó, mức tiêu thụ sẽ tăng gấp 100 lần, tức là XNUMX lít xăng trên XNUMX km.
Audi A1 e-tron II. thế hệ
Vấn đề lưu trữ điện
Vấn đề lưu trữ năng lượng cũng lâu đời như kỹ thuật điện. Các nguồn điện đầu tiên là các tế bào điện. Sau một thời gian ngắn, khả năng của một quá trình tích lũy điện có thể đảo ngược trong các tế bào thứ cấp mạ điện - pin đã được phát hiện. Loại pin được sử dụng đầu tiên là pin chì, sau một thời gian ngắn là niken-sắt và sau đó là niken-cadmium, và việc sử dụng thực tế của chúng đã kéo dài hơn một trăm năm. Cũng cần nói thêm rằng, mặc dù có nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới về lĩnh vực này, nhưng thiết kế cơ bản của chúng không thay đổi nhiều. Sử dụng các công nghệ sản xuất mới, cải thiện tính chất của vật liệu cơ bản và sử dụng vật liệu mới cho thiết bị phân tách tế bào và tàu, có thể giảm nhẹ trọng lượng riêng, giảm khả năng tự phóng điện của tế bào, đồng thời tăng sự thoải mái và an toàn cho người vận hành. nhưng đó là về nó. Hạn chế đáng kể nhất, tức là. Một tỷ lệ rất bất lợi giữa lượng năng lượng dự trữ với trọng lượng và thể tích của pin vẫn còn. Do đó, những loại pin này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng tĩnh (nguồn điện dự phòng trong trường hợp nguồn điện chính bị hỏng, v.v.). Pin được sử dụng làm nguồn năng lượng cho các hệ thống lực kéo, đặc biệt là trên đường sắt (xe vận chuyển), nơi trọng lượng nặng và kích thước đáng kể cũng không gây trở ngại quá nhiều.
Tiến độ lưu trữ năng lượng
Tuy nhiên, nhu cầu phát triển các tế bào có công suất nhỏ và kích thước tính bằng ampe giờ đã tăng lên. Do đó, các tế bào sơ cấp kiềm và các phiên bản kín của niken-cadmium (NiCd) và sau đó là pin niken-kim loại hiđrua (NiMH) đã được hình thành. Đối với việc bao bọc các tế bào, các hình dạng và kích thước ống bọc tương tự đã được chọn như đối với các tế bào kẽm clorua sơ cấp thông thường cho đến nay. Đặc biệt, các thông số đạt được của pin niken-metal hydrua giúp bạn có thể sử dụng chúng, cụ thể là trong điện thoại di động, máy tính xách tay, ổ đĩa bằng tay của các công cụ, v.v. Công nghệ sản xuất các tế bào này khác với công nghệ được sử dụng cho các tế bào có công suất lớn tính bằng ampe-giờ. Sự sắp xếp dạng phiến của hệ thống điện cực tế bào lớn được thay thế bằng công nghệ chuyển đổi hệ thống điện cực, bao gồm các dải phân cách, thành một cuộn dây hình trụ, được đưa vào và tiếp xúc với các tế bào hình dạng thông thường có kích thước AAA, AA, C và D, tương ứng. bội số của chúng. Đối với một số ứng dụng đặc biệt, các ô phẳng đặc biệt được sản xuất.
Ưu điểm của tế bào kín với các điện cực xoắn ốc là khả năng sạc và phóng điện cao hơn nhiều lần với dòng điện cao và tỷ lệ mật độ năng lượng tương đối với trọng lượng và thể tích tế bào so với thiết kế tế bào lớn cổ điển. Nhược điểm là tự phóng điện nhiều hơn và ít chu kỳ làm việc hơn. Công suất tối đa của một tế bào NiMH là khoảng 10 Ah. Tuy nhiên, cũng như các xi-lanh có đường kính lớn hơn khác, chúng không cho phép sạc dòng điện quá cao do khả năng tản nhiệt có vấn đề, điều này làm giảm đáng kể việc sử dụng trên xe điện, và do đó nguồn này chỉ được sử dụng làm pin phụ trong hệ thống hybrid (Toyota Prius 1,3 .XNUMX kWh).
Một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng là sự phát triển của pin lithium an toàn. Liti là một nguyên tố có giá trị thế điện hóa cao, nhưng nó cũng cực kỳ phản ứng theo nghĩa oxy hóa, điều này cũng gây ra vấn đề khi sử dụng kim loại liti trong thực tế. Khi lithium tiếp xúc với oxy trong khí quyển, quá trình đốt cháy xảy ra, tùy thuộc vào đặc tính của môi trường, có thể có đặc điểm của một vụ nổ. Tính chất khó chịu này có thể được loại bỏ bằng cách bảo vệ cẩn thận bề mặt hoặc bằng cách sử dụng các hợp chất lithium ít hoạt động hơn. Hiện nay, pin lithium-ion và lithium-polymer phổ biến nhất có dung lượng từ 2 đến 4 Ah tính bằng ampe giờ. Việc sử dụng chúng tương tự như NiMh và ở điện áp xả trung bình là 3,2 V, năng lượng có sẵn từ 6 đến 13 Wh. So với pin hydride kim loại niken, pin lithium có thể lưu trữ năng lượng gấp hai đến bốn lần cho cùng một thể tích. Pin lithium-ion (polyme) có chất điện phân ở dạng gel hoặc rắn và có thể được sản xuất ở dạng tế bào phẳng mỏng bằng vài phần mười milimét ở hầu hết mọi hình dạng để phù hợp với nhu cầu của ứng dụng tương ứng.
Hệ truyền động điện trên ô tô du lịch có thể được tạo thành nguồn chính và duy nhất (ô tô điện) hoặc kết hợp, trong đó hệ truyền động điện có thể vừa là nguồn lực kéo chủ đạo vừa là nguồn phụ (hệ dẫn động lai). Tùy thuộc vào biến thể được sử dụng, các yêu cầu về năng lượng cho hoạt động của xe và do đó, dung lượng của pin sẽ khác nhau. Ở xe điện, dung lượng pin nằm trong khoảng từ 25 đến 50 kWh và với hệ dẫn động hybrid, nó sẽ thấp hơn một cách tự nhiên và dao động từ 1 đến 10 kWh. Từ các giá trị đã cho, có thể thấy rằng ở điện áp của một ô (lithium) là 3,6 V, cần phải kết nối các ô theo chuỗi. Để giảm tổn thất trong dây dẫn phân phối, bộ biến tần và cuộn dây động cơ, nên chọn điện áp cao hơn bình thường trong mạng trên bo mạch (12 V) cho các ổ đĩa - giá trị thường được sử dụng là từ 250 đến 500 V. Từ ngày nay, pin Lithium rõ ràng là loại phù hợp nhất. Phải thừa nhận rằng chúng vẫn còn rất đắt, đặc biệt khi so sánh với ắc quy chì-axit. Tuy nhiên, chúng khó khăn hơn nhiều.
Điện áp danh định của các tế bào pin lithium thông thường là 3,6 V. Giá trị này tương ứng khác với các tế bào hydride kim loại niken thông thường. NiCd, có điện áp danh định là 1,2 V (hoặc chì - 2 V), nếu được sử dụng trong thực tế, không cho phép thay thế lẫn nhau của cả hai loại. Việc sạc các loại pin lithium này được đặc trưng bởi nhu cầu duy trì rất chính xác giá trị của điện áp sạc tối đa, đòi hỏi một loại bộ sạc đặc biệt và đặc biệt là không cho phép sử dụng hệ thống sạc được thiết kế cho các loại tế bào khác.
Đặc điểm chính của pin lithium
Các đặc điểm chính của ắc quy cho xe điện và xe hybrid có thể được coi là đặc tính sạc và xả của chúng.
Đặc tính sạc
Quá trình sạc đòi hỏi phải điều chỉnh dòng điện sạc, không thể bỏ qua việc kiểm soát điện áp của tế bào và kiểm soát nhiệt độ hiện tại. Đối với các tế bào lithium đang được sử dụng ngày nay sử dụng LiCoO2 làm điện cực catốt, giới hạn điện áp sạc tối đa là 4,20 đến 4,22 V trên mỗi tế bào. Vượt quá giá trị này dẫn đến làm hỏng các thuộc tính của ô và ngược lại, không đạt được giá trị này có nghĩa là không sử dụng dung lượng danh nghĩa của ô. Để sạc, đặc tính IU thông thường được sử dụng, nghĩa là trong giai đoạn đầu, nó được sạc với dòng điện không đổi cho đến khi đạt đến điện áp 4,20 V / cell. Dòng sạc được giới hạn ở giá trị tối đa cho phép tương ứng do nhà sản xuất pin quy định. tùy chọn bộ sạc. Thời gian sạc ở giai đoạn đầu thay đổi từ vài chục phút đến vài giờ, tùy thuộc vào độ lớn của dòng sạc. Điện áp tế bào tăng dần lên đến tối đa. giá trị 4,2 V. Như đã đề cập, điện áp này không được vượt quá do có nguy cơ làm hỏng tế bào. Trong giai đoạn đầu của quá trình sạc, 70 đến 80% năng lượng được lưu trữ trong các tế bào, trong giai đoạn thứ hai là phần còn lại. Trong giai đoạn thứ hai, điện áp sạc được duy trì ở giá trị lớn nhất cho phép, và dòng điện sạc giảm dần. Quá trình sạc hoàn tất khi dòng điện giảm xuống còn khoảng 2–3% dòng phóng điện danh định của tế bào. Vì giá trị lớn nhất của dòng sạc trong trường hợp các ô nhỏ hơn cũng cao hơn nhiều lần so với dòng phóng, nên một phần đáng kể điện năng có thể được tiết kiệm trong giai đoạn sạc đầu tiên. năng lượng trong một thời gian tương đối rất ngắn (khoảng ½ và 1 giờ). Vì vậy, trong trường hợp khẩn cấp, có thể sạc pin của xe điện đến mức đủ dung lượng trong thời gian tương đối ngắn. Ngay cả trong trường hợp của các tế bào lithium, điện tích lũy sẽ giảm sau một thời gian lưu trữ nhất định. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra sau khoảng 3 tháng thời gian ngừng hoạt động.
Đặc điểm xả
Đầu tiên, điện áp giảm nhanh chóng xuống còn 3,6–3,0 V (tùy thuộc vào cường độ của dòng phóng điện) và hầu như không đổi trong toàn bộ quá trình phóng điện. Sau khi cạn kiệt nguồn cung cấp e-mail. năng lượng cũng làm giảm điện áp tế bào rất nhanh chóng. Do đó, việc phóng điện phải được hoàn thành không muộn hơn điện áp phóng điện quy định của nhà sản xuất là 2,7 đến 3,0 V.
Nếu không, cấu trúc của sản phẩm có thể bị hỏng. Quá trình dỡ hàng tương đối dễ kiểm soát. Nó chỉ bị giới hạn bởi giá trị của dòng điện và dừng khi đạt đến giá trị của điện áp phóng điện cuối cùng. Vấn đề duy nhất là các thuộc tính của các ô riêng lẻ trong một sự sắp xếp tuần tự không bao giờ giống nhau. Do đó, phải cẩn thận để đảm bảo rằng điện áp của bất kỳ cell nào không giảm xuống dưới điện áp phóng cuối cùng, vì điều này có thể làm hỏng nó và do đó gây ra sự cố cho toàn bộ pin. Điều tương tự cũng cần được xem xét khi sạc pin.
Loại tế bào liti được đề cập bằng vật liệu catốt khác, trong đó oxit của coban, niken hoặc mangan được thay thế bằng phosphide Li3V2 (PO4) 3, loại bỏ các nguy cơ gây hại cho tế bào do không tuân thủ. công suất cao hơn. Cũng được công bố là tuổi thọ sử dụng được công bố của họ là khoảng 2 chu kỳ sạc (ở mức xả 000%) và đặc biệt là khi pin được xả hoàn toàn, nó sẽ không bị hỏng. Ưu điểm là điện áp danh định cao hơn khoảng 80 khi sạc lên đến 4,2 V.
Từ mô tả trên, có thể chỉ ra rõ ràng rằng hiện tại, pin lithium là giải pháp thay thế duy nhất như dự trữ năng lượng để lái xe so với năng lượng dự trữ trong nhiên liệu hóa thạch trong bình nhiên liệu. Bất kỳ sự gia tăng nào về dung lượng cụ thể của pin sẽ làm tăng khả năng cạnh tranh của ổ đĩa thân thiện với môi trường này. Chúng ta chỉ có thể hy vọng rằng sự phát triển sẽ không chậm lại, mà ngược lại, hãy tiến lên vài dặm.
Ví dụ về các loại xe sử dụng pin hybrid và điện
Toyota Prius là một chiếc hybrid cổ điển với mức dự trữ năng lượng thấp chạy bằng điện thuần túy. lái xe
Toyota Prius sử dụng pin NiMH 1,3 kWh, chủ yếu được sử dụng làm nguồn năng lượng để tăng tốc và cho phép sử dụng ổ điện riêng cho quãng đường tối đa khoảng 2 km. tốc độ 50 km / h. Phiên bản Plug-In đã sử dụng pin lithium-ion dung lượng 5,4 kWh, cho phép bạn lái hoàn toàn bằng ổ điện trong quãng đường 14-20 km với tốc độ tối đa. tốc độ 100 km / h.
Opel Ampere-hybrid với khả năng dự trữ năng lượng tăng lên trên e-mail thuần túy. lái xe
Chiếc xe điện có phạm vi hoạt động mở rộng (40-80 km), như Opel gọi là Amper năm cửa bốn chỗ, được trang bị động cơ điện sản sinh công suất 111 kW (150 mã lực) và mô-men xoắn 370 Nm. Bộ nguồn được cung cấp bởi 220 tế bào lithium hình chữ T. Chúng có tổng công suất 16 kWh và nặng 180 kg. Máy phát điện là động cơ xăng 1,4 lít với công suất 63 kW.
Mitsubishi và MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. ô tô
Pin Lithium-ion có dung lượng 16 kWh cho phép xe đi được quãng đường lên đến 150 km mà không cần sạc lại, được đo theo tiêu chuẩn NEDC (Chu trình lái xe châu Âu mới). Pin điện áp cao (330 V) được đặt bên trong sàn và cũng được bảo vệ bởi khung giá đỡ khỏi bị hư hại trong trường hợp có va đập. Nó là sản phẩm của Lithium Energy Japan, liên doanh giữa Mitsubishi và GS Yuasa Corporation. Tổng cộng có 88 bài báo. Điện cho ổ được cung cấp bởi pin lithium-ion 330 V, gồm 88 ô 50 Ah với tổng công suất 16 kWh. Pin sẽ được sạc từ ổ cắm tại nhà trong vòng sáu giờ, sử dụng bộ sạc nhanh bên ngoài (125 A, 400 V), pin sẽ được sạc đến 80% trong nửa giờ.
Bản thân tôi là một fan cuồng của xe điện và thường xuyên theo dõi những gì đang diễn ra trong lĩnh vực này, nhưng thực tế lúc này không lạc quan như vậy. Thông tin trên cũng khẳng định điều này, cho thấy tuổi thọ của cả xe điện thuần túy và xe hybrid đều không hề dễ dàng và thường chỉ là trò chơi giả vờ với những con số. Việc sản xuất chúng vẫn còn rất khắt khe và tốn kém, và hiệu quả của chúng còn gây tranh cãi nhiều lần. Nhược điểm chính của xe điện (hybrid) là dung lượng riêng của năng lượng được lưu trữ trong pin rất thấp so với năng lượng được lưu trữ trong nhiên liệu thông thường (diesel, xăng, khí hóa lỏng, khí nén tự nhiên). Để thực sự mang sức mạnh của xe điện đến gần hơn với ô tô thông thường, pin sẽ phải giảm ít nhất một phần mười trọng lượng của chúng. Điều này có nghĩa là chiếc Audi R8 e-tron đã đề cập phải tích trữ 42 kWh không phải trong 470 kg mà là 47 kg. Ngoài ra, thời gian sạc sẽ phải giảm đáng kể. Khoảng một giờ với công suất 70-80% vẫn còn rất nhiều và tôi không nói về trung bình 6-8 giờ cho một lần sạc đầy. Cũng không cần phải tin vào những điều nhảm nhí về việc không sản xuất xe điện CO2. Chúng ta hãy lưu ý ngay một thực tế là Năng lượng trong ổ cắm của chúng ta cũng được tạo ra bởi các nhà máy nhiệt điện, và chúng không chỉ tạo ra đủ CO2. Chưa kể việc sản xuất một chiếc ô tô như vậy phức tạp hơn, trong đó nhu cầu CO2 để sản xuất lớn hơn nhiều so với ô tô cổ điển. Chúng ta không được quên số lượng các thành phần có chứa vật liệu nặng và độc hại và việc xử lý chúng sau đó có vấn đề.
Với tất cả những nhược điểm được đề cập và không được đề cập, một chiếc ô tô điện (hybrid) cũng có những ưu điểm không thể phủ nhận. Trong giao thông đô thị hoặc trên những quãng đường ngắn hơn, hoạt động kinh tế hơn của chúng là không thể phủ nhận, chỉ vì nguyên tắc lưu trữ (phục hồi) năng lượng trong quá trình phanh, trong khi ở các phương tiện thông thường, nó được loại bỏ trong quá trình phanh dưới dạng nhiệt thải vào không khí, chứ không phải để đề cập đến khả năng lái xe vài km quanh thành phố để sạc lại giá rẻ từ e-mail công cộng. mạng lưới. Nếu chúng ta so sánh một chiếc ô tô điện thuần túy và một chiếc ô tô cổ điển, thì ở một chiếc ô tô thông thường có động cơ đốt trong, bản thân nó là một bộ phận cơ khí khá phức tạp. Sức mạnh của nó phải được truyền tới các bánh xe theo một cách nào đó và điều này chủ yếu được thực hiện thông qua hộp số sàn hoặc tự động. Vẫn có một hoặc nhiều bộ vi sai trên đường đi, đôi khi cũng có một trục truyền động và một loạt trục trục. Tất nhiên, xe cũng cần giảm tốc độ, động cơ cần nguội đi và nhiệt năng này bị thất thoát ra môi trường dưới dạng nhiệt dư một cách vô ích. Một chiếc ô tô điện hiệu quả hơn và đơn giản hơn nhiều - (không áp dụng cho hệ dẫn động hybrid, điều này rất phức tạp). Ô tô điện không chứa hộp số, hộp số, các đăng và nửa trục, hãy quên động cơ ở phía trước, phía sau hoặc ở giữa. Nó không chứa bộ tản nhiệt, tức là chất làm mát và bộ khởi động. Ưu điểm của xe điện là có thể lắp động cơ trực tiếp vào bánh xe. Và đột nhiên bạn có một chiếc ATV hoàn hảo có thể điều khiển từng bánh xe độc lập với những bánh xe khác. Do đó, với một chiếc xe điện, sẽ không khó để chỉ điều khiển một bánh, đồng thời có thể lựa chọn và kiểm soát sự phân bổ lực tối ưu để vào cua. Mỗi động cơ cũng có thể là một phanh, một lần nữa hoàn toàn độc lập với các bánh xe khác, giúp chuyển đổi ít nhất một phần động năng trở lại thành năng lượng điện. Do đó, hệ thống phanh thông thường sẽ chịu ít áp lực hơn nhiều. Các động cơ có thể tạo ra công suất khả dụng tối đa bất cứ lúc nào và không có độ trễ. Hiệu quả của chúng trong việc chuyển đổi năng lượng được lưu trữ trong pin thành động năng là khoảng 90%, gấp khoảng ba lần so với động cơ thông thường. Do đó, chúng không tạo ra nhiều nhiệt dư và không gặp khó khăn trong việc làm mát. Tất cả những gì bạn cần cho việc này là phần cứng tốt, bộ điều khiển và một lập trình viên giỏi.
Suma sumárum. Nếu xe điện hay xe hybrid thậm chí gần hơn với xe cổ với động cơ tiết kiệm nhiên liệu thì phía trước chúng vẫn còn một chặng đường rất gian nan và vất vả. Tôi chỉ hy vọng điều này không được xác nhận bởi một số con số sai lệch hoặc. áp lực quá mức từ các quan chức. Nhưng chúng ta đừng tuyệt vọng. Sự phát triển của công nghệ nano đang thực sự chuyển động nhảy vọt, và có lẽ, những điều kỳ diệu thực sự đang chờ chúng ta trong tương lai gần.
Cuối cùng, tôi sẽ nói thêm một điều thú vị nữa. Đã có một trạm tiếp nhiên liệu năng lượng mặt trời.
Toyota Industries Corp (TIC) đã phát triển một trạm sạc năng lượng mặt trời cho xe điện và xe hybrid. Trạm cũng được kết nối với lưới điện, vì vậy các tấm pin mặt trời 1,9 kW có nhiều khả năng là một nguồn năng lượng bổ sung. Sử dụng nguồn điện năng lượng mặt trời (năng lượng mặt trời) khép kín, trạm sạc có thể cung cấp công suất tối đa 110 VAC / 1,5 kW, khi kết nối với nguồn điện, nó cung cấp tối đa 220 VAC / 3,2 kW.
Điện năng chưa sử dụng từ các tấm pin mặt trời được lưu trữ trong pin, có thể tích trữ 8,4 kWh để sử dụng sau này. Cũng có thể cung cấp điện cho mạng phân phối hoặc các phụ kiện của trạm cung cấp. Các quầy thu phí được sử dụng tại trạm được tích hợp công nghệ liên lạc có khả năng nhận dạng các phương tiện tương ứng. chủ sở hữu của họ bằng cách sử dụng thẻ thông minh.
Các điều khoản quan trọng đối với pin
- sức mạnh - cho biết lượng điện tích (lượng năng lượng) được lưu trữ trong pin. Nó được chỉ định bằng giờ ampe (Ah) hoặc, trong trường hợp thiết bị nhỏ, tính bằng miliamp giờ (mAh). Pin 1 Ah (= 1000 mAh) về mặt lý thuyết có khả năng cung cấp dòng điện 1 amp trong một giờ.
- Kháng nội bộ - cho biết khả năng cung cấp dòng xả nhiều hay ít của ắc quy. Để minh họa, có thể sử dụng hai hộp, một hộp có ổ cắm nhỏ hơn (điện trở trong cao) và hộp kia có ổ cắm lớn hơn (điện trở trong thấp). Nếu chúng ta quyết định đổ chúng đi, hộp có lỗ thoát nước nhỏ hơn sẽ đổ chậm hơn.
- Pin định mức điện áp - đối với pin niken-cadmium và niken-kim loại hydride là 1,2 V, chì 2 V và lithium từ 3,6 đến 4,2 V. Trong quá trình hoạt động, điện áp này thay đổi trong khoảng 0,8 - 1,5 V đối với pin niken-cadmium và niken-hydride kim loại, 1,7 - 2,3 V đối với chì và 3-4,2 và 3,5-4,9 đối với lithium.
- Dòng sạc, dòng xả – được biểu thị bằng ampe (A) hoặc milliamp (mA). Đây là thông tin quan trọng đối với việc sử dụng thực tế pin đang được đề cập cho một thiết bị cụ thể. Nó cũng xác định các điều kiện để sạc và xả pin đúng cách sao cho dung lượng của nó được sử dụng ở mức tối đa và đồng thời không bị phá hủy.
- Nạp acc. đường cong xả - hiển thị đồ họa sự thay đổi điện áp tùy thuộc vào thời điểm sạc hoặc xả pin. Khi pin được xả, thường có một sự thay đổi nhỏ về điện áp trong khoảng 90% thời gian xả. Do đó, rất khó xác định trạng thái hiện tại của pin từ điện áp đo được.
- Tự phóng điện, tự phóng điện – Pin không thể duy trì điện mọi lúc. năng lượng, vì phản ứng ở các điện cực là một quá trình thuận nghịch. Pin đã sạc sẽ tự xả dần. Quá trình này có thể mất từ vài tuần đến vài tháng. Trong trường hợp pin axit-chì, đây là 5-20% mỗi tháng, đối với pin niken-cadmium - khoảng 1% điện tích mỗi ngày, trong trường hợp pin hydride kim loại niken - khoảng 15-20% mỗi tháng. tháng và lithium mất khoảng 60%. công suất trong ba tháng. Việc tự phóng điện phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh cũng như điện trở trong (pin có điện trở trong cao hơn xả ít hơn) và tất nhiên thiết kế, vật liệu sử dụng và tay nghề cũng rất quan trọng.
- Pin (bộ dụng cụ) – Chỉ trong những trường hợp đặc biệt, pin mới được sử dụng riêng lẻ. Thông thường chúng được kết nối thành một bộ, hầu như luôn được kết nối nối tiếp. Dòng điện tối đa của một bộ như vậy bằng với dòng điện tối đa của một ô riêng lẻ, điện áp định mức là tổng của các điện áp định mức của các ô riêng lẻ.
- Sự tích tụ của pin. Pin mới hoặc chưa sử dụng nên trải qua một lần sạc nhưng tốt nhất là vài (3-5) chu kỳ sạc đầy chậm và xả chậm. Quá trình chậm này đặt các thông số pin ở mức mong muốn.
- Hiệu ứng nhớ – Điều này xảy ra khi pin được sạc và xả ở cùng một mức với dòng điện gần như không đổi, không quá lớn và không được sạc đầy hoặc xả sâu pin. Tác dụng phụ này ảnh hưởng đến NiCd (tối thiểu cũng là NiMH).
