Электрический аккумулятор

Электромобиль (EVB) или тяговый аккумулятор — это аккумулятор, используемый для питания электромобилей аккумуляторных батарей (BEV). Аккумуляторные батареи обычно являются вторичной (перезаряжаемой) батареей. Тяговые батареи используются в вилочных погрузчиках, электрических тележках для гольфа, скрубберах для езды на подиуме, электрических мотоциклах, электромобилях, грузовиках, микроавтобусах и других электромобилях.

Электрические аккумуляторные батареи отличаются от аккумуляторов стартового, осветительного и зажигательного (SLI), потому что они предназначены для питания в течение продолжительных периодов времени. Для этих применений вместо батарей SLI используются батарейки с глубоким циклом. Тяговые батареи должны быть сконструированы с высокой емкостью в час. Батареи для электромобилей характеризуются относительно высоким отношением мощности к весу, удельной энергетической и энергетической плотностью; меньшие, более легкие батареи уменьшают вес автомобиля и улучшают его работу. По сравнению с жидким топливом большинство современных технологий аккумуляторов имеют значительно меньшую удельную энергию, и это часто влияет на максимальный полностью электрический диапазон транспортных средств. Однако батареи с металлическим воздухом имеют высокую удельную энергию, потому что катод обеспечивается окружающим кислородом в воздухе. Аккумуляторные батареи, используемые в электромобилях, включают свинцово-кислотные («затопленные», глубокие и VRLA), NiCd, никель-металлгидрид, литий-ионный, литий-ионный полимер и, реже, цинковый воздух и расплавленный металл, солевые батареи. Количество электричества (т.е. электрического заряда), хранящегося в батареях, измеряется в ампер-часах или в кулонах, причем общая энергия часто измеряется в ватт-часах.

Батарея составляет значительную стоимость BEV, которая, в отличие от автомобилей с ископаемым топливом, глубоко проявляет себя как цена диапазона. С 2018 года несколько электромобилей с более чем 500 км диапазона, таких как Tesla Model S, прочно входят в сегмент роскоши. С конца 1990-х годов прогресс в технологии батарей обусловлен требованиями к портативной электронике, например портативным компьютерам и мобильным телефонам. Рынок BEV воспользовался преимуществами этих достижений как в производительности, так и в плотности энергии. Батареи могут разряжаться и заряжаться каждый день. Возможно, наиболее примечательно, что расходы на аккумулятор резко упали, а стоимость электромобилей была снижена более чем на 35% с 2008 по 2014 год.

Прогнозируемый рынок автомобильных тяговых батарей составляет более 37 миллиардов долларов в 2020 году.

С точки зрения эксплуатационных расходов, цена на электроэнергию для запуска EV представляет собой небольшую часть стоимости топлива для эквивалентных двигателей внутреннего сгорания, что отражает более высокую эффективность использования энергии. Стоимость замены батарей доминирует над эксплуатационными расходами.

Типы аккумуляторов

Свинцово-кислотный
Затопленные свинцово-кислотные батареи — самые дешевые и в прошлом наиболее распространенные тяговые батареи. Существует два основных типа свинцово-кислотных аккумуляторов: автомобильные стартерные батареи и батареи глубокого цикла. Автомобильные генераторы предназначены для обеспечения высокой скорости зарядки стартерных батарей для быстрых зарядов, в то время как батареи с глубоким циклом, используемые для электрических транспортных средств, таких как вилочные погрузчики или тележки для гольфа, а также как вспомогательные домашние батареи в RV, требуют различной многоступенчатой ​​зарядки. Ни одна свинцово-кислотная батарея не должна разряжаться ниже 50% ее емкости, так как она сокращает срок службы батареи. Заполненные батареи требуют проверки уровня электролита и случайной замены воды, которая гаснет во время нормального цикла зарядки.

Традиционно большинство электромобилей использовали свинцово-кислотные батареи из-за их зрелой технологии, высокой доступности и низкой стоимости (исключение: некоторые ранние EV, такие как Detroit Electric, использовали никель-железную батарею.) Как и все батареи, они имеют воздействие на окружающую среду посредством их строительства, использования, утилизации или переработки. С другой стороны, скорость рециркуляции аккумуляторных батарей превышает 95% в Соединенных Штатах. Аккумуляторные батареи с глубоким циклом дорогие и имеют более короткий срок службы, чем сам автомобиль, обычно требуется замена каждые 3 года.

Свинцово-кислотные батареи в приложениях EV становятся значительной (25-50%) частью конечной массы транспортного средства. Как и все батареи, они имеют значительно меньшую удельную энергию, чем нефтяные топлива, — в этом случае 30-40 Втч / кг. Хотя разница не настолько экстремальна, как кажется в первую очередь из-за более легкого привода в EV, даже лучшие батареи, как правило, приводят к увеличению массы при применении к автомобилям с нормальным диапазоном. Эффективность (70-75%) и емкость для хранения генераторов общей кислотной батареи с глубоким циклом снижаются при более низких температурах, а отвод энергии для работы нагревательной катушки снижает эффективность и диапазон до 40%. Недавние достижения в области эффективности батареи, емкости, материалов, безопасности, токсичности и долговечности, вероятно, позволят использовать эти превосходные характеристики в EV-размерах автомобилей.

Зарядка и работа батарей обычно приводят к выбросу водорода, кислорода и серы, которые встречаются в природе и обычно безвредны, если они должным образом вентилируются. Ранние владельцы Citicar обнаружили, что, если их не отпустить должным образом, неприятные запахи серы будут течь в салоне сразу после зарядки.

Свинцово-кислотные аккумуляторы приводили в действие такие ранние современные EV, как оригинальные версии EV1 и RAV4 EV.

Гидрид никеля
Никель-гидридные батареи теперь считаются относительно зрелой технологией. Хотя они менее эффективны (60-70%) при зарядке и разрядке, чем свинцовая кислота, они имеют удельную энергию 30-80 Втч / кг, намного выше, чем свинцово-кислотная. При правильном использовании никель-металлгидридные батареи могут иметь исключительно долгий срок службы, что было продемонстрировано при использовании в гибридных автомобилях и выживших EVM NiMH RAV4, которые по-прежнему хорошо работают после 100 000 миль (160 000 км) и более десяти лет службы. Недостатки включают низкую эффективность, высокий уровень саморазряда, очень тонкие циклы зарядки и низкую производительность в холодную погоду.

GM Ovonic выпустил NiMH-батарею, используемую во втором поколении EV-1, а Cobasys производит почти идентичную батарею (десять 1,2-литровых NiMH-ячеек мощностью 1,1 В, в отличие от 11 батарей для батареи Ovonic). Это хорошо отразилось на EV-1. Патентное обременение ограничило использование этих батарей в последние годы.

зебра
Натрий или «зебра» используют в качестве электролита расплавленный хлоралюминат натрия (NaAlCl4). Эта химия также иногда упоминается как «горячая соль». Относительно зрелая технология, батарея Zebra имеет удельную энергию 120 Вт / кг и разумное последовательное сопротивление. Поскольку аккумулятор необходимо нагревать для использования, холодная погода не оказывает сильного влияния на его работу, за исключением увеличения расходов на отопление. Они использовались в нескольких EV. Зебры могут длиться несколько тысяч циклов заряда и нетоксичны. Недостатки батареи Zebra включают плохую мощность в вес (