Все, що ви хочете знати про акумулятори для електромобілів

Швидкість, пробіг, крутний момент та всі такі життєво важливі параметри електричного автомобіля залежать виключно від специфікації двигуна та акумуляторної батареї, що використовується в машині. Хоча використання потужного двигуна не становить великої праці, проблема полягає в розробці акумуляторної батареї, яка могла б подавати достатню кількість струму для двигуна протягом тривалого часу, не погіршуючи терміну його служби. Щоб впоратись із напругою та поточним попитом, виробники електромобілів повинні об'єднати сотні, якщо не тисячі елементів, щоб сформувати акумулятор для одного автомобіля. Щоб дати уявлення, модель Tesla має близько 7 104 клітин, а лист Nissan - близько 600. Ця велика кількість разом із нестабільною природою літієвих елементів ускладнює розробку акумуляторної батареї для електричного автомобіля. У цій статті давайте дослідимо, як розроблений акумулятор для електромобіля для електромобіляі які життєво важливі параметри, пов’язані з батареями, про які слід подбати.

Що знаходиться всередині акумулятора електромобіля?

Якщо ви прочитали статтю «Вступ до електричного транспортного засобу», то вже відповіли б на запитання. Для людей, які не знайомі з роботою, дозвольте мені швидко пересвідчитись. На зображенні нижче показано, як акумулятор Nissan Leaf розірваний до рівня комірок.

Сучасні електромобілі використовують літієві акумулятори для живлення своїх автомобілів з явних причин, про які ми поговоримо далі в цій статті. Але ці літієві батареї мають тільки близько 3,7 на клітку, тоді як електромобіль автомобіль вимагає де - то близько 30. Для досягнення такої високої напруги та номіналу Ah літієві елементи поєднуються послідовно та паралельно для формування модулів, і ці модулі разом з деякими ланцюгами захисту (BMS) та системою охолодження розташовані в механічному кожусі, спільно званому акумулятором, як показано вище.

Види акумуляторів

Хоча в більшості автомобілів використовуються літієві батареї, ми не лише цим обмежуємось. Доступно багато видів хімії акумуляторів. Загалом акумулятори можна класифікувати на три типи.

Первинні акумулятори: це акумулятори, що не заряджаються. Тобто він може перетворювати хімічну енергію в електричну, а не навпаки. Прикладом можуть бути лужні батареї (AA, AAA), що використовуються для іграшок та пультів дистанційного керування.

Вторинні акумулятори: це ті батареї, якими ми цікавимось для електромобілів. Він може перетворювати хімічну енергію в електричну для живлення електромобіля, а також може перетворювати електричну енергію в хімічну в процесі зарядки. Ці батареї зазвичай використовуються в мобільних телефонах, електромобілях та більшості іншої портативної електроніки.

Резервні батареї: це акумулятори спеціального типу, що використовуються в дуже унікальному застосуванні. Як випливає з назви, батареї зберігаються як резервні (резервні) протягом більшої частини свого терміну служби, а отже, мають дуже низький рівень саморозряду. Прикладом можуть бути батареї рятувальних жилетів.

Основна хімія акумулятора

Як було сказано раніше, існує багато різних хімічних речовин, доступних для батарей. Кожна хімія має свої плюси і мінуси. Але незалежно від типу хімії, є декілька речей, які є загальними для всіх акумуляторів, давайте розглянемо їх, не вникаючи багато в його хімію.

У батареї є три основних шари - це катод, анод та сепаратор. Катод - це позитивний шар батареї, а анод - негативний шар батареї. Коли навантаження підключено до клем акумулятора, струм (електрони) протікає від анода до катода. Подібним чином, коли зарядний пристрій підключений до висновків акумулятора, потік електронів зворотний, тобто від Катода до Анода, як показано на малюнку вище.

Щоб будь-яка батарея працювала, повинна відбуватися хімічна реакція, яка називається реакцією окислення-відновлення. Іноді також називається як окисно-відновна реакція. Ця реакція відбувається між анодом і катодом батареї через електроліт (сепаратор). Анодна сторона батареї буде готова отримувати електрони, і, отже, відбуватиметься реакція окислення, а катодна сторона батареї буде готова втрачати електрони, а отже, відбуватиметься Реакція відновлення. Через цю реакцію іони передаються з катода на анодну сторону батареї через сепаратор. В результаті в аноді буде накопичуватися більше іонів. Для нейтралізації цього Анода доводиться штовхати електрони зі свого боку до Катода.

Але Сепаратор допускає лише потік іонів через нього і блокує будь-який рух електронів від Анода до Катода. Отже, єдиний спосіб, яким акумулятор може передавати електрони, - це через його зовнішні клеми, ось чому, коли ми підключаємо навантаження до клем батареї, ми отримуємо струм (електрони), що протікає, думаючи про це.

Основи хімії літієвих акумуляторів

Оскільки ми будемо обговорювати літієві батареї, оскільки вони є найбільш улюбленою батареєю для електромобіля, ми можемо трохи більше розібратися в її хімії. Знову є багато типів літієвих батарей, літій-нікелевий кобальт-алюміній (NCA), літій-нікелевий марганцевий кобальт (NMC), літій-марганцевий шпінель (LMO), титанат літію (LTO), фосфат літію-заліза (LFP) загальні. Знову ж таки, кожна хімія має свої особливості, які чітко ілюструють дію нижче на малюнку групи Boston Consulting

З них літій-нікелевий кобальт-алюміній найбільш використовується через низьку вартість. Більше цих параметрів ми розглянемо далі в цій статті. Але загальне, що ви можете тут помітити, - це те, що літій присутній у всіх батареях. Це головним чином через електронну конфігурацію літію. Нейтральний атом металу літію показаний нижче.

Він має атомне число три, що означає, що три електрони будуть навколо його нуклеази, а крайня оболонка має лише один валентний електрон. Під час реакції цей електрон-валанс витягується, отримуючи таким чином один електрон та іон літію з двома електронами, що утворюють іон літію. Як обговорювалося раніше, електрон буде протікати у вигляді струму через зовнішні клеми акумулятора, а іон літію буде протікати через електроліт (сепаратор) під час окислювально-відновної реакції.

Основи акумуляторів для електромобілів

Тепер ми знаємо, як працює акумулятор і як він використовується в електричному транспортному засобі, але щоб продовжити звідси, нам слід зрозуміти деякі основні термінології, які зазвичай використовуються при проектуванні акумуляторної батареї. Давайте обговоримо їх…

Оцінка напруги: Два найпоширеніші показники, які ви можете помітити на батареї, - це номінал напруги та рейтинг Ах. Свинцево-кислотні акумулятори зазвичай складають 12 В, а літієві - 3,7 В. Це називається номінальною напругою акумулятора. Це не означає, що акумулятор постійно буде забезпечувати 3,7 В між своїми клемами. Значення напруги буде змінюватися залежно від ємності акумулятора. Ми обговоримо