- Kas yra elektrinių transporto priemonių akumuliatorių pakuotėje?
- Baterijų tipai
- Pagrindinė baterijos chemija
- Ličio baterijų chemijos pagrindai
- Elektros transporto priemonių akumuliatorių pagrindai
Elektromobilio greitis, rida, sukimo momentas ir visi tokie gyvybiškai svarbūs parametrai priklauso tik nuo variklio ir automobilyje naudojamo akumuliatoriaus specifikacijos. Nors galingo variklio naudojimas nėra didelė problema, problema kyla dėl to, kad reikia sukurti akumuliatorių paketą, kuris ilgą laiką galėtų tiekti pakankamai variklio srovės, nepablogindamas jo tarnavimo laiko. Kad susidorotų su įtampa ir srovės paklausa, EV gamintojai turi sujungti šimtus, o gal net tūkstančius elementų, kad sudarytų vieno automobilio akumuliatorių. Norint pateikti idėją, „Tesla“ modelis S turi apie 7104 elementus, o „Nissan“ lapas - apie 600 elementų. Šis didelis skaičius ir nestabilus ličio elementų pobūdis apsunkina akumuliatoriaus paketo projektavimą elektromobiliui. Šiame straipsnyje panagrinėkime, kaip elektrinių transporto priemonių akumuliatorių paketas sukurtas EVir kokie yra svarbiausi parametrai, susiję su baterijomis, kuriomis reikia pasirūpinti.
Kas yra elektrinių transporto priemonių akumuliatorių pakuotėje?
Jei perskaitėte straipsnį „Elektrinių transporto priemonių įvadas“, jau būtumėte atsakę į klausimą. Žmonėms, kurie yra nauji, leiskite man greitai pakartoti. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kaip „Nissan Leaf“ akumuliatorių paketas buvo išardytas iki ląstelių lygio nuo jo paketo.
Šiuolaikiniai elektromobiliai naudoja ličio baterijas savo automobiliams tiekti dėl tam tikrų akivaizdžių priežasčių, kurias aptarsime vėliau šiame straipsnyje. Tačiau šios ličio baterijos turi tik apie 3,7 V elementą, tuo tarpu „EV“ automobiliui reikia beveik 300 V įtampos. Norint pasiekti tokią aukštą įtampą ir Ah reitingą, ličio elementai sujungiami nuosekliai ir lygiagrečiai, kad būtų suformuoti moduliai, o šie moduliai kartu su kai kuriomis apsaugos grandinėmis (BMS) ir aušinimo sistema yra išdėstyti mechaniniame korpuse, kartu vadinamame akumuliatoriumi, kaip parodyta aukščiau.
Baterijų tipai
Nors dauguma automobilių naudoja ličio baterijas, mes tuo neapsiribojame. Yra daugybė akumuliatorių chemijos tipų. Iš esmės baterijas galima suskirstyti į tris rūšis.
Pirminės baterijos: Tai nėra įkraunamos baterijos. Tai reiškia, kad ji gali paversti cheminę energiją į elektros energiją, o ne atvirkščiai. Pavyzdys galėtų būti šarminės baterijos (AA, AAA), naudojamos žaislams ir nuotolinio valdymo pultams.
Antrinės baterijos: tai yra akumuliatoriai, kuriais domimės elektrinėms transporto priemonėms. Tai gali konvertuoti cheminę energiją į elektros energiją, kad maitintų EV, taip pat gali vėl paversti elektros energiją į cheminę energiją įkrovimo proceso metu. Šios baterijos dažniausiai naudojamos mobiliuosiuose telefonuose, EV ir daugumoje kitų nešiojamų elektronikos elementų.
Atsarginės baterijos: Tai yra specialios rūšies akumuliatoriai, naudojami labai unikaliai. Kaip nurodoma pavadinime, akumuliatoriai beveik visą savo tarnavimo laiką laikomi atsargomis (budėjimo režimu), todėl savaime išsikrauna labai mažai. Pavyzdys galėtų būti gelbėjimosi liemenės baterijos.
Pagrindinė baterijos chemija
Kaip sakyta anksčiau, baterijoms yra daugybė skirtingų chemikalų. Kiekviena chemija turi savų pliusų ir minusų. Nepaisant chemijos tipo, yra keletas dalykų, kurie būdingi visoms baterijoms. Pažvelkime į juos, nesigilindami į jos chemiją.
Baterijoje yra trys pagrindiniai sluoksniai: katodas, anodas ir separatorius. Katodas yra teigiamas akumuliatoriaus sluoksnis, o anodas - neigiamas akumuliatoriaus sluoksnis. Prijungus apkrovą prie akumuliatoriaus gnybtų, srovė (elektronai) teka iš anodo į katodą. Panašiai, kai įkroviklis prijungtas prie akumuliatoriaus gnybtų, elektronų srautas yra atvirkštinis, tai yra nuo katodo iki anodo, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje.
Kad bet kuris akumuliatorius veiktų, turėtų vykti cheminė reakcija, vadinama oksidacijos-redukcijos reakcija. Kartais dar vadinamas Redokso reakcija. Ši reakcija vyksta tarp akumuliatoriaus anodo ir katodo per elektrolitą (separatorių). Akumuliatoriaus anodo pusė norės gauti elektronus, taigi įvyksta oksidacijos reakcija, o katodo katodo pusė norės atlaisvinti elektronus, taigi atsiras redukcijos reakcija. Dėl šios reakcijos jonai iš katodo per akumuliatoriaus anodo pusę perkeliami per separatorių. Dėl to anode bus sukaupta daugiau jonų. Norint neutralizuoti šį anodą, elektronus reikia nustumti iš šono į katodą.
Bet separatorius leidžia tik jonų srautą per jį ir blokuoja bet kokį elektronų judėjimą iš anodo į katodą. Taigi vienintelis būdas, kuriuo akumuliatorius gali pernešti elektronus, yra per jo išorinius gnybtus, todėl, prijungę apkrovą prie akumuliatoriaus gnybtų, gauname srovę (elektronus).
Ličio baterijų chemijos pagrindai
Kadangi mes ketiname aptarti ličio baterijas, nes jos yra labiausiai pageidaujamos baterijos, leidžiančios šiek tiek daugiau pasidomėti savo chemija. Vėlgi yra daugybė ličio baterijų rūšių, daugiausia yra ličio nikelio kobalto aliuminio (NCA), ličio nikelio mangano kobalto (NMC), ličio mangano verpalo (LMO), ličio titanato (LTO), ličio geležies fosfato (LFP). paplitusių. Vėlgi, kiekviena chemija turi savo ypatybes, kurios puikiai iliustruoja žemiau pateiktą „Boston Consulting group“ paveikslėlį.
Iš jų ličio nikelio kobalto aliuminis yra labiausiai naudojamas dėl jo mažos kainos. Toliau šiame straipsnyje aptarsime daugiau šių parametrų. Bet čia galite pastebėti vieną bendrą dalyką: ličio yra visose baterijose. Taip yra daugiausia dėl ličio elektronų konfigūracijos. Žemiau parodytas neutralus ličio metalo atomas.
Jo atominis skaičius yra trys, o tai reiškia, kad aplink jo nukleazę bus trys elektronai, o išorinis apvalkalas turi tik vieną valentinį elektroną. Reakcijos metu šis valentinis elektronas ištraukiamas taip, kad gautume vieną elektroną ir ličio joną su dviem elektronais, sudarančiais ličio joną. Kaip buvo aptarta anksčiau, elektronas kaip srovė tekės per išorinius akumuliatoriaus gnybtus, o ličio jonas tekės per elektrolitą (separatorių) redoksinės reakcijos metu.
Elektros transporto priemonių akumuliatorių pagrindai
Dabar mes žinome, kaip akumuliatorius veikia ir kaip jis naudojamas elektrinėje transporto priemonėje, tačiau norėdami toliau elgtis, turime suprasti kai kurias pagrindines terminologijas, kurios dažniausiai naudojamos kuriant akumuliatorių. Aptarkime juos…
Įtampos įvertinimas: du labai dažni įvertinimai, kuriuos galite pažymėti ant akumuliatoriaus, yra jo įtampos ir Ah įvertinimas. Švino rūgšties akumuliatoriai paprastai yra 12 V, o ličio - 3,7 V. Tai vadinama nominalia akumuliatoriaus įtampa. Tai nereiškia, kad akumuliatorius visą laiką tieks 3,7 V įtampą per savo gnybtus. Įtampos vertė skirsis priklausomai nuo akumuliatoriaus talpos. Aptarsime