Литий-ионные батареи для электромобилей

Опубликовано От Sergey

Электромобили всё прочнее занимают своё место среди бытовых и промышленных транспортных средств. Благодаря тому, что гибридные авто в качестве источника питания используют электроэнергию, получаемую от аккумуляторов, они являются экологически чистыми механизмами. При выборе электромобиля автолюбители часто задаются вопросом, какая батарея лучше и как правильно обращаться с ней в процессе эксплуатации транспортного средства, чтобы максимально продлить срок и качество её работы.

  • Что представляет собой литиевая батарея
  • Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов
  • Применение литий-ионных батарей в электромобилях

Что представляет собой литиевая батарея

Первые литиевые батареи на основе металлического лития были созданы ещё в 70-е годы ХХ в., однако использование их было проблематично из-за большой химической активности лития. Они быстро нагревались и имели свойство взрываться или самовозгораться. Проблему удалось устранить только в 90-е годы, когда на смену чистому литию пришло применение его ионов.

Важно! Аккумулятор дополнительно оснащается предохранителем, который позволяет устранить избыточное напряжение в аварийной ситуации.

В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии. В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники.

В качестве отрицательно заряженного электрода (катода) используется углеродная матрица, которая может состоять из графита (природного или синтетического), сажи или углерода. Положительно заряженным электродом (анодом) служит литированый оксид никеля или кобальта, или литий-марганцевое соединение. Катод и анод разделены сепаратором, который имеет поры и пропитан электролитом. Электролит находится в герметичной капсуле.

При высвобождении свободных электронов на сепараторе, начинается процесс замещения в молекулах положительно и отрицательно заряженных электродов (ионы лития встраиваются в структуру матрицы углерода), что приводит к высвобождению энергии. Энергия по клеммам подаётся на провода и далее служит источником тяговой силы для электромобиля. Li-ion батарея полностью герметична. Это нужно для избежания утечки электролита и контакта электродов с кислородом или водой, что приводит к полной порче аккумулятора.

Он может быть выполнен в виде плоскости или цилиндра:

  • в цилиндрической сборке электролит и сепаратор скручены в рулон и подсоединены внутри герметичного корпуса к катоду. Анодный электрод находится снаружи;
  • при сборке в виде плоскостей пластины укладываются одна на другую и представляют собой набор полноценных батареек.

Знаете ли вы? Как прогнозируют аналитики Bank of America и Oxford Institute for Energy Studies, к 2030 году 40% всего автотранспорта на планете будет электрическим, а к 2050-му — 95%. Уже сейчас в Китае планируется прекратить продажу бензиновых и дизельных автомашин в Пекине к 2020 году.

Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы являются универсальными источниками электрического тока и пользуются большим спросом во всём мире. Они имеют свои плюсы и минусы.

К положительным сторонам Li-ion накопителя можно отнести:

  • Экологичность — не загрязняет окружающую среду при выработке электроэнергии.
  • Большой срок службы — до 10 лет с гарантией.
  • Высокая энергетическая плотность при малом весе и габаритах — такие АКБ позволяют накопить большее количество заряда и питать автомобиль электроэнергией большее количество времени, чем другие их разновидности (например, NiCd и NiMH).
  • Способны быстро заряжаться током высокого напряжения.
  • Имеют низкую саморазрядность — 4–6% за 30 дней.
  • Отсутствие необходимости полной зарядки и разрядки при введении в эксплуатацию.
  • Позволяет использование при -20 и +50°С.
  • Не требует регулярного использования — не портится при длительном хранении.
  • Запас рабочих циклов (зарядка-разрядка) составляет около 1000 раз.
  • Отрицательными сторонами литий-ионных АКБ являются:

  • Высокая цена.
  • Чувствительность к перезарядке или полной разрядке (обычно оснащается специальным предохранителем).
  • При температуре ниже -20°С происходит снижение уровня заряда. При работе в условиях температур выше +50°С есть опасность перегрева и порчи АКБ.
  • Плохо заряжается в условиях низких температур.
  • При нарушении герметичности корпуса литий-ионная АКБ взрывоопасна.
  • С ходом времени снижается уровень заряжаемости.
  • Рекомендуем для прочтения:

    • Электромобили и коробка передач — нужна ли
    • Двигатели для электромобиля: как устроены и принцип их работы
    • Лучшие бюджетные электромобили
    • Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России

    Применение литий-ионных батарей в электромобилях

    Большинство литий-ионных источников питания для гибридных и электромобилей работают с напряжением 36 В и продуцируют мощность 15 кВт. Современные АКБ такого типа вмещают 0,8–2,6 кВт/ч на 1 кг своего веса, что намного больше, чем у других типов батарей.

    Оптимальный уровень заряда такого источника питания составляет от 25 до 75%, что позволяет его владельцу не особенно переживать об уровне переразряда или перезаряда (для сравнения, никель-металлгидридный аккумулятор имеет оптимальный диапазон для зарядки всего от 40 до 60%).

    Современные технологии позволили создавать такие литий-ионные аккумуляторы, которые при необходимости можно заменять не полностью, а отдельными блоками, удаляя места, где имеются повреждения.

    При использовании электромобилей с литиевым источником питания, необходимо соблюдать следующие правила:

    • заряжать АКБ согласно инструкции;
    • следить за уровнем заряда;
    • не нарушать температурный режим — чтобы батарея не испортилась, её следует при необходимости нагревать или же охлаждать;
    • беречь от ударов и сильных вибраций, для чего при установке можно проложить амортизирующую прослойку;
    • для длительного хранения аккумулятор должен быть заряжен на 50% и находиться при температуре 0°С;
    • не нарушать герметичность корпуса аккумулятора — это приводит к взрывоопасности источника питания.

    Знаете ли вы? Весной 2017 года чиновники из руководства Индии заявили, что правительство планирует электрифицировать все транспортные средства в стране к 2032 году.

    При повреждении или истечении срока эксплуатации (когда падает энергоёмкость и это отражается на времени хода автомобиля), Li-ion источник питания возможно заменить. Процедура замены довольно длительная и проводить её следует в специальных сервисах. После установки нового аккумулятора, он должен пройти регистрацию и настройки через бортовой компьютер электрокара.

    После того как АКБ не может более использоваться для питания электрокара, её можно утилизировать в специальных пунктах приёма, или использовать в быту, как накопитель энергии от солнечных батарей или ветрогенераторов.

    Li-ion источник питания на сегодняшний день является самым популярным вариантом для использования в электрокарах и гибридных авто. Несмотря на сравнительную его дороговизну, он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими АКБ (компактность, маленький вес при большом заряде, долговечность), что делает соотношение цена-качество оптимальным.

    Источник: auto.today

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *