Какое количество циклов зарядов на электромобилях: Аккумуляторные батареи электромобилей

Содержание

Аккумуляторные батареи электромобилей


Развитие транспортных средств с электроприводом усилило внимание к аккумуляторным батареям. Но что особенно важно знать о многообразии типов аккумуляторных батарей для электромобилей, замене и утилизации АКБ? 

Типы аккумуляторных батарей для электромобилей

Распространение получили следующие типы АКБ:

1. Литий-ионные ( Li-Ion). Самый популярный вариант батарей для электромобилей. Огромный плюс – впечатляющее число циклов заряда/разряда батареи. У современных батарей он легко доходит до цифры 1500, а в некоторых отдельных случаях – до 7000.


В конце 80-х-90-х годах 20-го века батареи  Li-Ion имели марганцево-кобальтовую основу. Сейчас распространены  батареи лития и марганца и лития и никелькобальта.


Марганец, никелькобальт в сочетании с литием позволяют получить либо более высокую мощность, чем просто сплав лития и кобальта.

Максимально у современных батарей оптимизирован и порядок размещения элементов в блоке.

 

Выпуск литий-ионных продуктов поставлен на широкий поток, и потребителю легко доступны стандартизированные типозамеры, а цена не «кусается».

При этом в распоряжении автовладельца – решение, которое впечатляет следующими характеристиками:

  • высокой скоростью заряда/разряда,
  • небольшими габаритами,
  • высокой плотностью энергии.
Но есть у батарей такого типа и много проявлений «капризности». Характеристики очень сильно зависят от температуры. Перегрев чреват быстрым разрядом. А если при производстве батареи используется кобальт, она становится настоящей «головной болью» при утилизации.

2. Литий-серные. 

  • Ученые давно утверждали, что теоретически литий-серные батареи существенно превосходят литий-ионные АКБ по показателю энергетической плотности.
  • Но в широкое массовое производство долгое время такие батареи выпускать не спешили. Проблема – в скромном числе циклов заряда/разряда.
  • Правда, на данный момент мы можем стать свидетелями кардинальных изменений. Компания Brighsun New Energy проводит промышленные испытания батарей для электрокаров, которые смогут поддержать электромобиль без подзарядки на 2000 км пути.

3. Литий-полимерные батареи.

У ряда батарей с литием «соседствуют» полимеры. Такая альтернатива пористому сепаратору  помогает батарее при одинаковом размере быть в два раза емче.

Время на зарядку требуется существенно меньше. Обеспечена наилучшая защита от перезарядов и электролитов.

Но количество зарядов/разрядов – существенно меньше нежели у литий-ионных АКБ.

Марганец дешевле кобальта, но срок его службы меньше. Если заменить части кобальта никелем и марганцем, то аккумулятор может получить либо более высокую мощность, либо большую энергетическую плотность. NCM (никелькобальт-марганец) остается восприимчивым к тепловому уходу, но меньше чем диоксид кобальта. 

3. Алюминий-ионные батареи. В теории алюминий-ионные АКБ – одни из самых дешёвых и при этом безопасных. Алюминий отлично зарекомендовал и как вещество, способное «добросовестно» передавать энергию. За раз литий способен выделять только один электрон, а алюминий три.

Но производство алюминий-ионных батарей для электрокаров – только на начальной стадии: на уровне исследований и отдельных, а не серийных авто. 

4. Металл-воздушные аккумуляторы. Анодом выступает один из металлов, упомянутых выше. Это может быть тот же алюминий литий. Также используется цинк. 

Плюсы металл-воздушных конструкций:

  • Низкая стоимость.
  • Не требуется традиционная подзарядка (она производится сменой «съеденного» металлического анода на новый).
  • Высокий уровень компактности и небольшой вес.
  • Простота утилизации. 
Минусы:
  • Всего 50-60 циклов заряда/разряда.
  • При низкой температуре существенно снижается производительность батареи. Для южных стран, –  это не проблема, для стран, где бывают минусовые температуры,  –  существенное ограничение.
  • АКБ зависима от системы фильтрации.
  • Быстрый выход из строя при образовании на поверхности плёнки из пероксида лития.
  • Проблемы с хранением, металл-воздушный аккумулятор нельзя отключить и при хранении теряется до 80% заряда.
На данный момент металл-воздушные АКБ на электрокары ставят на некоторые модели электромобилей не как основные, а как дополнение к литий-ионным батареям. Это помогает увеличить пробег без подзарядки.     

Обслуживание аккумуляторных батарей электромобиля

Обслуживание АКБ – это регулярный контроль за рядом параметров:

  • зарядкой и разрядкой батареи, 
  • особенностями использования АКБ в зимний период,
  • расчетом производительности,
  • температурным режимом использования.
Многим кажется, что аккумуляторами «напичкана» сейчас любая техника, и с чем-чем, а с заменой аккумулятора точно проблем не будет. Но к электрокару это не относится. Чтобы замена прошла успешно, нужно чётко «просекать» в этом вопросе и к процедуре относиться не просто как к процедуре сродни «поменять батарейку в часах», а к установке ПО.

Установка любой аккумуляторной батареи электрокара обязана пройти согласование и регистрацию с помощью ПО.

Раньше при смене аккумулятора нужно было менять весь АКБ целиком, но современные модели батарей позволяют менять и блоками, то есть меняется только «битая» — вышедшая из строя ячейка.

Проверка батареи


Проверить АКБ электромобиля не простая процедура и провести ее в «домашних» условиях практически не возможно. В обязательном порядке необходимо иметь специализированное оборудование и выполнять процедуры в сервисных условиях. Специалист должен быть компетентным. Кроме того не забываем, что полное напряжение АКБ в электрокаре это не те наши привычные 12 или 24 вольта, а свыше 300 вольт! Поэтому к процедуре обслуживания и замены АКБ предъявляются высокие требования безопасности.

Замена и утилизация аккумуляторных батарей электромобиля


Аккумуляторы нуждаются в регулярном техобслуживании и периодической замене. Среднестатистическая батарея электрокара сейчас рассчитана примерно на 7 лет, но производители уверяют: более длительный срок эксплуатации АКБ – не за горами. Расходы таким образом удешевятся, а удары по окружающей среде уменьшатся.

Cейчас, когда электрокары по прежнему «белые вороны” среди общего потока транспортных средств, в СНГ ещё далеко не все задумываются об утилизации аккумуляторных батарей электромобиля.
А в Евросоюзе этой проблемой целенаправленно занимаются много лет. 

Ещё в 2006 году здесь была разработана «батарейная и аккумуляторная директива» ЕС под номером 2006/66/EG, существенно обновленная в 2008 и 2013 годах. Эта директива – существенный барьер против «искушения» нанести батареей вред воздуху, грунтовым водам.

А автостроительные компании Европы (и опять таки директива к этому «подстегивает») активно  занимаются рециклингом батарей. Большая работа в этом направлении делается, к примеру, концерном Volkswagen. Литий, никель, марганец, кобальт благодаря проекту концерна активно начинает использоваться повторно.

Огромную работу проводит и автогигант Audi. Из отработанных батарей «вытягивается» никель, кобальт и идёт для производстве новых батарей.


 

Производители и стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей


Одно из наиболее прогрессивно растущих в оборотах производителей  литий-ионных аккумуляторов  для электромобилей  — предприятие Panasonic в Неваде, которое сосредоточено на выпуске батарей для Tesla.

Лидер рынка батарей для электрокаров в наши дни – CATL (Contemporary Amperex Technology) в Китае. Аккумуляторы активно устанавливаются на автомобили BMW, Volvo, Volkswagen, Daimler.

Уверенно на рынке держится и китайская компания BYD. Одна из особенностей производства- активное внимание к сектору коммерческого электротранспорта.

Концерны Ford, Renault, Hyundai Motor активно сотрудничают с заводом LG Chem. Эти компании постоянно заказывают на заводе LG Chem АКБ.

На многих «корейцах», «китайцах» стоят и батареи Samsung SDI Samsung SDI. Аналитики склоняются к версии, что электромобили будут полноценными конкурентами транспорту с ДВС, когда стоимость аккумулятора в Европе снизится в среднем до $100 за 1 кВт ч.   По прогнозам это произойдет примерно к 2026 году.
 

Перспективы развития батарей


Перспективы развития транспорта связывают с активным переходом на графенполимерные батареи и их модификации.

Также большое будущее пророчат аккумуляторам, где литий идёт в тандеме с фосфатом железа. Автоматически решается вопрос с перегревом. Обеспечивается максимальная безопасность. Но есть проблемы с напряжением. Это тот краеугольный камень, из-за которого пока батареи с фосфатом железа не получили широкое повсеместное распространение в наши дни. Батарея должна быть многосекционная. Для грузовиков, автобусов – это не проблема, а для небольших электрокаров, когда важна максимальная компактность батареи, часто это проблема.


Аккумуляторы для электромобилей: виды и особенности

Аккумуляторы для электромобилей: виды и особенности

При выборе электромобиля покупатели обращают внимание на стоимость, дизайн и размеры – но одним из главных критериев является запас хода, зависящий от типа и характеристик аккумулятора.

У автолюбителей, которые впервые столкнулись с электротранспортом, возникает немало вопросов по поводу таких батарей – о времени и способах зарядки, обслуживании, покупке и утилизации. 

Не лишним будет перед покупкой такой машины узнать и о видах аккумуляторов, сроках службы и преимуществах их использования по сравнению с более привычным бензином и дизтопливом. 

Виды аккумуляторов для электромобилей 

В большинстве современных электрических машинах используются 4 типа аккумуляторных батарей. Самые распространённые – литий-ионные, алюминий-ионные и литий-серные. Иногда применяют ещё и металл-воздушные, где в качестве металла выступают цинк, литий, натрий, магний или алюминий. 

Литий-ионные батареи 

Литий-ионные АКБ – самый распространённый вариант для установки на электрических автомобилях. Преимуществами таких источников питания считают: 

  • высокую плотность накапливаемой энергии; 
  • более высокое по сравнению с другими видами АКБ напряжение; 
  • небольшой саморазряд – до 6% в месяц, до 20% в год; 
  • практически полное отсутствие «эффекта памяти», из-за которого новые батареи требуется «тренировать», используя несколько циклов заряда/разряда; 
  • сравнительно большой срок эксплуатации – не меньше 1000 циклов или 10 лет.  

Не лучшими характеристиками таких батарей можно назвать высокую стоимость, которая влияет и на цену автомобиля, и плохую устойчивость к избыточному заряду.

Минусом является и небольшой температурный диапазон, в котором работают литий-ионные АКБ (от –20 до +50°C). При использовании за пределами этих значений характеристики батареи ухудшаются – на холоде снижается ёмкость, при жаре аккумулятор может работать нестабильно.

Серьёзная проблема Li-Ion источника питания – высокий уровень взрывоопасности при повреждении и нарушении герметичности. 

Алюминий-ионные аккумуляторы 

Алюминий в составе батареи для электромобиля повышает безопасность её использования.

Кроме того, такой аккумулятор дешевле обходится при производстве. Использованию таких устройств мешает невысокая производительность катодов и меньшее количество циклов заряда/разряда. 

В Китае ведутся исследования по поводу улучшения характеристик батарей. Уже разработана новая конструкция катода, увеличившая ёмкость и сроки службы литий-ионной АКБ, а также уменьшившая её цену. Новая версия, ещё не применяемая на серийных авто, выдерживает до 250 тыс. перезарядок. 

Литий-серные батареи 

Аккумуляторы, принцип действия которых основан на реакции между литием и серой, делаются многослойными. Их ёмкость примерно вдвое выше по сравнению с аналогичными по размеру литий-ионными батареями. Стоимость изготовления таких аккумуляторов ниже, а рабочий диапазон температур выше, чем у большинства других источников питания электромобилей. 

Недостатком литий-сернистых АКБ является небольшое количество перезарядок (до 60). Это делает батареи непригодными для установки в серийных автомобилях. Однако над устранением недостатков уже работают специалисты нескольких компаний, включая OXIS Energy. Предполагается, что к 2020 году стоимость поездки на аккумуляторах Li-S будет ниже, чем у современных литий-ионных версий.

Металл-воздушные АКБ 

Преимуществами металло-воздушных аккумуляторов являются:

  • небольшой вес, благодаря которому снижается и масса автомобиля; 
  • большой пробег электромобилей, которые комплектуются такой батареей; 
  • сравнительно доступная стоимость; 
  • более простая утилизация по сравнению с литиевыми АКБ.  

Минусами устройства является снижение производительности батареи при низкой температуре. Кроме того, такой батарее нужна система фильтрации, потребляющая почти треть общей мощности. Ещё один серьёзный минус – внезапный выход из строя металл-воздушных аккумуляторов из-за образовавшейся на их поверхности плёнки из пероксида лития. И, наконец, последний минус, из-за которого такие батареи не пользуются большим спросом – небольшое число циклов заряда/разряда – до 50-60. 

Другие варианты 

Кроме основных технологий производства аккумуляторов электромобилей, существует несколько видов, которые только находятся в разработке. Предполагается, что такие аккумуляторные батареи для электромобиля получат большую ёмкость и срок службы по сравнению с существующими версиями. Одной из таких разработок является аккумулятор на основе кремния и графита, способный накапливать в 5 раз больше энергии без заметного износа. 

Южнокорейскими разработчиками создана технология, вообще не требующая зарядки. Вместо подключения к электросети после у электромобиля заменяется одна алюминиевая пластина, которой хватает на 700 км пробега. Алюминий идёт на переработку и используется повторно.

Ёмкость батареи электромобиля 

Практически каждый электрический автомобиль использует свой тип батареи. Аккумуляторы отличаются ёмкостью и обеспечивают разный запас хода. И хотя максимальное расстояние, которое может проехать электромобиль, зависит ещё и от его конструкции и веса, эту цифру можно использовать для сравнения батарей. 

Табл. 1. Сравнение аккумуляторов популярных электромобилей по ёмкости и запасу хода. 

МодельЁмкость аккумуляторной батареи,
кВт-ч 
Запас хода,
км 
Audi e-Tron 95 400
BMW i3 33 200 
Chevrolet Bolt EV 60 300 
Chevrolet Spark EV 19 132 
Detroit Electric 37 280 
Hyundai Ioniq Electric 28 200 
Hyundai Kona 64 480 
 39 300
JAC iEV7S 39 300 
Jaguar I-Pace90 480 
KIA Soul EV 30 178 
 64391 
Nissan e-NV200 Combi 40 170 
Nissan Leaf 40 250 
 62385
Renault Kangoo ZE 33 270
Renault Zoe 41 367 
Smart ForTwo Electric Drive 17,6 160 
Tesla Model 3 75 320 
Tesla Model S 60 350 
 70 500 
 100600 
Tesla Model X 100 475 
Volkswagen e-Golf 24,2 170
Volkswagen e-Up 18,7 160

 

Ресурс аккумулятора

Ещё один важный вопрос, возникающий у покупателей и владельцев электрического транспорта, касается срока службы аккумулятора. Стоимость этого источника питания достаточно высокая, и, чем реже его придётся менять, тем лучше. Ответить на вопрос можно попробовать, используя уже известную информацию о батареях электромобилей: 

  • средний срок эксплуатации аккумулятора составляет около 8-10 лет, хотя эти цифры пока не подтверждены из-за отсутствия достаточно количества старого электротранспорта; 
  • производители дают гарантию на аккумулятор в пределах 5-8 лет, что позволяет владельцу электромобиля рассчитывать на его замену при преждевременном выходе из строя; 
  • ёмкость большинства батарей постепенно снижается, и через несколько лет запас хода электромобиля окажется равным 70-80% от начального значения. 

Характеристики некоторых видов аккумуляторов (например, литий-ионных) ухудшаются, независимо от количества циклов заряда/разряда. Срок службы других батарей зависит от условий использования, включая температуру окружающей среды. Ёмкость третьих АКБ становится меньше с каждым зарядом. Чтобы примерно представить снижение ресурса, следует рассмотреть конкретный электромобиль. 

Ухудшение параметров в процессе эксплуатации

Наблюдения за аккумуляторными батареями популярных моделей Tesla Model S и Nissan Leaf показывают, что максимальное снижение ёмкости происходит в течение первых 5 лет. Причём, за первый и второй год мощность аккумулятора, а, значит, и запас хода уменьшаются в пределах 5-10%, а за три следующих года – ещё на 15-20%. После этого параметры АКБ остаются примерно на одном уровне до конца срока службы – ежегодное снижение ресурса не превышает 1-5%. 

Такие особенности аккумуляторов электромобилей позволяют выпущенным больше 5 лет назад моделям Nissan Leaf проезжать до 130 км на одном заряде вместо 160 км начального ресурса. Первые Tesla Model S 2013 года до сих пор способны проехать не меньше 200 км – при 335 км в самом начале эксплуатации. Похожие результаты показывают модели других марок. 

Сравнивая пробег электромобилей, можно получить примерно те же цифры – максимальное снижение ёмкости наблюдается в течение первых 70-80 тыс. км. Для обычного автовладельца, проезжающего не больше 15-20 тыс. км ежегодно, эти цифры будут примерно соответствовать 5 годам эксплуатации. 

Срок службы батареи уменьшается, если автомобилист постоянно использует технологию быстрой зарядки. Заряжая аккумулятор с помощью устройств, которые восстанавливают до 80% заряда за 30-60 минут, можно в 1,5-2 раза ускорить процесс деградации источника питания. Для того чтобы батарея прослужила дольше, её рекомендуется оставлять подключенной к зарядному устройству на несколько часов – например, на ночь. 

Замена аккумулятора 

Вышедший из строя или использовавший большую часть своего ресурса аккумулятор следует заменить. И, если владельцы новых электромобилей практически не сталкиваются с необходимостью покупки новой батареи, покупателям первых электрических авто уже приходится задумываться об этом. При замене аккумулятора следует учитывать такие особенности: 

  • аккумуляторы автомобилей одной модели не всегда подходят друг другу – подбирать АКБ придётся практически индивидуально; 
  • после установки новой батареи требуется перепрограммирование электронных систем – «прописка» с помощью специальных программаторов; 
  • если аккумулятор не полностью вышел из строя, а только повреждён, можно выполнить его ремонт – модульная конструкция батарей позволяет заменить всего несколько блоков.  

Покупать аккумуляторные батареи можно у официальных дилеров или у частных лиц. В первом случае меньше риск купить подделку или некачественный товар, но увеличивается цена. Если нужно сэкономить, батарею покупают по объявлению, однако качество и надёжность такого аккумулятора остаются под вопросом. 

Утилизация отработанных АКБ 

Старые батареи содержат большое количество опасных для окружающей среды элементов, поэтому выбрасывать их как обычные отходы не рекомендуется. Обычно производители принимают подержанные аккумуляторы у покупателей своих электромобилей и занимаются утилизацией самостоятельно. Одним из самых выгодных способов утилизировать старых АКБ считается создание с их помощью систем автономного электропитания для частного жилья. 

Батареи используют для накопления электроэнергии, полученной от установленных на крыше солнечных батарей. Заряд расходуется на работу домашней техники – телевизоров, холодильников, насосов системы отопления и водоснабжения. Такие варианты «второй жизни» для отработанных аккумуляторов уже разработаны компаниями Tesla и BMW. 

Зарядка батареи 

Разобравшись с видами, характеристиками и ресурсами аккумуляторов, стоит перейти к вопросу их зарядки. Большинство производителей рекомендует использовать зарядные станции, которые работают уже по всей Европе, в Соединённых Штатах и других странах, где официально продаются электромобили. С другой стороны, владельцу электрокара приходится рассчитывать, хватит ли ресурса аккумулятора не только для поездки, но и для посещения электрозаправки. 

В домашних условиях большинство электромобилей можно заряжать от встроенных зарядных устройств, преобразующих переменный ток сети 220В в постоянный, подходящий для батареи. Для использования обычной электрической розетки следует использовать «зарядки» мощностью от 3,6 кВт. Для защиты от перегрева и короткого замыкания зарядное устройство комплектуется специальным блоком, контролирующим напряжение и температуру.  

Время зарядки 

Главным недостатком зарядки аккумуляторной батареи от обычной электросети является увеличивающееся время зарядки. Так, электромобили Tesla Model S с ёмкостью АКБ 70 кВт-ч заряжаются на 80-100% в течение 15-18 часов. На зарядку батареи Nissan Leaf уходит до 7-8 часов. 

При использовании официальных зарядных станций владелец Tesla потратит не больше 5 часов, а, если автомобиль используется не меньше 2-3 лет, достаточно всего 3 часов. Для нового Nissan Leaf среднее время составит около 2,5 часов, для подержанного – до 1,5-2 ч. При использовании режима быстрой зарядки батарея «Ниссан Лиф» заряжается на 80% всего за полчаса, «Теслы» – в течение 40 минут. 

Расходы на зарядку аккумулятора

Стоимость обслуживания электромобиля, в основном, связана с расходами на электричество. Для современных моделей Nissan Leaf на зарядку одного аккумулятора требуется не меньше 24 кВт-ч. С учётом запаса хода батареи около 160 км, получается, что на 100 км пробега уходит около 15 кВт-ч или сумма, сравнимая с ценой 1 литра бензина.  

Расходы на использование других автомобилей могут заметно отличаться. Тем более что заряд уменьшается быстрее, если ехать на большой скорости (примерно вдвое, если сравнивать показатели для 70 км/ч и 140 км/ч). Однако в среднем затраты на зарядку аккумуляторов получаются в несколько раз ниже по сравнению с заправкой топливного бака обычного автомобиля. 

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Супербатарея Tesla обрушит цены на электрокары — Российская газета

К концу 2020 года — началу следующего года Tesla Model 3 получит аккумулятор нового типа: более долговечный и недорогой в производстве. Это напрямую отразится на стоимости электромобилей — они станут доступнее. По крайней мере, должны.

Илон Маск в конце мая обещает несколько сюрпризов, в числе которых — премьера аккумулятора собственной разработки Tesla, слухи о котором ходят с весны прошлого года. Ожидается, что ресурс новой батареи составит 1.6 миллиона километров, а количество циклов зарядки увеличится с 1.6 до 6 тысяч.

Известно, что к созданию источников энергии была привлечена китайская компания Amperex Technology и ряд высококвалифицированных учёных в области химических элементов питания. Очевидно, что батарея нового типа обладает более плотным расположением ячеек и, соответственно, большей ёмкостью.

Агентство Reuters отмечает, что разработка не станет прерогативой лишь китайского рынка, но первые электрокары с супераккумулятором начнут продавать всё же в Поднебесной. Эту стратегию в компании никак не прокомментировали.

Фото: Пресс-служба Tesla.

Несколько дней назад был опубликован патент за авторством Tesla, в котором описывается ячейка аккумулятора без печатных контактов, то есть без вкладок, прикреплённых к катоду и аноду элемента питания. Теоретически это позволяет уменьшить сопротивление тока, а значит, сократить нагрев, что в конечном счёте увеличивает срок службы аккумулятора. Уменьшение количества элементов также облегчает производственный процесс, позволяя снизить затраты на него.

Не исключено, что новые аккумуляторы Tesla обойдутся без кобальта — редкоземельного металла, наличием которого и обусловлена дороговизна электрокаров. Или, по крайней мере, можно рассчитывать на снижение количества кобальта в составе.

Один из нынешних поставщиков батарей для Tesla — компания CATL — в следующем году начнёт поставки никель-марганцево-кобальтовых элементов, в которых количество кобальта составляет всего 20%. В распоряжении CATL имеется новый способ «упаковки» ячеек, позволяющий снизить вес и стоимость конечного продукта. Можно ли ожидать, что Tesla получит эти аккумуляторы — безусловно, да. С большой вероятностью именно ими оснастят «дальнобойные» версии Model 3, которые были в каталогах компании в 2017 году, но потом вдруг исчезли.

Ранее «РГ» сообщала об «убийце» Tesla из Китая — электроседане BYD Han, который оснащён, по заявлению компании, самым прогрессивным аккумулятором на сегодняшний момент, который позволяет проезжать до 605 км. BYD Han оснащён литий-железофосфатной батареей, которая, к слову, есть и у CATL: она менее склонна к перегреву, возгоранию и предоставляет больший ресурс.

Отметим, что в настоящее время поставщиками аккумуляторов для Tesla являются Panasonic и LG Chem. Первая производит никель-кобальт-алюминиевые (NCA) элементы питания, вторая — никель-марагнцево-кобальтовые (NMC).

Samsung придумал, как удвоить емкость батарей для электромобилей

| Поделиться Разработчикам из Samsung Electronics за счет литий-воздушной технологии удалось удвоить емкость автомобильных батарей по сравнению с традиционными литий-ионными.

Рекордная емкость

Согласно информации японской Nikkei Asian Review, в Samsung Electronics ведется разработка перспективных аккумуляторных батарей для электромобилей нового поколения, емкость заряда которых вдвое превышает показатели популярных сегодня литий-ионных аккумуляторов, и примерно на 50% показатели нового поколения твердотельных батарей.

Новые автомобильные аккумуляторы Samsung базируются на так называемой литий-воздушной (lithium-air, Li-air) технологии, использующей для генерации тока процесс окисления лития на аноде и восстановление кислорода на катоде.

Согласно информации Nikkei, в случае успешной разработки батарей нового типа Samsung имеет все шансы значительно обогнать конкурентов, работающих в области разработки аккумуляторов для новых электромобилей, главным образом, компаний из Японии и Южной Кореи.

Особенности технологии

Впервые литий-воздушная технология производства аккумуляторных батарей была предложена еще в 1970-е годы, однако в то время из-за отсутствия комплекса необходимых технологий заметного коммерческого успеха добиться не удалось.

Тем не менее, интерес к литий-кислородной технологии постоянно сохранялся, поскольку теоретическая удельная энергия литий-воздушной батареи с рабочим материалом Li2O2 очень высока: в заряженном состоянии она может достигать 40,1 МДж/кг, что уже сопоставимо с теоретической удельной энергией бензина (46,8 МДж/кг).

Литий-ионная и литий-воздушная батареи

Интерес к литий-воздушным батареям вернулся совсем недавно, по мере развития материаловедения и современных технологий производства. Кроме того, исследования в этой области сегодня щедро спонсируются автоиндустрией. Так, Toyota Motor уже объявили о планах начала собственного производства твердотельных батарей в середине следующего десятилетия.

В настоящее время разработчикам из Samsung удалось добиться удельной емкости разрабатываемых ими литий-воздушных батарей на уровне порядка 520 Вт/ч на килограмм веса батареи.

Серьезного прорыва в разработке удалось добиться за счет применения сверхтонкого сепаратора, который является ключевым элементом конструкции таких батарей. По данным Nikkei, толщина сепаратора в литий-воздушных аккумуляторах Samsung составляет всего 20 мкм – это менее 10% от толщины сепаратора в предыдущих моделях батарей. За счет этого разработчикам удалось увеличить удельную плотность заряда, и, как следствие, общую емкость батареи за счет большего числа ячеек на единицу объема.

Емкость батарей Samsung вдвое больше чем у современных электромобилей

Для сравнения Nikkei приводит характеристики нового электромобиля Leaf от Nissan Motor, заряда батареи которого достаточно для пробега на расстояние порядка 400 км. Новая литий-воздушная батарея Samsung теоретически может обеспечить схожий электродвигатель пробегом от одного заряда на расстояние до более 700 км.

Ложка дегтя

Несмотря на рекордную удельную емкость, литий-воздушная технология Samsung нуждается в серьезной доработке ввиду малого числа цикла зарядов-разрядов.

Рынок комплектующих перекосило, а нас ждет импортозамещение. Что дальше?

Интеграция

Современные батареи для электромобилей поддерживают тысячи циклов заряда-разряда. Максимальная емкость литий-воздушных аккумуляторов значительно снижается уже после 20 циклов заряда-разряда.

Другой значительной проблемой новой технологии является слишком длительное время полного заряда батареи: сейчас на это уходит несколько часов.  

В Nikkei отмечают, что готовности к коммерческому использованию технология Samsung может достичь ближе к 2030 году, а до этого компания будет проводить многочисленные эксперименты с подбором сочетаний различных материалов для катодов, анодов и сепараторов литий-воздушных батарей.

Владимир Бахур



QuantumScape заявил о революции в производстве аккумуляторов

Американская компания QuantumScape представила результаты тестирования новой ячейки для аккумуляторной батареи электромобиля. Главные особенности разработки таковы: во-первых, зарядка до 80% емкости за 15 мин, что почти вдвое быстрее, чем у литий-ионной батареи электромобиля Tesla Model 3, одной из лидеров по этому показателю.

Во-вторых, сохранение свыше 80% емкости после 800 циклов заряда и разряда, что говорит о потенциальном сроке службы батареи в несколько сотен тысяч километров (Tesla дает гарантию до 240 000 км). И в-третьих, объемная плотность энергии в 1000 Вт ч/л, что примерно на 80% больше, чем у самых современных литий-ионных ячеек. Это значит, что и емкость батареи будет соответствующей, а по запасу хода электромобили на таких батареях сравняются с автомобилями с ДВС. Что не менее важно, ячейка сохраняет свои характеристики до температур около -30 градусов по Цельсию, в то время как литий-ионные батареи демонстрируют снижение показателей в таких условиях. Да, и новая батарея не воспламеняется.

Ячейка QuantumScape построена по технологии твердотельных батарей: в них используется твердый электролит, а не жидкий, как в наиболее часто используемых сегодня литий-ионных батареях. Твердотельные батареи уже несколько десятков лет считаются одной из самых перспективных технологий, однако нерешенные технические проблемы пока не позволяли исследователям говорить о коммерческих перспективах.

Калифорнийский стартап QuantumScape был основан в 2010 г. профессором Стэнфордского университета Фрицем Принцем и выпускником этого университета Джагдипом Сингхом. С 2012 г. компания начала работать с Volkswagen, а в 2018 г. немецкий автогигант вложил в стартап $100 млн, став крупнейшим акционером. В том же году представители обеих компаний заявили, что начинают подготовку к массовому производству твердотельных батарей. В июне 2020 г. Volkswagen инвестировал в QuantumScape еще $200 млн. В ноябре 2020 г. QuantumScape провела IPO на Нью-Йоркской бирже путем слияния с уже вышедшей на биржу специализированной компанией для поглощений (SPAC). Сделка помогла стартапу привлечь еще $700 млн, которые будут направлены на организацию производства, а котировки акций компании с тех пор выросли уже втрое до уровня в $75 за акцию. По словам представителей QuantumScape и Volkswagen, производство начнется в 2025 г.

Ячейку QuantumScape отличает ряд особенностей. Для формирования анода ей не требуется даже минимальное количество лития, что удешевляет процесс производства. Кроме того, в ячейке используется особый тончайший керамический сепаратор, который разделяет электроды. На его разработку компании потребовалось пять лет, и точное описание материалов, используемых для его изготовления, является главной коммерческой тайной компании. А основной задачей QuantumScape теперь будет создание многослойных ячеек и составление из них целой аккумуляторной батареи. Как отмечают специалисты, эта задача не так проста, как может показаться, поэтому компания еще может столкнуться со сложностями, которые могут привести к сдвигу заявленных сроков начала производства и даже к полной неудаче проекта.

QuantumScape и Volkswagen не единственные компании, которые проводят исследования в этой области. Японский автопроизводитель Toyota ранее заявлял о планах наладить выпуск электромобилей с твердотельными аккумуляторными батареями к 2025 г. Другой американский стартап, Solid Power, основанный шесть лет назад, заручился поддержкой таких автокомпаний, как BMW, Ford и Hyundai, и рассчитывает запустить производство в 2026 г. Однако до демонстрации работающего аккумулятора дело пока не дошло ни у кого.

«В России холодно и нет инфраструктуры»: популярные мифы про электрокары

Мир постепенно переходит на электромобили. Одновременно с этим формируются ложные представления об их надежности и экологичности. РБК Тренды отобрали самые популярные заблуждения об электрокарах и опровергли их

Время на чтение: 12–14 минут

В Европе продажи электромобилей в 2020 году подскочили на 137%. В Китае и США они планомерно вытесняют транспорт на дизельном топливе. Россияне же с января по май 2021 года приобрели 650 электромобилей, это в семь раз больше, чем за тот же период 2020 года. Однако у потребителей присутствует много сомнений относительно того, насколько целесообразно переходить на электромобили. РБК Тренды собрали и опровергли самые распространенные страхи людей.

Отсутствие инфраструктуры

Для ежедневного использования электромобиля ему требуется зарядка. Быстрая зарядка постоянным током доступна на общественных зарядных станциях.

Так, на станции мощностью 150 кВт электромобиль за 10 минут получает до 100 км запаса хода, а на станции мощностью 50 кВт — около 30 км.

Даже в том случае, если такой станции нет рядом с домом или работой, существуют альтернативы. Для полностью электрических и гибридных моделей Volvo доступна трехфазная настенная зарядная станция мощностью 11 кВт, которую можно установить дома. Она позволит зарядить электромобиль Volvo XC40 Recharge за час на 50–60 км запаса хода. В ситуации, когда поблизости нет общедоступной станции, для зарядки можно даже использовать стандартную бытовую розетку на 220В, которая заряжает автомобиль за час на 7–14 км хода. При этом ночью тарифы на электроэнергию ниже.

Настенная зарядная станция (Фото: Volvo Cars)

Обычно запаса хода электромобиля достаточно для ежедневных поездок, и в течение недели владельцу потребуется только пополнять заряд. Если зарядная станция есть рядом с местом работы, то ежедневная подзарядка обеспечит свободное перемещение по городу. Максимальный запас хода Volvo XC40 Recharge на одной зарядке составляет до 418 км.

В России построено более 100 зарядный станций, но инфраструктура продолжает развиваться. Минэкономразвития уже выделило на эти цели ₽803 млрд до 2030 года. Казань, Москва, Петербург, Сочи, Севастополь и Калининград вошли в список пилотных городов по развитию электротранспорта.

Холодный климат в России

Холодные Норвегия, Швеция, Дания и Нидерланды активно переходят на электрокары. Исследователи подсчитали, что каждый градус ниже нуля снижает процент заряда батареи на 1%. То есть при минус 15°C электромобиль потеряет около 15% заряда. Но производители работают над тем, чтобы снижать влияние низких температур. В большинство электрокаров встроена система климатической подготовки при запуске авто. Она подогревает не только салон, но и сам аккумулятор.

Фото: Volvo Cars

А компания веб-аналитики для решений по управлению автопарком Geotab выяснила, что в странах с жарким климатом деградация батарей электромобилей происходит быстрее, чем в холодных. Но даже влияние экстремального климата не так велико. Выяснилось, что деградация мощности батареи в среднем составляет 2,3%, а при идеальных климатических условиях и условиях зарядки потери составляют 1,6%.

Стоимость

По данным BloombergNEF, средняя цена литий-ионных аккумуляторов для электромобилей упала с $1 191 до $137 долларов за кВт·ч в 2010−2020 годы. Таким образом, стоимость батареи, самого дорогого элемента, в общей цене автомобиля снизилась до 21%. Это уже позволяет производителям выпускать электрокары, сопоставимые по цене с обычными авто.

Эксплуатация электромобилей уже обходится дешевле, чем автомобилей с бензиновым двигателем. Это достигается за счет экономии на бензине, обслуживании и стоимости при перепродаже. Так, в Москве уже ввели нулевой транспортный налог для автомобилей с электродвигателем и бесплатную парковку.

В перспективе владельцам электромобилей планируют разрешить езду по выделенным полосам и платным дорогам, а также освободить их от транспортного налога.

По данным ARK Invest, к 2023 году рекомендованная производителем розничная цена электромобиля с пробегом около 585 км будет находиться в пределах ₽2 млн ($26 тыс. по нынешнему курсу). В период с 2021 по 2025 год она упадет на 53%

Вред для экологии

Противники электротранспорта утверждают, что электромобили используют электричество, которое получено от ископаемого топлива, в том числе угля, поэтому переход на них не снизит объем загрязнений, так как выработка электроэнергии вырастет.

На деле, к 2030 году возобновляемые источники будут обеспечивать более 60% потребностей Европы в энергии. У населения ЕС уже есть возможность использовать на 100% возобновляемую электроэнергию для зарядки транспортных средств. Одна из целей руководства ЕС заключается в том, чтобы к 2030 году сократить выброс парниковых газов на 40% в сравнении с 1990 годом, а к 2050 году добиться углеродной нейтральности. Осуществлять это планируют с помощью перехода на возобновляемые источники энергии и запрета на производство бензиновых и дизельных двигателей.

На транспорт в настоящее время приходится 14% мировых выбросов парниковых газов и 24% выбросов углерода, говорится в отчете World Resources Institute. Электромобили имеют решающее значение для того, чтобы сделать эту сферу безуглеродной, отмечают авторы отчета. Крупные производители уже обязались отказаться от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. В период с октября 2020 года по февраль 2021 года бизнес-участники экологической инициативы компаний по электрификации автопарка EV100 выпустили на 89% и 23% больше легковых и коммерческих автомобилей, соответственно, и установили на 79% больше зарядных станций по сравнению с предыдущим годом.

К примеру, Volvo стремится за счет сокращения выбросов во всей цепочке производства и сбыта стать климатически нейтральной компанией к 2040 году. В рамках этой стратегии в период с 2018 по 2025 год производитель сокращает углеродный след одного транспортного средства за его жизненный цикл на 40%. При этом к 2025 году конструкция таких машин на 25% будет состоять из переработанного пластика или биопластика, на 40% — из переработанного алюминия и еще на 25% — из переработанной стали.

Volvo исследует возможности применения стали без ископаемых углеводородов (Фото: Volvo Cars)

Компания рассчитывает, что к 2025 году половина ее годовых продаж будет приходиться на электромобили. Уже сегодня 80% электроэнергии для производств Volvo по всему миру является экологически нейтральной. К 2025 году Volvo Cars стремится сократить выбросы углекислого газа на 2,5 млн т CO2 за счет замкнутого цикла производства.

Долгая и «опасная» зарядка

В настоящее время самыми распространенными являются зарядные устройства мощностью 100 кВт и выше, а также сверхмощные зарядные станции на 350 кВт. Последние позволяют заряжать электромобиль до 80% емкости аккумулятора за 20-30 мин. В Евросоюзе насчитывается 300 таких станций. Они, как правило, имеют от четырех до шести быстрых зарядных устройств постоянного тока мощностью 350 кВт каждый с разъемами CCS Combo 2. Технология автоматически оптимизирует скорость зарядки до максимальной, с которой может справиться встроенная система управления аккумулятором (150 кВт или 350 кВт).

Сеть зарядных станций в Евросоюзе (Фото: ionity.eu)

В сфере крупногабаритного транспорта идет процесс стандартизации зарядки до общепринятой мощности в 1 МВт, чтобы обеспечить быструю зарядку электробусов и грузовиков.

Быстрая зарядка постоянным током (50–150 кВт) электромобилей Volvo занимает от 40 минут до двух часов. Зарядка переменным током или с помощью настенной станции может занимать 8–10 часов. Для ускорения процесса зарядки ее уровень рекомендуют ограничивать 80%.

Что касается дождя, то современные электрокары соответствуют самым высоким стандартам безопасности. Гидроизоляция зарядных портов обязательна. В комплекте с подключаемым гибридом Volvo уже есть зарядный кабель для бытовой розетки.

Малый запас хода

Дальность пробега на одной зарядке у новейших электромобилей приближается к 500 км. Однако производители не останавливаются на достигнутом и пытаются создать батареи, которые превзойдут по характеристикам литий-ионные аккумуляторы.

Запас хода электромобиля

В апреле 2021 года крупный тайваньский производитель электроники Foxconn объявил, что разрабатывает новые твердотельные аккумуляторы. В твердотельных батареях используется твердый электролит вместо жидкого, чтобы значительно снизить риски коротких замыканий и несчастных случаев. За счет упаковки анода и катода повышенной мощности твердотельные батареи также обеспечивают более высокую плотность энергии, что позволяет им превосходить литий-ионные с точки зрения времени зарядки, рабочей температуры и долговечности элементов. Демонстрация аккумуляторов Foxconn состоится ближе к концу 2021 года, а серийный запуск в производство начнется к 2024 году. Ожидается, что они будут иметь более высокую плотность энергии, более быстрое время зарядки и разрядки, меньший вес и меньшую стоимость.

Евросоюз уже выделил правительствам 12 стран €2,9 млрд на поддержку компаний, разрабатывающих инновационные технологии производства аккумуляторных батарей. Предполагается, что это будут литий-ионные батареи нового поколения. А в России производитель аккумуляторов «Лиотек» предлагает литий-ионные батареи третьего поколения с 3 000 циклами заряд/разряд и сроком службы более 15 лет. Плюс, крупные мировые компании занимаются разработками собственных альтернатив литию — аккумуляторов из углеродного волокна, полимеров, графита и так далее.

Перегрузка электросетей и опасность возгорания авто

Многие считают, что массовый переход на электромобили приведет к коллапсу энергетической сети. Обеспечение ее стабильности потребует слишком больших инвестиций.

Однако разработчики уже придумали, как использовать электрокары во время стоянки в качестве средства поддержания стабильности электросети. Это позволят обеспечить двунаправленные зарядки, которые отдают излишки заряда обратно в сеть.

Кроме того, исследователи выяснили, что при переходе на электромобили 80% всего населения планеты нагрузка на сеть вырастет на 10-15%, и в пиковые моменты нагрузки можно будет задействовать интеллектуальную систему зарядки, которая позволяет регулировать напряжение в сети. Например, в вечерние часы нагрузки электросети, когда все приходят домой и включают электроприборы, припаркованный электромобиль может отдавать излишки энергии в сеть и поддерживать стабильность ее работы.

Случаи самовозгорания электродвигателей не зафиксированы. Обычно батарея воспламеняется при аварии, однако аналогичная ситуация наблюдается и с дизельными двигателями. Сама батарея электрокара располагается в днище машины под сиденьями. Это обеспечивает более низкое расположение центра тяжести и, как следствие, лучшую устойчивость и управляемость.

Наконец, батарейный отсек электрокаров защищен с помощью ПО, которое управляет аккумулятором, и пластиной из алюминия и титана. Кстати, электродвигатели герметичны и не требуют обслуживания во время эксплуатации.

Отсутствие безопасной утилизации аккумуляторов

Литий-ионные батареи нельзя просто выбрасывать на свалки. Для переработки батарей уже строят специальные заводы. Немецкая компания Duesenfeld заявила, что разработала способ безопасной утилизации литий-ионных аккумуляторов, а в Финляндии Fortum разработала технологию, которая позволяет восстанавливать отработанные батареи до 80% их первоначальной емкости. Использованные аккумуляторы электромобилей, к примеру, могут выступать хранилищами энергии солнечных батарей, как это реализуют в Volvo.

Схема повторного использования литий-ионных аккумуляторов

А в России челябинское предприятие «Мегаполисресурс» перерабатывает литий-ионные аккумуляторы в порошок меди, соли кобальта, карбонат лития и сульфат алюминия для дальнейшего использования в промышленности.

Вредное электромагнитное поле

Электромагнитное поле в электрокарах отличается от диапазона значений этого показателя в вагоне метро или троллейбусе в пять раз и более (максимум 14 микротесла против 80 микротесла). Согласно данным немецкого Федерального ведомства по защите от излучений, частота полей в электромобилях составляет от 0 Гц (статические поля) до нескольких десятков или сотен килогерц (низкочастотные поля и поля с промежуточной частотой). Кроме того, экранирование, которое защищает софт электромобиля от электромагнитного излучения, выполняет функцию дополнительной защиты для людей в салоне.

Еще в 2018 году медики в США провели исследования, в которых приняли участие 34 человека среднего возраста 69 лет с кардиостимуляторами. В ходе исследований их сажали внутрь электромобиля, рядом с ним, а в кардиостимуляторах был включен самый чувствительный режим. Однако ни у одно из участников каких-либо отклонений выявлено не было.

Ученые из Германии и Новой Зеландии провели другое исследование с участием 108 человек, которые пользовались сердечными имплантируемыми электронными устройствами — пейсмейкерами и дефибрилляторами. Каждый из них заряжал и водил четыре разных электромобиля с разными емкостями батареи, типом зарядной системы и мощностью мотора. Ни в одном случае работа имплантированного электронного прибора нарушена не была.

Бесшумность и опасность на дорогах

Электромобили не производят почти никакого шума на малых скоростях (до 30 км/ч), но при медленном движении они издают специальный звук акустической системы оповещения, чтобы привлечь внимание других участников движения. С 1 июля 2019 года это правило ввели для всех автомобилей в ЕС, а в США подобный закон заработал еще раньше.

Работа акустической системы Volvo

Кроме того, современные электромобили оснащены системами безопасности, которые распознают объект на дороге и сообщают об этом водителю. Так, в Volvo C40 Recharge внедрили новую технологию Pixel Light, которая позволят постоянно ездить с использованием дальнего света фар. Когда камера автомобиля обнаруживает другие авто, 84-пиксельные светодиоды каждой фары могут одновременно затенять до пяти автомобилей. Это помогает эффективно освещать дорогу, не ослепляя других водителей.

А в Volvo XC40 Recharge присутствуют активные системы безопасности, такие как City Safety (функция автоматического торможения), Run-off Road Mitigation (предотвращение съезда с дороги) и Oncoming Lane Mitigation (смягчение столкновений с автомобилем со встречной полосы) с ассистентом рулевого управления.

Скучный дизайн

На старте разработки первые электромобили действительно были похожи друг на друга. Но со временем производители начали экспериментировать с дизайном. Так, Volvo C40 Recharge создали по спонтанному скетчу одного из дизайнеров команды Юрия Замковенко. У электрокара более обтекаемая форма, а водительское кресло имеет высокую посадку.

Volvo C40 Recharge (Фото: Volvo Cars)

Цвет Fjord Blue применили и в отделке салона от пола до боковых частей тоннеля консоли и передних дверей. Он задает основу для полупрозрачной графики с подсветкой на приборной панели и на панелях передних дверей. При этом в Volvo C40 Recharge впервые отказались от кожаной отделки в пользу шерстяных волокон и замшевого текстиля из переработанного пластика.

Volvo C40 Recharge (Фото: Volvo Cars)

Фары в стиле «Молот Тора» дополнили пиксельными светодиодами, которые автоматически подстраиваются под внешние условия и независимо включаются и выключаются для оптимизации освещения.

Volvo C40 Recharge (Фото: Volvo Cars)

У модели XC40 Recharge переработали и усилили конструкцию передней части с учетом отсутствия двигателя. При этом в салоне кроссовера имеется множество мест для хранения — не только в багажнике, но и, например, в дверях и под сиденьями, а также дополнительное место под капотом, в переднем багажнике.

Volvo XC40 Recharge (Фото: Volvo Cars)

404 | Scania Россия

Настройки файлов cookie
Необходимые файлы cookie

Эти файлы cookie необходимы для работы сайта и не могут быть отключены в наших системах. Обычно необходимые файлы cookie отвечают за реакцию сайта на ваши действия, например запрос сервиса, настройку параметров конфиденциальности, вход в учетную запись или заполнение форм. Вы можете настроить предупреждения в браузере или блокировку необходимых файлов cookie, но тогда определенные разделы сайта не будут работать. Необходимые файлы cookie не содержат личных данных.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie для оценки эффективности

Эти файлы cookie отвечают за статистику посещаемости и источники трафика. Мы используем их, чтобы измерять и повышать эффективность сайта. Анализируя информацию от файлов cookie для оценки эффективности, мы можем вычислить, какие страницы наиболее и наименее популярны, и отследить перемещения пользователей по сайту. Вся информация от файлов cookie для оценки эффективности агрегируется анонимно. Если вы запретите использование этих файлов cookie, мы не увидим, когда вы посещали сайт, и не сможем оценить его эффективность.

Active Настройки файлов cookie
Функциональные файлы cookie

Эти файлы cookie обеспечивают дополнительные функции и персонализацию сайта. Функциональные файлы cookie можем добавить мы или сторонние поставщики услуг (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»), чьи сервисы работают на страницах нашего сайта. Если вы запретите использование этих файлов cookie, некоторые или все дополнительные сервисы могут начать работать с ошибками. Когда функциональные файлы cookie разрешены, сторонние поставщики услуг могут обрабатывать ваши данные, включая личную информацию.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie для таргетинга

Эти файлы cookie могут добавлять на сайт наши рекламные партнеры (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»). Компании используют файлы cookie для таргетинга, чтобы составлять списки интересов и показывать вам актуальные объявления на других сайтах. Файлы cookie для таргетинга не содержат личных данных, но учитывают ваш уникальный тип браузера и устройства для выхода в Интернет. Запретив использование этих файлов cookie, вы будете видеть объявления без учета ваших интересов.

Active Настройки файлов cookie
Файлы cookie социальных сетей

Эти файлы cookie добавлены на сайт различными сервисами социальных сетей, чтобы вы могли делиться нашим контентом с друзьями и знакомыми (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»). Файлы cookie для социальных сетей могут отслеживать в браузере историю посещения сайтов и составлять списки интересов. В результате вы увидите персонализированный контент и сообщения на других сайтах. Запретив использование этих файлов cookie, вы не увидите ссылки на социальные сети или не сможете ими воспользоваться.

Active

Что происходит со старыми аккумуляторами электромобилей?

Электромобили (электромобили) — это уже не будущее, а настоящее. В Великобритании запрет на продажу новых бензиновых и дизельных автомобилей к 2030 году ускорил переход на электромобили. «Беспокойство о запасе хода» в электромобилях было признано проблемой для потенциальных водителей электромобилей, при этом 950 миллионов фунтов стерлингов государственного финансирования теперь выделяются на быструю зарядку на станциях технического обслуживания и 1,3 миллиарда фунтов стерлингов на инфраструктуру зарядки электромобилей, включая дома и улицы.Остается одна проблема для потенциальных покупателей электромобилей — что происходит с аккумуляторами электромобилей по истечении срока их службы?

Как работают аккумуляторы электромобилей?

В то время как двигатели внутреннего сгорания получают энергию от сжигания бензина или дизельного топлива, электромобиль питается напрямую от большого блока батарей. Эти батареи для электромобилей совершенно не похожи на тяжелые свинцово-кислотные батареи в обычных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

Аккумуляторы

EV намного ближе к аккумуляторам вашего мобильного телефона или ноутбука, но при этом более надежны и имеют значительно увеличенный срок службы.В аккумуляторах электромобилей используется комплект, состоящий из 2000 с лишним отдельных литий-ионных элементов, работающих вместе. В батареях нет металлического лития, только ионы — атомы или молекулы с электрическим зарядом.

При подзарядке автомобиля электричество используется для химических изменений в батареях. Когда он приводится в движение, батареи используются для разряда энергии.

Грэм Купер, наш директор по обезуглероживанию транспорта, объясняет: «Система управления батареями электромобиля — или BMS — позволяет аккуратно доливать элементы.BMS сохраняет эффективность и срок службы батареи, благодаря чему батареи работают намного дольше, чем у вашего телефона или ноутбука (в котором нет BMS) ».

На сколько хватает заряда аккумуляторов электромобилей?

Сотни аккуратно пополняемых ячеек внутри аккумулятора электромобиля означают, что каждый аккумуляторный блок, как ожидается, сохранит свою зарядно-разрядную способность от 100 000 до 200 000 миль. Производители настолько уверены в том, что аккумулятор можно использовать на дорогах, что на большинство электромобилей распространяется расширенная гарантия на восемь лет или 100 000 миль.

Аккумулятор переживет машину …

«Аккумулятор переживет автомобиль», — уверенно говорит Грэм Купер. «Сегодня большинство аккумуляторов электромобилей имеют ожидаемый срок службы от 15 до 20 лет в автомобиле — и вторую жизнь после этого».

Также стоит отметить, что технология аккумуляторов для электромобилей все еще развивается, поэтому мы ожидаем, что по мере развития технологий срок службы аккумуляторов будет увеличиваться, а также станет дешевле, меньше и даже легче.

Что произойдет с аккумуляторами электромобилей, если они больше не будут надежно и быстро приводить в действие автомобили?

Как только аккумулятор электромобиля начинает терять способность приводить в движение транспортное средство на расстоянии, он все еще имеет полезный срок службы.Когда производительность аккумулятора электромобиля падает до 70% или меньше, начинается его «вторая жизнь».

Аккумулятор электромобиля получает вторую жизнь после 100 000 — 200 000 с лишним миль в пути…

«Батарея электромобиля получает вторую жизнь после 100 000–200 000 с лишним миль в пути», — объясняет Грэм. «Жизнеспособный аккумулятор еще имеет остаточный срок службы, поэтому его можно повесить на задней стене вашего гаража или в шкафу под лестницей в качестве статической аккумуляторной системы хранения энергии, если у вас есть возобновляемый источник энергии, такой как солнечные панели .”

Полезность второй ступени этой аккумуляторной батареи электромобиля в сочетании с возобновляемой энергией означает, что люди могут сэкономить на счетах и ​​увеличить использование чистой энергии , когда солнечный свет уменьшается.

Зеленый цикл для батарей электромобиля?

Помимо накопления энергии в вашем доме или на рабочем месте, в более крупном масштабе бывшие батареи EV могут использоваться для питания промышленных предприятий и улиц. В благоприятном энергетическом цикле, в конечном итоге, фабрики, производящие батареи, могут получать энергию от перепрофилированных батарей.

Производители электромобилей делают большие инвестиции, чтобы дать автомобильным аккумуляторам новую жизнь в крупномасштабных системах хранения аккумуляторов .

Nissan использует устаревшие аккумуляторные батареи для электромобилей для обеспечения резервного питания Амстердамской арены — развлекательного центра, где находится футбольный клуб «Аякс».

Toyota установит бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей возле магазинов в Японии. Батареи будут использоваться для хранения энергии, вырабатываемой солнечными панелями.Накопленная энергия затем будет использоваться для поддержания питания холодильников для напитков, подогревателей пищи и прилавков со свежими продуктами в магазинах.

Renault также объявила, что аккумуляторные батареи для электромобилей Renault Zoe EV будут перепрофилированы для выработки энергии для Powervault — домашней системы хранения аккумуляторных батарей. А Nissan запустил XStorage, используя автомобильные аккумуляторы Nissan Leaf в качестве систем хранения для дома и бизнеса.

Будут ли аккумуляторы электромобилей утилизировать по окончании срока службы?

Да, когда срок службы аккумуляторов электромобилей истечет, они будут отправлены на переработку.Поскольку электромобили занимают лидирующие позиции на наших дорогах — сокращая выбросы парниковых газов и шумовое загрязнение по сравнению с автомобилями, работающими на ископаемом топливе — гонка продолжается, чтобы найти еще более эффективные методы утилизации, чтобы полностью раскрыть их зеленый потенциал.

Выбрасывать аккумуляторы электромобилей на свалку не имеет ни экономического, ни экологического смысла — этого просто не произойдет.

«Рынок активной утилизации аккумуляторов находится в зачаточном состоянии, поскольку автомобильные аккумуляторы настолько надежны и долговечны», — объясняет Грэм.«Но мы можем ожидать огромного роста технологий вторичной переработки. Выбрасывать батареи электромобилей на свалку не имеет ни экономического, ни экологического смысла — этого просто не произойдет ».

Текущие методы плавки и выщелачивания будут усовершенствованы в ближайшие годы, как и конструкции батарей для оптимизации процесса разделения и переработки отработавших батарей. В Великобритании Управление транспортных средств с нулевым уровнем выбросов (OZEV) объявило конкурс на сумму 7 млн ​​фунтов стерлингов для решений для транспортных средств, направленных на решение проблем, связанных с переходом на автомобили с нулевым уровнем выбросов, включая повышение устойчивости.

Бывший технический директор Tesla Дж. Б. Штраубель запустил Redwood Materials , один из множества новых стартапов, стремящихся решить проблему, которой еще не существует; как утилизировать аккумуляторы электромобилей, срок годности которых истек.

Штраубель сказал Wired : «Когда все эти батареи находятся в обращении, кажется совершенно очевидным, что в конечном итоге мы собираемся построить экосистему восстановления».

Что 6000 электромобилей могут рассказать нам о состоянии аккумуляторной батареи электромобиля?

На сколько хватает заряда аккумулятора электромобиля? Воспользуйтесь бесплатным инструментом EV Battery Degradation Tool, чтобы сравнить среднюю деградацию батареи с течением времени для разных марок автомобилей и моделей лет.Geotab разработал инструмент на основе анализа 6300 автопарков и потребительских электромобилей. Читайте дальше, чтобы узнать о состоянии аккумулятора электромобиля и получить важные выводы о реальных характеристиках аккумулятора.

См. Также: В какой степени температура влияет на диапазон EV?

Важность аккумуляторов для электромобилей

Если вы думаете о покупке электромобиля (электромобиля), следует учитывать несколько важных факторов. Эти три вопроса, вероятно, находятся в верхней части вашего списка:

  • Сколько будет стоить электромобиль?
  • Каков его диапазон?
  • На сколько хватит заряда батареи?

С точки зрения жизненного цикла, производительность и работоспособность аккумулятора действительно являются ключевыми факторами.Поскольку аккумулятор является самым дорогим компонентом электромобиля, степень его разрушения повлияет на остаточную стоимость транспортного средства (что помогает ответить на вопрос о стоимости сверху), а также окажет прямое влияние на максимальный полезный диапазон с течением времени.

См. Также: Подкаст: мифы об электромобилях и управление ими с Шарлоттой Аргу

На сколько хватит заряда аккумулятора электромобиля?

Вы могли заметить, что сложно получить прямой ответ на вопросы о сроке службы батареи электромобиля.Вместо этого вы можете найти гарантии, что на батареи распространяется гарантия, если что-то пойдет не так. Обычно срок действия батареи составляет 8 лет или 100 000 миль, но это зависит от производителя и страны.

Гарантии обнадеживают, как и тот факт, что стоимость аккумуляторов значительно снижается из года в год. С 2010 года цена на средний литий-ионный аккумулятор упала на более 80% .

Гарантия автопроизводителя на технологию аккумуляторов и обещание снижения затрат должны внушать некоторое доверие.Тем не менее, большинству из нас было бы удобнее знать, как быстро разряжаются наши батареи и как минимизировать эти потери.

См. Также: Подготовка к электромобилям: результаты исследования электромобилей Charge the North для операторов автопарка

Что такое деградация аккумулятора электромобиля?

Износ батареи — это естественный процесс, который необратимо снижает количество энергии, которое батарея может хранить, или количество энергии, которое она может выдать. Аккумуляторы в электромобилях, как правило, могут обеспечивать большую мощность, чем могут выдержать компоненты трансмиссии.В результате снижение мощности в электромобилях наблюдается редко, и имеет значение только потеря способности батареи накапливать энергию.

Состояние батареи называется ее состоянием здоровья (SOH). Батареи начинают свою жизнь со 100% SOH и со временем изнашиваются. Например, батарея на 60 кВтч с SOH 90% будет эффективно действовать как батарея на 54 кВтч.

Имейте в виду, что это не то же самое, что диапазон автомобиля (расстояние, которое автомобиль может проехать на этих кВтч), который будет колебаться ежедневно или от поездки к поездке, в зависимости от ряда факторов, включая уровень заряда, топография, температура, вспомогательное использование, привычки вождения и пассажирская или грузовая нагрузка.

Общие факторы, влияющие на состояние литий-ионной батареи :
  1. Время
  2. Высокие температуры
  3. Работа при высоком и низком уровне заряда
  4. Высокий электрический ток
  5. Использование (энергетические циклы)

Пока было Проведено множество исследований состояния аккумулятора, очень мало данных о реальных характеристиках электромобилей с течением времени, не говоря уже о сравнениях между различными марками и моделями. До настоящего времени.

См. Также: J1939: Почему электрические грузовики и автобусы говорят на одном языке — это хорошо для автопарков

Представляем инструмент для деградации электромобилей

Компания Geotab создала инструмент для деградации электромобилей для оценки состояния батарей и учитывать относительную важность вышеперечисленных факторов для срока службы батареи электромобиля в реальных условиях.

Мы проанализировали состояние аккумуляторов 6300 автопарков и потребительских электромобилей, что составляет 1,8 миллиона дней данных. На основе обработанных телематических данных мы получили представление о том, как реальные условия влияют на состояние аккумуляторной батареи электромобилей, предоставив агрегированные средние данные о деградации для 21 отдельной модели транспортного средства, представляющих 64 марки, модели и годы.

Примечания к инструменту:

  • Кривые деградации, показанные ниже, представляют собой среднюю линию тренда на основе проанализированных данных.
  • Эти графики могут дать представление о среднем состоянии аккумулятора с течением времени, но их не следует интерпретировать как точный прогноз для какого-либо конкретного автомобиля.
  • Подмножество марок, моделей и лет автомобилей недоступно в инструменте визуализации — мы исключили автомобили с недостаточными данными, поэтому не беспокойтесь, если выбранный вами автомобиль отсутствует.

Начало работы с инструментом

Для получения дополнительной информации и использования инструмента см. Страницу «Инструмент для разрушения аккумуляторной батареи электромобиля».Чтобы проверить это, используйте встроенную версию ниже:

Основные выводы

Наблюдается высокий уровень стабильного состояния аккумулятора

В первую очередь, на основе данных более 6000 электромобилей, охватывающих все основные марки и модели, демонстрируемые аккумуляторными батареями. высокий уровень устойчивого здоровья. Если наблюдаемые темпы деградации сохранятся, подавляющее большинство аккумуляторов прослужат дольше всего срока службы транспортного средства.

Как и мы, здоровье ухудшается с возрастом

Как и следовало ожидать, чем старше автомобиль, тем больше вероятность того, что его аккумулятор разряжен.Однако, если посмотреть на среднее снижение по всем автомобилям, потери, возможно, незначительны — 2,3% в год. Это означает, что если вы покупаете электромобиль сегодня с запасом хода 150 миль, потеря около 17 миль доступного диапазона через пять лет вряд ли повлияет на ваши повседневные потребности.

Является ли деградация батареи электромобиля линейной?

Хотя этот инструмент показывает более или менее линейную деградацию, как правило, ожидается, что батареи электромобилей будут снижаться нелинейно: начальное падение, которое затем продолжает снижаться, но гораздо более умеренными темпами.Ближе к концу срока службы батарея подвергнется окончательному значительному падению, как показано ниже.

Рисунок 1: Ожидается, что нормальная кривая деградации будет выглядеть примерно так.

К счастью для водителей, слишком мало батарей, которые мы наблюдали, подошли к концу срока службы, и мы не можем предсказать, в какой момент это может произойти. Мы продолжим следить за тем, чтобы увидеть, когда начинается нелинейная деградация (также известная как «пятка»).

Существует измеримая разница между марками, моделями и годами выпуска.

Судя по нашим данным, автомобильные аккумуляторные батареи по-разному реагируют на проверку временем, в зависимости от их марки и года выпуска.Почему в среднем одни модели автомобилей деградируют быстрее, чем другие? Двумя потенциальными факторами являются химический состав аккумуляторной батареи и терморегулирование аккумуляторной батареи.

Хотя в электромобилях используются литий-ионные батареи, существует множество различных вариантов химического состава литий-ионных аккумуляторов (наиболее заметное различие заключается в материалах, из которых изготовлены электроды). Химический состав батареи влияет на ее реакцию на стресс. Помимо химического состава клеток, методы контроля температуры различаются в зависимости от модели автомобиля.Основное различие заключается в том, охлаждается и / или нагревается ли аккумуляторная батарея воздухом или жидкостью.

Давайте сравним автомобиль с системой жидкостного охлаждения с автомобилем с пассивной системой воздушного охлаждения: Tesla Model S 2015 года и Nissan Leaf 2015 года соответственно. Leaf имеет средний уровень деградации 4,2%, а Model S — 2,3%. Хорошее управление температурой означает лучшую защиту от деградации.

Рисунок 2: Сравнение износа аккумулятора Tesla Model S 2015 г. (жидкостное охлаждение) иNissan Leaf 2015 года (пассивное воздушное охлаждение).

Состояние заряда (SOC) и буферный эффект

Другая предполагаемая причина различий в состоянии батарей между производителями — это способ управления SOC. Работа почти полностью разряженной или почти полностью разряженной батареи влияет на ее работоспособность. Чтобы ограничить этот эффект, многие производители добавляют буфер, эффективно предотвращающий доступ к крайним концам окна SOC (показано на изображении ниже).

В дополнение к защитным буферам на верхнем и нижнем конце диапазона аккумуляторов, многие автомобили предоставляют владельцу электромобиля возможность остановить обычную ежедневную зарядку на уровне ниже 100%.

Рис. 3. Буферы защиты аккумулятора управляют окном пригодного состояния заряда для электромобиля.

Знаете ли вы?

Устранение крайностей делается не только для здоровья аккумулятора, но и для безопасной эксплуатации автомобиля. В крайнем случае аккумулятор не сможет принять или выдать полную мощность, что повлияет на качество вождения. По сути, аккумулятор на 100% заряжен не полностью с чисто химической точки зрения.

Точно так же 0% не является полностью пустым.Поскольку владелец транспортного средства не может получить доступ к этим частям диапазона аккумуляторов из соображений безопасности и срока службы аккумулятора, вероятно, многие не знают об этом. Благодаря беспроводным обновлениям программного обеспечения размер буфера может меняться со временем, что было обнаружено некоторыми владельцами Tesla в 2019 году, когда они заметили уменьшение своего верхнего диапазона. Tesla подтвердила, что обновление было сделано «для защиты аккумулятора и увеличения срока службы».

Кроме того, у некоторых автопроизводителей есть регулируемые потолки заряда, где пользователь может предварительно установить, в какой момент батарея перестает заряжаться (например,g., они могут сказать автомобилю, чтобы он прекратил зарядку на 75% вместо 100%). Эта дискреционная область владельца (B на рисунке выше) работает в сочетании с недискреционным буфером (A), чтобы ограничить работу батареи в областях с более высокой степенью деградации. В более поздних обновлениях инструмента деградации мы намерены включить влияние операций владельца в пределах этой дискреционной (B) области и результирующее влияние на скорость деградации.

Рассмотрим пример:

Chevrolet Volt, особенно ранних моделей, имеет сравнительно большие верхний и нижний защитные буферы (области A и D), которые динамически меняются с возрастом батареи.Хотя большие буферы означают меньше энергии для вождения, это должно привести к увеличению срока службы аккумуляторной батареи. Учитывая большие буферы SOC, регулирование температуры жидкости и динамический (уменьшающийся) размер буфера, на Volt следует ожидать более медленную, чем среднюю скорость деградации.

Рис. 4. Износ аккумуляторной батареи Chevrolet Volt с течением времени по сравнению со всеми автомобилями.

Какие дополнительные факторы влияют на работоспособность аккумулятора?

Основываясь на доступных телематических данных, мы смогли оценить деградацию аккумулятора в зависимости от различных факторов, которым подвергались автомобили, и посмотреть, есть ли какая-либо корреляция с ухудшением состояния здоровья.Эти факторы включали:

  • Использование
  • Экстремальные климатические условия
  • Тип зарядки

Со временем мы надеемся превратить эти идеи в инструмент деградации, который может лучше прогнозировать состояние здоровья электромобиля.

Высокий уровень использования транспортного средства не означает более высокий уровень износа аккумулятора.

Одна интересная информация, которую мы смогли почерпнуть из данных, заключалась в том, что автомобили с интенсивным использованием не демонстрировали значительно более высокий уровень износа аккумулятора. Это должно стать долгожданной новостью, поскольку вы не получите преимуществ от электромобиля, если он просто стоит во дворе автопарка.

На вынос? Не бойтесь загружать свои электромобили в интенсивные рабочие циклы. Пока они находятся в пределах своего дневного запаса хода, время их работы от батареи не пострадает. Одно предостережение: если интенсивное использование требует обычной быстрой зарядки постоянным током, обязательно прочтите раздел о влиянии типа зарядки.

Рис. 5. Объем использования не оказывает большого влияния на скорость деградации.

Транспортные средства, эксплуатируемые при высоких температурах, быстрее разряжаются в аккумуляторе SOH

Аккумулятор, подвергающийся воздействию очень высоких температур, будет подвержен большему повреждению, но насколько? Будет ли у электромобиля в Аризоне срок службы батареи отличаться от того же автомобиля, который ездит в Норвегии? Чтобы выяснить это, мы сгруппировали автомобили по следующим климатическим условиям:

  • Умеренный: Менее 5 дней в году при температуре выше 80 F (27 C) или ниже 23 F (-5 C).
  • Горячий: Более 5 дней в году при температуре выше 80 F (27 C).

Как показано ниже, автомобили, эксплуатируемые в жарком климате, демонстрировали заметно более быстрые темпы спада, чем автомобили, эксплуатируемые в умеренном климате. Это не лучшая новость, если вы и ваш флот трудитесь под палящим солнцем.

Жара и холод также влияют на ваш повседневный диапазон. Чтобы понять, как это сделать, взгляните на наш инструмент измерения температуры для диапазона EV .

Рис. 6. Батареи, подвергающиеся воздействию жарких дней, разлагаются быстрее, чем батареи в умеренном климате.

Взглянем на тип заряда

Мы смогли посмотреть на преобладающий уровень зарядки, используемый для электромобилей в нашей системе. Североамериканские зарядные станции для электромобилей делятся на три основных типа:

  1. Уровень 1: 120 вольт — обычная домашняя розетка в Северной Америке.
  2. Уровень 2: 240 В — типично для зарядки дома или автопарка.
  3. Зарядное устройство постоянного тока: DCFC — для более быстрого пополнения.

Чтобы получить обзор зарядки и связанных с ней затрат, прочитайте наше простое руководство по зарядке электромобилей .

Зарядка в большей части Европы называется зарядкой переменным током (что обычно эквивалентно Уровню 2 в Северной Америке) и зарядкой постоянным током (DCFC, как описано выше).

Хотя уровень 2 часто называют оптимальным способом зарядки электромобиля, разница в состоянии батареи между автомобилями, которые обычно заряжаются на уровне 2, по сравнению с теми, которые использовали уровень 1, по-видимому, наблюдалась, но не превышала этот уровень. статистической значимости.

Рисунок 7: Ухудшение заряда аккумулятора для транспортных средств, которые в основном заряжаются на Уровне 1 по сравнению с Уровнем 2.

Однако использование DCFC влияет на скорость разряда батарей. Быстрая зарядка аккумулятора означает высокие токи, приводящие к высоким температурам, которые, как известно, вызывают напряжение аккумуляторов. Фактически, многие автопроизводители предлагают ограничить использование DCFC, чтобы продлить срок службы батарей своих автомобилей.

Здесь мы смотрим на все аккумуляторные электромобили в одной и той же климатической группе (мы выбрали наиболее уязвимую группу — тех, которые работают в экстремальных климатических условиях), и классифицировали их в зависимости от того, как часто они использовали DCFC: Никогда, изредка (1–3 раза в месяц) и часто (более 3 раз в месяц).

Рис. 8: Ухудшение заряда батареи, по-видимому, сильно коррелирует с использованием DCFC в транспортных средствах в сезонных или жарких климатических условиях.

Заметна разница между теми автомобилями, которые никогда не использовали DCFC, и теми, которые использовали его даже изредка в сезонных или жарких климатических условиях. Хотя могут быть задействованы и другие факторы (мы хотим подчеркнуть, что это не был контролируемый эксперимент), зарядка с использованием более низкой мощности зарядки уровня 2 должна иметь приоритет.

Советы по продлению срока службы аккумулятора электромобиля

Несмотря на то, что износ аккумулятора зависит от модели и внешних условий, таких как климат и тип зарядки, для большинства транспортных средств на дорогах сегодня не наблюдается значительного ухудшения.Фактически, общая деградация была очень скромной, со средней потерей мощности всего 2,3% в год. В идеальных климатических условиях и условиях зарядки потери составляют 1,6%.

Хотя некоторые вещи находятся вне контроля оператора, есть способы продлить срок службы аккумулятора электромобиля.

Несколько советов по эксплуатации электромобилей:

  • Не оставляйте автомобиль в полностью заряженном или разряженном состоянии. В идеале держите SOC на уровне 20–80%, особенно когда оставляете его на более длительные периоды, и полностью заряжайте его только для дальних поездок.
  • Минимизируйте быструю зарядку (DCFC). Для некоторых часто используемых циклов потребуется более быстрая зарядка, но если ваш автомобиль стоит на ночь, уровня 2 должно хватить для большинства ваших потребностей в зарядке.
  • Климат не зависит от оператора, но делайте все возможное, чтобы избежать экстремально высоких температур, например выбирайте тень при парковке в жаркие дни.
  • Интенсивное использование не вызывает беспокойства, поэтому автопарки должны без колебаний пускать их в работу. Электромобиль бесполезен, если он простаивает во дворе автопарка, и увеличение количества миль на каждое транспортное средство в целом является лучшей практикой управления автопарком.

Заключительная мысль

Не переживайте по мелочам. Поскольку автомобили выпускаются с более крупными аккумуляторными батареями, потеря емкости может не повлиять на ваши повседневные потребности в вождении и не должна затмевать многие преимущества электромобилей.

Планируете электрифицировать свой автопарк? Клиенты Geotab могут получить бесплатную оценку пригодности электромобилей , чтобы не догадываться о закупках электромобилей. Узнайте, какие электромобили будут работать и сэкономить деньги. Узнайте больше, посетив страницу Operate Electric: MyGeotab EV support .

Первоначально опубликовано 13 декабря 2019 г. Обновлено 7 июля 2020 г.

Аккумуляторы для гибридных и подключаемых к электросети электромобилей

В большинстве подключаемых к электросети гибридов и полностью электрических транспортных средств используются подобные литий-ионные батареи.

Системы накопления энергии, обычно аккумуляторы, необходимы для гибридных электромобилей (HEV), гибридных электромобилей (PHEV) и полностью электрических транспортных средств (EV).

Типы систем хранения энергии

В HEV, PHEV и электромобилях используются следующие системы хранения энергии.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи в настоящее время используются в большинстве портативных бытовых электронных устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки, из-за их высокой энергии на единицу массы по сравнению с другими системами хранения электроэнергии. Они также обладают высоким удельным весом, высокой энергоэффективностью, хорошими высокотемпературными характеристиками и низким саморазрядом. Большинство компонентов литий-ионных аккумуляторов можно переработать, но стоимость рекуперации материалов остается проблемой для отрасли.Министерство энергетики США также поддерживает Премию за переработку литий-ионных аккумуляторов, чтобы найти решения для сбора, сортировки, хранения и транспортировки использованных и выброшенных литий-ионных аккумуляторов для последующей переработки и восстановления материалов. В большинстве современных PHEV и электромобилей используются литий-ионные батареи, хотя точный химический состав часто отличается от химического состава батарей для бытовой электроники. Продолжаются исследования и разработки для снижения их относительно высокой стоимости, увеличения срока их полезного использования и решения проблем безопасности в отношении перегрева.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидридные батареи, обычно используемые в компьютерном и медицинском оборудовании, предлагают разумную удельную энергию и удельные мощности. Никель-металлогидридные батареи имеют гораздо более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные, и безопасны и устойчивы к неправильному обращению. Эти батареи широко используются в HEV. Основными проблемами никель-металлгидридных батарей являются их высокая стоимость, высокий саморазряд и тепловыделение при высоких температурах, а также необходимость контролировать потери водорода.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторы

могут быть разработаны с учетом высокой мощности, а также недорогими, безопасными и надежными. Однако низкая удельная энергия, плохие характеристики при низких температурах, а также короткий календарный и циклический срок службы препятствуют их использованию. В настоящее время разрабатываются современные высокомощные свинцово-кислотные батареи, но эти батареи используются только в коммерчески доступных транспортных средствах с электрическим приводом для вспомогательных нагрузок.

ионисторы

Ультраконденсаторы хранят энергию в поляризованной жидкости между электродом и электролитом.Емкость накопления энергии увеличивается с увеличением площади поверхности жидкости. Ультраконденсаторы могут обеспечить транспортным средствам дополнительную мощность во время разгона и подъема на холм, а также помочь восстановить энергию торможения. Они также могут быть полезны в качестве вторичных накопителей энергии в транспортных средствах с электрическим приводом, поскольку помогают электрохимическим аккумуляторам выравнивать мощность нагрузки.

Утилизация аккумуляторов

Транспортные средства с электрическим приводом являются относительно новыми для автомобильного рынка США, поэтому лишь небольшое количество из них подошло к концу своего срока службы.В результате доступно небольшое количество бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей, что ограничивает масштабы инфраструктуры по переработке аккумуляторов. Поскольку электромобили становятся все более распространенными, рынок утилизации аккумуляторов может расшириться.

Широко распространенная переработка аккумуляторов предотвратит попадание опасных материалов в поток отходов как в конце срока службы аккумулятора, так и во время его производства. В настоящее время ведется работа по разработке процессов утилизации аккумуляторов, которые минимизируют воздействие на жизненный цикл литий-ионных и других типов аккумуляторов в транспортных средствах.Но не все процессы переработки одинаковы:

  • Плавка : В процессе плавки восстанавливаются основные элементы или соли. Эти процессы в настоящее время используются в больших масштабах и могут работать с различными типами батарей, включая литий-ионные и никель-металлгидридные. Плавка происходит при высоких температурах, и органические материалы, включая электролит и угольные аноды, сжигаются в качестве топлива или восстановителя. Ценные металлы извлекаются и отправляются на аффинаж, чтобы продукт был пригоден для любого использования.Остальные материалы, в том числе литий, содержатся в шлаке, который теперь используется в качестве добавки в бетон.
  • Прямое восстановление : С другой стороны, некоторые процессы рециркуляции напрямую восстанавливают материалы, пригодные для аккумуляторных батарей. Компоненты разделяются различными физическими и химическими процессами, и все активные материалы и металлы могут быть восстановлены. Прямое восстановление — это низкотемпературный процесс с минимальными энергозатратами.
  • Промежуточные процессы : Третий тип процесса находится между двумя крайностями.В таких процессах можно использовать несколько видов аккумуляторов, в отличие от прямого восстановления, но извлекать материалы дальше по производственной цепочке, чем при плавке.

Разделение различных материалов аккумуляторных батарей часто является камнем преткновения при извлечении ценных материалов. Таким образом, конструкция аккумуляторной батареи, учитывающая разборку и переработку, важна для успеха электромобилей с точки зрения устойчивости. Стандартизация батарей, материалов и конструкции элементов также упростит переработку и сделает ее более рентабельной.

См. Отчет: «Технико-экономическая целесообразность использования отработанных аккумуляторов электромобилей в стационарных установках».

Дополнительная информация

Узнайте больше о исследованиях и разработках аккумуляторов на страницах Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, посвященных хранению энергии, и на странице Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

Как продлить срок службы батареи электромобиля?

Календарное старение — не единственная причина старения батареи.Вероятно, это ключевой механизм деградации аккумуляторов электромобилей, но состояние заряда аккумулятора и воздействие экстремальных температур также существенно влияют на срок службы аккумулятора.

1. Сведите к минимуму воздействие экстремально высоких температур на стоянке

Воздействие сильной жары при парковке без розетки — это частая опасность. Автоматическая система контроля температуры, установленная в вашем электромобиле, без нужды разряжает ваши батареи, чтобы поддерживать низкие температуры для оптимальной эффективности.Хотя эта производительность должна работать только тогда, когда ваш электромобиль находится в дороге с использованием аккумулятора, припаркуйте свой электромобиль в тени или подключите к сети, чтобы его система терморегулирования функционировала только с использованием электроэнергии от сети, и убедитесь, что стабильный диапазон температур во время операции тоже нет.

2. Свести к минимуму батареи при 100% заряде

В

электромобилях уже установлена ​​система управления батареями, которая предотвращает их зарядку и разрядку при экстремальном уровне заряда.Поддержание уровня заряда аккумулятора от 0 до 100 процентов также увеличивает срок службы аккумулятора вашего автомобиля. Несмотря на то, что полная зарядка обеспечит максимальное время работы, это никогда не будет хорошей идеей для общего срока службы вашей батареи.

3. Не используйте быструю зарядку

Если ваши батареи скоро разрядятся, использование быстрой зарядки станет большим удобством. Тем не менее, он подает в аккумуляторы так много тока за короткий период времени, что напрягает аккумулятор электромобиля и разряжает их быстрее.Несмотря на то, что его ухудшение трудно заметить, восемь лет стандартной зарядки продлевают срок службы аккумулятора на 10% по сравнению с 8 годами использования быстрой зарядки.

4. Контроль оптимального уровня заряда аккумулятора при длительном хранении

электромобилей, которые припаркованы или хранятся с разряженной или полностью заряженной батареей, также ухудшают ее качество. Если вы не пользуетесь электромобилем часто или планируете длительную поездку, возьмите зарядное устройство с таймером и подключите его к электросети. Оставляя свой автомобиль на 100 процентов, пока вы припаркованы в определенном месте в течение длительного периода, аккумулятор будет бороться с сохранением своего заряда. состояние заряда, пока вас нет.Одна из стратегий — настроить зарядное устройство на поддержание заряда чуть выше нижней отметки, не заполняя его до максимальной емкости, при среднем уровне заряда от 25 до 75 процентов.

Срок службы батареи

: как долго могут работать батареи электромобиля?

Электромобиль

стал обычным явлением на улицах сегодня, и многие люди начали наслаждаться тихим комфортом, привыкли к зарядке ночью и бесшумно выполняя поручения.

Фотография BMW i3 на зарядной станции для электромобилей в Калифорнии, сделанная Кайлом Филдом для CleanTechnica .

Электромобили достаточно новы, чтобы задаться вопросом, как долго они прослужат? Это непростой вопрос, потому что он зависит от химического состава, размеров, условий эксплуатации и конфигурации упаковки.

Большинство аккумуляторов электромобилей имеют литиевую основу. Когда литиевая батарея заряжается и разряжается один раз, это называется циклом. Емкость литиевой батареи снижается по мере увеличения числа циклов. Срок службы батареи измеряется в циклах, при этом в качестве эталона часто используется отраслевой стандарт циклов до 80% емкости.Что позволяет литиевым батареям работать долго? Давайте перевернем это с ног на голову. Что сокращает срок службы литиевой батареи?

  1. Высокие температуры.
  2. Перезарядка или высокое напряжение.
  3. Глубокие разряды или низкое напряжение.
  4. Высокий ток разряда или заряда.

Перезарядка при высоких температурах — что это значит? Когда литиевая батарея заряжается, ее напряжение медленно растет. Когда он достигает полной зарядки, напряжение аккумулятора становится самым высоким и повышаться не будет.Максимальное напряжение (В) зависит от химического состава литиевого элемента. В различных областях химии, от аккумуляторов для ноутбуков до электроинструментов, в которых используются смеси лития и кобальта, а также смеси, содержащие марганец, никель и алюминий, напряжение на клеммах составляет от 3,9 до 4,2 В. Литий-титанатные батареи заряжаются до 2,85 В. Литий-железо-фосфатные батареи заряжаются примерно до 3,65 В.

Не допускайте превышения напряжения литиевой батареи

над этим напряжением, потому что это не только сокращает срок службы батареи; это может привести к разрушению или перегреву батареи, а также к возгоранию некоторых литиевых батарей. Системы управления батареями (BMS) используются для управления зарядным напряжением, так что максимальное зарядное напряжение и температура никогда не превышаются.

Высокое напряжение также приводит к другому пределу, называемому календарным сроком службы. Скопление посторонних предметов препятствует прохождению ионов к электродам. Литий-ионные батареи содержат электроды, проводники, по которым ток входит в элемент или выходит из него. Между электродами находится электролит, раствор, используемый для проведения тока между ячейками.Электропроводность достигается за счет обмена ионами между электродами и через электролит. Химическое взаимодействие внутри батареи называется окислительно-восстановительной реакцией.

Когда литийсодержащий электролит контактирует с электродом, он образует слой. Интерфейс, на котором происходит обмен ионами между электродом и электролитом, называется интерфейсом твердого электролита (SEI) , и он образует слой SEI.

Накопление материала блокирует поток ионов в слое SEI в конце календарного срока службы.

Слой SEI способствует внутреннему сопротивлению. По мере старения батареи слой увеличивается и внутреннее сопротивление увеличивается. В какой-то момент слой становится достаточно большим, чтобы ионы не могли проходить, и срок службы батареи заканчивается. Такой предел срока службы батареи тем больше, чем дольше батарея находится при максимальном напряжении и высокой температуре. Идея состоит в том, чтобы избежать максимального напряжения и высоких температур в течение продолжительных периодов времени. Производители аккумуляторов знают об этом и держат свои аккумуляторы на уровне заряда до 40%, чтобы поддерживать емкость аккумуляторов во время хранения и транспортировки.

Для увеличения календарного срока службы элемента следует избегать перенапряжения и высоких температур.

На другом конце напряжения и заряда элемента для максимального срока службы следует избегать глубокого разряда.

Уровень заряда аккумуляторов описывается двояко. Одно описание называется состояние заряда (SoC) . Если элемент полностью заряжен, считается, что он на 100% SoC. Другое описание — глубина разряда (DoD) . Если ячейка полностью разряжена, считается, что она на 100% DoD.Это означает, что 100% ячейка SoC совпадает с 0% DoD. SoC работает как датчик уровня топлива.

Для максимального срока службы батареи необходимо избегать 100% DoD. Исследователи обнаружили, что увеличение продолжительности цикла увеличивается нелинейно по мере уменьшения глубины разряда.

«Данные предполагают обратную степенную зависимость продолжительности цикла от DoD, так что четырехкратный прирост срока службы составляет
, достигаемый при переходе от 100% до 50% DoD», — пишут ДеВриз, Нгуен и Оп Хет Вельд.

Вот график зависимости срока службы от глубины разряда:

Срок службы увеличивается быстрее, чем сокращается DoD, поэтому общий переносимый заряд больше при меньшей глубине разряда.

Это важно, потому что это означает, что батарея большей емкости, используемая при неполной разрядке, может быть более экономичной и прослужить дольше, чем батарея меньшей емкости, используемая при полной глубине разряда.

Если аккумуляторная батарея спроектирована с учетом емкости, обеспечивающей большой радиус действия, вполне вероятно, что ежедневная зарядка будет происходить при низкой глубине разряда. Влияние этого на конструкцию электромобилей очень важно. Это означает, что путь к большому радиусу действия и высокой емкости может также привести к меньшей глубине разряда и увеличению срока службы батареи с заданным химическим составом.Кроме того, если максимальная зарядка намеренно ограничена во время большей части работы, календарный срок службы батареи может быть увеличен.

Наконец, батареи характеризуются показателем C. Проще говоря, батарея будет указана в ампер-часах. Ампер-час — это количество тока, которое батарея может потреблять за один час.

Скорость C определяется в единицах C, где 1C означает, что аккумулятор можно зарядить за один час. Если аккумулятор заряжен при 2С, значит, аккумулятор можно зарядить за полчаса. Батареи с высокой скоростью заряда могут заряжаться или разряжаться очень быстро и вырабатывать много энергии.Батареи с низким уровнем заряда имеют меньшую мощность.

Для литиевых батарей определенного химического типа могут быть сделаны модификации для повышения или понижения C. Компромисс — более высокая энергоемкость в кВтч для более низкого C или мощности. В аккумуляторной батарее большее количество ячеек, подключенных параллельно, снижает пиковый ток в каждой ячейке и позволяет каждой ячейке работать с более низкой скоростью C. В применении к электромобилю желаемый пиковый ток аккумуляторной батареи может быть достигнут либо с помощью блока с большим количеством параллельных ячеек (таким образом, с большей энергоемкостью), либо с меньшим количеством параллельных ячеек и более высоким коэффициентом C.При использовании параллельных ячеек батарея с низким C может оставаться в пределах своего предела C.

Влияние этого на электромобили состоит в том, что аккумуляторная батарея, рассчитанная на большие расстояния, может иметь более низкий коэффициент C и более высокую энергоемкость.

Превышение нормы C приводит к замене анода, ухудшающей характеристики. Правильная работа электрода зависит от структуры поверхности электрода. Эта структура изменяется при превышении скорости C.

Когда аккумулятор электромобиля рассчитан на большие расстояния, появляется ряд преимуществ.Аккумулятор большей емкости приводит к меньшей средней глубине разряда и, как следствие, увеличению срока службы и более низкой пиковой скорости заряда / разряда. Если максимальный заряд ограничен 80% в повседневных условиях вождения, максимальное напряжение отсутствует. Если аккумуляторная батарея также имеет терморегулятор, можно избежать как максимального напряжения, так и высоких температур. Таким образом, контролируемые условия могут существенно увеличить срок службы батареи.

Правильно спроектированный электромобиль с аккумулятором большой емкости может быть спроектирован таким образом, чтобы контролировать условия, влияющие на срок службы аккумулятора, и в результате получить транспортное средство дальнего действия с длительным сроком службы аккумулятора.

Теперь у нас есть реальные доказательства того, что такое управление условиями может продлить срок службы батареи. Tesla Roadster обеспечивает длительный срок службы литий-кобальтовых батарей, контролируя все четыре перечисленных фактора: температуру, максимальное напряжение или полный заряд, минимальное напряжение или глубину разряда и коэффициент C. Беглый анализ пробега электромобиля на основе 100% циклов разряда дает ошибочный результат, поскольку не учитывает эффект уменьшения глубины разряда.При пробеге более 200 миль и среднем дневном пробеге около 30 миль срок службы и пробег увеличиваются. По умолчанию ежедневная зарядка составляет 80%, что ограничивает максимальное напряжение и продлевает календарный срок службы. Календарный срок службы увеличивается за счет контроля температуры батареи и ограничения максимальной зарядки коротким периодом времени, поскольку поездки совершаются вскоре после полной зарядки. Скорости C уменьшаются и контролируются, потому что ток заряда батареи велик по сравнению со скоростью заряда и разряда. Все эти контролируемые условия способствуют увеличению срока службы аккумулятора и увеличения пробега.

Tesla Roadster от Tesla Motors.

Из статьи по ссылке выше:

«Очевидно, никто точно не знает, как долго прослужат аккумуляторы Tesla. Однако математика довольно проста. Полная емкость литий-ионного аккумулятора должна выдерживать от 300 до 500 циклов. Таким образом, если вы проедете на Roadster 300 циклов в стандартном режиме длиной 194 мили, это составит 58 200 миль. Если это 500 циклов, как звучит 97 000 миль на одном комплекте батарей?

«Конечно, как объясняет Battery University, все не так просто.После 300-500 циклов при 100-процентной глубине разряда емкость литий-ионного элемента упадет до 70 процентов. Но частичный разряд «снижает стресс и продлевает срок службы батареи». Постоянно разряжайте батареи только до 50 процентов, как это часто бывает с электромобилями, которые часто подключаются к сети, а ожидаемый срок службы исправной батареи увеличивается до 1200–1500 циклов. Это, конечно, означает 366 000 миль, но не ожидайте таких цифр на одометре. Другие дикие символы, такие как частота быстрой перезарядки, также могут повлиять на срок службы батареи.”

С лучшими характеристиками элементов NCA, используемых в Model S, возможно еще большее время автономной работы.

CleanTechnica Обозреватель Tesla Model S Кайл Филд сделал эту фотографию Model S P90DL в Санта-Барбаре с Model S Кайла и новой синей Model S на заднем плане. Как далеко проедет каждый из этих Tesla?

Другие производители продолжают увеличивать запас хода электромобилей, а также увеличивать производительность и срок службы аккумуляторов. Chevy анонсировала Bolt с запасом хода в 200 миль, в то время как Nissan и BMW дали понять, что также намерены увеличить запас хода.

2017 BMW i3 от BMW

Nissan IDS Concept от Nissan

Условия эксплуатации могут существенно повлиять на производительность и срок службы батареи. Срок службы батареи необходимо оценивать как по условиям эксплуатации, так и по характеристикам батареи, чтобы точно определить результаты. Если вы видите заявления сторонних лиц о сроке службы аккумуляторов компании, обязательно выясните, верны ли у них предположения относительно температуры, максимального напряжения или полного заряда, минимального напряжения или глубины разряда, а также коэффициента C.

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.


Реклама
У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Тайная жизнь аккумулятора электромобиля

Вы, вероятно, знакомы с литиевыми батареями в своем смартфоне, планшете или ноутбуке.Вы, наверное, знаете, что они длятся недолго. Количество циклов зарядки и разрядки составляет всего около 600, прежде чем батарея серьезно разряжается. Итак, если вы заряжаете каждый день, 365 дней в году, батареи хватит даже на два года. Я читал комментарии недоброжелателей электромобилей, радостно заявляющих, что любой, кто покупает электромобиль (EV), обнаружит, что его батарея EV разряжена в течение пары лет, потому что, как только что было отмечено, литиевая батарея работает только на 600 циклов.

Конечно, мы с вами знаем, что батарея электромобиля прослужит не менее 8 лет, возможно, 10 лет или больше, в зависимости от того, как с ней обращаться. Мой электромобиль был у меня 3 года, а кто-то владел им за пару лет до этого, и аккумулятор все еще работает. Итак, очевидно, что противники электромобилей несут много чепухи о своих 600 циклах.

Головоломка

Тем не менее, долгий срок службы аккумуляторов электромобилей, похоже, противоречит нашему собственному опыту использования аккумуляторов для смартфонов и тому подобного, которые, как мы знаем, не работают очень долго.Мне не понравилась эта головоломка, потому что она заставила меня понять, что я действительно не знал, как это возможно. Может быть, что-то в химическом составе батареи или в архитектуре батареи отличалось от батарей электромобиля? Я уверен, что многие исследовательские отделы университетов работают над химией аккумуляторов, чтобы попытаться достичь большей эффективности и долговечности литиевых аккумуляторов или даже аккумуляторов другого типа в целом. Читатели CleanTechnica.com видели много статей о таких разработках, но они всегда находятся на ранней стадии — многообещающие, но несколько небольших проблем, которые еще предстоит решить, еще не запущены в коммерческое производство и т. Д.Есть ли что-то особенное в химическом составе существующих аккумуляторов электромобилей, благодаря чему они служат дольше, чем аккумуляторы для смартфонов и компьютеров?

Я также читал, что когда Tesla изначально выбирала элементы для аккумуляторных батарей в своих автомобилях, компания выбрала элемент 18650, который уже очень широко использовался — и поэтому очень дешевый для покупки, легко доступный, и надежный. Этот элемент использовался для портативной электроники и вообще не был предназначен для использования в тяговых аккумуляторах. Итак, если Tesla использовала обычные, обычные батареи с обычным жизненным циклом в 600 циклов зарядки / разрядки, как можно было заставить ее работать так долго в аккумуляторной батарее Tesla?

Посещение «Библиотеки»

«Удивительнее и любопытнее», — сказала Алиса, но нет маленькой бутылочки с надписью «выпей меня», чтобы ее батарея прослужила в 5 раз дольше.Есть только один способ решить такие проблемы, один с меньшей вероятностью будет взят Алисой (удар по бутылке) и с большей вероятностью будет использован Гермионой Грейнджер (посещение библиотеки). Ну, не библиотека как таковая, а современная версия с погружением в «закрытую секцию» самой большой библиотеки на Земле — Интернета.

Больше — меньше

Итак, что мне удалось выяснить? Во-первых, все циклы не одинаковы. Один из способов увеличения количества циклов зарядки — зарядка от менее полного до более чем пустого.Наименьшее количество циклов и кратчайший срок службы батареи будут иметь место при повторяющихся циклах зарядки до 100% и разрядки до почти нуля%. (Литиевые батареи никогда не должны разряжаться полностью, так как это резко сокращает их срок службы.) Существует ряд возможностей, таких как зарядка от 100% до 50%, от 85% до 25% или от 50% до 25%. Казалось бы, зарядка от 85% до 25% дает хороший баланс между временем автономной работы и работоспособной емкостью

Параметры зарядки

Циклов до снижения производительности до 85%

100% — 25%

2,010

100% — 40%

2,800

100% — 50%

2,800

85% — 25%

4,500

75% — 25%

7 100

75% — 45%

10 000

75% — 65%

12 000

Вся правда?

Когда ваши приборы говорят, что аккумулятор электромобиля заряжен на 100%, так ли это на самом деле? Когда ваши приборы говорят, что аккумулятор электромобиля разряжен до нуля%, это определенно не так.Система управления батареями сохранит для вас резерв на случай непредвиденных обстоятельств, а после того, как он будет израсходован, защитит последние драгоценные 5% или около того, чтобы предотвратить повреждение вашей батареи. Ваш электромобиль будет вести себя так, как если бы аккумулятор был полностью разряжен, когда это не так, и может сказать вам, что он опустился до 0 миль, когда у вас действительно около 10 миль в резерве.

Я испытал часть этого на себе, когда я несколько просчитался и закончил поездку домой с одной мигающей полосой на индикаторе батареи, которая затем исчезла, не оставив полос вообще.После этого я проехал около 3 миль по сказочной пыли, при этом машина вела себя совершенно нормально. Я без проблем доехал до своей дороги. Итак, очевидно, что моя аппаратура рассказывала небольшую невиновную ложь, просто чтобы напугать меня.

Черный ящик

Во избежание путаницы, я должен сказать здесь, что, когда я говорю о «Системе управления батареями», я имею в виду более широкую концепцию, чем это. В электромобиле есть много систем, которые можно идентифицировать по отдельности, но для большинства читателей все это становится слишком техническим.

Давайте воспользуемся понятием «черный ящик». Нам не нужно знать все тонкости того, что находится в коробке, но мы можем знать о входах и выходах. Подумайте о коробке ПК или планшете: вы знаете, как им пользоваться, не зная всех тонкостей того, что происходит внутри коробки.

Когда я говорю «Система управления батареями», я включаю все сложные системы между батареей и двигателем, батареей и портами зарядки, а также вывод информации о водителе на приборную панель или сенсорный экран.Я говорю о том, что есть не просто аккумулятор, кусок провода, идущий к двигателю, и педаль, как на швейной машине, для управления скоростью — есть гораздо более сложная система, чем эта, но я не собираюсь во всех технических деталях.

Ваша виртуальная батарея

Что, если бы система управления батареями заряжалась только до, скажем, 80% и держала 30% в резерве, но отображала это как 100% с нуля. Скажем, это обеспечило дальность действия 100 миль (160 км). Но потом, когда батарея потеряла емкость, скажем, система зарядила ее до 90% и оставила 20% в резерве? Вы бы не знали, что ваша батарея вообще потеряла емкость, потому что ваши инструменты все равно будут отображать виртуальную батарею как 100% от нуля с тем же диапазоном, что и раньше.Это секретный способ, с помощью которого производители электромобилей могут создать впечатление, что аккумулятор вашего электромобиля полностью разряжен, хотя на самом деле это так.

Зарезервировано

Виртуальная батарея от 0% до 100%, диапазон 100 м

Зарезервировано

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Зарезервировано

Виртуальная батарея от 0% до 100%, диапазон 100 м

Зарезервировано

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Зарезервировано

Виртуальная батарея от 0% до 100%, диапазон 100 м

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Это убаюкивает владельца электромобиля ложным чувством безопасности, потому что он будет думать, что их батарея совсем не испортилась, сколько бы лет они ее ни использовали, но как только она достигнет стадии, указанной в таблице 3, виртуальная батарея разрядилась. нет места для расширения, и диапазон действительно начнет уменьшаться.

Стареющая батарея электромобиля также будет более восприимчива к повреждению в результате быстрой зарядки, поэтому износ может стать довольно быстрым. Я не говорю, что это делает какой-либо конкретный производитель, потому что я не нашел никакой информации от них, заявляющих об этом, но я читал об этой идее в целом, как если бы это была обычная практика.

Однако даже если это не то, что сделано, довольно большие буферы на верхнем и нижнем конце емкости аккумулятора, безусловно, помогают продлить срок службы аккумулятора дольше, чем если бы не было буферов гораздо меньшего размера, как, по-видимому, в случае со смартфонами и ноутбуки.

Уровень контролируемого напряжения

Во избежание путаницы уровень напряжения в значительной степени синонимичен проценту заряда, который я только что упомянул, поэтому, когда мы говорим о «100%» заряде, мы говорим о полностью заряженной батарее, которая затем будет иметь напряжение в каждой ячейке около 4,2 В. В разряженной батарее напряжение в каждой ячейке не превышает 3 В. Итак, в некотором смысле следующая таблица — это просто другой способ выразить то же самое, но более точный.Процент заряда не следует путать с процентом емкости. Емкость новой батареи 40 кВтч должна обеспечивать 40 кВт в течение целого часа. Если мощность снизится до 75%, она сможет обеспечить только 40 кВт в течение 45 минут, например, или 30 кВт в час, как другой пример.

Если литиевая батарея имеет номинальное напряжение 4,2 В, ее можно заряжать до чуть более 4,2 В или чуть менее 4,2 В. Разница между зарядкой до 3,9 В и 4,2 В может в четыре раза превышать количество циклов и срок службы батареи.Это увеличение долговечности необходимо уравновесить с потерей части полной емкости аккумулятора. Это один из секретов, который производители используют в своих системах управления батареями. Поскольку это снижает эффективную емкость батареи, она должна быть намного больше физически, чтобы обеспечить такой же уровень емкости. Это одна из причин того, почему батареи электромобилей такие большие и тяжелые, с относительно низкой эффективностью. Производители могли бы предоставить такую ​​же емкость с батареей меньшего размера, в которой все элементы заряжены до полного напряжения, но этого не хватило бы на такой срок.

Напряжение

C лет

Вместимость

4,25

200–350

105–110%

4.20

300–500

100%

4.15

400–700

90–95%

4,10

600–1 000

85–90%

4,05

850–1 500

80–85%

4,00

1,200–2,000

70–75%

3.90

2,400–4,000

60–65%

3,80

См. Примечание

35–40%

3,70

См. Примечание

30% и менее

Контролируемая скорость разгрузки

Еще надо посмотреть разрядку. Если литиевый элемент имеет номинальную емкость, скажем, 1500 мАч, эту емкость можно обеспечить, подавая 1500 мА в течение часа, 750 мА в течение двух часов или 375 мА в течение четырех часов.Если мы назовем 1500 мА за один час «1С», тогда 750 мА будет «0,5 ° С», а 375 мА будет «0,25 ° С». Если батареи никогда не разряжаются со скоростью более 0,25 ° C, они прослужат намного дольше, чем если бы они были разряжены на полную мощность.

Это секрет аккумуляторных блоков электромобилей, то, как система управления гарантирует, что скорость разряда никогда не будет чрезмерной. Это еще одна причина того, что аккумуляторные блоки для электромобилей такие большие и тяжелые, не только ради радиуса действия, но и ради минимизации скорости разряда и, следовательно, дальнейшего продления срока службы батареи.

Сказка о двух батареях

Итак, это как если бы у вас в машине две батареи: одна — физическая, а другая — виртуальная, представленная вам приборами и созданная системой управления батареями.

Ваша физическая батарея, если бы все это было доступно вам, была бы намного больше и мощнее, чем кажется на самом деле.

Виртуальная батарея, созданная для использования системой управления батареями и которую вы видите на дисплеях панели управления, меньше по размеру и менее мощная, но более долговечная.Все эти секретные техники, которые незаметно используются на заднем плане и, вероятно, вам неизвестны, составляют тайную жизнь аккумулятора вашего электромобиля.

Не оставляйте аккумулятор в запертой машине

Этот подзаголовок обычно относится к собакам и является загадочным ключом к разгадке еще одного секрета. Хотя это не имеет ничего общего с зарядкой, разрядкой или даже запуском электромобиля, следует также знать следующее.

Когда литиевая батарея заряжена на 100%, а затем оставлена ​​на хранении, неиспользованной, но при температуре выше 25 ° C, то ухудшение характеристик произойдет без использования батареи.Итак, если вы живете в жарком месте, где в вашем гараже наблюдается высокая температура, или даже если на подъездной дорожке наблюдаются высокие температуры, не рекомендуется оставлять электромобиль полностью заряженным на длительное время без использования. Возможно, стоит даже установить специальную солнечную панель на крыше гаража для питания кондиционера в вашем гараже в жаркий день, чтобы ваша батарея оставалась прохладной, когда она не используется.

° С

Емкость после 1 года хранения на 40% заряда

Емкость после 1 года хранения по адресу Заряд 100%

0

98%

94%

25

96%

80%

40

85%

65%

60

75%

60%
(через 3 месяца)

Ограничения на быструю зарядку

Несмотря на нетерпеливое ожидание зарядки, существуют ограничения на безопасные токи зарядки и правильные методы зарядки, которым необходимо следовать, если вы не хотите повредить аккумулятор.

Уровень мощности всего 3 кВт может произвести достаточно тепла, чтобы нагреть всю комнату. Итак, как вы понимаете, 50 кВт — это огромная мощность, которую нужно вложить в любую электрическую систему. Нетерпеливые или нет, независимо от того, чего «хотят» люди, существуют ограничения на количество энергии, которое вы можете безопасно вложить в аккумулятор электромобиля. В идеале, самая быстрая скорость зарядки аккумулятора 50 кВт · ч составляет 50 кВт за 1 час, потому что это в точности соответствует характеристикам аккумулятора. Однако при зарядке от 30% до 80% (50% заряда) тариф может составлять 50 кВт в течение получаса.Чтобы сократить время зарядки до 15 минут, потребуется 100 кВт, что вдвое больше идеального. Комбинация неверных значений емкости и более низких зарядных напряжений, плюс увеличенный размер батареи и тщательно продуманный состав батареи — все это помогает сделать возможной более быструю зарядку, но есть ограничения.

Люди не должны ожидать, что время зарядки упадет намного ниже 20 минут или когда-либо будет эквивалентно заправке топливного бака. Пятьдесят литров топлива представляют собой 600 кВтч энергии. Батарея на 600 кВт-ч сегодня весила бы 6 тонн.Батарея мощностью 50 кВт · ч весит полтонны — вы действительно хотите носить с собой более полутонны во всех коротких поездках, которые вы совершаете каждый день, просто чтобы сэкономить несколько остановок подзарядки при случайной длительной пробеге? Людям просто нужно научиться быть более терпеливыми, если человечество хочет выжить намного дольше.

Дополнительная информация

Одна вещь, которую я не включил в эту статью, — это какие-либо конкретные ссылки на какого-либо конкретного производителя или автомобиля. Я отправил электронное письмо Nissan и Tesla об их системах управления батареями, но на момент публикации не получил ответа.

Я нашел следующее заявление о батареях на сайте Tesla:

Факторы, влияющие на жизненный цикл, связаны с тем, как используется элемент. В частности:

  1. Избегайте очень высокого и очень низкого уровня заряда. Напряжения выше 4,15 В / элемент (около 95% состояния заряда [SOC]) и напряжения ниже 3,00 В / элемент (около 2% SOC) вызывают большую нагрузку на внутреннюю часть элемента (как физическую, так и электрическую). Избегайте очень высоких ставок. Зарядка быстрее, чем примерно C / 2 (двухчасовая зарядка), может сократить срок службы элемента.
  2. Избегайте зарядки при температурах ниже 0 ° C. (Наша конструкция нагревает аккумулятор перед зарядкой при низких температурах.)
  3. Предотвращение очень высокой скорости разряда. (Наша батарея разработана таким образом, что даже при максимальной скорости разряда ток, требуемый от каждой ячейки, не является чрезмерным.)

Существует огромная разница в сроке службы между зарядом 4,2 В на элемент (который производитель определяет как «полностью заряженный») и зарядом 4,15 В на элемент. 4,15 вольт представляют собой заряд около 95 процентов.При таком уменьшении начальной емкости (5 процентов) батареи служат намного дольше. К сожалению, дальнейшее снижение заряда имеет гораздо меньшее влияние на срок службы. Понимая этот компромисс, Tesla Motors решила ограничить максимальный заряд своих ячеек до 4,15 вольт, взяв начальное значение диапазона в 5 процентов, чтобы максимально продлить срок службы батареи. Мы также ограничиваем разряд аккумулятора до 3,0 В на элемент и выключаем автомобиль, когда уровень заряда аккумуляторов достигает этого уровня.

Информация о батареях была получена от BatteryUniversity.com, который является очень полезным сайтом для получения технической информации по всем типам аккумуляторов.

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.


Реклама
У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Объяснение электрических и гибридных электромобилей

Электромобили (EV) имеют аккумулятор вместо бензобака и электродвигатель вместо двигателя внутреннего сгорания. Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) представляют собой комбинацию бензиновых и электромобилей, поэтому они имеют аккумулятор, электродвигатель, бензобак и двигатель внутреннего сгорания.В качестве источников топлива PHEV используют как бензин, так и электричество. Подробнее о PHEV.

Посмотрите видео, чтобы узнать, как работают электромобили и различные типы подключаемых гибридных электромобилей.

Наличие

электромобилей и PHEV теперь доступны в нескольких классах автомобилей. В настоящее время на рынке представлено более 50 моделей EV и PHEV, и в ближайшие годы ожидается выпуск новых моделей. Посетите fueleconomy.gov для получения полного списка вариантов. Не все модели доступны во всех 50 штатах.

Выбросы

ЭМ не производят выхлопных газов. Хотя зарядка аккумулятора может увеличить загрязнение на электростанции, общие выбросы, связанные с вождением электромобилей, по-прежнему обычно меньше, чем у бензиновых автомобилей, особенно если электричество вырабатывается из возобновляемых источников энергии, таких как ветер.

PHEV производят выбросы из выхлопной трубы, когда бензин используется в качестве источника топлива.

Чтобы оценить выбросы парниковых газов, связанные с зарядкой и вождением электрического или гибридного электромобиля, где вы живете, посетите наш Калькулятор выбросов парниковых газов для электромобилей и PHEV.

Запас хода

Количество миль, которое преодолеет электромобиль, прежде чем потребуется подзарядка аккумулятора, часто меньше, чем расстояние, которое ваш бензиновый автомобиль может проехать до заправки, но обычно все же достаточно для удовлетворения повседневных потребностей среднего человека за рулем. Экономия топлива электромобиля указывается в милях на галлон бензинового эквивалента (MPGe). Думайте об этом как о MPG, но вместо того, чтобы представлять мили на галлон топлива транспортного средства, он представляет количество миль, которое транспортное средство может проехать, используя количество электроэнергии с таким же энергосодержанием, как галлон бензина.Это позволяет сравнивать электромобиль с бензиновым автомобилем, даже если электричество не расходуется и не сжигается в галлонах.

PHEV обычно имеют запас хода, сопоставимый с бензиновыми автомобилями. PHEV имеют два значения экономии топлива: одно для случая, когда транспортное средство работает в основном на электричестве (указано в MPGe), и одно для того, когда транспортное средство работает только на бензине (указано как MPG).

Найдите запас хода и время зарядки для электромобилей и PHEV на этикетке «Экономия топлива и экология» или «fueleconomy».gov

Примечание: оценки EPA, включая диапазон электромобилей, предназначены для использования в качестве общего ориентира для потребителей при сравнении транспортных средств. Точно так же, как «ваш пробег может отличаться» для бензиновых автомобилей, ваш запас хода будет отличаться для электромобилей. В частности, такие факторы, как холодная погода, использование аксессуаров (таких как кондиционер) и высокая скорость вождения, могут значительно снизить запас хода вашего автомобиля.

Посетите сайт www.energy.gov, чтобы получить советы по увеличению запаса хода вашего электромобиля при экстремальных температурах.

Подробнее о этикетке экономии топлива

Зарядка

В зависимости от того, как далеко вы едете каждый день, вы сможете удовлетворить все свои потребности в вождении, подключившись к сети дома.Большинство электромобилей можно заряжать от стандартной розетки на 120 В. Чтобы зарядить автомобиль быстрее, вы можете установить специальную розетку на 240 В или систему зарядки. Вы также можете подключиться к сети на своем рабочем месте или на одной из постоянно растущих общественных зарядных станций.

Еще немного о PHEV.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.