Аккумулятор литий ионный для электромобиля – Аккумулятор для электромобиля (АКБ): ТОП-8 ответов о батареях электрокара

Есть ещё несколько способов, как зарядить аккумулятор электромобиля: зарядка от бытовой сети с применением переменного тока (с использованием защиты внутри штатной проводки), зарядка быстрым током от зарядных станций, которых существует всего два вида: CHAdeMO и CCS.Стоит отметить, что быстрая зарядка формата «80% зарядки аккумулятора за полчаса» действует губительно на АКБ, если применяется на постоянной основе. Но при использовании подобной техники заряда пару раз в неделю, она не влияет на период эксплуатации батареи.

Постоянное поддержание заряда в 100% тоже негативно сказывается на работе аккумулятора. Рекомендуют иногда выжимать из батареи всё и тратить за одну поездку большую часть заряда с остатком 5-10 % емкости АКБ, а после этого подключить неспешную зарядку в ночное время суток до полной емкости.

Как падает емкость аккумулятора электромобиля спустя несколько лет

Отмечено, что в первую пару лет после приобретения электрокара емкость аккумулятора и запас хода уменьшаются на 5-10 %. Эти изменения можно объяснить измененным стилем езды, затратой энергии на работу кондиционера или техники для обогрева салона.

Максимальный спад емкости АКБ для таких машин припадает на третий-пятый год пользования, уменьшение запаса хода равняется 20-30 %. После этого уменьшение емкости высчитывается в незначительных процентных соотношениях: примерно 0-5% в год. Эта цифра становится меньше пропорционально возрасту автомобиля. Считается, что Nissan Leaf, который введен в эксплуатацию на протяжении пяти лет, имеет способность преодолевать расстояние в 100-130 км – это две трети от 160 км, которые стандартно заданы при покупке такого электрокара.

Водители, которые активно пользуются своими электромобилями и за год преодолевают примерно 30-50 тысяч км, подтверждают приведенные выше выводы. При эксплуатации электрокара на дистанцию 10-20 тыс. км АКБ почти не показывает изменений. Во время езды от 10-20 тыс. км до 50 тыс. км, спад емкости приравнивается к 20-30 %. От 50 тыс. км до 60-70 тыс. км деградация АКБ замедляется. После 70-80 тыс. км этот процесс практически сводится к нулю и машина имеет способность проехать 2/3 от первоначального пробега, указанного при покупке.

Существует ли возможность ремонта или замены АКБ электрокара

Необходимость смены электробатареи появляется, как правило, через 8-10 лет эксплуатации машины, когда емкость существенно уменьшится. Замену можно произвести на любом электрокаре.

В разных моделях электромобилей АКБ имеют отличия, например, в разъемах или креплении. То есть, достаточно сложно будет взять аккумулятор от одной машины и поместить в другую. Также одной из составляющих деталей батареи является блок управления, он может быть соединен с блоком управления авто, являющий собой бортовой компьютер. Для того, чтобы установить на свой автомобиль новую электробатарею, необходимо согласование самого АКБ с автомобилем – это осуществляется посредством компьютерной программы.

Можно улучшить технические характеристики батареи, прибегнув к частичной замене составляющих элементов. Так как аккумулятор построен из блоков, можно поменять один из них. В среднем их количество колеблется от 16 до 48.

Сколько стоит новый аккумулятор для электромобиля

По официальным данным в 2016 году аккумулятор для Nissan Leaf в 24 кВтч стоил 4-5 тысяч долларов, для Tesla Model S – 10-20 тысяч долларов. Стоимость зависит от емкости электробатареи и её состояния.

Но цены достаточно изменчивы. Для сравнения в 2011 году один блок аккумулятора стоил 660 долларов. Если рассчитать, что в состав батареи входит 48 блоков, то общая цена АКБ равна 32 тысячам долларов.

В 2016 году на территории Украины подобные блоки приравнивались по стоимости к 100 долларам, то есть, сумма за аккумулятор Nissan Leaf – 5 тысяч долларов. В 2015 году блок был оценен в 150 долларов за единицу.

Батарея Tesla, купленная в розницу по блокам, в 2016 году затягивала на 15-20 тысяч долларов. Так как один составляющий элемент стоил около тысячи долларов, а их нужно было набрать 16.

На сегодняшний день можно сэкономить на покупке новой акб, прибегнув к услугам продавцов б/у. Но окончательную цену вы сможете узнать, сделав выбор определенной батареи для вашего электромобиля у конкретного продавца. Нельзя не заметить, что есть тенденция снижения цен на данный товар.

Где купить новый аккумулятор и что делать со старым

Если вам необходимо приобрести аккумулятор для вашего электрического автомобиля, у вас есть выбор, где осуществить покупку: у официальных продавцов либо самостоятельно на еВау. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Если вы самостоятельно покупаете батарею, вы не переплачиваете за услуги продавцов и их консультацию. Но тогда не можете быть уверенными в качестве товара. При покупке в официальных магазинах сотрудники подберут наиболее подходящую АКБ для вашей модели электромобиля, предоставляя гарантию на качество. Но тогда покупка обойдется вам дороже.

Старым аккумуляторам электрокаров тоже можно найти применение. Компании производители Tesla, Nissan и BMW нашли свой подход к утилизации использованных АКБ электромобилей: на их основе создается автономное питание дома.

О подобных проектах в России и Украине пока ещё не появлялась информация, однако, есть догадки, что эта тенденция будет развита и на территории нашей страны. Вопрос лишь в том, через какое время.

elektro-mobili.ru

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. 

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

elektrovesti.net

Литий-ионные аккумуляторы — в электромобилях

Основой для отрицательного электрода в Li-ion аккумуляторах служит углеродная матрица. Она может изготавливаться из природного или синтетического графита, кокса, пиролизного или мезофазного углерода, сажи и др. Ионы лития при внедрении раздвигают слои углеродной матрицы и располагаются между ними. Положительные электроды литий-ионных аккумуляторов изготавливаются из литированных оксидов кобальта или никеля и из литий-марганцевых шпинелей.

Содержание статьи

Конструкция и применяемые материалы

Конструктивно Li-ion аккумуляторы производятся в цилиндрическом и плоском вариантах. В цилиндрических аккумуляторах свернутый в виде рулона пакет электродов и сепаратора помещен в стальной или алюминиевый корпус, с которым соединен отрицательный электрод. Положительный полюс аккумулятора выведен через изолятор на крышку.

Плоские аккумуляторы производятся складыванием прямоугольных пластин друг на друга. Они обеспечивают более плотную упаковку в батарее, но в них труднее, чем в цилиндрических, поддерживать сжимающие усилия на электроды. В некоторых плоских аккумуляторах применяется рулонная сборка пакета электродов, который скручивается в спираль. Это позволяет объединить достоинства двух описанных выше типов конструкций.

Разноименные электроды разделяются сепаратором из пористого полипропилена. Конструкция Li-ion отличается абсолютной герметичностью. Это необходимо для предотвращения вытекания жидкого электролита и попадания в аккумулятор кислорода и паров воды из окружающей среды. Кислород и пары воды реагируют с материалами электродов и электролитом и полностью выводят аккумулятор из строя.

Преимущества и недостатки Li-ion аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы обладают рядом неоспоримых достоинств: повышенный срок службы при небольших размерах, малом весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность. Литиевые батареи принимают высокий ток зарядки и разрядки. Поэтому зарядка займет меньше времени, пройдет более эффективно (это полезно при рекуперации энергии во время торможения).

Однако при этом нельзя допускать перегрева: чем выше ток, тем сильнее нагрев. И вопрос не только в сокращении срока службы аккумуляторов, но и в риске возникновения пожара, так как у лития низкая устойчивость к возгоранию. Поэтому еще на стадии производства строго следят за технологией: мельчайшая примесь в сепараторе ячеек может способствовать возникновению внутренних замыканий, которые в состоянии нагреть литий до температуры возгорания.

Под крышкой аккумулятора устанавливается устройство, реагирующее на повышение температуры увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела. В ходе эксплуатации за безопасностью следит специальная электроника, контролирующая температуру в каждой ячейке, температуру модуля, в котором они собраны, и температуру пакета аккумуляторов. Необходима и эффективная охлаждающая система.

Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет всего лишь 4-6 % за первый месяц, затем – еще меньше: за год аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в зависимости от температуры в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс-500-1000 циклов.

Применение Li-ion баттарей в гибридах и электромобилях

При создании гибридов и электромобилей разработчики все чаще применяют литий-ионные батареи. Во-первых, это связано с их лучшим весовым качеством (отношением запасенной энергии к массе). Современные батареи, применяемые на автомобилях, способны вмещать 0,8-2,6 кВт*ч на килограмм собственного веса. Во-вторых, они допускают более глубокий заряд и разряд.

Если для никель-металлгидридного аккумулятора оптимальный диапазон зарядки составляет от 40% до 60%, то есть всего 20% общей емкости, то для литий-ионного она в 2,5 раза больше: от 25% до 75%. Срок их службы больше. Например, гарантия на литий-ионную батарею французской фирмы SAFT составляет 10 лет, а на никель-металлгидридную производства Panasonic – только 8 лет. Есть у литий-ионных батарей и существенные недостатки.

Во-первых, невозможность реанимировать полностью разряженный аккумулятор. Во-вторых, для работы им нужно обеспечить узкий температурный диапазон от 25 до 45 градусов. Если их не согревать зимой, емкость упадет на треть при -10, и наполовину при -20 градусов. Летом еще опаснее: при 55-60 градусах аккумуляторы начинают разрушаться – их приходится охлаждать даже при стоянке на солнцепеке. Высока и себестоимость, которая может достигать до половины цены всего электромобиля. Однако будущее все равно за литий-ионными батареями.

История создания Li-ion аккумуляторов

Первичные химические источники тока с литиевым анодом появились в 70-х годах. Однако при создании аккумуляторов, составленных из них, возникли серьезные проблемы, которые были преодолены только к середине 90-х годов. Эти проблемы были связаны с активностью лития: при больших токах происходил разогрев и самовозгорание батареи. Поэтому от применения чистого лития отказались, а решили использовать его ионы. Отсюда и пошло название аккумуляторов.

Хотя литий-ионные аккумуляторы обеспечивают меньшую энергетическую плотность, чем литиевые аккумуляторы, зато они безопасны при условии соблюдения правильных режимов заряда и разряда. В них отсутствует металлический литий, а процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой.

avtonov.info

Fisker патентует твердотельные литиевые батареи для электромобилей будущего / Habr

Компания Fisker Automitive, созданная экс-сотрудником Tesla Хенриком Фискером, объявила о прорыве в разработке аккумуляторов. Судя по информации, предоставленной Fisker, речь идет о твердотельных аккумуляторах нового типа, которые будут использоваться в собственных электромобилях компании. Эти батареи обеспечивают машине запас хода вплоть до 800 км, а заряжаются они менее, чем за минуту. Таким образом, разработка решает сразу две главные проблемы электромобилей — относительно малый запас хода и время зарядки.

Fisker подала патентную заявку на свое изобретение. Основные отличительные его черты — новый тип материалов, используемый для создания батарей и новый технологический процесс, критически важный для увеличения емкости батареи и скорости ее зарядки.

Благодаря особенностям электродов твердотельных батарей плотность энергии в них в 2,5 раз больше, чем в литиево-ионных аккумуляторах. Именно благодаря высокой плотности, как утверждают ученые из Fisker, запас хода электромобиля удается увеличить в несколько раз, по сравнению с аналогами на обычных батареях. В этом случае время зарядки аккумулятора электромобиля меньше, чем время, которое тратит водитель обычного авто на заправку бака топливом.

К сожалению, для производства аккумуляторов от Fisker необходимо создать полностью новое производство. А это возможно осуществить не ранее, чем через несколько лет. По словам представителей компании, наладить выпуск твердотельных аккумуляторов удастся не ранее 2023 года.

«Этот прорыв — начало новой эры твердотельных материалов и технических процессов. Мы сейчас решаем все проблемы, которые появляются на пути коммерциализации технологии, такие, как производительность при низких температурах, удешевление процесса производства, возможность миниатюризации аккумуляторов», — заявил Фабио Албано, вице-президент аккумуляторного подразделения в Fisker Inc.

Твердотельная технология Fisker предусматривает использование объемных электродов, площадь удельной поверхности которых в 25 раз больше площади удельной поверхности обычных пленочных электродов в литиево-ионных батареях

На данный момент у технологии, предложенной Fisker, действительно есть ряд нерешенных проблем. Главные — это возможность увеличения плотности размещения электродов, ограниченный температурный интервал эксплуатации, ограниченное количество материалов, которые можно использовать для создания батарей, немасштабируемый процесс производства. Тем не менее, в Fisker обещают найти решения для каждой из названных проблем. Именно для этого компании и требуется пять лет.

Уже предложена конструкция электродов, которая позволит производить универсальные аккумуляторы различных размеров и вольтажа. Но кроме чисто технических проблем, нужно решать еще и вопросы логистики — ведь сейчас нет готовых цепочек поставок необходимых материалов и оборудования для производства твердотельных батарей. Все это придется создавать с нуля.

Тем не менее, новая технология сулит отличные перспективы. Кроме запаса хода в 800 км, аккумуляторы после отладки процесса производства будут более дешевыми, чем нынешние батареи. На данный момент дороговизна электромобилей и относительно малый запас хода останавливают большинство потенциальных покупателей таких транспортных средств.

Руководство Fisker сейчас ведет переговоры с различными промышленными группами, пытаясь наладить производство аккумуляторов раньше 2023 года.

Как уже говорилось, изначально свои аккумуляторы компания будет устанавливать в электромобили собственной конструкции. Но в Fisker не исключают и возможность изготовления батарей меньшего размера, чтобы поставлять их представителям из других сфер электроники.

Максимальный запас хода на данный момент — у электрокаров Tesla. Это 540 километров у Tesla model S 100D. Минимальное время зарядки батареи машины составляет 30 минут. Ранее Tesla запустила проект станций быстрой замены аккумуляторов, но из-за технических сложностей эта система оказалась неэффективной и от нее было решено отказаться.

habr.com

АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

     В последнее время всё больше автомобилей переходят с бензиновых двигателей на электрические. Конечно последним всё ещё далеко по своим характеристикам до классических — внутреннего сгорания, но прогресс на месте не стоит, и если пока пальму первенства удерживают бензиновые и дизельные, то очень скоро произойдёт массовый переход на более экологичные и бесшумные двигатели на электротяге.

     На данный момент слабым местом электромобиля является аккумулятор. Сейчас используются в основном литий — ионные. Такие аккумуляторы, при их преимуществах связанных с относительно небольшими размерами, больше страдают от процесса ухудшение характеристик со временем. Большинство таких аккумуляторов не может служить больше пяти лет. Количество зарядно-разрядных циклов не так влияют на ресурс, как возраст, при коротком времени цикла заряда и разряда, батарея выдерживает до 2000 циклов. Для достижения максимальной длительности эксплуатации аккумулятора, при заряде необходимо использовать токи равные половине емкости. И нежелательно превышать предел в одну ёмкость, так как это приводит к резкому сокращению срока службы.

     В настоящее время существуют такие разновидности литий ионных аккумуляторов: на базе кобальтатов лития на графитовых электродах, и на основе других элементов — LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 , LiFePO4.

     Сейчас автопроизводители используют такие аккумуляторы, есть модель с напряжением 36 В, способная отдавать более 15 кВт мощности, другая модель, состоящая из 200 отдельных никель-метал-гидридных батарей. Каждый отдельный элемент этой батареи расположена в коробке из стали и дает напряжение 1,3 В. Батареи собраны вместе в группы по несколько штук. В портативном батарейном источнике питания 50 модулей. Полное напряжение портативного батарейного источника питания составляет около 300 вольт.

     В аккумуляторах электромобилей Honda используют элементы с силой тока при разрядке составляет 100A, а при зарядке — 50A. Напряжение батареи 240 В.

     Автомобили на электротяге Nissan, имеют литий-ионные батареи плоского типа. Под днищем авто спрятано 50 модулей: вес каждого модуля 4 кг, и общая энергоотдача отдача – 90 кВт. Этого достаточно, чтобы питать 80-киловаттный электромотор (280 Н·м)  и другие бортовые системы. Заряженных батарей хватает где-то на 160 км проезда.
 

     В автомобилях на электротяге используются следующие модификации литиевых аккумуляторов: 

— Никель-кобальт-марганец. 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 остается восприимчивым к тепловому уходу, но меньше так чем диоксид кобальта.

— Никель-кобальт-алюминий. Этот сплав подобен NCM, но алюминий стоит меньше.

— Фосфат железа. Этот сплав мог бы стать самым перспективным, потому что он стабилен и безопасен. Не имеет никаких проблем с перегревом. Недостатком является то, что аккумуляторы из FePo работают при более низком напряжении, чем кобальтовый аккумулятор, поэтому батарей и элементов должно быть больше.

     Вес всей аккумуляторной батареи в электромобилях не мал, и составляет от 50 до 400 кг. Но всё-же литий-ионный аккумулятор вырабатывает примерно вдвое больше энергии на единицу веса, чем предыдущее поколение никель-метал-гидридных аккумуляторов. В перспективе можно спрогнозировать полный переход автомобилей на электротягу с использованием литий — ионных аккумуляторов и их модификаций. Особенно это относится к городскому транспорту, так как вопрос экологичности у него стоит на первом месте.

     ФОРУМ по аккумуляторам и зарядным устройствам.

elwo.ru

Аккумуляторные батареи для электромобилей — что важно знать о АКБ ⚡ HEvCars

Для потенциального владельца, а также людей, которые интересуются тенденциями развития экологичного транспорта первым пунктом вызывающим интерес, являются аккумуляторные батареи электрокара. Поскольку этот элемент в традиционном понимании автомобиля олицетворяет топливный бак, следовательно, возникает множество аналогий и вопросов. Какие существуют аккумуляторные батареи? Сколько они заряжаются? Какова длительность эксплуатации? Как их обслуживать? Сколько стоят и какие производители лучше? Что делать с подержанными АКБ далее?
Для полноты восприятия механизма работы аккумуляторных батарей их различий, достоинств и недостатков, в данной статье попробуем рассмотреть все основные характеристики.

Аккумуляторная батарея Chevrolet Bolt EV © media.gm.com

Типы аккумуляторных батарей для электромобилей

В современном производстве электромобилей, чаще всего используют литий-ионные батареи. Средний период эксплуатации таких аккумуляторов составляет порядка 8 лет, что подтверждают сами производители АКБ.
Определяющей характеристикой для литий-ионных батарей, является возраст и число циклов зарядов батареи, то есть сколько раз данную батарею можно заряжать в период эксплуатации. Среднее число полных «зарядок» современных аккумуляторных батарей для электромобилей составляет несколько тысяч циклов.

Кроме этого важную роль играет корректная эксплуатация АКБ, которая включает:

• правильную зарядку и разрядку батареи;
• разумную эксплуатацию в зимний период;
• грамотный расчет производительности;
• температурный режим использования;
• использование ПО для определения состояния батарей, к примеру Leaf Spy Pro, которая показывает, какие ячейки аккумуляторов Nissan Leaf битые, а какие живые.

Большинство литий-ионных аккумуляторов работает на графитных электродах кобальтатов лития с напряжением в 36В и продуцируемой мощностью 15 кВт. Также существуют литиевые источники питания, которые различаются по внутренним компонентам на такие типы:

1. Никель-кобальт-марганцевые. Использование кобальта, который немного дороже марганца увеличивает термин эксплуатации батареи. Небольшим недостатком батарей, считается их чувствительность к высоким температурам.
2. Никель-кобальт-алюминиевые. По своим параметрам схожи с п.1, но дешевле благодаря замене дорого марганца, алюминием.
3. На основе сплава фосфат железа. Надежные и стабильные в эксплуатации, однако аккумуляторов такого типа требуется больше, поскольку они функционируют на пониженном напряжении.

Отметим, что предпочтение отдается литий-ионным источникам питания, ввиду их большей емкости и отдачи энергии. Именно они позиционируются, как главный тип аккумуляторных батарей для электромобилей.

Обслуживание и замена аккумуляторных батарей электромобиля

Разумеется, заменить аккумуляторную батарею можно на любом электромобиле. Однако, это далеко не так просто, как сменить батарейки в пульте ДУ. Замена аккумуляторной батареи в электрокаре скорее напоминает установку компьютерного оборудования, когда кроме подключения «девайса» по разъемам и шлейфам, необходимо установить еще и различные драйвера. Тоже происходит и здесь, после установки аккумуляторной батареи она должна пройти согласование и регистрацию с помощью программы бортового компьютера. Поэтому быстро снять аккумулятор с одного авто и установить на другой не выйдет. Процедура требует определенного обслуживания.
Замена аккумулятора электрокара производится в случае падения его емкости, из-за чего существенно сокращается запас хода и как результат эффективность использования электромобиля.

Аккумуляторная батарея самого популярного электромобиля в Украине Nissan Leaf © newsroom.nissan-europe.com

Механические повреждения АКБ электромобилей, если не учитывать ДТП, довольно редкое явление, которое требует индивидуального решения от замены аккумулятора до полной реорганизации системы.

Отдельно стоит отметить, что современные АКБ электромобилей можно менять блоками, то есть только «битые» ячейки, которые перестали работать. Это существенно удешевляет эксплуатацию электромобилей и упрощает ремонт системы.

Что касается расчета емкости аккумуляторных батарей, то серьезно задумываться над их заменой нужно только после 8 лет эксплуатации, когда запас хода начинает уменьшаться на 20-30% ежегодно. До этого процесс «старения» и уменьшения емкости батарей меняется в зависимости от индивидуальных особенностей модели, а также придерживания правил корректной эксплуатации. Таким образом, даже с б/у аккумулятором, самый популярный в Украине электрокар Nissan Leaf способен проезжать 100-120 километров от начальных 160.

Ячейки аккумуляторных батарей BMW © press.bmwgroup.com

Как падает емкость аккумулятора электромобиля спустя несколько лет?

В большинстве своем в батареях используется литий-марганцевый катод, который собственно и обеспечивает весь функционал батареи, однако он является чувствительным к теплу и отличается ускоренным разрушением и потерей мощности при увеличивающейся температуре.

Существует два источника потери емкости аккумулятора: календарная и эксплуатационная.
Календарная потеря емкости — это потеря с течением времени, а эксплуатационная связана с зарядкой и разрядкой аккумулятора. Эксплуатационные потери зависят от максимального уровня заряда и от глубины разряда, разница между которыми представляет собой процент от общего диапазона мощности, который используется во время цикла.

Технически срок службы батареи состоит их четырех переменных:

• средняя температура;
• стандартное отклонение температуры;
• среднее состояние заряда;
• стандартное отклонение заряда.

Согласно этим критериям кривая потери емкости аккумуляторных батарей с течением времени выглядит следующим образом:

Кривая потери емкости аккумуляторных батарей с течением времени © electricvehiclewiki.com

Если объяснять более доступным языком на конкретном примере, то наиболее оптимальным режимом зарядки батареи Nissan Leaf, в соответствии указанных переменных будет: первые 150 циклов — 6 кВт, последующие циклы 10-12 кВт. Это лучший из вариантов, который минимизирует прежде всего эксплуатационные потери мощности.

Время и способ зарядки аккумуляторных батарей электромобилей

Зарядка электромобиля

На сегодняшний день существует 4 способа зарядки электрокаров:

1. Использование бытовых электросетей в 220 В. Самый популярный способ зарядки, который согласно статистике использует 90% владельцев электромобилей.
2. Зарядка с использованием переменного тока с защитой внутри кабеля для подзарядки, входящего в комплектацию автомобиля.
3. Зарядка от однофазной или трехфазной электросети АЗС с применением специального разъема кабеля.
4. Зарядка электромобиля от специальных электрических заправочных станций быстрым током.

Несмотря на то, что большинство владельцев электромобилей в Украине хотели бы иметь собственный гараж и зарядную станцию, электрокары это преимущественно городские авто чьи владельцы зачастую ограничены лишь парковочным местом на стоянке или во дворе. Это не слишком большой недостаток, поскольку крупные города уже обладают достаточно разветвленной инфраструктурой электрических АЗС, тем не менее, на зарядку АКБ до 80% показателей, придется потратить от 30 минут до одного часа.

Стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей, производители и перспективы рынка

На текущий момент, если ориентироваться на самый доступный электрокар Украины Nissan Leaf и на главный эталон отрасли Tesla Model S, то первый оснащается батареями собственного производства, а основным поставщиком аккумуляторных батарей для Tesla является компания Panasonic, также стоит отметить батареи производства LG, которыми оснащается популярный Chevrolet Bolt.

Работают над улучшением аккумуляторов и другие автопроизводители, к примеру, недавно новую твердотельную батарею с запасом хода 800 км разработала компания Fisker, а корейский концерн Samsung представил на Франкфуртском автосалоне свои многофункциональные аккумуляторные батареи.
В число других востребованных производителей аккумуляторных батарей для электромобилей входят швейцарская компания MES DEA, Beta Research&Development Ltd из Британии, греческая фирма Sunlight, немецкая VARTA. Особого внимания заслуживает анонсированный на 2018 год запуск крупнейшего в мире завода по производству аккумуляторных батарей от компании TESLA.
Также, пока еще на уровне стартапов существует несколько компаний, которые работают над усовершенствованием АКБ для электромобилей. Серьезные успехи в этом направлении демонстрируют:

• британская компания SuperCapacitor Materials — занятая разработкой конденсаторов способных заменить традиционные аккумуляторы;
• компания Phinergy — разрабатывающая прототип металло-воздушного аккумулятора;
• стартап из Австрии Kreisel Electric — занятый оптимизацией и улучшением эргономики АКБ.

Так что в ближайшем будущем мы можем вполне можем рассчитывать на кардинальное изменение аккумуляторных систем электромобилей и их способа подзарядки.

Что делать с использованным аккумулятором?

Видятся разные перспективы, одна из которых утилизация АКБ. Но тут возникает вопрос: утилизация — это фактическое уничтожение дорогостоящего комплектующего, которое уже не годится для электромобиля, но еще вполне подлежит использованию в менее требовательной сфере, как же можно еще использовать оставшийся ресурс батарей?

Ведущие производители электрокаров предлагают первоначальную альтернативу утилизации: использование подержанных АКБ в бытовых системах накопления энергии от альтернативных источников. То есть использовать бывшие батареи электромобилей в качестве аккумуляторов для накопления энергии, вырабатываемой солнечными батареями и ветряными генераторами. К слову, идея не нова, ведь Tesla давно производит комплексы АКБ никак не связанные с электрокарами, а выпускаемые для альтернативной энергии солнечных панелей.

Если применить этот опыт в Украине, можно рассчитывать на то, что продажа б/у электромобильных батарей в Украине способна превратиться в бизнес. Альтернативная энергетика в Украине развивается и если эффективность подобного использования батарей будет доказана или реализована отдельными «энтузиастами», то владельцы электромобилей смогут продавать подержанные батареи пользователям «зеленого тарифа» за вполне приемлемые деньги.

Хранение бывших в употреблении аккумуляторов BMW i3 © press.bmwgroup.com

Еще одним вариантом, который уже начали воплощать некоторые компании — это строительство заводов для хранения, переработки и ремонта бывших в употреблении аккумуляторов, пока такой проект реализован концерном BMW, но в скором времени ожидается открытие подобного предприятия компании Renault.

Автор: hevcars.com.ua

Еще интересное пишут по теме