מצברים לרכב היברידי וחשמלי

במאמר הקודם דנו בסוללה כמקור חשמל, הדרוש בעיקר להפעלת מכונית, כמו גם להפעלה קצרה יחסית של ציוד חשמלי. עם זאת, דרישות שונות לחלוטין מוטלות על תכונות הסוללות המשמשות בתחום הנעה של מכשירים ניידים גדולים, במקרה שלנו, רכבים היברידיים ורכבים חשמליים. כמות הרבה יותר גדולה של אנרגיה מאוחסנת נדרשת להפעלת רכב וצריכה להיות מאוחסנת במקום כלשהו. במכונית קלאסית עם מנוע בעירה פנימית, היא מאוחסנת במיכל בצורה של בנזין, דיזל או גפ"מ. במקרה של רכב חשמלי או רכב היברידי, הוא מאוחסן בסוללות, שניתן לתאר אותן כבעיה העיקרית ברכב חשמלי.

המצברים הנוכחיים יכולים לאחסן מעט אנרגיה, בעוד שהם די מגושמים, כבדים, ויחד עם זאת לוקח מספר שעות להטעין אותם למקסימום (בדרך כלל 8 או יותר). לעומת זאת, כלי רכב קונבנציונאליים עם מנועי בעירה פנימית יכולים לאחסן כמות גדולה של אנרגיה בהשוואה לסוללות במארז קטן, בתנאי שנדרשת רק דקה, אולי שתיים. לרוע המזל, בעיית אחסון החשמל הטרידה כלי רכב חשמליים מאז הקמתם, ולמרות התקדמות שאין להכחישה, צפיפות האנרגיה שלהם הנדרשת להנעת רכב עדיין נמוכה מאוד. בשורות הבאות, שמירת דוא"ל אנו נדון ביתר פירוט באנרגיה וננסה לקרב את המציאות האמיתית של מכוניות בעלות הנעה חשמלית או היברידית טהורה. ישנם הרבה מיתוסים סביב "מכוניות אלקטרוניות" אלה, כך שלא יזיק להסתכל מקרוב על היתרונות או החסרונות של כוננים כאלה.

למרבה הצער, גם הנתונים שניתנו על ידי היצרנים מפוקפקים מאוד והם תיאורטיים למדי. לדוגמה, קיה ונגה מכילה מנוע חשמלי בהספק של 80 קילוואט ומומנט של 280 ננומטר. הכוח מסופק על ידי סוללות ליתיום-יון בקיבולת של 24 קילו-וואט, הטווח המשוער של Kia Vengy EV לפי היצרן הוא 180 ק"מ. קיבולת הסוללות אומרת לנו שבטעינה מלאה הן יכולות לספק צריכת מנוע של 24 קילוואט, או להזין צריכה של 48 קילוואט בחצי שעה וכו'. חישוב פשוט מחדש ולא נוכל לנסוע 180 ק"מ . אם נרצה לחשוב על טווח כזה, אז נצטרך לנסוע בממוצע של 60 קמ"ש במשך כ-3 שעות, והספק המנוע יהיה רק ​​עשירית מהערך הנומינלי, כלומר 8 קילוואט. במילים אחרות, בנסיעה ממש זהירה (זהירה), שבה כמעט בוודאות תשתמשו בבלם בעבודה, נסיעה כזו אפשרית תיאורטית. כמובן, איננו שוקלים הכללת אביזרי חשמל שונים. כולם כבר יכולים לדמיין איזו הכחשה עצמית לעומת מכונית קלאסית. במקביל, שופכים 40 ליטר סולר לוונגה הקלאסית ונוסעים מאות ומאות קילומטרים ללא הגבלות. למה זה כך? בואו ננסה להשוות כמה מהאנרגיה הזו וכמה משקל מכונית קלאסית יכולה להחזיק במיכל, וכמה מכונית חשמלית יכולה להחזיק בסוללות - קרא עוד כאן כאן.

כמה עובדות מהכימיה והפיזיקה

• ערך קלורי של בנזין: 42,7 MJ / ק"ג,
• ערך קלורי של סולר: 41,9 MJ / ק"ג,
• צפיפות בנזין: 725 ק"ג / מ"ק,
• צפיפות שמן: 840 ק"ג / מ"ק,
• ג'ול (J) = [ק"ג * m2 / s2],
• ואט (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 קוט"ש.

אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה, הנמדדת בג'אול (J), קילוואט שעות (קוט"ש). עבודה (מכנית) מתבטאת בשינוי באנרגיה במהלך תנועת הגוף, בעלת אותן יחידות כמו אנרגיה. הספק מבטא את כמות העבודה שנעשתה ליחידת זמן, יחידת הבסיס היא הוואט (W).

כוח ספציפי של מקורות אנרגיה

משאב אנרגיה	ערך קלורי / צפיפות ק"ג	ערך קלורי / l אנרגיה / ליטר	אנרגיה / ק"ג
בנזין	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 קוט"ש / ליטר	11,86 קוט"ש / ק"ג
שמן	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 קוט"ש / ליטר	11,64 קוט"ש / ק"ג
סוללת ליתיום (אאודי R8 e-tron)	42 קוט"ש 470 קג"מ		0,0893 קוט"ש / ק"ג

מהאמור לעיל ברור כי, למשל, עם ערך קלורי של 42,7 MJ / ק"ג וצפיפות של 725 ק"ג / m3, בנזין מציע אנרגיה של 8,60 קוט"ש לליטר או 11,86 קוט"ש לק"ג. אם נבנה את הסוללות הנוכחיות המותקנות כעת ברכבים חשמליים, למשל ליתיום-יון, הקיבולת שלהן נמוכה מ- 0,1 קוט"ש לק"ג (לשם הפשטות, נשקול 0,1 קוט"ש). דלקים קונבנציונאליים מספקים פי מאה יותר אנרגיה לאותו משקל. אתה תבין שזה הבדל עצום. אם נחלק אותו לקטנים, למשל, שברולט קרוז עם סוללה של 31 קוט"ש נושאת אנרגיה שיכולה להכיל פחות מ -2,6 ק"ג בנזין או, אם תרצה, כ -3,5 ליטר בנזין.

אתה יכול לדעת איך יתכן שמכונית חשמלית תתניע בכלל, ועדיין לא תהיה לה יותר ממאה ק"מ אנרגיה. הסיבה פשוטה. המנוע החשמלי יעיל בהרבה מבחינת המרת אנרגיה מאוחסנת לאנרגיה מכנית. בדרך כלל, יעילותה צריכה להיות 100%, בעוד יעילותו של מנוע בעירה פנימית היא כ -90% עבור מנוע בנזין ו -30% עבור מנוע דיזל. לכן, כדי לספק את אותו הספק למנוע החשמלי, זה מספיק עם עתודת אנרגיה נמוכה בהרבה.

קלות השימוש בכוננים בודדים

לאחר הערכת החישוב הפשוט, ההנחה היא שנוכל לקבל כ-2,58 קוט"ש של אנרגיה מכנית מליטר בנזין, 3,42 קוט"ש מליטר סולר ו-0,09 קוט"ש מק"ג של סוללת ליתיום-יון. אז ההבדל הוא לא יותר מפי מאה, אלא רק פי שלושים בערך. זה המספר הכי טוב, אבל עדיין לא ממש ורוד. למשל, קחו בחשבון את אודי R8 הספורטיבית. הסוללות הטעונות במלואן שלה, במשקל 470 ק"ג, הן בעלות אנרגיה שוות ערך של 16,3 ליטר בנזין או רק 12,3 ליטר סולר. לחלופין, אם היה לנו אודי A4 3,0 TDI עם קיבולת מיכל של 62 ליטר סולר והיינו רוצים לקבל את אותו טווח בהנעת סוללה טהורה, היינו צריכים כ-2350 ק"ג של סוללות. עד כה, עובדה זו אינה מעניקה למכונית החשמלית עתיד מזהיר במיוחד. עם זאת, אין צורך לזרוק רובה ציד על השיפון, שכן הלחץ לפתח "מכוניות אלקטרוניות" כאלה יוסר על ידי הלובי הירוק והאכזר, אז בין אם יצרניות הרכב יאהבו את זה ובין אם לא, הם חייבים לייצר משהו "ירוק" . ". תחליף מובהק להנעה חשמלית גרידא היא מה שנקרא היברידיות, המשלבות מנוע בעירה פנימית עם מנוע חשמלי. נכון להיום המוכרים ביותר הם, למשל, טויוטה פריוס (Auris HSD עם אותה טכנולוגיה היברידית) או הונדה אינסייד. עם זאת, הטווח החשמלי הטהור שלהם עדיין מצחיק. במקרה הראשון, כ-2 ק"מ (בגרסה העדכנית של Plug In הוא גדל "ל" 20 ק"מ), ובשני, הונדה אפילו לא דופקת על הנעה חשמלית גרידא. עד כה, האפקטיביות המתקבלת בפועל אינה מופלאה כפי שמציע פרסום המוני. המציאות הראתה שהם יכולים לצבוע אותם בכל תנועה כחולה (כלכלה) בעיקר בטכנולוגיה קונבנציונלית. היתרון של תחנת הכוח ההיברידית טמון בעיקר בחסכון בדלק בנסיעה בעיר. אודי אמרה לאחרונה שכרגע יש צורך רק להפחית את משקל הגוף כדי להגיע, בממוצע, לאותה צריכת דלק שחלק מהמותגים משיגים בהתקנת מערכת היברידית במכונית. גם דגמים חדשים של חלק מהמכוניות מוכיחים שלא מדובר בצרחה אל החושך. כך למשל, הדור השביעי של פולקסווגן גולף שהוצג לאחרונה משתמש ברכיבים קלים יותר כדי ללמוד מהם ובפועל למעשה משתמש בפחות דלק מבעבר. יצרנית הרכב היפנית מאזדה נקטה בכיוון דומה. למרות הטענות הללו, נמשך הפיתוח של הנעה היברידית "ארוכת טווח". כדוגמה אזכיר את אופל אמפרה ובאופן פרדוקסלי את הדגם מהאודי A1 e-tron.

קלות השימוש בכוננים בודדים

משאב אנרגיה	יעילות המנוע	אנרגיה יעילה / ליטר	אנרגיה יעילה / ק"ג
בנזין	0,30	2,58 קוט"ש / ליטר	3,56 קוט"ש / ק"ג
שמן	0,35	3,42 קוט"ש / ליטר	4,07 קוט"ש / ק"ג
בטריות ליתיום	0,90	-	בסדר. 0,1 קוט"ש / ק"ג

אופל אמפרה

למרות שאופל אמפרה מוצגת לרוב כרכב חשמלי, מדובר למעשה ברכב היברידי. בנוסף למנוע החשמלי, האמפר משתמשת גם במנוע בעירה פנימית בנפח 1,4 ליטר של כ"ס. עם זאת, מנוע בנזין זה אינו מניע ישירות את הגלגלים, אלא פועל כגנרטור למקרה שהסוללות ייגמרו. אֵנֶרְגִיָה. החלק החשמלי מיוצג על ידי מנוע חשמלי בהספק של 63 כ"ס (111 כ"ס) ומומנט של 150 ננומטר. ספק הכוח מופעל על ידי 370 תאי ליתיום בצורת T. הספקם הכולל הוא 220 קוט"ש ומשקלם 16 ק"ג. מכונית חשמלית זו יכולה לנסוע 180-40 ק"מ בנסיעה חשמלית גרידא. מרחק זה מספיק לעתים קרובות לנהיגה עירונית לאורך כל היום ומפחית משמעותית את עלויות התפעול מכיוון שתנועת העיר דורשת צריכת דלק משמעותית במקרה של מנועי בעירה. הסוללות ניתנות להטענה גם משקע רגיל, ובשילובן עם מנוע בעירה פנימית, טווח האמפרה משתרע על חמש מאות קילומטרים מכובדים ביותר.

אאודי אלקטרון A1

אודי, שמעדיפה הנעה קלאסית עם טכנולוגיה מתקדמת יותר מאשר הנעה היברידית מאוד תובענית מבחינה טכנית, הציגה לפני יותר משנתיים מכונית היברידית A1 e-tron מעניינת. סוללות ליתיום-יון בעלות קיבולת של 12 קילו-וואט ומשקל של 150 ק"ג נטענות באמצעות מנוע וואנקל כחלק מגנרטור המנצל את האנרגיה בצורה של בנזין המאוחסן במיכל של 254 ליטר. נפח המנוע הוא 15 מ"ק. ס"מ ומייצר 45 קילוואט לשעה. אֵנֶרְגִיָה. למנוע החשמלי הספק של 75 קילוואט והוא יכול להפיק עד 0 קילוואט הספק בזמן קצר. תאוצה מ-100 ל-10 היא כ-130 שניות ומהירות מרבית של כ-50 קמ"ש. המכונית יכולה לנסוע כ-12 ק"מ ברחבי העיר בהנעה חשמלית בלבד. לאחר דלדול ה. האנרגיה מופעלת באופן דיסקרטי על ידי מנוע הבעירה הפנימית הסיבובית ומטעינה את החשמל. אנרגיה עבור סוללות. הטווח הכולל עם סוללות טעונות במלואן ו-250 ליטר בנזין עומד על כ-1,9 ק"מ עם צריכה ממוצעת של 100 ליטר ל-1450 ק"מ. משקל התפעול של הרכב הוא 12 ק"ג. בואו נסתכל על המרה פשוטה כדי לראות בהשוואה ישירה כמה אנרגיה מסתתרת במיכל של 30 ליטר. בהנחה שיעילות מנוע וואנקל מודרנית היא 70%, אז 9 ק"ג ממנו, יחד עם 12 ק"ג (31 ליטר) בנזין, שווים ל-79 קוט"ש של אנרגיה המאוחסנת בסוללות. אז 387,5 ק"ג של מנוע ומיכל = 1 ק"ג של סוללות (מחושב במשקלים של אאודי A9 e-Tron). אם היינו רוצים להגדיל את מיכל הדלק ב-62 ליטר, כבר היו לנו XNUMX קוט"ש של אנרגיה זמינה להנעת המכונית. אז יכולנו להמשיך. אבל בטח יש לו מלכוד אחד. היא כבר לא תהיה מכונית "ירוקה". אז גם כאן רואים בבירור שהכונן החשמלי מוגבל באופן משמעותי על ידי צפיפות ההספק של האנרגיה האצורה בסוללות.

במיוחד המחיר הגבוה יותר, כמו גם המשקל הגבוה, הובילו לכך שההנעה ההיברידית באאודי נמוגה בהדרגה ברקע. עם זאת, אין זה אומר שהפיתוח של מכוניות היברידיות וכלי רכב חשמליים באאודי ירד לחלוטין. מידע על הגרסה החדשה של דגם A1 e-tron הופיע לאחרונה. לעומת הקודם, המנוע/גנרטור הסיבובי הוחלף במנוע 1,5 קילוואט 94 ליטר שלושה צילינדרים טורבו. השימוש ביחידת הבעירה הפנימית הקלאסית נכפה על ידי אאודי בעיקר בשל הקשיים הנלווים לתמסורת זו, ומנוע שלושת הצילינדרים החדש נועד לא רק להטעין את הסוללות, אלא גם לעבוד ישירות עם גלגלי ההינע. לסוללות Sanyo יש תפוקה זהה של 12kWh, והטווח של הכונן החשמלי הטהור הוגדל מעט לכ-80 ק"מ. אודי אומרת שה-A1 e-tron המשודרג צריך ליטר אחד למאה קילומטרים בממוצע. למרבה הצער, להוצאה הזו יש בעיה אחת. לרכבים היברידיים עם טווח חשמלי טהור מורחב. הכונן משתמש בטכניקה מעניינת לחישוב קצב הזרימה הסופי. מתעלמים מהצריכה כביכול. תדלוק מ רשת טעינת הסוללה, כמו גם הצריכה הסופית l/100 ק"מ, לוקחת בחשבון רק את צריכת הבנזין ב-20 הק"מ האחרונים של הנסיעה, כאשר יש חשמל. טעינת בטרייה. על ידי חישוב פשוט מאוד, נוכל לחשב זאת אם הסוללות היו פרוקות כראוי. נסענו אחרי שהחשמל כבה. אנרגיה מסוללות בנזין בלבד, כתוצאה מכך, הצריכה תגדל פי חמישה, כלומר 5 ליטר בנזין לכל 100 ק"מ.

אאודי A1 e-tron II. דוֹר

בעיות אחסון חשמל

סוגיית אגירת האנרגיה עתיקה כמו הנדסת החשמל עצמה. מקורות החשמל הראשונים היו תאים גלווניים. לאחר זמן קצר התגלתה אפשרות של תהליך הפיך של צבירת חשמל בתאים משניים גלווניים - סוללות. הסוללות המשומשות הראשונות היו סוללות עופרת, לאחר זמן קצר ניקל-ברזל וקצת מאוחר יותר ניקל-קדמיום, והשימוש המעשי בהן נמשך יותר ממאה שנים. יש להוסיף גם שלמרות מחקר עולמי אינטנסיבי בתחום זה, העיצוב הבסיסי שלהם לא השתנה הרבה. באמצעות טכנולוגיות ייצור חדשות, שיפור תכונות חומרי הבסיס ושימוש בחומרים חדשים למפרידי תאים וכלים, ניתן היה להפחית מעט את המשקל הסגולי, להפחית את הפריקה העצמית של התאים ולהגביר את הנוחות והבטיחות של המפעיל, וזהו בגדול. החיסרון המשמעותי ביותר, כלומר. נותר יחס מאוד לא נוח בין כמות האנרגיה האצורה למשקל ולנפח הסוללות. לכן, סוללות אלו שימשו בעיקר ביישומים סטטיים (ספקי כוח גיבוי למקרה שהספק הראשי יתקלקל וכו'). סוללות שימשו מקור אנרגיה למערכות מתיחה, בעיקר במסילות (עגלות תובלה), שגם בהן משקל כבד וממדים משמעותיים לא הפריעו יותר מדי.

התקדמות אחסון אנרגיה

עם זאת, הצורך לפתח תאים בעלי יכולות וממדים קטנים בשעות אמפר גדל. לפיכך, נוצרו תאים ראשוניים אלקליין וגרסאות אטומות של ניקל-קדמיום (NiCd) ולאחר מכן נוצרו סוללות ניקל-מתכת הידריד (NiMH). לצורך אנקפסולציה של התאים, אותן צורות וגדלים בשרוול נבחרו כמו לתאי אבץ כלוריד ראשוניים עד כה. בפרט, הפרמטרים שהושגו של סוללות ניקל-מתכת הידריד מאפשרות להשתמש בהם, בפרט, בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים, כוננים ידניים של כלים וכו '. טכנולוגיית הייצור של תאים אלה שונה מהטכנולוגיות המשמשות לתאים עם קיבולת גדולה בשעות אמפר. הסידור הלמילי של מערכת האלקטרודות התא הגדולות מוחלף בטכנולוגיה של המרת מערכת האלקטרודות, כולל מפרידים, לסליל גלילי, שמוחדר לתאים בעלי צורות רגילות בגדלים AAA, AA, C ו- D, ומגעים. כפולים מגודלם. בכמה יישומים מיוחדים מיוצרים תאים שטוחים מיוחדים.

היתרון של תאים הרמטיים עם אלקטרודות ספירליות הוא יכולת טעינה ופריקה גדולה פי כמה בזרמים גבוהים והיחס בין צפיפות האנרגיה היחסית למשקל ונפח התא בהשוואה לעיצוב התא הגדול הקלאסי. החיסרון הוא יותר פריקה עצמית ופחות מחזורי עבודה. הקיבולת המרבית של תא NiMH בודד היא כ-10 Ah. אבל, כמו בצילינדרים אחרים בקוטר גדול יותר, הם אינם מאפשרים טעינת זרמים גבוהים מדי עקב פיזור חום בעייתי, מה שמפחית מאוד את השימוש ברכבים חשמליים, ולכן מקור זה משמש רק כסוללת עזר במערכת היברידית (טויוטה פריוס). 1,3 .XNUMX קילוואט).

התקדמות משמעותית בתחום אגירת האנרגיה הייתה פיתוח סוללות ליתיום בטוחות. ליתיום הוא יסוד בעל ערך פוטנציאל אלקטרוכימי גבוה, אך הוא גם תגובתי ביותר במובן החמצוני, מה שגורם לבעיות גם בשימוש בפועל במתכת ליתיום. כאשר ליתיום בא במגע עם חמצן אטמוספרי, מתרחשת בעירה, שבהתאם לתכונות הסביבה יכולה להיות אופי של פיצוץ. ניתן לבטל תכונה לא נעימה זו על ידי הגנה קפדנית על פני השטח, או על ידי שימוש בתרכובות ליתיום פחות פעילות. נכון לעכשיו, סוללות הליתיום-יון והליתיום-פולימר הנפוצות ביותר בקיבולת של 2 עד 4 Ah באמפר-שעות. השימוש בהם דומה לזה של NiMh, ובמתח פריקה ממוצע של 3,2 וולט, זמינה 6 עד 13 וואט אנרגיה. בהשוואה לסוללות ניקל-מתכת הידריד, סוללות ליתיום יכולות לאגור פי שניים עד ארבעה יותר אנרגיה באותו נפח. לסוללות ליתיום-יון (פולימר) יש אלקטרוליט בצורת ג'ל או מוצקה וניתן לייצר אותן בתאים שטוחים דקיקים עד כמה עשיריות המילימטר כמעט בכל צורה כדי להתאים לצרכי היישום המתאים.

ההנעה החשמלית במכונית נוסעים יכולה להתבצע כעיקרית והיחידה (מכונית חשמלית) או משולבת, כאשר ההנעה החשמלית יכולה להיות גם מקור המתיחה הדומיננטי וגם העזר (הנעה היברידית). בהתאם לגרסה המשמשת, דרישות האנרגיה לתפעול הרכב ולכן קיבולת הסוללות שונות. ברכבים חשמליים קיבולת הסוללה היא בין 25 ל-50 קוט"ש, ועם הנעה היברידית היא מטבע הדברים נמוכה יותר ונעה בין 1 ל-10 קוט"ש. מהערכים הנתונים ניתן לראות כי במתח של תא אחד (ליתיום) של 3,6 וולט, יש צורך לחבר את התאים בסדרה. על מנת לצמצם הפסדים במוליכי הפצה, ממירים ופיתולי מנוע, מומלץ לבחור מתח גבוה מהרגיל ברשת המשולבת (12 וולט) עבור כוננים - הערכים הנפוצים הם בין 250 ל-500 וולט. כיום, תאי ליתיום הם ללא ספק הסוג המתאים ביותר. אמנם, הם עדיין מאוד יקרים, במיוחד בהשוואה לסוללות עופרת. עם זאת, הם הרבה יותר קשים.

המתח הנומינלי של תאי סוללת ליתיום קונבנציונליים הוא 3,6 V. ערך זה שונה מתאי ניקל-מתכת הידריד קונבנציונליים, בהתאמה. NiCd, בעלי מתח נומינלי של 1,2 וולט (או עופרת - 2 וולט), אשר, אם נעשה בהם שימוש בפועל, אינו מאפשר החלפה משני הסוגים. הטעינה של סוללות ליתיום אלו מאופיינת בצורך לשמור בצורה מדויקת ביותר על ערך מתח הטעינה המקסימלי, המצריך מטען מסוג מיוחד ובפרט אינו מאפשר שימוש במערכות טעינה המיועדות לסוגי תאים אחרים.

המאפיינים העיקריים של סוללות ליתיום

המאפיינים העיקריים של סוללות לרכבים חשמליים וכלאיים יכולים להיחשב כמאפייני הטעינה והפריקה שלהם.

מאפיין טעינה 

תהליך הטעינה דורש ויסות של זרם הטעינה, שליטה על מתח התא ושליטה על הטמפרטורה הנוכחית. עבור תאי ליתיום הנמצאים בשימוש כיום המשתמשים ב- LiCoO2 כאלקטרודה הקתודה, מגבלת מתח הטעינה המרבית היא 4,20 עד 4,22 וולט לתא. חריגה מערך זה גורמת לפגיעה במאפייני התא ולהיפך, אי הגעה לערך זה פירושה אי שימוש ביכולת התא הנומינלית. לטעינה משתמשים במאפיין ה- IU הרגיל, כלומר בשלב הראשון הוא נטען בזרם קבוע עד להגעה למתח של 4,20 V / תא. זרם הטעינה מוגבל לערך המרבי המותר שצוין על ידי יצרן התא, בהתאמה. אפשרויות מטען. זמן הטעינה בשלב הראשון משתנה מכמה עשרות דקות למספר שעות, תלוי בגודל זרם הטעינה. מתח התא עולה בהדרגה עד למקסימום. ערכים של 4,2 V. כפי שכבר צוין, אין לחרוג ממתח זה בשל הסיכון לפגיעה בתא. בשלב הראשון של הטעינה, 70 עד 80% מהאנרגיה מאוחסנת בתאים, בשלב השני השאר. בשלב השני מתח הטעינה נשמר על הערך המרבי המותר, וזרם הטעינה יורד בהדרגה. הטעינה מסתיימת כאשר הזרם ירד לכ- 2-3% מזרם הפריקה המדורג של התא. מכיוון שהערך המרבי של זרמי הטעינה במקרה של תאים קטנים יותר גבוה גם הוא פי כמה מזרם הפריקה, ניתן לחסוך חלק משמעותי מהחשמל בשלב הטעינה הראשון. אנרגיה בזמן קצר יחסית (בערך חצי וחצי שעה). כך שבמקרה חירום ניתן לטעון את המצברים של רכב חשמלי לתפוסה מספקת בזמן קצר יחסית. אפילו במקרה של תאי ליתיום, החשמל המצטבר פוחת לאחר תקופת אחסון מסוימת. עם זאת, זה קורה רק לאחר כ -1 חודשים של השבתה.

מאפייני פריקה

המתח יורד תחילה במהירות ל -3,6–3,0 וולט (תלוי בגודל זרם הפריקה) ונשאר כמעט קבוע לאורך כל הפריקה. לאחר מיצוי אספקת הדואר האלקטרוני. האנרגיה גם מורידה את מתח התא במהירות רבה. לכן יש להשלים את הפריקה לא יאוחר ממתח הפריקה המצוינת של היצרן של 2,7 עד 3,0 וולט.

אחרת, מבנה המוצר עלול להיפגע. תהליך הפריקה קל יחסית לשליטה. הוא מוגבל רק בערך הזרם ועוצר כאשר מגיע ערך מתח הפריקה הסופית. הבעיה היחידה היא שהמאפיינים של תאים בודדים בסידור רציף לעולם אינם זהים. לכן יש להקפיד להבטיח שהמתח של תא כלשהו לא יירד מתחת למתח הפריקה הסופית, שכן הדבר עלול לפגוע בו ובכך לגרום לתקלה של כל הסוללה. יש לקחת בחשבון את אותו הדבר בעת טעינת הסוללה.

הסוג המוזכר של תאי ליתיום עם חומר קתודה שונה, שבו תחמוצת קובלט, ניקל או מנגן מוחלף בפוספיד Li3V2 (PO4) 3, מבטל את הסיכונים הנזכרים לפגיעה בתא עקב אי ציות. קיבולת גבוהה יותר. כמו כן, מוצהרים חיי השירות המוצהרים שלהם של כ -2 מחזורי טעינה (בפריקה של 000%) ובעיקר העובדה שכאשר התא פורק לחלוטין, הוא לא ייפגע. היתרון הוא גם מתח נומינלי גבוה יותר של כ -80 בעת טעינה של עד 4,2 וולט.

מהתיאור לעיל ניתן להצביע בבירור כי סוללות ליתיום הן כרגע האלטרנטיבה היחידה כגון אחסון אנרגיה לנהיגה ברכב בהשוואה לאנרגיה המאוחסנת בדלק מאובנים במיכל דלק. כל עלייה בקיבולת הספציפית לסוללה תגדיל את התחרותיות של הכונן ידידותי לסביבה. נותר רק לקוות שהפיתוח לא יאט, אלא להיפך, להתקדם כמה קילומטרים.

דוגמאות לרכבים המשתמשים בסוללות היברידיות וחשמליות

טויוטה פריוס היא היברידית קלאסית עם עתודת הספק נמוכה על חשמל טהור. נהיגה

טויוטה פריוס משתמשת בסוללת NiMH בנפח 1,3 קוט"ש, המשמשת בעיקר כמקור כוח להאצה ומאפשרת שימוש בכונן חשמלי נפרד למרחק של כ- 2 ק"מ במקסימום. מהירות של 50 קמ"ש. בגרסת הפלאג אין כבר משתמשים בסוללות ליתיום-יון בהספק של 5,4 קוט"ש, מה שמאפשר לנהוג אך ורק בכונן חשמלי למרחק של 14-20 ק"מ במהירות מרבית. מהירות 100 קמ"ש.

אופל אמפר-היברידית עם רזרבת כוח מוגברת בדואר אלקטרוני טהור. נהיגה

הרכב החשמלי עם טווח מורחב (40-80 ק"מ), כפי שאופל מכנה אמפר בעל ארבע מושבים עם חמש דלתות, מופעל על ידי מנוע חשמלי בעל 111 כ"ס (150 כ"ס) ומומנט של 370 ננומטר. ספק הכוח מופעל על ידי 220 תאי ליתיום בצורת T. הספקם הכולל הוא 16 קוט"ש ומשקלם 180 ק"ג. הגנרטור הוא מנוע בנזין בנפח 1,4 ליטר עם הספק של 63 כ"ס.

מיצובישי ו- MiEV, סיטרואן C-Zero, פיג'ו iOn-clean el. מכוניות

סוללות ליתיום-יון בהספק של 16 קוט"ש מאפשרות לרכב לנסוע עד 150 ק"מ ללא טעינה, כפי שנמדד בהתאם לתקן NEDC (New European Driving Cycle). סוללות המתח הגבוה (330 וולט) ממוקמות בתוך הרצפה ומוגנות גם על ידי מסגרת העריסה מפני נזקים במקרה של פגיעה. זהו תוצר של ליתיום אנרגיה יפן, מיזם משותף בין מיצובישי לתאגיד GS Yuasa. בסך הכל יש 88 מאמרים. החשמל לכונן מסופק על ידי סוללת ליתיום-יון 330 וולט, המורכבת מ -88 תאים של 50 Ah בהספק כולל של 16 קילוואט. הסוללה תיטען משקע ביתי תוך שש שעות, באמצעות מטען מהיר חיצוני (125 A, 400 V), הסוללה תחויב עד 80% תוך חצי שעה.

אני עצמי מעריץ גדול של רכבים חשמליים ועוקב כל הזמן אחר הנעשה בתחום הזה, אבל המציאות כרגע לא כל כך אופטימית. זה מאושש גם על ידי המידע לעיל, שמראה כי החיים של רכבים חשמליים טהורים וגם היברידיים אינם קלים, ולעתים קרובות רק משחק מספרים מתיימר להיות כך. הייצור שלהם עדיין תובעני ויקר מאוד, והיעילות שלהם נתונה לוויכוח שוב ושוב. החיסרון העיקרי של כלי רכב חשמליים (היברידיים) הוא הקיבולת הספציפית הנמוכה מאוד של האנרגיה האצורה בסוללות בהשוואה לאנרגיה האצורה בדלקים קונבנציונליים (דיזל, בנזין, גז נפט נוזלי, גז טבעי דחוס). כדי באמת לקרב את כוחם של כלי רכב חשמליים למכוניות קונבנציונליות, סוללות יצטרכו להפחית את משקלן בעשירית לפחות. המשמעות היא שאאודי R8 e-tron המוזכרת נאלצה לאחסן 42 קילו-וואט לא ב-470 ק"ג, אלא ב-47 ק"ג. בנוסף, זמן הטעינה יצטרך להיות מופחת באופן משמעותי. בערך שעה בקיבולת 70-80% זה עדיין הרבה, ואני לא מדבר על 6-8 שעות בממוצע בטעינה מלאה. אין צורך להאמין גם לשטויות על אפס ייצור של רכבים חשמליים CO2. הבה נציין מיד את העובדה האנרגיה בשקעים שלנו מופקת גם על ידי תחנות כוח תרמיות, והן לא רק מייצרות מספיק CO2. שלא לדבר על הייצור המורכב יותר של מכונית כזו, שבה הצורך ב-CO2 לייצור גדול בהרבה מאשר בקלאסית. אסור לשכוח את מספר הרכיבים המכילים חומרים כבדים ורעילים וסילוקם הבעייתי לאחר מכן.

עם כל המינוסים שהוזכרו ולא הוזכרו, גם לרכב חשמלי (היברידית) יש יתרונות שאין להכחישה. בתנועה עירונית או במרחקים קצרים יותר, אין להכחיש את פעולתם החסכונית יותר, רק בגלל עיקרון אגירת האנרגיה (התאוששות) בזמן בלימה, כאשר בכלי רכב קונבנציונליים היא מוסרת בזמן בלימה בצורה של פסולת חום לאוויר, לא כדי ציין את האפשרות של נסיעה של כמה ק"מ ברחבי העיר לטעינה זולה מהמייל הציבורי. נֶטוֹ. אם נשווה מכונית חשמלית טהורה למכונית קלאסית, הרי שבמכונית קונבנציונלית ישנו מנוע בעירה פנימית, שהוא כשלעצמו אלמנט מכני מורכב למדי. יש להעביר את הכוח שלו לגלגלים בדרך כלשהי, וזה נעשה בעיקר באמצעות תיבת הילוכים ידנית או אוטומטית. עדיין יש דיפרנציאל אחד או יותר בדרך, לפעמים גם גל הינע וסדרה של צירי סרן. כמובן שגם המכונית צריכה להאט, המנוע צריך להתקרר, והאנרגיה התרמית הזו אובדת ללא תועלת לסביבה בתור חום שיורי. מכונית חשמלית הרבה יותר יעילה ופשוטה - (לא תקף להנעה היברידית, שהיא מאוד מסובכת). המכונית החשמלית אינה מכילה תיבות הילוכים, תיבות הילוכים, קרדנים וחצאי גלים, תשכחו מהמנוע מלפנים, מאחור או באמצע. הוא אינו מכיל רדיאטור, כלומר נוזל קירור ומתנע. היתרון של מכונית חשמלית הוא בכך שהיא יכולה להתקין מנועים ישירות לתוך הגלגלים. ופתאום יש לך את הטרקטורון המושלם שיכול לשלוט בכל גלגל ללא תלות באחרים. לכן עם רכב חשמלי לא יהיה קשה לשלוט רק בגלגל אחד, וניתן גם לבחור ולשלוט בחלוקת הכוח האופטימלית לסיבובים. כל אחד מהמנועים יכול להיות גם בלם, שוב בלתי תלוי לחלוטין בגלגלים האחרים, הממיר לפחות חלק מהאנרגיה הקינטית בחזרה לאנרגיה חשמלית. כתוצאה מכך, הבלמים הקונבנציונליים יהיו נתונים להרבה פחות מתח. המנועים יכולים להפיק את ההספק המרבי הזמין כמעט בכל זמן וללא דיחוי. היעילות שלהם בהמרת אנרגיה האצורה בסוללות לאנרגיה קינטית היא כ-90%, שהם בערך פי שלושה מהמנועים הרגילים. כתוצאה מכך, הם אינם מייצרים חום שיורי כל כך ואינם צריכים להיות קשים לקירור. כל מה שאתה צריך בשביל זה הוא חומרה טובה, יחידת בקרה ומתכנת טוב.

Suma sumárum. אם מכוניות חשמליות או מכוניות היברידיות קרובות אפילו יותר למכוניות קלאסיות עם מנועים חסכוניים בדלק, עדיין יש להן דרך קשה וקשה מאוד. אני רק מקווה שזה לא אושר במספר מספרים מטעים או. לחץ מוגזם מצד גורמים רשמיים. אבל בואו לא להתייאש. התפתחות הננוטכנולוגיה באמת נעה בצעדי גבול, ואולי ניסים באמת צפויים לנו בעתיד הקרוב.

לבסוף, אוסיף עוד דבר מעניין. יש כבר תחנת תדלוק סולרית.

טויוטה תעשיות קורפ (TIC) פיתחה תחנת טעינה סולארית לרכבים חשמליים והיברידיים. התחנה מחוברת גם לרשת החשמל, כך שפאנלים סולאריים של 1,9 קילוואט הם סביר יותר מקור אנרגיה נוסף. באמצעות מקור חשמל עצמאי (סולארי), תחנת הטעינה יכולה לספק הספק מרבי של 110 VAC / 1,5 קילוואט, כאשר היא מחוברת לרשת החשמל, היא מציעה מקסימום 220 VAC / 3,2 קילוואט.

חשמל שאינו בשימוש מפאנלים סולאריים מאוחסן בסוללות שיכולות לאחסן 8,4 קוט"ש לשימוש מאוחר יותר. כמו כן, ניתן לספק חשמל לרשת ההפצה או לאביזרי תחנת האספקה. עמדות הטעינה המשמשות בתחנה כוללות טכנולוגיית תקשורת מובנית המסוגלת לזהות רכבים בהתאם. בעליהם באמצעות כרטיסים חכמים.

מונחים חשובים לסוללות

• כוח - מציין את כמות המטען החשמלי (כמות האנרגיה) המאוחסנת בסוללה. הוא מצוין בשעות אמפר (Ah) או, במקרה של מכשירים קטנים, במיליאמפר שעות (mAh). סוללת 1 Ah (= 1000 mAh) מסוגלת באופן תיאורטי לספק אמפר 1 למשך שעה אחת.
• התנגדות פנימית - מציין את יכולת הסוללה לספק זרם פריקה פחות או יותר. לצורך המחשה, ניתן להשתמש בשני מיכלים, אחד עם יציאה קטנה יותר (התנגדות פנימית גבוהה) והשני עם אחד גדול יותר (התנגדות פנימית נמוכה). אם נחליט לרוקן אותם, מיכל עם פתח ניקוז קטן יותר יתרוקן לאט יותר.
• מתח מדורג סוללה - עבור סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד, הוא 1,2 וולט, עופרת 2 וולט וליתיום מ-3,6 עד 4,2 וולט. במהלך הפעולה, מתח זה משתנה בין 0,8 - 1,5 וולט עבור סוללות ניקל-קדמיום וניקל-מתכת הידריד, 1,7 - 2,3 וולט לעופרת ו-3-4,2 ו-3,5-4,9 לליתיום.
• זרם טעינה, זרם פריקה – מבוטא באמפר (A) או מיליאמפר (mA). זהו מידע חשוב לשימוש מעשי בסוללה המדוברת עבור מכשיר מסוים. כמו כן, היא קובעת את התנאים לטעינה ופריקה נכונה של הסוללה כך שהקיבולת שלה מנוצלת למקסימום ויחד עם זאת לא תהרס.
• טעינה בהתאם. עקומת פריקה - מציג באופן גרפי את השינוי במתח בהתאם לזמן הטעינה או פריקת הסוללה. כאשר סוללה מתרוקנת, יש בדרך כלל שינוי קטן במתח במשך כ-90% מזמן הפריקה. לכן, קשה מאוד לקבוע את המצב הנוכחי של הסוללה מהמתח הנמדד.
• פריקה עצמית, פריקה עצמית - הסוללה לא יכולה לשמור על חשמל כל הזמן. אנרגיה, שכן התגובה באלקטרודות היא תהליך הפיך. סוללה טעונה מתרוקנת מעצמה בהדרגה. תהליך זה יכול להימשך מספר שבועות עד חודשים. במקרה של סוללות עופרת, מדובר ב-5-20% לחודש, לסוללות ניקל-קדמיום - כ-1% מהמטען החשמלי ליום, במקרה של סוללות ניקל-מתכת הידריד - כ-15-20% לכל. חודש, והליתיום מאבד כ-60%. קיבולת לשלושה חודשים. פריקה עצמית תלויה בטמפרטורת הסביבה וכן בהתנגדות פנימית (סוללות בעלות התנגדות פנימית גבוהה יותר פורקות פחות) וכמובן חשובים גם העיצוב, החומרים בהם נעשה שימוש והביצוע.
•  סוללה (ערכות) – רק במקרים חריגים משתמשים בסוללות בנפרד. בדרך כלל הם מחוברים בסט, כמעט תמיד מחוברים בסדרה. הזרם המרבי של קבוצה כזו שווה לזרם המרבי של תא בודד, המתח הנקוב הוא סכום המתחים הנקובים של התאים הבודדים.
•  הצטברות של סוללות.  סוללה חדשה או שאינה בשימוש צריכה להיות כפופה לאחד אבל עדיף למספר (3-5) מחזורי טעינה מלאים איטיים ואיטי. תהליך איטי זה קובע את פרמטרי הסוללה לרמה הרצויה.
•  אפקט זיכרון – זה קורה כאשר הסוללה נטענת ומתרוקנת לאותה רמה עם זרם קבוע בערך, לא יותר מדי, ולא אמורה להיות טעינה מלאה או פריקה עמוקה של התא. תופעת לוואי זו השפיעה על NiCd (במינימום גם NiMH).