Rafhlöður fyrir tvinnbíla og rafknúin ökutæki

Í fyrri grein okkar ræddum við rafhlöðuna sem rafmagnsgjafa, fyrst og fremst nauðsynleg til að ræsa bíl, svo og tiltölulega skammtíma notkun rafbúnaðar. Hins vegar eru gerðar allt aðrar kröfur um eiginleika rafhlöður sem notaðar eru á sviði knúningar stórra farsíma, í okkar tilviki tvinnbíla og rafknúinna ökutækja. Miklu meira magn af geymdri orku þarf til að knýja ökutæki og þarf að geyma einhvers staðar. Í klassískum bíl með brunahreyfli er hann geymdur í tankinum í formi bensíns, dísil eða LPG. Ef um er að ræða rafknúið ökutæki eða tvinnbíl er það geymt í rafhlöðum, sem lýsa má sem aðalvandamáli með rafknúið ökutæki.

Núverandi rafgeymar geta geymt litla orku á meðan þeir eru frekar fyrirferðarmiklir, þungir og á sama tíma tekur það nokkrar klukkustundir að endurnýja þær að hámarki (venjulega 8 eða meira). Aftur á móti geta hefðbundin ökutæki með brunahreyflum geymt mikið magn af orku samanborið við rafhlöður í litlu hylki, að því tilskildu að það taki aðeins mínútu, kannski tvær, að endurhlaða. Því miður hefur vandamálið við geymslu rafmagns hrjáð rafbíla frá upphafi og þrátt fyrir óneitanlega framfarir er orkuþéttleiki þeirra sem þarf til að knýja ökutæki enn mjög lítill. Í eftirfarandi línum, vistunarpóstur Við munum fjalla nánar um orku og reyna að færa raunveruleika bíla nær hreinum rafmagns- eða tvinndrifi. Það eru margar goðsagnir í kringum þessa „rafeindabíla“ þannig að ekki skemmir fyrir að skoða kosti eða galla slíkra drifa betur.

Því miður eru tölurnar sem framleiðendur gefa upp einnig mjög vafasamar og frekar fræðilegar. Sem dæmi má nefna að í Kia Venga er rafmótor með 80 kW afl og 280 Nm tog. Aflgjafinn er af litíumjónarafhlöðum með 24 kWh afkastagetu, áætlað drægni Kia Vengy EV samkvæmt framleiðanda er 180 km. Afkastageta rafgeymanna segir okkur að fullhlaðnar geta þær veitt 24 kW vélanotkun eða eyðslu upp á 48 kW á hálftíma o.s.frv. Einfaldur endurútreikningur og við getum ekki keyrt 180 km . Ef við vildum hugsa um slíkt drægni, þá þyrftum við að keyra að meðaltali 60 km/klst í um 3 klukkustundir, og vélaraflið yrði aðeins tíundi hluti af nafnverði, þ.e. 8 kW. Með öðrum orðum, með virkilega varkárri (varkárri) ferð, þar sem þú munt nánast örugglega nota bremsuna í vinnunni, er slík ferð fræðilega möguleg. Auðvitað lítum við ekki á það að vera með ýmsar rafmagns fylgihluti. Allir geta nú þegar ímyndað sér hvílík sjálfsafneitun miðað við klassískan bíl. Á sama tíma hellir þú 40 lítrum af dísilolíu í hinn klassíska Venga og keyrir hundruð og hundruð kílómetra án takmarkana. Hvers vegna er það svo? Við skulum reyna að bera saman hversu mikið af þessari orku og hversu mikla þyngd klassískur bíll getur haldið í tankinum og hversu mikið rafbíll getur tekið í rafhlöðum - lesið meira hér HÉR.

Nokkrar staðreyndir frá efnafræði og eðlisfræði

• hitaverðmæti bensíns: 42,7 MJ / kg,
• hitaverðmæti dísilolíu: 41,9 MJ / kg,
• bensínþéttleiki: 725 kg / m3,
• olíuþéttleiki: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Orka er getan til að vinna vinnu, mæld í joules (J), kílóvattstundum (kWh). Vinna (vélræn) birtist með breytingu á orku við hreyfingu líkamans, hefur sömu einingar og orka. Afl gefur til kynna hversu mikið er unnið á hverja tímaeiningu, grunneiningin er wött (W).

Sértækur kraftur orkugjafa

Orkuauðlind	Hitaverð / kg þéttleiki	Hitaverð / l Orka / l	Orka / kg
Bensín	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Olía	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion rafhlaða (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Af ofangreindu er ljóst að til dæmis, með hitaverðmæti 42,7 MJ / kg og þéttleika 725 kg / m3, bensín býður upp á orku 8,60 kWh á lítra eða 11,86 kWh á kíló. Ef við byggjum núverandi rafhlöður sem eru nú settar upp í rafknúnum ökutækjum, til dæmis litíumjónum, er afkastageta þeirra undir 0,1 kWh á kílógramm (til einföldunar munum við íhuga 0,1 kWh). Hefðbundið eldsneyti veitir meira en hundrað sinnum meiri orku fyrir sömu þyngd. Þú munt skilja að þetta er mikill munur. Ef við skiptum því niður í litla, til dæmis, þá ber Chevrolet Cruze með 31 kWh rafhlöðu orku sem rúmar minna en 2,6 kg af bensíni eða, ef þú vilt, um 3,5 lítra af bensíni.

Þú getur sagt hvernig það er mögulegt að rafbíll gangi yfirleitt en ekki að hann hafi enn meira en 100 km orku. Ástæðan er einföld. Rafmótorinn er mun skilvirkari hvað varðar að breyta geymdri orku í vélræna orku. Venjulega ætti afköstin að vera 90% en skilvirkni brunahreyfils er um 30% fyrir bensínvél og 35% fyrir dísilvél. Þess vegna, til að veita rafmótorinum sama afl, er það nóg með mun lægri orkuforða.

Auðvelt í notkun einstakra drifa

Eftir að hafa metið einfaldaða útreikninginn er gert ráð fyrir að við getum fengið um það bil 2,58 kWh af vélrænni orku úr lítra af bensíni, 3,42 kWh úr lítra af dísilolíu og 0,09 kWh úr kílógrammi af litíumjónarafhlöðu. Munurinn er því ekki meira en hundraðfaldur, heldur aðeins um þrjátíufaldur. Þetta er besta númerið en samt ekki rosalega bleikt. Tökum sem dæmi hinn sportlega Audi R8. Fullhlaðnar rafhlöður hans, sem vega 470 kg, hafa orkujafngildi upp á 16,3 lítra af bensíni eða aðeins 12,3 lítra af dísilolíu. Eða ef við ættum Audi A4 3,0 TDI með 62 lítra tankrými af dísilolíu og við vildum hafa sama drægni á hreinu rafhlöðudrifi, þá þyrftum við um það bil 2350 kg af rafhlöðum. Enn sem komið er gefur þessi staðreynd rafbílnum ekki mjög bjarta framtíð. Hins vegar er óþarfi að kasta haglabyssu í rúginn, þar sem þrýstingurinn á að þróa slíka "rafbíla" mun minnka af miskunnarlausu grænu anddyrinu, þannig að hvort sem bílaframleiðendum líkar það betur eða verr verða þeir að framleiða eitthvað "grænt" . “. Ákveðinn staðgengill fyrir hreint rafdrif er svokallaðir blendingar sem sameina brunavél og rafmótor. Þekktastir um þessar mundir eru til dæmis Toyota Prius (Auris HSD með sömu tvinntækni) eða Honda Inside. Hins vegar er eingöngu rafmagnssvið þeirra enn hlæjandi. Í fyrra tilvikinu, um 2 km (í nýjustu útgáfunni af Plug In er það aukið „í“ 20 km), og í öðru tilvikinu bankar Honda ekki einu sinni á eingöngu rafmagnsdrif. Enn sem komið er er árangurinn í reynd ekki eins kraftaverkur og fjöldaauglýsingar gefa til kynna. Raunveruleikinn hefur sýnt að þeir geta litað þá með hvaða bláu hreyfingu (hagkerfi) sem er, aðallega með hefðbundinni tækni. Kosturinn við tvinnorkuverið liggur einkum í sparneytni við akstur innanbæjar. Audi sagði nýlega að eins og er sé aðeins nauðsynlegt að minnka líkamsþyngd til að ná að meðaltali sömu sparneytni og sum vörumerki ná með því að setja tvinnkerfi í bíl. Nýjar gerðir af sumum bílum sanna líka að þetta er ekki öskur út í myrkrið. Sem dæmi má nefna að sjöunda kynslóð Volkswagen Golf, sem nýlega var kynnt, notar léttari íhluti til að læra af og notar í raun minna eldsneyti en áður. Japanski bílaframleiðandinn Mazda hefur tekið svipaða stefnu. Þrátt fyrir þessar fullyrðingar heldur þróun "langdrægu" tvinndrifs áfram. Sem dæmi nefni ég Opel Ampera og, þversagnakennt, líkanið af Audi A1 e-tron.

Auðvelt í notkun einstakra drifa

Orkuauðlind	Skilvirkni hreyfils	Virk orka / l	Virk orka / kg
Bensín	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Olía	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Litíum jón rafhlöður	0,90	-	Allt í lagi. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Þó að Opel Ampera sé oft kynntur sem rafknúinn ökutæki, þá er hann í raun tvinnbíll. Auk rafmótorsins notar Ampere einnig 1,4 lítra 63 kW brunahreyfli. Hins vegar rekur þessi bensínvél ekki beint hjólin heldur virkar það sem rafall ef rafhlöðurnar klárast. Orka. Rafmagnshlutinn er táknaður með rafmótor með afköst 111 kW (150 hestöfl) og tog 370 Nm. Aflgjafinn er knúinn af 220 T-laga litíumfrumum sem hafa samtals 16 kWst afl og vega 180 kg. Þessi rafbíll getur keyrt 40-80 km á eingöngu rafknúnum akstri. Þessi vegalengd er oft nægjanleg fyrir borgarakstur allan daginn og dregur verulega úr rekstrarkostnaði þar sem umferð um borg krefst verulegs eldsneytisnotkunar þegar um er að ræða brennsluvélar. Einnig er hægt að endurhlaða rafhlöðurnar úr venjulegu innstungu og í samsetningu með brunahreyfli nær drægi Ampera upp í mjög virðuleg fimm hundruð kílómetra.

Audi e rafeind A1

Audi, sem kýs klassískan akstur með fullkomnari tækni en tæknilega mjög krefjandi tvinndrif, kynnti áhugaverðan A1 e-tron tvinnbíl fyrir meira en tveimur árum. Lithium-ion rafhlöður með 12 kWst afkastagetu og 150 kg þyngd eru hlaðnar af Wankel vél sem hluti af rafal sem nýtir orkuna í formi bensíns sem geymt er í 254 lítra tanki. Rúmmál vélarinnar er 15 rúmmetrar. cm og framleiðir 45 kW/h el. Orka. Rafmótorinn er 75 kW afl og getur framleitt allt að 0 kW afl á stuttum tíma. Hröðun úr 100 í 10 er um 130 sekúndur og hámarkshraði um 50 km á klst. Eftir að e. orkan er næðislega virkjuð af snúningsbrennsluvélinni og hleður rafmagnið aftur. orku fyrir rafhlöður. Heildardrægni með fullhlaðnum rafhlöðum og 12 lítrum af bensíni er um 250 km með meðaleyðslu upp á 1,9 lítra á 100 km. Rekstrarþyngd ökutækisins er 1450 kg. Við skulum skoða einfalda umbreytingu til að sjá í beinum samanburði hversu mikil orka er falin í 12 lítra tanki. Miðað við að nýtni nútíma Wankel vélar sé 30%, þá jafngildir 70 kg af henni, ásamt 9 kg (12 L) af bensíni, 31 kWst af orku sem geymd er í rafhlöðum. Þannig að 79 kg af vél og tanki = 387,5 kg af rafhlöðum (reiknað í Audi A1 e-Tron þyngd). Ef við vildum auka eldsneytistankinn um 9 lítra þá hefðum við nú þegar 62 kWst af orku tiltæk til að knýja bílinn. Svo við gætum haldið áfram. En hann hlýtur að hafa einn afla. Hann verður ekki lengur "grænn" bíll. Svo jafnvel hér sést greinilega að rafdrifið er verulega takmarkað af kraftþéttleika orkunnar sem geymd er í rafhlöðunum.

Einkum hefur hærra verð, sem og mikil þyngd, leitt til þess að tvinndrifið í Audi hefur smám saman farið í bakgrunninn. Það þýðir þó ekki að þróun tvinnbíla og rafbíla hjá Audi hafi algjörlega rýrnað. Upplýsingar um nýju útgáfuna af A1 e-tron gerðinni hafa birst nýlega. Í samanburði við þann fyrri hefur snúningsvél/rafall verið skipt út fyrir 1,5 kW 94 lítra þriggja strokka túrbóvél. Notkun klassísku brennslueiningarinnar var þvinguð af Audi aðallega vegna erfiðleikanna sem tengjast þessari skiptingu, og nýja þriggja strokka vélin er hönnuð ekki aðeins til að hlaða rafhlöðurnar heldur vinna beint með drifhjólunum. Sanyo rafhlöðurnar eru með sams konar afköst upp á 12kWh og drægni hreinlega rafdrifsins hefur verið aukin lítillega í um það bil 80km. Audi segir að uppfærður A1 e-tron ætti að meðaltali einn lítra á hverja hundrað kílómetra. Því miður hefur þessi kostnaður einn hæng. Fyrir tvinnbíla með aukið drægni í hreinu rafmagni. akstur notar áhugaverða tækni til að reikna út endanlegt rennsli. Svokölluð neysla er hunsuð. eldsneytisfylling frá hleðslunet rafgeyma, sem og lokanotkun l / 100 km, tekur aðeins tillit til bensínnotkunar síðustu 20 km aksturs, þegar rafmagn er til staðar. hleðslu rafhlöðunnar. Með mjög einföldum útreikningi getum við reiknað þetta út ef rafhlöðurnar voru tæmdar á viðeigandi hátt. við keyrðum eftir að rafmagnið fór af. orku frá eingöngu bensínrafhlöðum, þar af leiðandi mun neyslan fimmfaldast, það er 5 lítrar af bensíni á 100 km.

Audi A1 e-tron II. kynslóð

Rafmagnsgeymsluvandamál

Málið um orkugeymslu er jafngamalt rafmagnsverkfræðinni sjálfri. Fyrstu raforkugjafarnir voru galvanískir frumur. Eftir stuttan tíma uppgötvaðist möguleiki á afturkræfu ferli raforkusöfnunar í galvanískum aukafrumum - rafhlöðum. Fyrstu notaðu rafhlöðurnar voru blý rafhlöður, eftir stuttan tíma nikkel-járn og litlu síðar nikkel-kadmíum, og hagnýt notkun þeirra entist meira en hundrað ár. Því má einnig bæta við að þrátt fyrir miklar alþjóðlegar rannsóknir á þessu sviði hefur grunnhönnun þeirra ekki breyst mikið. Með því að nota nýja framleiðslutækni, bæta eiginleika grunnefna og nota ný efni fyrir frumu- og skipaskiljur, var hægt að draga örlítið úr eðlisþyngdinni, draga úr sjálflosun frumanna og auka þægindi og öryggi stjórnandans, en það er um það bil. Mikilvægasti gallinn, þ.e. Eftir stóð mjög óhagstætt hlutfall magns geymdrar orku á móti þyngd og rúmmáli rafgeymanna. Þess vegna voru þessar rafhlöður aðallega notaðar í kyrrstöðuforritum (varaaflgjafar ef aðalaflgjafinn bilar osfrv.). Rafhlöður voru notaðar sem orkugjafi fyrir togkerfi, sérstaklega á járnbrautum (flutningakerrur), þar sem þung þyngd og umtalsverðar stærðir trufluðu heldur ekki of mikið.

Framfarir í orkugeymslu

Hins vegar hefur þörfin fyrir að þróa frumur með lítið afkastagetu og víddir á amperatímum aukist. Þannig mynduðust basísk frumfrumur og innsiglaðar útgáfur af nikkel-kadmíum (NiCd) og síðan nikkel-málmhýdríð (NiMH) rafhlöðum. Til að hylja frumurnar voru sömu ermaformar og stærðir valdar og fyrir hingað til hefðbundnar aðal sinkklóríð frumur. Sérstaklega gera viðunandi breytur nikkel-málmhýdríð rafhlöður það mögulegt að nota þær, einkum í farsíma, fartölvur, handvirka verkfæri osfrv. Framleiðslutækni þessara frumna er frábrugðin tækni sem notuð er fyrir frumur með mikil afköst í amperatíma. Í stað lagskiptrar uppsetningar stóra frumu rafskauts kerfisins kemur tæknin til að umbreyta rafskautskerfinu, þar með talið skiljum, í sívalningsspólu, sem er sett í og ​​snertingar við venjulegar lagaðar frumur í stærðum AAA, AA, C og D, resp. margfeldi af stærð þeirra. Fyrir sum sérstök forrit eru framleiddar sérstakar flatar frumur.

Kosturinn við hermetískar frumur með spíral rafskautum er margfalt meiri hæfni til að hlaða og afhlaða með miklum straumum og hlutfall hlutfallslegrar orkuþéttleika og frumuþyngdar og rúmmáls samanborið við klassíska stórfrumuhönnun. Ókosturinn er meiri sjálflosun og færri vinnulotur. Hámarksgeta einnar NiMH frumu er um það bil 10 Ah. En eins og með aðra strokka með stærri þvermál leyfa þeir ekki hleðslu of háa strauma vegna erfiðrar hitaleiðni, sem dregur verulega úr notkun í rafknúnum ökutækjum, og því er þessi uppspretta aðeins notuð sem aukarafhlaða í tvinnkerfi (Toyota Prius 1,3 kWst).

Veruleg framfarir á sviði orkugeymslu hefur verið þróun öruggra litíum rafhlöður. Litíum er frumefni með hátt rafefnafræðilegt styrkleikagildi, en það er líka afar hvarfgjarnt í oxandi skilningi, sem veldur einnig vandamálum þegar litíummálmur er notaður í reynd. Þegar litíum kemst í snertingu við súrefni í andrúmsloftinu verður bruni sem getur, allt eftir eiginleikum umhverfisins, haft eðli sprengingar. Hægt er að útrýma þessum óþægilega eiginleika annað hvort með því að vernda yfirborðið vandlega eða með því að nota minna virk litíumsambönd. Sem stendur eru algengustu litíumjóna- og litíumfjölliða rafhlöður með afkastagetu 2 til 4 Ah í amperstundum. Notkun þeirra er svipuð og NiMh og við meðalhleðsluspennu upp á 3,2 V eru 6 til 13 Wh af orku tiltæk. Í samanburði við nikkel-málmhýdríð rafhlöður geta litíum rafhlöður geymt tvisvar til fjórum sinnum meiri orku fyrir sama rúmmál. Lithium-ion (fjölliða) rafhlöður eru með raflausn í hlaupi eða föstu formi og hægt er að framleiða þær í flötum frumum eins þunnt og nokkra tíundu úr millimetra í nánast hvaða lögun sem er til að henta þörfum viðkomandi notkunar.

Rafdrifið í fólksbíl er hægt að gera sem aðal og eina (rafbíl) eða sameina, þar sem rafdrifið getur verið bæði ríkjandi og aukagrip (blendingsdrif). Það fer eftir því hvaða afbrigði er notað, orkuþörf fyrir notkun ökutækisins og þar af leiðandi afkastageta rafgeymanna. Í rafknúnum farartækjum er rafgeymirinn á bilinu 25 til 50 kWst og með tvinndrifi er hún náttúrulega lægri og á bilinu 1 til 10 kWst. Af gefnum gildum má sjá að við spennu eins (litíum) frumu upp á 3,6 V er nauðsynlegt að tengja frumurnar í röð. Til að draga úr tapi í dreifileiðurum, inverterum og mótorvindum er mælt með því að velja hærri spennu en venjulega í innbyggðu neti (12 V) fyrir drif - algeng gildi eru frá 250 til 500 V. Frá í dag eru litíumfrumur augljóslega heppilegasta tegundin. Að vísu eru þær enn mjög dýrar, sérstaklega í samanburði við blýsýrurafhlöður. Hins vegar eru þeir miklu erfiðari.

Nafnspenna hefðbundinna litíum rafhlöðufrumna er 3,6 V. Þetta gildi er frábrugðið hefðbundnum nikkel-málmhýdríðfrumum, í sömu röð. NiCd, sem hafa nafnspennu 1,2 V (eða blý - 2 V), sem, ef það er notað í reynd, leyfir ekki skiptanleika af báðum gerðum. Hleðsla þessara litíum rafhlöður einkennist af þörfinni á að viðhalda mjög nákvæmlega gildi hámarks hleðsluspennu, sem krefst sérstakrar tegundar hleðslutækis og leyfir sérstaklega ekki notkun hleðslukerfa sem eru hönnuð fyrir aðrar gerðir frumna.

Helstu einkenni litíum rafhlöður

Helstu einkenni rafhlöðu fyrir rafknúin ökutæki og blendinga má líta á sem hleðslu- og losunareiginleika þeirra.

Hleðslueinkenni 

Hleðsluferlið krefst stjórnunar á hleðslustraumnum, stjórnun frumuspennunnar og stjórnun núverandi hitastigs. Fyrir litíumfrumur sem eru í notkun í dag og nota LiCoO2 sem bakskautsskaut er hámarks hleðsluspenna 4,20 til 4,22 V á hvern klefa. Að fara yfir þetta gildi leiðir til skemmda á eiginleikum frumunnar og á hinn bóginn þýðir ekki að ná þessu gildi að nota ekki nafnfruma getu. Við hleðslu er venjulegt IU einkenni notað, það er að í fyrsta áfanga er það hlaðið með stöðugum straumi þar til spenna er 4,20 V / klefi. Hleðslustraumurinn er takmarkaður við hámarks leyfilegt gildi sem framleiðandi klefans tilgreinir. hleðslutæki valkostir. Hleðslutíminn á fyrsta stigi er frá nokkrum tugum mínútna upp í nokkrar klukkustundir, allt eftir stærð hleðslustraumsins. Frumuspenna eykst smám saman upp að hámarki. gildi 4,2 V. Eins og áður hefur komið fram, ætti ekki að fara yfir þessa spennu vegna hættu á skemmdum á frumunni. Í fyrsta áfanga hleðslunnar er 70 til 80% af orkunni geymd í frumunum, í seinni fasanum restin. Í seinni áfanga er hleðsluspennan við hámarks leyfilegt gildi og hleðslustraumurinn minnkar smám saman. Hleðslu er lokið þegar straumurinn er kominn niður í um það bil 2-3% af hlutfallslegum losunarstraumi frumunnar. Þar sem hámarksgildi hleðslustrauma þegar um er að ræða smærri frumur er einnig nokkrum sinnum hærri en losunarstraumurinn er hægt að spara verulegan hluta rafmagnsins í fyrsta hleðslustigi. orku á tiltölulega stuttum tíma (um það bil ½ og 1 klukkustund). Þannig, í neyðartilvikum, er hægt að hlaða rafhlöður rafknúins farartækis í nægilega mikla afkastagetu á tiltölulega stuttum tíma. Jafnvel þegar um litíumfrumur er að ræða minnkar uppsafnað rafmagn eftir ákveðinn geymslutíma. Hins vegar gerist þetta aðeins eftir um 3 mánaða hlé.

Losunar eiginleikar

Spennan lækkar fyrst hratt í 3,6–3,0 V (fer eftir stærð losunarstraums) og helst nánast stöðug alla útskriftina. Eftir að uppboð á tölvupósti er klárað. orkan lækkar einnig frumuspennuna mjög hratt. Þess vegna verður að ljúka útskriftinni eigi síðar en tilgreind framleiðsla spennu 2,7 til 3,0 V.

Að öðrum kosti getur uppbygging vörunnar skemmst. Losunarferlið er tiltölulega auðvelt að stjórna. Það er aðeins takmarkað af verðmæti straumsins og stöðvast þegar verðgildi endanlegrar losunar spennu er náð. Eina vandamálið er að eiginleikar einstakra frumna í röðarröð eru aldrei þeir sömu. Þess vegna verður að gæta þess að spenna hvers hólfs fari ekki undir lokafrennslisspennu, þar sem þetta getur skemmt það og valdið því að allt rafhlaðan bilar. Það sama ætti að hafa í huga þegar rafhlaðan er hlaðin.

Nefnd tegund litíumfruma með öðru bakskautsefni, þar sem oxíð kóbalts, nikkel eða mangans er skipt út fyrir fosfíð Li3V2 (PO4) 3, útrýma nefndri hættu á skemmdum á frumunni vegna vanefndar. Frumur með meiri afkastagetu. Einnig er lýst yfir lýstri endingartíma þeirra um 2 hleðsluhringrásum (við 000% losun) og sérstaklega þá staðreynd að þegar fruman er alveg tæmd mun hún ekki skemmast. Kosturinn er einnig hærri nafnspenna um 80 þegar hlaðið er allt að 4,2 V.

Af lýsingunni hér að ofan má benda skýrt á að litíum rafhlöður eru eini kosturinn eins og til dæmis geymsla orku til aksturs bíls samanborið við orkuna sem geymd er í jarðefnaeldsneyti í eldsneytistanki. Sérhver aukning á rafhlöðu tiltekinni getu mun auka samkeppnishæfni þessa vistvæna drifs. Við getum ekki annað en vonað að þróunin hægi ekki á sér heldur þvert á móti komist nokkrar mílur áfram.

Dæmi um ökutæki sem nota blendinga og rafmagns rafhlöður

Toyota Prius er klassískur blendingur með lítið aflforða á hreinu rafmagni. keyra

Toyota Prius notar 1,3 kWh NiMH rafhlöðu, sem er fyrst og fremst notað sem aflgjafi fyrir hröðun og gerir kleift að nota aðskildan rafdrif í um 2 km fjarlægð við hámark. 50 km hraði. Plug-In útgáfan notar nú þegar litíumjónarafhlöður með afkastagetu 5,4 kWh, sem gerir þér kleift að aka eingöngu á rafdrifi í 14-20 km vegalengd á hámarkshraða. hraði 100 km / klst.

Opel Ampere-blendingur með aukinni aflforða á hreinum tölvupósti. keyra

Rafbíllinn með lengra drægi (40-80 km), eins og Opel kallar fjögurra sæta fimm dyra Amper, er knúið af rafmótor sem framleiðir 111 kW (150 hestöfl) og 370 Nm tog. Aflgjafinn er knúinn af 220 T-laga litíumfrumum sem hafa samtals 16 kWst afl og vega 180 kg. Rafallinn er 1,4 lítra bensínvél með 63 kW afköst.

Mitsubishi og MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. Bílar

Lithium-ion rafhlöður með 16 kWst afkastagetu leyfa ökutækinu að ferðast allt að 150 km án þess að endurhlaða, eins og það er mælt í samræmi við NEDC (New European Driving Cycle) staðalinn. Háspennu rafhlöður (330 V) eru staðsettar inni á gólfi og eru einnig verndaðar með vöggugrindinni fyrir skemmdum ef högg verða. Það er afurð Lithium Energy Japan, samstarfsverkefnis Mitsubishi og GS Yuasa Corporation. Alls eru 88 greinar. Rafmagn fyrir drifið er veitt af 330 V litíumjónarafhlöðu, sem samanstendur af 88 50 Ah frumum með heildarafköst 16 kWh. Rafhlaðan verður hlaðin úr heimilistengingu innan sex klukkustunda, með ytri hraðhleðslutæki (125 A, 400 V), rafhlaðan verður hlaðin upp í 80% á hálftíma.

Sjálfur er ég mikill aðdáandi rafbíla og fylgist stöðugt með því sem er að gerast á þessu sviði, en raunveruleikinn í augnablikinu er ekki eins bjartsýnn. Þetta er einnig staðfest af ofangreindum upplýsingum, sem sýna að líf bæði hreinna rafbíla og tvinnbíla er ekki auðvelt og oft er aðeins talnaleikur sem þykist vera. Framleiðsla þeirra er enn mjög krefjandi og dýr og virkni þeirra er ítrekað umdeilanleg. Helsti ókostur rafknúinna ökutækja (blendingar) er mjög lítil sértæk getu þeirrar orku sem geymd er í rafhlöðum samanborið við orku sem er geymd í hefðbundnu eldsneyti (dísel, bensín, fljótandi jarðolíugas, þjappað jarðgas). Til að raunverulega færa kraft rafknúinna ökutækja nær hefðbundnum bílum þyrftu rafhlöður að minnka þyngd sína um að minnsta kosti tíunda. Þetta þýðir að nefndur Audi R8 e-tron þurfti að geyma 42 kWh ekki í 470 kg, heldur í 47 kg. Auk þess þyrfti að stytta hleðslutímann verulega. Um klukkutími við 70-80% afkastagetu er samt mikið og ég er ekki að tala um 6-8 tíma að meðaltali á fullri hleðslu. Það er engin þörf á að trúa kjaftæðinu um núllframleiðslu á CO2 rafknúnum farartækjum heldur. Við skulum strax athuga þá staðreynd að Orkan í innstungunum okkar er einnig framleidd af varmavirkjunum og þær framleiða ekki aðeins nóg CO2. Svo ekki sé minnst á flóknari framleiðslu slíks bíls, þar sem þörfin fyrir CO2 til framleiðslu er mun meiri en í klassískum. Við megum ekki gleyma fjölda íhluta sem innihalda þung og eitruð efni og erfiðri förgun þeirra í kjölfarið.

Með öllum göllunum sem nefndir eru og ekki nefndir hefur rafbíll (blendingur) líka óneitanlega kosti. Í borgarumferð eða yfir styttri vegalengdir er hagkvæmari rekstur þeirra óumdeilanlega, aðeins vegna meginreglunnar um orkugeymslu (endurheimt) við hemlun, þegar í hefðbundnum ökutækjum er það fjarlægt við hemlun í formi afgangshita út í loftið, ekki til að nefna möguleika nokkra km akstur um borgina fyrir ódýra endurhleðslu frá almennum tölvupósti. nettó. Ef við berum saman hreinan rafbíl og fornbíl, þá er í hefðbundnum bíl brunavél, sem í sjálfu sér er frekar flókinn vélrænn þáttur. Afl hans verður að flytjast yfir á hjólin með einhverjum hætti og er það að mestu gert með beinskiptingu eða sjálfskiptingu. Enn er einn eða fleiri mismunadrif í leiðinni, stundum líka drifskaft og röð öxla. Auðvitað þarf bíllinn líka að hægja á sér, vélin þarf að kólna og þessi varmaorka tapast að ónýju út í umhverfið sem afgangshiti. Rafbíll er mun hagkvæmari og einfaldari - (á ekki við um tvinndrif, sem er mjög flókið). Rafbíllinn inniheldur ekki gírkassa, gírkassa, kardana og hálfskaft, gleymdu vélinni að framan, aftan eða í miðjunni. Hann inniheldur ekki ofn, þ.e.a.s kælivökva og ræsir. Kosturinn við rafbíl er að hann getur sett mótora beint í hjólin. Og allt í einu ertu með hið fullkomna fjórhjól sem getur stjórnað hverju hjóli óháð öðrum. Þess vegna, með rafknúnum ökutækjum, verður ekki erfitt að stjórna aðeins einu hjóli, og það er einnig hægt að velja og stjórna ákjósanlegri dreifingu krafts fyrir beygjur. Hver mótorinn getur líka verið bremsa, aftur algjörlega óháð hinum hjólunum, sem breytir að minnsta kosti hluta hreyfiorkunnar aftur í raforku. Þess vegna verða hefðbundnar bremsur fyrir mun minna álagi. Vélarnar geta framleitt hámarks tiltæka afl nánast hvenær sem er og án tafar. Skilvirkni þeirra við að breyta orku sem geymd er í rafhlöðum í hreyfiorku er um 90%, sem er um það bil þrisvar sinnum meiri en hefðbundnir mótorar. Þar af leiðandi mynda þau ekki eins mikinn afgangshita og þurfa ekki að vera erfitt að kæla. Allt sem þú þarft fyrir þetta er góður vélbúnaður, stjórntæki og góður forritari.

Suma sumárum. Ef rafbílar eða blendingar eru enn nær klassískum bílum með sparneytna vél, þá eiga þeir samt mjög erfiða og erfiða leið fyrir höndum. Ég vona bara að þetta sé ekki staðfest með fjölda villandi tölum eða. ýkt þrýstingur embættismanna. En við skulum ekki örvænta. Þróun nanótækninnar hreyfist í raun og veru með skrefum og ef til vill eru kraftaverk í raun og veru í vændum fyrir okkur á næstunni.

Að lokum mun ég bæta við enn einu áhugaverðu. Það er þegar sólargeymslustöð.

Toyota Industries Corp (TIC) hefur þróað sólhleðslustöð fyrir rafmagns- og tvinnbíla. Stöðin er einnig tengd við rafmagnsnetið, þannig að 1,9 kW sólarplötur eru líklegri til viðbótar orkugjafi. Með því að nota sjálfstæða (sól) aflgjafa getur hleðslustöðin veitt hámarksafl 110 VAC / 1,5 kW, þegar hún er tengd við rafmagn, býður hún að hámarki 220 VAC / 3,2 kW.

Ónotað rafmagn frá sólarplötur er geymt í rafhlöðum sem geyma 8,4 kWh til notkunar síðar. Það er einnig hægt að veita dreifikerfi rafmagn eða aukabúnað fyrir birgðastöðvar. Hleðslustöðvarnar sem notaðar eru á stöðinni hafa innbyggða fjarskiptatækni sem er fær um að bera kennsl á ökutæki. eigendur þeirra nota snjallkort.

Mikilvæg skilmálar fyrir rafhlöður

• Power - gefur til kynna magn rafhleðslu (orkumagn) sem er geymt í rafhlöðunni. Það er tilgreint í amperstundum (Ah) eða, ef um er að ræða lítil tæki, í milliampstundum (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) rafhlaða er fræðilega fær um að gefa 1 amper í eina klukkustund.
• Innri viðnám - gefur til kynna getu rafhlöðunnar til að veita meiri eða minni afhleðslustraum. Til skýringar er hægt að nota tvær dósir, annan með minni úttak (mikið innra viðnám) og hitt með stærri (lágt innra viðnám). Ef við ákveðum að tæma þá mun hylki með minna frárennslisgati tæmast hægar.
• Rafgeymsluspenna - fyrir nikkel-kadmíum og nikkel-málmhýdríð rafhlöður, það er 1,2 V, blý 2 V og litíum frá 3,6 til 4,2 V. Í notkun er þessi spenna breytileg innan 0,8 - 1,5 V fyrir nikkel-kadmíum og nikkel-málm hýdríð rafhlöður, 1,7 - 2,3 V fyrir blý og 3-4,2 og 3,5-4,9 fyrir litíum.
• Hleðslustraumur, losunarstraumur – gefið upp í amperum (A) eða milliampum (mA). Þetta eru mikilvægar upplýsingar fyrir hagnýta notkun á viðkomandi rafhlöðu fyrir tiltekið tæki. Það ákvarðar einnig skilyrði fyrir réttri hleðslu og afhleðslu rafgeymisins þannig að afkastageta hennar nýtist sem mest og eyðist um leið ekki.
• Hleðsla samkv. útskriftarferill - sýnir á myndrænan hátt breytingu á spennu eftir því hvenær rafhlaðan er hlaðin eða tæmd. Þegar rafhlaða er tæmd er venjulega lítil spennubreyting í um það bil 90% af afhleðslutímanum. Þess vegna er mjög erfitt að ákvarða núverandi ástand rafhlöðunnar út frá mældri spennu.
• Sjálfsútskrift, sjálfsútskrift – Rafhlaðan getur ekki haldið rafmagni allan tímann. orku, þar sem viðbrögðin við rafskautin eru afturkræf ferli. Hlaðin rafhlaða tæmist smám saman af sjálfu sér. Þetta ferli getur tekið frá nokkrum vikum upp í mánuði. Þegar um er að ræða blýsýrurafhlöður er þetta 5-20% á mánuði, fyrir nikkel-kadmíum rafhlöður - um 1% af rafhleðslu á dag, ef um er að ræða nikkel-málmhýdríð rafhlöður - um 15-20% pr. mánuði, og litíum tapar um 60%. afkastagetu í þrjá mánuði. Sjálfsafhleðsla fer eftir umhverfishitastigi sem og innra viðnámi (rafhlöður með meiri innri viðnám afhleðslu minni) og auðvitað skipta hönnun, efni sem notuð eru og frágang einnig máli.
•  Rafhlaða (sett) – Aðeins í undantekningartilvikum eru rafhlöður notaðar hver fyrir sig. Venjulega eru þeir tengdir í mengi, næstum alltaf tengdir í röð. Hámarksstraumur slíks setts er jafn hámarksstraumur einstakrar frumu, málspennan er summan af málspennum einstakra frumna.
•  Uppsöfnun á rafhlöðum.  Ný eða ónotuð rafhlaða ætti að sæta einu en helst nokkrum (3-5) hægum fullum hleðslum og hægum útskriftarferlum. Þetta hægfara ferli stillir breytur rafhlöðunnar á viðeigandi stig.
•  Minniáhrif – Þetta gerist þegar rafhlaðan er hlaðin og tæmd að sama stigi með um það bil stöðugum, ekki of miklum straumi, og það ætti ekki að vera full hleðsla eða djúphleðsla frumunnar. Þessi aukaverkun hafði áhrif á NiCd (að minnsta kosti einnig NiMH).