До недавнего времени автомобиль на электрической тяге вызывал у большинства пользователей улыбку, если не саркастический смех. Действительно, электромобили по своим характеристикам пока не могут сравниться с  классическими моделями на бензиновом или дизельном ходу. Но прогресс не стоит на месте, и возможно, в скором будущем произойдёт массовый переход на экологические, бесшумные и экономичные двигатели на электрической тяге.

Главной силой приводящей в движение электромобиль является электродвигатель, который получает необходимую энергию от аккумулятора. Именно аккумуляторная батарея считается сердцем и, на данный момент,  самым проблемным звеном в электромобиле. Это достаточно известный факт. Но мы,  в этой статье,  не будем стремиться  отпугнуть потенциального покупателя от приобретения автомобиля на электрическом ходу, а постараемся досконально рассмотреть все недостатки и преимущества  его основного источника энергии  - аккумуляторной батареи.

Итак, аккумуляторная батарея  электромобиля представляет собой химический источник тока (ХИТ), который служит для накопления, аккумулирования энергии и обеспечения ею  различного электрического оборудования  в автономном режиме. Энергия в батарее образуется за счет свойств обратимости внутренних химических процессов, что позволяет вырабатывать её многократно с помощью циклических действий: заряд-разряд.

Принцип действия любого аккумулятора основан на свойствах обратимости химической  реакции. Конструктивно аккумулятор представляет собой сосуд  наполненный электролитом,  в который помещены два металлических электрода разного химического состава.  В процессе взаимодействия электрода с электролитом в сосуде  возникает разность потенциалов. Если к выводам электродов присоединить проводник, то по нему пойдёт ток. Со временем, в результате химических реакций,  состав электролита и электродов изменяется и происходит процесс разрядки аккумуляторной батареи. Если на электроды подать напряжение от постороннего источника тока, то процессы в батарее потекут в обратном направлении, таким образом,  восстанавливая первоначальный химический состав электролита и электродов. Этот процесс называется зарядкой аккумуляторной батареи.

С принципом работы и назначением аккумуляторной батареи мы познакомились, теперь немаловажно, классифицировать их основные типы,  используемые в транспорте.  Выявить недостатки и оценить достоинства аккумуляторов.

Аккумуляторные батареи выпускаются в следующих разновидностях:

• Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

• Литий-ионные аккумуляторы

• Натрий никель-хлоридные аккумуляторные батареи

• Никель-кадмиевые аккумуляторы

Рассмотрим  каждый вид  аккумуляторной батареи отдельно.

На сегодняшний день это  самые востребованные, практичные и дешевые источники питания для  электрического транспорта.  Свинцово-кислотные батареи классифицируются по применению их на транспорте. Бывают буферные, тяговые и стартерные аккумуляторные батареи. Для электромобилей нам интересен, естественно,  тяговый подвид свинцово-кислотных батарей. Используются эти батареи,  как источник питания двигателей электромобилей. Режим работы – циклический, то есть, как правило, электротранспорт эксплуатируется в течение дня, а ночью аккумуляторная батарея ставиться на зарядку.

Свинцово-кислотные батареи также различаются по видам:

• Батареи с электролитом. Используются в качестве тяговых и стартерных источников питания.

• Батареи с гелевым наполнителем

• Батареи с жидким электролитом, который взаимодействует со  стекловолокном.

• Этот вид аккумуляторов получил широкое распространение, а, следовательно, найти их проще, да и стоят они недорого. Например, батарея 8-10 КВт\час обойдётся 30-40 тысяч рублей.

• Не высокий самозаряд батареи

• Отлично справляются с мощными нагрузками

• Достаточна высокая экологичность

• Большой вес, в сравнении с другими аккумуляторами

• Относительно низкая плотность энергии

• Требуется постоянный контроль за уровнем электролита

• Плохо прогнозируется возможный выход аккумулятора из строя

Использование литий-ионных аккумуляторов в качестве тяговых батарей  является перспективным направлением для электротранспорта. Технология производства  этих аккумуляторов совершенствуется  из года в год: улучшается характеристики, уменьшается стоимость КВт\час. Вполне вероятно, что литий-ионные аккумуляторы станут единственным источником питания электромобилей в недалеком будущем.

• Большая плотность энергии – как весовая, так и объемная

• Напряжение на одном элементе батареи составляет 3.6 Вольта, что в три раза выше, чем у других разновидностей аккумуляторов

• Предельно быстрый заряд батареи до 90-95% емкости за 30-40 минут

• Ресурс жизни – более 1000 циклов разряда/заряда батареи

• Показатель саморазряда – 4-5% в месяц

• Утилизируются без переработки, что показывают их высокую экологичность

• Возможность взрыва при зарядке или механическом повреждении аккумулятора

• Срок нормальной продуктивной работы  не более пяти лет

• Достаточно высокая стоимость аккумуляторов

Этот вид аккумуляторов был разработан ещё в 1980 году для потребностей электротранспорта. Натрий никель-хлоридные батареи или (ZEBRA), как их прозвали, стали более дешевой и безопасной заменой литий-ионным аккумуляторам. В современном мире многие автомобильные компании выпускающие электромобили всё чаще устанавливают батареи (ZEBRA), руководствуясь их практичностью и высокими эксплуатационными характеристиками.

• Высокая емкость, такая же, как у литий-ионных батарей

• Низкая цена и большая доступность, которая конкурирует со свинцово-кислотными аккумуляторами

• Длительное время жизни – более 1000 циклов разрядки\зарядки аккумулятора

• Может выдерживать до 5-7% потерь мощности из-за выхода из строя элементов батареи

• Большой вольтаж

• Достаточно высокая безопасность

• Экологичность

• Требует поддержания высокой рабочей температуры

• Для разогрева холодной батареи может потребоваться большие временные затраты

• Аккумуляторы очень чувствительны к температурным перепадам и могут выдержать до 50 циклов нагрева и остывания батареи

Использование аккумуляторов  NiNaCl  весьма перспективно для электромобилей. Уже сейчас средний пробег машины на аккумуляторе NiNaCl может достигать 150-200 километров за одну зарядку. Конечно цены, даже на такие экономичные батареи все же нуждаются в серьезной корректировке. Это единственная преграда для серийного внедрения электромобилей на NiNaCl.

Последние два типа аккумуляторов,   таких  как никель-металлгидридные и никель-кадмиевые можно объединить в одном описании. Дело в том, что практическое использование этих видов в электрическом транспорте показали худшие результаты, чем их конкуренты. А в некоторых случаях,  как например,  с никель-металлгидридными аккумуляторами,  их производство и использование запрещено владельцем патента до 2014 года.

Свинцово-кислотный аккумулятор: КПД – 80-90%, рабочая температура может колебаться  в пределах от – 40 до + 40 градусов Цельсия, напряжение разряженного аккумулятора – 1.8 Вольт, ЭДС заряженного аккумулятора – 2.18 Вольт, напряжение – 2 Вольта, энергоёмкость – 30-60 ВТч\кг. Цикл жизни составляет 1000-1500 разряд\заряд батареи.

Литий-ионный аккумулятор: напряжение заряженного элемента – 4.2 Вольта, напряжение разряженного – 2.75 Вольта, температурный режим - -20 до +60 градусов Цельсия, время заряда – 2-4 часа. Цикл жизни – свыше 1000 разряд/заряд аккумулятора.

Натрий-никель-хлоридный аккумулятор: рабочая температура - + 300 градусов Цельсия, энергоемкость – 730 ВТч/кг, ЭДС – 2.6 Вольта. Цикл жизни  - более 1000 разряд\заряд аккумулятора.

Никель-кадмиевый аккумулятор: Рабочая температура от -50 до +40 градусов Цельсия, напряжение рабочее – 1, 3 Вольта, ЭДС – 1.37 Вольта, мощность – 150-500 Вт\кг, энергоемкость – 65 Втч\кг. Цикл жизни – свыше 1000 разряд\заряд аккумулятора.

Неразвитая инфраструктура  «заправки-заряда»  электромобилей не позволяет использовать этот вид транспорта для длительных поездок. Другая причина – долгий заряд некоторых видов аккумуляторных батарей. Это всё позволяет рассматривать электромобиль только,   как городской вид транспорта, с обязательной постановкой его на заряд после работы. Естественно,  зарядный агрегат должен иметь в личном пользовании любой электромобилист.

На рынке аккумуляторных батарей для электромобилей присутствуют множество компаний из Европы, Америки, Китая и России. К европейским крупнейшим компаниям можно отнести греческого производителя энергосистем Sunlight, швейцарскую компанию MES DEA, которая специализируется на выпуске аккумуляторов ZEBRA, английскую компанию Beta Research & Development Ltd., немецкую компанию VARTA. На американском рынке, как и во всём мире, известность получила корпорация Exide Technologies, заводы по производству аккумуляторных батарей, которой разбросаны по всему свету. Большую популярность в России приобрела продукция китайских производителей аккумуляторных батарей, благодаря их невысокой стоимости.

Ценовая политика на рынке тяговых аккумуляторных батарей зависит полностью от вида выпускаемой продукции, её качества и известности компании производителя. Так, например, свинцово-кислотную  батарею,  вырабатывающие 8 КВт\час можно приобрести за 1000-1500 долларов США. Это около 150-200 долларов за киловатт. Литий-ионные аккумуляторы стоят гораздо дороже – от 300 долларов за киловатт энергии, а их экономичные аналоги натрий никель-хлоридные аккумуляторные батареи – 200-300 долларов за киловатт.

Как итог, можно утверждать, что для электромобилей более качественными и перспективными в развитии являются литий-ионные и никель-хлоридные аккумуляторные батареи,  благодаря их высоким эксплуатационным характеристикам. Однако использование свинцово-кислотных батарей в качестве тяговых источников энергии,  хоть и сопряжённо с затратами на обслуживание и прочими неудобствами, все же не лишено смысла,  благодаря низкой стоимости и доступности аккумуляторов.

Коммерческая реклама: шины nokian wr d3

Расширения для Joomla