Батареи для электромобилей
Аккумулятор является ключевым элементом для работы электромобиля. Эти устройства хранят электрическую энергию, необходимую для питания двигателя и других систем автомобиля. В этой статье мы рассмотрим различные виды аккумуляторов для электромобилей, их преимущества и недостатки, производителей, где они устанавливаются на разных марках автомобилей.
Что такое аккумулятор для электромобиля?
Прежде чем говорить о том, что батарея в авто с электротягой ненадежна и подлежит быстрому износу, давайте вообще разберемся о каком аккумуляторе идет речь. На сегодняшний день производители достигли достаточно серьезных успехов в технологичности электрических накопителей и принципах их взаимодействия с мотором.
Наиболее заметное отличие тяговой батареи электромобиля (BEV) от рядового автомобильного аккумулятора — рабочее напряжение. Вместо 12 (или 24 В у грузовиков), известных каждому автомобилисту, даже у первых серийных электромобилей оно измерялось сотнями вольт. Сейчас уже идет напряжение в 350-450 В. Но и это не предел. У Porsche Taycan электрическая платформа базируется на 800-вольтовой системе, а для перспективного грузового электротранспорта вообще рассматриваются батареи на 1200-1600 Вольт!
Такие высокие цифры продиктованы законами физики. В высоковольтной системе на единицу массы батареи можно запасти гораздо больше электрической энергии. Если попробовать собрать батарею Tesla из обычных автомобильных свинцовых аккумуляторов, для их перевозки понадобится грузовик. Да и токи в высоковольтной системе при той же мощности электродвигателя будут ниже, а, следовательно, можно использовать более тонкие провода, тоже экономя массу.
Конечно, 400-800 Вольт пугают, ведь даже в разы меньшее напряжение смертельно опасно для человека. Однако при надлежащих мерах защиты нет реальной угрозы получить удар током в электромобиле.
Виды батарей для электромобилей
В большинстве современных электрических машин используются следующие типы аккумуляторных батарей. Самые распространенные — литий-ионные, алюминий-ионные и литий-серные. Иногда применяют еще и металл-воздушные, где в качестве металла выступают цинк, литий, натрий, магний или алюминий.
Литий-ионные батареи
Литий-ионные АКБ — самый распространенный 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 нужно «тренировать», используя несколько циклов заряда/разряда;
- сравнительно большой срок эксплуатации — не менее 1000 циклов или 10 лет.
Не самыми 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 емкость, при жаре аккумулятор может работать нестабильно.
Серьезная проблема Li-Ion источника питания — высокий уровень взрывоопасности в случае повреждения и нарушения герметичности.
Алюминий-ионные батареи
Алюминий в составе батареи для электромобиля повышает безопасность ее использования.
Кроме того, такой аккумулятор дешевле обходится при производстве. Недостатком таких устройств является невысокая производительность катодов и меньшее количество циклов заряда/разряда.
В Китае проводят исследования по улучшению характеристик батарей. Уже разработана новая конструкция катода, увеличившая емкость и сроки службы литий-ионной АКБ, а также снизившая ее цену. Новая версия, которая еще не применяется на серийных авто, выдерживает до 250 тыс. перезарядок.
Литий-серные батареи
Аккумуляторы, принцип действия которых основывается на реакции между литием и серой, делаются многослойными. Их емкость 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 2023 году стоимость поездки на аккумуляторах Li-S будет ниже, чем у современных литий-ионных версий.
Никель-металл-гидридные батареи (NiMH)
Еще одним вариантом, который используется в электромобилях, являются никель-металл-гидридные батареи (NiMH). Они отличаются от литий-ионных батарей использованием никеля в качестве активного элемента. Этот тип обеспечивает хорошую энергетическую плотность, не содержит вредных материалов, таких как кобальт, поэтому он экологически чище. Некоторые модели, такие как Toyota Prius, используют этот вид батареи.
Преимущества:
- относительно низкая стоимость;
- безопасность в эксплуатации;
- более простая технология производства.
Недостатки:
- низкая энергетическая плотность;
- более ограниченные возможности быстрой зарядки;
- меньший срок службы.
Твердофазные батареи
В последнее время также активно исследуются и развиваются твердофазные батареи. Они отличаются тем, из чего сделаны, вместо жидкого электролита используется твердый материал. Это придает таким батареям большую безопасность, стабильность и длительный срок службы. Твердотельные батареи имеют потенциал для увеличения энергетической плотности и устойчивости к перегреву. Однако на данный момент они дороги в производстве, и их применение в электромобилях ограничено.
