Батареї для електромобілів
Акумулятор є ключовим елементом для роботи електромобіля. Ці пристрої зберігають електричну енергію, необхідне живлення двигуна та інших систем автомобіля. У цій статті ми розглянемо різні види акумуляторів для електромобілів, їх переваги та недоліки, виробників, де вони встановлюються на різних марках автомобілів.
Що таке акумулятор для електромобіля?
Перш ніж говорити про те, що батарея в авто з електротягою ненадійна і підлягає швидкому зносу, давайте взагалі розберемося про який акумулятор йдеться. На сьогодні виробники досягли досить серйозних успіхів у технологічності електричних накопичувачів та принципах їхньої взаємодії з мотором.
Найбільш помітна відмінність тягової батареї електромобіля (BEV) від рядового автомобільного акумулятора – робоча напруга. Замість 12 (або 24 В у вантажівок), відомих кожному автомобілісту, навіть у перших серійних електромобілів вона вимірювалася сотнями вольт. Зараз вже йде напруга у 350-450 В. Але і це не межа. У Porsche Taycan електрична платформа базується на 800-вольтовій системі, а для перспективного вантажного електротранспорту взагалі розглядаються батареї на 1200-1600 Вольт!
Такі високі цифри продиктовані законами фізики. У високовольтній системі на одиницю маси батареї можна запасти набагато більше електричної енергії. Якщо спробувати скласти батарею Tesla зі звичайних автомобільних свинцевих акумуляторів, для їхнього перевезення знадобиться вантажівка. Та й струми у високовольтній системі при тій самій потужності електродвигуна будуть нижчими, а, отже, можна використовувати тонші дроти, теж заощаджуючи масу.
Звичайно, 400-800 Вольт лякають, адже навіть у рази менша напруга смертельно небезпечна для людини. Проте за належних заходів захисту немає реальної загрози отримати удар струмом в електромобілі.
Види батарей для електромобілів
У більшості сучасних електричних машин використовуються такі типи акумуляторних батарей. Найпоширеніші – літій-іонні, алюміній-іонні та літій-сірчані. Іноді застосовують ще й метал-повітряні, де як метал виступають цинк, літій, натрій, магній або алюміній.
Літій-іонні батареї
Літій-іонні АКБ – найпоширеніший варіант для встановлення на електричних автомобілях. Перевагами таких джерел живлення вважають:
- високу щільність накопичуваної енергії;
- вищу порівняно з іншими видами АКБ напругу;
- невеликий саморозряд – до 6% на місяць, до 20% на рік;
- практично повна відсутність “ефекту пам’яті”, через який нові батареї потрібно “тренувати”, використовуючи кілька циклів заряду/розряду;
- порівняно великий термін експлуатації – не менше 1000 циклів або 10 років.
Не найкращими характеристиками таких батарей можна назвати високу вартість, яка впливає і на ціну автомобіля, і погану стійкість до надлишкового заряду.
Мінусом є і невеликий температурний діапазон, в якому працюють літій-іонні АКБ (від -20 до +50°C). При використанні за межами цих значень характеристики батареї погіршуються – на холоді знижується ємність, при спеці акумулятор може працювати нестабільно.
Серйозна проблема Li-Ion джерела живлення – високий рівень вибухонебезпечності в разі пошкодження і порушення герметичності.
Алюміній-іонні батареї
Алюміній у складі батареї для електромобіля підвищує безпеку її використання.
Крім того, такий акумулятор дешевше обходиться при виробництві. Недоліком таких пристроїв є невисока продуктивність катодів і менша кількість циклів заряду/розряду.
У Китаї проводять дослідження щодо поліпшення характеристик батарей. Уже розроблено нову конструкцію катода, що збільшила місткість і терміни служби літій-іонної АКБ, а також зменшила її ціну. Нова версія, яку ще не застосовують на серійних авто, витримує до 250 тис. перезарядок.
Літій-сірчані батареї
Акумулятори, принцип дії яких ґрунтується на реакції між літієм і сіркою, робляться багатошаровими. Їхня місткість приблизно вдвічі вища порівняно з аналогічними за розміром літій-іонними батареями. Вартість виготовлення таких акумуляторів нижча, а робочий діапазон температур вищий, ніж у більшості інших джерел живлення електромобілів.
Недоліком літій-сірчистих АКБ є невелика кількість перезарядок (до 60). Це робить батареї непридатними для встановлення в серійних автомобілях. Однак над усуненням недоліків уже працюють фахівці кількох компаній, включно з OXIS Energy. Передбачається, що до 2023 року вартість поїздки на акумуляторах Li-S буде нижчою, ніж у сучасних літій-іонних версій.
Нікель-метал-гідридні батареї (NiMH)
Ще одним варіантом, який використовується в електромобілях, є нікель-метал-гідридні батареї (NiMH). Вони відрізняються від літій-іонних батарей використанням нікелю як активного елементу. Цей тип забезпечує хорошу енергетичну щільність, не містить шкідливих матеріалів, таких як кобальт, тому він екологічно чистіший. Деякі моделі, такі як Toyota Prius, використовують цей вид батареї.
Переваги:
- відносно низька вартість;
- безпека в експлуатації;
- простіша технологія виробництва.
Недоліки:
- низька енергетична щільність;
- більш обмежені можливості швидкого заряджання;
- менший термін служби.
Твердофазні батареї
Останнім часом також активно досліджуються та розвиваються твердофазні батареї. Вони відрізняються тим, з чого зроблені, замість рідкого електроліту використовується твердий матеріал. Це надає таким батареям велику безпеку, стабільність та тривалий термін служби. Твердотільні батареї мають потенціал для збільшення енергетичної щільності та стійкості до перегріву. Однак на цей момент вони дорогі у виробництві, та їх застосування в електромобілях обмежене.
