Видове батерии, техните предимства и слабости

Хибриди, plug-in хибриди и електрически автомобили: Кои батерии са най-подходящи за тях

Само преди 10-12 години не бихме могли да говорим за такава тема като използването на различни видове батерии в хибридни, вградени хибридни и електрически автомобили по една проста причина, те практически не съществуват в природата и работни копия може да се преброи по старомоден начин, на пръстите на двете ръце.

Сега сме през 2016 година. А около нас в градовете има много хибридни автомобили, има плъгин хибридни варианти и дори изцяло електрически автомобили. Почти всички основни играчи от автомобилната индустрия се развиват или вече са представили своите видове „зелени“ автомобили на бъдещето. Какво да кажа, дори някои от най-бързите състезателни коли в света от Ferrari, Porsche и McLaren станаха хибридни, така че хората вече няма да ви гледат като странен хипи, когато споменете думите "хибрид" или "електрическа кола".

Също така вече има доста голям брой електрически автомобили, които се захранват частично или изцяло от електричество, което съответно се взема от батериите на борда на превозното средство. Основните параметри, които със сигурност включват максималното разстояние, което електрическата кола може да измине с едно зареждане и скоростта на зареждане на батериите, зависят от вида на използваните батерии. Ето защо сметнахме за важно да опишем общите предимства и проблеми на основните видове батерии днес.

Двата най-продавани електрически автомобила в света са Nissan Leaf, с около четвърт милион продадени бройки през 2015 г., последван от Tesla Model S, който отчита продажби от около 100 000 бройки. Случайност или не, Leaf и Model S работят на един и същи тип литиево-йонни (Li-Ion) батерии, така че ще започнем с тях.

Литиево-йонни (Li-Ion) батерии

Първоначално се използва за захранване на преносими устройства за битова електроника. През последното десетилетие литиево-йонните батерии постоянно се развиват в автомобилната посока, така че повечето модерни (произведени през 2015-2016 г.) и предстоящи хибриди или изцяло електрически превозни средства ги използват в своята верига.

Катодите LiCoO2 също имат някои сериозни недостатъци, те са по-податливи на т. Нар. „Термично избягване“, което се инициира по време на презареждане или работа с висока температура. С други думи, те могат буквално да експлодират, когато не са експлоатирани правилно или са под силен стрес. Може би поради тази причина в автомобилната индустрия не всички производители се занимават с тях.

За по-енергоемки приложения в устройства като електрически инструменти, медицинска техника и преди всичко автомобили има литиево-йонни батерии, направени на базата на литиев железен фосфат (LiFePO4), литиево-манганов оксид (LMO) и никел-литиев манганов кобалтов оксид (NMC) ... Всички те имат малко по-ниска енергийна плътност от LiCoO2, но също така и по-добри по отношение на безопасността и по-дългия живот.

Повечето съвременни хибридни и електрически превозни средства използват NMC литиево-йонни батерии.

Най-голямото предимство на Li-Ion батериите е по-добро съотношение енергия-тегло, по-бързо зареждане и практически никакъв ефект на паметта.

Високата специфична енергия означава, че тези батерии могат да тежат по-малко. Този нюанс очевидно ги прави по-подходящи за използване в автомобили, тъй като по-малкото тегло увеличава обхвата на зареждане и производителността, като същевременно дава на колата по-добро управление.

Скоростта на зареждане на батерията е относително нещо. В реалния живот няма да видите разлики между съществуващите (използвани) батерийни системи.

Изглежда, че литиево-йонните батерии са страдали най-малко от проблеми с ефекта на паметта. Накратко, някои видове батерии постепенно ще намаляват своя максимален енергиен капацитет с всеки цикъл на зареждане-разреждане. Това обикновено се случва, когато те са многократно заредени след частично разреждане.

За разлика от това, никеловите батерии страдат най-много от така наречения ефект на паметта, при който батерията „запомня“ с времето, че има по-ниска консумация на енергия.

Най-големият недостатък на литиево-йонните батерии е производствената им цена, която е значително по-висока, отколкото при другите видове батерии.

В сравнение с никеловите батерии те са с 40 процента по-скъпи за производство. Производствената цена ще бъде приспадната от портфейла на купувача. Трябва обаче да се помни, че производствените разходи постепенно ще намаляват с течение на времето за всички видове батерии.

Освен лекото намаляване на напрежението с всеки нов цикъл на заряд-разряд, количеството енергия, което те могат да задържат (капацитет), не намалява с времето. В автомобилите декларираният жизнен цикъл на тези батерии е 10 години. Нека си вземем думата, макар че нито една Li-Ion батерия не е тествана толкова дълго.

По този начин литиево-йонните батерии имат най-малко недостатъци в сравнение с повечето от своите конкуренти, но все още са далеч от идеала.

Никел-метални хидридни (Ni-MH) батерии

Най-старият тип т. Нар. Съвременни батерии, Ni-MH, все още се използва в много съвременни електрически превозни средства, въпреки че литиево-йонните батерии бавно са започнали да ги заменят от всички основни потоци, независимо дали говорим за хибриди, plug-in хибридни автомобили или изцяло електрически превозни средства, навсякъде. Преходът към по-модерна система за съхранение на енергия е видим.

Много по-евтини за производство от литиево-йонни батерии, но NiMH батериите имат както положителни, така и отрицателни страни, което може да бъде истински проблем за повечето производители при инсталирането на този тип батерии в техните хибридни и електрически превозни средства.

За разлика от литиевите йони, никел-металните хидридни батерии използват водород, никел и титан или подобен метал за съхраняване на енергия. Това ги прави много по-евтини в производството в сравнение с първия тип батерии, но тъй като все повече производители преминават към използване на литиево-йонни батерии (Tesla например), голямата разлика в цените трябва да бъде намалена.

Засега най-големият потенциал за увеличаване на броя на произвежданите никел-метални хидридни батерии е тяхната дълготрайност. Съвременните видове батерии трябва да се наблюдават, да се грижат, да се експлоатират правилно, за да работят възможно най-дълго, NiMH батериите оцеляват безпроблемно, без да губят капацитет, могат да живеят толкова дълго с минимална поддръжка.

Основната пречка за по-нататъшното използване на NiMHs е тяхната ниска енергийна плътност, която е почти 40% по-малка от основния им конкурент. Те определено могат да бъдат направени по отношение на капацитета, същият като литиево-йонните батерии, но само чрез увеличаване на техния размер и следователно тегло.

При хибридите, включените хибриди и електрическите превозни средства батериите вършат много работа по време на шофиране и това е мястото, където се фокусира друга досадна характеристика на NiMH батериите. Ако се зареждат бързо и след това се използват при голямо натоварване, те обикновено генерират много топлина, така че е необходима отделна охладителна система, което от своя страна добавя още повече тегло.

Други видове акумулаторни батерии

Има много други видове батерии, които в крайна сметка могат да бъдат използвани в автомобилната индустрия, но нито една от тях не е била наистина революционна и решавала всички проблеми едновременно.

Разработени/разработени системи:

Кобалтов диоксид, железен фосфат (FePo) и литиев железен фосфат (LiFePO4), литиев въздух (Li-Air), литиева полимерна система (LiPo), никелов кобалтов манган (NCM), никелов кобалтов алуминий (NCA)) и манганов оксид (MnO) ) са само няколко от видовете батерии, които може да се появят в търговските електрически превозни средства в бъдеще.

Една от най-стабилните и евтини батерии е железният фосфат, но тази система върши работата при по-ниско напрежение, така че ще ви трябват доста много от този тип батерии за захранване на електрическа кола.

Литиево-полимерната система LiPo, звучи гордо и отличително, всъщност е друга форма на литиево-йонни батерии. Основната разлика е, че литиево-йонните полимери са опаковани в така наречения "формат на торбичките", който има както предимства, така и недостатъци. Ето защо те напоследък се използват в автомобилите.

NCM и NCA батериите все още трябва да извървят дълъг път, докато станат достатъчно рентабилни за използване в автомобили, камо ли да станат податливи на термично избягване.

Досега една от най-интригуващите нови технологии остава литиево-въздушната батерия (LiAir), която използва литиево окисляване на анода и намаляване на кислорода на катода, за да предизвика електрически ток. Двете основни предимства на литиево-въздушната батерия са, че тя е отличен източник на енергия, почти сравнима с бензиновата и 5 до 15 пъти по-мощна от настоящите литиево-йонни батерии.

Във всеки случай все още сме далеч от тези алтернативни видове батерии, които са инсталирани в много ограничен процент хибриди и електрически превозни средства. Но добрата новина е, че те са на път и заедно с тях ще дойдат нови възможности в използването на електрическо оборудване като цяло и в частност на машини.