Всичко, което искате да знаете за акумулаторите на електрически превозни средства

Скоростта, пробегът, въртящият момент и всички такива жизненоважни параметри на електрически автомобил зависят единствено от спецификацията на двигателя и батерията, използвана в автомобила. Въпреки че използването на мощен двигател не е голяма работа, проблемът се крие в проектирането на батерия, която може да генерира достатъчно ток за двигателя за дълго време, без да влошава живота му. За да се справят с търсенето на напрежение и ток, производителите на EV трябва да комбинират стотици, ако не и хиляди клетки, за да образуват батериен пакет за една кола. За да даде представа, моделът Tesla има около 7 104 клетки, а листът Nissan има около 600 клетки. Този голям брой, заедно с нестабилната природа на литиевите клетки, затрудняват проектирането на батерия за електрическа кола. В тази статия нека разгледаме как батерията за електрически превозни средства е проектирана за EVи какви са жизнените параметри, свързани с батериите, за които трябва да се полагат грижи.

Какво има в батерията на електрическо превозно средство?

Ако сте прочели статията Въведение в електрически превозни средства, досега бихте отговорили на въпроса. За хора, които са нови, позволете ми да направя бързо повторно ограничаване. Изображението по-долу показва батерията на Nissan Leaf, която е разкъсана на ниво клетка от своя пакет.

Съвременните електрически автомобили използват литиеви батерии за захранване на автомобилите си поради някои очевидни причини, които ще обсъдим по-нататък в тази статия. Но тези литиеви батерии имат само около 3.7V на клетка, докато EV автомобилът изисква някъде близо 300V. За постигане на такова високо напрежение и Ah рейтинг литиевите клетки се комбинират последователно и паралелно, за да образуват модули и тези модули заедно с някои защитни вериги (BMS) и охладителна система са подредени в механичен корпус, наречен заедно като батерия, както е показано по-горе.

Видове батерии

Въпреки че повечето автомобили използват литиеви батерии, ние не се ограничаваме само до нея. Има много видове химия на батериите. Най-общо батериите могат да бъдат класифицирани в три вида.

Основни батерии: Това са батерии, които не се презареждат. Тоест той може да преобразува химическата енергия в електрическа, а не обратно. Пример за това са алкалните батерии (AA, AAA), използвани за играчки и дистанционни управления.

Вторични батерии: Това са батериите, от които се интересуваме за електрически превозни средства. Той може да преобразува химическата енергия в електрическа енергия за захранване на EV, а също така може да преобразува електрическата енергия в химическа енергия отново по време на процеса на зареждане. Тези батерии често се използват в мобилни телефони, EV и повечето други преносими електроника.

Резервни батерии: Това са специални видове батерии, използвани в много уникално приложение. Както е посочено в името, батериите се запазват като резервни (в режим на готовност) през по-голямата част от живота си и следователно имат много ниска степен на саморазряд. Пример биха били батериите за спасителни жилетки.

Основна химия на батерията

Както беше казано по-рано, има много различни химикали за батерии. Всяка химия има своите плюсове и минуси. Но независимо от вида на химията, има няколко неща, които са общи за всички батерии, нека ги разгледаме, без да навлизаме много в химията.

В батерията има три основни слоя, те са катод, анод и сепаратор. Катодът е положителният слой на батерията, а анодът е отрицателният слой на батерията. Когато към клемите на акумулатора е свързан товар, токът (електрони) преминава от анод към катод. По същия начин, когато зарядното устройство е свързано към клемите на батерията, потокът от електрони се обръща, т.е. от катод към анод, както е показано на фигурата по-горе.

За да работи всяка батерия, трябва да се осъществи химическа реакция, наречена реакция на окисление-редукция. Понякога се нарича също Редокс реакция. Тази реакция протича между анода и катода на батерията чрез електролита (сепаратора). Анодната страна на батерията ще бъде готова да получи електрони и следователно ще настъпи реакция на окисление, а катодната страна на батерията ще бъде готова да разхлаби електрони и следователно ще настъпи Редукционна реакция. Поради тази реакция йони се прехвърлят от катода към анодната страна на батерията чрез сепаратор. В резултат на това в анода ще се натрупат повече йони. За да неутрализира този анод, трябва да изтласка електроните от неговата страна към катода.

Но Сепараторът позволява само поток на йони през него и блокира всяко движение на електроните от анода към катода. Така че единственият начин, по който батерията може да прехвърля електроните, е през външните му клеми, ето защо, когато свързваме товар към клемите на батерията, получаваме ток (електрони), който минава.

Основи на химията на литиевите батерии

Тъй като ще обсъдим литиевите батерии, тъй като те са най-предпочитаната батерия за EV, даваме възможност да разгледаме малко повече нейната химия. Отново има много видове в литиеви батерии, литиево-никелов кобалтов алуминий (NCA), литиево-никелов манганов кобалт (NMC), литиево-манганов шпинел (LMO), литиев титанат (LTO), литиево-железен фосфат (LFP) са най-много общи. Отново всяка химия има свои собствени характеристики, които добре илюстрират дина под снимката на Бостън Консултинг група.

От тях най -често се използва литиево-никеловият кобалтов алуминий поради ниската си цена. Ще разгледаме повече от тези параметри по-късно в тази статия. Но едно често срещано нещо, което можете да забележите тук, е, че литийът присъства във всички батерии. Това се дължи главно на електронната конфигурация на лития. Неутрален литиев метален атом е показан по-долу.

Той има атомен номер три, което означава, че около неговата нуклеаза ще има три електрона, а крайната обвивка има само един валентен електрон. По време на реакцията този валантен електрон се изтегля, като по този начин ни дава един електрон и литиев йон с два електрона, образуващи литиев йон. Както беше обсъдено по-рано, електронът ще тече като ток през външните клеми на батерията и литиевият йон ще тече през електролита (сепаратора) по време на окислително-редукционната реакция.

Основи на батериите за електрически превозни средства

Сега знаем как работи батерията и как се използва в електрическо превозно средство, но за да продължим от тук, трябва да разберем някои основни терминологии, които обикновено се използват при проектирането на батерия. Нека ги обсъдим…

Оценка на напрежението: Две много често срещани оценки, които можете да намерите, за да бъдат маркирани на батерията, са нейното напрежение и Ah рейтинг. Оловно-киселинните батерии обикновено са от 12V, а литиевите - от 3.7V. Това се нарича номинално напрежение на батерията. Това не означава, че батерията ще осигурява непрекъснато 3.7V през своите терминали. Стойността на напрежението ще варира в зависимост от капацитета на батерията. Ще обсъдим