Виды и использование аккумуляторов электромобилей

Обслуживание и замена батарей электромобиля

Электромобили неприхотливы в обслуживании. Новой батареи хватает на длительное время эксплуатации. Достаточный аккумуляторный заряд обеспечивает максимальный пробег. Со временем приходится сталкиваться с такой проблемой, как замена аккумулятора.

Сделать это непросто, поскольку стоит учитывать следующее:

Подбор происходит в индивидуальном порядке, поскольку все модели разные.
Каждая переустановка аккумулятора должна параллельно программироваться с бортовым компьютером, иначе работать автомобиль не будет. Делает это исключительно профильный специалист.
Модульная конструкция сегодня позволяет ремонтировать блок, если повредился определённый отсек. Полное истощение батареи свидетельствует о необходимости её замены.

Каков срок службы аккумулятора электромобиля?

Литий-ионный аккумулятор теряет 2,3% своей емкости каждый год.

Kia Soul EV 2017 года (емкость аккумулятора все еще составляет 99,1% после 2 лет использования);
Renault Kango ZE с 2014 года (98,3%);
Volkswagen e-Golf 2017 года (97,7%);
и Tesla Model X и Model S 2017 года (97,6% и 97,4% соответственно).

Температура и рабочий цикл: два важных фактора деградации

Рабочая температура : как и в случае со свинцово-кислотными аккумуляторами, тепло приводит к необратимому падению емкости литий-ионного аккумулятора

Следовательно, важно не парковать свой автомобиль под прямыми солнечными лучами. Geotab не только подтверждает это наблюдение, но и сообщает нам, что батареи с эффективной системой терморегулирования демонстрируют более медленную деградацию

С другой стороны, холод просто повлияет на немедленную автономность, но не повлияет на срок службы батареи.

Зарядка и разрядка: Как мы уже говорили, полные циклы зарядки и разрядки значительно ускоряют износ литий-ионного аккумулятора. Помимо рекомендаций не превышать определенные пороговые значения (как правило, от 20 до 80%), производители часто склонны оставлять определенный процент неиспользуемым, чтобы избежать экстремальных нагрузок. Например, Tesla Model S имеет аккумулятор на 102 кВтч, емкость которого ограничена 98 кВтч. Также рекомендуется избегать быстрой зарядки, что подтверждает Geotab, поскольку они имеют тенденцию ускорять разрушение аккумулятора, как и немедленная зарядка после интенсивного использования автомобиля. Поэтому при выборе способа зарядки электромобиля лучше всеговыберите усиленную розетку для дома.

Возраст транспортного средства : хотя в некоторых случаях снижение мощности может быть линейным, обычно оно происходит по другой схеме. Очень часто, прежде чем темп замедлится, происходит значительное начальное падение. Наконец, к концу его жизненного цикла отмечается дальнейшее значительное снижение. С другой стороны, интенсивное использование электромобиля не влияет на время автономной работы. Согласно Geotab, разница в деградации будет минимальной между транспортным средством, используемым менее 8000 км в год, и другим более 20000 км в год (4). При условии, что диапазон заряда-разряда в среднем составляет от 20 до 80%.

Какие технологии будут доминировать в будущем?

Можно предположить, что в будущем технология литий-полимерных (Li-Po) батарей также вытеснит многие другие решения. Для производства используется менее токсичный материал, а вес батареи меньше. Сегодня такие АКБ компактных размеров используются на беспилотных летательных аппаратах. В разработке у специалистов есть еще несколько технологий, которые могут стать хорошим заделом на будущее и заменить токсичные и небезопасные элементы на более современные, экологически чистые и долговечные.

Очевидные тренды на будущие несколько лет следующие:

Уменьшение веса батарей. Сегменты должны становиться легче, чтобы уменьшать общий вес автомобилей.
Увеличение запаса хода. Ученые активно работают над тем, чтобы создать более емкие и выносливые аккумуляторы.
Замена для Li-ion технологии. Это позволит победить одну из самых серьезных проблем электрических машин – низкую экологичность аккумуляторов.
Снижение опасности взрыва. Это также фактор замены литий-ионных батарей, который активно обсуждается в сфере исследователей.
Обкатка новых технологий. Уже существуют альтернативные технологии, которые явно будут иметь успех в будущем.

В качестве одной из альтернативных технологий можно вспомнить об американском стартапе, который предложил использовать специально подготовленный алюминиевый лист в качестве аккумулятора. Такое устройство одноразовое, его хватает на 700 км пробега, затем алюминий идет на вторичную переработку, так что стоимость пробега не будет слишком высокой. Но пока это только концептуальные решения, а не серийная продукция.

Предлагаем посмотреть видео о начинке аккумулятора Tesla:

Факторы, влияющие на срок службы аккумулятора электромобиля

У литий-ионных аккумуляторов есть свои пределы; со временем количество энергии, которое они могут хранить, уменьшается. При средней скорости деградации аккумулятора в 2,3% в год «подавляющее большинство аккумуляторов прослужат дольше, чем автомобиль». ()

Проблема оценок

Проблема с оценкой фактического срока службы аккумулятора электромобиля, а не его гарантированного срока службы, заключается в том, что доступные данные ограничены количеством времени, в течение которого электромобили находятся в дороге. Из 1,4 миллиона электромобилей, проданных в США с момента их появления в 2010 году, только 400 000 старше пяти лет (). Nissan Leaf был представлен в США в конце 2010 года. Chevy Bolt вышел на рынок США в конце 2016 года, самая продаваемая Tesla Model 3 была представлена в середине 2017 года, а первый владелец Model 3, который проехал 160 000 километров, сделал это только в 2019 году (). Эффективность аккумулятора и плотность энергии также продолжают регулярно улучшаться. Когда Национальная лаборатория по изучению возобновляемой энергии в 2014 году оценила, что аккумуляторы электромобилей могут прослужить от 12 до 15 лет в умеренном климате (от 8 до 12 лет в экстремальных климатах), она точно отметила, что «все еще необходима долгосрочная проверка.» ()

Однако оценить реальный срок службы двигателя автомобиля, работающего на бензине, не легче. Средний срок службы легкового автомобиля с бензиновым двигателем составляет 215 000 километров (), но автомобили ломаются по многим причинам, кроме отказа двигателя. Если вы спросите эксперта о том, как долго работает бензиновый двигатель, вы, вероятно, получите расплывчатый ответ: все зависит от того, насколько хорошо двигатель сделан и обслуживается. Обычная оценка 240 000 километров.

Затраты на замену аккумулятора

Хотя с 1991 года цены на литий-ионные аккумуляторы упали на 97% и продолжают снижаться, замена аккумулятора электромобиля по-прежнему обходится дороже, чем замена двигателя бензинового автомобиля. Без учета затрат на рабочую силу новый двигатель может стоить от 4000 до 7000 долларов, в зависимости от количества цилиндров, в то время как подержанный двигатель составляет десятую часть этой цены (). Замена аккумулятора на 24 кВтч на Nissan Leaf может стоить от 5500 долларов для новой батареи, и примерно вдвое меньше для отремонтированной опять же без учета затрат на оплату труда (). Замена аккумулятора Tesla Model 3 может стоить вам 13 500 долларов (). Однако, поскольку аккумуляторы электромобилей состоят из множества отдельных модулей, и эти модули состоят из отдельных элементов, возможно, нет необходимости в замене всей аккумуляторной батареи. Эксперты Current Automotive отмечают, что они столкнулись только с одним случаем, когда требовалась замена всего аккумулятора Tesla.

Как узнать уровень заряда аккумулятора автомобиля по его напряжению

Наиболее простой метод – визуальный. Сегодня степень заряженности АКБ можно узнать, взглянув на гидрометрический индикатор (как его называют, «глазок»). Благодаря ему определяется степень зарядки изделия без подручных средств:

зелёный цвет индикатора указывает, что АКБ заряжена более чем на 60 %; тёмный цвет говорит о необходимости зарядки батареи; светлый цвет сообщает о потребности аккумулятора в дистиллированной воде. Также примерно определить работоспособность батареи можно при помощи мультиметра, измерив напряжение при заглушенном двигателе, после выдержки его примерно в течение 12 часов, как говорилось выше. Измерения проводятся при температуре +18 С.

Приводим таблицу заряда аккумулятора автомобиля по напряжению:

Уровень работоспособности (%)	Напряжение (В)
100	От 12,6
90	12,5
80	12,4
70	12,3
60	12,2
50	12,05
40	11,9
30	11,7
20	11,55
10	11,3
10,5

Аккумулятор средней ценовой категории служит примерно 3 года. Если всё это время соблюдать правила эксплуатации, батарея не доставит вам хлопот. Здесь один из главных моментов – не допускать глубокого разряда. По истечении трёхлетнего срока следует усилить контроль над АКБ: хотя бы раз в пару недель измерять напряжение полностью заряженного аккумулятора, если возможно, то и плотность. Через 4–5 лет АКБ рекомендуется заменить на новую.

Повторно использованные батареи

Как только автомобиль опустился его емкость аккумулятора более 80%, не интересно, что мы продолжаем использовать его, чтобы дать ему жизнь. Но эта батарея совсем не разряжена, она все еще имеет большую емкость и может использоваться в других целях. Некоторые производители уже изучают, как использовать аккумуляторы, когда они бесполезны для автомобилей, и, таким образом, предотвращают их, например, разложение.

В настоящее время автомобильные компании, такие как Toyota, Nissan, Renault или BMW, уже сотрудничают с компаниями и поставщиками, чтобы внести свой вклад в энергетический сектор с этими батареями, которые больше не будут использоваться. Например, некоторые из новое использование для повторно используемых батарей заключается в обеспечении энергией зданий и домов. Аккумулятор, который не подходит для автомобиля, можно использовать для освещения в квартире на весь день в Испании. Они также планируются в качестве вариантов для подачи энергии для общественного освещения, таких как утилизация для новых применений в электромобилях или даже для освещения стадионов : Johan Cruyff Arena в Нидерландах использует повторно использованные батареи Nissan Leaf вместе с 4,200 солнечными батареями, которые обеспечивают достаточное количество энергии

Почему электромобиль? Мотивации

В качестве мотиваций приводятся два основных аргумента в поддержку использования электромобиля:

1) Улучшение экологической обстановки в мире.

Это на данный момент – главный аргумент.

Уже ни для кого не секрет, что выхлопы автомобилей с ДВС считаются одними из основных виновников загрязнения атмосферы. Именно они являются источниками ядовитых газов, пагубно влияющих на организм человека. Кроме того, они способствуют возникновению парникового эффекта, неблагоприятно действующего на экосистему планеты.

2) Постепенный уход от зависимости от углеводородного сырья.

Это второй основной аргумент в пользу электромобилей.

Некоторые страны просто не хотят тратить средства на закупку излишних объемов углеводородного сырья, используя его после соответствующей переработки в качестве топлива для автомобилей. На их территориях имеется достаточно развитая сеть электростанций, работающих на воде и ветре.

Кроме того, запасы нефти и газа в недрах Земли не безграничны. Когда-нибудь они полностью иссякнут.

А для заправки электромобиля они просто не нужны.

Металл-воздушные типы АКБ

Еще одна перспективная технология, которая находится на стадии разработки, – это металл-воздушные аккумуляторы. Такие батареи неплохо зарекомендовали себя на испытаниях, но по ряду причин не используются в серийном производстве автомобилей.

Главные достоинства технологии следующие:

малый вес, что позволяет облегчить массу машины и уменьшить общий расход электроэнергии в пути;
сравнительно большой пробег на одном заряде, что сразу же поднимает эту технологию в рейтинге;
отсутствие серьезных проблем с утилизацией отработанного оборудования;
невысокая стоимость производства, вторичная переработка и использование отходов в повторном производстве АКБ.

Но есть у технологии и минусы. В частности, страдает долговечность эксплуатации. В среднем такие батареи могут выдерживать до 70 циклов зарядки/разрядки, и этого очень мало для электрических автомобилей серийного образца. Данные технологии также находятся в разработке у ряда инновационных компаний, которые стремятся сделать металл-воздушные аккумуляторы более надежными и долговечными. Но пока до серийного выпуска очень далеко.

Есть важный момент. Такие аккумуляторы могут непредсказуемо выходить из строя и полностью разряжаться за пару секунд. Поэтому их будущее в сфере электромобилей очень туманно.

Какое напряжение на аккумуляторе автомобиля вообще считается нормальным

Здесь также имеется в виду напряжение заряженного аккумулятора автомобиля без нагрузки. Это 12,5–13,2 В. Последний вольтаж получается по окончании подзарядки. Какое напряжение должен показывать заряженный аккумулятор автомобиля после 12-часовой выдержки с заглушенным двигателем? Это 12,6–12,8 В. Чтобы получить точные данные, измерения осуществляются где-то через 12 часов после того, как двигатель перестал работать. Это может быть, например, утро, когда машина ночь провела на стоянке или в гараже. Перед измерением одну клемму («массу») снимите с аккумулятора. Удержать свой заряд без изменений новая и заряженная батарея ёмкостью, например, 50 А/ч сможет 141 сутки (при плюсовой температуре воздуха), если она отсоединена от бортовой сети автомобиля. При подключении к ней время сохранения заряда уменьшается в 2 раза. Почему? Даже при заглушенном силовом агрегате и выключенном зажигании потребление тока продолжается: например, из-за подключённой сигнализации утечка составляет от 0,02 до 0,05 А/ч.

Минимальное напряжение

Чтобы избежать глубокого разряда батареи, что чревато необратимыми химическими процессами (сульфатацией), и выхода АКБ из строя, необходимо постоянно контролировать напряжение. Минимальное напряжение автомобильного аккумулятора – 10,5 В (воспользуйтесь ЗУ для восстановления работоспособности изделия). Иное дело U = 9 В. При таком значении нормально зарядить изделие можно только качественным ЗУ. Но даже восстановленная АКБ вряд ли будет полноценно работать. Есть, конечно, специальные схемы по десульфатации батареи, но, стоит повториться, 100%-го эффекта это не даст. Подобная ситуация может говорить о возможном замыкании между пластинами.

Под нагрузкой

Измерение напряжения на клеммах аккумулятора под нагрузкой подразумевает использование специального прибора – нагрузочной вилки. Но не забывайте: посредством устройства определяется всего лишь общая работоспособность батареи и степень её заряженности либо, наоборот, разрядки. Данный аппарат не определит ёмкость АКБ и начавшуюся сульфатацию (если она идёт, конечно). Исходя из этого, очевидно, что показания прибора не позволяют сделать вывод о сроке эксплуатации АКБ. Аппарат состоит:

из корпуса с мультиметром;
спирали, выполняющей функцию сопротивления;
проводов, оканчивающихся зажимами типа «крокодил»;
включателя.

Всего встречается два типа приборов: аналоговые (со стрелкой) и цифровые. Последние пользуются большей популярностью, так как выдают более точные показания. Практически все вилки предназначены для работы при положительной температуре от +1 до +35 градусов. Но есть и дорогие модели, способные исправно функционировать и в тридцатиградусный мороз. Создаваемый прибором ток колеблется в пределах 100–200 А. В некоторых моделях это значение можно регулировать. Время проверки аккумулятора под нагрузкой – не более 10 сек. Интересно, что по стандартам Евросоюза оно доходит до 20 сек. Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля без нагрузки – 12,6–12,7 В.

При работающем двигателе

При заведённом моторе напряжение на аккумуляторе автомобиля из-за генератора будет несколько выше – 13,6–14,2 В. Оговорка: в течение десяти минут после пуска оно выше. Проверку напряжения на аккумуляторе автомобиля при работающем двигателе следует производить после того, как мотор проработает хотя бы 15 минут. Далее включите все потребители энергии в авто:

стеклоочистители;
обогреватель заднего стекла;
отопитель (на максимальном режиме);
дальний свет;
магнитолу.

Показания вольтметра должны измениться незначительно – на 0,2–0,3 В. Если напряжение аккумулятора автомобиля при работающем двигателе падает на большее значение, возможны проблемы с генератором. Здесь имеет смысл сделать небольшое отступление. В некоторых машинах (например, ВАЗ2108–2115) на конвейере ставят стандартный родной генератор, выдающий 80 А. Если задействовать потребители, а многие ещё пользуются такими штуками, как сабвуфер, усилитель к магнитоле (особенно если громкость вывернуть на полную мощность), то генератор просто не справляется с нагрузкой, и напряжение на АКБ становится меньше нормы. Решить проблему можно только одним способом: приобрести генератор на 100 А (он подходит по креплениям).

Почему ваш автомобильный аккумулятор не может убить вас электрическим током?

Математика может быть немного сложнее, но главная причина того, что вы можете безопасно дотронуться до положительного и отрицательного полюсов типичного автомобильного аккумулятора и уйти невредимым, связана с напряжением аккумулятора. В то время как автомобильные аккумуляторы технически имеют силу тока, чтобы убить вас, напряжение — другая история.

Автомобильные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 12 В, которое может немного увеличиваться или уменьшаться в зависимости от уровня заряда. В одиночку этого недостаточно, чтобы создать проблему. Если вы подключите много батарей последовательно, вы можете достичь напряжения, достаточно высокого, чтобы добраться до опасной территории.

Традиционные автомобильные аккумуляторы способны обеспечивать большую силу тока короткими импульсами, что является основной причиной того, что древняя свинцово-кислотная технология все еще используется. Стартерным двигателям для работы требуется большая сила тока, а свинцово-кислотные батареи хороши для обеспечения коротких интенсивных вспышек силы тока.

Тем не менее, существует огромная разница между катушками стартера и высоким контактным сопротивлением человеческого тела .

Проще говоря, напряжение можно рассматривать как «давление», поэтому, хотя у автомобильной батареи технически может быть достаточно силы тока, чтобы убить вас, мизерное 12 В постоянного тока просто не обеспечивает достаточного давления, чтобы протолкнуть любое значительное количество тока через контактное сопротивление. вашей кожи.

Вот почему вы можете прикасаться к обоим клеммам автомобильного аккумулятора, не испытывая ударов, хотя вы можете почувствовать покалывание, если ваши руки мокрые. Конечно, это не что иное, как исповедание, потенциально смертельная электрическая пытка, которую вы, возможно, видели в кино или на телевидении.

Не погружайте себя в соленую воду и подключите к соединительным кабелям или вставьте электроды в кончики пальцев и прикоснитесь к автомобильному аккумулятору, чтобы проверить это. Математика говорит, что вы, вероятно, были бы в порядке, но человеческое тело — сложная вещь, и это не стоит делать эксперименты.

Литий-ионные батареи – классика жанра

Данный вариант считается классическим решением, но уже давно перестал быть единственным вариантом АКБ для машин. Это сильно увеличенный аналог батареи из вашего мобильного телефона, работает здесь все по такому же принципу. Одним из серьезных недостатков можно назвать высокую стоимость производства. Также защитников планеты смущает момент проблем с утилизацией действующих веществ аккумулятора Li-ion.

Но есть ряд важных преимуществ:

материалы в таком аккумуляторе способны накапливать заряд много раз и держать его длительный срок;
электромотор в машине нуждается в постоянном стабильном напряжении, и эта батарея обеспечивает такую особенность;
батарея Li-ion разряжается всего на 6% в месяц, если вы не будете использовать электромобиль;
радует и срок эксплуатации – в стандартном городском режиме аккумулятора хватит на 7-10 лет или 1000 циклов зарядки.

Важная проблема, из-за которой производители ищут альтернативы, – это высокий риск взрыва при механических повреждениях. Приходится сооружать дорогостоящие боксы для защиты владельца новой машины от непредвиденных обстоятельств. Также есть ограничение с точки зрения внешней температуры. Эксплуатировать Li-ion АКБ можно при температурах до -20 градусов, и это ограничивает географию применения машин с такими сегментами питания.

Немного об устройстве

Далее уместно было бы выделить все сильные и слабые стороны электромобиля, показать, чем же он лучше или хуже обычного автомобиля с ДВС. Но прежде, чем это сделать, давайте хоть совсем вкратце остановимся на его устройстве.

Электромобиль состоит из следующих конструктивных элементов:

Аккумуляторная батарея тяговая. Предназначена для питания электричеством тягового электродвигателя. Обычно это литий-ионная аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких модулей, соединенных последовательно. Напряжение постоянного тока на ее выходе составляет порядка 300В.
Аккумуляторная батарея дополнительная.Она служит для питания электричеством различных устройств и систем электромобиля: освещения, аудиосистемы, системы отопления, привода стеклоподъемников и т.д. Имеет напряжение на выходе 12В.
Тяговый электродвигатель.Его предназначение – создать крутящий момент, необходимый для движения электромобиля. Обычно используются синхронные (асинхронные) двигатели переменного тока. Их мощность доходит до 200 кВт и более.
Трансмиссия.Служит для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса. Она на электромобиле очень простая – одноступенчатый редуктор.
Инвертор.Он предназначен для преобразования высокого напряжения постоянного тока в переменный ток, необходимый для питания тягового двигателя.
Преобразователь постоянного тока.С его помощью выполняется зарядка дополнительной аккумуляторной батареи.
Электронная система управления.Она выполняет следующие функции:1) Регулирует тягу двигателю.2) Производит контроль и управление высоким напряжением.3) Оценивает заряд тяговой аккумуляторной батареи.4) Обеспечивает выбор оптимального режима движения.5) Осуществляет управление рекуперативным режимом торможения.6) Осуществляет контроль использования энергии.7) Обеспечивает плавное ускорение машины.

Ниже приводится более подробная конструктивная схема электромобиля:

1) Датчик давления в тормозной системе2) Электроусилитель руля3) Приборная панель4) Датчик положения педали акселератора5) Датчик положения педали тормоза6) Датчик положения селектора переключения передач7) Блок управления электромобилем8) Блок управления аккумуляторной батареи9) Бортовое зарядное устройство10) Преобразователь постоянного тока11) Блок управления кондиционером12) Инвертор13) Электродвигатель14) Уровень зарядки аккумуляторной батареи15) Модуль аккумуляторной батареи16) Трансмиссия17) Компрессор кондиционера18) Отопитель19) Разъем для обычной зарядки20) Разъем для быстрой зарядки

Из всего этого нетрудно догадаться, что электромобиль устроен проще, чем обычный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

Алюминий-ионные аккумуляторы

По своей конструкции данные виды батарей не сильно отличаются от предыдущих вариантов, разве что производители добавили в состав алюминиевые сегменты. Тем не менее, алюминий значительно повышает безопасность эксплуатации и практически полностью убирает риск взрыва. За все приходится платить, и в этих АКБ безопасность стала поводом для уменьшения производительности катода. Это значит, что машина сможет проехать меньше на одном заряде, а циклов зарядки/разрядки само изделие может пережить до 700-800. Это немного сокращает средний срок эксплуатации изделия.

Исследователи на базе автомобильных концернов в Китае сегодня ведут разработки нового поколения аккумуляторных батарей для электромобилей именно на основе алюминий-ионных технологий. Как только экономический смысл использования таких сегментов питания будет оптимальным, эти виды батарей заменят литий-ионные на многочисленных китайских электрических автомобилях. Но пока это только перспективная технология.

Важно! Если в будущем у вас появится машина с алюминий-ионным аккумулятором, не стоит заражать ее на 100%. Оптимальный заряд без разрушения элементов внутри батареи – 85-90%

Другие поломки и уход

Помимо того, почему батареи разлагаются в электромобиле, вы должны рассмотреть некоторые ключи или проблемы в техническое обслуживание электромобиля если вы думаете о покупке нового. Это будет более доступно, если вы беспокоитесь о постоянных посещениях семинара, но это не значит, что он требует ухода и обслуживания:

Охлаждающая жидкость батареи будут характерны для данного типа транспортных средств и должны быть изменены, когда это указано, в зависимости от модели или производителя, хотя это нормально, что около 80,000 километров для первого изменения.
Тормоза будет меньше страдать в автомобиле этих условий. Почему? Электромобили используют систему рекуперативного торможения, которая снижает износ колодок и требует замены реже, чем в обычном автомобиле. Конечно, вы должны изменить их.
Шины будут нужно такое же обслуживание.

Как появились электромобили?

Первая тележка с электродвигателями и батареями на борту смогла преодолеть расстояние в 100 метров еще в 1841 году. А настоящие электромобили появились на европейских дорогах только в конце XIX века. Тогда они опережали бензиновых и паровых конкурентов по всем параметрам: скорости, динамике разгона, грузоподъемности и запасу хода. Минусом был только сложный процесс зарядки батарей. Пока не изобрели выпрямитель тока, приходилось соединять между собой электродвигатель переменного тока и генератор постоянного тока. Механизм тратил много энергии и часто ломался. Тем временем бензиновые машины становились все более совершенными — минусы электромобилей заставили надолго забыть об этом виде транспорта.

К ним вернулись на рубеже 1960-70-х годов, когда стоимость горючего резко возросла, а в крупных городах остро встала проблема выхлопов. Электромобили выпускались небольшими сериями, но по-прежнему оставались диковинкой. В 1990-х были выпущены первые крупные партии электротранспорта, который можно было взять в лизинг или аренду в США. Наглядно плюсы электромобилей продемонстрировала компания Илона Маска Tesla Motors. Ее спорткар Roadster приближался к бензиновым конкурентам по динамике и запасу хода.

В 2010-х выпуск электрокаров начали многие автомобильные компании: Mitsubishi, Nissan, Volkswagen, Toyota, Jaguar, Renault и другие. Благодаря массовому производству их цена снизилась в 1,5–2 раза. Экологически чистый транспорт впервые стал доступным.

Как правильно заряжать Li-ion аккумулятор

При эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, необходимо правильно заряжать устройство и контролировать этот процесс. Зарядка осуществляется по специальной схеме, а контроль при помощи дополнительных плат или обычного сопротивления (резистора).

Двухступенчатая схема зарядки

Двухступенчатая схема заряда является оптимальным способом зарядки литиевых аккумуляторов. В этом случае контроллер заряда имеет повышенную нагрузку, однако это не сказывается на сроке службы устройства.

Обобщённый график заряда литий-ионного аккумулятора.

Выполнение первого этапа зависит от того, каким током будет насыщаться устройство. Номинальная величина тока равна 0,2-0,5 С (С — емкость аккумулятора), а мощность 12,6 вольт. Постоянный зарядный ток обеспечивается путем работы зарядного устройства (ЗУ), которое поднимает потенциалы на клеммах аккумулятора. При отметке в 4,2 В батарея набирает 70-80% заряда, и первый этап заканчивается.

Второй этап характеризуется постоянным напряжением и постепенно снижающимся током. Устройство поддерживает потенциал на отметке 4,15-4,25 В и контролирует параметры тока. Чем выше показатель, тем меньше становиться ток. Величина 0.05-0.01 С говорит об окончании процесса.

Как контролируют параметры зарядки

Литиевые аккумуляторы нуждаются в контроле, так как они работают в узком диапазоне изменения напряжения. Оптимальным значением считается 3 — 4,2 В. Контроллер установлен в зарядном устройстве, однако каждая батарея имеет свои прерыватели и модули защиты. В случае нарушения какого-либо параметра защитная функция отключает банку и разрывает цепь.

Виды контроллеров заряда литий-ионного аккумулятора.

Контроллер обеспечивает различные функции управления:

переводит режимы CC/CV;
контролирует подачу энергии в банках;
подает ток, компенсирующий саморазряд;
измеряет температуру, предотвращая порчу батареи;
отключает зарядку.

Зарядить аккумулятор без контроллера можно, используя резистор, включенный последовательно с устройством. Собрать схему своими руками несложно, если предварительно будут рассчитаны сопротивление, мощность резистора и ток заряда.

Схема заряда литий-ионного аккумулятора без контроллера. Резистор используется для ограничения тока заряда и защиты АКБ.

Преимущества и недостатки Li-ion аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы обладают рядом неоспоримых достоинств: повышенный срок службы при небольших размерах, малом весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность. Литиевые батареи принимают высокий ток зарядки и разрядки. Поэтому зарядка займет меньше времени, пройдет более эффективно (это полезно при рекуперации энергии во время торможения).

Однако при этом нельзя допускать перегрева: чем выше ток, тем сильнее нагрев. И вопрос не только в сокращении срока службы аккумуляторов, но и в риске возникновения пожара, так как у лития низкая устойчивость к возгоранию. Поэтому еще на стадии производства строго следят за технологией: мельчайшая примесь в сепараторе ячеек может способствовать возникновению внутренних замыканий, которые в состоянии нагреть литий до температуры возгорания.

Под крышкой аккумулятора устанавливается устройство, реагирующее на повышение температуры увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела. В ходе эксплуатации за безопасностью следит специальная электроника, контролирующая температуру в каждой ячейке, температуру модуля, в котором они собраны, и температуру пакета аккумуляторов. Необходима и эффективная охлаждающая система.

Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет всего лишь 4-6 % за первый месяц, затем – еще меньше: за год аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в зависимости от температуры в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс-500-1000 циклов.

Заключение

Как видно из всего вышеизложенного, электромобиль имеет как свои сильные, так и слабые стороны. И главная цель на данный момент – найти такие технические решения, которые помогут быстрее избавиться от этих слабых сторон. Сделать так, чтобы электромобиль стал для нас таким же обыденным средством передвижения, как и знакомый всем нам классический автомобиль с ДВС.

Имеет ли электромобиль перспективы своего развития? Конечно, имеет! По той простой причине, что электричество – единственно доступный и дешевый на сегодняшний день вид энергии, использование которой для передвижения транспортных средств не принесет заметного вреда окружающей среде.

3 комментария к “Электромобиль — достоинства, недостатки, перспективы”

По поводу отсутствия шума. Он всё таки есть, но существенно отличается от привычного шума машин на ДВС. К этому просто надо привыкнуть. Впрочем, как и к ряду моментов. Тестил Теслу и нашёл множество спорных моментов.

По поводу экономии средств. В ряде стран Европы, зарядка электрокаров бесплатна, НО, только для определённого ряда моделей и только купленных у определённых ритейлеров. Всякие китайские и электрокары гаражной любительской сборки, к сожалению, должны заряжаться уже за деньги. Но, сюда же отнести и тот момент что при всей высокой стоимости на данный момент, они представляют экономию в конечном итоге и очень скоро окупаются и переходят в разряд экономных средств передвижения.

Насчёт пробега — пока что это проблема всех электротранспортных устройств, начиная от урбанскутеров. С учётом ограниченности ёмкости имеющихся на данный момент и в ближайшем обозримом будущем аккумулирующих элементов, боюсь эта проблема будет ещё долго преследовать, если не найдутся какие-нибудь альтернативные способы решения. Но, если уж брать саму Теслу, то пробега хватает прилично чтобы съездить на работу, помотаться по делам днём и вернуться домой и ещё после этого свозить подругу на романтический вечер и обратно. А зарядка — несколько часов ночью уж можно как-нибудь потерпеть.

А вот насчёт уровня безопасности — тут очень сомнительно. Пока все не перейдут только на электротранспорт, говорить о снижении уровня опасности эксплуатации преждевременно. Тем более что возможно возникновение и новых, специфических видов угроз при использовании подобных средств.

Тем не менее, считаю это направление перспективным и в будущем намерен пересесть на электромобиль.

Первый серийный и относительно доступный в финансовом плане электромобиль Тесла был представлен более 2 лет назад. Популярность электрокаров растёт во многих странах, однако до массовой эксплуатации ещё далеко, хотя объём продаж медленно, но верно увеличивается. Рано или поздно машины с электрическими двигателями вытеснят с рынка модели с двигателями внутреннего сгорания.

История создания
Принцип работы электромобиля
Продажи электрокаров в мире
Развитие инфраструкторы
Гибридные автомобили
Минисы электромобилей
Перспективы электротранспорта