Všetko, čo chcete vedieť o batériách pre elektrické vozidlá

Rýchlosť, počet najazdených kilometrov, krútiaci moment a všetky tieto dôležité parametre elektrického automobilu závisia výlučne od špecifikácie motora a akumulátora použitého vo vozidle. Aj keď použitie silného motora nie je nič veľké, problém spočíva v návrhu akumulátora, ktorý by mohol zdroji dostatočného prúdu pre motor po dlhú dobu bez zníženia jeho životnosti. Na vyrovnanie sa s požiadavkami na napätie a prúd musia výrobcovia EV skombinovať stovky, ak nie tisíce článkov, aby vytvorili batériu pre jeden automobil. Pre predstavu, model Tesla S má asi 7 104 článkov a list Nissan má asi 600 článkov. Toto veľké množstvo spolu s nestabilnou povahou lítiových článkov sťažuje návrh batérie pre elektromobil. V tomto článku poďme preskúmať, ako je akumulátorová sada elektrického vozidla navrhnutá pre elektromobila aké sú základné parametre spojené s batériami, o ktoré sa treba starať.

Čo sa nachádza v batérii elektrického vozidla?

Ak ste si prečítali článok Úvod do elektrických vozidiel, už by ste na túto otázku odpovedali. Pre ľudí, ktorí sú noví, mi dovoľte rýchlo zmeniť čiapku. Na nasledujúcom obrázku je zobrazená batéria modelu Nissan Leaf, ktorá je z tohto balíka roztrhnutá na úroveň buniek.

Moderné elektromobily používajú na napájanie svojich automobilov lítiové batérie z niekoľkých zrejmých dôvodov, ktoré si rozoberieme ďalej v tomto článku. Ale tieto Lítiové batérie majú iba okolo 3,7 na bunku, zatiaľ čo EV Car vyžaduje niekde blízko 300V. Na dosiahnutie tak vysokého napätia a Ah Ah sú lítiové články kombinované do série a paralelne do jedného modulu a tieto moduly spolu s niektorými ochrannými obvodmi (BMS) a chladiacim systémom sú usporiadané v mechanickom puzdre, ktoré sa spoločne nazýva batéria, ako je uvedené vyššie.

Typy batérií

Aj keď väčšina automobilov používa lítiové batérie, neobmedzujeme sa iba na ne. Existuje veľa druhov chémie batérií. Batérie sa dajú všeobecne rozdeliť do troch typov.

Primárne batérie: Toto nie sú nabíjateľné batérie. To znamená, že môže premieňať chemickú energiu na elektrickú a nie naopak. Príkladom môžu byť alkalické batérie (AA, AAA) používané v hračkách a diaľkových ovládačoch.

Sekundárne batérie: Toto sú batérie, o ktoré sa zaujímame pre elektrické vozidlá. Môže premieňať chemickú energiu na elektrickú na napájanie EV a tiež môže počas procesu nabíjania opäť prevádzať elektrickú energiu na chemickú. Tieto batérie sa bežne používajú v mobilných telefónoch, EV a vo väčšine ostatnej prenosnej elektroniky.

Rezervné batérie: Jedná sa o špeciálny typ batérií používaných vo veľmi jedinečných aplikáciách. Ako je uvedené v názve, batérie sú uchované ako rezerva (pohotovostné) po väčšinu svojej životnosti, a preto majú veľmi nízku rýchlosť samovybíjania. Príkladom môžu byť batérie vesty Life.

Základná chémia batérie

Ako už bolo povedané, pre batérie existuje veľa rôznych chemických postupov. Každá chémia má svoje vlastné pre a proti. Ale bez ohľadu na typ chémie existuje len málo vecí, ktoré sú spoločné pre všetky batérie, poďme sa na ne pozrieť bez toho, aby sme sa veľa venovali jej chémii.

Batéria obsahuje tri hlavné vrstvy, ktorými sú katóda, anóda a separátor. Katóda je kladná vrstva batérie a anóda je záporná vrstva batérie. Keď je k svorkám batérie pripojená záťaž, prúd (elektróny) prúdi z anódy na katódu. Podobne, keď je k svorkám batérie pripojená nabíjačka, tok elektrónov je obrátený, to znamená z katódy na anódu, ako je to znázornené na obrázku vyššie.

Aby každá batéria fungovala, mala by prebiehať chemická reakcia nazývaná oxidačno-redukčná reakcia. Niekedy sa tiež nazýva redoxná reakcia. Táto reakcia prebieha medzi anódou a katódou batérie cez elektrolyt (separátor). Anódová strana batérie bude ochotná získať elektróny, a preto dôjde k oxidačnej reakcii a katódová strana batérie bude ochotná stratiť elektróny, a preto dôjde k redukčnej reakcii. Kvôli tejto reakcii sa ióny prenášajú z katódy na anódovú stranu batérie cez separátor. Vo výsledku sa v anóde nahromadí viac iónov. Na zneškodnenie tejto anódy musí elektróny tlačiť z jej strany na katódu.

Ale separátor umožňuje iba tok iónov a blokuje akýkoľvek pohyb elektrónov z anódy na katódu. Takže jediný spôsob, ako môže batéria prenášať elektróny, je cez jej vonkajšie svorky, preto keď pripojíme záťaž na svorky batérie, dostaneme prúd (elektróny) prúdiaci za to.

Základy chémie lítiových batérií

Pretože budeme diskutovať o lítiových batériách, ktoré sú pre EV najpreferovanejšou batériou, poďme si trochu viac priblížiť jej chémiu. V lítiových batériách je opäť veľa druhov, najviac sú to lítium-nikel-kobalt-hliník (NCA), lítium-nikel-mangánový kobalt (NMC), lítium-mangánový spinel (LMO), lítium-titaničitan (LTO), lítium-železnatý fosfát (LFP). bežné. Každá chémia má opäť svoje vlastné charakteristické vlastnosti, ktoré prehľadne ilustrujú din pod obrázkom skupiny Boston Consulting.

Z nich je najpoužívanejší lítium-nikel-kobalt-hliník kvôli nízkym nákladom. K ďalším z týchto parametrov sa dostaneme ďalej v tomto článku. Ale tu si môžete všimnúť jednu spoločnú vec, že lítium je obsiahnuté vo všetkých batériách. Je to hlavne kvôli elektrónovej konfigurácii lítia. Neutrálny atóm lítneho kovu je uvedený nižšie.

Má atómové číslo tri, čo znamená, že okolo jeho nukleázy budú tri elektróny a najvzdialenejší obal má iba jeden valenčný elektrón. Počas reakcie je tento záclonový elektrón vytiahnutý, čo nám dáva jeden elektrón a lítiový ión s dvoma elektrónmi, ktoré tvoria lítny ión. Ako už bolo uvedené vyššie, elektrón bude prúdiť ako prúd cez vonkajšie svorky batérie a lítny ión bude prúdiť cez elektrolyt (separátor) počas redoxnej reakcie.

Základy batérií elektrických vozidiel

Teraz vieme, ako batéria funguje a ako sa používa v elektrickom vozidle, ale aby sme postupovali ďalej, musíme pochopiť niektoré základné terminológie, ktoré sa bežne používajú pri navrhovaní batérie. Poďme o nich diskutovať…

Menovité napätie: Dva veľmi časté menovité hodnoty, ktoré môžete na batérii vyznačiť, sú menovité napätie a Ah. Olovené batérie majú obyčajne 12 V a lítiové batérie 3,7 V. Toto sa nazýva menovité napätie batérie. To neznamená, že batéria bude po celú dobu poskytovať na svojich svorkách 3,7 V. Hodnota napätia sa bude líšiť v závislosti od kapacity batérie. Budeme diskutovať