Vše, co chcete vědět o bateriích pro elektrická vozidla

Rychlost, počet ujetých kilometrů, točivý moment a všechny tyto důležité parametry elektromobilu závisí pouze na specifikaci motoru a baterii použité v automobilu. I když použití výkonného motoru není velký problém, problém spočívá v konstrukci akumulátoru, který by mohl zdroji dostatečného proudu pro motor po dlouhou dobu bez snížení jeho životnosti. Aby se výrobci elektřiny vyrovnali s poptávkou po napětí a proudu, musí zkombinovat stovky, ne-li tisíce článků, aby vytvořili baterii pro jeden automobil. Pro představu má Tesla model S asi 7 104 buněk a list Nissan má asi 600 buněk. Toto velké množství spolu s nestabilní povahou lithiových článků ztěžuje návrh baterie pro elektrický automobil. V tomto článku prozkoumáme, jak je baterie pro elektromobily navržena pro EVa jaké jsou základní parametry spojené s bateriemi, o které je třeba se starat.

Co je uvnitř akumulátoru elektrického vozidla?

Pokud jste si přečetli článek Úvod do elektrických vozidel, už byste na tuto otázku odpověděli. Pro lidi, kteří jsou noví, dovolte mi rychle přepracovat. Níže uvedený obrázek ukazuje, že baterie modelu Nissan Leaf je ze sady Pack roztrhána na úroveň článků.

Moderní elektromobily používají k napájení svých automobilů lithiové baterie, a to z několika zřejmých důvodů, o nichž si povíme později v tomto článku. Ale tyto Lithiové baterie mají pouze kolem 3,7 na buňku, zatímco EV Car vyžaduje někde poblíž 300V. K dosažení tak vysokého napětí a Ah hodnocení jsou lithiové články kombinovány do série a paralelní kombinace za vzniku modulů a tyto moduly spolu s některými ochrannými obvody (BMS) a chladicím systémem jsou uspořádány v mechanickém pouzdru, které se souhrnně nazývá baterie, jak je uvedeno výše.

Druhy baterií

Zatímco většina automobilů používá lithiové baterie, nejsme omezeni pouze na ni. Existuje mnoho typů chemie baterií. Baterie lze obecně rozdělit do tří typů.

Primární baterie: Jedná se o nenabíjecí baterie. To znamená, že může přeměňovat chemickou energii na elektrickou energii a ne naopak. Příkladem mohou být alkalické baterie (AA, AAA) používané pro hračky a dálkové ovladače.

Sekundární baterie: Jedná se o baterie, které nás zajímají pro elektrická vozidla. Může přeměňovat chemickou energii na elektrickou energii k napájení EV a také může znovu přeměnit elektrickou energii na chemickou energii během procesu nabíjení. Tyto baterie se běžně používají v mobilních telefonech, elektromobilech a ve většině ostatních přenosných elektronik.

Rezervní baterie: Jedná se o speciální typ baterií používaných ve velmi jedinečné aplikaci. Jak již název napovídá, baterie jsou po většinu své životnosti uchovávány jako rezervní (pohotovostní), a proto mají velmi nízkou rychlost samovybíjení. Příkladem mohou být baterie vesty Life.

Základní chemie baterie

Jak již bylo řečeno, pro baterie existuje mnoho různých chemikálií. Každá chemie má své vlastní klady a zápory. Ale bez ohledu na typ chemie existuje několik věcí, které jsou společné pro všechny baterie, pojďme se na ně podívat, aniž bychom se hodně věnovali její chemii.

V baterii jsou tři hlavní vrstvy, kterými jsou katoda, anoda a separátor. Katoda je kladná vrstva baterie a anoda je záporná vrstva baterie. Když je zátěž připojena ke svorkám baterie, proud (elektrony) proudí z anody na katodu. Podobně, když je nabíječka připojena ke svorkám baterie, je tok elektronů obrácen, tj. Od katody k anodě, jak je znázorněno na obrázku výše.

Aby každá baterie fungovala, měla by proběhnout chemická reakce zvaná Oxidation-Reduction Reaction. Někdy se také nazývá redoxní reakce. Tato reakce probíhá mezi anodou a katodou baterie elektrolytem (separátorem). Anodová strana baterie bude ochotna získat elektrony, a proto dojde k oxidační reakci a katodová strana baterie bude ochotna uvolnit elektrony, a proto dojde k redukční reakci. Kvůli této reakci jsou ionty přenášeny z katody na anodovou stranu baterie separátorem. Ve výsledku se v anodě nahromadí více iontů. K neutralizaci této anody musí tlačit elektrony ze své strany na katodu.

Separátor ale umožňuje pouze tok iontů a blokuje jakýkoli pohyb elektronů z anody na katodu. Jediným způsobem, jak může baterie přenášet elektrony, je přes její vnější svorky, proto když připojíme zátěž ke svorkám baterie, dostaneme proud (elektrony), který si to myslel.

Základy chemie lithiové baterie

Vzhledem k tomu, že budeme diskutovat o lithiových bateriích, protože jsou nejpreferovanějšími bateriemi pro EV, pojďme se trochu více zabývat jeho chemií. V lithiových bateriích je opět mnoho typů, nejvíce jsou lithium-nikl-kobalt-hliník (NCA), lithium-nikl-manganový kobalt (NMC), lithium-manganový spinel (LMO), lithium-titaničitan (LTO), lithium-železitý fosfát (LFP). běžné. Každá chemie má opět své vlastní charakteristiky, které jsou úhledně ilustrovány pod obrázkem skupiny Boston Consulting.

Z nich je nejpoužívanější lithium-niklový kobaltový hliník kvůli jeho nízké ceně. K dalším z těchto parametrů se dostaneme dále v tomto článku. Ale zde si můžete všimnout jedné společné věci, že lithium je přítomno ve všech bateriích. Je to hlavně kvůli elektronové konfiguraci lithia. Níže je uveden neutrální atom lithia.

Má atomové číslo tři, což znamená, že kolem jeho nukleázy budou tři elektrony a nejvzdálenější obal má pouze jeden valenční elektron. Během reakce je tento záclonový elektron vytažen, což nám dává jeden elektron a lithiový iont se dvěma elektrony tvořícími lithiový ion. Jak již bylo uvedeno výše, elektron bude proudit jako proud vnějšími vývody baterie a lithiový iont bude proudit elektrolytem (separátorem) během redoxní reakce.

Základy baterií elektrických vozidel

Nyní víme, jak baterie funguje a jak se používá v elektrickém vozidle, ale abychom mohli pokračovat odtud, musíme pochopit některé základní terminologie, které se běžně používají při navrhování sady baterií. Pojďme o nich diskutovat…

Jmenovité napětí: Dva velmi běžné jmenovité hodnoty, které lze na baterii označit, jsou jmenovité napětí a jmenovitý výkon. Olověné baterie mají obvykle 12V a lithiové baterie 3,7V. Tomu se říká jmenovité napětí baterie. To neznamená, že baterie bude po celou dobu poskytovat svorkám 3,7 V na svorkách. Hodnota napětí se bude lišit v závislosti na kapacitě baterie. Prodiskutujeme