Все, что вы хотите знать об аккумуляторах для электромобилей

Скорость, пробег, крутящий момент и все такие важные параметры электромобиля зависят исключительно от технических характеристик двигателя и аккумуляторной батареи, используемой в автомобиле. Хотя в использовании мощного двигателя нет ничего сложного, проблема заключается в разработке аккумуляторной батареи, которая могла бы обеспечивать достаточный ток для двигателя в течение длительного времени без снижения его срока службы. Чтобы соответствовать требованиям по напряжению и току, производители электромобилей должны объединить сотни, если не тысячи ячеек, чтобы сформировать аккумуляторную батарею для одного автомобиля. Чтобы дать представление, модель Tesla S имеет около 7 104 ячеек, а лист Nissan - около 600 ячеек. Это большое количество вместе с нестабильной природой литиевых элементов затрудняет разработку аккумуляторной батареи для электромобиля. В этой статье давайте рассмотрим, как аккумуляторная батарея электромобиля предназначена для электромобиля.и каковы важные параметры, связанные с батареями, о которых необходимо заботиться.

Что находится внутри аккумуляторной батареи электромобиля?

Если вы прочитали статью «Введение в электромобили», вы бы уже ответили на вопрос. Для новичков позвольте мне вкратце повторить попытку. На изображении ниже показано, как аккумулятор Nissan Leaf отделяется от аккумулятора до уровня элементов.

Современные электромобили используют литиевые батареи для питания своих автомобилей по ряду очевидных причин, которые мы обсудим позже в этой статье. Но эти литиевые батареи имеют только около 3,7 на клетку, тогда как электромобиль автомобиль требует где - то около 30. Для достижения такого высокого напряжения и номинальной мощности в ампер-часах литиевые элементы объединяются в последовательную и параллельную комбинацию для формирования модулей, и эти модули вместе с некоторыми схемами защиты (BMS) и системой охлаждения размещаются в механическом корпусе, который вместе называется аккумуляторной батареей, как показано выше.

Типы батарей

Хотя в большинстве автомобилей используются литиевые батареи, мы не ограничиваемся только этим. Доступно много типов аккумуляторной химии. В целом батареи можно разделить на три типа.

Первичные батареи: это неперезаряжаемые батареи. То есть он может преобразовывать химическую энергию в электрическую, а не наоборот. Примером могут служить щелочные батарейки (AA, AAA) для игрушек и пультов дистанционного управления.

Вторичные батареи: это батареи, которые нам интересны для электромобилей. Он может преобразовывать химическую энергию в электрическую для питания электромобиля, а также может преобразовывать электрическую энергию в химическую энергию снова во время процесса зарядки. Эти батареи обычно используются в мобильных телефонах, электромобилях и большей части другой портативной электроники.

Резервные батареи: это батареи особого типа, используемые в очень уникальном приложении. Как следует из названия, батареи хранятся в резерве (в режиме ожидания) на протяжении большей части срока службы и, следовательно, имеют очень низкую скорость саморазряда. Примером могут служить батареи спасательного жилета.

Основы химии батареи

Как уже говорилось ранее, для батарей доступно много разных химикатов. У каждой химии есть свои плюсы и минусы. Но, независимо от типа химии, есть несколько вещей, которые являются общими для всех батарей, позвольте нам взглянуть на них, не вдаваясь в подробности химии.

В батарее есть три основных слоя: катод, анод и разделитель. Катод - это положительный слой батареи, а анод - отрицательный слой батареи. Когда нагрузка подключена к клеммам батареи, ток (электроны) течет от анода к катоду. Точно так же, когда зарядное устройство подключено к клеммам аккумулятора, поток электронов меняется на противоположный, то есть от катода к аноду, как показано на рисунке выше.

Чтобы любая батарея работала, должна иметь место химическая реакция, называемая реакцией окисления-восстановления. Иногда также называется окислительно-восстановительной реакцией. Эта реакция происходит между анодом и катодом батареи через электролит (сепаратор). Сторона анода батареи будет желать получать электроны и, следовательно, будет происходить реакция окисления, а сторона катода батареи будет желать терять электроны, и, следовательно, произойдет реакция восстановления. Из-за этой реакции ионы передаются от катода к анодной стороне батареи через сепаратор. В результате в аноде будет накапливаться больше ионов. Чтобы нейтрализовать этот анод, он должен подтолкнуть электроны со своей стороны к катоду.

Но сепаратор пропускает только поток ионов через него и блокирует любое движение электронов от анода к катоду. Таким образом, батарея может передавать электроны только через свои внешние клеммы, поэтому, когда мы подключаем нагрузку к клеммам батареи, мы получаем ток (электроны), протекающий через нее.

Основы химии литиевых батарей

Поскольку мы собираемся обсудить литиевые батареи, поскольку они являются наиболее предпочтительными батареями для электромобилей, давайте немного подробнее остановимся на их химическом составе. В литиевых батареях снова много типов: литий-никель-кобальт-алюминий (NCA), литий-никель-марганцевый кобальт (NMC), литий-марганцевая шпинель (LMO), титанат лития (LTO), литий-железный фосфат (LFP). общие. Опять же, каждый химический состав имеет свои собственные характеристики, которые четко показаны на рисунке ниже, сделанном Boston Consulting group.

Из них литий-никель-кобальт-алюминий наиболее широко используется из-за его низкой стоимости. Позже в этой статье мы рассмотрим больше этих параметров. Но можно заметить одну общую вещь: литий присутствует во всех батареях. Это в основном из-за электронной конфигурации лития. Ниже показан нейтральный атом металлического лития.

Он имеет атомный номер три, что означает, что вокруг его нуклеазы будут находиться три электрона, а на самой внешней оболочке находится только один валентный электрон. Во время реакции этот валентный электрон вытягивается, давая нам один электрон и ион лития, причем два электрона образуют ион лития. Как обсуждалось ранее, электрон будет течь в виде тока через внешние клеммы батареи, а ион лития будет проходить через электролит (сепаратор) во время окислительно-восстановительной реакции.

Основы аккумуляторов для электромобилей

Теперь мы знаем, как работает аккумулятор и как он используется в электромобиле, но чтобы продолжить, нам нужно понять некоторые основные термины, которые обычно используются при разработке аккумуляторного блока. Давайте обсудим их…

Номинальное напряжение: два очень распространенных рейтинга, которые вы можете найти на батарее, - это номинальное напряжение и рейтинг в ампер-часах. Свинцово-кислотные батареи обычно имеют напряжение 12 В, а литиевые - 3,7 В. Это называется номинальным напряжением батареи. Это не означает, что батарея будет постоянно обеспечивать 3,7 В на своих клеммах. Значение напряжения будет зависеть от емкости аккумулятора. Мы обсудим