Меню

Как устроены аккумуляторы для электромобилей

Как устроены аккумуляторы для электромобилей

ЭкоТехника в Facebook Экотехника в Telegram ЭкоТехника в Twitter

  • Солнце
  • Ветер
  • Вода
  • Земля
  • Рынок

Устройство батарей Nissan Leaf, Tesla Model S и Chevy Bolt – чей аккумулятор лучше.

батарея Ниссан Лиф - вид изнутри

Прежде всего, следует рассмотреть различные формы батарей. Так, у Nissan Leaf аккумулятор не является плоским, он размещается от переднего сиденья до заднего, скрытый под полом автомобиля. Для того, чтобы было удобно сидеть сзади, батарея имеет своеобразное углубление для пола перед задним сиденьем.

Аккумулятор у Chevy Volt имеет Т-образную форму. В центре пола перед задним сиденьем есть узкое возвышение — это самая узкая часть батареи. Основной массив батареи расположен под задним сиденьем.

Инженеры Tesla используют плоскую батарею под всем днищем электромобиля, так называемый «скейтборд».

батарея электромобиля Tesla Model S

Собственно, почему такие разные формы? Для этого необходимо посмотреть внутрь батареи. Блок питания, (батарея или аккумулятор), состоит из меньших аккумуляторных элементов (более известное название — батарейка, еще их называют элементом питания или ячейкой).

Существуют три основных типа литий-ионных элементов питания: цилиндрические, призматические и пакетные (гелиополимерные аккумуляторы в корпусе из, как правило, алюминиевой фольги). Обычная батарейка для фонарика является цилиндрической. Tesla использует именно такие стандартные цилиндрические батарейки, имеющие маркировку 18650, что означает ее габариты – 18 х 65 мм, причем она применяет их как в батареях для электрокаров, так и в бытовых системах хранения энергии (как устроен домашний аккумулятор «Тесла» можно узнать из этой статьи).

Типы литий-ионных аккумуляторов

Призматические элементы имеют большие габариты и являются более тяжелыми. Их можно сравнить с автомобильными аккумуляторами, однако они несколько легче, поскольку не содержат свинца. В свою очередь, пакетные батареи — это листы катода и анода с перегородкой посередине и с тонкой оберткой вокруг. Большинство элементов питания этого типа имеют размеры 21 на 27 см и обернуты металлической оболочкой.

Во всех подобных аккумуляторах тонкие слои катодов и анодов, разделены перегородками и напоминают кипы бумаги. Разница заключается в том, что пакетные батареи можно складировать одну на одну в высоту только в один или два ряда. Также пакетные не имеют оболочки и, следовательно, нуждаются во внешней защите. Цилиндрические батарейки послойно складывают в цилиндр. Призматические батарейки, чтобы поместить в прямоугольные пакеты, необходимо укладывать штабелями.

Во время зарядки все литиевые элементы питания имеют свойство расширяться и нагреваться. Батарейки призматической формы должны быть механически прижаты, чтобы не менять свою форму. Опять же, металлическая оболочка в цилиндрических батарейках не позволяет им расширяться. Зато пакетные батарейки, которые порой напоминают пачки офисной бумаги, нуждаются во внешней упаковке.

В аккумуляторах Tesla цилиндрические батарейки складываются вертикально. Их можно было бы вместить еще больше, однако свободные промежутки были оставлены для вентиляции. Батарея достаточно плоская и может незаметно спрятаться снизу практически большинства автомобилей.

Электромобили «Лиф» и «Вольт» используют пакетные батареи. Литий-ионные элементы питания в Chevrolet Volt уложены вертикально в ряд, в связи с чем батарея имеет продолговатую прямоугольную форму, также она может иметь Т-образную форму (такая батарея размещается между сиденьями)

Аккумуляторный блок Nissan Leaf включает ориентированные горизонтально пакетные батарейки, сложенные как почта в ящике. Элементы аккуратно размещаются под сиденьями, а также в центре пространства для ног перед задним сиденьем. Надо сказать, что все очень эргономично и не мешает пассажирам. Более подробно об устройстве батареи электрокара «Лиф» здесь.

У Chevy Volt все несколько по-другому: по центру пространства перед задними сиденьями имеется возвышение из-за Т-образной батареи. Концепт Т-образной батареи был впервые разработан Дженерал Моторс для своего EV-1.

батарея Chevy-Bolt

Элементы питания Nissan Leaf укомплектованы в блоки с напряжением около 400 В. Такое значение электрического напряжения выбрано с тем, чтобы, с одной стороны, этой величины вольтажа было достаточно, для маломощных моторов, с другой стороны, при такой компоновке расходы на преодоление сопротивления являются низкими. Литиевые батарейки имеют напряжение от 3,6 до 4 В, следовательно, если соединить последовательно 100 батареек можно получить 400 В.

аккумулятор Nissan Leaf

Батарея

У метода, который применила компания Tesla с цилиндрическими батарейками есть свои преимущества. Электромобиль параллельно использует несколько блоков батарей, то есть, если один из элементов выйдет из строя, весь аккумулятор будет продолжать работать. Для сравнения в «Вольте» от Дженерал Моторс и в «Ниссане Лиф», ячейки подключены последовательно, подобно новогодней гирлянде, то есть, если одно звено выйдет из строя, то перестанет работать вся батарея. Слабой стороной всех этих методов является то, что трудно обнаружить неработающий элемент.

Читайте также: Устройство современных литий-ионных аккумуляторов.

В новом Chevy Volt используется 192 батарейки, разделенных на два блока по 96 штук в каждом. Поскольку аккумулятор может произвести электроэнергии 18,4 кВт*ч, мы можем вычислить приблизительное напряжение и емкость элемента. Литиевые ячейки выдают примерно 3,8 В, следовательно, в целом батарея будет иметь 365 В. Электрическая емкость батареи (А*ч), будет вдвое выше электрической емкости блока, поскольку блоки являются параллельными. Таким образом, параметры батареи — 18,4 кВт*ч, или 50,4 А*ч.

Это значение несколько ниже особенностей батареек Nissan Leaf, а именно — 33,1 А*ч в одной ячейке. Оригинальный аккумулятор для «Вольта» весит примерно 180 кг. В батареи использованы кисетного батарейки, а не призматические. В общем, батареи в Вольте и Лифе имеют много схожих особенностей.

Читайте также:  Лучшая зарядка для аккумуляторов вейпа

Аккумулятор для «Лифа» состоит из 48 модулей по 4 батарейки в каждом модуле. Каждая ячейка имеет, в среднем, такие параметры — 3,8 В и 33,1 А*ч. На представленных видео можно увидеть «внутренности» батареи Nissan Leaf, узнать, как они устроены и как их можно разобрать (если сильно захочется).

Все три типа аккумуляторов имеют свои преимущества и недостатки. В Nissan Leaf блоки размещены во всем доступном пространстве под сиденьями и полом, однако имеют недостаточное охлаждение. Блок «Вольта» хорошо защищен, в месте с тем, Т-образная форма уменьшает количество свободного пространства перед задними сиденьями, но охлаждение в нем имеется. Аккумулятор «Теслы» сохраняет большое количество внутреннего пространства автомобиля, а размещение батареи снизу, делает ее потенциально уязвимой перед возможными ударами, но при этом он хорошо охлаждается.

Автопроизводители еще окончательно не определились с выбором между цилиндрическими и пакетными элементами, однако некоторые эксперты утверждают, что пакетные батареи все же дешевле. Таким образом, можно сделать вывод, что пока нет единого мнения о том, каким должен быть «лучший» аккумулятор. С другой стороны, поскольку различные подходы и технологические решения конкурируют между собой, можно надеяться на довольно быстрый прогресс в технологиях аккумуляции энергии.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Источник



Из чего делают аккумуляторы для электромобилей

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:

  • более высокое напряжение;
  • повышенная плотность накопленной энергии;
  • минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
  • отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
  • срок эксплуатации до 10 лет.

Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Читайте также:  Арк аккумулятор для питания

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

  1. Проверка правильности крепления нового источника питания.
  2. Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
  3. При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

Источник

Как устроен аккумулятор электромобиля

Заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S и узнаем как она устроена.

По данным североамериканского Агентства по защите окружающей среды (ЕРА), Model S достаточно одного подзаряда батарей объемом 85 кВт*ч для преодоления более 400 км, что является самым значимым показателем среди подобных автомобилей, представленных на специализированном рынке. Для разгона до 100 км/час электрокару достаточно лишь 4,4 секунды.

Залогом успеха данной модели является наличие литий-ионных батарей, основные составляющие которых поставляются для Тесла компанией Panasonic. Аккумуляторы Тесла овеяны легендами. И поэтому один из обладателей такой батареи решился нарушить ее целостность и выяснить, что она представляет из себя внутри. Кстати, стоимость подобной батареи равна 45 000 USD.

Аккумулятор расположен в днище, благодаря чему Тесла обладает низким центром тяжести и прекрасной управляемостью. Присоединяется он к кузову посредством кронштейнов.

Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.

До того, как полностью ее разобрать, было замерено электрическое напряжение, подтвердившее рабочее состояние батареи.

Сборка аккумуляторов отличается высокой плотностью и точностью подгонки деталей. Весь процесс комплектации проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов.

Каждый блок состоит из 74 элементов, по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками (литий-ионные ячейки Panasonic), разделенных на 6 групп. При этом, выяснить схему их размещения и работы почти нереально — это большой секрет, а значит, сделать реплику данной батареи будет крайне трудно. Китайский аналог аккумулятора Tesla Model S мы вряд ли увидим.

В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. Указанный объем электрического напряжения в капсуле составляет 3,6В.

Микросхемы аккумулятора Tesla

Система охлаждения аккумулятора Tesla

Самый мощный из имеющихся аккумуляторов (его объем составляет 85 кВт*ч) состоит из 7104 подобных батарей. И весит он порядка 540 кг, а его параметры равны 210 см в длину, 150 см в ширину и 15 см в толщину. Количество энергии, вырабатываемой всего одним блоком из 16, равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от портативных компьютеров.

При сборке своих батарей Тесла применяют элементы, произведенные в различных странах, таких, как Индия, КНР, Мексика, но финальная доработка и комплектация производятся в Соединенных Штатах. Компания предоставляет гарантийное обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.

Аккумуляторы Panasonic от Tesla

Теперь и вы знаете из чего состоит аккумулятор электромобиля Tesla Model S.

Источник

Из чего состоит аккумулятор

img

Работа электромобиля основана на электрическом токе. Внешне такие машины трудно отличить от авто с бензиновым двигателем. Единственная заметна разница в шуме при движении: электромобиль передвигается практически бесшумно. По типу организации работы эти виды машин существенно отличаются.

В электроавтомобиле установлен двигатель, функционирующий от электрического тока и получающий энергию от аккумуляторов.

Основные виды аккумуляторных батарей

В основе работы электромотора лежит принцип индукции электромагнитной природы. Данный тип двигателя преобразовывает энергию электриеской природы в механическую. Этот двигатель имеет высокий показатель КПД (коэффициента полезного действия). Он может достигать 95%.

Читайте также:  Аккумулятор космос r03 900mah

аккумуляторы

Главный источник энергии электромотора – батареи аккумуляторной природы. Такие источники питания довольно дорогостоящие, что является главной причиной недостаточной распространенности электромобилей.

Наиболее популярный и доступный вид аккумуляторов – источники питания со свинцово-кислотным наполнителем. Также эти батареи почти полностью перерабатываются, что уменьшает их отрицательное влияние на экологию. Следующий вид аккумуляторов – никель-металлогибридные. Они дороже, чем представленные ранее, но имеют более высокие показатели производительности. Литий-ионные источники питания – идеальные для автомобилей с электрическим двигателем. Они наименее распространены среди автовладельцев из-за своей высокой стоимости.

аккумуляторы

Зачастую в электромобилях, кроме батарей, питающих двигатель, устанавливают дополнительный источник питания, обеспечивающий функционирование фар, магнитолы, стеклоочистителей и других аксессуаров вашего транспортного средства.

Особенности и строение аккумулятора с литий-ионным наполнителем

литий-ионный аккумулятор

Источник питания с литий-ионным наполнителем очень распространен сегодня в бытовой электронике и широко применяется в автомобилях с электрическими двигателями и энергетических системах (мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т.д.).

Литий-ионный аккумулятор является наилучшим вариантом для питания электромобилей. Его составляющие:

  • Электроды, разделенные между собой сепараторами, которые пропитаны электролитом.
  • Герметичный корпус, в котором размещены электроды.
  • Катоды и аноды, прикрепленные к токосъемникам-клеммам.

Корпус оснащен предохранительным клапаном, главная функция которого – сбрасывать внутреннее давление при авариях и нарушении условий использования двигателя. Литий-ионные аккумуляторы различаются в зависимости от характера материала на катоде. «Транспортером» заряда в этом источнике питания есть ион лития с положительным зарядом, который может вклиниваться в кристаллическую структуру таких материалов, как графит и различные соли, с созданием связи химической природы.

литий-ионный аккумулятор

Сегодня при обширном производстве описанного вида аккумулятора используют такие три вида сырья катодной природы:

  • Кобальт литий и производные от никелата лития твердые растворы.
  • Шпинель из лития и марганца.
  • Феррофосфат лития.

Аккумуляторы с литий-ионным наполнителем имеют существенные преимущества в сравении с их сородичами. Это низкие показатели

TeslaModel S: взгляд изнутри

Компания «Тесла Моторс» создает популярные «экологичные» электромобили, которым присущи специфические свойства, делающие машины популярнее с каждым днем. Одной из составляющих успеха продуктов компании являются батареи литий-ионной природы, размещенные в электроавто.

Каково же строение источника питания Тесла?

литий-ионная батарея tesla model s

Для начала стоит отметить, что вся сборка аккумулятора характеризуется повышенной плотностью и точностью сочетания составляющих. Батарея имеет 16 составляющих – блоков параллельного соединения, огражденных пластинами из металла и пластиковой защитой батареи от воды. Каждый блок аккумулятора имеет разделенные на шесть групп 74 составляющих компонента, похожих на привычные пальчиковые батарейки. Схема их размещения и принцип работы держатся в строжайшем секрете!

Электрод с положительным зарядом – это графит, а с отрицательным – никель, кобальт и оксидный алюминий.

литий-ионная батарея tasla model s

Наимощнейший из подобных аккумуляторов сложен из 7104 похожих батарей. Имеет вес 540 кг, длину – 2м 10см, ширину – 1м 50см и 15 см толщину. Энергия, вырабатываемая одним из 16 блоком, равна продуцируемой сотней аккумуляторов портативных компьютеров.

При производстве аккумуляторов Тесла используют детали, созданные в Мексике, Китайской народной республике и Индии. Конечная работа производится в США. Гарантия, предоставляемая компанией, значительна: до 8 лет.

В статье описан состав наиболее распространенных источников питания для двигателей электромобилей. Надеемся, информация будет полезной для Вас!

Источник

Как устроены аккумуляторы для электромобилей

Как устроен аккумулятор электромобиля Tesla Model S

Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно.

Сегодня мы заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S узнаем как она устроена.

По данным североамериканского Агентства по защите окружающей среды (ЕРА), Model S достаточно одного подзаряда батарей объемом 85 кВт*ч для преодоления более 400 км, что является самым значимым показателем среди подобных автомобилей, представленных на специализированном рынке. Для разгона до 100 км/час электрокару достаточно лишь 4,4 секунды.

Залогом успеха данной модели является наличие литий-ионных батарей, основные составляющие которых поставляются для Тесла компанией Panasonic. Аккумуляторы Тесла овеяны легендами. И поэтому один из обладателей такой батареи решился нарушить ее целостность и выяснить, что она представляет из себя внутри. Кстати, стоимость подобной батареи равна 45 000 USD.

Аккумулятор расположен в днище, благодаря чему Тесла обладает низким центром тяжести и прекрасной управляемостью. Присоединяется он к кузову посредством кронштейнов.

Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.

Вскрытие аккумулятора Tesla Model S

До того, как полностью ее разобрать, было замерено электрическое напряжение, подтвердившее рабочее состояние батареи.

Сборка аккумуляторов отличается высокой плотностью и точностью подгонки деталей. Весь процесс комплектации проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов.

Каждый блок состоит из 74 элементов, по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками (литий-ионные ячейки Panasonic), разделенных на 6 групп. При этом, выяснить схему их размещения и работы почти нереально — это большой секрет, а значит, сделать реплику данной батареи будет крайне трудно. Китайский аналог аккумулятора Tesla Model S мы врядли увидим.

В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. Указанный объем электрического напряжения в капсуле составляет 3,6В.

Источник