Виды и использование аккумуляторов электромобилей

Особенности аккумуляторов для электромобилей

Эксплуатационные и электрические показатели аккумуляторных батарей зависят от состава электролита и материала производства электродов. В продаже имеются аккумуляторы для электромобилей следующих типов:

• никель-цинковые (NiZN);
• литий-полимерные (Li-pol);
• литий-ионные (Li-ion);
• никель-металл-гидридные (NiMH);
• никель-кадмиевые (NiCd);
• свинцово-кислотные (Lead Acid).

Перед тем, как купить аккумулятор для электромобиля 12v или приобрести аккумулятор для электромобиля 6v, необходимо поинтересоваться, к какой группе он относится, и какие характерные преимущества и недостатки имеет. Как правило, аккумуляторы, цена которых в нашем магазине доступна и невысока, представляют собой необслуживаемые устройства.

Свинцово-кислотный

Самые дешевые и в прошлом самые распространенные тяговые батареи. Существует два основных типа свинцово-кислотных аккумуляторов: автомобильные стартерные батареи и батареи глубокого цикла.

Автомобильные генераторы предназначены для обеспечения высокой скорости зарядки стартерных батарей для быстрых зарядов, в то время как батареи с глубоким циклом, используемые для электрических транспортных средств, требуют различной многоступенчатой ​​зарядки.

Ни одна свинцово-кислотная батарея не должна разряжаться ниже 50% ее емкости, так как это сокращает срок службы батареи. Такие батареи требуют обслуживания, конкретно — контроля уровня и качества электролита.

Традиционно большинство электромобилей использовали свинцово-кислотные батареи из-за их зрелой технологии, высокой доступности и низкой стоимости (исключение: некоторые ранние EV, такие как Detroit Electric , использовали никель-железную батарею).

Аккумуляторные батареи с глубоким циклом дорогие и имеют более короткий срок службы, чем сам автомобиль, замена обычно требуется каждые 3 года.

Свинцово-кислотные батареи в EV являются значительной (25-50%) частью конечной массы транспортного средства. Как и все батареи, они имеют значительно меньшую удельную энергию, чем нефтяные топлива.

Хотя разница не настолько экстремальна, как кажется на первый взгляд, из-за более легкого привода в EV. Эффективность (70-75%) и емкость для хранения кислотной батареи с глубоким циклом снижаются при более низких температурах, а отвод энергии для работы нагревательной катушки снижает эффективность и запас хода до 40%.

Зарядка и работа батарей обычно приводят к выбросу водорода, кислорода и серы , которые встречаются в природе и обычно безвредны, если они должным образом вентилируются. Ранние владельцы электромобилей с такими батареями обнаружили, что, если их не обеспечить нормальную вентиляцию, сразу после зарядки в салоне будет неприятный запах серы.

Свинцово-кислотные аккумуляторы приводили в действие такие ранние современные EV, как оригинальные версии General Motors EV1 и Toyota RAV4 EV.

Никель-металлгидридный

Никель-гидридные (NiMH) батареи сейчас считаются относительно зрелой технологией. Хотя они менее эффективны при зарядке и разрядке, чем свинцовая кислота, они имеют удельную энергию 30-80 Втч/кг, что намного выше, чем свинцово-кислотная.

При правильном использовании никель-металлгидридные батареи могут иметь исключительно долгий срок службы, что было продемонстрировано при использовании в гибридных автомобилях и «выживших» EVM NiMH RAV4, которые по-прежнему хорошо работают после 100 000 миль (160 000 км) и более десяти лет службы.

К недостатком можно причислить низкую эффективность, высокий уровень саморазряда и низкую производительность в холодную погоду.

Натрий никель-хлоридный

Еще их называют ZEBRA (Zeolite Battery Research Africa). Эти батареи используют в качестве электролита расплавленный хлоралюминат натрия (NaAlCl4). Эта химия также иногда упоминается как «горячая соль».

Относительно зрелая технология, батарея Zebra имеет удельную энергию 120 Вт/кг и разумное последовательное сопротивление. Поскольку аккумулятор необходимо нагревать для использования, холодная погода не оказывает сильного влияния на его работу, за исключением увеличения расходов на отопление. Они использовались в нескольких EV. Зебры могут использоваться несколько тысяч циклов заряда и нетоксичны.

Недостатки батареи Zebra включают плохое соотношение мощности к веу (<300 Вт/кг) и потребность в нагревании электролита до температуры около 270°C, которая отнимает часть энергии и создает трудности в долгосрочных испытаниях, долгосрочное хранение заряда.

Батареи Zebra использовались в коммерческом автомобиле Modec с момента его ввода в производство в 2006 году.

Литий-ионный

Литий-ионные (Li-ion и аналогичные литий-полимерные Li-pol) батареи, широко известные благодаря их использованию в ноутбуках, телефонах и другой электронике, доминируют в самой самом современном электромобилестроении.

Эта технология позволяет создавать аккумуляторные ячейки с впечатляющей удельной энергией 200+ Втч/кг и хорошей удельной мощностью и эффективностью заряда/разряда от 80 до 90%. Недостатки традиционных литиево-ионных аккумуляторов включают короткие циклы (от нескольких сотен до нескольких тысяч циклов заряда) и значительную потерю емкости с возрастом. Катод также несколько токсичен.

Кроме того, традиционные литиево-ионные аккумуляторы могут представлять угрозу пожарной безопасности, если они проколоты или заряжены ненадлежащим образом. Зрелость этой технологии умеренная. Tesla Roadster (2008) использует традиционные литий-ионные ячейки, используемые в ноутбуках, которые могут быть заменены по отдельности по мере необходимости.

Большинство других EV используют новые вариации на литий-ионную тему, которые приносят в жертву часть энергии и удельную мощность для обеспечения огнестойкости, экологичности, очень быстрых зарядов (всего несколько минут) и очень длинных сроков жизни. Было показано, что эти варианты имеют гораздо более продолжительный срок службы.

Много работы и исследований проводится для совершенствования литий-ионных батарей в лабораториях. Оксид лития-ванадия уже используется в прототипе Subaru G4e, удваивая плотность энергии. На данный момент это самая перспективная технология аккумуляторов для электромобилей.

Сколько служит аккумулятор электромобиля

Долгосрочность периода, на протяжении которого служит аккумулятор для электрокара, измеряется в количестве допустимых циклов заряда и разряда. Эта цифра колеблется у разных автопроизводителей. Можно взять авто, не отличающиеся дорогой ценой и являющееся доступным для покупателей со средним доходом.

Тогда аккумулятор Nissan Leaf в среднем может быть введен в эксплуатацию на 5-6 лет. Этот период взят из расчета, что зарядка батареи будет производиться каждый день.

Компании, производящие более дорогие машины, например, Tesla, дают гарантию, что аккумулятор электрокара будет служить 8-10 лет.

Спустя этот срок АКБ все ещё может работать, однако, емкость уменьшится, то есть, будет значительно уменьшено расстояние пробега, на которое хватает одного заряда.

Обслуживание аккумуляторных батарей электромобиля

Обслуживание АКБ – это регулярный контроль за рядом параметров:

• зарядкой и разрядкой батареи,
• особенностями использования АКБ в зимний период,
• расчетом производительности,
• температурным режимом использования.

Многим кажется, что аккумуляторами «напичкана» сейчас любая техника, и с чем-чем, а с заменой аккумулятора точно проблем не будет. Но к электрокару это не относится. Чтобы замена прошла успешно, нужно чётко «просекать» в этом вопросе и к процедуре относиться не просто как к процедуре сродни «поменять батарейку в часах», а к установке ПО.

Установка любой аккумуляторной батареи электрокара обязана пройти согласование и регистрацию с помощью ПО.
Раньше при смене аккумулятора нужно было менять весь АКБ целиком, но современные модели батарей позволяют менять и блоками, то есть меняется только «битая» — вышедшая из строя ячейка.

Проверка батареи

Проверить АКБ электромобиля не простая процедура и провести ее в «домашних» условиях практически не возможно. В обязательном порядке необходимо иметь специализированное оборудование и выполнять процедуры в сервисных условиях. Специалист должен быть компетентным. Кроме того не забываем, что полное напряжение АКБ в электрокаре это не те наши привычные 12 или 24 вольта, а свыше 300 вольт! Поэтому к процедуре обслуживания и замены АКБ предъявляются высокие требования безопасности.

Зарядка аккумуляторов

Следующая важная деталь – зарядка. Наиболее важным аспектом зарядки аккумулятора является стоимость, связанная с этим процессом. Стоимость варьируется в зависимости от места, которое вы выбираете для зарядки, времени, которое вы выбираете (пиковое время или время не пиковой нагрузки), напряжения зарядного устройства и размера вашей батареи. Вы можете сэкономить много денег, если будете заряжать свой автомобиль в ночное время (в нерабочее время). Местоположение является еще одним фактором, который влияет на стоимость зарядки.

Пример: стоимость электроэнергии в США высока по сравнению с другими странами. Чем больше размер батареи, тем больше времени потребуется для зарядки и, следовательно, больше затрат. Зарядка от зарядного устройства на 120 В и зарядного устройства на 240 В имеет значительную разницу во времени, необходимом для завершения процесса зарядки.

Последний аспект, связанный с зарядкой батареи, – это потери, возникающие в виде рассеяния тепла во время зарядки. Пример: Если для полной зарядки батареи потребовалось 12 кВт-ч, то на батарею ушло только 10 кВт-ч.

Как падает емкость аккумулятора электромобиля спустя несколько лет

Отмечено, что в первую пару лет после приобретения электрокара емкость аккумулятора и запас хода уменьшаются на 5-10 %. Эти изменения можно объяснить измененным стилем езды, затратой энергии на работу кондиционера или техники для обогрева салона.

Максимальный спад емкости АКБ для таких машин припадает на третий-пятый год пользования, уменьшение запаса хода равняется 20-30 %. После этого уменьшение емкости высчитывается в незначительных процентных соотношениях: примерно 0-5% в год. Эта цифра становится меньше пропорционально возрасту автомобиля.

Считается, что Nissan Leaf, который введен в эксплуатацию на протяжении пяти лет, имеет способность преодолевать расстояние в 100-130 км – это две трети от 160 км, которые стандартно заданы при покупке такого электрокара.

Водители, которые активно пользуются своими электромобилями и за год преодолевают примерно 30-50 тысяч км, подтверждают приведенные выше выводы. При эксплуатации электрокара на дистанцию 10-20 тыс. км АКБ почти не показывает изменений.

Во время езды от 10-20 тыс. км до 50 тыс. км, спад емкости приравнивается к 20-30 %. От 50 тыс. км до 60-70 тыс. км деградация АКБ замедляется. После 70-80 тыс. км этот процесс практически сводится к нулю и машина имеет способность проехать 2/3 от первоначального пробега, указанного при покупке.

Существует ли возможность ремонта или замены АКБ электрокара

Необходимость смены электробатареи появляется, как правило, через 8-10 лет эксплуатации машины, когда емкость существенно уменьшится. Замену можно произвести на любом электрокаре.

В разных моделях электромобилей АКБ имеют отличия, например, в разъемах или креплении. То есть, достаточно сложно будет взять аккумулятор от одной машины и поместить в другую.

Также одной из составляющих деталей батареи является блок управления, он может быть соединен с блоком управления авто, являющий собой бортовой компьютер. Для того, чтобы установить на свой автомобиль новую электробатарею, необходимо согласование самого АКБ с автомобилем – это осуществляется посредством компьютерной программы.

Можно улучшить технические характеристики батареи, прибегнув к частичной замене составляющих элементов. Так как аккумулятор построен из блоков, можно поменять один из них. В среднем их количество колеблется от 16 до 48.

Замена аккумулятора электромобиля Nissan Leaf

Новая батарея Nissan Leaf до начала эпидемии коронавируса стоила около 6500 долларов США, б/у — около 3000. Цена замены батареи Nissan Leaf — еще 400–500 долларов. Но в Россию и Украину этот электрокар официально пока не поставляется, хотя и сертифицирован. Значит, придется ждать поставки из-за рубежа как минимум две недели. А в нынешних условиях карантина сроки непредсказуемы, да и цена тоже. Но есть способ отремонтировать АКБ быстрее и дешевле.

Замену батареи Nissan Leaf не обязательно производить целиком. Она модульная и состоит из 48 ячеек, соединенных в 4 блока с манганат-литиевыми положительными электродами и графитовыми отрицательными. Состояние каждого элемента можно проконтролировать через приложение Leaf SPY для смартфона или планшета на Android или iOS.

Подключение к системе управления электрокара происходит через Wi-Fi или Bluetooth при помощи специального OBD-адаптера. На экране наглядно показывается состояние каждой ячейки. Менять нужно только потерявшие емкость, а это гораздо дешевле, ведь одна стоит около 150 долларов. Но для замены ячеек батареи Ниссан Лиф для все равно придется обращаться в СТО, ведь демонтировать придется всю АКБ.

На сайтеE-razborka  можно купить батарею на Ниссан Лиф мощностью 24 кВт за 3110 долларов, одну ячейку — за 90. Китайская батарея на Ниссан Лиф 40 кВт для модели 2018 года стоит 9000 долларов, предложений по ячейкам сегодня нет. К этой сумме нужно добавить стоимость доставки из Украины и цену работы.

На российском сайтеBaza.drom  б/у АКБ Nissan Leaf в сборе стоит 2020 долларов, одна ячейка — 94. Но их предлагают только полным комплектом из 48 штук за 4500.

Замена АКБ на электромобиле Tesla

В недавнем интервью Илон Маск заявил, что Tesla Model 3, младшая модель компании, обладает надежностью тяжелого грузовика. То есть рассчитана на пробег около 1,5 млн км без критических поломок. Ресурс батареи Тесла составляет 1500 циклов перезаряда и в среднем обеспечивает запас хода 600 тыс. км. Мало того, компания снизила стоимость замены модулей батареи Тесла, потерявших емкость, до 5–7 тыс. долларов.

Неисправные ячейки меняются на рабочие, и обновленный источник электроэнергии используется для других целей, например, как накопитель энергии для солнечных батарей.

Сегодня в новых батареях Тесла используются элементы Tesla 2170 где накапливается на 30 % больше энергии, чем ранее. Конструктивно накопитель емкостью 85 кВтч, например, состоит 7104 пальчиковых ячеек, собранных в 16 модулей, мощность каждого — 5,3 кВтч.

В каждом модуле 444 элемента, схема их соединения запатентована. Они расположены под днищем, и для демонтажа необходим специальный подъемник, поддерживающий корпус под колеса. Обычный погрузчик может повредить корпус лапами.

Для питания систем управления служит дополнительный 12-вольтовый источник. Его можно поменять без специальной техники, хотя добраться к месту установки нелегко. Только квалифицированный ремонтник знает, где он находится у каждой конкретной модели.

Понятно, что не стоит экспериментировать даже опытному владельцу электромобиля, нужно довериться специалистам.

Цена одного нового модуля тесловского накопителя энергии колеблется в достаточно широких пределах. Например, украинская компанияELMOB  предлагает их по 1200 долларов США и с доставкой за 3 месяца.

Особенности разных трудностей, возникающих в работе, прекрасно показаны в видеоролике киевской компании Teslaservice. Посмотрите и поймете, почему ремонтники избегают заранее рассказывать о цене замены батареи Тесла.

Как продлить срок службы АКБ

Простые правила эксплуатации продлят жизнь самой дорогого элемента конструкции электрокара:

• Зарядку нужно делать перед поездкой и не оставлять машину долго без дела. Долгий простой приносит больше вреда, чем интенсивная эксплуатация.
• Не доводите заряд до уровня 100 % и не разряжайте ниже 20 %. Это оптимальные щадящие границы ее эксплуатации.
• Скоростные зарядные устройства уменьшают срок службы. Как можно чаще пользуйтесь домашней сетью через бортовое устройство. Желательно делать это в теплом гараже, особенно зимой.

Эти советы касаются прежде всего литий-ионных источников, другие технологии имеют свои особенности эксплуатации.

Обязательно ли иметь запасной аккумулятор?

Срок службы аккумулятора при нормальном использовании — до 10 лет, а значит, хранить запасной не имеет смысла. За такой промежуток времени может появиться новинка, или захочется просто сменить марку автомобиля.

Что делать с использованным аккумулятором?

Использованная АКБ может сегодня легко получить шанс на вторую жизнь. С их помощью оборудуют системы подачи электричества в помещения. Питание при этом будет происходить от солнечных батарей. Такой способ весьма практичен и выгоден.

Если нет в этом надобности, стоит позаботиться о безвредной для окружающей среды утилизации аккумулятора. Как правило, компания-производитель электрокара принимает обратно использованные батареи и дальше занимается их утилизацией.

Купить электромобиль сегодня может большинство желающих. Такое ТС выгодное и практичное. Если знать о разнице между видами АКБ, сроках замены и нюансах эксплуатации, то при использовании такого авто не возникнет проблем.

Производители источников электропитания

На этом рынке доминируют азиатские компании. Объяснение простое — в Китае находятся  крупнейшие в мире  залежи солей лития и редкоземельных металлов, в частности кадмия. Их добыча и переработка — очень грязное производство, но в Поднебесной долго не существовало экологического законодательства, а рабочая сила стоила дешево.

Например, CATL, то есть Contemporary Amperex Technology, снабжает не только  китайские компании, но и BMW, Volkswagen, Daimler, Volvo, Toyota, Honda. Импортные электромобили получали субсидии при ввозе в страну, только если были оснащены китайскими АКБ.

Второе место по объему производства занимает  BYD, принадлежащая Уоррену Баффету. Большая часть ее продукции используется в ее собственных электрокарах и электробусах.

АКБ для Tesla Motors, Toyota, Honda и Ford Motor поставляет японская компания Panasonic. Ее заводы разбросаны по всему миру, в том числе и Китаю. Южная Корея представлена компанией LG. Ее продукцией комплектуются е-керс компаний Ford, Renault, Hyundai, Volkswagen, Volvo и Tesla.

Конкуренцию ей составляет инновационная Samsung SDI, дочерняя фирма суперкорпорации Samsung Electronics. Открылся собственный завод компании Tesla, разумеется, самый большой в мире. Гегемония азиатских производителей наконец-то поколеблется.

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.

Как вам статья?