Аккумулятор для электромобиля напряжение

Аккумуляторные батареи электромобилей

Типы аккумуляторных батарей для электромобилей, обслуживание аккумуляторных батарей электромобиля, замена и утилизация аккумуляторных батарей электромобиля, производители и стоимость аккумуляторных батарей, перспективы развития.

Развитие транспортных средств с электроприводом усилило внимание к аккумуляторным батареям. Но что особенно важно знать о многообразии типов аккумуляторных батарей для электромобилей, замене и утилизации АКБ?

Типы аккумуляторных батарей для электромобилей

Распространение получили следующие типы АКБ:

1. Литий-ионные ( Li-Ion). Самый популярный вариант батарей для электромобилей. Огромный плюс – впечатляющее число циклов заряда/разряда батареи. У современных батарей он легко доходит до цифры 1500, а в некоторых отдельных случаях – до 7000.

В конце 80-х-90-х годах 20-го века батареи Li-Ion имели марганцево-кобальтовую основу. Сейчас распространены батареи лития и марганца и лития и никелькобальта.

Марганец, никелькобальт в сочетании с литием позволяют получить либо более высокую мощность, чем просто сплав лития и кобальта.

Максимально у современных батарей оптимизирован и порядок размещения элементов в блоке.

Выпуск литий-ионных продуктов поставлен на широкий поток, и потребителю легко доступны стандартизированные типозамеры, а цена не «кусается».

При этом в распоряжении автовладельца – решение, которое впечатляет следующими характеристиками:

• высокой скоростью заряда/разряда,
• небольшими габаритами,
• высокой плотностью энергии.

2. Литий-серные.

• Ученые давно утверждали, что теоретически литий-серные батареи существенно превосходят литий-ионные АКБ по показателю энергетической плотности.
• Но в широкое массовое производство долгое время такие батареи выпускать не спешили. Проблема – в скромном числе циклов заряда/разряда.
• Правда, на данный момент мы можем стать свидетелями кардинальных изменений. Компания Brighsun New Energy проводит промышленные испытания батарей для электрокаров, которые смогут поддержать электромобиль без подзарядки на 2000 км пути.

У ряда батарей с литием «соседствуют» полимеры. Такая альтернатива пористому сепаратору помогает батарее при одинаковом размере быть в два раза емче.

Время на зарядку требуется существенно меньше. Обеспечена наилучшая защита от перезарядов и электролитов.

Но количество зарядов/разрядов – существенно меньше нежели у литий-ионных АКБ.

Марганец дешевле кобальта, но срок его службы меньше. Если заменить части кобальта никелем и марганцем, то аккумулятор может получить либо более высокую мощность, либо большую энергетическую плотность. NCM (никелькобальт-марганец) остается восприимчивым к тепловому уходу, но меньше чем диоксид кобальта.

3. Алюминий-ионные батареи. В теории алюминий-ионные АКБ – одни из самых дешёвых и при этом безопасных. Алюминий отлично зарекомендовал и как вещество, способное «добросовестно» передавать энергию. За раз литий способен выделять только один электрон, а алюминий три.

Но производство алюминий-ионных батарей для электрокаров – только на начальной стадии: на уровне исследований и отдельных, а не серийных авто.

4. Металл-воздушные аккумуляторы. Анодом выступает один из металлов, упомянутых выше. Это может быть тот же алюминий литий. Также используется цинк.

• Низкая стоимость.
• Не требуется традиционная подзарядка (она производится сменой «съеденного» металлического анода на новый).
• Высокий уровень компактности и небольшой вес.
• Простота утилизации.

• Всего 50-60 циклов заряда/разряда.
• При низкой температуре существенно снижается производительность батареи. Для южных стран, – это не проблема, для стран, где бывают минусовые температуры, – существенное ограничение.
• АКБ зависима от системы фильтрации.
• Быстрый выход из строя при образовании на поверхности плёнки из пероксида лития.
• Проблемы с хранением, металл-воздушный аккумулятор нельзя отключить и при хранении теряется до 80% 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.

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.

Замена и утилизация аккумуляторных батарей электромобиля

Аккумуляторы нуждаются в регулярном техобслуживании и периодической замене. Среднестатистическая батарея электрокара сейчас рассчитана примерно на 7 лет, но производители уверяют: более длительный срок эксплуатации АКБ – не за горами. Расходы таким образом удешевятся, а удары по окружающей среде уменьшатся.

Cейчас, когда электрокары по прежнему «белые вороны” среди общего потока транспортных средств, в СНГ ещё далеко не все задумываются об утилизации аккумуляторных батарей электромобиля.
А в Евросоюзе этой проблемой целенаправленно занимаются много лет.

Ещё в 2006 году здесь была разработана «батарейная и аккумуляторная директива» ЕС под номером 2006/66/EG, существенно обновленная в 2008 и 2013 годах. Эта директива – существенный барьер против «искушения» нанести батареей вред воздуху, грунтовым водам.

А автостроительные компании Европы (и опять таки директива к этому «подстегивает») активно занимаются рециклингом батарей. Большая работа в этом направлении делается, к примеру, концерном Volkswagen. Литий, никель, марганец, кобальт благодаря проекту концерна активно начинает использоваться повторно.

Огромную работу проводит и автогигант Audi. Из отработанных батарей «вытягивается» никель, кобальт и идёт для производстве новых батарей.

Производители и стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей

Одно из наиболее прогрессивно растущих в оборотах производителей литий-ионных аккумуляторов для электромобилей — предприятие Panasonic в Неваде, которое сосредоточено на выпуске батарей для Tesla.

Лидер рынка батарей для электрокаров в наши дни – CATL (Contemporary Amperex Technology) в Китае. Аккумуляторы активно устанавливаются на автомобили BMW, Volvo, Volkswagen, Daimler.

Уверенно на рынке держится и китайская компания BYD. Одна из особенностей производства- активное внимание к сектору коммерческого электротранспорта.

Концерны Ford, Renault, Hyundai Motor активно сотрудничают с заводом LG Chem. Эти компании постоянно заказывают на заводе LG Chem АКБ.

На многих «корейцах», «китайцах» стоят и батареи Samsung SDI Samsung SDI. Аналитики склоняются к версии, что электромобили будут полноценными конкурентами транспорту с ДВС, когда стоимость аккумулятора в Европе снизится в среднем до $100 за 1 кВт ч. По прогнозам это произойдет примерно к 2026 году.

Перспективы развития батарей

Перспективы развития транспорта связывают с активным переходом на графенполимерные батареи и их модификации.

Также большое будущее пророчат аккумуляторам, где литий идёт в тандеме с фосфатом железа. Автоматически решается вопрос с перегревом. Обеспечивается максимальная безопасность. Но есть проблемы с напряжением. Это тот краеугольный камень, из-за которого пока батареи с фосфатом железа не получили широкое повсеместное распространение в наши дни. Батарея должна быть многосекционная. Для грузовиков, автобусов – это не проблема, а для небольших электрокаров, когда важна максимальная компактность батареи, часто это проблема.

Виды и использование аккумуляторов 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.

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.

Читайте также: Зарядка электромобиля: где и как заряжать, время зарядки, стоимость

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.

Читайте также: Все электромобили российского производства: история, обзор, видео

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.

Читайте также: Принцип работы моноколеса и его устройство

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.

• https://500amper.ru/podbor/dlya-elektromobiley/
• https://efut.ru/a/135-tjagovye-akkumuljatory-dlja-jelektromobilej.html
• https://elektro-mobili.ru/akkumuliatory-dlia-elektromobilei/
• https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/akkumulyatornaya-batareya/
• https://avtonov.info/akkumulyatory-elektromobilej
• https://e-cars.tech/elektromobili/akkumulyatory-elektromobilej-osobennosti-primeneniya/
• https://brutals.ru/hobbi/transport/akb-dlya-elektromobilya-vidy-obslyzhivanie-i-zamena/
• https://avtodigitals.ru/akkumulyatory-dlya-elektromobilej-iz-chego-delayut/

Какие аккумуляторы используются в электромобилях

Электромобили перестали быть экзотикой и теснят на рынке модели с двигателями внутреннего сгорания. Успех возможен благодаря появлению новых видов аккумуляторных батарей.

Конструкция и состав батарей постоянно совершенствуются, растёт ёмкость, а значит, и возможный пробег на одном заряде. Однако при таком большом ассортименте у потенциального покупателя возникает вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей. Какая батарея лучше?

Виды аккумуляторов

Разберёмся, к какому виду относятся АКБ, установленные в электромобилях, и какие между ними различия.

Основная роль АКБ в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) состоит в накоплении и выдаче электроэнергии для запуска двигателя, в питании электроприборов.

С этим справляются стартерные свинцовые аккумуляторы.

В случае с электромобилями основное предназначение АКБ – в накоплении электроэнергии, необходимой для длительной работы электродвигателей. Это тяговая АКБ.

Прежде чем подробно разберём особенности конструкции этих АКБ, отметим, что в некоторых моделях наряду с тяговой АКБ используются и уже знакомые нам свинцовые АКБ.

Для примера заглянем под капот Tesla Model S.

Такая АКБ необходима для питания низковольтных приборов (осветительная система, подушки безопасности, дисплеи и т. п.). В ранних моделях, например, в Tesla Roadster, питание таких потребителей осуществлялось от основной батареи.

Дополнительная нагрузка в течение длительного времени, а это примерно 2-3 недели, пусть и незначительная, могла привести к глубокому разряду основной батареи. Приходилось заменять её на новую без возможности восстановления. Поэтому инженеры приняли такое решение — установить дополнительную батарею.

В ранних моделях электромобилей также использовались свинцовые АКБ. Они отличались от уже известных нам свинцовых стартерных батарей, основным предназначением которых было обеспечение тока, достаточного для запуска ДВС в течение непродолжительного времени.

Для установки в ранние модели электромобилей применялись свинцово-кислотные батареи глубокого цикла, непрерывно и долго обеспечивавшие их работу. АКБ имели удельную энергию от 30 до 50 Вт×ч/кг и не допускали разряд менее 50% от своей ёмкости. Например, на первое поколение электромобилей EV1, выпускаемых компанией «Дженерал Моторс» в период с 1997 по 1999 гг., устанавливались именно такие АКБ. На одном заряде электромобиль мог проехать всего 120 км.

Кроме невысокой ёмкости свинцовые АКБ имели ещё один недостаток. При зарядке выделялись газы — водород и кислород, а также сера. Они проникали в кабину. Много таких жалоб поступало от владельцев электромобиля CitiCar, который производила компания Sebring-Vanguard с 1974 по 1977 гг. Разумеется, несовершенство АКБ сильно тормозило развитие электромобилей. В стремлении найти компромисс между стоимостью и потребительскими качествами конструкторам приходилось проектировать модели, которые имели небольшой размер, не отличались дизайнерскими решениями и большим запасом хода.

Прогресс не стоит на месте. Появились новые типы АКБ, которые стремительно вытеснили свинцовые батареи. Среди них можно выделить батареи литий-ионного, литий-серного и металл-воздушного типа. Одни из наиболее распространённых – литий-ионные АКБ. Это обусловлено наличием таких неоспоримых достоинств, как высокая плотность энергии, незначительный эффект памяти, небольшой саморазряд и срок эксплуатации, достигающий 10 лет.

У этого типа АКБ есть и недостатки: невысокий по сравнению с другими типами рабочий температурный диапазон в пределах от -20 до +50 ℃ и низкая устойчивость к перезаряду. Также батареи данного типа неустойчивы к ударам и другим механическим воздействиям. Для устранения этих недостатков в конструкцию включают системы охлаждения, электронные системы управления работой АКБ и системы пожаротушения.

Недавно появившиеся на рынке аккумуляторов металл-воздушные АКБ постепенно завоёвывают популярность. Они отличаются от литий-ионных АКБ, где ионы лития при зарядке и разряде передвигаются от катода к аноду в среде электролита.

Конструкция металл-воздушной батареи предполагает наличие металлического анода, а в качестве катода выступает воздух. Такая особенность конструкции позволяет не только снизить вес, но и уменьшить стоимость АКБ.

Серьёзно ограничивают использование такого типа батарей для электромобилей небольшое количество циклов заряда-разряда (пока не более 70). Ведутся разработки более надёжных АКБ, лишенных таких недостатков, как внезапный разряд и выход из строя батареи.

Перспективной технологией считаются литий-серные АКБ. У них выше ёмкость и значительно больше рабочий температурный диапазон. Несмотря на старания конструкторов, пока не удалось избавиться от главного недостатка — небольшого количества циклов заряда-разряда. Это значение пока не превышает 60.

Разработки и будущее источников питания электромобилей

Наиболее вероятным решением, которое вскоре потеснит литий-ионные АКБ, являются литий-полимерные аккумуляторные батареи. Этот тип аккумуляторов уже широко применяется не только в мобильных устройствах, но и в беспилотных дронах.

Они обладают не таким большим весом, низким саморазрядом, меньшим эффектом памяти, а в их конструкции применяются менее токсичные элементы. Кроме того, технологии производства позволяют получать батареи любой формы.

Перспективное направление – выпуск АКБ на основе графена. Такие АКБ не требуют много затрат при производстве, имеют меньший вес, долговечны. Они обеспечивают быстрый заряд, теоретически это позволит сократить время зарядки.

Как соединяют ячейки в батарее и зачем это нужно

При проектировании аккумуляторных батарей конструкторы пошли разными путями. Для компании «Тесла» оптимальным вариантом оказалось использование отдельных элементов типа 18650. Из них можно было собрать батарею нужной конфигурации. Для этого отдельные элементы объединялись в блоки, составлявшие батарею для электромобиля. Это оказалось весьма кстати, если учесть, что Tesla Roadster построен на базе шасси Lotus Elise.

Элементы 18650 электрически соединялись отдельной шиной, причём проводники, которыми они присоединялись, служили одновременно плавкими вставками. При возникновении проблемы плавкая вставка перегорала. Элемент отключался от батареи. На ёмкость батареи это не оказывало существенного влияния. Выходное напряжение не изменялось. В батарее, собранной из отдельных элементов, было проще организовать систему охлаждения.

Остальные производители аккумуляторных батарей для электромобилей пошли по другому пути. Например, в электромобиле Nissan Leaf батарея собрана из ячеек и имеет воздушное охлаждение.

Такие ячейки, в свою очередь, собраны из отдельных пакетов. Каждый пакет представляет собой отдельный аккумулятор. Пакеты электрически соединены между собой. Высоковольтными кабелями последовательно подключены ячейки.

Как обеспечивается безопасность от взрыва и возгорания

Основной проблемой, которую предстояло решить конструкторам электромобилей, было обеспечение его безопасности. Ведь литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перенапряжениям, перегреву и к механическим воздействиям.

Защита батареи от возгорания и взрыва обеспечивается как функционированием электронных систем, так и применением специальных пассивных элементов. Была проведена большая работа по улучшению конструкции АКБ на основании разных случаев возгорания.

Для примера приведём один случай возгорания электромобиля Tesla Model S, произошедший в октябре 2013 года.

После расследования компания сообщила, что причиной возгорания стало механическое повреждение АКБ из-за наезда электромобиля на некий крупный предмет. Сила удара составила 25 тонн и была такой, что в корпусе АКБ образовалось отверстие диаметром 7 см.

Автопроизводитель уже в ноябре 2013 года выпустил обновление программного обеспечения, увеличившее клиренс электромобиля. Также доработали конструкцию электромобиля. Весной 2014 года с конвейера начали сходить транспортные средства, имевшие усиленное при помощи титановой плиты и алюминиевого щита днище, а под ним устанавливали дополнительный алюминиевый брус. Этот брус при наезде на крупный предмет должен был его отбросить и ослабить удар.

В конструкцию АКБ электромобилей Tesla Model 3 и Model Y включили систему тушения пожара. Она представляла собой оболочку из пластика, внутри которой находилась специальная жидкость. При любом механическом повреждении батареи оболочка лопалась, жидкость вытекала и тушила возгорание.

Для защиты АКБ от перегрева, который возникает при её заряде и разряде, в каждом элементе батареи установлены датчики температуры и контроллер. Эти электронные компоненты требуются для обеспечения безопасных режимов работы, для защиты от перезаряда, перенапряжения и перегрева.

Контроль работы батареи, общее управление распределением энергии и скоростью зарядки — зона ответственности центрального контроллера, который размещён на плате управления АКБ.

Какой пробег на одном заряде и от чего зависит время перезарядки

Запас хода — основной параметр АКБ. Над улучшением данного показателя упорно работают конструкторы всего мира. Чтобы его повысить, необходимо увеличить количество отдельных ячеек батареи. Разберём это наглядно на примере разных батарей для Nissan Leaf.

Взглянув на эту таблицу, можно увидеть прямую зависимость между ёмкостью батареи и запасом хода. Она сохраняется для времени, которое потребуется на полную зарядку АКБ, и для мощности зарядного устройства.

Зависимость между ёмкостью и запасом хода сохранится и для других марок электромобилей, например, для «Тесла». Различия в данных появляются из-за разных методик подсчёта.

Дальность пробега зависит и от величины крутящего момента электродвигателя, то есть от его конструкции.

Логично, что чем выше ёмкость АКБ, тем больше пробег электромобиля на одной зарядке. Соответственно, чем больше ёмкость, тем больше время, требуемое для восстановления заряда АКБ. Скорость зарядки зависит и от типа зарядного устройства, его мощности. Трёхфазное зарядное выдаёт больший ток, чем однофазное. Рассчитать время, которое потребуется для этого, можно просто разделив ёмкость АКБ на мощность зарядного устройства.

Например, рассчитаем, сколько времени потребуется, чтобы полностью зарядить модели Tesla Model S. Из таблицы выше узнаём, что её ёмкость составляет 75 кВт*ч. Это значит, что теоретически для полной зарядки при мощности 75 кВт потребуется 1 час.

В реальности для зарядки от станции Tesla Supercharger, которая выдаёт 120 кВт, потребуется порядка 1,5 ч. Дело в том, что сам процесс нелинейный. Наибольший эффект достигается в диапазоне от 20 до 80%, что обусловлено конструкцией батареи. За пределами этих значений скорость будет понижаться.

Для дома также доступны как однофазные, так и трёхфазные зарядные устройства, рассчитанные для подключения в обычные розетки на 16 А. Однако мощность при подключении трёх фаз выше. Она составит 10,5 кВт против 3,5 кВт, если подключение будет однофазным.

Срок службы — на сколько километров или лет эксплуатации хватит АКБ

Точно назвать километры, часы или годы, по прошествии которых ёмкость АКБ будет исчерпана и потребуется её замена, нельзя. На ресурс влияют разные факторы — манера езды, частота зарядки, температура окружающего воздуха, конструкции отдельных элементов АКБ и их химический состав.

Подобные проблемы знакомы всем владельцам смартфонов и сотовых телефонов. Если использовать или хранить такое устройство при экстремальных температурах, разряжать его полностью, деградация аккумуляторной батареи происходит заметно быстрее.

Конечно, у АКБ для электромобилей более сложная конструкция. В частности, они оборудованы специальными системами для защиты от перегрева или от работы в условиях низких температур. У них более совершенные системы защиты.

Благодаря этому «Тесла», к примеру, даёт четырёхлетнюю официальную гарантию на свои АКБ или на 80 тысяч километров пробега. Для Nissan Leaf данный показатель составляет 8 лет или пробег 100 тысяч километров.

Это только гарантия, и представленные показатели не означают, что батарея выйдет из строя. После истечения данного срока АКБ будет работоспособна, но потеряет ёмкость. У АКБ для Tesla Model 3 расчётный ресурс – от 480 до 800 тыс. км или 1500 циклов заряда-разряда.

Сколько стоит батарея для популярных моделей электромобилей и её замена

Если зашёл разговор о замене старой батареи, то стоит присмотреться к предложениям на рынке и к стоимости работ.

Отметим, что сейчас не самое удачное время для покупки новой АКБ — неспокойная мировая ситуация приводит к значительным колебаниям курсов валют. Однако если это необходимо, то найти нужную АКБ можно.

К примеру, для Nissan Leaf батарея в зависимости от ёмкости, по состоянию на 2022г. стоит:

• 24,6 кВт*ч — 500 тыс. руб.
• 30 кВт*ч — 600 тыс. руб.
• 40 кВт*ч — 770 тыс. руб.

Для Tesla Model 3 на «Авито» можно найти такие предложения.

Аналогично можно найти цену АКБ для других популярных моделей, например, для Porsche Taycan, электромобилей Volkswagen, BMW или Volvo.

От стоимости АКБ зависят и траты на её замену. Причём если батарея вышла из строя раньше гарантийного срока, поставить новую должны по гарантии.

Заключение

Батареи в современных электромобилях имеют сложную конструкцию и оборудованы защитными системами. Конструкторами ведутся многочисленные разработки, направленные на повышение безопасности, увеличения срока службы и автономности электромобилей. Спустя время мы увидим результат этой работы — электромобили вытеснят обычные транспортные средства с ДВС.

Спасибо, помогло! 1

Конструкция и особенности эксплуатации батареи для автомобилей Тесла

Какие используются батарейки и аккумуляторы у слуховых аппаратах

Что такое графеновый аккумулятор и как он работает

Зачем нужны литий-титанатные аккумуляторы для автомобиля

Как выбрать аккумулятор 18650 и какие лучше с защитой или без?