Prevádzka elektrického vozidla je založená na elektrickom prúde. Navonok je ťažké odlíšiť takéto autá od áut benzínový motor. Jediný citeľný rozdiel je v hlučnosti pri jazde: elektromobil sa pohybuje takmer nehlučne. Tieto typy strojov sa výrazne líšia typom organizácie práce.
Elektromobil má poháňaný motor elektrický prúd a prijíma energiu z batérií.
Hlavné typy batérií
Činnosť elektromotora je založená na princípe indukcie elektromagnetického charakteru. Tento typ Motor premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu. Tento motor má vysokú účinnosť (koeficient užitočná akcia). Môže dosiahnuť 95%.
Hlavným zdrojom energie pre elektromotor sú dobíjacie batérie. Takéto napájacie zdroje sú dosť drahé, čo je hlavný dôvod nedostatočná prevalencia elektrických vozidiel.
Najpopulárnejší a cenovo dostupný typ batérie je olovené napájacie zdroje . Taktiež sú tieto batérie takmer úplne recyklovateľné, čo znižuje ich negatívny dopad na životné prostredie. Ďalším typom batérie je hybrid niklu a kovu . Sú drahšie ako predtým prezentované, ale majú vyššie ukazovatele výkonnosti. Lítium-iónové napájacie zdroje - ideálne pre autá s elektromotorom. Medzi majiteľmi automobilov sú najmenej bežné kvôli ich vysokým nákladom.
V elektrických vozidlách je často okrem batérií, ktoré poháňajú motor, nainštalovaný aj ďalší zdroj energie, ktorý zaisťuje fungovanie svetlometov, rádia, stieračov čelného skla a ďalšieho príslušenstva vášho vozidla.
Vlastnosti a štruktúra lítium-iónovej batérie
Li-ion napájanie je dnes veľmi bežné v spotrebnej elektronike a je široko používané v automobiloch s elektromotory a energetické systémy ( Mobilné telefóny, notebooky, digitálne fotoaparáty atď.).
Lítium-iónová batéria je najlepšia možnosť na napájanie elektrických vozidiel. Jeho zložky:
- Elektródy sú od seba oddelené separátormi napustenými elektrolytom.
- Utesnené puzdro, v ktorom sú umiestnené elektródy.
- Katódy a anódy pripojené k zberačom prúdu.
Bývanie je vybavené bezpečnostný ventil, ktorého hlavnou funkciou je uvoľnenie vnútorného tlaku pri nehodách a porušení podmienok používania motora. Lítium-iónové batérie sa líšia v závislosti od povahy materiálu na katóde. Nábojový „transportér“ v tomto zdroji energie je lítiový ión s kladným nábojom, ktorý sa dokáže vkliniť do kryštálovej štruktúry materiálov ako je grafit a rôzne soli, čím vznikne väzba chemickej povahy.
Dnes sa pri rozsiahlej výrobe opísaného typu batérie používajú tieto tri druhy katódových surovín:
- Tuhé roztoky odvodené od lítneho kobaltu a niklu lítneho.
- Spinel vyrobený z lítia a mangánu.
- Ferofosfát lítny.
Batérie s lítium-iónovou náplňou majú oproti svojim príbuzným značné výhody. Sú to nízke čísla
TeslaModel S: vnútorný pohľad
Spoločnosť Tesla Motors vytvára obľúbené „eco-friendly“ elektromobily, ktoré majú špecifické vlastnosti, vďaka ktorým sú autá každým dňom populárnejšie. Jednou zo zložiek úspechu produktov spoločnosti sú lítium-iónové batérie umiestnené v elektromobiloch.
Aká je štruktúra energetického zdroja Tesly?
Na začiatok stojí za zmienku, že je charakterizovaná celá zostava batérie zvýšená hustota a presnosť kombinácie komponentov. Batéria má 16 komponentov - blokov paralelné pripojenie, chránený kovovými platňami a plastovou ochranou batérie pred vodou. Každá batéria má 74 komponentov rozdelených do šiestich skupín, podobne ako bežné batérie typu AA. Ich schéma umiestnenia a princíp fungovania sú prísne dôverné!
Elektróda s kladným nábojom je grafit a záporná je nikel, kobalt a oxid hlinitý.
Najvýkonnejšiu z týchto batérií tvorí 7104 podobných batérií. Váži 540 kg, dĺžka - 2m 10cm, šírka - 1m 50cm a hrúbka 15cm. Energia generovaná jednou zo 16 jednotiek sa rovná energii vyrobenej stovkou batérií notebookov.
Pri výrobe batérií Tesla používajú diely vytvorené v Mexiku, Čínskej ľudovej republike a Indii. Záverečné práce sa robia v USA. Záruka poskytovaná spoločnosťou je významná: až 8 rokov.
Článok popisuje zloženie najbežnejších zdrojov energie pre motory elektrických vozidiel. Dúfame, že informácie budú pre vás užitočné!
V prípade auta možno batériu nazvať druhým srdcom. Jeho význam pre normálna operácia veľký ako samotný motor. V modernom automobilovom svete Uskutočnili sa pokusy nahradiť batériu zariadením na spúšťanie pneumatických motorov a zariadeniami na ukladanie kondenzátorov, ale bezvýsledne.
Stále sa široko používajú iba tri typy elektrické batérie:
- olovená kyselina;
- lítium-ión;
- železo-nikel bez lamiel.
Prvá bola vynájdená na začiatku 20. storočia a za viac ako storočnú históriu zostal dizajn batérie prakticky nezmenený, s výnimkou množstva vylepšení a doplnkov, ktoré umožnili optimalizovať jej fungovanie. Druhý typ sa objavil relatívne nedávno - pred 15-20 rokmi, tempo vývoja jeho dizajnu a zariadenia, dobytie trhu možno nazvať revolučným. Výroba tretej možnosti batérie sa ukázala byť príliš drahá a postupne ju nahradili prvé dve.
Klasická autobatéria
K vašej dlhovekosti kyselinová batéria zaviazaný k úplnej a bezpodmienečnej dominancii motorov vnútorné spaľovanie. Konštrukcia olovenej batérie najlepšie spĺňala požiadavku na bezpečný zdroj elektriny, ktorý by ju krátkodobo dodával enormným prúdom potrebným na naštartovanie spaľovacieho motora automobilu. Ďalšie možnosti zariadenia elektrochemické prvky, aj s viacerými vysoké sadzby kontajnery buď nevydržali také silné zaťaženie, alebo ich výroba bola neopodstatnená, technologicky zložitá a oveľa drahšia ako olovená verzia.
Štruktúra klasickej autobatérie
Z teoretického hľadiska je jedna batéria systém dvoch elektród, z ktorých jedna je katóda alebo záporná elektróda, vyrobená vo forme tenkej olovenej platne s poréznym povrchom, druhá, nazývaná anóda, je kladná elektróda vo forme tenkej olovenej sieťky s vtlačenou aktívnou hmotou pórovitého oxidu olova
IN prístroj, elektródy sú ponorené do roztoku kyseliny sírovej - elektrolyt, hustota, dávať maximálna úroveň skladovanie energie. Anóda a katóda sú priblížené k sebe na minimálnu vzdialenosť a oddelené tenkým plastovým separátorom.
Ako sa hromadí elektrický náboj v batérii?
Autobatéria sa nabíja jednosmerným prúdom pri presne definovanom napätí a prúde. Pre štandardnú 12V batériu sa nabíjanie vykonáva napätím 13,5-14,2 V s prúdom rovnajúcim sa desatine kapacity.
Pri nabíjaní, pod vplyvom priamy prúd Na olovenej anóde sa z elektrolytu uvoľňuje komplexná zlúčenina podoxidovaného kovového olova a viazaných iónov kyseliny sírovej. Na katóde - záporná elektróda, uvoľňuje sa peroxid olovnatý Pb 2 O 5. V dôsledku väzby niektorých iónov kyseliny sírovej sa hustota elektrolytu počas akumulácie náboja znižuje. Napätie na článku prístroja nie je nastavené vyššie ako 2,2 V, aby sa zabezpečilo nahromadenie potrebných iónov a zabránilo sa zbytočnému rozkladu vody na kyslík a vodík.
Keď je vonkajší obvod uzavretý na kontaktoch, dochádza k rýchlemu rozkladu nahromadených solí a zlúčenín s uvoľnením obrovského množstva elektrickej energie na elektródy. Hustota elektrolytu sa zvyšuje s postupujúcim výbojom batérie.
Nevýhody a výhody autobatériového zariadenia
Konštrukcia olovenej batérie je spojená s množstvom chýb, ktoré spôsobujú, že zariadenie je vrtošivé a citlivé na určité prevádzkové podmienky:
- obmedzený počet cyklov vybitia a nabíjania;
- nevratné procesy sulfatácie platní, ktoré výrazne znižujú ich kapacitu a životnosť;
- nízka mechanická pevnosť elektród, skrat anódy a katódy v dôsledku drobiacej sa hmoty elektródy alebo zničenia separátora;
- porucha v dôsledku pravidelného dobíjania alebo dlhodobého skladovania zariadenia vo vybitom stave.
Sulfácia vážne znižuje životnosť autobatérie. Komplexné soli kyseliny sírovej olova usadené na katóde sa vplyvom uvoľneného voľného kyslíka a vodíka premenia na slabo rozpustnú zlúčeninu - síran olovnatý, ktorý úplne upchá póry katódy a znefunkční ju.
Moderné inovácie v dizajne batérií
Pokusy o odstránenie hlavných nedostatkov v konštrukcii autobatérie viedli k vytvoreniu nových zliatin olova, ktoré sú odolnejšie voči agresívnym účinkom kyseliny. Použitie legujúcich prísad vápnika, cínu a niklu umožnilo znížiť samovybíjanie a straty vody na minimum možná úroveň. Na dne tela prístroja sa začali používať lapače na akumuláciu častíc aktívnej hmoty elektród, čím sa výrazne znížilo riziko skratu anódy a katódy v spodnej časti.
Zmenil sa dizajn autobatérie a získala bezúdržbový stav. Teraz už podľa výrobcu zariadenie nevyžaduje sledovanie hladiny vody v batériových bankách a hustoty elektrolytu, ako tomu bolo pri starších modeloch. Batériové zariadenie má teraz zariadenia vo forme indikátora float eye, ktorý mení farbu v závislosti od stavu nabitia.
Sľubné riešenia
Medzi inovácie, ktoré sa objavili v zariadení relatívne nedávno a sú navrhnuté tak, aby zlepšili výkon olovená batéria auto možno poznamenať:
- použitie gélovitých typov elektrolyt batérie na báze zlúčenín kremíka. Nulové straty vody a dobrý výkon umožňujú použitie takýchto zariadení aj v interiéroch automobilov;
- používanie elektronických diagnostických čipov, ktoré umožňujú jemný a dávkovaný zásah do prevádzky každej banky zariadení;
- použitie grafitu a uhlíka na vytvorenie základu kladných a záporných elektród, vďaka čomu bude autobatéria ľahšia a kompaktnejšia.
Lamelovo-nikel-železné batérie s alkalickým elektrolytom
Bol vyvinutý a realizovaný nápad štartovacie batérie na báze alkalického elektrolytu a elektród vyrobených z lisovaného niklového a železného prášku. Známy je model série SZHN -50, vyrábaný v Sovietskom zväze v obmedzenom množstve pre vojenskej techniky. Batériové zariadenie malo dobré vlastnosti:
- vysoký zdroj počet cyklov nabíjania a vybíjania dosiahol 1000, čo prekročilo životnosť kyslého;
- nízka citlivosť na prevádzkové podmienky;
- dlhodobé dobíjanie alebo skladovanie vo vybitom stave nemalo až taký škodlivý vplyv na stav zariadenia.
Použité zariadenie veľké množstvo Pri nedostatku niklu bola výroba batérií náročná a nerentabilná.
Zaujímavé! Prax vykorisťovania sovietskych alkalické batérie
pre automobil, preukázala možnosť používania takýchto batérií 15-20 rokov s konštrukčným obdobím 10 rokov za predpokladu starostlivého dodržiavania prevádzkových predpisov.
Moderné lítium-iónové autobatérie Hromadná aplikácia lítiové batérie na aute je spojené s moderné elektrické vozidlá , kde je takéto zariadenie hojne využívané vďaka svojim vysokým kapacitným parametrom a nízkej hmotnosti. Na trhu sú pomocné produkty lítium-iónové batérie , určený pre hlavná batéria. Existuje množstvo zariadení vybavených blokom ionistorov, ktoré vám umožňujú naštartovať motory s objemom nie väčším ako 500 cm 3.
Cena olovenej batérie s kapacitou až 70 Ah bude niečo vyše sto dolárov, zatiaľ čo podobná lítium-iónová možnosť bude stáť 10 alebo viackrát viac ako jej konkurent.
Dôležité! Lítium-iónová batéria je neuveriteľne citlivá na prebíjanie a vyžaduje precízna práca elektronická jednotka zvládanie. Ak je čip chybný, môže sa vznietiť.
Video z batérie zariadenia:
Neoddeliteľnou súčasťou každého auta je akumulátorová batéria, ktorý je určený na napájanie elektrické obvody manažment a servis palubnej siete keď to nejde. Najdôležitejšie je však uviesť ho do činnosti pri štartovaní auta. Batéria je súčasťou vyrovnávacej pamäte s pohybom a počas pohybu, alebo jednoducho predstavuje záťaž pre generátor. Akonáhle však celkové elektrické zaťaženie prekročí výkon dodávaný generátorom, batéria „vstúpi do činnosti“ a udržiava palubné napätie na 12 voltoch.
Zvyčajne sa používa pre autá olovené akumulátory, ktoré majú napätie 12 voltov a líšia sa len kapacitou nabíjania. musí mať niekoľko dôležitých parametrov.
- Majú malý pokles vnútorného napätia
- Počas prevádzky majte malé samovybíjanie
- Majú schopnosť produkovať vysoké prúdy
- Majú malé rozmery a minimálnu údržbu.
Zodpovedá všetkým týmto parametrom olovená batéria, ktorého zariadenie bude popísané nižšie.
Zariadenie na autobatériu
Batéria, s menovitým napätím 12 voltov pozostáva z (zvyčajne 6) batérií (plechoviek) navzájom nezávislých nižšie napätie (2 volty), zhromaždené v jednom kryte a zapojené do série navzájom.
- Batériová banka je súbor rôzne polarizovaných platní, ktoré sú od seba izolované separátormi odolnými voči kyselinám.
- Puzdro na batérie vyrobené z kyselinovzdorných plastov alebo tvrdej gumy. Puzdro má priehradky na inštaláciu batériových článkov.
- Pólová doska vyrobený z olova a má tvar mriežky, je vtlačený do mriežkových buniek špeciálne zloženie(účinná látka) porézna štruktúra na zväčšenie plochy kontaktu s elektrolytom. Účinná látka je vyrobená z oloveného prášku s prídavkom kyseliny sírovej. K negatívnym platniam sa pridáva aj síran bárnatý. Počas vytvárania batérie sa dosky nabíjajú a účinná látka v kladných doskách sa mení na oxid olovnatý a v záporných na olovo.
- Elektrolyt sa naleje do nádob batérie a slúži na presun nabitých častíc z pólu na pól. Vyrobené z kyseliny sírovej a čistenej vody (destilovanej).
Princíp činnosti batérie
Fyzika procesu prevádzky batérie je veľmi jednoduchá, keď je v batérii pripojená záťaž nabité častice sa začnú pohybovať, čo vedie k vzhľadu prúdu. Za podmienok nabíjania z generátora resp nabíjačka, nabíjacie napätie presahuje menovité napätie batérie a pohyb častíc nastáva v opačnom smere.
Dnes je už všeobecne známe, že batérie sú súčasťou mnohých zariadení a sú ich nevyhnutnou súčasťou. Auto in v tomto prípade nie je výnimkou. Ako ho správne používať je však stále kontroverzné. Podrobnejšie pochopenie štruktúry batérie môže pomôcť pochopiť to.
História batérie
Už dlho sa zistilo, že ak sú dve izolované dosky ponorené do kyslého alebo alkalického roztoku, vznikne na nich potenciálny rozdiel alebo napätie. Úplne prvý prototyp moderná batéria pozostával z dvoch platní – medi a zinku, ponorených do elektrolytu. Fungovalo to pomerne krátko vzhľadom na to, že zinková platňa sa časom rozpustila v roztoku a výdaj elektriny bol veľmi malý.
Vlastnosti moderných batérií
Moderné batérie sa výrazne zlepšili. Sú energeticky náročnejšie a menšie, ich prevádzkový čas sa mnohonásobne predĺžil a získali aj schopnosť obnoviť nabitie (dobitie), ale všeobecný princíp Práca zostala rovnaká a je založená na elektrochemickej reakcii olova a oxidu olovnatého v kyseline sírovej. Podľa klasickej verzie je energia odvodená od interakcie oxidu olovnatého s kyselinou sírovou za vzniku síranu. V tomto prípade v prípade výboja dochádza k redukčným reakciám oxidu olovnatého na anóde a k oxidačným reakciám olova na katóde. Keď je batéria nabitá, dochádza k reverzným reakciám, ku ktorým sa v záverečnej fáze pridáva proces elektrolýzy vody. Výsledkom je, že v blízkosti kladnej elektródy sa uvoľňuje kyslík a v blízkosti zápornej elektródy sa uvoľňuje vodík.
Prvky dizajnu batérie
Rám
Dôležitú úlohu pri konštrukcii autobatérie zohráva jej puzdro, do ktorého sa všetko zmestí jednotlivé prvky a spojiť ich do jedného celku. Keďže batéria pozostáva z niekoľkých prvkov, ktoré vyrábajú elektrickú energiu, je správnejšie nazývať ju nabíjateľnou batériou. Dvanásťvoltová batéria sa teda skladá zo 6 prvkov, takže jej telo obsahuje 6 sekcií (plechoviek). Na materiál, z ktorého je telo vyrobené, sú kladené pomerne vysoké požiadavky. V prvom rade musí byť odolný voči kyselinám, dostatočne trvácny a navyše musí byť odolný voči širokému rozsahu teplôt. Spravidla je vyrobený z polypropylénu a pozostáva zo základne, v ktorej sú umiestnené všetky sekcie a veká so zátkami.
Balíky tanierov
V sekcii krytu sú inštalované sady dosiek, ktoré pozostávajú z niekoľkých dosiek zapojených paralelne so striedavou polaritou a nazývaných tiež galvanické prvky.
Táto štruktúra umožňuje zvýšiť kapacitu batérie, pretože kontaktná plocha sa nakoniec zväčší. Zväčšenie kontaktnej plochy tiež vedie k zníženiu vnútorný odpor, čo pomáha zvýšiť maximálny prúd dodávaný batériou.
Samotné platne pozostávajú z olova s bunkovou štruktúrou. Aktívna hmota sa na tieto bunky aplikuje roztieraním, v ktorom prebiehajú všetky chemické reakcie. Aby sa predišlo skratom, medzi dosky sú umiestnené separátory vyrobené z elektrolyticky priepustného plastu. Celá táto štruktúra dosiek a separátorov je zostavená do balíka a aby sa zabránilo predčasnému zničeniu počas prevádzky, je zviazaná obväzom. Vývody platní sú v pároch prepojené zberačmi prúdu, ktoré dodávajú energiu výstupným svorkám. Terminály auta sú potom pripojené k narodeným.
Počas prevádzky na batérie dochádza k reakciám k tvorbe vedľajších produktov oxidácia olova a aktívna hmota môže spadnúť z platní. Balíky platní sa preto neinštalujú úplne na spodok puzdra, ale o niečo vyššie. V dôsledku toho sa vytvorí kalová medzera, v ktorej sa hromadia všetky látky, ktoré spadli z dosiek. Ak by tam nebol, kal by spodné časti uzavrel.
Potenciálny rozdiel, ktorý vzniká, keď sú dve platne ponorené do roztoku elektrolytu, je základným princípom fungovania batérie. Aby ste pochopili, ako batéria funguje, musíte poznať jej štruktúru.
Batériové zariadenie
Batéria je jeden článok, ktorý v kombinácii s inými podobnými článkami vytvorí batériu. Štandardná 12-voltová batéria kombinuje šesť batérií, z ktorých každá produkuje napätie 2 volty. Všetky sú uzavreté v spoločnom kryte, ktorý zaisťuje integritu celej konštrukcie.
Prísne požiadavky na puzdro sú spojené s potrebou odolávať teplotným výkyvom, agresívnym chemickým vplyvom a tiež vibráciám. Hlavným materiálom tela je polypropylén. Telo sa skladá z dvoch častí: hlavnej nádoby s veľkou hĺbkou, ktorá je uzavretá vekom vybaveným otvormi so zátkami alebo drenážnym systémom.
Každá bunka obsahuje balenie zostavené z olovené dosky so striedavou polaritou. Na ich mriežkovú štruktúru sa aplikuje aktívna hmota, ktorá je pracovným činidlom. Takéto taniere povinné uplatniť v .
Aby sa predišlo skratom, medzi dosky sú vložené separátory z porézneho plastu. Po zložení je obal fixovaný špeciálnym obväzom, aby sa zabránilo deformácii a posunutiu. Prijímacie svorky prúdu sú spojené s kladnými a zápornými prúdovými svorkami na doskách.
Pracovné princípy
Princíp činnosti batérie je založený na reakcii medzi oxidom olovnatým na kladnej doske, špongiovým olovom na zápornej doske a roztokom kyseliny sírovej a vody. Tento roztok je elektrolyt, ktorého hustota je 1,28 g/cm3. Generuje sa elektrický prúd so súčasným vytváraním síranu olovnatého na negatívnej doske. Z elektrolytu sa uvoľňuje voda so znížením jeho hustoty.
Keď prichádza elektrický prúd z externých zdrojov, ako je generátor alebo elektrochemický proces začína prebiehať v opačnom smere. Zapnuté záporné elektródyčisté olovo sa obnoví a na kladných sa obnoví oxid olovnatý. Súčasne sa zvyšuje hustota elektrolytu.
Princíp fungovania batérie je teda založený na metóde dvojitej sulfatácie, ktorá umožňuje úplne obnoviť pôvodné vlastnosti batérie. Životnosť batérie priamo závisí od kvality použitých materiálov.
Dizajn a poruchy olovených batérií
