Меню

Источник тока для электромобиля

Про батареи для электромобилей и их развитие

Технологии аккумуляторов были вокруг нас в течение последних 100 лет, но батареи для электромобилей их технологии и цены в связи с актуальностью интересуют многих. Цены на эти современные источники энергии в том числе и на обслуживание сокращаются в связи с достижениями, которые происходят в последние годы.

Если в 2009 году литий ионные батареи для электромобилей были по цене $1300 за кВт/ч,

Сегодня литий ионные батареи находятся по цене ниже 350 $ кВт/ч с четким планом свести стоимость к $100 кВт/ч в течение следующих пяти лет.

аккумулятор машины

На этих уровнях цен дальнейшее усовершенствование технологии батарей на электромобили в ближайшее время будет играть возрастающую роль в нашей жизни. Не только в наших мобильных телефонах, планшетах и ноутбуках, но аккумуляторы будут также использоваться для питания роботов, беспилотных летательных аппаратов. А в таких важных устройствах как батареи для электромобилей они будут использоваться в качестве важнейших частей энергетической системы.

В самом деле, приход дешевых и эффективных батарей для электромобилей приведет к большой революции в мире транспорта и энергетики в течение столетия!

Электромобили на батареях

Скорость технологии аккумуляторов в части улучшения в производстве действительно огромная. Когда Motorola представила коммерческий первый сотовый телефон в мире в 1983 году, лучшее время работы было 30 минут разговора. Телефон был весьма громоздким и весил один килограмм главным образом благодаря его громоздким источникам питания. Сегодня Samsung S5 весит 145 грамм и может использоваться более чем 21 часов разговора!

Одной из основных причин такого улучшения является применение литий ионных источников питания, которые в настоящее время двигаются в качестве стандартной технологии для электротранспорта крупнейшими мировыми автомобильными производителями. И их вклад уже оказывает влияние.

Автомобиль BMWi3 серии всего лишь несколько лет на рынке и уже имеет обновление тяговых источников питания. Последний BMW i3 доступен с системой 33 кВтч источником, который имеет те же размеры, как 22 кВт/ч единицы, которая была в оригинальной версии. Результатом является дальность пробега нового BMW i3 на 50% больше, чем первого BMWi3. Также быстрее зарядка, и все это было сделано при меньших затратах.

Электромобили на батареях все еще могут быть дороже, чем обычные авто с двигателями внутреннего сгорания, но не нужно забывать, что находимся на ранних этапах массового производства не только источников питания, но большинство других основных компонентов в электромобиле.

Гораздо меньше деталей в электромобиле на батареях, но это только вопрос времени, прежде чем они станут дешевле, чем обычные авто. От электромобилей на батареях больше удовольствие от вождения.

Быстрое ускорение производства электромобилей на батареях в мире побудила технология Tesla Model S P100D, который может развить 0-100 км/час в 2,5 секунды.

Батареи для электромобилей

И низкий центр тяжести, вызванный аккумуляторами означает, что электромобили на батареях в состоянии справиться лучше с дорогой, чем на двигателях внутреннего сгорания. Надо добавить то, что они являются более эффективными, лучше для окружающей среды и дешевле для запуска. Можно видеть, почему такие авто с каждым годом конкурируют с бензиновыми или дизельными на рынке альтернатив. Другой скачок электромобилей не батареях будет, когда мы увидим много дешевых и технически лучших аккумуляторов, доступных для других целей.

Сейчас приходят на рынок такие компании, как BMW, Daimler, укрепляется Тойота. Они уже объявили, что будут восстанавливать и повторно использовать тяговые источники для механических транспортных средств.

Количество электромобилей в мире в настоящее время более 5 млн на дорогах мира.

Предполагая, что ресурс аккумуляторов будет израсходован через 5 лет, то это означает, что некоторые 35 кВт/ч источники могут быть доступны для второго срока эксплуатации после переработки в 2024 году! Это достаточно энергии для удовлетворения энергетических потребностей 5 млн электрических машин и не так много как по сравнению с около 90 млн обычных автомобилей, продающихся по всему миру каждый год.

Однако добавляется все большее число электромобилей на батареях каждый год на самом деле. Особенно в этом деле преуспевает Китай.

Развитие источников питания

Технологии батарей

Посредством новых стратегий технологии батарей и агрегации электроавтомобилей преобразуется оперативное управление и структура энергосистемы. Не только будет увеличиваться спрос на электроэнергию и напряжение по всей сети, но видно, что авто BMW i3, Тесла, Renault Fluence ZE или относительно дешевый Ниссан Лиф будут управлять потоками мощности из этих источников питания на основе технически сложных решений.

Все более широкое использование новых батарей для электромобилей потребует современных производственных мощностей из возобновляемых источников энергии и газа.

Растущее проникновение электроавтомобилей благодаря их удешевлению также окажет воздействие спроса на бензин. Это означает, что в течение следующего десятилетия, вероятно, уменьшится мировой спрос и добыча нефти. Это будет иметь огромные геополитические последствия для импортеров нефти и экспортеров с необходимостью импортировать меньше нефти и найти другие альтернативы для экономического роста в их странах.

Источник

Аккумуляторы электромобилей: особенности применения

Аккумуляторы электромобилей

«Хорватский Маск» Мате Римак считает АКБ главной проблемой экологически чистого транспорта. Ему можно доверять, ведь фирма Rimac Automobili выпускает самый быстрый гиперкар планеты Concept Two. Сегодня конструкторы всех стран активно ищут оптимальный аккумулятор на электромобиль. То есть безопасный, дешевый, долговечный, с быстрой зарядкой и высокой плотностью энергии.

Максимальный крутящий момент современные электродвигатели обеспечивают с первой же секунды, достаточно компактны, отлично управляются. Но источники питания экологически чистого транспорта пока еще несовершенны и слишком дороги для массового покупателя. Окончательная победа электрокаров над автомобилями с ДВС настанет только тогда, когда их стоимость уравняется.

Аккумуляторы электромобилей

Что представляют из себя аккумуляторы для электромобилей

АКБ — самая большая, тяжелая и дорогая деталь машины. В большинстве случаев она располагается в днище, занимает практически всю его площадь, весит до полутонны. Батареи для электромобилей состоят из нескольких тысяч ячеек разного вида. У компании Tesla, например, они цилиндрические, напоминающие батарейки типа АА.

В Nissan Leaf ячейки собраны в пакеты, заключенные в отдельные коробчатые корпуса. Аккумулятор для электромобиля вырабатывает большую мощность, сильно греется и поэтому требует собственной системы охлаждения, лучше всего жидкостного.

Литий-ионные АКБ

Большинство современных е-карс оснащено источниками энергии данного типа. За их совершенствование, кстати, была присуждена Нобелевская премия по химии 2019 года. Чистый литий в конструкции отсутствует, он слишком активен и, как следствие, пожаро- и взрывоопасен.

В современных источниках энергии используется его соединение с кобальтом. При зарядке ионы лития перемещаются по электролиту в угольный анод из катода, под нагрузкой происходит обратный процесс. Однако катод не восстанавливается полностью, в нем накапливаются окислы, и емкость батареи падает. Ее уменьшение на 30 % считается полной потерей работоспособности. В зависимости от интенсивности эксплуатации на это требуется 2–5 лет, или 500–1000 циклов заряда-разряда.

Достоинства литий-ионных АКБ:

Литий-ионные аккумуляторы электромобилей

  • Плотность накопленной энергии — до 400 Втч/кг.
  • Достигаемое напряжение выше, чем у других типов АКБ.
  • Саморазряд не более 6 % в месяц и 20 % в год.
  • Нет «эффекта памяти», вследствие чего отпадает необходимость «тренировки» аккумулятора несколькими циклами перезарядок.
  • До 1000 циклов перезаряда.
  • Срок эксплуатации — до 10 лет.

Недостатки литий-ионных АКБ:

  • Узкий температурный диапазон от –20 до +50 °C. На морозе резко падает емкость, при жаре работа АКБ нестабильна.
  • Опасность пожара и взрыва при авариях, ударах, разгерметизации ячеек.

Литий-полимерные АКБ

Проблемы с безопасностью ликвидируются заменой жидкого электролита на негорючий и невзрывоопасный полиэтиленоксид. До недавнего времени главным недостатком этой технологии было малое число циклов перезаряда. Но добавление в полимер нановолокон оксида алюминия повышает этот показатель до 300, что уже сравнимо с литий-ионными. Аккумуляторы такого типа стоят в электрокарах Hyundai Ionic Electric и Kia Soul EV.

Литий-железо-фосфатные АКБ

Они отличаются от классических материалом катода. Вместо кадмиевой соли лития используется его соединение с железом и фосфором. Их преимущества таковы:

  • длительный срок службы;
  • стабильность напряжения вплоть до полного разряда;
  • высокий ток разряда;
  • экологическая безопасность вследствие отсутствия ядовитого кадмия;
  • температурная устойчивость.

Подобные источники широко используются в электропогрузчиках, тягачах, электробусах, например, китайском BYD K9.

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные АКБ

Материалом катода служит сплав упомянутых в названии металлов. Эти батареи имеют следующие особенности:

  • высокое напряжение элемента — 4,3 В;
  • более 1000 циклов перезаряда;
  • плотность энергии — 200 Втч/кг.

Данные накопители энергии сравнительно дешевы, поэтому часто используются в тяжелой технике. На них же построена силовая установка гиперкаров Concept One, S и Two компании Rimac Automobili.

Перспективные разработки современных аккумуляторов для электромобилей

Изготовители литий-ионных источников энергии непрерывно их совершенствуют и сегодня добились высокого уровня эксплуатации. Компания Tesla, например, анонсировала свои новые элементы питания, которые в 5 раз более емки, чем нынешние, и в 6 раз мощнее. К 2030 году планируется переход на них всей продукции фирмы.

Алюминий-ионные АКБ

Анод этого источника питания алюминиевый, катод из графитовой пены, электролитом служит невоспламеняющийся раствор солей. Главное преимущество технологии — полная безопасность. Разработчики доказывают это, пробивая корпус гвоздями: жидкость просто вытекает без огня и взрыва. Кроме того, зарядка занимает несколько минут и количество перезарядок достигает 7,5 тысяч. Корпус гибкий и полимерный, конструкция весьма многообещающая.

Литий-серные АКБ

Широкому внедрению данной технологии мешало низкое число циклов перезаряда. Но уже предложены конструкции катодов с высоким содержанием серы, допускающие до 1 тыс. циклов и запас хода до 2 тыс. км.

Литий-серные АКБ

Металл-воздушные АКБ

Электричество порождается взаимодействием алюминия и кислорода в присутствии серебряного катализатора. Электролит — обыкновенная вода. Зарядка осуществляется на специальном оборудовании с заменой пластин. Потенциально такой источник способен обеспечить запас хода 1 тыс. км.

Компания Citroen испытывает гибридную силовую установку на модели C1, состоящую их литий-ионного и алюминиево-воздушного источников энергии. Южнокорейский вариант конструкции совсем не заряжается, отработанная пластина просто заменяется на новую, обеспечивающую 700 км пробега. Снятая деталь идет в переплавку, не загрязняя окружающую среду.

Читайте также:  Выпрямитель тока для усилителя

Перечисленные конструкции не исчерпывают перспективные направления развития источников питания. Впереди доводка до коммерческих образцов кремний-графитовых, графеновых и твердотельных аккумуляторов для электромобиля.

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.

Как продлить срок службы АКБ

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

Проблема замены

Рано или поздно потребуется замена АКБ, но пока что комплексно решила эту задачу только китайская компания Nio. Перезарядка осуществляется так: машину ставят в специальный бокс, извлекают автоматическим манипулятором старую АКБ и вставляют новую, уже заряженную. Жаль, но проделать этот номер возможно только с электрокарами, произведенными упомянутой компанией; за пределами Поднебесной такой сервис недоступен. Аналогичную идею замены батареи пыталась внедрить Тесла, однако переключилась на развитие сети зарядок Supercharger.

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.

аккумуляторы электромобилей производители

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.

Замена АКБ электромобиля

Пока что большинство е-карс оснащены литиево-ионными батареями, выдерживающими до 1 тыс. перезарядок. Если пополнять энергию каждый день, то через неполные три года емкость аккумулятора и запас хода заметно упадут, еще через три он просто перестанет воспринимать заряд. Эта проблема неизбежно встанет перед каждым владельцем электрокара. Как ее решить?

Заменить АКБ на электромобиле непросто. Мало того, что она весит несколько центнеров и надежно закреплена под днищем, но подключение не ограничивается сменой разъема. Нужно еще и настроить программное обеспечение, пройти согласование и регистрацию в системе управления, возможно, понадобятся новые драйверы, ведь технологии меняются достаточно быстро. Поэтому осуществить полную замену своими силами для рядового водителя — задача неподъемная.

Если же владелец все же решится сделать это самостоятельно, его ждут другие трудности. Цена нового источника питания может составлять до половины стоимости машины. Но в конструкции большинства из них предусмотрена возможность частичной замены блоков, что существенно упрощает и удешевляет операцию. В Интернет-магазинах и на форумах часто предлагают купить восстановленные или бывшие в употреблении модули.

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.

аккумулятор электромобиля Nissan Leaf

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 сайте E-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 сайте Baza.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 компания ELMOB 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.

Подводим итоги

Источники энергии е-карс — сложные и дорогие агрегаты. И хотя литий ионные аккумуляторы для электромобиля купить сегодня не проблема (форумы и сайты объявлений полны предложений типа «продам батарею Ниссан Лиф»), но предугадать степень их износа невозможно.

А вот замена батареи Тесла своими руками в обычном гараже вряд ли возможна. После включения система управления может просто не признать новый аккумулятор. Придется перешивать программное обеспечение в специализированном СТО за отдельные деньги.

Мало того, появляется проблема утилизации. Что делать с несколькими тысячами литий-ионных элементов, отравляющими окружающую среду? В Москве и некоторых других городах крупных городах бывшего СССР уже открыты пункты их сдачи, но в других городах они пока редки.

Вывод прост и очевиден. Руководствуйтесь простыми правилами, продлевающими срок службы АКБ. Не пытайтесь ее заменять или восстанавливать своими силами, не обращайтесь к «народным умельцам», делайте это только в сервисных центрах. Понесенные затраты окупаются стоимостью эксплуатации. Последние новости на эту тему читайте на сайте или нашем канале в «Телеграм».

Источник

Питание электромобилей. За суперконденсаторами будущее?

В качестве источника хранения энергии для питания электромобилей сейчас в основном рассматривают литий-ионные аккумуляторные батареи. Первый аккумулятор данного типа изготовили в 1991 году. Основная характеристика, которая используется для оценки аккумуляторной батареи – удельная энергоемкость. Для литий-ионных аккумуляторов она около 250 Вт*ч/кг. Это означает, что в течение часа такой аккумулятор массой 1 килограмм может питать, например, электродвигатель мощностью 250 Ватт.

Если мощность электродвигателя легкового автомобиля будет 55 килоВатт (приблизительно 75 лошадиных сил), тогда для обеспечения 1 часа движения потребуется аккумулятор массой, равной 55.000/250 = 220 кг.

По сравнению с массой легкового автомобиля это не настолько много, но это только 1 час пробега, за который автомобиль проедет в среднем 60 километров пути. Если решать задачу увеличения пробега «в лоб», то необходимо по-тупому пропорционально увеличивать массу. А это, прежде всего, увеличение стоимости. Поэтому в электромобилях применяют различные электросберегающие технологии, например, во время торможения энергия возвращается в аккумуляторную батарею.

Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей

  1. Предельное количество циклов заряд-разряд. При последних технологиях количество этих циклов доходит до 10000. Если заряжать-разряжать АКБ пару раз в день, он может прожить лет десять, не более. Сейчас гарантийный срок работы производители определяют около 8 лет. Пока подержанный авто доберется к российским покупателям, АКБ надо будет менять, а это половина стоимости авто.
  2. Необходимость хранения АКБ в заряженном виде. Если довести заряд аккумулятора до нуля, и оставить на хранение в таком состоянии, он быстро теряет свою работоспособность.
  3. Невысокий диапазон рабочих температур. Температуры ниже минус 15 градусов Цельсия крайне опасны для литий-ионных аккумуляторов (как и выше плюс 50-ти).
  4. Опасность больших пиковых нагрузок по току.
  5. Большое время заряда в оптимальном цикле.
Читайте также:  Металлический проводник с током нагревается потому что

Что есть суперконденсатор?

Обычный конденсатор представляет собой две пластины проводника, разделенные тонким слоем диэлектрика. Конденсатор предназначен для накапливания заряда, то есть электрической энергии. Основная характеристика конденсатора – емкость. Она прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Единица емкости конденсатора – 1 Фарада. Не вдаваясь в физические тонкости, произвести конденсатор такой огромной (по физическим размерам) емкости до последнего времени было трудным и бесполезным занятием. Конденсатор емкостью 1 Фарада мог занимать место приблизительно, как тумбочка. Если пересчитать емкость в Ватт-часы:

Получится 0,5*1*3*3/3600 = 0,00125 Вт*час

То есть на такой «тумбочке» электромобиль и тронуться с места не сможет.

В начале 60-х Роберт Райтмайер запатентовал модель суперконденсатора. Вместо обычных пластин он предложил делать пористые пластины, у которых площадь на пару порядков больше. А сблизить площади этих неровных пластин он предложил с помощью электролита. Чтобы через электролит не протекал ток, пластины должны иметь разную проводимость: ионную и электронную. Потом эту технологию перекупила японская компания NEC. Практически реализовать такую технологию в полном качестве удалось только с приходом нанотехнологий. Сейчас, например, для покрытия пластин используют материал графен. Пару граммов этого вещества способны покрыть футбольное поле.

Таким образом, «тумбочка» стала размером «с ноготок».

На рисунке приведен конденсатор емкостью 10 Фарад. Конденсатор побольше выглядит солиднее. По размерам он, как граненый стакан.

Преимущества суперконденсаторов

Так чем же эти «банки» лучше привычных литий-ионных аккумуляторных батарей.

  1. Принцип накопления энергии. В аккумуляторных батареях энергия накапливается химическим способом, поэтому имеет ограниченное количество циклов. В суперконденсаторах идет накопление электрическим методом. Количество циклов заряда/разряда огромно (более 500.000).
  2. Если выбрать электролит большой плотности, рабочая температура может быть от минус 50 до плюс 80-ти градусов Цельсия. Это очень важно для наших широт.
  3. Скорость заряда минимальна. Время на зарядку суперконденсаторной батареи большой емкости предельно малое, менее пяти минут.
  4. Суперконденсатор может в течение короткого времени отдать большую энергию. На нем может быстро тронуться с места даже самосвал.
  5. Суперконденсатор без потерь свойств может очень долго находиться в полностью разряженном состоянии (спать).

Какие электромобили можно производить, используя суперконденсатор

Помимо «хороших» свойств суперконденсаторов, есть и «плохие», которые не дают его применять, где попало, прежде всего:

  • малая удельная емкость (приблизительно раз в 10 меньше, чем аккумуляторов);
  • линейная характеристика напряжения на конденсаторе при разряде (в начале разряда около 3-х вольт, посередине – 1,5 Вольта, а нужно для нормального питания — 3);
  • большой саморазряд (за суперконденсатор неделю может разрядиться наполовину);
  • большая стоимость суперконденсатора (тот, что показан на рисунке на 1200 Фарад стоит более 3.000 рублей);
  • невысокое рабочее напряжение (2,7 Вольта).

Говоря человеческим языком, масса конденсаторов значительно выше, их требуется подключать в схему последовательно, что уменьшает емкость дополнительно, увеличивает стоимость. Кроме этого, необходимы специальные схемы стабилизации питания и распределения напряжения.

Для примера, размер суперконденсатора для питания смартфона должен быть не менее пресловутого граненого стакана. Не представляется электромобиль с суперконденсаторным «туалетом» на борту. Зато такой «туалет» легко можно спрятать в грузовой машине или электротранспорте. Я не случайно привел такое сравнение. Внешний вид и размеры суперконденсаторной батареи что-то напоминают.

Масса такой батареи около 1300 килограммов.

Зарядное устройство, устанавливаемое на конечной остановке, не меньше.

Такие электробусы сейчас стали привычным транспортным средством в Минске. По характеру движения они напоминают троллейбус, немного дергаются во время старта и торможения. Это не случайно: при торможении они возвращают в батарею до 30-ти процентов энергии.

Длина маршрута этого 59-го маршрута в Минске около 12-ти километров, он подзаряжается после каждой поездки из одной конечной остановки в другую. Зарядные устройства находятся на конечных остановках. Длится заряд около 3-х минут. Водитель в это время отдыхает. Суперконденсаторные батареи производится под Минском, электробусы – в Минске. Такая небольшая длина пути до подзарядки пока адаптивна только к электротранспорту или, например, к производственным большегрузным машинам. Очень полезно, что суперконденсаторы могут «рвануть» с места груженый транспорт, быстро заряжаются при торможении. Обычный аккумулятор не способен это сделать.

Преимущество быстрого заряда существенно. Представьте, когда ночью в депо стоит куча электробусов на зарядке. Каждому подай по зарядному устройству. Суперконденсаторы утром по-быстрому зарядил – и в путь. Суперконденсаторы отлично пойдут для питания городских микроавтомобилей с небольшим дневным пробегом.

Какие перспективы, за чем будущее?

Я думаю, что будущее за соединением технологий. Это будут или аккумуляторные конденсаторы, или конденсаторные аккумуляторы. Сейчас такие технологии уже используются, например, пластины аккумуляторов покрывают графеном. Обязательно последует развитие технологий, уменьшение массы, увеличение рабочего напряжения, совершенствование элементов защиты. Поживем – увидим. То, что суперконденсаторы будут стоять в электромобилях, очевидный факт.

Источник



На Токе
заряженный портал

Типы зарядок для электромобилей — На токе

Типы зарядок для электромобилей

Типы зарядок для электромобилей

В наши дни уже трудно кого-то удивить электрическим средством передвижения, даже несмотря на то, что многим обывателям эти «игрушки» просто не по карману. Как и автомобили с ДВС, электрокары также нуждаются в заправке, только не горючим, а электроэнергией. Если с первыми всё просто — АЗС можно встретить на каждом шагу, то с новомодными электромобилями дела обстоят гораздо сложнее. Для них существует несколько разновидностей зарядных устройств, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки. В теме я хочу углубиться в подробности касающиеся зарядки электрической автотехники, так как многие владельцы электрокаров имеют на самом деле очень смутные представления о всех этих системах.

Содержание:

Что представляет собой зарядное устройство для электрокара?

От чего зависит скорость зарядки аккумулятора?

Методы зарядки АКБ и типы зарядных устройств для электрокаров.

Самые популярные способы зарядки.

Сколько стоят зарядные устройства?

Где можно заряжать электромобиль?

Что представляет собой зарядное устройство для электрокара?

В принципе, в распоряжении электромобиля такой же накопитель, как и у ноутбука или мобильного устройства. Отличаются они только объёмом и показателем мощности. Для зарядки автомобильной аккумуляторной батареи, применяется такое же зарядное устройство, как и для любого другого девайса, только имеет место разница между некоторыми характеристиками: мощностью, силой зарядного тока, а также габаритами, поэтому ясное дело, автомобильную зарядку в карман не положишь. Кроме того, разработчики электромобилей используют свои уникальные разъёмы.

Зарядное устройство для электрокара — это приспособление, отвечающее за преобразование переменного тока высокого напряжения (220-380 V) в постоянный ток с напряжением соответствующим напряжению аккумуляторной батареи электрического автомобиля. Эти зарядные системы могут быть как стационарными, так и портативными. К первой разновидности относятся настенные шкафы, стойки и т. д., а вот портативные можно возить с собой в багажном отделении электромашины.

Если говорить простыми словами, то портативный девайс подключается к традиционной бытовой розетке либо к спецразъёму, в зависимости от того, каким именно способом владелец решил подзарядить свой экологически чистый транспорт. На другом же конце, находится соответствующий разъём для подсоединения к машине.

Не имеет значения, какого типа зарядное устройство и как оно выглядит, его суть всё равно неизменна: преобразование одного вида электричества в другой, в тот, который подходит электромобилю.

Ниже на изображении, приведено портативное зарядное устройство:

Стационарное оборудование подключается к электросети с помощью 1-фазной либо 3-фазной цепи. Здесь нужно учитывать то обстоятельство, что трёхфазная цепь предлагает больше мощности, а это в свою очередь повышает скорость зарядки аккумулятора. Такая стационарная станция устанавливается, как правило, в гараже, но её также можно обнаружить на электрозаправках и парковках для электромобилей. Зарядная система всегда подсоединена к электроцепи, а для того, чтобы подключится к самому автомобилю, нужно применить ответствующий кабель, подключённый в свою очередь к станции.

Вот так это всё выглядит:

В самом транспортном средстве также имеет место специальное оборудование, предназначенное для зарядки накопителя. Если делать акцент на цепи находящейся между разъёмом для подсоединения зарядного устройства и аккумуляторной батареей, та самую важную роль в ней играет контроллер силы тока и уровня заряда АКБ. Данный элемент пропускает определённую максимальную силу тока и когда батарея будет заряжена на 100%, он автоматически прекратит подачу напряжения на накопитель. Кроме того, контроллер отвечает за регулировку уровня заряда между секциями аккумулятора и таким образом, достигается одинаковый уровень заряда каждого элемента АКБ, нейтрализуется перегрев, закипание, а также выход из строя аккумуляторной батареи.

От чего зависит скорость зарядки аккумулятора?

Скорость зарядки любого аккумулятора, зависит в первую очередь от силы тока: чем она больше, тем быстрее вы зарядите свой накопитель. Однако реально — это палка о двух концах: с одной стороны, наблюдается выигрыш во времени, с другой, в значительной степени сокращается срок эксплуатации АКБ. В связи с этим недоразумением, производители разрабатывают такие зарядники, которые при относительно скоротечном заряде накопителя, будут наносить ему минимальный урон, то есть, разработчики пытаются найти золотую середину.

Что касается не электрокаровских батарей, то их подзарядка осуществляется невысокой силой тока: в бытовой розетке присутствуют максимум 2-3 A, поэтому её более чем достаточно для таких манёвров. Совсем по-другому обстоят дела с накопителем предназначенным для эксплуатации на электромобиле: он относительно крупный и мощный, поэтому для его зарядки и мощности больше потребуется. В этом случае Амперы могут достигать показателя в 60-80 единиц, а при подзарядке от станции постоянного тока, его сила достигает совсем устрашающей величины — 250 A.

Читайте также:  Сварка сварочным аппаратом переменного тока

Естественно, бытовая розетка и близко не располагает такими возможностями, поэтому процесс зарядки от неё растягивается на долгие часы: на зарядку от 220-вольтовой розетки, в некоторых случаях могут уйти целые сутки. Однако это скорее исключение чем правило: процесс зарядки большинства машин на электрической тяге, не занимает более 16 часов. Нужно также понимать, что на скорость заправки влияет и ёмкость батареи: чем она больше, тем больше и времени уйдёт на её наполнение.

Предостережение!

При «заправке» электрокара очень важно помнить, что у него есть максимально допустимое значение силы тока, которое нельзя превышать не при каких обстоятельствах. Почему это так критично? Дело в том, что подобный экстрим может повлечь за собой не только снижение ёмкости накопителя, но и полностью вывести его из рабочих кондиций, а что самое опасное — аккумулятор может просто взорваться!

Методы зарядки АКБ и типы зарядных устройств для электрокаров

Как и говорилось выше, производители выпускают разные зарядные устройства для электротранспорта. Разнятся они между собой не только портативностью, но и различными схемами питания. А есть и такие зарядные приспособления, которые вообще обходятся без проводов!

1. Зарядка от бытовой розетки на 220 V

О таком способе подзарядки я писал в этой теме, поэтому излагать всё в подробностях здесь, не имеет смысла. Скажу только то, что времени такая процедура занимает очень много, но зато и батарея от неё остаётся более «здоровой». Единственное что понадобится для этого действа, это специальный кабель с предохранителем, который прилагается к электромобилю по умолчанию.

2. Зарядка от электросети с напряжением 380 V (одно- или трёхфазная цепь)

Если вам выпала честь запитаться от 380-вольтовой розетки, то можете смело рассчитывать на более короткое время зарядки по сравнению с 220-вольтовым источником питания. Однако нужно знать и тот момент, что портативные зарядники не предназначены для таких величин напряжения. Здесь уже понадобится установка стационарного зарядного устройства, которое будет подсоединено к электросети на 380 V. Подключить такое оборудование можно как по 1-фазной, так и по 3-фазной схеме.

Последняя вариация предлагает более солидную мощность и ускоренный режим полной «заправки» накопителя. Принципиальная разница между однофазной и трёхфазной схемой в том, что в первой применяется только одна фаза (линия) с напряжением 380 V, а во второй системе присутствуют три линии, подключенные параллельно. При этом напряжение держится на неизменном уровне, но мощность сети увеличивается в три раза. Естественно, также существенно увеличивается и максимальная сила тока.

Такие зарядные девайсы оснащены своими коннекторами для подключения к электромашине, однако для разных стран, применяются разные стандарты:

В Штатах и азиатских странах установлены разъёмы J-типа. Это приспособление имеет в своём распоряжении пять контактов, а максимальная мощность, которую может передать такой контроллер — не более 7,4 кВт.

В странах Европы, в том числе и России и странах СНГ, в ходу Mennekes, конструкция которого включает в себя семь контактов. Если подключение осуществлено к 3-фазной цепи питания, то максимальное значение передаваемой мощности может достигать 43 кВт, а в случае с 1-фазной цепью, ограничение опускается до цифры 7,4 кВт. В любом случае, предельная сила тока не должна превышать отметку в 63 A, а напряжение — цифру в 400 V.

Для того, чтобы организовать подобный зарядный комплекс, вам нужно будет получить разрешение от властей города и вдобавок, от городских электросетей.

3. Зарядка от бензинового генератора

Процесс зарядки электромобиля посредством генератора работающего на горючем, по своему принципу схож с зарядкой от обычной розетки. Бензиновая генераторная установка, выдаёт тот же переменный ток, напряжение которого имеет зависимость от диодного моста и конечной схемы преобразования тока. В РФ и странах СНГ, бензиновое оборудование выдаёт напряжение в 220 V, собственно, как и у бытовой розетке, а вот мощность зависит от типа генератора. Данное оборудование, как правило, в значительной степени проигрывает бытовой электросети, по той причине, что генераторы имеют некоторые ограничения.

Самую большую популярность обрели электрогенераторы обладающие мощностью от 600 Вт до 2 кВт, но бытовая розетка перед такими гаджетами всё равно остаётся в выигрыше, так как она способна обеспечить максимальную мощность в почти 4 кВт. Конечно, на рынке можно найти и более мощные модели работающие на бензине, но это больше экзотика, да и цена на них непомерно высока. Как бы там не было, подзаряжать электрокар таким способом вполне допустимо, а время зарядки будет зависеть от мощности генератора. В этой ситуации используются всё те же портативные зарядные устройства.

4. Ускоренная зарядка постоянным током

Зарядка электрического транспортного средства постоянным током, является самой быстрой и мощной методикой, а способствует этому достижение наибольшего значения силы тока, которое может доходить до 125 A. Подключение к такой станции происходит с помощью коннектора типа CHAdeMO. Их можно обнаружить на электрозаправках и парковках. Максимальное напряжение не должно выходить за пределы 500 V, а мощность, не должна превышать 62 кВт.

Также, имеют место комбинированные зарядные станции с соответствующими коннекторами (CCS combo 2):

Этот тип зарядного устройства предлагает самые совершенные показатели:

мощность — до 100 кВт;

сила тока — до 200 A;

напряжение — до 500 V.

Думаете в сказку попали с таким оборудованием? Как бы не так! Такие «великолепные» показатели также превосходно убивают ваш драгоценный накопитель, значительно сокращая срок его службы. Поэтому использовать такие достижения цивилизации рекомендуется только в исключительных случаях, когда времени нет, а аккумулятор разряжен в ноль.

5. Беспроводная зарядка

Некоторые производители пошли ещё дальше и решили предложить общественности зарядные станции работающие без проводов. Их принцип работы заключается в следующем: специальная платформа генерирует мощное электромагнитное поле, а электромобиль в свою очередь оборудуется специальным элементом, преобразующим это магнитное поле в электричество. Машина должна будет просто заехать на нужную платформу и находится на ней до полной зарядки батареи.

На данный момент разработчики уже создали беспроводные зарядные устройства, способные производить максимум 20 кВт, что является весьма высоким показателем как для конструкции подобной направленности. Но инженеры не захотели останавливаться на таких цифрах и в их планах создание беспроводной зарядной станции мощностью до 50 кВт.

Основное преимущество такого изобретения заключается в том, что владельцу электрокара не придётся беспокоиться о всяких там кабелях и разъёмах — комплекс является универсальным.

6. Зарядка от солнечной батареи

Данный вариант не является полноценным, поэтому некоторые производители используют его лишь в качестве дополнения, предназначенного для небольшого увеличения пробега электромобиля. Тут вся проблема в том, что для качественного процесса зарядки батареи, солнечная панель должна иметь весьма большую площадь и естественно, мало при этом она весить не будет, даже при учёте современных, супер совершенных технологий. Машина понятное дело ограничена в размерах и из-за скромной площади крыши, которая, как правило, и оборудуется солнечными панелями, возможностей будет хватать только для едва заметной прибавки заряда АКБ.

В принципе, полностью зарядить аккумулятор электрокара с помощью солнечной батареи можно, вот только для этого, ваше средство передвижения придётся оставить под прямыми солнечными лучами на несколько дней. Конечно, если машина эксплуатируется редко, то это можно считать вполне приемлемым вариантом, который должен избавить владельца от лишних кВт на счётчике электроэнергии.

Самые популярные способы зарядки

На данный момент, ввиду того, что электромобили ещё не получили такого глобального распространения как машины с ДВС и соответствующая инфраструктура во многих странах не развита должным образом (особенно это касается России и СНГ), самым распространённым способом зарядки АКБ, стало использование традиционной бытовой розетки.

Что касается электрозаправочных станций, то для них чаще всего используются цепи 3-фазного питания. Такие зарядники можно приспосабливать и в гаражах, получив для этого соответствующее разрешение от городских электросетей.

Зарядные устройства выдающие постоянный ток встречаются довольно редко, их можно заметить в Америке и азиатских странах. Попадаются они и в некоторых европейских государствах. Устанавливать такие устройства в своём собственном гараже просто бессмысленно, потому, что они сокращают срок службы вашей батареи. Вы всё равно будете оставлять своё авто в гараже на ночь, так почему бы не заряжать его от обыкновенной розетки, продлевая тем самым жизнь дорогостоящему накопителю. Также не плохим решением будет установка зарядного устройства с трёхфазным питанием.

Сколько стоят зарядные устройства?

Сегодня каждый желающий может приобрести практически любое зарядное приспособление для своего электрокара. Сама же себестоимость девайса зависит от бренда и мощности, а критерии выбора таковы: тип разъёма и способ подключения (1-фазная либо 3-фазная цепь).

Зарядку мощностью 22 кВт для подключения к трёхфазной цепи, можно приобрести в Москве за 257 тыс. руб. Быстрая зарядная установка прямого тока, обойдётся владельцу и без того не дешёвого электрокара в 2,5 млн. руб. Данные цены являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от фирмы и мощности гаджета.

Где можно заряжать электромобиль?

Сегодня электрозаправками уже оборудовано не малое количество АЗС, а при наличии портативного зарядного устройства, у вас появляется возможность подзаряжать своё экологически чистое транспортное средство практически в любом месте, где имеется доступ к обычной розетке. Многие гостиницы и придорожные кафе позволяют заряжать машину, но только за отдельную плату.

Заключение

Ну что же, разнообразие видов зарядки не может не вселять уверенность в обладателей электрокаров. Однако при этом, всегда нужно учитывать очень важный момент: чем более мощные методы зарядки вы будете применять, тем меньший срок отработает ваш накопительный элемент!

Источник