Beş tip araç aküsü ve gelişim trendi analizi

Beş tip araç aküsü

Araç akülerinin türleri arasında kurşun-asit aküler, nikel-kadmiyum aküler ve nikel-metal hidrit aküler, lityum aküler, lityum demir fosfat aküler ve yakıt hücreleri bulunmaktadır.

Kurşun-asit aküler

Araç aküsü türlerinde nispeten olgun bir teknoloji olan kurşun-asit aküler, düşük maliyetleri ve yüksek deşarj hızları nedeniyle hala elektrikli araçlar için seri üretilebilen tek akülerdir.

Pekin Olimpiyat Oyunları sırasında, Olimpiyat Oyunları için ulaşım hizmetleri sağlamak üzere kurşun-asit bataryalar kullanan 20 elektrikli araç vardı. Ancak kurşun-asit bataryaların özgül enerjisi, özgül gücü ve enerji yoğunluğu çok düşüktür ve bunu güç kaynağı olarak kullanan elektrikli araçların iyi bir hıza ve seyir menziline sahip olması imkansızdır.

Nikel-kadmiyum piller ve nikel-metal hidrit piller

Performansı kurşun-asit akülerden daha iyi olmasına rağmen, kullanıldıktan ve atıldıktan sonra çevre kirliliğine neden olacak ağır metaller içerir. Araç aküleri türlerinde, nikel-metal hidrit güç aküsü olgunluk aşamasına yeni girmiştir ve hibrit elektrikli araçlarda kullanılan akü sisteminde gerçekten doğrulanmış, ticarileştirilmiş ve ölçeklendirilmiş tek akü sistemidir.

Mevcut hibrid akü pazar payının 99%'si nikel-metal hidrit güç aküleridir. Şu anda dünyanın başlıca otomotiv güç bataryası üreticileri arasında Japon PEVE ve Sanyo yer almaktadır. PEVE, Hibrid araçlar için küresel Ni-MH akü pazar payının 85%'sine sahiptir. Çin Ni-MH akülerinin otomobillerdeki uygulaması halen araştırma ve geliştirme aşamasındadır.

Lityum piller

Geleneksel kurşun-asit bataryalar, nikel-kadmiyum bataryalar ve nikel-metal hidrit bataryalar araç aküsü türlerinde teknoloji olarak nispeten olgunlaşmıştır, ancak otomobillerde güç bataryası olarak kullanıldıklarında büyük sorunlar ortaya çıkmaktadır. Şu anda, giderek daha fazla otomobil üreticisi araç aküleri için güç aküsü olarak lityum aküleri kullanmayı tercih etmektedir. Çünkü lityum-iyon güç pilleri şu avantajlara sahiptir: yüksek çalışma voltajı; büyük özgül enerji; küçük boyut; hafiflik; uzun çevrim ömrü; düşük kendi kendine deşarj oranı; hafıza etkisi yok; kirlilik yok, vb.

Şu anda, lityum-iyon güç bataryalarının gelişimini engelleyen darboğazlar şunlardır: güvenlik performansı ve otomobil güç bataryalarının yönetim sistemi. Güvenlik performansı açısından, lityum-iyon güç bataryalarının yüksek enerji yoğunluğu, yüksek çalışma sıcaklığı ve zorlu çalışma ortamı nedeniyle, insan odaklı güvenlik konseptiyle birleştiğinde, kullanıcılar batarya güvenliği için çok yüksek gereksinimler ortaya koymuştur.

Otomobil güç bataryasının yönetim sistemi açısından, otomobil güç bataryasının çalışma voltajı 12V veya 24V iken, tek bir güç lityum-iyon bataryanın çalışma voltajı 3,7V olduğundan, birden fazla bataryayı seri bağlayarak voltajı artırmak gerekir.

Bununla birlikte, bataryanın tamamen eşit şarj ve deşarj elde etmesi zor olduğundan, seri olarak bağlanan birden fazla batarya paketindeki tek bir batarya dengesiz bir şarj ve deşarj durumuna sahip olacak ve batarya düşük şarjlı ve aşırı deşarjlı görünecektir. Bu durum, batarya performansında keskin bir bozulmaya yol açacak ve sonunda tüm batarya paketinin normal çalışmamasına ve hatta hurdaya çıkmasına neden olarak bataryanın hizmet ömrünü ve güvenilirliğini büyük ölçüde etkileyecektir.

Lityum demir fosfat piller

Lityum demir fosfat pil de bir tür lityum pildir. Spesifik enerjisi lityum kobalt oksit pilin yarısından daha azdır, ancak yüksek güvenliğe sahiptir, döngü sayısı 2000 kata ulaşabilir, kararlı deşarj ve düşük fiyatlıdır. Araç aküsü türleri için yeni bir seçenek haline gelmiştir.

Yakıt hücreleri

Basitçe ifade etmek gerekirse, yakıt hücresi, yakıt ve oksidanda bulunan kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir güç üretim cihazıdır. Otomobillerde kullanım için en umut verici olanı proton değişim membranlı yakıt hücresidir. Çalışma prensibi şöyledir: anoda hidrojen gönderilir ve katalizörün etkisiyle hidrojen atomundaki iki elektron ayrılır.

İki elektron, harici bir devre üzerinden akım üretmek için katot tarafından çekilir ve elektron kaybeden hidrojen iyonları proton değişim membranından geçebilir ve su oluşturmak için katotta oksijen atomları ve elektronlarla yeniden birleşebilir. Oksijen havadan elde edilebildiğinden, anoda sürekli olarak hidrojen verildiği ve zamanla su alındığı sürece, yakıt hücresi sürekli olarak elektrik enerjisi sağlayabilir.

Yakıt hücresi, yakıtın kimyasal enerjisini ortada yanma işlemi olmadan doğrudan elektrik enerjisine dönüştürdüğü için Carnot döngüsü ile sınırlı değildir. Şu anda, araç bataryası türleri arasında, yakıt hücresi sisteminin yakıttan elektriğe dönüşüm verimliliği 45% ila 60% iken, termal güç üretimi ve nükleer enerjinin verimliliği yaklaşık 30% ila 40%'dir.

Yeni enerji araç bataryalarının gelişim trendi

Yeni enerji araçlarının geliştirilmesinde, nikel metal hidrit batarya teknolojisi en olgun olanıdır ve önümüzdeki üç yıl içinde araç bataryası türlerinin ana akımı olmaya devam edecektir. Bundan sonra nikel-metal hidrit batarya teknolojisi lityum demir fosfat ve hidrojen yakıt hücreleri ile rekabet edecek ve beş yıl içinde yerini yavaş yavaş lityum bataryalara ve yakıt hücrelerine bırakacaktır.

Fiyat eğilimleri açısından, araç aküsü türleri için hızlı şarjlı lityum-iyon güç bataryalarının mevcut fiyatı yaklaşık $1600/kwh ve sıradan lityum-iyon güç bataryalarının fiyatı yaklaşık $500/kwh'dir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki benzin ve elektriğin mevcut fiyat eğilimine göre, 100 km batarya ömrüne sahip hızlı şarjlı lityum iyon güç bataryalı elektrikli araç kullanmanın maliyeti, aracın tüm hizmet ömrü boyunca karşılaştırılabilir performansa sahip benzinli içten yanmalı motorlu bir araçtan 25% daha yüksektir.

Elektrikli araçlar için güç bataryalarının fiyatı $200-300/kwh seviyesine düştüğünde, elektrikli araçların kullanım maliyeti geleneksel araçlarınkiyle karşılaştırılabilir olacaktır. Tahminlere göre, çeşitli ülkelerdeki ilgili politikaların teşvikiyle, elektrikli araçlar için lityum iyonlarına yönelik küresel talep 2020 yılında 50 Gwh'ye yaklaşacak, hızlı şarj bataryalarının maliyetinin 2020 yılında $400-500/kwh'ye düşmesi bekleniyor ve sıradan güç bataryalarının fiyatı $200-300/kwh'ye düşebilir

Yeni enerji araçları üçlü lityum bataryaları veya lityum demir fosfat bataryaları tercih ediyor

Yeni enerji araçları için temel unsur, araç maliyetinin 40% ila 60%'sini oluşturan bataryadır. Şu anda, birçok araç aküsü türü vardır ve en önemli teknik rotalar üçlü lityum pil rotası ve lityum demir fosfat pil rotasıdır. Bir tüketici olarak nasıl seçim yapmalısınız? Aküler sadece yeni enerji araçlarının akü ömrünü etkilemekle kalmıyor, aynı zamanda birçok performansı da doğrudan etkiliyor. Bunlar arasında tüketiciler en çok güvenlik, pil ömrü ve şarj konusunda endişe duyuyor.

Güvenlik, diğer tüm faaliyetlerin temel öncülüdür. Bu bağlamda, karşılaştırıldığında lfp vs nmclityum demir fosfat pillerin belirgin avantajları vardır. Sıcaklık 180°C'ye ulaştığında, üçlü malzeme bataryasının katodu ayrışmaya ve büyük miktarda oksijen üretmeye başlar, bu da batarya içindeki çözücü ile kimyasal olarak reaksiyona girer ve ardından zincirleme bir reaksiyon oluşturmak için büyük miktarda ısı üretir. Bununla birlikte, lityum demir fosfat akülü araç pozitif elektrotta 800°C sıcaklığa dayanabildiğinden, yangın koşulları nispeten sert ve nispeten uzundur ve araç sahibinin kaçması için bolca zaman bırakır.

Batarya ömrü açısından, daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip üçlü lityum bataryanın daha avantajlı olduğuna şüphe yok. Ancak yeni enerjili araçlar için kendi kullanım senaryolarına göre seyir menzili yeterlidir. Aksi takdirde, çok fazla güç ve aşırı kilolu bir batarya yalnızca aracın satın alma maliyetini ve güç tüketimini artıracaktır ve maliyet performansı son derece düşüktür. İşin özü, gücü hızlı bir şekilde yenilemektir.

Akünün kendisinin kimyasal özellikleri söz konusu olduğunda, akünün şarj edilmesi üçlü lityum pil daha hızlıdır çünkü voltajı daha yüksektir ve aynı akımda daha fazla şarj gücüne sahiptir. Lityum demir fosfat piller bu eksikliği teknoloji sayesinde telafi edebilir. Üçlü lityum bataryalı araçların araç voltajı çok yüksektir, ancak şarj yığınının voltajı düşükse, şarj gücü artamayacaktır.