П'ять типів автомобільних акумуляторів та аналіз тенденцій розвитку

П'ять типів автомобільних акумуляторів

Типи автомобільних акумуляторів включають свинцево-кислотні, нікель-кадмієві та нікель-метал-гідридні батареї, літієві, літій-залізо-фосфатні батареї та паливні елементи.

Свинцево-кислотні акумулятори

Свинцево-кислотні акумулятори, будучи відносно зрілою технологією у виробництві автомобільних акумуляторів, все ще залишаються єдиними акумуляторами для електромобілів, які можна виробляти масово через їхню низьку вартість і високу швидкість розряду.

Під час Олімпійських ігор у Пекіні було 20 електромобілів, які використовували свинцево-кислотні батареї для забезпечення транспортних послуг на Олімпіаді. Однак питома енергія, питома потужність і щільність енергії свинцево-кислотних акумуляторів дуже низькі, і електромобілі, що використовують їх як джерело живлення, не можуть мати хорошу швидкість і запас ходу.

Нікель-кадмієві та нікель-метал-гідридні батареї

Хоча продуктивність краща, ніж у свинцево-кислотних акумуляторів, вони містять важкі метали, які спричиняють забруднення навколишнього середовища після використання та утилізації. Серед типів автомобільних акумуляторів нікель-метал-гідридні акумулятори щойно вступили в зрілу стадію, і це єдина акумуляторна система, яка була фактично перевірена, комерціалізована і масштабована в акумуляторній системі, що використовується в гібридних електромобілях.

99% існуючої частки ринку гібридних акумуляторів - це нікель-метал-гідридні акумулятори. В даний час основними світовими виробниками автомобільних акумуляторів є японські компанії PEVE і Sanyo. PEVE займає 85% світового ринку нікель-метал-гідридних акумуляторів для гібридних транспортних засобів. Застосування китайських Ni-MH акумуляторів в автомобілях все ще перебуває на стадії досліджень і розробок.

Літієві батареї

Традиційні свинцево-кислотні, нікель-кадмієві та нікель-металогідридні акумулятори в автомобільних батареях відносно зрілі за технологією, але при їх використанні в якості акумуляторів в автомобілях виникають великі проблеми. В даний час все більше і більше автовиробників вирішують використовувати літієві батареї в якості акумуляторів для автомобільних батарей. Оскільки літій-іонні акумулятори мають такі переваги: висока робоча напруга; велика питома енергія; невеликий розмір; невелика вага; тривалий термін служби; низька швидкість саморозряду; відсутність ефекту пам'яті; відсутність забруднення тощо.

В даний час вузькими місцями, що перешкоджають розвитку силових літій-іонних акумуляторів, є: показники безпеки та система управління автомобільними акумуляторами. Що стосується показників безпеки, то через високу щільність енергії, високу робочу температуру і суворі умови експлуатації літій-іонних акумуляторів, а також концепцію безпеки, орієнтовану на людину, користувачі висувають дуже високі вимоги до безпеки акумуляторів.

З точки зору системи управління автомобільним акумулятором, оскільки робоча напруга автомобільного акумулятора становить 12 або 24 В, в той час як робоча напруга одного силового літій-іонного акумулятора становить 3,7 В, необхідно підвищити напругу шляхом послідовного з'єднання декількох акумуляторів.

Однак, оскільки акумулятору важко досягти повністю рівномірного заряду і розряду, одна батарея в декількох послідовно з'єднаних акумуляторних блоках матиме незбалансований стан заряду і розряду, і батарея буде виглядати недозарядженою і перерозрядженою. Така ситуація призведе до різкого погіршення продуктивності акумулятора і, врешті-решт, призведе до того, що весь акумуляторний блок не зможе нормально працювати або навіть буде утилізований, що значно вплине на термін служби і надійність акумулятора.

Літій-залізо-фосфатні акумулятори

Літій-залізо-фосфатний акумулятор також є різновидом літієвого акумулятора. Його питома енергія вдвічі менша, ніж у літій-кобальт-оксидного акумулятора, але він має високу безпеку, кількість циклів може досягати 2000 разів, стабільний розряд і низьку ціну. Він став новим вибором для типів автомобільних акумуляторів.

Паливні елементи

Простіше кажучи, паливний елемент - це енергогенеруючий пристрій, який безпосередньо перетворює хімічну енергію, що міститься в паливі та окислювачі, в електричну енергію. Найбільш перспективним для використання в автомобілях є протонно-обмінний мембранний паливний елемент. Принцип його роботи полягає в наступному: на анод подається водень, і під дією каталізатора два електрони в атомі водню роз'єднуються.

Два електрони притягуються катодом і генерують струм через зовнішній ланцюг, а іони водню, що втратили електрони, можуть проходити через протонообмінну мембрану і рекомбінувати з атомами кисню та електронами на катоді, утворюючи воду. Оскільки кисень можна отримати з повітря, доки водень безперервно подається на анод, а вода вчасно відводиться, паливний елемент може безперервно виробляти електричну енергію.

Оскільки паливний елемент безпосередньо перетворює хімічну енергію палива в електричну енергію без процесу горіння в середині, він не обмежується циклом Карно. В даний час серед типів автомобільних акумуляторів ефективність перетворення палива в електрику системи паливних елементів становить від 45% до 60%, в той час як ефективність виробництва теплової енергії та ядерної енергії становить близько 30% до 40%.

Тенденція розвитку нових енергетичних автомобільних акумуляторів

У розробці нових енергетичних транспортних засобів технологія нікель-металогідридних акумуляторів є найбільш зрілою і залишиться основною серед типів автомобільних акумуляторів протягом наступних трьох років. Після цього нікель-металогідридні акумулятори будуть конкурувати з літій-залізо-фосфатними і водневими паливними елементами, а через п'ять років будуть поступово витіснені літієвими акумуляторами і паливними елементами.

З точки зору цінових тенденцій, поточна ціна на швидкозарядні літій-іонні акумулятори для типів автомобільних акумуляторів становить близько $1600/кВт-год, а ціна на звичайні літій-іонні акумулятори - близько $500/кВт-год. Відповідно до поточної цінової тенденції на бензин та електроенергію в США, вартість використання електромобіля з літій-іонною батареєю швидкого заряду з ресурсом автономної роботи 100 км на 25% вища, ніж у бензинового автомобіля з двигуном внутрішнього згоряння з порівнянними характеристиками протягом усього терміну служби автомобіля.

Після того, як ціна на акумулятори для електромобілів знизиться до $200-300/кВт-год, вартість використання електромобілів стане порівнянною з вартістю традиційних транспортних засобів. Згідно з прогнозами, при заохоченні відповідної політики в різних країнах світовий попит на іони літію для електромобілів наблизиться до 50 ГВт-год у 2020 році, вартість акумуляторів зі швидкою зарядкою, як очікується, знизиться до $400-500/кВт-год у 2020 році, а ціна на звичайні акумулятори може впасти до $200-300/кВт-год.

Транспортні засоби нової енергетики обирають потрійні літієві батареї або літій-залізо-фосфатні батареї

Для нових енергетичних транспортних засобів ядром є акумулятор, на який припадає від 40% до 60% вартості транспортного засобу. В даний час існує багато типів автомобільних акумуляторів, і найважливішими технічними маршрутами є маршрут потрійного літієвого акумулятора та маршрут літій-залізо-фосфатного акумулятора. Як споживач, як ви повинні вибирати? Акумулятори не тільки впливають на час автономної роботи нових енергетичних транспортних засобів, але й безпосередньо впливають на багато характеристик. Серед них споживачів найбільше турбують безпека, час автономної роботи та заряджання.

Безпека є основною передумовою будь-якої іншої діяльності. У зв'язку з цим, порівняно з lfp vs nmcлітій-залізо-фосфатні акумулятори мають очевидні переваги. Коли температура досягає 180°C, катод потрійної батареї починає розкладатися і генерувати велику кількість кисню, який буде хімічно реагувати з розчинником всередині батареї, а потім генерувати велику кількість тепла, утворюючи ланцюгову реакцію. Однак, оскільки літій-залізо-фосфатна батарея автомобіля витримує температуру 800°C на позитивному електроді, умови пожежі є відносно суворими і відносно тривалими, що залишає достатньо часу для втечі власника.

З точки зору тривалості автономної роботи, безсумнівно, потрійна літієва батарея з вищою щільністю енергії має більше переваг. Але для нових енергетичних транспортних засобів запас ходу має бути достатнім відповідно до їхніх власних сценаріїв використання. В іншому випадку, занадто велика потужність і надмірна вага акумулятора лише збільшать вартість покупки і енергоспоживання автомобіля, а економічна ефективність буде вкрай низькою. Суть полягає в швидкому поповненні енергії.

Що стосується хімічних характеристик самої батареї, то зарядка акумулятора потрійна літієва батарея швидше, тому що його напруга вища і він має більшу зарядну потужність при тому ж струмі. Літій-залізо-фосфатні акумулятори можуть компенсувати цей недолік за допомогою технології. Напруга транспортного засобу з потрійним літієвим акумулятором дуже висока, але якщо напруга зарядної батареї низька, її зарядна потужність не зможе збільшитися.