Sve što želite znati o baterijama na električna vozila

Brzina, kilometraža, okretni moment i svi takvi vitalni parametri električnog automobila isključivo ovise o specifikacijama motora i baterija koje se koriste u automobilu. Iako upotreba snažnog motora nije velika stvar, problem leži u dizajniranju baterija koji bi mogli dugo stvarati dovoljno struje za motor bez pogoršanja njegovog vijeka trajanja. Da bi se nosili s naponom i trenutnom potražnjom, proizvođači električnih vozila moraju kombinirati stotine, ako ne i tisuće ćelija, kako bi stvorili bateriju za jedan automobil. Da bismo imali ideju, Teslin model S ima oko 7 104 stanice, a Nissanov list ima oko 600 stanica. Ovaj velik broj, zajedno s nestabilnom prirodom litijevih ćelija, otežava dizajn baterija za električni automobil. U ovom ćemo članku istražiti kako je baterija za električna vozila dizajnirana za EVi koji su vitalni parametri povezani s baterijama o kojima se mora voditi računa.

Što se nalazi u paketu baterija za električna vozila?

Da ste pročitali članak Uvod u električna vozila, do sada biste već odgovorili na pitanje. Za nove ljude, dopustite mi da na brzinu ponovim postavljanje ograničenja. Slika dolje prikazuje bateriju Nissan Leafa koja je razdvojena na razinu ćelije iz svog paketa.

Suvremeni električni automobili koriste litijeve baterije za napajanje automobila iz nekih očitih razloga o kojima ćemo razgovarati kasnije u ovom članku. Ali, ovi Lithium baterije imaju samo oko 3.7V po ćeliji dok EV Auto zahtijeva negdje u blizini 300V. Da bi se postigli takvi visoki naponi i Ah nazivne stanice, litijeve ćelije kombiniraju se u seriju i paralelnu kombinaciju kako bi oblikovali module, a ti su moduli zajedno s nekim zaštitnim krugovima (BMS) i rashladnim sustavom raspoređeni u mehaničko kućište zajednički nazvano baterijskim paketom kao što je gore prikazano.

Vrste baterija

Iako većina automobila koristi litijeve baterije, mi nismo ograničeni samo na nju. Dostupne su mnoge vrste kemije baterija. Baterije se uglavnom mogu svrstati u tri vrste.

Primarne baterije: To su baterije koje se ne mogu puniti. To jest, može pretvoriti kemijsku energiju u električnu, a ne obratno. Primjer bi bile alkalne baterije (AA, AAA) koje se koriste za igračke i daljinske upravljače.

Sekundarne baterije: To su baterije koje nas zanimaju za električna vozila. Može pretvoriti kemijsku energiju u električnu energiju za pogon EV, a također može pretvoriti električnu energiju u kemijsku energiju tijekom postupka punjenja. Te se baterije obično koriste u mobilnim telefonima, EV-ima i većini ostale prijenosne elektronike.

Rezervne baterije: Ovo su posebne vrste baterija koje se koriste u vrlo jedinstvenoj primjeni. Kao što naziv navodi, baterije se većinu svog životnog vijeka drže kao rezervne (pripravne) i stoga imaju vrlo nisku stopu samopražnjenja. Primjer bi bile baterije za prsluk za spašavanje.

Osnovna kemija baterije

Kao što je ranije rečeno, postoji mnogo različitih kemijskih proizvoda dostupnih za baterije. Svaka kemija ima svoje prednosti i nedostatke. No, bez obzira na vrstu kemije, malo je stvari zajedničkih za sve baterije, pogledajmo ih, a da se previše ne bavimo njezinom kemijom.

U bateriji postoje tri glavna sloja, to su katoda, anoda i separator. Katoda je pozitivni sloj baterije, a anoda negativni sloj baterije. Kad je na priključke akumulatora priključeno opterećenje, struja (elektroni) teče od anode do katode. Slično tome, kada je punjač spojen na stezaljke akumulatora, tok elektrona je obrnut, to jest od katode do anode kao što je prikazano na gornjoj slici.

Da bi bilo koja baterija radila, trebala bi se odvijati kemijska reakcija nazvana Reakcija redukcije oksidacije. Ponekad se naziva i Redox reakcija. Ova se reakcija odvija između anode i katode akumulatora kroz elektrolit (separator). Anodna strana baterije bit će spremna za dobivanje elektrona i stoga će se dogoditi reakcija oksidacije, a katodna strana baterije će biti voljna izgubiti elektrone i time će doći do reakcije smanjenja. Zbog ove reakcije ioni se prelaze sa katode na anodu baterije kroz separator. Kao rezultat, u anodi će se akumulirati više iona. Da bi neutralizirao ovu Anodu, mora potisnuti elektrone sa svoje strane na Katodu.

Ali Separator dopušta samo protok iona kroz njega i blokira svako kretanje elektrona od Anode do Katode. Dakle, jedini način na koji baterija može prenijeti elektrone je kroz svoje vanjske terminale, to je razlog zašto kad spojimo teret na terminale baterije, dobijemo struju (elektroni) koja teče i pomislila je.

Osnove kemije litijeve baterije

Budući da ćemo razgovarati o litijevim baterijama, jer su one najpoželjnija baterija za EV, možemo se malo više pozabaviti njezinom kemijom. Ponovo postoje mnoge vrste u litijevim baterijama, najviše je litij-nikal-kobalt-aluminij (NCA), litij-nikal-mangan-kobalt (NMC), litij-mangan-vretena (LMO), litij-titanat (LTO), litij-željezni fosfat (LFP) one zajedničke. Ponovno svaka kemija ima svoje osobine koje lijepo ilustriraju sliku ispod Boston Consulting grupe.

Od njih se litij-nikal-kobalt-aluminij najviše koristi zbog svoje niske cijene. U ove ćemo parametre ući kasnije u ovom članku. Ali jedna uobičajena stvar koju ovdje možete primijetiti jest da je litij prisutan u svim baterijama. To je uglavnom zbog elektronske konfiguracije litija. Neutralni atom litijevog metala prikazan je u nastavku.

Ima atomski broj tri, što znači da će se oko njegove nukleaze nalaziti tri elektrona, a krajnja ljuska ima samo jedan valentni elektron. Tijekom reakcije ovaj valentni elektron se izvlači tako dajući nam jedan elektron i litij-ion s dva elektrona koji tvore litij-ion. Kao što je ranije spomenuto, elektron će teći kroz struju kroz vanjske terminale baterije, a litij-ion će teći kroz elektrolit (separator) tijekom redoks reakcije.

Osnove baterija za električna vozila

Sada znamo kako baterija radi i kako se koristi u električnom vozilu, ali da bismo nastavili odavde, moramo razumjeti neke osnovne terminologije koje se obično koriste pri dizajniranju baterijskog paketa. Dopustite nam da razgovaramo o njima…

Voltaža: Dvije vrlo česte ocjene koje možete označiti na bateriji su njezin napon i Ah ocjena. Olovne kiseline su obično od 12 V, a litijeve od 3,7 V. To se naziva nominalni napon baterije. To ne znači da će baterija cijelo vrijeme pružati 3,7 V preko svojih terminala. Vrijednost napona varirat će ovisno o kapacitetu baterije. Raspravit ćemo