Типы батарей в электромобилях
Основной характеристикой, которая интересует любого потенциального покупателя электромобиля — это его запас хода, т.е. какое расстояние сможет преодолеть электромобиль на одном полном заряде батареи. Определяющим фактором здесь является емкость батареи и вещество из которого изготовлен ее катод. Сегодня мы попытаемся простыми словами рассказать про основные типы батарей, которые применяются в современных электрокарах.
Современные электромобили запитываются от литий-ионных аккумуляторных батарей, поскольку они лишены весьма неприятного недостатка, а именно “эффекта памяти”, т.е. их можно заряжать в любой момент, не дожидаясь полного разряда. Сами же литий-ионные аккумуляторы различаются по типу катода, который и определяет вес, емкость и долговечность батареи (количество циклов заряд/разряд).
В настоящее время наиболее распространены и используются следующие типы литий-ионных аккумуляторов: NCA (LiNiCoAlO2 — Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный аккумулятор), NMC (LiNixMnyCozO2 — Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор) и LFP (LiFePO4 — Литий-железо-фосфатный аккумулятор). Сразу отметим, что в зависимости от силы тока (чем меньше, тем лучше), которым производится зарядка тяговой батареи электромобиля и степени ее разрядки перед зарядкой, количество циклов заряд-разряд может увеличиваться в или уменьшаться в 2-3 раза. Мы будем приводить гарантированное значение таких циклов.
NCA тяговые батареи наиболее часто применяются в электромобилях Tesla. Удельная плотность энергии (которая показывает насколько тяжелой будет батарея в зависимости от ее емкости) составляет: 200-260 Вт*ч/кг. Преимуществами аккумуляторов данного типа являются высокая удельная энергоемкость, длительный срок службы и высокая удельная мощность. В недостатки можно записать довольно небольшое число циклов заряд/разряд — 500.
NMC тяговые батареи довольно распространены и устанавливаются большим числом производителей электромобилей например на Honda M-NV, eNS, VW id4, id6. По сравнению с NCA они имеют меньшую удельную плотность энергии: 150-200 Вт*ч/кг, но большую долговечность за счет увеличенного числа циклов заряд/разряд — 1000, а также устойчивости и стабильности работы при температурных изменениях.
LFP тяговые батареи наиболее перспективные на данный момент и также устанавливаются широким спектром производителей электрокаров например на Byd Yuan, Song, Tang, Han, в том числе в этом списке есть компания Tesla, которая по опубликованным данным планирует устанавливать на некоторые свои модели литий-железо-фосфатные батареи Blade battery от китайской компании BYD. Благодаря своему составу, такие LFP аккумуляторные блоки безопаснее NMC, а именно менее подвержены возгоранию при случайном повреждении. Также существенным преимуществом является большое число циклов заряд/разряд: более 2000 раз (до 7000 при правильных условиях эксплуатации и заряда). При этом удельную плотность энергии меньше, чем у NMC: 90-160 Вт*ч/кг.
Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов
Аккумуляторы являются подходящими системами хранения энергии в различных типах автомобилей, но они играют ключевую роль в случае электромобилей. Технологии, отвечающие за их работу, постоянно развиваются, и различные типы аккумуляторов отличаются друг от друга по применению и техническим характеристикам. Узнайте о типах батарей, используемых в электромобилях.
Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов
Аккумуляторы электромобилей (EV) отличаются используемыми в них химическим элементам. В основном мы различаем литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные аккумуляторы. Выбрать оптимальную аккумуляторную батарею для электромобиля сложно, потому что индивидуальные решения хорошо работают в разных ситуациях.
Ниже вы найдете краткое описание различных типов аккумуляторов, используемых в автомобильной промышленности, а также их применение.
Литий-ионная батарея – большая популярность и высокая производительность.
Несомненно, именно литий-ионные батареи в последние годы внесли наибольший вклад в передовое развитие электроэнергетического сектора. Они характеризуются эффективностью, низкой ценой и высоким уровнем производительности по отношению к весу элементов. Это лучшие батареи, если учитывать три параметра: оптимизация размера и веса батареи, соотношение массы к количеству накопленной энергии и выгодная цена. Литий-ионные батареи также можно найти во многих бытовых устройствах, таких как телефоны, компьютеры или пылесосы.
Никель-металл-гидридная аккумуляторная батарея – для специализированного использования.
Это специальные аккумуляторные элементы, которые достаточно редки по своим химическим и физическим параметрам. Водород является сырьем, требующим особого контроля. Батарея теряет энергию, когда она не используется, но этот недостаток компенсируется длительным сроком службы элементов. Никель-металл-гидридные батареи используются в специализированных устройствах, таких как медицинское оборудование. Решения такого рода характеризуются высокой себестоимостью производства.
Свинцово-кислотные аккумуляторы – низкий срок службы и впечатляющая мощность.
Аккумуляторы этой категории характеризуются отличными параметрами мощности. В электромобиле, однако, приходится делать ставку на решение, которое характеризуется высокой эффективностью даже при низких температурах, где такие батареи работают плохо. Несмотря на то, что стандартные аккумуляторные батареи автомобиля также фиксируют снижение таких условий, свинцово-кислотные элементы демонстрируют худшие показатели в этом аспекте. К их преимуществам относятся низкая себестоимость и надежность.
Суперконденсаторы – поддержка производительности аккумуляторов.
Суперконденсаторы или ультраконденсаторы в первую очередь используются для обеспечения необходимого электропитания при временном отключении электричества. По этой причине они также полезны в электромобилях, где их роль заключается в обеспечении достаточной мощности, когда требуется больше энергии.
Многие электромобили используют аккумуляторные батареи – несколько элементов одновременно. Сочетая возможности суперконденсаторов с литий-ионными и никель-металлогидридными аккумуляторами, можно добиться лучших результатов, чем при использовании одиночных элементов. В настоящее время в автомобильном секторе доминируют литий-ионные аккумуляторы, чаще всего используемые в электромобилях.
Литиево-ионные или никель-металл-гидридные аккумуляторы – как выбрать лучшую батарею для электромобиля?
Из-за описанных выше параметров литий-ионная батарея используется чаще всего. Более того, технология, связанная с этими элементами, все еще развивается. Ведущие поставщики работают над тем, чтобы разрушить дальнейшие барьеры на пути к ассортименту транспортных средств, которые используют данный тип батареи в качестве источника энергии.
Никель-металл-гидридные батареи используются в гибридных транспортных средствах. Сектор EV редко использует свинцово-кислотные батареи, хотя они иногда дополняют литий-ионные батареи. На современном этапе развития эта технология еще не готова к использованию в более широком масштабе.
Суперконденсаторы находят свое место и в электромобилях, позволяя увеличить мощность автомобиля при высокой нагрузке. Благодаря этому во время разгона может поддерживаться стандартный аккумулятор. Суперконденсаторы также очень важны для рекуперативного торможения, что позволяет преобразовывать тепловую энергию в электричество.
Какой тип батареи используется в электромобилях?
Использование конкретного элемента зависит не только от его производительности, но и от типа транспортного средства. В случае полностью электрических транспортных средств и plug-in гибридов, которые могут быть заряжены от розетки, мы, как правило, имеем дело с литий-ионными батареями. Традиционные гибриды используют в основном никель-гидридные батареи. Больший вклад двигателя внутреннего сгорания в работу транспортного средства позволяет обеспечить более высокий уровень потерь энергии, когда он не используется. Следует также помнить, что в случае гибридных автомобилей элементы долгое время не работают при максимальной нагрузке.
Электромобили намного эффективнее, чем автомобили внутреннего сгорания. Стоимость электроэнергии в большинстве случаев значительно ниже, чем цена топлива, необходимого для проезда по аналогичному маршруту. Наиболее эффективные решения на рынке в настоящее время позволяют преодолевать расстояние около 500 км на одной зарядке.
Партнерство с компанией «KNAUF AUTOMOTIVE» – получение всесторонней поддержки опытного партнера.
Для того чтобы обеспечить оптимальные решения в области электрических батарей, вы не можете работать в одиночку. В течение многих лет компания Knauf Industries работает над внедрением инноваций в автомобильной промышленности. Благодаря командам инженеров, работающих в лаборатории ID Lab, нам удалось превратить полученные за эти годы знания в потенциал на будущее. Мы разрабатываем новые решения по изоляции автомобильных аккумуляторов, компонентов аккумуляторов, электрических кабелей, фитингов для холодильных труб и сепараторов аккумуляторных элементов.
Мы хотим предоставлять нашим партнерам аккумуляторные батареи с гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками и оптимизированным сроком службы. Чтобы предотвратить выход аккумулятора из строя при слишком низких или слишком высоких температурах, важно помнить об изоляции, которая при этом не будет существенно влиять на вес автомобиля. Наш взгляд на будущее сочетает в себе электромобильность с экологией – мы предлагаем такие материалы, как пенополипропилен и пенополистирол, которые на 100% пригодны для вторичной переработки. Мы приглашаем к сотрудничеству предприятия автомобильной отрасли, которые хотят всесторонне поддерживать свое производство.
Хотите получить более специализированные знания?
-
No related articles
Производство аккумуляторов для электромобилей в Китае превысит локальный спрос втрое к 2025 году
Китай к 2025 году может столкнуться с избыточным производством аккумуляторов для электромобилей, следует из анализа китайского государственного издания Economic Daily, на которое ссылается South China Morning Post. Согласно прогнозам, годовой объём выпуска батарей для электромобилей через три года в Поднебесной достигнет 3000 гигаватт-часов, что в шесть раз выше текущего показателя — 500 ГВт·ч.
Источник изображения: Xinhua
Согласно оценкам швейцарских аналитиков из UBS, по итогам 2022 года в Китае будет продано 6 млн электрифицированных автомобилей (чистых электромобилей и подключаемых гибридов), что вдвое больше, чем в 2021 году, когда было реализовано 2,99 млн электрифицированных авто. Эксперты отмечают, что электромобильная индустрия Поднебесной смогла решить все проблемы, которые ограничивали её рост. Однако стране придётся искать внешние рынки для сбыта производимых в Китае батарей, потому что внутренний объём предложения скоро превысит имеющийся спрос. Ожидается, что потребность в тяговых батареях в Китае к указанному 2025 году составит лишь 1000 ГВт·ч.
Согласно прогнозам Fitch Ratings, в течение ближайших лет ежегодный рост потребительского рынка электромобилей в Китае составит более 30 %. Данные крупнейшей в Китае автомобильной ассоциации China Association of Automobile Manufacturers (CAAM) говорят, что по состоянию на сентябрь этого года в стране работали 48 производителей батарей для электромобилей. В 2017 году их число составляло более 200. При этом 94,4 % рынка тяговых батарей принадлежит десяти самым большим производителям. Крупнейшим не только в Китае, но и во всём мире является Contemporary Amperex Technology Limited (CATL). Клиентами компании являются, например, Tesla и BMW. BYD контролирует около 13 процентов мирового рынка батарей для электромобилей. В десятку также входят CALB, Gotian, Sunwoda и Svolt.
Источник изображения: EPA-EFE
В сентябре CATL сообщила, что до конца текущего года приступит к строительству венгерской фабрики по производству батарей. Проект стоимостью $7,35 млрд планируется завершить к 2027 году. Ежегодно на этой фабрике будут выпускаться батареи совокупной ёмкостью 100 ГВт·ч. CALB, в свою очередь, собирается организовать производство в Португалии. Компания уже подписала все необходимые соглашения с португальским правительством в начале текущего месяца.
Китайские компании производят два типа аккумуляторов, которые широко используются в электромобилях: NCM-аккумуляторы, состоящие из лития, никеля, кобальта и марганца, а также LFP-аккумуляторы, в составе которых применяются литий и фосфат железа.
Источник:
Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?
Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей — электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S, узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой аккумуляторной батареи.
Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.
Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.
Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля — машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.
По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.
Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic. Вокруг этих батарей ходит немало слухов.
Один из них – это не влезай, убьёт!
Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.
Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.
Батарея Tesla. Разбираем!
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока — IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком. Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.
До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.
Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.
Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками — это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.
В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод — графит, а отрицательный электрод — никель, кобальт и оксид алюминия.
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.
При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.
На фото (сверху) элементы — аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).
Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.
Благодарим за внимание!
Заказать услугу
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.