Betri za magari ya mseto na umeme
yaliyomo
Katika nakala yetu iliyopita, tulijadili betri kama chanzo cha umeme, inayohitajika kimsingi kuanzisha gari, lakini pia kwa utendakazi wa muda mfupi wa vifaa vya umeme. Walakini, mahitaji tofauti kabisa yamewekwa kwa mali ya betri zinazotumika katika uwanja wa kusukuma vifaa vikubwa vya rununu, kwa upande wetu, magari ya mseto na magari ya umeme. Kiasi kikubwa zaidi cha nishati iliyohifadhiwa inahitajika kuwezesha gari na inahitaji kuhifadhiwa mahali pengine. Katika gari la kawaida na injini ya mwako wa ndani, imehifadhiwa kwenye tangi kwa njia ya petroli, dizeli au LPG. Katika kesi ya gari la umeme au gari chotara, huhifadhiwa kwenye betri, ambazo zinaweza kuelezewa kuwa shida kuu ya gari la umeme.
Mkusanyiko wa sasa unaweza kuhifadhi nguvu kidogo, wakati ni kubwa, nzito, na wakati huo huo, kwa ujazaji wao wa juu, inachukua masaa kadhaa (kawaida 8 au zaidi). Kwa upande mwingine, magari ya kawaida yaliyo na injini za mwako wa ndani yanaweza kuhifadhi nguvu nyingi ikilinganishwa na betri katika hali ndogo, ikiwa itachukua dakika moja tu, labda mbili, kuchaji tena. Kwa bahati mbaya, shida ya kuhifadhi umeme imesumbua magari ya umeme tangu kuanzishwa kwake, na licha ya maendeleo ambayo hayawezi kukanushwa, wiani wao wa nishati unaohitajika kuwezesha gari bado ni mdogo sana. Katika mistari inayofuata, kuokoa barua pepe Tutazungumzia nishati kwa undani zaidi na jaribu kuleta ukweli wa kweli wa magari yaliyo na gari safi ya umeme au mseto. Kuna hadithi nyingi karibu na hizi "gari za elektroniki", kwa hivyo hainaumiza kuangalia kwa karibu faida na hasara za anatoa kama hizo.
Kwa bahati mbaya, takwimu zilizotolewa na wazalishaji pia zina shaka sana na ni za kinadharia. Kwa mfano, Kia Venga ina motor ya umeme yenye nguvu ya 80 kW na torque ya 280 Nm. Nguvu hutolewa na betri za lithiamu-ion zenye uwezo wa 24 kWh, makadirio ya kiwango cha Kia Vengy EV kulingana na mtengenezaji ni kilomita 180. Uwezo wa betri unatuambia kwamba, zimejaa kikamilifu, zinaweza kutoa matumizi ya injini ya 24 kW, au kulisha matumizi ya kW 48 kwa nusu saa, nk. Uhesabuji rahisi, na hatutaweza kuendesha kilomita 180. . Ikiwa tunataka kufikiria juu ya safu kama hiyo, basi tungelazimika kuendesha wastani wa kilomita 60 / h kwa karibu masaa 3, na nguvu ya injini itakuwa sehemu ya kumi tu ya thamani ya kawaida, i.e. 8 kW. Kwa maneno mengine, kwa safari ya uangalifu (kwa uangalifu), ambapo karibu utatumia kuvunja kazini, safari kama hiyo inawezekana kinadharia. Bila shaka, hatuzingatii kuingizwa kwa vifaa mbalimbali vya umeme. Kila mtu anaweza tayari kufikiria nini kujinyima ikilinganishwa na gari la classic. Wakati huo huo, unamwaga lita 40 za mafuta ya dizeli kwenye Venga ya kawaida na kuendesha mamia na mamia ya kilomita bila vikwazo. Kwa nini iko hivyo? Hebu jaribu kulinganisha ni kiasi gani cha nishati hii na uzito gani gari la classic linaweza kushikilia kwenye tank, na ni kiasi gani gari la umeme linaweza kushikilia betri - soma zaidi hapa HAPA.
Ukweli machache kutoka kemia na fizikia
- thamani ya kalori ya petroli: 42,7 MJ / kg,
- thamani ya kalori ya mafuta ya dizeli: 41,9 MJ / kg,
- wiani wa petroli: 725 kg / m3,
- wiani wa mafuta: 840 kg / m3,
- Joule (J) = [kg * m2 / s2],
- Watt (W) = [J / s],
- 1 MJ = 0,2778 kWh.
Nishati ni uwezo wa kufanya kazi, unaopimwa kwa joules (J), saa za kilowati (kWh). Kazi (mitambo) inaonyeshwa na mabadiliko ya nishati wakati wa harakati za mwili, ina vitengo sawa na nishati. Nguvu huonyesha kiasi cha kazi iliyofanywa kwa kila kitengo cha wakati, kitengo cha msingi ni wati (W).
| Rasilimali ya nishati | Thamani ya kaloriki / wiani wa kilo | Thamani ya kaloriki / l Nishati / l | Nishati / kg |
|---|---|---|---|
| Petroli | 42,7 MJ / kg 725 kg / m3 | 30,96 MJ / l 8,60 kWh / l | 11,86 kWh / kg |
| Mafuta | 41,9 MJ / kg 840 kg / m3 | 35,20 MJ / l 9,78 kWh / l | 11,64 kWh / kg |
| Betri ya li-ion (Audi R8 e-tron) | 42 kWh kilo 470 | 0,0893 kWh / kg |
Kutoka hapo juu ni wazi kwamba, kwa mfano, na thamani ya kalori ya 42,7 MJ / kg na wiani wa 725 kg / m3, petroli hutoa nishati ya 8,60 kWh kwa lita moja au 11,86 kWh kwa kilo. Ikiwa tunaunda betri za sasa ambazo sasa zimewekwa kwenye magari ya umeme, kwa mfano, lithiamu-ioni, uwezo wao ni chini ya 0,1 kWh kwa kilo (kwa unyenyekevu, tutazingatia 0,1 kWh). Mafuta ya kawaida hutoa nguvu zaidi ya mara mia kwa uzito huo. Utaelewa kuwa hii ni tofauti kubwa. Ikiwa tutavunja vipande vidogo, kwa mfano, Chevrolet Cruze iliyo na betri ya 31 kWh hubeba nishati ambayo inaweza kutoshea chini ya kilo 2,6 ya petroli au, ikiwa unataka, karibu lita 3,5 za petroli.
Unaweza kujua jinsi inawezekana kwamba gari la umeme litaanza kabisa, na sio kwamba bado itakuwa na zaidi ya kilomita 100 ya nishati. Sababu ni rahisi. Magari ya umeme ni bora zaidi kwa suala la kubadilisha nishati iliyohifadhiwa kuwa nishati ya kiufundi. Kwa kawaida, inapaswa kuwa na ufanisi wa 90%, wakati ufanisi wa injini ya mwako wa ndani ni karibu 30% kwa injini ya petroli na 35% kwa injini ya dizeli. Kwa hivyo, kutoa nguvu sawa kwa motor umeme, inatosha na akiba ya chini sana ya nishati.
Urahisi wa matumizi ya anatoa za kibinafsi
Baada ya kutathmini hesabu iliyorahisishwa, inadhaniwa kuwa tunaweza kupata takriban 2,58 kWh ya nishati ya mitambo kutoka kwa lita moja ya petroli, 3,42 kWh kutoka kwa lita moja ya mafuta ya dizeli, na 0,09 kWh kutoka kwa kilo ya betri ya lithiamu-ioni. Kwa hivyo tofauti sio zaidi ya mara mia, lakini karibu mara thelathini. Hii ndio nambari bora zaidi, lakini bado sio ya rose. Kwa mfano, fikiria Audi R8 ya michezo. Betri zake zenye chaji kamili, zenye uzito wa kilo 470, zina nishati sawa na lita 16,3 za petroli au lita 12,3 tu za mafuta ya dizeli. Au, ikiwa tungekuwa na Audi A4 3,0 TDI yenye uwezo wa tanki la lita 62 za mafuta ya dizeli na tungetaka kuwa na safu sawa kwenye kiendeshi cha betri safi, tungehitaji takriban kilo 2350 za betri. Hadi sasa, ukweli huu hautoi gari la umeme wakati ujao mkali sana. Walakini, hakuna haja ya kurusha bunduki kwenye rye, kwani shinikizo la kuunda "magari ya kielektroniki" kama hayo litaondolewa na ukumbi wa kijani kibichi, kwa hivyo watengenezaji wa magari wanapenda au la, lazima watoe kitu "kijani" . “. Uingizwaji wa uhakika wa gari la umeme tu ni kinachojulikana mahuluti, ambayo huchanganya injini ya mwako wa ndani na motor ya umeme. Hivi sasa wanaojulikana zaidi ni, kwa mfano, Toyota Prius (Auris HSD yenye teknolojia sawa ya mseto) au Honda Inside. Walakini, safu yao ya umeme bado inachekesha. Katika kesi ya kwanza, kama kilomita 2 (katika toleo la hivi karibuni la Plug In imeongezeka "hadi" kilomita 20), na katika pili, Honda haigonga hata kwenye gari la umeme. Kufikia sasa, matokeo ya ufanisi katika mazoezi sio ya ajabu kama utangazaji wa watu wengi unavyopendekeza. Ukweli umeonyesha kuwa wanaweza kuzipaka rangi kwa harakati zozote za bluu (uchumi) haswa kwa teknolojia ya kawaida. Faida ya kiwanda cha nguvu cha mseto iko katika uchumi wa mafuta wakati wa kuendesha gari katika jiji. Audi hivi karibuni alisema kuwa kwa sasa ni muhimu tu kupunguza uzito wa mwili ili kufikia, kwa wastani, uchumi sawa wa mafuta ambayo baadhi ya bidhaa hufikia kwa kufunga mfumo wa mseto kwenye gari. Aina mpya za magari kadhaa pia zinathibitisha kuwa hii sio kupiga kelele gizani. Kwa mfano, Volkswagen Golf ya kizazi cha saba iliyoletwa hivi majuzi hutumia vifaa vyepesi kujifunza kutoka kwayo na kwa vitendo hutumia mafuta kidogo kuliko hapo awali. Watengenezaji magari wa Kijapani Mazda wamechukua mwelekeo sawa. Licha ya madai haya, maendeleo ya gari la mseto la "masafa marefu" yanaendelea. Kama mfano, nitataja Opel Ampera na, kwa kushangaza, mfano kutoka kwa Audi A1 e-tron.
| Rasilimali ya nishati | Ufanisi wa injini | Nishati inayofaa / l | Nishati inayofaa / kg |
|---|---|---|---|
| Petroli | 0,30 | 2,58 kWh / l | 3,56 kWh / kg |
| Mafuta | 0,35 | 3,42 kWh / l | 4,07 kWh / kg |
| Betri za lithiamu-ion | 0,90 | - | SAWA. 0,1 kWh / kg |
Vauxhall Ampera
Ingawa Opel Ampera mara nyingi huwasilishwa kama gari la umeme, kwa kweli ni gari la mseto. Mbali na gari la umeme, Ampere pia hutumia injini ya mwako wa ndani ya lita 1,4. Walakini, injini hii ya petroli haendeshi magurudumu moja kwa moja, lakini hufanya kama jenereta ikiwa betri zinaishiwa na umeme. nishati. Sehemu ya umeme inawakilishwa na motor ya umeme na pato la 63 kW (111 hp) na torque ya 150 Nm. Usambazaji wa umeme unaendeshwa na seli za lithiamu zenye umbo la T 370. Zina nguvu ya jumla ya kWh 220 na uzito wa kilo 16. Gari hili la umeme linaweza kusafiri kilomita 180-40 kwa gari la umeme tu. Umbali huu mara nyingi hutosha kwa kuendesha gari kwa siku zote na hupunguza sana gharama za uendeshaji kwani trafiki ya jiji inahitaji matumizi makubwa ya mafuta katika hali ya injini za mwako. Betri zinaweza pia kuchajiwa kutoka kwa duka la kawaida, na ikijumuishwa na injini ya mwako wa ndani, safu ya Ampera inaendelea hadi kilomita mia tano inayoheshimika sana.
Audi e elektroni A1
Audi, ambayo inapendelea gari la kawaida na teknolojia ya hali ya juu zaidi kuliko gari la mseto linalohitaji sana kiufundi, ilianzisha gari la mseto la kuvutia la A1 e-tron zaidi ya miaka miwili iliyopita. Betri za Lithium-ion zenye uwezo wa kWh 12 na uzani wa kilo 150 huchajiwa na injini ya Wankel kama sehemu ya jenereta inayotumia nishati hiyo katika mfumo wa petroli iliyohifadhiwa kwenye tanki la lita 254. Injini ina kiasi cha mita 15 za ujazo. cm na inazalisha 45 kW / h el. nishati. Motor umeme ina nguvu ya 75 kW na inaweza kuzalisha hadi 0 kW ya nguvu kwa muda mfupi. Kuongeza kasi kutoka 100 hadi 10 ni kama sekunde 130 na kasi ya juu ya kilomita 50 / h. Gari inaweza kusafiri karibu kilomita 12 kuzunguka jiji kwa gari la umeme tu. Baada ya kupungua kwa e. nishati inawashwa kwa busara na injini ya mwako ya ndani ya mzunguko na huchaji tena umeme. nishati kwa betri. Jumla ya aina zilizo na betri zenye chaji kamili na lita 250 za petroli ni kama kilomita 1,9 na wastani wa matumizi ya lita 100 kwa kilomita 1450. Uzito wa uendeshaji wa gari ni kilo 12. Wacha tuangalie ubadilishaji rahisi ili kuona kwa kulinganisha moja kwa moja ni nishati ngapi iliyofichwa kwenye tanki ya lita 30. Kwa kuchukulia ufanisi wa injini ya kisasa ya Wankel ya 70%, kisha kilo 9 yake, pamoja na kilo 12 (31 L) ya petroli, ni sawa na 79 kWh ya nishati iliyohifadhiwa kwenye betri. Hivyo kilo 387,5 ya injini na tank = 1 kg ya betri (iliyohesabiwa katika Audi A9 e-Tron uzito). Ikiwa tulitaka kuongeza tanki la mafuta kwa lita 62, tungekuwa tayari na XNUMX kWh ya nishati inayopatikana ili kuendesha gari. Kwa hiyo tungeweza kuendelea. Lakini lazima awe na samaki mmoja. Haitakuwa tena gari la "kijani". Kwa hiyo hata hapa inaonekana wazi kwamba gari la umeme ni mdogo kwa kiasi kikubwa na wiani wa nguvu ya nishati iliyohifadhiwa katika betri.
Hasa, bei ya juu, pamoja na uzito mkubwa, imesababisha ukweli kwamba gari la mseto katika Audi limepungua kwa hatua kwa hatua nyuma. Walakini, hii haimaanishi kuwa maendeleo ya magari ya mseto na magari ya umeme huko Audi yamepungua kabisa. Habari kuhusu toleo jipya la mfano wa e-tron ya A1 imeonekana hivi karibuni. Ikilinganishwa na uliopita, injini ya mzunguko / jenereta imebadilishwa na 1,5 kW 94-lita tatu-silinda turbocharged injini. Matumizi ya kitengo cha mwako wa ndani yalilazimishwa na Audi hasa kutokana na matatizo yanayohusiana na maambukizi haya, na injini mpya ya silinda tatu imeundwa sio tu malipo ya betri, lakini pia kazi moja kwa moja na magurudumu ya gari. Betri za Sanyo zina pato linalofanana la 12kWh, na masafa ya kiendeshi cha umeme pekee yameongezwa kidogo hadi takriban 80km. Audi inasema e-tron iliyoboreshwa ya A1 inapaswa kuwa na wastani wa lita moja kwa kilomita mia moja. Kwa bahati mbaya, gharama hii ina snag moja. Kwa magari ya mseto na anuwai ya umeme safi. gari hutumia mbinu ya kuvutia ya kuhesabu kiwango cha mwisho cha mtiririko. Kinachojulikana matumizi ni kupuuzwa. kujaza mafuta kutoka mtandao wa malipo ya betri, pamoja na matumizi ya mwisho l / 100 km, inazingatia tu matumizi ya petroli kwa kilomita 20 za mwisho za kuendesha gari, wakati kuna umeme. malipo ya betri. Kwa hesabu rahisi sana, tunaweza kuhesabu hii ikiwa betri zilitolewa kwa njia inayofaa. tuliendesha gari baada ya umeme kukatika. nishati kutoka kwa betri za petroli tu, kwa sababu hiyo, matumizi yataongezeka mara tano, yaani, lita 5 za petroli kwa kilomita 100.
Audi A1 e-tron II. kizazi
Shida za kuhifadhi umeme
Suala la uhifadhi wa nishati ni la zamani kama uhandisi wa umeme yenyewe. Vyanzo vya kwanza vya umeme vilikuwa seli za galvanic. Baada ya muda mfupi, uwezekano wa mchakato wa kubadilishwa wa mkusanyiko wa umeme katika seli za sekondari za galvanic - betri ziligunduliwa. Betri za kwanza zilizotumiwa zilikuwa betri za risasi, baada ya muda mfupi nickel-chuma na baadaye kidogo nickel-cadmium, na matumizi yao ya vitendo yalidumu zaidi ya miaka mia moja. Inapaswa pia kuongezwa kuwa, licha ya utafiti wa kina duniani kote katika eneo hili, muundo wao wa kimsingi haujabadilika sana. Kutumia teknolojia mpya za utengenezaji, kuboresha mali ya vifaa vya msingi na kutumia vifaa vipya kwa watenganishaji wa seli na vyombo, iliwezekana kupunguza kidogo mvuto maalum, kupunguza kutokwa kwa seli, na kuongeza faraja na usalama wa mwendeshaji. lakini hiyo ni kuhusu hilo. Upungufu muhimu zaidi, yaani. Uwiano usiofaa sana wa kiasi cha nishati iliyohifadhiwa kwa uzito na kiasi cha betri kilibakia. Kwa hiyo, betri hizi zilitumiwa hasa katika matumizi ya tuli (vifaa vya chelezo vya nguvu ikiwa usambazaji wa umeme kuu utashindwa, nk). Betri zilitumiwa kama chanzo cha nishati kwa mifumo ya kuvuta, haswa kwenye reli (mikokoteni ya usafirishaji), ambapo uzani mzito na vipimo muhimu pia havikuingiliana sana.
Maendeleo ya uhifadhi wa nishati
Walakini, hitaji la kukuza seli zilizo na uwezo mdogo na vipimo katika masaa ya ampere limeongezeka. Kwa hivyo, seli za msingi za alkali na matoleo yaliyofungwa ya nikeli-kadimamu (NiCd) na kisha betri za nikeli-chuma (NiMH) ziliundwa. Kwa kuziba kwa seli, maumbo na saizi sawa zilichaguliwa kama kwa seli za kawaida za kloridi za zinki za kawaida. Hasa, vigezo vilivyopatikana vya betri za haidridi-chuma hufanya iwezekane kuzitumia, haswa, kwa simu za rununu, kompyuta ndogo, vifaa vya mikono, n.k Teknolojia ya utengenezaji wa seli hizi hutofautiana na teknolojia zinazotumiwa kwa seli zilizo na uwezo mkubwa katika masaa ya ampere. Mpangilio wa mwangaza wa mfumo mkubwa wa elektroni ya seli hubadilishwa na teknolojia ya kubadilisha mfumo wa elektroni, pamoja na watenganishaji, kuwa coil ya cylindrical, ambayo huingizwa na kuwasiliana na seli zenye umbo la kawaida kwa ukubwa wa AAA, AA, C na D, resp. wingi wa saizi yao. Kwa matumizi kadhaa maalum, seli maalum za gorofa zinazalishwa.
Faida ya seli za hermetic zilizo na elektroni za ond ni mara kadhaa uwezo mkubwa wa kuchaji na kutokwa na mikondo ya juu na uwiano wa msongamano wa nishati ya jamaa kwa uzito wa seli na kiasi ikilinganishwa na muundo wa seli kubwa ya classical. Hasara ni kujiondoa zaidi na mizunguko machache ya kazi. Uwezo wa juu wa seli moja ya NiMH ni takriban 10 Ah. Lakini, kama ilivyo kwa mitungi mingine mikubwa ya kipenyo, hairuhusu kuchaji mikondo ya juu sana kwa sababu ya utaftaji wa joto wenye shida, ambayo hupunguza sana utumiaji wa magari ya umeme, na kwa hivyo chanzo hiki kinatumika tu kama betri msaidizi katika mfumo wa mseto (Toyota Prius). 1,3 .XNUMX kWh).
Maendeleo makubwa katika uwanja wa uhifadhi wa nishati imekuwa maendeleo ya betri za lithiamu salama. Lithiamu ni kipengele kilicho na thamani ya juu ya uwezo wa kielektroniki, lakini pia ni tendaji sana katika maana ya oksidi, ambayo pia husababisha matatizo wakati wa kutumia chuma cha lithiamu katika mazoezi. Wakati lithiamu inapogusana na oksijeni ya anga, mwako hutokea, ambayo, kulingana na mali ya mazingira, inaweza kuwa na tabia ya mlipuko. Mali hii isiyofurahi inaweza kuondolewa ama kwa kulinda uso kwa uangalifu, au kwa kutumia misombo ya lithiamu isiyo na kazi. Hivi sasa, betri za lithiamu-ioni na lithiamu-polymer zilizo na uwezo wa 2 hadi 4 Ah katika masaa ya ampere. Matumizi yao ni sawa na yale ya NiMh, na kwa wastani wa kutokwa kwa voltage ya 3,2 V, 6 hadi 13 Wh ya nishati inapatikana. Ikilinganishwa na betri za hidridi ya nikeli-metali, betri za lithiamu zinaweza kuhifadhi nishati mara mbili hadi nne kwa ujazo sawa. Betri za lithiamu-ion (polima) zina elektroliti katika jeli au umbo gumu na zinaweza kutengenezwa katika seli bapa na nyembamba kama sehemu ya kumi ya milimita kwa karibu umbo lolote ili kukidhi mahitaji ya programu husika.
Kiendeshi cha umeme kwenye gari la abiria kinaweza kufanywa kuwa kuu na moja pekee (gari la umeme) au kwa pamoja, ambapo kiendeshi cha umeme kinaweza kuwa chanzo kikuu na kisaidizi cha mvutano (gari la mseto). Kulingana na lahaja inayotumika, mahitaji ya nishati kwa uendeshaji wa gari na kwa hivyo uwezo wa betri hutofautiana. Katika magari ya umeme, uwezo wa betri ni kati ya 25 na 50 kWh, na kwa gari la mseto, ni kawaida chini na ni kati ya 1 hadi 10 kWh. Kutoka kwa maadili yaliyopewa inaweza kuonekana kuwa kwa voltage ya seli moja (lithium) ya 3,6 V, ni muhimu kuunganisha seli katika mfululizo. Ili kupunguza hasara katika conductors za usambazaji, inverters na windings motor, inashauriwa kuchagua voltage ya juu kuliko kawaida katika mtandao wa bodi (12 V) kwa anatoa - maadili ya kawaida kutumika ni kutoka 250 hadi 500 V. leo, seli za Lithium ni wazi aina zinazofaa zaidi. Kukubaliana, bado ni ghali sana, hasa ikilinganishwa na betri za asidi ya risasi. Walakini, wao ni ngumu zaidi.
Voltage ya majina ya seli za betri za lithiamu ya kawaida ni 3,6 V. Thamani hii ni tofauti na seli za kawaida za nickel-metal hidridi, kwa mtiririko huo. NiCd, ambayo ina voltage ya nominella ya 1,2 V (au risasi - 2 V), ambayo, ikiwa inatumiwa katika mazoezi, hairuhusu kubadilishana kwa aina zote mbili. Kuchaji kwa betri hizi za lithiamu kunaonyeshwa na hitaji la kudumisha kwa usahihi thamani ya voltage ya juu ya malipo, ambayo inahitaji aina maalum ya chaja na, haswa, hairuhusu matumizi ya mifumo ya malipo iliyoundwa kwa aina zingine za seli.
Tabia kuu za betri za lithiamu
Tabia kuu za betri za magari ya umeme na mahuluti zinaweza kuzingatiwa kama sifa zao za kuchaji na kutoa.
Kuchaji tabia
Mchakato wa kuchaji unahitaji udhibiti wa sasa wa kuchaji, udhibiti wa voltage ya seli na udhibiti wa joto la sasa hauwezi kupuuzwa. Kwa seli za lithiamu zinazotumika leo ambazo zinatumia LiCoO2 kama elektrode ya cathode, kikomo cha juu cha kuchaji ni 4,20 hadi 4,22 V kwa kila seli. Kuzidi thamani hii husababisha uharibifu wa mali ya seli na, kinyume chake, kutofikia thamani hii kunamaanisha kutotumia uwezo wa seli ya jina. Kwa kuchaji, tabia ya kawaida ya IU hutumiwa, ambayo ni, katika awamu ya kwanza inashtakiwa kwa sasa kila wakati hadi voltage ya 4,20 V / seli ifikiwe. Sasa ya kuchaji imepunguzwa kwa kiwango cha juu kinachoruhusiwa kilichoainishwa na mtengenezaji wa seli, mtawaliwa. Chaja chaja. Wakati wa kuchaji katika hatua ya kwanza hutofautiana kutoka kwa makumi ya dakika hadi masaa kadhaa, kulingana na ukubwa wa sasa wa kuchaji. Voltage ya seli huongezeka hadi max. maadili ya 4,2 V. Kama ilivyoelezwa tayari, voltage hii haipaswi kuzidi kwa sababu ya hatari ya uharibifu wa seli. Katika awamu ya kwanza ya kuchaji, 70 hadi 80% ya nishati huhifadhiwa kwenye seli, katika awamu ya pili iliyobaki. Katika awamu ya pili, voltage ya kuchaji huhifadhiwa kwa kiwango cha juu kinachoruhusiwa, na sasa ya kuchaji hupungua polepole. Malipo yamekamilika wakati mkondo umeshuka hadi karibu asilimia 2-3 ya kiwango cha sasa cha kutokwa kwa seli. Kwa kuwa thamani ya juu ya mikondo ya kuchaji katika kesi ya seli ndogo pia ni kubwa mara kadhaa kuliko ile ya kutokwa, sehemu kubwa ya umeme inaweza kuokolewa katika awamu ya kwanza ya kuchaji. nishati kwa muda mfupi sana (takriban ½ na saa 1). Kwa hivyo, katika hali ya dharura, inawezekana kuchaji betri za gari la umeme kwa uwezo wa kutosha kwa muda mfupi. Hata katika hali ya seli za lithiamu, umeme uliokusanywa hupungua baada ya kipindi fulani cha uhifadhi. Walakini, hii hufanyika tu baada ya miezi 3 ya wakati wa kupumzika.
Tabia za kutokwa
Voltage kwanza hupungua haraka hadi 3,6-3,0 V (kulingana na ukubwa wa sasa wa kutokwa) na inabaki karibu kila wakati wakati wote wa kutokwa. Baada ya uchovu wa usambazaji wa barua pepe. nishati pia hupunguza voltage ya seli haraka sana. Kwa hivyo, usafirishaji lazima ukamilike kabla ya voltage maalum ya kutokwa ya mtengenezaji, ambayo ni 2,7 hadi 3,0 V.
Vinginevyo, muundo wa bidhaa unaweza kuharibiwa. Mchakato wa kupakua ni rahisi kudhibiti. Ni mdogo tu kwa thamani ya sasa na huacha wakati thamani ya voltage ya mwisho ya kutokwa imefikiwa. Shida pekee ni kwamba mali ya seli za kibinafsi katika mpangilio wa mfuatano hazifanani kamwe. Kwa hivyo, utunzaji lazima uchukuliwe ili kuhakikisha kuwa voltage ya seli yoyote haianguki chini ya voltage ya mwisho ya kutokwa, kwani hii inaweza kuiharibu na hivyo kusababisha betri yote kuharibika. Vile vile vinapaswa kuzingatiwa wakati wa kuchaji betri.
Aina iliyotajwa hapo awali ya seli za lithiamu zilizo na vifaa tofauti vya cathode, ambayo oksidi ya cobalt, nikeli au manganese inabadilishwa na fosfidi Li3V2 (PO4) 3, huondoa hatari zilizotajwa za uharibifu wa seli kwa sababu ya kutofuata. uwezo wa juu. Pia kutangazwa ni maisha yao ya huduma yaliyotangazwa ya mizunguko 2 ya malipo (kwa kutokwa 000%) na haswa ukweli kwamba wakati seli imeachiliwa kabisa, haitaharibika. Faida pia ni voltage ya juu ya majina ya karibu 80 wakati unachaji hadi 4,2 V.
Kutoka kwa maelezo hapo juu, inaweza kuonyeshwa wazi kuwa betri za lithiamu kwa sasa ndio njia mbadala kama vile kuhifadhi nishati ya kuendesha gari ikilinganishwa na nishati iliyohifadhiwa katika mafuta ya mafuta kwenye tanki la mafuta. Ongezeko lolote la uwezo maalum wa betri litaongeza ushindani wa gari hili linalofaa. Tunaweza tu kutumaini kuwa maendeleo hayatapungua, lakini, badala yake, songa mbele maili kadhaa.
Mifano ya magari yanayotumia betri chotara na umeme
Toyota Prius ni mseto wa kawaida na akiba ya chini ya umeme kwenye umeme safi. kuendesha
Toyota Prius hutumia betri ya NiMH ya 1,3 kWh, ambayo hutumiwa kimsingi kama chanzo cha nguvu kwa kuongeza kasi na inaruhusu gari tofauti la umeme kutumika kwa umbali wa kilomita 2 kwa kiwango cha juu. kasi ya kilomita 50 / h. Toleo la Plug-In tayari hutumia betri za lithiamu-ion zenye uwezo wa 5,4 kWh, ambayo hukuruhusu kuendesha gari peke kwa gari la umeme kwa umbali wa kilomita 14-20 kwa kasi kubwa. kasi 100 km / h.
Opel Ampere-mseto na akiba ya nguvu iliyoongezeka kwenye barua pepe safi. kuendesha
Gari la umeme lenye upana (40-80 km), kama Opel inaita viti vinne Amper-mlango tano, inaendeshwa na motor ya umeme inayozalisha 111 kW (150 hp) na torque ya 370 Nm. Ugavi wa umeme unaendeshwa na seli za lithiamu zenye umbo la T 220. Wana jumla ya nguvu ya kWh 16 na uzito wa kilo 180. Jenereta ni injini ya petroli ya lita 1,4 na pato la 63 kW.
Mitsubishi na MiEV, Citroen C-Zero, Peugeot iOn-clean el. magari
Batri za lithiamu-ion zenye uwezo wa 16 kWh huruhusu gari kusafiri hadi kilomita 150 bila kuchaji tena, kama ilivyopimwa kulingana na kiwango cha NEDC (Mzunguko Mpya wa Kuendesha gari Ulaya). Betri zenye voltage ya juu (330 V) ziko ndani ya sakafu na pia zinalindwa na sura ya utoto kutokana na uharibifu ikitokea athari. Ni bidhaa ya Lithium Energy Japan, ubia kati ya Mitsubishi na GS Yuasa Corporation. Kuna nakala 88 kwa jumla. Umeme kwa gari hutolewa na betri ya lithiamu-ion ya 330 V, iliyo na seli 88 50 Ah zenye jumla ya uwezo wa 16 kWh. Betri itatozwa kutoka kwa duka la nyumbani ndani ya masaa sita, kwa kutumia chaja ya nje ya haraka (125 A, 400 V), betri itatozwa hadi 80% kwa nusu saa.
Mimi mwenyewe ni shabiki mkubwa wa magari ya umeme na kufuatilia kila mara kile kinachotokea katika eneo hili, lakini ukweli kwa sasa sio matumaini sana. Hii pia inathibitishwa na habari hapo juu, ambayo inaonyesha kuwa maisha ya magari safi ya umeme na ya mseto sio rahisi, na mara nyingi mchezo wa nambari hujifanya kuwa. Uzalishaji wao bado unadai sana na ni wa gharama kubwa, na ufanisi wao unajadiliwa mara kwa mara. Hasara kuu ya magari ya umeme (mahuluti) ni uwezo mdogo sana wa nishati maalum iliyohifadhiwa katika betri ikilinganishwa na nishati iliyohifadhiwa katika mafuta ya kawaida (dizeli, petroli, gesi ya petroli iliyoyeyushwa, gesi asilia iliyobanwa). Ili kuleta nguvu za magari ya umeme karibu na magari ya kawaida, betri zingelazimika kupunguza uzito wao kwa angalau sehemu ya kumi. Hii ina maana kwamba Audi R8 e-tron iliyotajwa ilipaswa kuhifadhi 42 kWh si kwa kilo 470, lakini kwa kilo 47. Kwa kuongeza, muda wa malipo ungepaswa kupunguzwa kwa kiasi kikubwa. Karibu saa moja kwa uwezo wa 70-80% bado ni mengi, na sizungumzi kuhusu masaa 6-8 kwa wastani kwa malipo kamili. Hakuna haja ya kuamini ujinga kuhusu uzalishaji wa sifuri wa magari ya umeme ya CO2 pia. Hebu tuone mara moja ukweli kwamba Nishati katika soketi zetu pia hutolewa na mitambo ya nguvu ya joto, na sio tu hutoa CO2 ya kutosha. Bila kutaja uzalishaji mgumu zaidi wa gari kama hilo, ambapo hitaji la CO2 kwa ajili ya uzalishaji ni kubwa zaidi kuliko katika classic moja. Hatupaswi kusahau kuhusu idadi ya vipengele vyenye nyenzo nzito na sumu na utupaji wao wa shida unaofuata.
Kwa minuses zote zilizotajwa na zisizotajwa, gari la umeme (mseto) pia lina faida zisizoweza kuepukika. Katika trafiki ya mijini au kwa umbali mfupi, operesheni yao ya kiuchumi zaidi haiwezi kuepukika, kwa sababu tu ya kanuni ya uhifadhi wa nishati (kurejesha) wakati wa kuvunja, wakati katika magari ya kawaida huondolewa wakati wa kuvunja kwa namna ya joto la taka ndani ya hewa, sio kutaja uwezekano wa kilomita chache kuendesha gari kuzunguka jiji kwa recharging nafuu kutoka kwa barua pepe ya umma. wavu. Ikiwa tunalinganisha gari safi la umeme na gari la kawaida, basi katika gari la kawaida kuna injini ya mwako wa ndani, ambayo yenyewe ni kipengele cha mitambo ngumu. Nguvu zake lazima zihamishwe kwa magurudumu kwa namna fulani, na hii inafanywa zaidi kwa njia ya mwongozo au maambukizi ya moja kwa moja. Bado kuna tofauti moja au zaidi katika njia, wakati mwingine pia driveshaft na mfululizo wa shafts axle. Kwa kweli, gari pia linahitaji kupunguza kasi, injini inahitaji kupoa, na nishati hii ya joto inapotea bila maana kwa mazingira kama joto la mabaki. Gari la umeme ni la ufanisi zaidi na rahisi - (haitumiki kwa gari la mseto, ambalo ni ngumu sana). Gari la umeme halina sanduku za gia, sanduku za gia, kadi na shafts nusu, kusahau kuhusu injini mbele, nyuma au katikati. Haina radiator, yaani baridi na starter. Faida ya gari la umeme ni kwamba inaweza kufunga motors moja kwa moja kwenye magurudumu. Na ghafla una ATV kamili ambayo inaweza kudhibiti kila gurudumu bila ya wengine. Kwa hiyo, kwa gari la umeme, haitakuwa vigumu kudhibiti gurudumu moja tu, na pia inawezekana kuchagua na kudhibiti usambazaji bora wa nguvu kwa kona. Kila moja ya motors inaweza pia kuwa breki, tena huru kabisa ya magurudumu mengine, ambayo hubadilisha angalau baadhi ya nishati ya kinetic kurudi nishati ya umeme. Kama matokeo, breki za kawaida zitakuwa chini ya dhiki kidogo. Injini zinaweza kutoa nguvu ya juu inayopatikana karibu wakati wowote na bila kuchelewa. Ufanisi wao katika kubadilisha nishati iliyohifadhiwa kwenye betri kuwa nishati ya kinetic ni karibu 90%, ambayo ni karibu mara tatu ya motors za kawaida. Kwa hivyo, hazitoi joto nyingi la mabaki na hazihitaji kuwa ngumu kupoa. Unachohitaji kwa hii ni vifaa vyema, kitengo cha kudhibiti na programu nzuri.
Suma sumárum. Ikiwa magari ya umeme au Mahuluti yapo karibu zaidi na magari ya kawaida na injini zinazofaa za mafuta, bado wana njia ngumu na ngumu mbele yao. Natumahi hii haithibitishwi na idadi kadhaa ya kupotosha au. shinikizo kubwa kutoka kwa viongozi. Lakini tusikate tamaa. Uendelezaji wa teknolojia ya teknolojia ya kweli unasonga kwa kiwango kikubwa na mipaka, na, labda, miujiza iko tayari kwetu siku za usoni.
Mwishowe, nitaongeza jambo moja la kupendeza zaidi. Tayari kuna kituo cha kuongeza mafuta jua.
Kampuni ya Toyota Industries Corp (TIC) imeunda kituo cha kuchaji jua kwa magari ya umeme na mseto. Kituo hicho pia kimeunganishwa na gridi ya umeme, kwa hivyo paneli za jua za 1,9 kW zina uwezekano mkubwa wa kuwa chanzo cha nishati. Kutumia chanzo cha umeme chenyewe (jua), kituo cha kuchaji kinaweza kutoa nguvu ya juu ya 110 VAC / 1,5 kW, ikiunganishwa na mtandao, inatoa kiwango cha juu cha 220 VAC / 3,2 kW.
Umeme usiotumika kutoka kwa paneli za jua huhifadhiwa kwenye betri, ambazo zinaweza kuhifadhi 8,4 kWh kwa matumizi ya baadaye. Inawezekana pia kusambaza umeme kwenye mtandao wa usambazaji au vifaa vya kituo cha usambazaji. Stendi za kuchaji zinazotumiwa katika kituo hicho zina teknolojia ya mawasiliano iliyojengwa inayoweza kutambua magari, mtawaliwa. wamiliki wao wakitumia kadi mahiri.
Masharti muhimu kwa betri
- Nguvu - inaonyesha kiasi cha malipo ya umeme (kiasi cha nishati) kilichohifadhiwa kwenye betri. Imebainishwa katika saa za ampere (Ah) au, katika kesi ya vifaa vidogo, katika masaa ya milliam (mAh). Betri ya Ah 1 (= mAh 1000) kinadharia inaweza kutoa amp 1 kwa saa moja.
- Upinzani wa ndani - inaonyesha uwezo wa betri kutoa zaidi au chini ya kutokwa kwa sasa. Kwa kielelezo, makopo mawili yanaweza kutumika, moja ikiwa na sehemu ndogo (upinzani wa juu wa ndani) na nyingine na kubwa zaidi (upinzani mdogo wa ndani). Ikiwa tutaamua kuwaondoa, canister iliyo na shimo ndogo ya kukimbia itafuta polepole zaidi.
- Kiwango cha betri kilichopimwa - kwa betri za nickel-cadmium na nickel-metal hydride, ni 1,2 V, risasi 2 V na lithiamu kutoka 3,6 hadi 4,2 V. Wakati wa operesheni, voltage hii inatofautiana ndani ya 0,8 - 1,5 V kwa nickel -cadmium na nickel-metal hydride betri, 1,7 - 2,3 V kwa risasi na 3-4,2 na 3,5-4,9 kwa lithiamu.
- Kuchaji sasa, kutolewa kwa sasa - Imeonyeshwa kwa amperes (A) au milliamps (mA). Hii ni habari muhimu kwa matumizi ya vitendo ya betri inayohusika kwa kifaa fulani. Pia huamua masharti ya malipo sahihi na kutokwa kwa betri ili uwezo wake utumike kwa kiwango cha juu na wakati huo huo usiangamizwe.
- Kuchaji acc. kutekeleza curve - inaonyesha mabadiliko ya voltage kulingana na wakati wa kuchaji au kutoa betri. Wakati betri inapotolewa, kwa kawaida kuna mabadiliko madogo ya voltage kwa takriban 90% ya muda wa kutokwa. Kwa hiyo, ni vigumu sana kuamua hali ya sasa ya betri kutoka kwa voltage iliyopimwa.
- Kujiondoa, kujitolea - Betri haiwezi kudumisha umeme wakati wote. nishati, kwani mmenyuko kwenye elektroni ni mchakato unaoweza kubadilishwa. Betri iliyochajiwa hutoka yenyewe polepole. Utaratibu huu unaweza kuchukua kutoka kwa wiki kadhaa hadi miezi kadhaa. Kwa upande wa betri za asidi ya risasi, hii ni 5-20% kwa mwezi, kwa betri za nickel-cadmium - karibu 1% ya malipo ya umeme kwa siku, kwa upande wa betri za nickel-metal hidridi - karibu 15-20% kwa kila mwezi, na lithiamu inapoteza karibu 60%. uwezo kwa miezi mitatu. Utekelezaji wa kujitegemea hutegemea joto la kawaida pamoja na upinzani wa ndani (betri zilizo na upinzani wa juu wa ndani kutokwa kidogo) na bila shaka kubuni, vifaa vya kutumika na kazi pia ni muhimu.
- Betri (vifaa) - Ni katika hali za kipekee tu ambapo betri hutumiwa kibinafsi. Kawaida huunganishwa katika seti, karibu kila mara huunganishwa katika mfululizo. Upeo wa sasa wa seti hiyo ni sawa na kiwango cha juu cha sasa cha seli ya mtu binafsi, voltage iliyopimwa ni jumla ya voltages zilizopimwa za seli za kibinafsi.
- Mkusanyiko wa betri. Betri mpya au isiyotumika inapaswa kuwekewa moja lakini ikiwezekana malipo kadhaa (3-5) ya polepole na mizunguko ya kutolewa polepole. Mchakato huu polepole huweka vigezo vya betri kwenye kiwango unachotaka.
- Athari ya kumbukumbu - Hii hutokea wakati betri imechajiwa na kutolewa kwa kiwango sawa na takriban mara kwa mara, sio ya sasa sana, na haipaswi kuwa na chaji kamili au utekelezaji wa kina wa seli. Athari hii ya upande iliathiri NiCd (kidogo pia NiMH).
