- Mi található az elektromos jármű akkumulátorában?
- Az elemek típusai
- Az akkumulátor alapvető kémiája
- Lítium akkumulátor kémiai alapismeretek
- Az elektromos járműelemek alapjai
Az elektromos autó sebessége, futásteljesítménye, nyomatéka és minden ilyen létfontosságú paramétere kizárólag a motor és az autóban használt akkumulátor specifikációjától függ. Noha az erőteljes motor használata nem jelent nagy problémát, a probléma egy olyan akkumulátorcsomag megtervezésével van, amely hosszú ideig elegendő áramot tudna biztosítani a motor számára anélkül, hogy rontaná annak élettartamát. A feszültség és az áramigény kielégítésére az EV gyártóknak több száz, ha nem több ezer cellát kell összekapcsolniuk, hogy egyetlen autóhoz akkumulátorcsomagot alkossanak. Az ötlet megalkotása érdekében a Tesla S modell körülbelül 7104 cellával rendelkezik, a Nissan levél pedig körülbelül 600 cellával rendelkezik. Ez a nagy szám, valamint a lítium cellák instabilitása megnehezíti az akkumulátorok tervezését egy elektromos autó számára. Ebben a cikkben vizsgáljuk meg, hogyan tervezik az elektromos jármű akkumulátorát az EV-hezés melyek azok az alapvető paraméterek, amelyekre ügyelni kell.
Mi található az elektromos jármű akkumulátorában?
Ha elolvasta a Bevezetés az elektromos járművekbe cikket, akkor már megválaszolta volna a kérdést. Azok számára, akik újak, hadd adjak egy gyors újratöltést. Az alábbi képen látható, hogy a Nissan Leaf akkumulátora cellaszintre szakadt-e a csomagjából.
A modern elektromos autók lítium akkumulátorokat használnak autóik energiájához néhány nyilvánvaló ok miatt, amelyeket később a cikkben tárgyalunk. De ezeknek a lítium elemeknek cellánként csak kb. 3,7 V-ja van, míg egy EV-autóhoz valahol 300 V szükséges. Az ilyen nagyfeszültségű és Ah minősítés elérése érdekében a lítium cellákat sorozatban és párhuzamosan kombinálva modulokat alkotnak, és ezeket a modulokat néhány védelmi áramkörrel (BMS) és hűtőrendszerrel együtt egy mechanikus házba rendezik, amelyet együttesen akkumulátornak neveznek, amint azt a fentiek mutatják.
Az elemek típusai
Bár a legtöbb autó lítium elemeket használ, mi nem csak erre korlátozódunk. Az akkumulátorkémia sokféle típusú. Az elemeket általában három típusba sorolhatjuk.
Elsődleges elemek: Ezek nem újratölthető elemek. Vagyis képes átalakítani a kémiai energiát elektromos energiává, és nem fordítva. Példaként említhetjük az alkáli elemeket (AA, AAA) játékokhoz és távirányítókhoz.
Másodlagos akkumulátorok: Ezek az akkumulátorok érdekelnek minket elektromos járművek számára. A kémiai energiát elektromos energiává alakíthatja az EV energiája érdekében, és az elektromos energiát kémiai energiává is átalakíthatja a töltési folyamat során. Ezeket az akkumulátorokat gyakran használják a mobiltelefonokban, az EV-kben és a legtöbb egyéb hordozható elektronikában.
Tartalék elemek: Ezek egy speciális típusú elemek, amelyeket nagyon egyedi alkalmazásokban használnak. A név szerint az akkumulátorokat élettartama nagy részében tartalékként (készenlétben) tartják, ezért nagyon alacsony az önkisütési sebességük. Ilyen lehet például az életmentő elem.
Az akkumulátor alapvető kémiája
Mint korábban elmondtuk, sokféle vegyi anyag áll rendelkezésre az elemek számára. Minden kémia megvannak a maga előnyei és hátrányai. De a kémia típusától függetlenül kevés olyan elem van, amely minden elem esetében közös, vessünk egy pillantást rájuk, anélkül, hogy sokat foglalkoznánk annak kémiaival.
Az elemben három fő réteg van, ezek a katód, az anód és az elválasztó. A katód az akkumulátor pozitív rétege, az anód pedig az akkumulátor negatív rétege. Ha az akkumulátor kapcsaira terhelés csatlakozik, az áram (elektronok) áramlik az anódról a katódra. Hasonlóképpen, amikor egy töltőt csatlakoztatnak az akkumulátor pólusaihoz, az elektronok áramlása megfordul, vagyis a katódról az anódra, amint az a fenti ábrán látható.
Bármely akkumulátor működése érdekében meg kell valósulnia egy oxidációs-redukciós reakciónak nevezett kémiai reakciónak. Időnként Redox-reakciónak is nevezik. Ez a reakció az elem anódja és katódja között megy végbe az elektroliton (szeparátoron) keresztül. Az akkumulátor anód oldala hajlandó elektronokat nyerni, így oxidációs reakció következik be, és az akkumulátor katód oldala hajlandó lazítani az elektronokat, és ezáltal redukciós reakció lép fel. Emiatt az ionok a katódból az akkumulátor anód oldalára kerülnek a szeparátoron keresztül. Ennek eredményeként több ion halmozódik fel az anódban. Ennek az anódnak a semlegesítéséhez az elektronokat az oldaláról a katódra kell tolni.
De az elválasztó csak az ionok áramlását engedi át rajta, és blokkolja az elektronok mozgását az anódtól a katódig. Tehát az akkumulátor egyetlen módon képes az elektronokat átvinni a külső kivezetésein keresztül, ezért amikor egy terhelést csatlakoztatunk az akkumulátor pólusaihoz, áramot (elektronokat) kapunk, ami azt gondolta.
Lítium akkumulátor kémiai alapismeretek
Mivel a lítium akkumulátorokról fogunk tárgyalni, mivel ezek az EV számára legelőnyösebb akkumulátorok, még egy kicsit jobban be lehet mélyedni a kémia területén. A lítiumelemekben ismét sok típus létezik, a lítium-nikkel-kobalt-alumínium (NCA), a lítium-nikkel-mangán-kobalt (NMC), a lítium-mangán-spinel (LMO), a lítium-titanát (LTO), a lítium-vas-foszfát (LFP) a legtöbb gyakori. Ismét mindegyik kémia megvan a saját jellemzőivel, amelyek szépen szemléltetik a din alatt a Boston Consulting csoport képét.
Közülük alacsony költsége miatt a lítium-nikkel-kobalt-alumíniumot használják a legjobban. A cikk későbbi részében ezekre a paraméterekre térünk ki. De itt észrevehet egy közös dolgot, hogy a lítium minden elemben jelen van. Ez elsősorban a lítium elektronkonfigurációjának köszönhető. Az alábbiakban egy semleges lítium fématom látható.
Három atomszáma azt jelenti, hogy három elektron lesz a nukleáza körül, és a legkülső héjnak csak egy vegyértékű elektronja van. A reakció során ezt a vegyértékű elektront kihúzzuk, így kapunk egy elektront és egy lítium-iont, amelynek két elektronja lítium-iont képez. Amint arról korábban tárgyaltunk, az elektron áramként áramlik az akkumulátor külső kapcsain, a lítiumion pedig az elektrolit (szeparátor) révén áramlik a redox-reakció során.
Az elektromos járműelemek alapjai
Most már tudjuk, hogyan működik az akkumulátor és hogyan használják azt egy elektromos járműben, de innen tovább kell értenünk néhány alapvető terminológiát, amelyeket az akkumulátor tervezésénél gyakran használnak. Beszéljük meg őket…
Feszültség besorolása: Két nagyon gyakori besorolás, amelyet megtalálhat az akkumulátoron, a feszültség és az Ah névleges érték. Az ólom savas akkumulátorok általában 12 V-os, a lítium-elemek pedig 3,7 V-osak. Ezt nevezzük egy akkumulátor névleges feszültségének. Ez nem azt jelenti, hogy az akkumulátor folyamatosan 3,7 V feszültséget szolgáltat a kapcsai felett. A feszültség értéke az akkumulátor kapacitásától függően változik. Majd megbeszéljük