Виды аккумуляторов для электромобилей

Каждый потенциальный владелец электрокара, а также люди, интересующиеся новейшими тенденциями в отрасли автомобилестроения и, в частности, автомобилями с электродвигателями, наверняка задаются вопросом о том, что представляют собой аккумуляторные батареи для электромобилей. О том, какими они бывают, а также в чем состоят особенности данного конструктивного элемента транспортного средства с электромотором, пойдет речь в нашем сегодняшнем разговоре.

Что такое тяговые батареи для электромобилей

Тяговой аккумулятор – это особая разновидность аккумуляторных батарей, которые представляют собой блок секций, последовательно соединенных друг с дружкой. Каждая отдельная секция с функциональной точки зрения является полноценным отдельным аккумулятором, работающим в связке с остальными

В отличие от классических АКБ корпус тяговых изготовлен из новейших материалов, состав которых соответствует сфере применения конкретной модели изделия. Обычно производители используют для этих целей стекло, керамику либо эбонит, то есть материалы, демонстрирующие повышенную устойчивость к негативным воздействиям окружающей среды и к кислоте.

Важно

Напряжение каждой секции тягового аккумулятора составляет 2В, наиболее широкое распространение получили шестисекционные аккумуляторные батареи для электромобиля 12 V.

На современном рынке представлены 2 разновидности тяговых аккумулятором для электромоторов:

• Свинцово-кислотные. Функции электролита в них берет на себя специальный раствор серной кислоты, пластины же делают из свинца, именно в нем находится активная масса.
• Гелевые.Такие батареи относятся к категории необслуживаемых, электролит в них густой, чаще всего его роль играет селикагель – надежное вещество, характеризующееся отличными эксплуатационными характеристиками.

Кроме того, сегодня можно купить тяговой аккумулятор с никеле-железными пластинами. В таких моделях электролит представлен растворами щелочей, которые вступают в реакцию с упомянутыми металлами.

Также существуют «экзотические» варианты – АКБ с кадмий-никелевыми пластинами и редко встречающиеся, тем не менее, заслуживающие упоминания батареи, в конструкции которых присутствует серебро и цинк. Однако такие разновидности не получили большой популярности в виду дороговизны при том, что особой долговечностью они похвастаться не могут.

Виды аккумуляторов для электромобилей

На большинстве современных электрокаров устанавливается одна из существующих разновидностей АКБ – литий-ионная, дитий-серная, алюминий-ионная или металл-воздушная, но последняя используется реже всего. Поговорим детальнее о каждом из видов.

На большинстве современных электрокаров устанавливается одна из существующих разновидностей АКБ – литий-ионная, дитий-серная, алюминий-ионная или металл-воздушная, но последняя используется реже всего. Поговорим детальнее о каждом из видов.

Литий-ионные

Самое широкое распространение на момент написания данного материала получили литий-ионные аккумуляторы для электромобилей, неоспоримыми плюсами которых являются:

•  Высокое напряжение и плотность энергии.
•  Минимальный уровень саморазряда (не более 6 процентов в месяц и около 20 процентов в год).
•  Отсутствие т.н. «эффекта памяти», вызывающего необходимость несколько раз полностью разряжать аккумулятор, чтобы потом полностью его зарядить.
•  Продолжительный срок службы (около 10 лет или тысяча циклов).

Есть у данной разновидности АКБ и определенные недостатки, это их высокая цена, которая, соответственно, повышает и стоимость авто, а также неустойчивость перед избыточным зарядом. Еще один минус – способность выполнять свои функции только в небольшом температурном диапазоне, варьирующемся в пределах -20 - +50 градусов. 

При выходе за указанные температурные пределы эксплуатационные характеристики заметно ухудшаются – аккумулятор работает нестабильно, снижается его емкость. Еще одна серьезная проблема, решения которой специалисты не нашли до сих пор – высокая взрывоопасность таких устройств в случае малейшего механического повреждения.

Литий-полимерные

Это многослойные АКБ, в основе работы которых лежит химическая реакция между серой и литием.

Емкость таких моделей вдвое выше, чем аналогичных по размеру литий-ионных, а вот расходы на производство заметно ниже. Еще один плюс – широкий диапазон температур, но есть и минус – небольшой ресурс: устройства способны выдержать не более 60 циклов, поэтому в серийных авто их пока не используют.

Металл-воздушные

Основными достоинствами таких АКБ можно назвать следующее:

•  Продолжительный срок службы.
•  Небольшой вес, который позволяет уменьшить массу транспортного средства.
•  Невысокая цена.
•  Простой процесс утилизации по сравнению с другими разновидностями. 

Что касается недостатков, то это значительное снижение производительности при минусовых температурах, а также необходимость в дополнительной установке системы фильтрации, которая также потребляет мощность батареи. 

К тому же если на пластинах образуется пленка из пероксида лития, аккумулятор выйдет из строя, а это может случиться в любой момент. Ну и, пожалуй, ключевой недостаток, обуславливающий низкий спрос на такие приборы – это небольшое количество циклов, варьирующееся в пределах 50-60.

Литий-железо-фосфатные

Этот тип АКБ для электромобиля изобрели в 2003 году, с тех пор они получили огромную популярность и даже считаются одними из лучших на рынке. Функции катода выполняет литий-фосфат железа, а анод изготавливают из углерода. Если сравнивать LFP с другими АКБ, они выделяются стабильностью работы и целым рядом других преимуществ, в частности:

•  Безопасностью эксплуатации.
•  Атоксичностью, упрощающей процесс утилизации.
•  Устойчивостью к перезарядке.
•  Неподверженностью разрушению при перегреве.
•  Способностью выдерживать критический зарядный ток.
•  Устойчивостью перед продолжительным воздействием высокого напряжения.
•  Длительностью эксплуатации (не менее 2 тыс. рабочих циклов!).
•  Морозоустойчивостью.
•  Минимальным саморазрядом.
•  Отсутствием «эффекта памяти».
•  Возможностью быстрой зарядки.
•  Устойчивостью перед эффектом старения.

Есть у таких моделей и минусы, это невысокое номинальное напряжение, которое варьируется в пределах 3-3,3В, боязнь влаги и небольшая энергоемкость.

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные

Роль катода в таких устройствах выполняет сочетание нескольких химических элементов – марганца, кобальта и никеля. Преимуществом систем является возможность их оптимизации под требуемую мощность или емкость. Если добавить в анод кремний, максимальная емкость достигнет 4 тыс. мАч, но важно помнить, что это снизит нагрузочные характеристики, а также сократит срок службы прибора. Отсюда минус – неустойчивость АКБ перед механическими повреждениями. 

Каждое из веществ, используемых в составе таких моделей, обладает определенными недостатками, к примеру, никель характеризуется высокой энергоемкостью, но при этом он нестабилен, а марганец как раз и отличается минимальной емкостью. Но используясь в совокупности, составные элементы нивелируют минусы друг друга и позволяют в полной мене использовать существующие преимущества.

Сроки зарядки батарей, зарядные устройства

Время зарядки АКБ электрокаров зависит от того, каким способом она осуществляется. На данный момент есть четыре способа зарядки:

1.  От бытовых электросетей напряжением в 220 В. Это наиболее популярный и доступный метод, которым, если верить статистике, пользуется не менее 90 процентов автовладельцев. 
2.  Зарядка посредством переменного тока с использованием кабеля, который входит в комплект поставки ТС.
3.  Быстрым током – на специальных зарядных станциях. 
4.  От одно- или трехфазной сети автозаправочных станций с применением специализированного разъема провода. 

Поговорим о времени зарядки детальнее. Так, если заряжать от обычной сети, например, Tesla Model S, емкость батареи которой составляет 70 кВ/ч, для достижения показателей в 80-100% придется потратить не менее 15 часов.

На специальных заправочных станциях время зарядки сокращается до 5 часов, а если авто эксплуатируется на протяжении 2-3 лет, то вполне достаточно будет и трех часов, правда, разрядится аккумулятор намного быстрее. При использовании быстрой зарядки «Теслу» можно подзарядить за 40 минут.

Срок службы и замена АКБ. Цены

Стоимость АКБ для электрокаров достаточно высокая. По итогам 2020 года, цена 1 кВт/ч составляла 150 долларов, это значит, что новая батарея для Tesla, состоящая из 16 блоков, стоит 16 тыс. дол. Аккумуляторы для Nissan Leaf дешевле, их можно купить по цене от 4-5 тыс. дол.

Средняя продолжительность эксплуатации одного элемента питания – 8-10 лет, но это только на словах, на практике же никто не знает, сколько прослужит аккумулятор, так как электрокары появились на рынке и на дорогах совсем недавно.

Производители устройств дают на них гарантию от 5 до 8 лет, и если АКБ выйдет из строя раньше указанного времени, можно рассчитывать на ее бесплатную замену. Важно помнить также о том, что емкость подавляющего большинства батарей в процессе эксплуатации снижается, и через пару лет езды запас хода составит не более 80 процентов от номинального значения. 

Ведущие производители аккумуляторов

Все без исключения аккумуляторные батареи выпускаются в азиатских странах. Соответствующие производства есть в КНР, в Японии и Южной Корее. Ведущими производителями являются Panasonic, Samsung SDI, AESC Automotive Energy Supply Corp., BYD, CATL.

Лидирующие позиции на профильном рынке занимает CATL. В виду того, что машины, работающие от электромоторов, стремительно набирают популярность, упомянутые выше компании наращивают производства и открывают новые заводы на территории Соединенных Штатов и многих европейских государств.

Как утилизируют батареи

В отслуживших свое батареях присутствует повышенное содержание вредных веществ, способных оказать негативное воздействие на экологию, поэтому их ни в коем случае нельзя выбрасывать как обыкновенные отходы. Как правило, производители таких приборов принимают вышедшие из строя АКБ и сами их утилизируют. Считается, что выгоднее всего использовать старые аккумуляторы для систем автономного энергоснабжения небольших жилых объектов.

Кроме того, батареи применяют в качестве накопителей энергии солнца, а затем питают от них домашние электроприборы. Над разработкой подобных решений, фактически дающих отработанным устройствам вторую жизнь, трудятся специалисты компании Tesla.

Заключение

Стремительный рост популярности электромобилей диктует высокий спрос и на источники питания для них. Это, в свою очередь, побуждает производителей искать новые, более эффективные решения и создавать технологии, которые позволят АКБ для электрокаров работать дольше, не неся при этом никакого вреда окружающей среде.