[Аккумуляторы для электромобилей] [Субъективный взгляд на электромобили]

Kewet Buddy является представителем среднего ценового диапазона серийного электромобиля. По показателям комфорта, грузоподъемности, вместимости, дальности пробега на одном заряде аккумулятора Buddy лучше своих более недорогих собратьев (например, QPOD City Elec за, примерно, 11000USD). И, в то же время, следует отметить, что цена на Buddy составляет около 20-23 тысяч USD, взависимости от комплектации.

Фирма-производитель elbilNORGE совершенствует конструкцию данного электромобиля с 1999 года, сама же занимается производством электромобилей с начала 1990х. Изначально Kewet производился в Германии, но в 1999 году elbilNORGE приобрела права на его производство и, с тех пор, появилась шестая генерация электромобиля Kewet – Kewet Buddy. Вы можете посмотреть галлерею генераций Kewet.

Что же может предложить нам этот норвежский электромобиль за свою цену? – Круглогодичную эксплуатацию в самых суровых климатических условиях, пробег на одном заряде от 50 до 150км, высокий уровень безопасности (Kewet Buddy проходили стандартные краш-тесты перед запуском в производство), а также все те преимущества электромобиля, ради которых его и приобретают.

Дизайн электромобиля лаконичен и функционален, внешний вид этого "кубика на колесах" вызывает самые приятные эмоции, тем более, что Buddy может поставляться в покраске, заказанной покупателем. На сайте производителя есть пример покраски синего Buddy в голубой цветочек – очень мило. Изнутри салон выглядит функционально и эстетично – необходимый минимум кнопок управления, жидко-кристалический монитор бортового компьютера, удобное рулевое управление, две педали – акселерация-торможение, трехместное сиденье. О сиденье Kewet Buddy можно петь поэмы – на нем могут свободно разместиться 3 взрослых человека, а фантазии размещения двух взрослых человек разного пола...[дальнейшие размышления на эту тему не пропущены внутренним цензором автора:)].

Kewet Buddy разрабатывался для использования в странах с суровой зимой, в дополнительной комплектации с ним поставляется парафиновый обогреватель на 2200Вт и тепловентилятор на 800Вт, работающий при заряде аккумулярора от электросети. В дополнительной комплектации литий-ионными батареями пробег на одном заряде составляет до 150км.

В заключение следует отметить, что, на примере Kewet Buddy, мы можем увидеть главную проблему электромобилей – высокий вес и, соответственно, цена бортовых аккумуляторов, что сильно ограничивает конструкторов. Баланс показателей современного электромобиля пока смещен в зону внутригородских пассажирских перевозок, и средний ценовой диапазон электромобилей пока не может оправдать свою цену.

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[Аккумуляторы для электромобилей] [Субъективный взгляд на электромобили]

[Аккумуляторы для электромобилей] [Субъективный взгляд на электромобили]

Kewet 1

интерьер Kewet 1 и 2

Kewet 3

Kewet 4

Kewet 5

Kewet Buddy – Kewet 6

интерьер Kewet Buddy

голый Kewet Buddy

краш-тест Kewet 1

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Картинки галлереи взяты с сайта www.kewet.com

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[Аккумуляторы для электромобилей] [Субъективный взгляд на электромобили]

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

Натрий никель-хлоридные аккумуляторы (ZEBRA) были изобретены в конце 1980х годов специально для нужд электротранспорта. В настоящее время аккумуляторы ZEBRA производятся швейцарской компанией MES DEA, и доступны для покупки. Основным разработчиком натрий никель-хлоридных аккумуляторов является Beta Research & Development Ltd. в Великобритании. В этой статье вы сможете почерпнуть сведения о внутреннем строении аккумуляторов и батареи ZEBRA, данные взяты с сайта разработчика: Beta Research & Development Ltd.

Начнем с внутреннего устройства аккумуляторного элемента натрий никель-хлоридной батареи. Внешне элемент представляет собой стальной прямоугольный параллепипед, в него засыпается металический натрий (материал отрицательного электрода), вставляется керамическая трубка из бета-глинозема, являющаяся одновременно и изолятором между положительным и отрицательным электродами, и твердым электролитом, проницаемым для ионов натрия. В керамический сепаратор засыпаеся материал положительного электрода: хлорид никеля (II) и хлорид железа (II), порошок аллюмохлорида натрия и вставляется контактная пластина, вывод которой располагается на торце аккумуляторного элемента.

Поскольку все материалы электродов являются твердыми веществами при нормальных условиях, то для работы аккумулятор следует держать в разогретом до 300°C состоянии.

Остановимся немного на проблеме керамического сепаратора. Так как он являеся твердым электролитом в системе натрий никель-хлоридного аккумулятора, то он лимитирует скорость переноса ионов натрия между электродами (в твердом веществе скорость передвижения намного меньше, чем в расплаве). Первые сепараторы из бета-глинозема были круглой в сечении формы, что не позволяло получить большую мощность от аккумулятора. В современных батареях ZEBRA используются сепараторы в виде четырехлистника на разрезе, что позволило отнимать на 50% больше мощности за счет увеличения площади поверхности и уменьшения расстояния, необходимого для преодоления ионами натрия внутри электродов.

Стойкость керамического сепаратора определяет длительность жизни аккумулятора. Со временем сепаратор разрушается, что ведет к реакции между хлоридом никеля и натрием, с образованием поваренной соли и никеля. Данная смесь достаточно хорошо электропроводна, так что при отказе десятка-другого из нескольких сотен аккумуляторов не происходит серьезного снижения характеристик батареи. На данный момент, при постоянном поддержании рабочей температуры, аккумуляторная батарея ZEBRA выдерживает более 7 лет эксплуатации и более 1000 полных циклов заряда/разряда. Из-за керамического сепаратора аккумулятор может выдержать 50 циклов нагрева/охлаждения.

Теперь разберем устройство положительного электрода. Современные аккумуляторы ZEBRA являются не чисто натрий никель-хлоридными, а натрий никель-железо-хлоридными. Введение хлорида железа в состав положительного электрода способствует более низкому внутреннему сопротивлению аккумулятора. Также при разряде чисто натрий никель-хлоридной системы в конце разряда резко падает выходная мощность (почти в 2 раза). При добавлении хлорида железа удается избежать данного эффекта. Почему это происходит? Рассмотрим уравнения электрохимических реакций на положительном электроде обеих систем:

NiCl₂ + 2Na⁺ + 2e^- → Ni + 2NaCl

FeCl₂ + 2Na⁺ + 2e^- → Fe + 2NaCl

Легко можно заметить, что реакции индентичны. Однако есть малое и существенное отличие: напряжение, выдаваемое первой реакцией 2,58В, а второй – 2,35В. Таким образом, при введении железного "допинга" в конце разряда удается поддержать мощность, выдаваемую аккумулятором на приемлемом уровне. Это важно, поскольку для аккумуляторов ZEBRA характерна относительно низкая плотность мощности.

Утилизация аккумуляторов ZEBRA очень проста – их можно отправлять на переплавку без какого-либо размонтирования. В результате переплавки образуется железо-никелевый сплав, который может использовать сталелитейная промышленность. Даже при простом выбрасывании батарея ZEBRA мало опасна для окружающей среды (основные компоненты и стальной корпус для окружающей среды либо малотоксичны либо вообще нетоксичны).

Отдельный аккумуляторный элемент не представляет большого практического интереса – работа при высокой температуре, низкий параметр выходной мощности и относительно небольшая емкость не позволяют всерьез говорить о его использовании для какого-либо применения, кроме научного. И, в то же время, ситуация коренным образом меняется, если собрать несколько сотен аккумуляторов ZEBRA в батарею.

Что собой представляет аккумуляторная батарея ZEBRA? – Типичный представитель – ZEBRA Z5C. Внешний корпус батареи представляет собой стальной двустенный корпус, между стенками которого создан вакуум. Такой термос позволяет избежать большого рассеяния тепла батареей (в нормальных условиях рассеивается около 100Вт тепла), что важно не только для функционирования аккумуляторов ZEBRA, но и для обеспечения безопасности использования. Внутри корпуса находятся 216 аккумуляторных элемента ML3. Благодаря большому количеству элементов обеспечивается емкость в 16КВт*ч (при двухчасовом разряде), напряжение в 278 или 557В и максимальная выдаваемая мощность 32КВт.

Для поддержания постоянства внутренней температуры внутри корпуса батареи ZEBRA имеется нагреватель и система воздушного охлаждения. Для разогрева аккумуляторов до рабочей температуры нагревателю требуется около суток. Потом нагреватель поддерживает температуру на рабочем уровне (выше 270°C) за счет энергии батареи. При разряде выделяется около 10% от выданой энергии, что требует охлаждения аккумуляторов до температуры ниже максимальной рабочей (350°C).

Для поддержки правильной работы аккумуляторной батареи ZEBRA встроена умная система управления. Система поддерживает внутреннее состояние батареи на оптимальном уровне, автоматически отключает питание при отсутствии нагрузки и в критических ситуациях (имеется встроенный датчик крушения). Вся система может управляться через последовательный порт компьютера с Windows. Доступна не только функция мониторинга состояния батареи в реальном времени, но и возможность тюнинга параметров аккумуляторной батареи под конкретную область применения.

Надеюсь, что эта статья позволила вам узнать больше о таких очень перспективных для электротранспорта источниках тока, как натрий никель-хлоридные аккумуляторы ZEBRA. Для электромобилей производство дешевых вторичных источников тока жизненно необходимо (из-за требуемого большого запаса энергии на борту). Рост цен на свинец и литий всвязи с возрастающим потреблением этих металов для аккумуляторной промышленности требует появления дешевой конкурентной технологии. Радует, что у нас уже есть реально работающие конкуренты распространенных химических источников тока для электромобилей – аккумуляторы ZEBRA. Это еще не последняя статья о NaNiCl аккумуляторах, так что заходите...

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

В этой статье я напомню вам то, что вы уже знаете из школьного курса электрофизики. Далее вы сможете прочитать о физической подоплеке расчета максимальной мощности аккумулятора в калькуляторе батарей. Расчет даст вам достаточно приблизительные цифры, однако даже этих приблизительных цифр хватит для оценки мощностных возможностей отдельного аккумулятора и принятия решения о количестве аккумуляторных элементов в батарее.

Для начала вспомним закон Ома для полной цепи: "Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению"

I = Ε/(R + r)

Согласно этой формуле чем больше значение внутреннего сопротивления r, тем меньший ток может отдавать аккумулятор. Так как ЭДС (Ε) можно принять как номинальное напряжение (U_ном) на аккумуляторе при разомкнутой цепи, то перепишем закон Ома для полной цепи в следующем виде:

U_ном = IR + Ir

Пока из этой формулы не совсем очевидно, как получить максимальную мощность, выдаваемую аккумулятором. Однако вспомним про то, что аккумулятор может работать только в определенном диапазоне напряжений. При нагрузке, из-за внутреннего сопротивления, напряжение на аккумуляторе не должно упасть, ниже U_min. Зная закон Ома для участка цепи (U=IR), можно отразить в нашей формуле следующим образом:

U_ном = U_min + Ir

Используя полученный результат, уже уверенно можно получить значение максимального тока, который может выдать аккумулятор:

I = (U_ном - U_min)/r

Зная, что мощность, потребляемая участком цепи равна произведению силы тока на напряжение, подаваемое на этот участок, можно узнать максимальную мощность, выдаваемую аккумулятором:

P = U_min*(U_ном - U_min)/r

И вот, мы, кажется, пришли к тому значению максимальной мощности, выдаваемой одним аккумулятором. Для расчета максимальной мощности батареи необходимо умножить полученное значение для одного аккумулятора на количество аккумуляторов в батарее.

Вы можете спросить: "И что, это так просто и быстро рассчитать максимальную мощность, выдаваемую аккумулятором"? – Да, просто. И, в то же время, все не так уж и просто. Здесь приведен оценочный расчет мощности, выдаваемой при разряде – в начале разряда аккумулятор может выдать больше мощности, чем в конце (смотри формулы). Второй подводный камень – те потери мощности, которые происходят внутри аккумулятора из-за наличия внутреннего сопротивления. Во время нагрузки идет разогрев аккумулятора пропорционально квадрату силы тока и времени работы (Q=I²*r*Δt). Так как аккумулятор имеет определенный рабочий температурный режим, требуется учитывать разогрев аккумулятора при проектировании аккумуляторной батареи, и, при необходимости, обеспечить правильную систему охлаждения.

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

Аккумуляторы и аккумуляторные батареи для электромобилей и другой электротехники...

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

С начала 2006 года у меня появилась идея создания собственного электромобиля. Была перелопачена гора информации. Скопилось много материала по компонентам электромобиля. По финансовым причинам собственный электромобиль так и остался в планах. И, в то же время, груз информации не дает покоя, и есть большое желание поделиться ей. Данная страница создается в помощь пользователям аккумуляторных батарей, в общем, и для пользователей батарей электромобилей, в частности.

• свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
  • Описание истории и основных типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей
  • Тяговые свинцово-кислотные батареи
  • Как продлить жизнь необслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи
  • Свинцово-титановые кислотные батареи с биполярными электродами - будущее тяговых батарей для электромобилей
  • Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи – заметки о совокупной стоимости эксплуатации
  • Влияние примесей (добавок) на характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов
• литий-ионные аккумуляторы
  • Литий-ионные аккумуляторные батареи – история создания, основные характеристики
  • Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионным аккумуляторным батареям
  • Правила эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
  • Внутреннее устройство литий-ионного аккумулятора
• Натрий никель-хлоридные аккумуляторные батареи для электротранспорта
  • Натрий никель-хлоридные аккумуляторные батареи (ZEBRA) – описание, характеристики, преимущества и недостатки
  • Особенности внутреннего строения и функционирования аккумуляторных батарей ZEBRA
• суперконденсаторы для электротранспорта
• никель-металгидридные аккумуляторы
  • История изобретения, основные преимущества и недостатки технологии
  • Никель-металлгидридные аккумуляторные батареи – особенности конструкции и функционирования
• никель-кадмиевые аккумуляторы
  • История создания, преимущества, недостатки
  • Правила эксплуатации
• Общетеоретические вопросы:
  • Электрохимические процессы, протекающие внутри аккумуляторов
  • Расчет реальной емкости аккумулятора в зависимости от нагрузки
  • Расчет максимальной мощности, выдаваемой аккумулятором
  • Заметки о проблемах составления батарей аккумуляторных элементов
• Калькулятор аккумуляторных батарей
• Дополнительная информация по теме :
  • Цинк-воздушные топливные батареи – будущее(???) источников тока для электромобилей
  • Маркировка элементов питания электрооборудования – описание основных стандартов маркировки первичных химических источников тока

Для просмотра истории добавления статей кликайте на иконке с сундуком сокровищ на панели навигации слева. По этой ссылке вы можете узнать о новых статьях, пользуйтесь:).

Вы можете также почитать несколько слов о самих электромобилях на страницах моего сайта.

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007-2008.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

На написание этой статьи меня сподвигла участь многих аккумуляторов, умерших из-за неправильного подбора компаньонов в аккумуляторной батарее. Кончина одного аккумулятора (что не так уж и дорого) может привести к более быстрой деградации свойств всей батареи (что уже вылетит в хорошую копейку). Поэтому далее я опишу возможные подводные камни подбора аккумуляторов в батарею и намечу пути их обхода. Сразу оговорюсь, что в статье могут быть неточности, так как сам сборкой батарей не занимался. Однако теоретические вопросы долго копал, потому могу с большой долей уверенности давать советы (тем более, что сам я вырос в стране советов). Далее будет сказано о проблемах сборки в батарею герметичных аккумуляторов. Это не значит, что тезисы статьи несправедливы для вентилируемых батарей, просто для них есть еще много дополнительных вопросов, касающихся системы обслуживания элементов в батарее.

Для чего собирается батарея аккумуляторов? – Для того, чтобы получить требуемое напряжение для потребителя, набрать необходимую емкость и обеспечить достаточные мощностные характеристики вторичного химического источника тока. Для подъема напряжения аккумуляторы соединяются в батарее последовательно, образуя "стринг" (с английского string – нить). Для обеспечения повышенной емкости и мощности стринги аккумуляторов соединяются параллельно. Если при параллельном соединении аккумуляторов нагрузка на них балансируется в зависимости от внутреннего сопротивления и напряжения на элементе, то при последовательном соединении все намного хуже.

Представим типичную картину, которая приводит к деградации стринга: в середине свинцово-кислотной батареи появился аккумулятор с более слабыми характеристиками (отстающий элемент) – из-за процесса старения в нем возрасло внутреннее сопротивление и снизилась отдаваемая емкость. В процессе разряда отстающий элемент разряжается намного быстрее и высока вероятность, что он разрядится до нуля тогда, когда соседи еще имеют достаточно большой заряд. При дальнейшем разряде батареи разрядный ток соседей будет действовать на отстающий аккумулятор как зарядный ток из-за чего на отрицательных пластинах отстающего аккумулятора образуется двуокись свинца (вместо положенного свинца), а на положительных пластинах – свинец (вместо диоксида свинца). Описанное явление называется переполюсовкой (сменой полярности) аккумулятора. Опасность переполюсовки отстающего аккумулятора не только в том, что он умирает, но и в том, что умерший аккумулятор резко снижает характеристики всего стринга (на него тратится большое количество энергии). Параллельное соединение аккумуляторов менее опасно, однако отстающие аккумуляторы и здесь снижают разрядные характеристики батареи.

Для параллельного соединения аккумуляторных элементов следует помнить о нескольких подводных камнях. Первый – это то, что для соединения следует использовать аккумуляторы не только одинаковой емкости, но и одинакового внутреннего сопротивления. Второе – то, что сопротивление соединительной перемычки от клемы аккумулятора до общего выхода батареи относится к внутреннему сопротивлению источника ЭДС, из-за чего обязательно следует ставить все перемычки одинакового сопротивления. Поскольку основная нагрузка при параллельном подключении идет на "здоровые" аккумуляторы, повышается вероятность их перехода в разряд отстающих, что, в конечном итоге, ведет к деградации всей батареи.

Своевременное выявление отстающих аккумуляторов и исправление ситуации – залог длительной жизни батареи. Особенно важно, чтобы основные параметры аккумуляторов в батарее не различались более, чем на 5%. Необходим еженедельный контроль напряжения и температуры после заряда на каждом аккумуляторе (у отстающих аккумуляторов высокое внутреннее сопротивление и снижена емкость, при заряде такой аккумулятор греется сильнее, а также быстрее происходит состояния перезаряда, что ведет к "выкипанию" электролита). Для вентилируемых батарей важный параметр, который можно проверить – плотность и уровень электролита. Для прогнозирования состояния батареи в будущем полезно вести дневник измерений состояния аккумуляторов. При разбросе параметров аккумуляторов, близких к граничным 5%, необходимо произвести эквализацию (выравнивающий заряд) батареи. Выявленные отстающие аккумуляторы необходимо удалять из батареи. Для избежания переполюсовки необходимо контролировать напряжение на самом слабом аккумуляторе и вовремя, при достижении нижнего предела напряжения, прервать разряд батареи.

Замена отстающих аккумуляторов новыми усугубляет проблемы батареи – параметры новых аккумуляторов лучше уже циклировавшихся, потому опасность переполюсовки может возрасти.

Все выше описанное приводит к нескольким выводам:

• необходимо подбирать аккумуляторы в батарею с наиболее близкими значениями основных параметров (емкость, напряжение, внутреннее сопротивление, уровень саморазряда, циклируемость)
• батарея должна иметь запас емкости для уменьшения вероятности переполюсовки
• необходим постоянный контроль за состоянием аккумуляторов в батарее (возможно, использование системы мониторинга и управления батареей)
• имеет смысл подбирать батарею из альтернативных химических систем, в которых нет опасности переполюсовки и деградация параметров отдельного аккумулятора сильно не влияет на параметры всей батареи

Широкое практическое применение первого метода нашло у моделистов. Для питания моделей в соревнованиях жизненно важно подобрать легкую и надежную батарею, которая может выдержать очень жесткие условия эксплуатации: быстрый и мощный разряд, потом быстрый заряд и так 5-10 раз в сутки. Выигрывают те модели, батареи которых могут выдержать этот режим в течение достаточно длительного времени (2-3 дня) без деградации характеристик. Так как в моделях используются малые по размерам аккумуляторы, имеется возможность закупки большого количества элементов россыпью. После нескольких тренировочных циклов заряда/разряда проверяются параметры напряжения, емкости и внутреннего сопротивления. Составляется католог параметров аккумуляторов. Из очень схожих по характеристикам (разброс параметров менее 1%) элементов собирается батарея. О трудоемкости этого процесса можно судить по тому факту, что на подбор стринга из шести аккумуляторов нужно перебрать более тысячи исходных элементов. Даже использование компьютеризации и автоматизации основного процесса отбора не сильно снижают трудоемкость. Такие стринги стоят в 3-4 раза дороже, однако и работают лучше (при сборке батареи с разбросом параметров аккумуляторов в 5% сильно отстающие появляются после 10 интенсивных циклов заряда/разряда, при использовании отобраных элементов – после 50 циклов).

Для больших аккумуляторов можно ограничиться менее жестким процессом отбора (так как есть возможность создать дополнительный запас емкости), что позволит быстрее подобрать стринг. Также, имея приличный запас емкости, можно удалять сильно отстающие элементы батареи без добавления новых, что снижает вероятность дальнейшего дисбаланса. Также хороший запас емкости увеличивает количество циклов заряда/разряда при частичном использовании батареи, причем рост количества циклов нелинейно возрастает от уменьшения глубины разряда.

Использование системы мониторинга и управления батареей позволяет перенести тяжкую ношу контроля состояния отдельных элементов на крепкие кремниевые мозги контроллера. В зависимости от возможностей (определяют цену системы управления), контроллер может следить за напряжением, силой разрядного тока, количеством циклов, температурой отдельного элемента или группы элементов, продвинутые контроллеры могут шунтировать ток при превышении допустимых величин нагрузок на элемент. Для удешевления системы управления батареей имеет смысл собирать стринг из очень емких элементов, что позволит ограничиться относительно небольшим количеством контроллеров. Ярким примером такого подхода являются широко используемые литий-ионные батареи.

Альтернативные химические системы имеют право на жизнь при сборке большого количества аккумуляторов в одну батарею. Хороший пример такой системы – аккумуляторные батареи ZEBRA для электротранспорта

Вот и закончилась еще одна статья о аккумуляторах... Здесь вы смогли почерпнуть некоторый начальный объем знаний, который позволит ориентироваться в проблеме подбора аккумуляторов в батарею. Знание основных моментов может послужить дальнейшей отправной точкой для поиска дополнительной информации по этому вопросу. Надеюсь, статья была полезной... Заходите еще!

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor