Гибридные аккумуляторы автомобильные: Гибридные аккумуляторы и рекомендации по их обслуживанию

Ключевые компоненты гибридного электромобиля

Аккумулятор (вспомогательный): В транспортном средстве с электроприводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричеством для запуска автомобиля до включения тягового аккумулятора, а также обеспечивает питание аксессуаров транспортного средства.

Преобразователь постоянного тока в постоянный: Это устройство преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и подзарядки вспомогательной аккумуляторной батареи.

Электрогенератор: Вырабатывает электричество от вращающихся колес во время торможения, передавая эту энергию обратно в блок тяговых аккумуляторов. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Тяговый электродвигатель: Используя мощность от тягового аккумулятора, этот электродвигатель приводит в движение колеса автомобиля. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы из двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливный бак (бензин): В этом баке хранится бензин на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а топливно-воздушная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Контроллер силовой электроники: Этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой тяговой батареей, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.

Тепловая система (охлаждение): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Блок тяговой аккумуляторной батареи: Накапливает электроэнергию для использования тяговым электродвигателем.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

Каков срок службы гибридных аккумуляторов?

Некоторые из основных моментов сопротивления потребителей гибридным транспортным средствам включают представления о том, что дорогостоящие высоковольтные аккумуляторные батареи в этих транспортных средствах ненадежны и подвержены частым или преждевременным выходам из строя. Однако правда в том, что все производители гибридных автомобилей на внутреннем рынке США по закону обязаны давать гарантию на высоковольтные гибридные аккумуляторные батареи на срок не менее восьми лет или 100 000 миль использования.Однако десятилетний гарантийный срок в десять лет или 150 000 миль обслуживания в настоящее время является нормой для некоторых гибридов японского производства, одним из примеров которых являются автомобили Toyota Prius последней модели.

Кроме того, производители на внутреннем рынке США юридически обязаны передавать и соблюдать баланс гарантийных обязательств гибридных аккумуляторов. Это требование означает, что если вы покупаете, например, трехлетний гибридный автомобиль с 40000 миль пробега на одометре, дилер должен передать вам остаток первоначальной гарантии на аккумулятор.Это также означает, что дилер должен соблюдать оставшийся гарантийный баланс, если батарея выйдет из строя в течение оставшегося периода времени.

К сожалению, в этом мире нет ничего идеального, а это означает, что высоковольтные гибридные аккумуляторные батареи могут выходить из строя по разным причинам и действительно выходят из строя. Таким образом, чтобы понять, что вы можете сделать, чтобы продлить срок службы высоковольтной аккумуляторной батареи вашего гибридного автомобиля, нам нужно обсудить, что такое гибридные аккумуляторные батареи, как они работают и как иногда выходят из строя.

Проще говоря, любой аккумуляторный блок состоит из низковольтных аккумуляторных элементов, соединенных последовательно, чтобы сформировать более крупную и мощную батарею.Хотя некоторые конкретные детали, касающиеся конструкции и химического состава отдельных аккумуляторных элементов, различаются у разных производителей и / или моделей, все гибридные аккумуляторные блоки следуют одному и тому же общему шаблону, который мы обсудим ниже на примере типичного гибридного аккумуляторного блока Toyota.

Батарейные блоки в моделях Prius обычно состоят из 128 * ячеек, каждая из которых имеет номинальное напряжение 1,2 вольт. Конструкция аккумуляторной батареи состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторных ячеек, что означает, что отрицательный полюс одного элемента подключается к положительному полюсу следующего элемента в серии для создания аккумуляторного модуля с номинальным напряжением 7.2 вольта. Продолжая эту схему, модули также соединяются последовательно, чтобы создать аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 201,6 вольт.

* Обратите внимание, что с некоторыми химическими составами аккумуляторов, например на основе никель-металлогидридных сплавов, некоторые гибридные аккумуляторные блоки в некоторых моделях Prius могут содержать до 228 ячеек.

В моделях Prius аккумуляторная батарея обычно может производить до 20 кВт мощности, когда она разряжена на 50%. Однако во время нормальной работы автомобиля электронная система управления аккумулятором будет поддерживать уровень заряда аккумулятора в диапазоне от примерно 90% от его максимальной емкости на верхнем пределе и примерно на 30% от его емкости на нижнем пределе.

Технические подробности того, как аккумуляторная батарея поддерживает этот уровень заряда (также известный как SOC (State of Charge) аккумулятора), выходят за рамки данной статьи, но достаточно сказать, что основная часть процесса зарядки аккумулятора происходит во время рекуперативное торможение. Этот процесс запускается, когда водитель снимает давление с педали акселератора. Это действие приводит к тому, что двигатель / генератор в трансмиссии перестает подавать движущую силу на транспортное средство и начинает работать как генератор, чтобы заменить потерянную емкость аккумулятора.Магнитные силы, которые создает процесс зарядки, достаточно сильны, чтобы оказывать на автомобиль сильное тормозное усилие, отсюда и термин «рекуперативное торможение».

С точки зрения среднего владельца гибридного автомобиля, двумя наиболее важными факторами, определяющими долговечность, долговечность и производительность гибридного аккумуляторного блока, являются SOC (состояние заряда) и SOH (состояние здоровья) батареи, но что именно означают эти термины?

Состояние заряда — это просто выражение того, сколько электроэнергии хранится в аккумуляторе относительно его номинальное напряжение, которое в случае типичной модели Prius составляет 201.6 вольт. Обратите внимание, что зависимость между измеренным напряжением батареи и ее способностью обеспечивать полезную работу не обязательно является линейной. Это просто технический язык, который означает, что батарея, которая, скажем, разряжена на 70%, может обеспечивать до 40% (или более, в зависимости от условий эксплуатации и уровня энергопотребления) той мощности, которую она обеспечивала бы, если бы была заряжена. до 100% от его максимальной емкости.

В то время как SOC гибридной батареи имеет определенное значение с точки зрения того, насколько хорошо батарея работает в краткосрочной перспективе, состояние здоровья батареи гораздо более важно для того, насколько хорошо (или иначе) гибридная батарея pack работает в среднесрочной и долгосрочной перспективе, и вот почему:

В любой электрической системе электрическая энергия всегда будет течь от высокого потенциала к низкому (или более низкому).По сути, это означает, что если две батареи подключены, и одна батарея разряжается по какой-либо причине, электрическая энергия от батареи с самым высоким зарядом будет течь к батарее с самым низким зарядом в попытке удовлетворить нескольким законам физики, которые нам не нужно здесь углубляться.

Таким образом, на практике гибридный аккумуляторный блок может работать должным образом только в том случае, если все элементы и модули в аккумуляторном блоке поровну разделяют как зарядку, так и разрядку. Но поскольку гибридные аккумуляторные блоки содержат десятки отдельных ячеек, любой отказ, дефект и / или сбой в любой ячейке имеет прямое и непосредственное отношение к тому, насколько хорошо работают ячейки по обе стороны от дефектного элемента или модуля.

Таким образом, для защиты силовой электроники и других систем управления на транспортном средстве специальный модуль управления аккумуляторной батареей контролирует каждую ячейку и модуль в аккумуляторной батарее по отдельности. Предположим, этот модуль управления обнаруживает одну ячейку или модуль, номинальное напряжение, сопротивление, температура или другой контролируемый параметр которых отличается от всех других ячеек или модулей более чем на максимально допустимый предел. В этом случае в качестве защитной меры он ограничит возможности зарядки / разрядки всего аккумуляторного блока до уровня поврежденного элемента или модуля.

Существует множество возможных причин отказа любой отдельной ячейки или модуля. Однако на практике наиболее частыми причинами являются:

• Производственные дефекты аккумуляторных элементов
• Производственные различия между элементами
• Плохое электрическое соединение между элементами и / или модулями
• Аномально высокая или низкая температура аккумулятора
• Механическое повреждение аккумулятора аккумулятор во время планового обслуживания
• И, в меньшей степени, неправильные процедуры обслуживания

Независимо от реальных причин различий в контролируемых параметрах, последствия таких различий могут варьироваться от незначительных, до едва заметных, до драматических, в том смысле, что один или несколько модулей управления могут обездвижить автомобиль в качестве меры предосторожности.

Аккумуляторная батарея гибридного автомобиля изначально опасна для работы, и, следовательно, эти батареи не подлежат обслуживанию пользователем. Тем не менее, есть одна важная вещь, которую вы можете сделать для защиты аккумуляторной батареи вашего автомобиля, которая не предполагает самостоятельной работы с ней.

Система мониторинга аккумулятора устанавливает коды неисправностей и включает сигнальные лампы на приборной панели автомобиля, если обнаруживает одну или несколько из большого количества возможных проблем, дефектов, неисправностей или отказов в высоковольтный аккумулятор и связанные с ним системы.К таким проблемам обычно относятся:

• Ненормальная температура батареи, вызванная сбоями или проблемами в выделенной системе охлаждения батареи, управляемой компьютером. Помните, что температура батареи напрямую влияет на несколько аспектов ее производительности.
• Дисбаланс между аккумуляторными элементами и / или аккумуляторными модулями: помните, что выход из строя только одного аккумуляторного элемента может и будет ухудшать производительность всего аккумуляторного блока, что может привести к увеличению расхода топлива автомобилем в качестве вторичного эффекта.
• Аномально высокий или низкий уровень заряда: Существуют различные возможные причины проблем такого рода, но в некоторых случаях они могут не быть напрямую связаны с отказами, неисправностями или дефектами самого высоковольтного аккумуляторного блока. Иногда это отказ или неисправность другого рода, например, связанные системы, которые могут включать в себя систему мониторинга аккумуляторной батареи, силовую электронику, а также системы, которые управляют и / или контролируют узел двигатель / генератор.

В некоторых случаях гибридные аккумуляторные блоки можно отремонтировать, удалив и заменив поврежденные аккумуляторные элементы и / или аккумуляторные модули.Однако это узкоспециализированная область ремонта, которая должна выполняться только квалифицированным персоналом, имеющим доступ к сервисной информации на уровне OEM и одобренному OEM-производителями испытательному, диагностическому и зарядному оборудованию.

На практике, однако, дилеры обычно заменяют высоковольтный аккумуляторный блок, который показывает электрический дисбаланс в условиях гарантии, вместо того, чтобы ремонтировать его, но это не всегда так. Тем не менее, если гарантия не распространяется на высоковольтный аккумулятор, регулярный осмотр аккумулятора и своевременное выполнение необходимого ремонта предлагают владельцам гибридных автомобилей чрезвычайно экономичный метод восстановления производительности «ленивого» аккумулятора.

В большинстве случаев сочетание полугодовых проверок аккумуляторов и одобренных OEM-производителей процедур обслуживания аккумуляторов, выполняемых (при необходимости) соответствующим квалифицированным поставщиком услуг, может продлить срок службы гибридного аккумуляторного блока на несколько лет.

Как долго прослужит гибридный автомобильный аккумулятор?

были популярны в последнее десятилетие, и мы сомневаемся, что продажи в ближайшее время замедлятся. При этом в настоящее время на рынке подержанных автомобилей появляется много старых моделей Toyota Prius, Honda Insight и Hyundai Ioniq, и, хотя все они могут предложить хорошую сделку, могут возникнуть некоторые проблемы, когда дело доходит до гибридной батареи.Если вы хотите купить подержанный гибридный автомобиль, вам может быть интересно, на сколько времени хватит гибридной батареи.

Когда выйдет из строя аккумулятор?

Гибридные автомобильные аккумуляторы состоят из группы отдельных аккумуляторных элементов и, как и любые другие аккумуляторы, имеют срок годности и в конечном итоге теряют мощность. К счастью, все гибридные автомобили имеют гарантию на гибридную батарею от 8 до 10 лет и до 100 000 миль. Если вы покупаете гибридный автомобиль с пробегом менее 100 000 миль, вы можете быть уверены, что производитель покрывает его.Тем не менее, мы видели, что у многих гибридных автомобильных аккумуляторов срок службы превышает 100000.

СВЯЗАННЫЙ: Можно ли заменить аккумулятор гибридного автомобиля менее чем за 15 минут?

Что произойдет, если на аккумулятор гибридного автомобиля закончится гарантия?

Если вам случится много забить на гибриде автомобиль с пробегом более 100000 миль и, следовательно, без гарантии, то в конце концов, возможно, вам придется заплатить за новый. Типичный гибрид Toyota Prius Замена батареи обычно стоит около 6000 долларов, если она выполняется в дилерском центре, однако вы, вероятно, можете сделать это дешевле в другом месте, так как есть много независимых магазинов, которые работают исключительно с гибридными автомобилями.

Другой вариант — заменить гибридный аккумулятор самостоятельно, и хотя это может показаться сложной задачей, есть много полезных видео на YouTube, чтобы вы могли пройти через этот процесс. Если вы решите пойти по этому пути, тогда вы можете рассчитывать заплатить около 1000 долларов за отремонтированный аккумулятор.

СВЯЗАННЫЙ: Можно получить отличный гибридный автомобиль менее чем за 10 000 долларов

Почему аккумуляторы гибридных автомобилей служат так долго?

Хотя 100000 миль может показаться не очень большим, поскольку большинство водители намерены оставить свои машины «навсегда», на самом деле требуется много времени, чтобы достичь этой вехи.Автомобиль нужно будет проехать в среднем 20000 миль. в год в течение пяти лет только на то, чтобы добраться туда, однако средний годовой пробег для большинства водителей это ближе к 10 000 миль в год. Так что во всяком случае, гибридный автомобиль аккумулятор должен прослужить от 8 до 10 лет в зависимости от того, где и как находится автомобиль. проехал за это время.

Причина, по которой аккумуляторы гибридных автомобилей служат так долго — в отличие от аккумуляторов мобильных телефонов и ноутбуков, как таковых, — не только в их размерах. Согласно отчету Christian Science Monitor, гибридный автомобильный аккумулятор обычно заряжается только до 80 процентов, когда он показывает, что он «полный», а когда он разряжен, обычно только до 20 процентов.Эта неотъемлемая «заниженная нагрузка» гибридной батареи на самом деле продлевает ее срок службы, в отличие от наших верных телефонов и ноутбуков, которые мы любим постоянно перезаряжать.

СВЯЗАННЫЙ: Гибрид Honda CR-V изменит ваше мнение

Когда я узнаю, что машине нужен новый аккумулятор?

Есть световые индикаторы, которые сообщат вам, если автомобиль требуется новый гибридный аккумулятор, и вы заметите снижение мощности и экономии топлива.Хотя замена гибридной батареи в гибридный автомобиль с большим пробегом, мы можем заверить вас, что он того стоит даже как Восстановленный аккумулятор должен прослужить еще 80 000 миль или больше.

О нас — Лучшие гибридные батареи

В Best Hybrid Batteries мы страстно увлечены разработкой новых технологий и подходов к измерениям для тестирования, ремонта и восстановления аккумуляторов. Мы считаем, что в 21 веке аккумуляторы окружают наш образ жизни, находя все более широкое применение в наших самых важных инвестициях, включая автомобили, которые мы водим, и дома, в которых мы живем.

Аккумуляторы для гибридных и электромобилей сегодняшнего дня и будущего являются перезаряжаемыми, а не одноразовыми, и на момент приобретения транспортного средства они представляют собой большие вложения. Наши запатентованные процедуры восстановления и тестирования доказали, что при надлежащем уходе и техническом обслуживании эти батареи могут работать очень долго. В результате владельцы транспортных средств, которые сталкиваются с проблемами гибридной батареи, имеют лучшие варианты по сравнению с покупкой сменной батареи у автомобильного дилера.

Во многих случаях проблемы с гибридной батареей возникают в автомобиле только через 8-10 лет после его изготовления.Несмотря на то, что транспортное средство по-прежнему стоит вложений в поддержание его работоспособности, оно может не оправдывать высокую стоимость новой сменной батареи. Best Hybrid Batteries предлагает очень конкурентоспособную альтернативу: наши батареи находятся в таком же состоянии, как и новые, и имеют такую ​​же производительность, что и замена у дилеров, с гораздо более длительной гарантией и значительно более низкой ценой.

В то время как некоторые другие компании восстанавливают батареи разных уровней качества для одного автомобиля, в Best Hybrid Batteries мы верим в другой подход.Каждый аккумулятор, который мы производим, олицетворяет нас, и наша миссия — каждый раз создавать «только лучшие» гибридные аккумуляторные батареи для наших клиентов — потому что это то, чего вы заслуживаете.

Другие компании также взимают дополнительную плату за услуги по установке аккумуляторов, утверждая, что установка гибридных аккумуляторов опасна и должна выполняться только высококвалифицированным персоналом. По правде говоря, любой, кто хочет установить наши батареи самостоятельно, может легко сделать это, используя наши пошаговые инструкции, видео-руководства и прилагаемый набор инструментов, которые поставляются с каждой покупкой батареи.Мы также понимаем, что не все хотят следовать принципу «сделай сам», в некоторых случаях вам необходимо отнести свой автомобиль к механику для установки, и мы можем помочь найти подходящий сервисный центр. Если вы оказались в Чикаго и его окрестностях, мы можем выполнить установку на одном из наших объектов или с помощью нашей службы мобильной установки.

Аккумуляторы для гибридных автомобилей | HowStuffWorks

Водители, заботящиеся об окружающей среде, покупают гибридные автомобили и другие экономичные автомобили из-за более низких выбросов.Сочетание бензинового двигателя меньшего размера для мощности, электродвигателя для экономии топлива и обещания так называемого экологически чистого вождения оказалось успешным стимулом для потребителей, стремящихся сэкономить деньги на топливе и внести свой вклад в защиту окружающей среды. Но возросшая осведомленность о влиянии транспортных средств и их частей на окружающую среду на Земле заставила водителей переключить внимание с топливной экономичности на что-то совершенно другое — аккумуляторы для гибридных автомобилей.

Аккумуляторы в гибридных автомобилях отвечают за лучшую экономию топлива, что стало центральным элементом технологии.Они приводят в действие электродвигатель, который обычно приводит в движение гибридный автомобиль на более низких скоростях. Это снижает давление на бензиновый двигатель и увеличивает количество топлива, сжигаемого автомобилем между поездками на заправку.

Но химический материал, из которого изготовлены все автомобильные аккумуляторы, будь то обычные автомобили или гибриды, обычно токсичен. В настоящее время на дорогах гораздо меньше гибридных автомобилей, чем обычных автомобилей; однако высказывались опасения, что, если количество гибридных автомобилей увеличится, свалки вскоре переполнятся токсичными батареями, полными коррозионных и канцерогенных материалов.

Есть три основных типа аккумуляторов, которые компании используют или рассматривают для использования в гибридных автомобилях: свинцово-кислотные, никель-металлогидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion). Безусловно, свинцово-кислотная кислота считается самой токсичной из трех, и, кроме того, она чрезвычайно тяжелая, что снижает эффективность использования топлива электродвигателем. Свинцово-кислотный становится все меньше конкурентов на рынке гибридных автомобильных аккумуляторов и заменяется никель-металлогидридом. Никель менее токсичен, чем свинец, но у него есть свои проблемы — он потенциально канцерогенный, а процесс добычи считается опасным.Поскольку они наименее токсичны, многие считают литий-ионные батареи следующим шагом для гибридных автомобильных аккумуляторов. Фактически, автомобильные компании вкладывают миллионы долларов в исследования по созданию работающего гибридного автомобильного аккумулятора, который использует тот же вид энергии, что и ноутбуки и MP3-плееры.

Для получения дополнительной информации о гибридных автомобилях и экологичном вождении перейдите по ссылкам ниже.

Связанные статьи HowStuffWorks

Источники

• Фонд защиты окружающей среды.«Время сократить загрязнение от американских автомобилей». 7 сентября 2007 г. (11 мая 2009 г.) http://www.edf.org/page.cfm?tagID=1135
• Глейк, доктор Питер Х. «Hummer против Prius: отчет» Dust to Dust «вводит в заблуждение СМИ и общественность с плохой наукой ». Тихоокеанский институт. Май 2007 г. (11 мая 2009 г.) http://www.pacinst.org/topics/integrity_of_science/case_studies/hummer_vs_prius.pdf
• HybridCars.com. «Токсичность гибридной батареи». 8 апреля 2006 г. (11 мая 2009 г.) http://www.hybridcars.com/battery-toxicity.html
• Pullen, K.«Выбросы гибридных автомобилей». LoveToKnow.com. 11 августа 2007 г. (11 мая 2009 г.) http://greenliving.lovetoknow.com/Hybrid_Vehicle_Emissions
• Sierra Club. «Приус против Хаммера: монета для размышлений». 1 ноября 2007 г. (11 мая 2009 г.) http://www.sierraclub.org/sierra/200711/mrgreen_mailbag.asp#headaches
• Sierra Club. «Смог и загрязнение озоном». 2 июля 2007 г. (11 мая 2009 г.) http://www.sierraclub.org/cleanair/sips/Ozone.PDF
• Toyota.com. «Информационный бюллетень Hybrid Synergy View: слышали о Hummer?», Сентябрь 2007 г.(11 мая 2009 г.) http://www.toyota.com/html/dyncon/2007/september/hummervprius.html

Надолго ли останутся гибридные автомобили? — Батарейный университет

Гибридный автомобиль не нов — Фердинанд Порше разработал серийно-гибридный автомобиль в 1898 году. Гибридная функция, получившая название каретки Lohner-Porsche, выполняла роль электрической трансмиссии, а не повышения мощности. С г-ном Порше на сиденье водителя автомобиль побил несколько австрийских рекордов скорости, включая ралли Эксельберг в 1901 году.Другой пример раннего гибрида — автомобиль Woods 1915 года выпуска, построенный в Чикаго. В машине использовался четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. При скорости ниже 15 миль в час (25 км / ч) электромотор приводил в движение транспортное средство; на более высоких скоростях бензиновый двигатель разгоняется до максимальной скорости 35 миль в час (55 км / ч). В рамках Федеральной программы поощрения экологически чистых автомобилей Виктор Вук установил гибридную трансмиссию на автомобиль GM Buick Skylark 1972 года, но EPA отменило программу в 1976 году.Тем временем Honda и Toyota добились значительных успехов в коммерциализации привлекательных и экономичных гибридных автомобилей.

Гибридный электромобиль (HEV) экономит топливо за счет использования электродвигателя, который помогает двигателю внутреннего сгорания (IC) при ускорении и использует кинетическую энергию во время торможения. Кроме того, двигатель IC отключается при остановках и во время медленного движения. Когда требуется полная мощность, двигатель внутреннего сгорания и электродвигатели включаются одновременно для получения максимального ускорения.Эта схема разделения мощности дает два преимущества; он требует меньшего размера двигателя внутреннего сгорания и улучшает ускорение, поскольку электродвигатель имеет превосходные характеристики крутящего момента.

В большинстве HEV используется механический привод от двигателя внутреннего сгорания к колесам. В этом отношении HEV похож на обычное транспортное средство с коленчатым валом, сцеплением и трансмиссией, с той разницей, что он имеет электродвигатель и аккумулятор. Эта конструкция известна как параллельная конфигурация. Большинство перспективных сменных HEV используют последовательную конфигурацию, в которой колеса приводятся в действие одним или несколькими электродвигателями.Вместо механической связи двигатель внутреннего сгорания подает питание на генератор, который производит электричество для двигателя (ей). Как и в случае с ноутбуком или мобильным телефоном, водитель подключает автомобиль к розетке переменного тока для подзарядки на ночь. Типичный пробег с полным зарядом составляет 32 км или 20 миль. В длительных поездках двигатель внутреннего сгорания включается, чтобы обеспечить постоянную мощность электродвигателей.

Какой аккумулятор лучше всего подходит для гибридного автомобиля?

Ранние модели HEV использовали свинцово-кислотные батареи, потому что не было альтернативы.Сегодня Honda и Toyota используют никель-металлогидрид (NiMH). Этот химический состав легче и экологически безопаснее, чем системы на основе свинца. Батарея состоит из цилиндрических ячеек, которые соединены последовательно, обеспечивая напряжение в несколько сотен вольт. Струны ячеек подвешены в воздухе, чтобы обеспечить воздушное охлаждение. На рис. 1 показан демонстрационный комплект аккумуляторной батареи для гибридных автомобилей Toyota раннего периода.

Одно из важнейших требований к батареям для гибридных приложений — долговечность. Аккумуляторы для потребительских товаров обычно служат от двух до трех лет. Такой короткий срок службы не является серьезным недостатком для мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых фотоаппаратов, поскольку устройства быстро устаревают.Стоимость замены батареи HEV составляет от 2000 до 3000 долларов за аккумуляторную батарею, что является серьезным расходом.

Гарантия на большинство аккумуляторов для HEV составляет восемь лет. Для обеспечения этого длительного срока службы элементы оптимизированы по долговечности, а не по размеру и весу, как в случае с портативными устройствами. Поскольку аккумулятор работает на колесах, увеличенный вес и размер не так уж критичны.
NiMH для HEV можно заряжать и разряжать 1000 раз, если это делается при глубине разряда 80%.В гибридном автомобиле полная разрядка происходит редко, за исключением случаев, когда владелец живет в горах и ему требуется весь доступный заряд аккумулятора, чтобы добраться до дома. Такой распорядок повысит нагрузку на аккумулятор и сократит срок его службы. В большинстве других случаев гибридный автомобиль использует только 10% номинальной емкости аккумулятора. Это позволяет выполнять тысячи циклов зарядки / разрядки. Батареи в спутниках используют аналогичную систему, в которой батарея разряжается менее чем на 10% в течение спутниковой ночи. НАСА добивается этого, увеличивая размер батареи.

Одним из ограничений NiMH является умеренная эффективность преобразования энергии. Это означает, что аккумулятор нагревается при зарядке и разрядке. Эффективность заряда лучше всего при уровне заряда 50-70%. При уровне выше 70% аккумулятор не может хорошо поглощать заряд, и большая часть энергии зарядки теряется в тепле. Работа аккумулятора с частичным зарядом требует большей массы, что снижает удельную энергию и эффективность.

Японские производители автомобилей испробовали несколько химикатов аккумуляторов, включая возврат к свинцово-кислотным.Сегодня основное внимание уделяется литий-ионным батареям. Литий-ионный компонент на основе кобальта является одним из первых химических компонентов в семействе лития и предлагает очень высокую плотность энергии. К сожалению, эта аккумуляторная система не может обеспечивать высокие токи и предназначена только для портативных устройств.

Производители HEV экспериментируют с марганцевой (шпинельной) и фосфатной версиями. Эти литий-ионные системы обладают чрезвычайно низким внутренним сопротивлением, обеспечивают высокие токи нагрузки и допускают быструю зарядку. В отличие от кобальтовой версии, сопротивление остается низким на протяжении всего срока службы батареи.Чтобы проверить характеристики литий-ионного сплава на основе марганца, исследовательская лаборатория применила 30 000 циклов разряд / заряд в течение семи лет. Хотя емкость упала со 100% до 20%, ячейка сохранила низкое внутреннее сопротивление. Недостатком марганца и фосфата является более низкая удельная энергия, но эти системы обеспечивают на 20% большую удельную мощность, чем NiMH, и в три раза больше, чем свинцово-кислотные. На рисунке 2 показаны плотности энергии свинцовых, никелевых и литий-ионных систем. Следует отметить, что литий-ионные системы обладают потенциалом более высокой плотности энергии, но за счет более низкой безопасности и сокращения срока службы.

Литий-ионные системы являются многообещающими кандидатами как для HEV, так и для сменного HEV, но требуют дополнительных исследований. Вот некоторые из препятствий, которые необходимо устранить:

Долговечность: Покупатель запрашивает гарантию на десять и более лет.В настоящее время производитель аккумуляторов для гибридных электромобилей может предоставить никель-металлгидридные аккумуляторы только восемь лет. Долговечность литий-ионных аккумуляторов еще не доказана, и соблюдение восьми лет будет сложной задачей.

Стоимость: Если стоимость замены никель-металлгидридного блока от 2 000 до 3 000 долларов США является чрезмерно высокой, литий-ионный аккумулятор будет выше. Эти системы дороже в производстве, чем большинство других химикатов, но имеют потенциал для снижения цен за счет усовершенствованных методов производства.NiMH достиг плато низкой стоимости и не может быть снижен из-за высоких цен на никель.

Безопасность: Литий-ионные батареи на основе марганца и фосфата по своей природе более безопасны, чем кобальтовые. Кобальт становится термически нестабильным при умеренной температуре 150 ° C (300 ° F). Марганцевые и фосфатные элементы могут нагреваться до 250 ° C (480 ° F), прежде чем станут небезопасными. Несмотря на повышенную термическую стабильность, аккумулятор требует дорогостоящих схем защиты для контроля напряжений элементов и ограничения тока в условиях отказа.Цепь безопасности также должна будет компенсировать несоответствие клеток, которое возникает естественным образом с возрастом. Недавние проблемы с надежностью литий-ионных аккумуляторов в портативных устройствах могут задержать выход на рынок HEV.

Наличие: Производители марганцевых и фосфатных элементов с трудом могут удовлетворить спрос. Быстрое увеличение количества лития для аккумуляторов HEV приведет к сокращению производства аккумуляторов. При 7 кг (15 фунтов) лития на батарею говорят о нехватке сырья.Большинство известных запасов лития находится в Южной Америке, Аргентине, Чили и Боливии.

Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV)

Представьте себе электромобиль, который может проехать 32 км на одной зарядке от домашней электрической розетки. Здесь нет загрязнения, и соседи не услышат, как вы приближаетесь и уезжаете, потому что машина полностью бесшумна. При отсутствии налога на газ вы можете бесплатно пользоваться дорожной системой. Либо это?

Как бы хорошо это ни звучало, экономия будет небольшой или вовсе отсутствует из-за батареи.Доктор Менахем Андерман, ведущий эксперт по передовым автомобильным аккумуляторным батареям, говорит, что у нас до сих пор нет подходящей батареи для подключаемого HEV и что надежность литий-ионной технологии для автомобильных приложений еще не доказана. В отличие от обычного HEV, который работает на мелких зарядах и разрядах, подключаемый HEV находится в режиме истощения заряда, который требует глубоких разрядов. Чтобы получить приемлемый запас хода, аккумулятор PHEV должен быть в пять раз больше, чем аккумулятор HEV.При расчетном сроке службы в 1000 полных циклов зарядки и разрядки батарею необходимо будет заменять каждые три года. При оценке 10 000 долларов на замену батареи ожидаемая экономия средств будет быстро исчерпана.

Современные автомобили не только обеспечивают транспорт; они также включают вспомогательные устройства для обеспечения безопасности, комфорта и удовольствия. Самыми основными из этих вспомогательных устройств являются фары и дворники. Большинству покупателей также нужны системы отопления и кондиционирования воздуха.Эти удобства считаются само собой разумеющимся в автомобилях с бензиновым двигателем, и их нужно будет экономно использовать в PHEV.

Аналитики дают еще 10 лет, прежде чем появится жизнеспособный подключаемый модуль HEV. Обещание создания автомобиля на топливных элементах с чистым сгоранием все еще живо в нашей памяти. По оценкам аналитиков, 20 лет до того, как топливный элемент будет готов для серийного производства автомобилей. Ходят слухи, что топливный элемент никогда не превратится в обычный автомобиль. Если это правда, мечта войдет в историю с паровым самолетом середины 1800-х годов, который был просто слишком громоздким для полета.

Парадокс гибридного автомобиля

На конференции Advanced Automotive Battery Conference на Гавайях один из делегатов оспорил производителя HEV, заявив, что немецкий дизельный автомобиль может иметь лучшую экономию топлива, чем гибрид. Председательствующий, будучи опытным продавцом, категорически отрицал это мнение. Однако в его заявлении есть доля правды. На шоссе дизельный автомобиль действительно более экономичен, но HEV имеет преимущество при езде по городу. Повышение мощности для быстрого разгона и рекуперативного торможения — это преимущества, которых немецкий дизель не предлагает.

Затем кто-то спросил: «Что произойдет, если HEV разрядит свои батареи при движении по длинному горному перевалу? Будет ли у машины достаточно мощности?» Ответ заключался в том, что машина сможет справиться только с двигателем внутреннего сгорания, но маневренность будет ограниченной. Чтобы компенсировать эту возможность, некоторые производители HEV предлагают внедорожники с полноразмерным двигателем IC мощностью 250 л.с. и электродвигателем на 150 л.с. Всего 400 л.с. Такой автомобиль неприветливо найдет покупателей, особенно если правительство выделит деньги на грант за то, чтобы он был «зеленым».«Очень жаль, что покупатели небольшого автомобиля или пассажиры, пользующиеся общественным транспортом, не имеют права на такую ​​подачу.

Вывод

Мы ожидаем, что литий-ионный аккумулятор в конечном итоге заменит никель-металлогидрид в гибридных электромобилях, но сегодня ему будут мешать короткий срок службы, высокие производственные затраты и проблемы безопасности. Нам нужно напоминать себе, что автомобильный рынок может терпеть только незначительное повышение стоимости новой аккумуляторной технологии. Что касается дополнительной емкости, литий-ионные системы обеспечивают только 20% -ное увеличение удельной энергии на единицу веса по сравнению с системами на основе никеля.Металлогидрид никеля доказал свою эффективность в современных ГЭВ, и новый химический состав должен предложить определенные преимущества по сравнению с существующими системами, чтобы найти покупателей.

Toyota, Honda и Ford лидируют в области технологий HEV. Ожидается, что к 2010 году другие крупные автопроизводители предложат конкурентоспособные модели. В настоящее время Panasonic EV Energy и Sanyo поставляют более 90% аккумуляторов HEV. Обе компании также разрабатывают литий-ионные аккумуляторы.
В то время как Япония и Корея сосредотачиваются на марганцевых системах, США экспериментируют с фосфатом, химией, которая сделала системы A123 известными.Европа полагается на экологически чистое дизельное топливо. Эти двигатели настолько чисты, что даже не пачкают ткань выхлопной трубы. BMW работает над водородным автомобилем с нулевым уровнем выбросов.

Время покажет, кто станет победителем в гонке за более чистые, экономичные и долговечные автомобили. С точки зрения долговечности сегодня победителем стал бы дизель. Мы надеемся, что в один прекрасный день будущие батареи будут иметь такой же срок службы, как и надежный дизельный двигатель, или даже превзойти его.

Ссылки: Менахем Андерман, Состояние и перспективы аккумуляторных технологий для гибридных электромобилей,
, включая гибридные электромобили с подзарядкой от электросети, январь 2007 г.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык и избегать спама и дискриминации.