Рис. SXC.hu

Зарядка аккумулятора

Несмотря на несомненные преимущества и продолжающееся развитие автомобильных двигателей внутреннего сгорания, будущее будет принадлежать электроприводам, которые начнут доминировать в течение следующих 20 лет.

Распространению чисто электрического привода предшествуют переходные гибридные решения, такие как уже известные системы Mild Hybride, Strong Hybride, Plug-in Hybride и электромобили, оснащенные Range Extender, то есть небольшим двигателем внутреннего сгорания, если это необходимо для зарядки батареи.

Как для гибридных, так и для электромобилей требуются эффективные запасы энергии, генерируемые генератором переменного тока, извлекаемые из внешних источников или восстанавливаемые во время торможения. Эту роль будут играть в основном литий-ионные аккумуляторы. По этой причине Bosch и Samsung создали совместное предприятие SB LiMomotive, которое стремится разрабатывать литий-ионные технологии для нужд автомобильной промышленности.

Преимущества и недостатки литий-ионных элементов

В производимых в настоящее время гибридных транспортных средствах по-прежнему используются никель-металл-водородные (NiMH) батареи. Тем не менее, их потенциал развития почти полностью используется, в отличие от литий-ионной технологии, которая имеет возможности для дальнейшего улучшения в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Это обеспечивает более высокое номинальное напряжение и более высокую плотность энергии. Он характеризуется устойчивостью к большему количеству циклов зарядки и разрядки и явно меньшей степенью саморазряда. Кроме того, эта технология уже успешно зарекомендовала себя на мобильных телефонах, ноутбуках и электроинструментах.

Однако требования, предъявляемые автомобильной промышленностью, намного выше. Для электромобиля массой 1000 килограмм и дальностью более 200 километров потребуется батарея емкостью 35 киловатт-часов. Сегодня такая батарея будет стоить около 500 евро за киловатт-час, всего около 17 000 евро, что слишком дорого. Следует также учитывать, что данный диапазон считается недостаточным для опрошенных пользователей автомобилей. Кроме того, срок службы современных литий-ионных аккумуляторов недостаточен для всего срока службы автомобиля.

Исследования и разработки

Для литий-ионных аккумуляторов SB LiMobil поставила перед собой следующие цели:

• значительно увеличить мощность и плотность энергии,
• значительно сократить производственные затраты,
• продлить срок службы и устойчивость к циклам зарядки,
• адаптировать эту технологию к стандартам безопасности, применяемым в автомобильной промышленности.

Для реализации этих задач требуются опытно-конструкторские работы в области совершенствования конструкции элементов (в химическом и механическом отношении), построения аккумуляторных модулей и систем управления.

Потребности гибридных и электромобилей здесь не идентичны. Первый требует более высокой плотности мощности, поскольку зависит от динамики движения, во втором - плотности энергии, определяющей длину пройденных расстояний без подзарядки.

Производимые в настоящее время элементы для гибридных автомобилей имеют плотность мощности около 3000 Вт на один килограмм массы и плотность энергии около 85 Вт-ч часов на килограмм. В ячейках, предназначенных исключительно для электроприводов, плотность энергии несколько выше, так как она достигает 110 Вт в час на килограмм. К 2012 году SB LiMobil планирует достичь плотности мощности, превышающей 4000 Вт на килограмм в аккумуляторах для гибридных транспортных средств, и плотности энергии более 150 Вт на килограмм для электрических приводов. Таким образом, через три года наиболее важные параметры литий-ионных аккумуляторов должны быть улучшены на 30-40 процентов.

Срок службы батареи

Чтобы защитить аккумулятор в гибридных системах, он разряжается только до минимума, и обычно используется менее 20 процентов его емкости, что включает большое количество циклов зарядки и разрядки. Поэтому необходимо разработать гибридную батарею для гибридных накопителей со сроком службы более миллиона циклов. В случае электромобиля достаточно приблизительно от 2500 до 3000 циклов. Однако для увеличения дальности полета автомобиля необходимо будет адаптировать аккумулятор к возможности использования 80 процентов его емкости.

Эксплуатационные параметры литий-ионных аккумуляторов также зависят от других факторов. Например, оптимальные температуры наружного воздуха находятся в диапазоне от +15 до + 45 ° C. Температура в автомобиле колеблется от -30 до + 60о. В нижней части происходит снижение производительности батареи, а в более короткое время срок службы уменьшается. Поэтому необходимо использовать интеллектуальную систему распределения тепла, но она требует ... дополнительного потребления энергии, особенно для охлаждения. Поэтому, как часть разработки SB LiMobil, в первую очередь планируется расширить диапазон рабочих температур ячеек путем соответствующего выбора материалов и оптимизации структуры.

После всех этих улучшений оба типа аккумуляторов получат срок службы, соответствующий периоду эксплуатации автомобиля, или более 12 лет или 250 000 километров пробега. В 2011 году начнется серийное производство ячеек для гибридных автомобилей, а в следующем году - для электрических.

безопасность

Соответствие высоким требованиям безопасности означает необходимость разработки термостойких и негорючих материалов, используемых для производства ячеек. Важную роль будет также играть их электронный мониторинг, в котором специальный контроллер контролирует и регулирует интенсивность, напряжение, температуру и ход процесса загрузки и разгрузки. Это защищает аккумулятор от чрезмерной разрядки или тепловой перегрузки. Надежный корпус и безопасное место для установки аккумулятора в автомобиле обеспечивают герметичность элементов даже в случае дорожно-транспортного происшествия.

Более низкие производственные затраты

Благодаря увеличению мощности и удельной энергии станет возможным ограничить количество элементов в батарее, которое затем станет легче и, прежде всего, дешевле. Сокращение удельных затрат также приведет к массовым масштабам производства и повышению стандартизации используемых для него компонентов, а также интеграции элементов в аккумуляторные модули. Предполагается, что в 2015 году стоимость производства батареи составит 350 евро за киловатт-час, или на треть меньше, чем сегодня. В этой ситуации батарея для электромобиля, охарактеризованная с самого начала, будет стоить около 12 000 евро.

Аннотация доклада, представленного на 59-й Международной конференции по автомобильной прессе Bosch, июнь 2009 г., Боксберг

Похожие