Despre bateriile de autoturisme Hybrid

Bateriile hibride

Care este diferența dintre o baterie hibridă și o baterie standard? Aceasta este o întrebare care plutește de când vehiculele hibride au apărut pentru prima dată pe piață în 1999. Suntem aici pentru a vă spune asemănările, diferențele și pentru a vă oferi o perspectivă asupra modului în care funcționează fiecare.

Ce este o baterie auto standard?

Dacă sunteți un proprietar experimentat de vehicul, probabil că ați schimbat bateria unuia sau mai multor vehicule. Bateria din vehiculul cu motor cu ardere are un singur scop, acela de a porni vehiculul furnizând putere motorului, denumit astfel starting-light-ignition sau SLI.

O baterie standard de vehicul este o baterie plumb-acid de 12 V 40 Ah care vine în serii de 6 sau 12 celule, în funcție de vehicul. Vă puteți aștepta ca aceste tipuri de baterii să țină între 2 și 6 ani; mai mult dacă vă aflați în regiunea de nord, care prevede o climă mai rece.

Diferențele dintre bateriile standard și bateriile hibride

Există câteva diferențe între bateriile standard cu ardere și bateriile hibride. Deși cea mai mare diferență este durata de viață a fiecărei baterii (6 ani în bateriile standard și 10 ani în bateriile hibride), există alte câteva diferențe.

Ce este o baterie de mașină hibridă?

O baterie de mașină hibridă este ca orice altă baterie, cu excepția faptului că este reîncărcabilă și are suficientă putere pentru a deplasa un vehicul greu mare pe drum pentru câțiva metri sau câteva mile.

Cum funcționeazã?

Ca toate bateriile, bateriile hibride au doi electrozi (care colectează sau emit o sarcină electrică) care se află într-o soluție bogată în ioni numită electrolit. (Un ion este un atom sau un grup de atomi cu o sarcină electrică.)

Electrozii sunt foarte apropiați, așa că o peliculă de polimer, numită separator, îi împiedică să se atingă, ceea ce ar crea un scurtcircuit. Un comutator pornit-oprit în orice dispozitiv este alimentat de baterie – telefonul sau laptopul dvs. – unește electrozii celulei pentru a genera energie. Atunci începe reacția electrochimică.

Rețineți: ceea ce numim în mod obișnuit „o baterie” este de fapt un pachet de baterii care găzduiește multe celule individuale. Bateria telefonului dvs. mobil este doar o singură celulă, dar orice lucru mai mare, chiar și o baterie de laptop, utilizează mai multe celule care lucrează împreună.

Elementele ionizate dintr-un electrod sunt într-o stare chimică în care sunt ușor atrase pentru a se combina cu alte molecule, emițând electroni (energie) în proces. Aceste elemente sunt trase prin electrolit și separator către electrodul opus. Ionii electrodului negativ (anodului) renunță la electroni; ionii pozitivi care vin spre anod îi acceptă. Electronii eliberați în timpul acestui proces călătoresc prin circuitul extern (de exemplu, telefonul dvs.), producând un flux de sarcină în direcția opusă fluxului de ioni. În timpul reîncărcării, curentul este forțat în celulă, inversând procesul.

Pe măsură ce aflăm mai multe despre bateriile hibride, rețineți un lucru: energia totală determină autonomia electrică a vehiculului, în timp ce puterea disponibilă determină accelerația acestuia.

Bateriile hibride de astăzi: hidrură metalică de nichel

Baterie hibridă Toyota Prius

Pachetul de baterii a celei de-a doua generații Toyota Prius este format din 28 de module prismatice de hidrură metalică de nichel Panasonic – fiecare conținând șase celule de 1,2 volți – conectate în serie pentru a produce o tensiune nominală de 201,6 volți. Numărul total de celule este de 168, comparativ cu 228 de celule ambalate în 38 de module din prima generație Prius. Pachetul este poziționat în spatele banchetei din spate.

Greutatea bateriei complete este de 53,3 kg. Capacitatea de descărcare a pachetului Prius este de aproximativ 20 kW la o stare de încărcare de 50%. Capacitatea de putere crește cu temperaturi mai ridicate și scade la temperaturi mai scăzute. Prius are un computer care este dedicat exclusiv menținerii bateriei Prius la temperatura optimă și la nivelul optim de încărcare. Prius furnizează aer condiționat din cabină ca management termic pentru răcirea bateriilor. Aerul este aspirat de o suflantă de 12 volți instalată deasupra puțului pentru anvelopa din spate a șoferului.

(Fotografii prin amabilitatea Centrului de dezvoltare a carierei în automobile.)

Baterie hibridă Toyota Highlander

Bateria nichel-hidrură metalică utilizată la Highlander Hybrid este ambalată într-o carcasă metalică nou dezvoltată. Cele 240 de celule pot furniza o tensiune înaltă de 288 volți, dar unitățile motogeneratoare pot funcționa la o tensiune variabilă de la 280 volți la 650 volți. Pachetul de baterii furnizează 288 volți, dar convertorul boost, o parte a invertorului de deasupra transmisiei, schimbă acest lucru la 500 volți. Acest pachet de baterii oferă cu 40% mai multă putere decât bateria Prius, în ciuda faptului că este cu 18% mai mic.

Fiecare dintre module are propriul sistem de monitorizare și control al răcirii. Performanța de răcire reduce pierderile de eficiență din cauza căldurii excesive, asigurând că bateria poate furniza energie electrică necesară motoarelor în orice moment. Unitatea de monitorizare a bateriei gestionează descărcarea și reîncărcarea de către generator și motoare pentru a menține nivelul de încărcare constant în timp ce mașina funcționează. Acumulatorul este depozitat sub scaunele din spate.

Baterie Honda Insight

Pachetul de baterii Honda Insight format din 120 de celule D Panasonic nichel-hidrură metalică de 1,2 volți este capabil să descarce 100 A și rate de încărcare de 50 A. Sistemul limitează capacitatea utilizabilă la 4 Ah pentru a prelungi durata de viață a bateriei. Ieșirea totală a acumulatorului este de 144 volți. Bateriile sunt amplasate sub podeaua compartimentului de marfă, împreună cu unitatea de control a puterii Honda Integrated Motor Assist. Honda a folosit tehnologia dezvoltată pentru mașina sa electrică EV Plus pentru dezvoltarea originală a sistemului de baterii al lui Insight.

Baterie litiu-ion – pentru mașinile electrice și hibride de următoarea generație

Bateriile litiu-ion (sau Li-ion) sunt importante deoarece au o densitate de energie mai mare – cantitatea de energie pe care o dețin în greutate sau în volum – decât orice alt tip. Regula generală este că celulele Li-ion rețin aproximativ de două ori mai multă energie pe kilogram decât generația anterioară de baterii avansate, nichel-metal-hidrură (NiMH), care sunt utilizate în toți hibrizii actuali, inclusiv Toyota Prius. NiMH, la rândul său, deține aproximativ de două ori mai multă energie per kilogram decât bateria convențională cu plumb-acid (PbA) de 12 volți care alimentează motorul de pornire al mașinii tale. Capacitatea Li-ionului de a transporta atât de multă energie face posibile mașinile electrice.

Comparați bateriile de la legendarul EV1 al GM cu cele pentru viitorul său EV cu rază extinsă Volt! Pachetul EV1 din 1997 a folosit celule plumb-acid; avea aproape opt picioare lungime și cântărea 1200 de lire sterline. Dar pachetul Volt de astăzi care utilizează celule litiu-ion, stochează aceeași cantitate de energie (16 kilowați-oră) .

Nu există o baterie litiu-ion

În mod esențial, nu există o singură baterie litiu-ion, deși această greșeală este adesea văzută în presă. Mai multe formulări chimice diferite pentru electrozi concurează; fiecare are argumentele sale pro și contra. „Nici o chimie nu va fi cea perfectă.”, spune Klaus Brandt, directorul executiv al Gaia, un producător german de celule. Anodul (sau electrodul negativ) este de obicei realizat din grafit, dar chimia catodului (electrodul pozitiv) variază foarte mult. La fel ca orice alt factor, din ce este făcut catodul determină capacitatea celulei. Caracteristica critică este viteza la care catodul poate absorbi și emite ioni de litiu liberi. Fiecare dintre mai multe materiale catodice concurente oferă o combinație diferită de cost, durabilitate, performanță și siguranță. Să aruncăm o privire la cei mai importanți concurenți catodici.

Dioxid de cobalt

Dioxidul de cobalt este cea mai populară alegere astăzi pentru celulele mici (cele din telefonul mobil sau laptopul tău). Este pe piață de 15 ani, așa că este dovedit și costurile sale sunt cunoscute, deși la fel ca nichelul, cobaltul este scump. Cobaltul este mai reactiv decât nichelul sau manganul, ceea ce înseamnă că oferă un potențial electric ridicat atunci când este asociat cu anozi de grafit, oferind o tensiune mai mare. Are cea mai mare densitate de energie, dar atunci când este complet încărcat, este cel mai predispus la oxidare (foc) cauzată de scurtcircuitele interne. Acest lucru poate duce la evadare termică, în care o celulă își provoacă arderea vecinilor, aprinzând aproape instantaneu întregul pachet (gândiți-vă la videoclipurile de pe YouTube cu laptopuri care ard). De asemenea, impedanța internă a unei celule de cobalt – măsura în care aceasta „împinge înapoi” împotriva unui curent alternativ – crește nu doar cu utilizarea, ci și cu timpul.

Celulele cu dioxid de cobalt sunt fabricate de zeci de companii japoneze, sud-coreene și chineze, dar numai Tesla Motors le folosește – 6.831 dintre ele mai exact – într-o mașină electrică. Pachetul lor folosește senzori, izolarea celulelor și răcirea cu lichid pentru a se asigura că orice energie eliberată în cazul în care o celulă se scurtează nu poate aprinde niciunul dintre vecinii săi.

Nichel-cobalt-mangan (NCM)

Nichel-cobalt-mangan (NCM) este oarecum mai ușor de făcut. Manganul este mai ieftin decât cobaltul, dar se dizolvă ușor în electroliți, ceea ce îi oferă o viață mai scurtă. Înlocuirea cu nichel și mangan cu o parte din cobalt permite producătorilor să regleze celula fie pentru o putere (tensiune) mai mare, fie pentru o densitate de energie mai mare, deși nu ambele în același timp. NCM rămâne susceptibil la evadarea termică, deși mai puțin decât dioxidul de cobalt. Durabilitatea sa pe termen lung este încă neclară, iar nichelul și manganul sunt ambele încă scumpe acum. Printre producătorii, se numără Hitachi, Panasonic și Sanyo.

Nichel-cobalt-aluminiu (NCA)

Nichel-cobalt-aluminiu (NCA) este similar cu NCM, cu aluminiul cu costuri mai mici înlocuind manganul. Printre companiile care produc celule NCA, se numără Toyota și Johnson Controls–Saft, un joint venture între un furnizor de automobile din Milwaukee și o firmă franceză de baterii.

Oxid de mangan spinel (MnO)

Spinelul de oxid de mangan (MnO) oferă o putere mai mare la un cost mai mic decât cobaltul, deoarece structura sa cristalină tridimensională oferă o suprafață mai mare, permițând un flux ionic mai bun între electrozi. Dar dezavantajul este o densitate de energie mult mai mică. GS Yuasa, LG Chem, NEC-Lamilion Energy și Samsung oferă celule cu astfel de catozi; LG Chem este una dintre cele două companii care concurează pentru ca celulele sale să fie folosite la Chevrolet Volt.

Fosfat de fier (FePO)

Fosfatul de fier (FePO) ar putea fi cel mai promițător catod nou, datorită stabilității și siguranței sale. Compusul este ieftin și, deoarece legăturile dintre atomii de fier, fosfat și oxigen sunt mult mai puternice decât cele dintre cobalt și atomii de oxigen, oxigenul este mult mai greu de desprins atunci când este supraîncărcat. Deci, dacă nu reușește, o poate face fără a se supraîncălzi. Din păcate, celulele cu fosfat de fier funcționează la o tensiune mai mică decât cobaltul, așa că mai multe dintre ele trebuie legate între ele pentru a oferi suficientă putere pentru a porni un motor. Sistemele A123 – care concurează și pentru contractul Volt – utilizează nanostructuri în catozii FePo, despre care se spune că produce o putere mai bună și o viață mai lungă. Alți producători includ Gaia și Valence Technology.

• Taxonomia bateriei. Bateriile hibride sunt un pachet de celule individuale, separate de o peliculă polimerică pentru a împiedica scurtcircuitarea bateriei. O baterie standard este o singură carcasă care conține cele 6 sau 12 celule.
• Efecte asupra mediului. O parte din atracția consumatorilor care achiziționează hibrizi se datorează conștiinței lor față de mediu. Bateria plumb-acid din vehiculele standard este definită ca un material periculos și ar trebui reciclată în mod corespunzător, deoarece adaugă deșeuri toxice mediului.
• Eficiența consumului de combustibil. Vehiculul hibrid este mult mai eficient când vine vorba de consumul de combustibil, datorită în mare parte bateriei sale. Deși toți hibrizii conțin o baterie plumb-acid în plus față de o baterie NiMH (Nickel Metal Hydride), aceștia folosesc mai puțin combustibil datorită bateriei NiMh.

Dacă dorești să afli mai multe despre mașini te invit pe site-ul autochelu.ro.