Baterie pro hybridní a elektrická vozidla

V našem předchozím článku jsme probrali baterii jako zdroj elektrické energie, potřebný především ke startu auta, a také pro relativně krátkodobý provoz elektrického zařízení. Zcela odlišné požadavky jsou však kladeny na vlastnosti baterií používaných v oblasti pohonu velkých mobilních zařízení, v našem případě hybridních vozidel a elektrických vozidel. K pohonu vozidla je potřeba mnohem větší množství uložené energie, které je třeba někde uložit. V klasickém automobilu se spalovacím motorem je v nádrži uložen ve formě benzínu, nafty nebo LPG. V případě elektrického vozidla nebo hybridního vozidla je uloženo v bateriích, což lze označit za hlavní problém elektrického vozidla.

Současné akumulátory mohou ukládat málo energie, zatímco jsou poměrně objemné, těžké a zároveň jejich doplnění na maximum (obvykle 8 a více) zabere několik hodin. Naproti tomu konvenční vozidla se spalovacími motory dokážou ve srovnání s bateriemi v malém pouzdře uložit velké množství energie za předpokladu, že dobití zabere jen minutu, možná dvě. Problém skladování elektřiny bohužel trápí elektrická vozidla od jejich vzniku a navzdory nepopiratelnému pokroku je jejich energetická hustota potřebná k pohonu vozidla stále velmi nízká. V následujících řádcích, ukládání e -mailu Podrobněji probereme energii a pokusíme se přiblížit skutečnou realitu automobilů s čistě elektrickým nebo hybridním pohonem. Kolem těchto „elektronických aut“ koluje mnoho mýtů, a proto není na škodu se blíže podívat na výhody či nevýhody takových pohonů.

Bohužel údaje uváděné výrobci jsou také velmi pochybné a jsou spíše teoretické. Například Kia Venga obsahuje elektromotor o výkonu 80 kW a točivém momentu 280 Nm. Energii dodávají lithium-iontové baterie s kapacitou 24 kWh, předpokládaný dojezd Kia Vengy EV dle výrobce je 180 km. Kapacita baterií nám říká, že plně nabité dokážou zajistit spotřebu motoru 24 kW, nebo nakrmit spotřebu 48 kW za půl hodiny atd. Jednoduchý přepočet a neujedeme 180 km . Pokud bychom chtěli uvažovat o takovém dojezdu, pak bychom museli jet průměrně 60 km/h asi 3 hodiny a výkon motoru by byl jen desetina nominální hodnoty, tedy 8 kW. Jinými slovy, při opravdu opatrné (opatrné) jízdě, kdy v práci téměř jistě využijete brzdu, je taková jízda teoreticky možná. Samozřejmě neuvažujeme o zařazení různých elektropříslušenství. Každý si už dokáže představit, jaké sebezapření oproti klasickému autu. Do klasické Vengy přitom nalijete 40 litrů nafty a najezdíte stovky a stovky kilometrů bez omezení. Proč je to tak? Zkusme si porovnat, kolik této energie a jakou váhu pojme klasický automobil v nádrži a kolik elektromobil pojme baterie – více čtěte ZDE.

Pár faktů z chemie a fyziky

• výhřevnost benzínu: 42,7 MJ / kg,
• výhřevnost motorové nafty: 41,9 MJ / kg,
• hustota benzínu: 725 kg / m3,
• hustota oleje: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1 MJ = 0,2778 kWh.

Energie je schopnost konat práci, měřená v joulech (J), kilowatthodinách (kWh). Práce (mechanická) se projevuje změnou energie při pohybu těla, má stejné jednotky jako energie. Výkon vyjadřuje množství práce vykonané za jednotku času, základní jednotkou je watt (W).

Specifický výkon energetických zdrojů

Energetický zdroj	Výhřevnost / kg hustoty	Výhřevnost / l Energie / l	Energie / kg
benzín	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Olej	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-ion baterie (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Z výše uvedeného je zřejmé, že například s výhřevností 42,7 MJ / kg a hustotou 725 kg / m3 nabízí benzín energii 8,60 kWh na litr nebo 11,86 kWh na kilogram. Postavíme-li současné baterie, které jsou nyní instalovány v elektrických vozidlech, například lithium-iontových, jejich kapacita je menší než 0,1 kWh na kilogram (pro jednoduchost budeme uvažovat 0,1 kWh). Konvenční paliva poskytují více než stokrát více energie při stejné hmotnosti. Pochopíte, že to je obrovský rozdíl. Pokud to rozdělíme na malé, například Chevrolet Cruze s 31 kWh baterií nese energii, která se vejde do necelých 2,6 kg benzínu, nebo chcete -li asi 3,5 litru benzínu.

Poznáte, jak je možné, že se elektromobil vůbec rozjede, a ne, že bude mít stále více než 100 km energie. Důvod je prostý. Elektromotor je mnohem efektivnější z hlediska přeměny uložené energie na mechanickou energii. Obvykle by měl mít účinnost 90%, zatímco účinnost spalovacího motoru je asi 30% u benzínového motoru a 35% u vznětového motoru. Proto k zajištění stejného výkonu elektromotoru stačí s mnohem nižší energetickou rezervou.

Snadné použití jednotlivých pohonů

Po vyhodnocení zjednodušeného výpočtu se předpokládá, že z litru benzínu získáme přibližně 2,58 kWh mechanické energie, z litru nafty 3,42 kWh a z kilogramu lithium-iontové baterie 0,09 kWh. Rozdíl tedy není více než stonásobný, ale jen asi třicetinásobný. To je nejlepší číslo, ale pořád to není úplně růžové. Vezměme si například sportovní Audi R8. Jeho plně nabité baterie o hmotnosti 470 kg mají energetický ekvivalent 16,3 litrů benzinu nebo pouhých 12,3 litrů nafty. Nebo pokud bychom měli Audi A4 3,0 TDI s nádrží na 62 litrů nafty a chtěli bychom mít stejný dojezd na čistě bateriový pohon, potřebovali bychom přibližně 2350 2 kg baterií. Tato skutečnost zatím nedává elektromobilu příliš světlou budoucnost. Není však třeba házet flintu do žita, tlak na vývoj takových „e-aut“ totiž odebere nelítostná zelená lobby, takže ať se to automobilkám líbí nebo ne, musí vyrábět něco „zeleného“ . “. Jednoznačnou náhradou za čistě elektrický pohon jsou takzvané hybridy, které kombinují spalovací motor s elektromotorem. Aktuálně nejznámější jsou například Toyota Prius (Auris HSD se stejnou hybridní technologií) nebo Honda Inside. Jejich čistě elektrický dojezd je však stále k smíchu. V prvním případě asi 20 km (v nejnovější verzi Plug In je zvýšen „na“ 1 km) a ve druhém Honda ani neklepe na čistě elektrický pohon. Výsledná účinnost v praxi zatím není tak zázračná, jak naznačuje masová reklama. Realita ukázala, že je dokážou obarvit jakýmkoli modrým pohybem (ekonomicky) většinou konvenční technologií. Výhoda hybridní elektrárny spočívá především v spotřebě paliva při jízdě ve městě. Audi nedávno uvedlo, že v současné době je nutné pouze snížit hmotnost karoserie, aby bylo dosaženo v průměru stejné spotřeby paliva, jaké dosahují některé značky instalací hybridního systému do automobilu. Že nejde o výkřik do tmy, dokazují i ​​nové modely některých aut. Například nedávno představená sedmá generace Volkswagenu Golf využívá k poučení lehčí komponenty a v praxi skutečně spotřebuje méně paliva než dříve. Japonská automobilka Mazda se vydala podobným směrem. Navzdory těmto tvrzením pokračuje vývoj „dlouhého“ hybridního pohonu. Jako příklad uvedu Opel Ampera a paradoxně model z Audi AXNUMX e-tron.

Snadné použití jednotlivých pohonů

Energetický zdroj	Účinnost motoru	Efektivní energie / l	Efektivní energie / kg
benzín	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Olej	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Lithium-iontové baterie	0,90	-	OK. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Přestože je Opel Ampera často prezentován jako elektrické vozidlo, ve skutečnosti jde o hybridní vozidlo. Kromě elektrického motoru používá Ampere také spalovací motor o objemu 1,4 litru o výkonu 63 kW. Tento benzínový motor však nepohání přímo kola, ale funguje spíše jako generátor pro případ, že by bateriím došla elektřina. energie. Elektrickou část představuje elektromotor s výkonem 111 kW (150 k) a točivým momentem 370 Nm. Napájení je napájeno lithiovými články 220 ve tvaru T. Mají celkový výkon 16 kWh a hmotnost 180 kg. Tento elektromobil dokáže ujet 40–80 km na čistě elektrický pohon. Tato vzdálenost je často dostačující pro celodenní jízdu po městě a výrazně snižuje provozní náklady, protože městský provoz vyžaduje v případě spalovacích motorů značnou spotřebu paliva. Akumulátory lze dobíjet také ze standardní zásuvky a v kombinaci se spalovacím motorem se dojezd Ampery prodlužuje na velmi úctyhodných pět set kilometrů.

Audi e-elektron A1

Audi, které preferuje klasický pohon s vyspělejší technikou než technicky velmi náročný hybridní pohon, před více než dvěma lety představilo zajímavý hybridní vůz A1 e-tron. Lithium-iontové baterie o kapacitě 12 kWh a hmotnosti 150 kg nabíjí Wankelův motor jako součást generátoru, který využívá energii ve formě benzínu uloženou v nádrži o objemu 254 litrů. Motor má objem 15 metrů krychlových. cm a generuje 45 kW/h el. energie. Elektromotor má výkon 75 kW a během krátké doby dokáže vyrobit výkon až 0 kW. Zrychlení ze 100 na 10 je cca 130 sekund a maximální rychlost cca 50 km / h. Vůz dokáže ujet cca 12 km po městě na čistě elektrický pohon. Po vyčerpání e. energie je diskrétně aktivována rotačním spalovacím motorem a dobíjí elektřinu. energie pro baterie. Celkový dojezd s plně nabitými bateriemi a 250 litry benzínu je cca 1,9 km při průměrné spotřebě 100 litrů na 1450 km. Provozní hmotnost vozidla je 12 kg. Pojďme se podívat na jednoduchý přepočet, abychom v přímém srovnání viděli, kolik energie se skrývá ve 30litrovém zásobníku. Za předpokladu účinnosti moderního Wankelova motoru 70 %, pak z toho 9 kg spolu s 12 kg (31 l) benzínu odpovídá 79 kWh energie uložené v bateriích. Tedy 387,5 kg motoru a nádrže = 1 kg baterií (přepočteno na hmotnosti Audi A9 e-Tron). Pokud bychom chtěli palivovou nádrž zvětšit o 62 litrů, měli bychom již k dispozici XNUMX kWh energie pro pohon vozu. Tak bychom mohli pokračovat. Musí mít ale jeden háček. Už to nebude „zelené“ auto. I zde je tedy jasně vidět, že elektrický pohon je výrazně omezen výkonovou hustotou energie uložené v bateriích.

Zejména vyšší cena a také vysoká hmotnost vedly k tomu, že hybridní pohon u Audi postupně ustoupil do pozadí. To však neznamená, že by vývoj hybridních vozů a elektromobilů u Audi zcela odepsal. Nedávno se objevily informace o nové verzi modelu A1 e-tron. Oproti předchozímu byl rotační motor/generátor nahrazen 1,5 kW 94litrovým tříválcovým přeplňovaným motorem. Použití klasické spalovací jednotky si Audi vynutilo především kvůli potížím spojeným s touto převodovkou a nový tříválcový motor je určen nejen k dobíjení akumulátorů, ale také přímo spolupracuje s hnacími koly. Baterie Sanyo mají shodný výkon 12 kWh a dojezd čistě elektrického pohonu se mírně zvýšil na přibližně 80 km. Audi říká, že modernizovaný A1 e-tron by měl průměrně jeden litr na sto kilometrů. Bohužel tento výdaj má jeden háček. Pro hybridní vozidla s prodlouženým čistě elektrickým dojezdem. pohon využívá zajímavou techniku ​​pro výpočet konečného průtoku. Takzvaná spotřeba je ignorována. tankování z síť nabíjení baterie, stejně jako konečná spotřeba l / 100 km, zohledňuje pouze spotřebu benzínu za posledních 20 km jízdy, kdy je elektřina. nabíjení baterie. Velmi jednoduchým výpočtem to můžeme vypočítat, pokud byly baterie vhodně vybité. jeli jsme po výpadku proudu. energie z čistě benzinových baterií se ve výsledku spotřeba zvýší pětkrát, tedy 5 litrů benzinu na 100 km.

Audi A1 e-tron II. generace

Problémy s ukládáním elektřiny

Problematika skladování energie je stará jako elektrotechnika sama. Prvními zdroji elektřiny byly galvanické články. Po krátké době byla objevena možnost vratného procesu akumulace elektrické energie v galvanických sekundárních článcích – bateriích. První používané baterie byly olověné, po krátké době nikl-železné a o něco později nikl-kadmiové a jejich praktické využití trvalo více než sto let. Nutno také dodat, že i přes intenzivní celosvětový výzkum v této oblasti se jejich základní provedení příliš nezměnilo. Použitím nových výrobních technologií, zlepšením vlastností základních materiálů a použitím nových materiálů pro separátory článků a nádob se podařilo mírně snížit měrnou hmotnost, snížit samovybíjení článků a zvýšit komfort a bezpečnost obsluhy. ale to je asi tak všechno. Nejvýraznější nevýhodou, tzn. Zůstal velmi nepříznivý poměr množství akumulované energie k hmotnosti a objemu baterií. Proto byly tyto baterie využívány především ve statických aplikacích (záložní zdroje pro případ výpadku hlavního zdroje apod.). Baterie se používaly jako zdroj energie pro trakční systémy zejména na železnici (přepravní vozíky), kde vysoká hmotnost a výrazné rozměry také příliš nepřekážely.

Průběh skladování energie

Zvýšila se však potřeba vyvíjet články s malými kapacitami a rozměry v ampérhodinách. Tak byly vytvořeny alkalické primární články a uzavřené verze nikl-kadmiových (NiCd) a poté nikl-metal-hydridových (NiMH) baterií. Pro zapouzdření buněk byly zvoleny stejné tvary a velikosti rukávů jako pro dosud konvenční primární články chloridu zinečnatého. Zejména dosažené parametry nikl-metalhydridových baterií umožňují jejich použití zejména v mobilních telefonech, notebookech, ručních pohonech nástrojů atd. Technologie výroby těchto článků se liší od technologií používaných pro články s velká kapacita v ampérhodinách. Lamelové uspořádání elektrodového systému velkých buněk je nahrazeno technologií převodu elektrodového systému včetně separátorů na válcovou cívku, která je vložena a kontaktována s pravidelnými tvarovanými články ve velikostech AAA, AA, C a D, resp. násobky jejich velikosti. Pro některé speciální aplikace se vyrábějí speciální ploché články.

Výhodou hermetických článků se spirálovými elektrodami je několikanásobně větší schopnost nabíjení a vybíjení vysokými proudy a poměr relativní hustoty energie k hmotnosti a objemu článku ve srovnání s klasickou konstrukcí velkých článků. Nevýhodou je větší samovybíjení a méně pracovních cyklů. Maximální kapacita jednoho NiMH článku je přibližně 10 Ah. Ale stejně jako u jiných válců většího průměru neumožňují nabíjení příliš vysokými proudy z důvodu problematického odvodu tepla, což značně snižuje využití v elektromobilech, a proto se tento zdroj používá pouze jako pomocný akumulátor v hybridním systému (Toyota Prius 1,3 kWh).

Významným pokrokem v oblasti skladování energie byl vývoj bezpečných lithiových baterií. Lithium je prvek s vysokou hodnotou elektrochemického potenciálu, ale je také extrémně reaktivní v oxidativním smyslu, což také způsobuje problémy při použití kovového lithia v praxi. Při kontaktu lithia se vzdušným kyslíkem dochází k hoření, které v závislosti na vlastnostech prostředí může mít charakter výbuchu. Tuto nepříjemnou vlastnost lze eliminovat buď pečlivou ochranou povrchu, nebo použitím méně aktivních sloučenin lithia. V současnosti jsou nejrozšířenější lithium-iontové a lithium-polymerové baterie s kapacitou 2 až 4 Ah v ampérhodinách. Jejich použití je podobné jako u NiMh a při průměrném vybíjecím napětí 3,2 V je k dispozici 6 až 13 Wh energie. Ve srovnání s nikl-metal hydridovými bateriemi mohou lithiové baterie uložit dvakrát až čtyřikrát více energie na stejný objem. Lithium-iontové (polymerové) baterie mají elektrolyt v gelové nebo pevné formě a lze je vyrábět v plochých článcích tenkých několik desetin milimetru v prakticky libovolném tvaru, aby vyhovovaly potřebám příslušné aplikace.

Elektropohon v osobním automobilu může být proveden jako hlavní a jediný (elektromobil) nebo kombinovaný, kdy elektrický pohon může být dominantním i pomocným zdrojem trakce (hybridní pohon). Podle použité varianty se liší energetické nároky na provoz vozidla a tedy i kapacita baterií. U elektromobilů se kapacita baterie pohybuje mezi 25 a 50 kWh, u hybridního pohonu je přirozeně nižší a pohybuje se od 1 do 10 kWh. Z uvedených hodnot je vidět, že při napětí jednoho (lithiového) článku 3,6 V je nutné články zapojit do série. Pro snížení ztrát v distribučních vodičích, měničích a vinutí motoru se doporučuje pro pohony volit napětí vyšší než je obvyklé v palubní síti (12 V) - běžně používané hodnoty jsou od 250 do 500 V. Od dnes jsou zřejmě nejvhodnějším typem lithiové články. Je pravda, že jsou stále velmi drahé, zejména ve srovnání s olověnými bateriemi. Jsou však mnohem obtížnější.

Jmenovité napětí běžných článků lithiových baterií je 3,6 V. Tato hodnota je odlišná od běžných nikl-metalhydridových článků, resp. NiCd, které mají jmenovité napětí 1,2 V (nebo olovo - 2 V), což v případě použití v praxi neumožňuje zaměnitelnost obou typů. Nabíjení těchto lithiových baterií se vyznačuje nutností velmi přesně udržovat hodnotu maximálního nabíjecího napětí, což vyžaduje speciální typ nabíječky a zejména neumožňuje použití nabíjecích systémů určených pro jiné typy článků.

Hlavní charakteristiky lithiových baterií

Za hlavní charakteristiky baterií pro elektrická vozidla a hybridy lze považovat jejich nabíjecí a vybíjecí charakteristiky.

Charakteristika nabíjení 

Proces nabíjení vyžaduje regulaci nabíjecího proudu, nelze přehlédnout řízení napětí článku a řízení aktuální teploty. U dnes používaných lithiových článků, které jako katodovou elektrodu používají LiCoO2, je maximální limit nabíjecího napětí 4,20 až 4,22 V na článek. Překročení této hodnoty vede k poškození vlastností článku a naopak nedosažení této hodnoty znamená nevyužití jmenovité kapacity článku. Pro nabíjení se používá obvyklá IU charakteristika, to znamená, že v první fázi se nabíjí konstantním proudem, dokud není dosaženo napětí 4,20 V / článek. Nabíjecí proud je omezen na maximální přípustnou hodnotu uvedenou výrobcem článku. možnosti nabíječky. Doba nabíjení v první fázi se pohybuje od několika desítek minut do několika hodin, v závislosti na velikosti nabíjecího proudu. Napětí článku se postupně zvyšuje až na max. hodnoty 4,2 V. Jak již bylo uvedeno, toto napětí by nemělo být překročeno kvůli riziku poškození článku. V první fázi nabíjení je v článcích uloženo 70 až 80% energie, ve druhé fázi zbytek. Ve druhé fázi je nabíjecí napětí udržováno na maximální přípustné hodnotě a nabíjecí proud postupně klesá. Nabíjení je dokončeno, když proud klesne na přibližně 2–3% jmenovitého vybíjecího proudu článku. Protože maximální hodnota nabíjecích proudů v případě menších článků je také několikanásobně vyšší než vybíjecí proud, lze významnou část elektřiny ušetřit v první fázi nabíjení. energie v relativně velmi krátkém čase (přibližně ½ a 1 hodina). V případě nouze je tedy možné v relativně krátkém čase nabít baterie elektrického vozidla na dostatečnou kapacitu. I v případě lithiových článků akumulovaná elektřina po určité době skladování klesá. K tomu však dochází až po přibližně 3 měsících prostojů.

Charakteristiky výboje

Napětí nejprve rychle klesá na 3,6–3,0 V (v závislosti na velikosti vybíjecího proudu) a zůstává téměř konstantní v celém výboji. Po vyčerpání dodávky e-mailu. energie také velmi rychle snižuje napětí článku. Proto musí být vybití dokončeno nejpozději od výrobcem specifikovaného vybíjecího napětí 2,7 až 3,0 V.

V opačném případě může dojít k poškození struktury výrobku. Proces vykládky je poměrně snadno ovladatelný. Je omezena pouze hodnotou proudu a zastaví se, když je dosaženo hodnoty konečného vybíjecího napětí. Jediným problémem je, že vlastnosti jednotlivých buněk v sekvenčním uspořádání nejsou nikdy stejné. Proto je třeba dát pozor, aby napětí žádného článku nekleslo pod konečné vybíjecí napětí, protože to ho může poškodit a tím způsobit poruchu celé baterie. Totéž je třeba vzít v úvahu při nabíjení baterie.

Uvedený typ lithiových článků s jiným katodovým materiálem, ve kterém je oxid kobaltu, niklu nebo manganu nahrazen fosfidem Li3V2 (PO4) 3, eliminuje uvedená rizika poškození článku v důsledku nedodržení. vyšší kapacitu. Rovněž je deklarována jejich deklarovaná životnost asi 2 nabíjecích cyklů (při 000% vybití) a zejména skutečnost, že když je článek zcela vybitý, nedojde k jeho poškození. Výhodou je také vyšší jmenovité napětí asi 80 při nabíjení až 4,2 V.

Z výše uvedeného popisu lze jasně naznačit, že lithiové baterie jsou v současné době jedinou alternativou, jako je ukládání energie pro řízení automobilu ve srovnání s energií uloženou ve fosilních palivech v palivové nádrži. Jakékoli zvýšení kapacity specifické pro baterie zvýší konkurenceschopnost tohoto ekologického pohonu. Můžeme jen doufat, že vývoj nezpomalí, ale naopak se posune o několik mil vpřed.

Příklady vozidel využívajících hybridní a elektrické baterie

Toyota Prius je klasický hybrid s nízkou výkonovou rezervou na čistě elektrický pohon. řídit

Toyota Prius využívá baterii NiMH s výkonem 1,3 kWh, která slouží především jako zdroj energie pro akceleraci a umožňuje použít samostatný elektrický pohon na vzdálenost přibližně 2 km při max. rychlost 50 km / h. Verze Plug-In již používá lithium-iontové baterie s kapacitou 5,4 kWh, což vám umožňuje jet výhradně na elektrický pohon na vzdálenost 14–20 km maximální rychlostí. rychlost 100 km / h.

Opel Ampere-hybrid se zvýšenou rezervou chodu na čistý e-mail. řídit

Elektromobil s prodlouženým dojezdem (40–80 km), jak Opel nazývá čtyřmístný pětidveřový Amper, pohání elektromotor o výkonu 111 kW (150 k) a točivém momentu 370 Nm. Napájení je napájeno lithiovými články 220 ve tvaru T. Mají celkový výkon 16 kWh a hmotnost 180 kg. Generátor je benzínový motor o objemu 1,4 litru s výkonem 63 kW.

Mitsubishi a MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. auta

Lithium-iontové baterie s kapacitou 16 kWh umožňují vozidlu ujet až 150 km bez dobíjení, měřeno v souladu s normou NEDC (New European Driving Cycle). Vysokonapěťové baterie (330 V) jsou umístěny uvnitř podlahy a jsou také chráněny rámem kolébky před poškozením v případě nárazu. Jedná se o produkt společnosti Lithium Energy Japan, společného podniku mezi společnostmi Mitsubishi a GS Yuasa Corporation. Existuje celkem 88 článků. Elektřinu pro pohon zajišťuje lithium-iontová baterie 330 V, sestávající z 88 článků 50 Ah s celkovou kapacitou 16 kWh. Baterie se nabije z domácí zásuvky do šesti hodin, pomocí externí rychlé nabíječky (125 A, 400 V) se baterie nabije na 80% za půl hodiny.

Sám jsem velkým fanouškem elektromobilů a neustále sleduji dění v této oblasti, ale realita v tuto chvíli není tak optimistická. To potvrzují i ​​výše uvedené informace, které ukazují, že život čistě elektrických i hybridních vozidel není jednoduchý a často se za něj vydává pouze hra s čísly. Jejich výroba je stále velmi náročná a nákladná a jejich účinnost je opakovaně diskutabilní. Hlavní nevýhodou elektromobilů (hybridů) je velmi nízká měrná kapacita energie uložené v bateriích oproti energii uložené v konvenčních palivech (nafta, benzín, zkapalněný ropný plyn, stlačený zemní plyn). Aby se výkon elektromobilů skutečně přiblížil konvenčním vozům, musely by baterie snížit svou hmotnost alespoň o desetinu. To znamená, že zmíněné Audi R8 e-tron muselo uložit 42 kWh nikoli do 470 kg, ale do 47 kg. Navíc by se musela výrazně zkrátit doba nabíjení. Cca hodina na 70-80% kapacity je pořád hodně a to nemluvím o průměru 6-8 hodin na plné nabití. Ani kecům o nulové produkci CO2 elektromobilů není třeba věřit. Okamžitě poznamenejme skutečnost, že Energii v našich zásuvkách vyrábějí i tepelné elektrárny a ty produkují nejen dostatek CO2. Nemluvě o složitější výrobě takového auta, kde je potřeba CO2 pro výrobu mnohem větší než u klasického. Nesmíme zapomenout na množství komponentů obsahujících těžké a toxické materiály a jejich problematickou následnou likvidaci.

Se všemi zmíněnými i nezmíněnými mínusy má elektromobil (hybrid) také nepopiratelné výhody. V městském provozu nebo na kratší vzdálenosti je jejich hospodárnější provoz nepopiratelný, už jen z důvodu principu akumulace (rekuperace) energie při brzdění, kdy u běžných vozidel je při brzdění odváděna ve formě odpadního tepla do vzduchu, nikoliv k zmínit možnost pár km jízdy po městě za levné dobití z veřejné pošty. síť. Pokud srovnáme čistý elektromobil a klasický automobil, tak v běžném autě je spalovací motor, který je sám o sobě poměrně složitým mechanickým prvkem. Jeho výkon se musí nějakým způsobem přenášet na kola, a to většinou přes manuální nebo automatickou převodovku. V cestě je ještě jeden nebo více diferenciálů, někdy také hnací hřídel a řada nápravových hřídelí. Auto samozřejmě také potřebuje zpomalit, motor se potřebuje ochladit a tato tepelná energie se zbytečně ztrácí do okolí jako zbytkové teplo. Elektromobil je mnohem efektivnější a jednodušší - (neplatí pro hybridní pohon, který je velmi komplikovaný). Elektromobil neobsahuje převodovky, převodovky, kardany a poloosy, zapomeňte na motor vpředu, vzadu nebo uprostřed. Neobsahuje chladič, tedy chladicí kapalinu a startér. Výhodou elektromobilu je, že umí instalovat motory přímo do kol. A najednou máte perfektní čtyřkolku, která dokáže ovládat každé kolo nezávisle na ostatních. U elektromobilu tedy nebude těžké ovládat pouze jedno kolo a je také možné zvolit a ovládat optimální rozložení výkonu pro průjezd zatáčkou. Každý z motorů může být také brzdou, opět zcela nezávislou na ostatních kolech, která přeměňuje alespoň část kinetické energie zpět na energii elektrickou. Díky tomu budou konvenční brzdy vystaveny mnohem menšímu namáhání. Motory mohou produkovat maximální dostupný výkon téměř kdykoli a bez zpoždění. Jejich účinnost při přeměně energie uložené v bateriích na kinetickou energii je asi 90 %, což je asi trojnásobek oproti běžným motorům. V důsledku toho nevytvářejí tolik zbytkového tepla a nemusí se složitě chladit. Potřebujete k tomu jen dobrý hardware, řídící jednotku a dobrého programátora.

Suma sumárum. Pokud jsou elektromobily nebo hybridy ještě blíže klasickým automobilům s úspornými motory, mají před sebou stále velmi obtížnou a obtížnou cestu. Jen doufám, že to není potvrzeno řadou zavádějících čísel resp. přehnaný tlak ze strany úředníků. Ale nezoufejme. Vývoj nanotechnologií jde opravdu mílovými kroky vpřed a možná, že v blízké budoucnosti na nás opravdu čekají zázraky.

Na závěr přidám ještě jednu zajímavost. Již existuje solární čerpací stanice.

Toyota Industries Corp (TIC) vyvinula solární nabíjecí stanici pro elektrická a hybridní vozidla. Stanice je také připojena k elektrické síti, takže solární panely 1,9 kW jsou pravděpodobně dalším zdrojem energie. Pomocí samostatného (solárního) zdroje energie může nabíjecí stanice poskytovat maximální výkon 110 VAC / 1,5 kW, při připojení k elektrické síti nabízí maximálně 220 VAC / 3,2 kW.

Nevyužitá elektřina ze solárních panelů je uložena v bateriích, které mohou uložit 8,4 kWh pro pozdější použití. Rovněž je možné dodávat elektřinu do distribuční sítě nebo příslušenství napájecí stanice. Nabíjecí stojany používané na stanici mají vestavěnou komunikační technologii schopnou identifikovat vozidla, resp. jejich majitelé pomocí čipových karet.

Důležité termíny pro baterie

• Moc - udává množství elektrického náboje (množství energie) uložené v baterii. Udává se v ampérhodinách (Ah) nebo v případě malých zařízení v miliampérhodinách (mAh). 1 Ah (= 1000 mAh) baterie je teoreticky schopna dodávat 1 ampér po dobu jedné hodiny.
• Vnitřní odpor - označuje schopnost baterie poskytovat větší či menší vybíjecí proud. Pro ilustraci lze použít dva kanystry, jeden s menším vývodem (vysoký vnitřní odpor) a druhý s větším (nízký vnitřní odpor). Pokud se rozhodneme je vyprázdnit, bude se kanystr s menším vypouštěcím otvorem vyprazdňovat pomaleji.
• Jmenovité napětí baterie - pro nikl-kadmiové a nikl-metalhydridové baterie je to 1,2 V, olověné 2 V a lithiové od 3,6 do 4,2 V. Za provozu se toto napětí pohybuje v rozmezí 0,8 - 1,5 V u nikl-kadmiových a nikl-metalhydridových baterií, 1,7 - 2,3 V pro olovo a 3-4,2 a 3,5-4,9 pro lithium.
• Nabíjecí proud, vybíjecí proud – vyjádřeno v ampérech (A) nebo miliampérech (mA). To je důležitá informace pro praktické použití předmětné baterie pro konkrétní zařízení. Určuje také podmínky pro správné nabíjení a vybíjení akumulátoru tak, aby jeho kapacita byla maximálně využita a zároveň se nezničila.
• Nabíjení podle vypouštěcí křivka - graficky zobrazuje změnu napětí v závislosti na době nabíjení nebo vybíjení baterie. Když je baterie vybitá, obvykle dochází k malé změně napětí po dobu přibližně 90 % doby vybíjení. Z naměřeného napětí je proto velmi obtížné určit aktuální stav baterie.
• Samovybíjení, samovybíjení – Baterie nemůže neustále udržovat elektřinu. energie, protože reakce na elektrodách je vratný proces. Nabitá baterie se postupně sama vybíjí. Tento proces může trvat několik týdnů až měsíců. V případě olověných baterií je to 5-20 % za měsíc, u nikl-kadmiových baterií - asi 1 % elektrického náboje za den, v případě nikl-metalhydridových baterií - asi 15-20 % za měsíc a lithium ztrácí asi 60 %. kapacitu na tři měsíce. Samovybíjení je závislé na okolní teplotě i vnitřním odporu (baterie s vyšším vnitřním odporem se vybíjejí méně) a důležitý je samozřejmě také design, použité materiály a zpracování.
•  Baterie (soupravy) – Pouze ve výjimečných případech se baterie používají jednotlivě. Obvykle jsou zapojeny do sady, téměř vždy jsou zapojeny do série. Maximální proud takové sestavy se rovná maximálnímu proudu jednotlivého článku, jmenovité napětí je součtem jmenovitých napětí jednotlivých článků.
•  Akumulace baterií.  Nová nebo nepoužitá baterie by měla být podrobena jednomu, nejlépe však několika (3-5) pomalým cyklům plného nabíjení a pomalého vybíjení. Tento pomalý proces nastavuje parametry baterie na požadovanou úroveň.
•  Paměťový efekt – K tomu dochází, když je baterie nabitá a vybitá na stejnou úroveň přibližně konstantním, ne příliš velkým proudem a nemělo by dojít k úplnému nabití nebo hlubokému vybití článku. Tento vedlejší účinek ovlivnil NiCd (minimálně i NiMH).