Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

In unserem vorherigen Artikel haben wir die Batterie als Stromquelle diskutiert, die vor allem zum Starten eines Autos sowie für den relativ kurzfristigen Betrieb von elektrischen Geräten benötigt wird. An die Eigenschaften von Batterien im Bereich des Antriebs großer mobiler Geräte, in unserem Fall Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge, werden jedoch ganz andere Anforderungen gestellt. Eine viel größere Menge gespeicherter Energie wird benötigt, um ein Fahrzeug anzutreiben, und muss irgendwo gespeichert werden. Bei einem Oldtimer mit Verbrennungsmotor wird es in Form von Benzin, Diesel oder Flüssiggas im Tank gespeichert. Bei einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug wird es in Batterien gespeichert, was als Hauptproblem bei einem Elektrofahrzeug bezeichnet werden kann.

Aktuelle Akkus können wenig Energie speichern, sind aber ziemlich sperrig, schwer und brauchen gleichzeitig mehrere Stunden, um sie bis zu ihrem Maximum aufzuladen (normalerweise 8 oder mehr). Im Gegensatz dazu können herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor im Vergleich zu Batterien in einem kleinen Gehäuse viel Energie speichern, vorausgesetzt, das Aufladen dauert nur eine, vielleicht zwei Minuten. Leider hat das Problem der Speicherung von Elektrizität Elektrofahrzeuge seit ihrer Einführung geplagt, und trotz unbestreitbarer Fortschritte ist ihre Energiedichte, die zum Antrieb eines Fahrzeugs erforderlich ist, immer noch sehr gering. In den folgenden Zeilen E-Mail sparen Wir gehen näher auf Energie ein und versuchen, die reale Realität von Autos mit reinem Elektro- oder Hybridantrieb näher zu bringen. Um diese „Elektroautos“ ranken sich viele Mythen, es schadet also nicht, sich die Vor- oder Nachteile solcher Antriebe genauer anzusehen.

Leider sind auch die Angaben der Hersteller sehr zweifelhaft und eher theoretisch. Beispielsweise enthält der Kia Venga einen Elektromotor mit einer Leistung von 80 kW und einem Drehmoment von 280 Nm. Die Energieversorgung übernehmen Lithium-Ionen-Akkus mit einer Kapazität von 24 kWh, die geschätzte Reichweite des Kia Vengy EV beträgt laut Hersteller 180 km. Die Kapazität der Batterien sagt uns, dass sie voll aufgeladen einen Motorverbrauch von 24 kW liefern oder einen Verbrauch von 48 kW in einer halben Stunde liefern können usw. Eine einfache Neuberechnung, und wir werden keine 180 km fahren können . Wenn wir an eine solche Reichweite denken wollten, dann müssten wir etwa 60 Stunden lang durchschnittlich 3 km/h fahren, und die Motorleistung wäre nur ein Zehntel des Nennwerts, also 8 kW. Mit anderen Worten, bei einer wirklich vorsichtigen (vorsichtigen) Fahrt, bei der Sie bei der Arbeit mit ziemlicher Sicherheit die Bremse benutzen werden, ist eine solche Fahrt theoretisch möglich. Natürlich berücksichtigen wir nicht die Aufnahme von diversem elektrischem Zubehör. Was für eine Selbstverleugnung gegenüber einem Oldtimer kann sich schon jeder vorstellen. Gleichzeitig füllen Sie 40 Liter Dieselkraftstoff in den klassischen Venga und fahren Hunderte und Aberhunderte von Kilometern ohne Einschränkungen. Wieso ist es so? Versuchen wir einmal zu vergleichen, wie viel dieser Energie und wie viel Gewicht ein Oldtimer im Tank fassen kann, und wie viel ein Elektroauto in Batterien fassen kann – lesen Sie HIER mehr dazu.

Ein paar Fakten aus Chemie und Physik

• Heizwert von Benzin: 42,7 MJ/kg,
• Heizwert Dieselkraftstoff: 41,9 MJ/kg,
• Benzindichte: 725 kg / m3,
• Dichte von Naphtha: 840 kg / m3,
• Joule (J) = [kg * m2 / s2],
• Watt (W) = [J / s],
• 1MJ = 0,2778 kWh.

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, gemessen in Joule (J), Kilowattstunden (kWh). Arbeit (mechanisch) manifestiert sich durch eine Energieänderung während der Bewegung des Körpers, hat die gleichen Einheiten wie Energie. Die Leistung drückt die pro Zeiteinheit geleistete Arbeit aus, wobei die Basiseinheit das Watt (W) ist.

Spezifische Leistung der Energieträger

Energieressource	Brennwert / kg Dichte	Brennwert / l Energie / l	Energie / kg
Benzin	42,7 MJ / kg 725 kg / m3	30,96 MJ / l 8,60 kWh / l	11,86 kWh / kg
Öl	41,9 MJ / kg 840 kg / m3	35,20 MJ / l 9,78 kWh / l	11,64 kWh / kg
Li-Ionen-Akku (Audi R8 e-tron)	42 kWh 470 kg		0,0893 kWh / kg

Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass Benzin beispielsweise bei einem Heizwert von 42,7 MJ/kg und einer Dichte von 725 kg/m3 eine Energie von 8,60 kWh pro Liter oder 11,86 kWh pro Kilogramm bietet. Bauen wir die aktuellen Batterien, die heute in Elektrofahrzeugen verbaut sind, zum Beispiel Lithium-Ionen, beträgt ihre Kapazität weniger als 0,1 kWh pro Kilogramm (der Einfachheit halber betrachten wir 0,1 kWh). Herkömmliche Kraftstoffe liefern bei gleichem Gewicht über hundertmal mehr Energie. Sie werden verstehen, dass dies ein großer Unterschied ist. Zerlegen wir es in kleine, so birgt der Chevrolet Cruze mit 31-kWh-Akku Energie, die in weniger als 2,6 kg Benzin oder, wenn Sie wollen, in etwa 3,5 Liter Benzin passen.

Man kann sagen, wie es möglich ist, dass ein Elektroauto überhaupt startet und nicht noch mehr als 100 km Energie hat. Der Grund ist einfach. Der Elektromotor wandelt gespeicherte Energie in mechanische Energie deutlich effizienter um. Typischerweise sollte er einen Wirkungsgrad von 90 % haben, während der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors bei einem Benzinmotor etwa 30 % und bei einem Dieselmotor etwa 35 % beträgt. Um dem Elektromotor die gleiche Leistung zur Verfügung zu stellen, reicht es daher mit einer viel geringeren Energiereserve.

Einfache Bedienung einzelner Laufwerke

Nach Auswertung der vereinfachten Rechnung wird davon ausgegangen, dass wir aus einem Liter Benzin etwa 2,58 kWh mechanische Energie, aus einem Liter Dieselkraftstoff 3,42 kWh und aus einem Kilogramm einer Lithium-Ionen-Batterie 0,09 kWh gewinnen können. Der Unterschied beträgt also nicht mehr als das Hundertfache, sondern nur etwa das Dreißigfache. Das ist die beste Nummer, aber immer noch nicht wirklich pink. Denken Sie zum Beispiel an den sportlichen Audi R8. Seine 470 kg schweren, vollgeladenen Batterien haben ein Energieäquivalent von 16,3 Liter Benzin oder nur 12,3 Liter Dieselkraftstoff. Oder hätten wir einen Audi A4 3,0 TDI mit 62 Liter Tankinhalt Dieselkraftstoff und wollten die gleiche Reichweite rein batteriebetrieben haben, bräuchten wir ca. 2350 kg Batterien. Diese Tatsache beschert dem Elektroauto bisher keine rosige Zukunft. Allerdings muss man nicht mit der Schrotflinte auf den Roggen werfen, denn der Druck, solche „E-Autos“ zu entwickeln, wird von der rücksichtslosen grünen Lobby genommen, also müssen sie, ob es den Autoherstellern gefällt oder nicht, etwas „Grünes“ produzieren. . “. Ein definitiver Ersatz für einen reinen Elektroantrieb sind sogenannte Hybride, die einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor kombinieren. Am bekanntesten sind derzeit zum Beispiel der Toyota Prius (Auris HSD mit gleicher Hybridtechnik) oder der Honda Inside. Allerdings ist ihre rein elektrische Reichweite immer noch lächerlich. Im ersten Fall etwa 2 km (in der neuesten Version von Plug In werden es „auf“ 20 km erhöht), und im zweiten klopft Honda nicht einmal an einen reinen Elektroantrieb. Bisher ist die daraus resultierende Wirksamkeit in der Praxis nicht so wunderbar, wie die Massenwerbung suggeriert. Die Realität hat gezeigt, dass sie sie mit jeder blauen Bewegung (Wirtschaft) meist mit herkömmlicher Technologie einfärben können. Der Vorteil des Hybridantriebs liegt vor allem im sparsamen Stadtverkehr. Audi sagte kürzlich, dass es derzeit nur notwendig sei, das Körpergewicht zu reduzieren, um im Durchschnitt den gleichen Kraftstoffverbrauch zu erreichen, den einige Marken durch den Einbau eines Hybridsystems in ein Auto erreichen. Dass dies kein Schrei ins Blaue ist, beweisen auch neue Modelle mancher Autos. So nutzt beispielsweise der kürzlich vorgestellte Volkswagen Golf der siebten Generation leichtere Komponenten, um daraus zu lernen, und verbraucht in der Praxis tatsächlich weniger Kraftstoff als zuvor. Der japanische Autohersteller Mazda hat eine ähnliche Richtung eingeschlagen. Trotz dieser Behauptungen geht die Entwicklung eines „Long-Range“-Hybridantriebs weiter. Als Beispiel nenne ich den Opel Ampera und paradoxerweise das Modell aus dem Audi A1 e-tron.

Einfache Bedienung einzelner Laufwerke

Energieressource	Motoreffizienz	Wirkenergie / l	Effektive Energie / kg
Benzin	0,30	2,58 kWh / l	3,56 kWh / kg
Öl	0,35	3,42 kWh / l	4,07 kWh / kg
Lithium-Ionen-Batterien	0,90	-	ca. 0,1 kWh / kg

Opel Ampera

Obwohl der Opel Ampera oft als Elektroauto präsentiert wird, ist er eigentlich ein Hybridauto. Neben dem Elektromotor kommt im Ampere auch ein 1,4-Liter-63-kW-Verbrennungsmotor zum Einsatz. Dieser Benzinmotor treibt jedoch nicht direkt die Räder an, sondern fungiert als Generator, falls die Batterien leer werden. Energie. Den elektrischen Teil bildet ein Elektromotor mit einer Leistung von 111 kW (150 PS) und einem Drehmoment von 370 Nm. Das Netzteil wird von 220 T-förmigen Lithium-Zellen angetrieben, die eine Gesamtleistung von 16 kWh haben und 180 kg wiegen. Dieses Elektroauto kann 40-80 km rein elektrisch fahren. Diese Distanz reicht oft für den ganztägigen Stadtverkehr aus und senkt die Betriebskosten deutlich, da der Stadtverkehr bei Verbrennungsmotoren einen erheblichen Kraftstoffverbrauch erfordert. Die Batterien lassen sich auch an einer normalen Steckdose aufladen, und in Kombination mit einem Verbrennungsmotor reicht die Reichweite des Ampera auf beachtliche fünfhundert Kilometer.

Audi e Elektron A1

Audi, das einen klassischen Antrieb mit fortschrittlicherer Technik einem technisch sehr anspruchsvollen Hybridantrieb vorzieht, stellte vor mehr als zwei Jahren ein interessantes Hybridauto A1 e-tron vor. Lithium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 12 kWh und einem Gewicht von 150 kg werden von einem Wankelmotor als Teil eines Generators geladen, der die Energie in Form von Benzin nutzt, das in einem 254-Liter-Tank gespeichert ist. Der Motor hat ein Volumen von 15 Kubikmetern. cm und erzeugt 45 kW/h el. Energie. Der Elektromotor hat eine Leistung von 75 kW und kann in kurzer Zeit bis zu 0 kW Leistung erzeugen. Die Beschleunigung von 100 auf 10 beträgt etwa 130 Sekunden und eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 50 km / h. Rein elektrisch kann das Auto etwa 12 km durch die Stadt fahren. Nach der Erschöpfung von e. Die Energie wird diskret durch den rotierenden Verbrennungsmotor aktiviert und lädt den Strom nach. Energie für Batterien. Die Gesamtreichweite mit voll aufgeladenen Batterien und 250 Liter Benzin beträgt etwa 1,9 km bei einem Durchschnittsverbrauch von 100 Litern auf 1450 km. Das Betriebsgewicht des Fahrzeugs beträgt 12 kg. Werfen wir einen Blick auf eine einfache Umrechnung, um im direkten Vergleich zu sehen, wie viel Energie in einem 30-Liter-Tank steckt. Geht man von einem Wirkungsgrad eines modernen Wankelmotors von 70 % aus, dann entsprechen 9 kg davon zusammen mit 12 kg (31 l) Benzin 79 kWh in Batterien gespeicherter Energie. Also 387,5 kg Motor und Tank = 1 kg Batterien (umgerechnet in Audi A9 e-Tron Gewichte). Wenn wir den Kraftstofftank um 62 Liter vergrößern wollten, hätten wir bereits XNUMX kWh Energie zur Verfügung, um das Auto anzutreiben. Wir könnten also weitermachen. Aber er muss einen Haken haben. Es wird kein „grünes“ Auto mehr sein. Auch hier zeigt sich also deutlich, dass der Elektroantrieb maßgeblich durch die Leistungsdichte der in den Batterien gespeicherten Energie begrenzt ist.

Insbesondere der höhere Preis sowie das hohe Gewicht haben dazu geführt, dass der Hybridantrieb bei Audi nach und nach in den Hintergrund getreten ist. Das heißt aber nicht, dass die Entwicklung von Hybridautos und Elektrofahrzeugen bei Audi komplett abgeschrieben ist. Informationen zur neuen Version des A1 e-tron-Modells sind kürzlich erschienen. Im Vergleich zum Vorgänger wurde der Wankelmotor/Generator durch einen 1,5 kW starken 94-Liter-Dreizylinder-Turbomotor ersetzt. Die Verwendung des klassischen Verbrennungsmotors wurde von Audi vor allem aufgrund der mit diesem Getriebe verbundenen Schwierigkeiten forciert, und der neue Dreizylindermotor soll nicht nur die Batterien laden, sondern auch direkt mit den Antriebsrädern arbeiten. Die Sanyo-Batterien haben eine identische Leistung von 12 kWh, und die Reichweite des reinen Elektroantriebs wurde leicht auf etwa 80 km erhöht. Laut Audi soll der aufgewertete A1 e-tron durchschnittlich einen Liter auf hundert Kilometer verbrauchen. Leider hat diese Ausgabe einen Haken. Für Hybridfahrzeuge mit erweiterter rein elektrischer Reichweite. drive verwendet eine interessante Technik zur Berechnung der endgültigen Durchflussrate. Der sogenannte Verbrauch wird ignoriert. Tanken ab Das Batterieladenetz berücksichtigt neben dem Endverbrauch l / 100 km nur den Benzinverbrauch der letzten 20 km Fahrt, wenn Strom vorhanden ist. Akku-Ladung. Durch eine sehr einfache Rechnung können wir dies berechnen, wenn die Batterien angemessen entladen wurden. Wir sind gefahren, nachdem der Strom ausgefallen war. Energie aus reinen Benzinbatterien, dadurch erhöht sich der Verbrauch um das Fünffache, dh 5 Liter Benzin pro 100 km.

Audi A1 e-tron II. Generation

Probleme mit Stromspeichern

Das Thema Energiespeicherung ist so alt wie die Elektrotechnik selbst. Die ersten Stromquellen waren galvanische Zellen. Nach kurzer Zeit wurde die Möglichkeit eines umkehrbaren Prozesses der Elektrizitätsakkumulation in galvanischen Sekundärzellen - Batterien entdeckt. Die ersten gebrauchten Batterien waren Bleibatterien, nach kurzer Zeit Nickel-Eisen und wenig später Nickel-Cadmium, und ihr praktischer Einsatz dauerte mehr als hundert Jahre. Hinzuzufügen ist, dass sich trotz intensiver weltweiter Forschung auf diesem Gebiet an ihrem grundsätzlichen Aufbau nicht viel geändert hat. Durch neue Fertigungstechnologien, verbesserte Eigenschaften von Grundmaterialien und den Einsatz neuer Materialien für Zell- und Gefäßseparatoren konnte das spezifische Gewicht leicht gesenkt, die Selbstentladung der Zellen verringert und der Komfort und die Sicherheit des Bedieners erhöht werden. aber das war es schon. Der größte Nachteil, dh. Es blieb ein sehr ungünstiges Verhältnis der Menge gespeicherter Energie zu Gewicht und Volumen der Batterien. Daher wurden diese Batterien hauptsächlich in statischen Anwendungen eingesetzt (Notstromversorgung bei Ausfall der Hauptstromversorgung usw.). Batterien wurden als Energiequelle für Traktionssysteme verwendet, insbesondere bei Eisenbahnen (Transportkarren), wo auch hohes Gewicht und beträchtliche Abmessungen nicht allzu sehr störten.

Fortschritte bei der Energiespeicherung

Der Bedarf, Zellen mit kleinen Kapazitäten und Abmessungen in Amperestunden zu entwickeln, ist jedoch gestiegen. So wurden alkalische Primärzellen und versiegelte Versionen von Nickel-Cadmium (NiCd) und dann Nickel-Metallhydrid (NiMH) Batterien gebildet. Für die Verkapselung der Zellen wurden die gleichen Hülsenformen und -größen gewählt wie bei den bisher üblichen primären Zinkchlorid-Zellen. Insbesondere die erreichten Parameter von Nickel-Metallhydrid-Akkus ermöglichen deren Einsatz insbesondere in Mobiltelefonen, Laptops, Handantrieben von Werkzeugen etc. Die Herstellungstechnologie dieser Zellen unterscheidet sich von den Technologien, die für Zellen mit a große Kapazität in Amperestunden. Die lamellare Anordnung des großzelligen Elektrodensystems wird durch die Technologie ersetzt, das Elektrodensystem inklusive Separatoren in eine zylindrische Spule umzuwandeln, die mit regelmäßig geformten Zellen der Größen AAA, AA, C bzw. D eingelegt und kontaktiert wird. Vielfache ihrer Größe. Für einige spezielle Anwendungen werden spezielle Flachzellen hergestellt.

Der Vorteil von hermetischen Zellen mit Spiralelektroden ist die um ein Vielfaches höhere Be- und Entladefähigkeit mit hohen Strömen und das Verhältnis von relativer Energiedichte zu Zellgewicht und -volumen im Vergleich zum klassischen Großzelldesign. Der Nachteil ist mehr Selbstentladung und weniger Arbeitszyklen. Die maximale Kapazität einer einzelnen NiMH-Zelle beträgt ca. 10 Ah. Aber wie bei anderen Zylindern mit größerem Durchmesser erlauben sie aufgrund der problematischen Wärmeableitung kein Laden mit zu hohen Strömen, was die Verwendung in Elektrofahrzeugen stark einschränkt, und daher wird diese Quelle nur als Hilfsbatterie in einem Hybridsystem (Toyota Prius 1,3 kWh).

Ein bedeutender Fortschritt auf dem Gebiet der Energiespeicherung war die Entwicklung sicherer Lithiumbatterien. Lithium ist ein Element mit einem hohen elektrochemischen Potentialwert, aber es ist auch im oxidativen Sinne äußerst reaktiv, was auch Probleme bei der Verwendung von Lithiummetall in der Praxis verursacht. Beim Kontakt von Lithium mit Luftsauerstoff kommt es zu einer Verbrennung, die je nach Beschaffenheit der Umgebung den Charakter einer Explosion haben kann. Diese unangenehme Eigenschaft kann entweder durch einen sorgfältigen Schutz der Oberfläche oder durch die Verwendung weniger aktiver Lithiumverbindungen beseitigt werden. Derzeit sind die gängigsten Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus mit einer Kapazität von 2 bis 4 Ah in Amperestunden. Ihre Verwendung ähnelt der von NiMh und bei einer durchschnittlichen Entladespannung von 3,2 V stehen 6 bis 13 Wh Energie zur Verfügung. Im Vergleich zu Nickel-Metallhydrid-Akkus können Lithium-Akkus bei gleichem Volumen zwei- bis viermal mehr Energie speichern. Lithium-Ionen-(Polymer-)Batterien haben einen Elektrolyten in Gel- oder Feststoffform und können in Flachzellen von nur wenigen Zehntel Millimetern Dicke in nahezu jeder Form hergestellt werden, um den Anforderungen der jeweiligen Anwendung gerecht zu werden.

Der Elektroantrieb in einem Personenkraftwagen kann als Haupt- und einziger (Elektroauto) oder kombiniert erfolgen, wobei der Elektroantrieb sowohl die dominierende als auch die unterstützende Traktionsquelle sein kann (Hybridantrieb). Je nach verwendeter Variante unterscheiden sich der Energiebedarf für den Betrieb des Fahrzeugs und damit die Kapazität der Batterien. Bei Elektrofahrzeugen liegt die Batteriekapazität zwischen 25 und 50 kWh, bei einem Hybridantrieb ist sie naturgemäß geringer und reicht von 1 bis 10 kWh. Aus den angegebenen Werten ist ersichtlich, dass bei einer Spannung einer (Lithium-)Zelle von 3,6 V die Zellen in Reihe geschaltet werden müssen. Um Verluste in Verteilleitern, Wechselrichtern und Motorwicklungen zu reduzieren, empfiehlt es sich, für Antriebe eine höhere Spannung als im Bordnetz üblich (12 V) zu wählen – gängige Werte liegen zwischen 250 und 500 V. Aus heute sind Lithium-Zellen offensichtlich der am besten geeignete Typ. Zugegeben, sie sind immer noch sehr teuer, vor allem im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien. Sie sind jedoch viel schwieriger.

Die Nennspannung herkömmlicher Lithium-Batteriezellen beträgt 3,6 V. Dieser Wert unterscheidet sich jeweils von herkömmlichen Nickel-Metallhydrid-Zellen. NiCd, die eine Nennspannung von 1,2 V (oder Blei - 2 V) haben, was, wenn es in der Praxis verwendet wird, keine Austauschbarkeit beider Typen zulässt. Das Laden dieser Lithiumbatterien ist durch die Notwendigkeit gekennzeichnet, den Wert der maximalen Ladespannung sehr genau einzuhalten, was einen speziellen Ladegerättyp erfordert und insbesondere die Verwendung von Ladesystemen, die für andere Zelltypen ausgelegt sind, nicht zulässt.

Hauptmerkmale von Lithiumbatterien

Als Hauptmerkmale von Batterien für Elektrofahrzeuge und Hybride können ihre Lade- und Entladeeigenschaften angesehen werden.

Ladekennlinie 

Der Ladevorgang erfordert eine Regelung des Ladestroms, die Kontrolle der Zellspannung und die Kontrolle der aktuellen Temperatur können nicht übersprungen werden. Für heute gebräuchliche Lithiumzellen, die LiCoO2 als Kathodenelektrode verwenden, beträgt die maximale Ladespannungsgrenze 4,20 bis 4,22 V pro Zelle. Ein Überschreiten dieses Wertes führt zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften der Zelle und umgekehrt bedeutet ein Unterschreiten dieses Wertes eine Nichtausnutzung der nominellen Zellenkapazität. Zum Laden wird die übliche IU-Kennlinie verwendet, das heißt in der ersten Phase wird mit konstantem Strom geladen, bis eine Spannung von 4,20 V/Zelle erreicht ist. Der Ladestrom wird jeweils auf den maximal zulässigen Wert des Zellenherstellers begrenzt. Ladeoptionen. Die Ladezeit in der ersten Stufe variiert je nach Höhe des Ladestroms von einigen zehn Minuten bis zu mehreren Stunden. Zellspannung steigt allmählich bis max. Werte von 4,2 V. Wie bereits erwähnt, sollte diese Spannung wegen der Gefahr einer Beschädigung der Zelle nicht überschritten werden. In der ersten Ladephase werden 70 bis 80 % der Energie in den Zellen gespeichert, in der zweiten Phase der Rest. In der zweiten Phase wird die Ladespannung auf dem maximal zulässigen Wert gehalten und der Ladestrom nimmt allmählich ab. Der Ladevorgang ist abgeschlossen, wenn der Strom auf etwa 2–3% des Nennentladestroms der Zelle abgesunken ist. Da der Maximalwert der Ladeströme bei kleineren Zellen auch um ein Vielfaches höher ist als der Entladestrom, kann in der ersten Ladephase ein erheblicher Teil des Stroms eingespart werden. Energie in relativ sehr kurzer Zeit (ca. ½ und 1 Stunde). So ist es im Notfall möglich, die Batterien eines Elektrofahrzeugs in relativ kurzer Zeit auf eine ausreichende Kapazität aufzuladen. Auch bei Lithiumzellen sinkt der akkumulierte Strom nach einer gewissen Lagerzeit. Dies geschieht jedoch erst nach ca. 3 Monaten Ausfallzeit.

Entladungseigenschaften

Die Spannung fällt zunächst schnell auf 3,6–3,0 V (je nach Höhe des Entladestroms) ab und bleibt während der gesamten Entladung nahezu konstant. Nach Erschöpfung der E-Mail-Versorgung. die Energie senkt auch sehr schnell die Zellspannung. Daher muss die Entladung spätestens bis zur vom Hersteller angegebenen Entladespannung von 2,7 bis 3,0 V abgeschlossen sein.

Andernfalls kann die Struktur des Produkts beschädigt werden. Der Entladevorgang ist relativ einfach zu kontrollieren. Sie wird nur durch den Wert des Stroms begrenzt und stoppt, wenn der Wert der Entladeschlussspannung erreicht ist. Das einzige Problem ist, dass die Eigenschaften einzelner Zellen in einer sequentiellen Anordnung nie gleich sind. Es ist daher darauf zu achten, dass die Spannung einer Zelle nicht unter die Entladeschlussspannung fällt, da dies diese beschädigen und somit zu einer Fehlfunktion der gesamten Batterie führen kann. Das gleiche sollte beim Laden des Akkus beachtet werden.

Der genannte Typ von Lithium-Zellen mit einem anderen Kathodenmaterial, bei dem das Oxid von Kobalt, Nickel oder Mangan durch das Phosphid Li3V2 (PO4) 3 ersetzt wird, eliminiert die genannten Risiken einer Beschädigung der Zelle durch Nichteinhaltung eine höhere Kapazität. Deklariert ist auch die deklarierte Lebensdauer von ca. 2 Ladezyklen (bei 000% Entladung) und insbesondere die Tatsache, dass die Zelle bei vollständiger Entladung nicht beschädigt wird. Der Vorteil ist auch eine höhere Nennspannung von ca. 80 beim Laden bis 4,2 V.

Aus der obigen Beschreibung lässt sich klar erkennen, dass Lithiumbatterien derzeit die einzige Alternative sind, wie beispielsweise die Energiespeicherung für das Autofahren im Vergleich zu der in fossilen Brennstoffen in einem Kraftstofftank gespeicherten Energie. Jede Erhöhung der spezifischen Batteriekapazität erhöht die Wettbewerbsfähigkeit dieses umweltfreundlichen Antriebs. Wir können nur hoffen, dass sich die Entwicklung nicht verlangsamt, sondern im Gegenteil mehrere Kilometer voranschreitet.

Beispiele für Fahrzeuge mit Hybrid- und Elektrobatterien

Toyota Prius ist ein klassischer Hybrid mit geringer Leistungsreserve auf reinem Elektroantrieb. Auto fahren

Im Toyota Prius kommt ein 1,3 kWh NiMH-Akku zum Einsatz, der primär als Stromquelle zum Beschleunigen dient und die Nutzung eines separaten Elektroantriebs für eine Distanz von ca. 2 km bei max. Geschwindigkeit von 50 km / h.Die Plug-In-Version verwendet bereits Lithium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 5,4 kWh, wodurch Sie eine Entfernung von 14-20 km mit einer Höchstgeschwindigkeit ausschließlich auf einem Elektroantrieb fahren können. Geschwindigkeit 100km/h.

Opel Ampere-Hybrid mit erhöhter Gangreserve auf reine E-Mail. Auto fahren

Das Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite (40-80 km), wie Opel den viersitzigen Fünftürer Amper nennt, wird von einem Elektromotor mit 111 kW (150 PS) und 370 Nm Drehmoment angetrieben. Das Netzteil wird von 220 T-förmigen Lithium-Zellen angetrieben, die eine Gesamtleistung von 16 kWh haben und 180 kg wiegen. Der Generator ist ein 1,4-Liter-Benzinmotor mit 63 kW Leistung.

Mitsubishi und MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. Autos

Lithium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 16 kWh ermöglichen dem Fahrzeug bis zu 150 km ohne Nachladen, gemessen nach NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus). Die Hochvoltbatterien (330 V) befinden sich im Bodeninneren und werden zusätzlich durch den Wiegerahmen vor Beschädigungen bei einem Aufprall geschützt. Es ist ein Produkt von Lithium Energy Japan, einem Joint Venture zwischen Mitsubishi und der GS Yuasa Corporation. Es gibt insgesamt 88 Artikel. Den Strom für den Antrieb liefert eine 330-V-Lithium-Ionen-Batterie, bestehend aus 88 50-Ah-Zellen mit einer Gesamtkapazität von 16 kWh. Der Akku wird innerhalb von sechs Stunden an der Haushaltssteckdose geladen, mit einem externen Schnellladegerät (125 A, 400 V) ist der Akku in einer halben Stunde zu 80 % geladen.

Ich selbst bin ein großer Fan von Elektrofahrzeugen und beobachte ständig, was in diesem Bereich passiert, aber die Realität sieht im Moment nicht so optimistisch aus. Das bestätigen auch die obigen Informationen, die zeigen, dass das Leben sowohl von reinen Elektro- als auch von Hybridfahrzeugen nicht einfach ist und oft nur ein Zahlenspiel vorgibt. Ihre Herstellung ist nach wie vor sehr aufwendig und teuer, ihre Wirksamkeit immer wieder umstritten. Der Hauptnachteil von Elektrofahrzeugen (Hybriden) ist die sehr geringe spezifische Kapazität der in Batterien gespeicherten Energie im Vergleich zu der in konventionellen Kraftstoffen (Diesel, Benzin, Flüssiggas, komprimiertes Erdgas) gespeicherten Energie. Um die Leistung von Elektrofahrzeugen wirklich näher an herkömmliche Autos zu bringen, müssten Batterien ihr Gewicht um mindestens ein Zehntel reduzieren. Das bedeutet, dass der erwähnte Audi R8 e-tron 42 kWh nicht in 470 kg, sondern in 47 kg speichern musste. Zudem müsste die Ladezeit deutlich verkürzt werden. Etwa eine Stunde bei 70-80% Kapazität ist immer noch viel, und ich spreche nicht von durchschnittlich 6-8 Stunden bei voller Ladung. Auch den Bullshit über die Nullproduktion von CO2-Elektrofahrzeugen braucht man nicht zu glauben. Lassen Sie uns die Tatsache sofort bemerken Auch die Energie in unseren Steckdosen wird von Blockheizkraftwerken erzeugt, die nicht nur genug CO2 produzieren. Ganz zu schweigen von der aufwändigeren Herstellung eines solchen Autos, bei der der CO2-Bedarf für die Produktion deutlich größer ist als bei einem klassischen. Nicht zu vergessen sind die vielen Bauteile mit schweren und giftigen Stoffen und deren problematische Entsorgung.

Bei allen genannten und nicht genannten Minuspunkten hat ein Elektroauto (Hybrid) auch unbestreitbare Vorteile. Im Stadtverkehr oder auf kürzeren Strecken ist ihr sparsamerer Betrieb unbestreitbar, allein schon wegen des Prinzips der Energiespeicherung (Rückgewinnung) beim Bremsen, das bei konventionellen Fahrzeugen beim Bremsen in Form von Abwärme an die Luft abgeführt wird, nicht Erwähnen Sie die Möglichkeit, ein paar Kilometer um die Stadt herumzufahren, um an öffentlichen E-Mail-Adressen günstig aufzuladen. Netz. Wenn wir ein reines Elektroauto und einen Oldtimer vergleichen, dann gibt es in einem konventionellen Auto einen Verbrennungsmotor, der an sich schon ein ziemlich komplexes mechanisches Element ist. Seine Kraft muss auf irgendeine Weise auf die Räder übertragen werden, und dies geschieht meistens über ein manuelles oder automatisches Getriebe. Da stehen noch ein oder mehrere Differenziale im Weg, manchmal auch eine Antriebswelle und eine Reihe von Achswellen. Natürlich muss das Auto auch langsamer werden, der Motor muss abkühlen, und diese Wärmeenergie geht nutzlos als Restwärme an die Umwelt verloren. Ein Elektroauto ist viel effizienter und einfacher - (gilt nicht für einen Hybridantrieb, der sehr kompliziert ist). Das Elektroauto enthält keine Getriebe, Getriebe, Kardanwellen und Halbwellen, vergessen Sie den Motor vorne, hinten oder in der Mitte. Es enthält keinen Kühler, dh Kühlmittel und Anlasser. Der Vorteil eines Elektroautos besteht darin, dass es Motoren direkt in die Räder einbauen kann. Und plötzlich haben Sie das perfekte ATV, das jedes Rad unabhängig von den anderen steuern kann. Daher ist es bei einem Elektrofahrzeug nicht schwierig, nur ein Rad zu steuern, und es ist auch möglich, die optimale Kraftverteilung für Kurvenfahrten auszuwählen und zu steuern. Jeder der Motoren kann auch wiederum völlig unabhängig von den anderen Rädern eine Bremse sein, die zumindest einen Teil der kinetischen Energie wieder in elektrische Energie umwandelt. Dadurch werden konventionelle Bremsen deutlich weniger beansprucht. Die Motoren können nahezu jederzeit und ohne Verzögerung die maximal verfügbare Leistung abgeben. Ihr Wirkungsgrad bei der Umwandlung der in Batterien gespeicherten Energie in Bewegungsenergie liegt bei etwa 90 %, was etwa dem Dreifachen herkömmlicher Motoren entspricht. Dadurch erzeugen sie nicht so viel Restwärme und müssen nicht aufwändig gekühlt werden. Alles, was Sie dafür brauchen, ist eine gute Hardware, eine Steuereinheit und ein guter Programmierer.

Suma sumarum. Wenn Elektroautos oder Hybride noch näher an Oldtimern mit sparsamen Motoren sind, haben sie noch einen sehr schwierigen und schwierigen Weg vor sich. Ich hoffe nur, dass dies nicht durch eine Reihe irreführender Zahlen bzw. Übertriebener Druck seitens der Beamten. Aber verzweifeln wir nicht. Die Entwicklung der Nanotechnologie schreitet wirklich sprunghaft voran, und vielleicht stehen uns in naher Zukunft wirklich Wunder bevor.

Abschließend möchte ich noch eine interessante Sache hinzufügen. Es gibt bereits eine Solartankstelle.

Toyota Industries Corp (TIC) hat eine Solarladestation für Elektro- und Hybridfahrzeuge entwickelt. Die Station ist auch an das Stromnetz angeschlossen, sodass die 1,9 kW Solarpanels eher eine zusätzliche Energiequelle darstellen. Mit einer autarken (Solar-)Stromquelle kann die Ladestation eine maximale Leistung von 110 VAC / 1,5 kW bereitstellen, bei Anschluss an das Stromnetz maximal 220 VAC / 3,2 kW.

Ungenutzter Strom aus Sonnenkollektoren wird in Batterien gespeichert, die 8,4 kWh für den späteren Gebrauch speichern können. Es ist auch möglich, das Verteilnetz oder das Zubehör der Versorgungsstation mit Strom zu versorgen. Die an der Station eingesetzten Ladesäulen verfügen über eine integrierte Kommunikationstechnik, die Fahrzeuge entsprechend identifizieren kann. ihre Besitzer mit Smartcards.

Wichtige Begriffe für Batterien

• Macht - gibt die in der Batterie gespeicherte elektrische Ladung (Energiemenge) an. Sie wird in Amperestunden (Ah) oder bei kleinen Geräten in Milliamperestunden (mAh) angegeben. Ein 1 Ah (= 1000 mAh) Akku ist theoretisch in der Lage, 1 Ampere für eine Stunde zu liefern.
• Innenwiderstand - gibt die Fähigkeit der Batterie an, mehr oder weniger Entladestrom zu liefern. Zur Veranschaulichung können zwei Kanister verwendet werden, einer mit kleinerem Auslass (hoher Innenwiderstand) und der andere mit größerem (geringer Innenwiderstand). Wenn wir uns entschließen, sie zu leeren, entleert sich ein Kanister mit einem kleineren Abflussloch langsamer.
• Batterie-Nennspannung - für Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus beträgt sie 1,2 V, für Blei 2 V und für Lithium 3,6 bis 4,2 V. Während des Betriebs variiert diese Spannung innerhalb von 0,8 - 1,5 V für Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus, 1,7 - 2,3 V für Blei und 3-4,2 und 3,5-4,9 für Lithium.
• Ladestrom, Entladestrom – ausgedrückt in Ampere (A) oder Milliampere (mA). Dies sind wichtige Informationen für den praktischen Einsatz des jeweiligen Akkus für ein bestimmtes Gerät. Es bestimmt auch die Bedingungen für das korrekte Laden und Entladen des Akkus, damit seine Kapazität maximal genutzt und gleichzeitig nicht zerstört wird.
• Aufladen gem. Entladekurve - stellt die Spannungsänderung in Abhängigkeit vom Zeitpunkt beim Laden oder Entladen der Batterie grafisch dar. Wenn eine Batterie entladen wird, gibt es typischerweise eine kleine Spannungsänderung für etwa 90 % der Entladezeit. Daher ist es sehr schwierig, den aktuellen Zustand der Batterie aus der gemessenen Spannung zu bestimmen.
• Selbstentladung, Selbstentladung – Die Batterie kann nicht ständig Strom aufrechterhalten. Energie, da die Reaktion an den Elektroden ein reversibler Prozess ist. Ein geladener Akku entlädt sich allmählich von selbst. Dieser Vorgang kann mehrere Wochen bis Monate dauern. Bei Blei-Säure-Akkus sind das 5-20 % pro Monat, bei Nickel-Cadmium-Akkus etwa 1 % der elektrischen Ladung pro Tag, bei Nickel-Metallhydrid-Akkus etwa 15-20 % pro Monat Monat, und Lithium verliert etwa 60 %. Kapazität für drei Monate. Die Selbstentladung ist abhängig von der Umgebungstemperatur sowie dem Innenwiderstand (Akkus mit höherem Innenwiderstand entladen sich weniger) und natürlich sind auch Design, verwendete Materialien und Verarbeitung wichtig.
•  Batterie (Bausätze) – Batterien werden nur in Ausnahmefällen einzeln verwendet. Normalerweise sind sie in einem Satz verbunden, fast immer in Reihe geschaltet. Der Maximalstrom eines solchen Satzes ist gleich dem Maximalstrom einer Einzelzelle, die Nennspannung ist die Summe der Nennspannungen der Einzelzellen.
•  Akkumulation von Batterien.  Eine neue oder unbenutzte Batterie sollte einem, vorzugsweise aber mehreren (3-5) langsamen Volllade- und langsamen Entladezyklen unterzogen werden. Dieser langsame Prozess stellt die Batterieparameter auf das gewünschte Niveau ein.
•  Memory-Effekt – Dies geschieht, wenn der Akku mit annähernd konstantem, nicht zu viel Strom auf das gleiche Niveau geladen und entladen wird und es nicht zu einer Vollladung oder Tiefentladung der Zelle kommen sollte. Diese Nebenwirkung betraf NiCd (minimal auch NiMH).