211service.com
Test elektrické chladicí baterie
Koncem tohoto měsíce se dva nové elektromobily – GM Volt a Nissan Leaf – začnou objevovat na ekologických příjezdových cestách po celých Spojených státech.
Baterie součástí: Technici vloží baterii do předprodukčního Chevroletu Volt.
Nissan Leaf slibuje 73 mil na elektrické nabití, zatímco GM Volt dostane 35 mil na jedno nabití, i když má také záložní benzínový motor pro delší cesty. GM a Nissan však používají různé přístupy k zajištění toho, aby baterie v těchto autech vydržely a zůstaly bezpečné. Způsob, jakým si tyto baterie povedou v příštích několika letech, napoví, který přístup je lepší, a mohl by utvářet design budoucích elektromobilů a plug-in hybridů, které všechny velké automobilky slíbily. Někteří kritici tvrdí, že konstrukce baterie Nissan, která využívá relativně jednoduchý chladicí systém, by mohla umožnit přehřátí baterií, zkrátit životnost baterie a představovat bezpečnostní problém.
GM i Nissan používají lithium-iontové baterie (technologie, která se již dlouho používá v noteboocích a mobilních telefonech), na rozdíl od nikl-metal hydridových baterií, které se ukázaly jako spolehlivé v plyno-elektrických hybridech, jako je Toyota Prius, ale které jsou objemné. a těžký.
Při výběru lithium-iontové před nikl-metalhydridem podstupují GM a Nissan riziko, protože takové baterie se dosud neprokázaly jako spolehlivé v náročné roli pohonu automobilu. Autobaterie musí vydržet teplotní extrémy, silné otřesy a nepřetržité vibrace od vozovky a musí dobře fungovat asi deset let. V několika vzácných případech se mohou lithium-iontové baterie přehřát a vznítit, což je problém, který si vyžádal masivní stažení některých baterií do notebooků. Baterie potřebné pro elektrická vozidla musí také uchovávat mnohem více energie, takže požár způsobený autobateriemi by mohl být obzvláště nebezpečný.
Další nevýhodou používání lithium-iontových baterií je, že rychle ztrácejí schopnost udržet nabití. Po několika letech používání není neobvyklé, že skladují polovinu energie, než když byly nové. Výrobci automobilů chtějí autobaterie, které vydrží po dobu životnosti vozidla – přibližně osm až 15 let.
K vyřešení těchto problémů provedly GM a Nissan významné změny v lithium-iontových bateriích, které používají. Namísto použití oxidu lithného kobaltnatého – materiálu preferovaného v bateriích do notebooků kvůli jeho vysoké hustotě energie – jako elektrody, používají jako elektrodu oxid lithný a manganitý, který uchovává relativně velké množství energie, ale je stabilnější, částečně díky uspořádání jejích atomů. V elektrodě na bázi oxidu manganu tvoří atomy trojrozměrnou strukturu, která si udržuje svůj tvar, i když se ionty lithia pohybují dovnitř a ven z elektrody, když se baterie nabíjí a vybíjí. Méně stabilní struktura konvenčních materiálů elektrod baterií může být poškozena, když se ionty lithia pohybují dovnitř a ven, což zkracuje životnost baterie.
GM a Nissan také přešly z válcového tvaru baterií (bateriové články uvnitř typických balení notebooků vypadají jako velké AA baterie) na plochý obdélníkový tvar, který šetří místo a také umožňuje lepší únik tepla. Přehřátí může poškodit baterie, snížit jejich schopnost akumulovat náboj a v některých případech může vést k jevu zvanému tepelný útěk, kdy zvýšené teploty vedou k chemickým reakcím, které vedou k ještě většímu zahřívání, což nakonec vede k požáru.
Ale hlavní rozdíly se objeví, když se podíváte na to, jak GM a Nissan navrhli své bateriové sady – soubor bateriových článků, elektroniky a regulátorů teploty, které tvoří kompletní baterii. Největší rozdíl je v tom, jak se společnosti rozhodnou kontrolovat teplotu balení. Nissan vsadil na jednoduchý design, k chlazení baterií využívá ventilátor. Říká, že plochý tvar článků baterie činí dodatečné chlazení zbytečné. Design GM je složitější. Kapalné chladivo přenáší tekutinu přes povrch každého článku v bloku a do malého chladiče vně bloku.
Kapalinové chladicí systémy mohou odvádět teplo z bateriových článků rychleji než chlazení vzduchem. Navíc je kapalinové chlazení mnohem kompaktnější, říká Bill Wallace, ředitel globálních bateriových systémů GM. Můžete přenášet mnohem více tepla a přenášet ho mnohem rovnoměrněji.
Wallace říká, že chlazení kapalinou bylo zvoleno tak, aby se zajistilo, že všechny články v balení jsou od sebe v rozmezí dvou °C. Spolu s prevencí přebíjení je řízení teploty nejdůležitějším knoflíkem, kterým můžete otočit, pokud jde o zlepšení životnosti baterie, říká.
Chlazení kapalinou je přístup, který zvolila Tesla Motors, která vyrábí elektrický sportovní vůz využívající lithium-iontové bateriové články, které byly původně navrženy pro jiné aplikace. Metoda chlazení zajišťuje, že i když se některé články přehřejí a vzplanou, zbytek se tak nestane. V nedávném rozhovoru s investory o výdělcích kritizoval Elon Musk, generální ředitel Tesla Motors, design Nissanu s tím, že by mohl způsobit teploty všude kolem, což by mohlo snížit výkon baterie.
Vzhledem k tomu, že chladné počasí může omezit množství nabití, které může baterie uložit, a způsobit poškození baterie, má sada GM také odporový ohřívač o výkonu 1 800 W, který zabrání přílišnému prochladnutí baterie. Nissan doporučuje balíček pro chladné počasí, který zahrnuje vyhřívání baterie, ale to není standardem. A tato možnost není k dispozici pro první Leafy, které sjedou z montážní linky, a nelze ji později přidat do auta. Pokud se sada Leaf příliš ochladí nebo příliš zahřeje, přejde do režimu omezeného výkonu, který omezuje zrychlení a maximální rychlost.
Volt je také navržen tak, aby udržoval určité množství nabití v rezervě, když je vůz nový, aby se prodloužila životnost baterie. Jak baterie stárne, část této rezervní kapacity se uvolní, což pomůže vozu udržet si svůj elektrický dojezd v průběhu času. GM očekává, že kapacita baterie se během životnosti vozu (asi osm až 10 let) sníží o 10 až 30 procent. Nissan neřekl, zda použije podobný přístup, ale řekl, že kapacita baterie Leafu se za 10 let sníží o 30 procent. Také poznamenal, že vystavení vysokým teplotám může snížit kapacitu baterie rychleji.