- Hvad er der inde i et elektrisk køretøjs batteripakke?
- Typer af batterier
- Grundlæggende kemi af et batteri
- Grundlæggende om lithiumbatterikemi
- Grundlæggende om elektriske køretøjsbatterier
Hastighed, kilometertal, drejningsmoment og alle sådanne vitale parametre for en elbil afhænger udelukkende af specifikationen for motoren og batteripakken, der bruges i bilen. Selvom det ikke er nogen stor sag at bruge en kraftig motor, ligger problemet med at designe en batteripakke, der kunne skaffe tilstrækkelig strøm til motoren i lang tid uden at forringe dens levetid. For at klare spændingen og den nuværende efterspørgsel er EV-producenterne nødt til at kombinere hundreder, hvis ikke tusinder af celler sammen for at danne en batteripakke til en enkelt bil. For at give en idé har Tesla-model S omkring 7.104 celler, og Nissan-bladet har omkring 600 celler. Dette store antal sammen med den ustabile natur af lithiumceller gør det vanskeligt at designe en batteripakke til en elbil. Lad os i denne artikel undersøge, hvordan en elektrisk køretøjs batteripakke er designet til en EVog hvad er de vitale parametre forbundet med batterier, der skal tages hånd om.
Hvad er der inde i et elektrisk køretøjs batteripakke?
Hvis du har læst artiklen Introduktion til elbiler, ville du have svaret på spørgsmålet nu. For folk, der er nye, lad mig give et hurtigt re-cap. Billedet nedenfor viser, at batteripakken i Nissan Leaf bliver revet fra hinanden til celleniveau fra sin pakke.
Moderne elbiler bruger lithiumbatterier til at drive deres biler på grund af nogle indlysende grunde, som vi vil diskutere senere i denne artikel. Men, disse Lithium batterier har kun omkring 3.7V pr celle hvorimod en EV Bil kræver et eller andet sted i nærheden af 300V. For at opnå sådanne højspændings- og Ah-klassificeringer kombineres lithiumceller i serie og parallel kombination for at danne moduler, og disse moduler sammen med nogle beskyttelseskredsløb (BMS) og kølesystem er arrangeret i et mekanisk hylster, der kollektivt kaldes en batteripakke som vist ovenfor.
Typer af batterier
Mens de fleste biler bruger lithiumbatterier, er vi ikke kun begrænset til det. Der findes mange typer batterikemi. Generelt kan batterier klassificeres i tre typer.
Primære batterier: Disse er ikke genopladelige batterier. Det er, det kan konvertere kemisk energi til elektrisk energi og ikke omvendt. Et eksempel er de alkaliske batterier (AA, AAA), der bruges til legetøj og fjernbetjeninger.
Sekundære batterier: Dette er de batterier, som vi er interesseret i til elektriske køretøjer. Det kan konvertere kemisk energi til elektrisk energi til at drive EV, og det kan også konvertere elektrisk energi til kemisk energi igen under opladningsprocessen. Disse batterier bruges ofte i mobiltelefoner, elbiler og de fleste andre bærbare elektronik.
Reservebatterier: Disse er specielle batterityper, der bruges i meget unikke applikationer. Som navnet siger, opbevares batterierne som reserve (standby) i det meste af dens levetid og har derfor en meget lav selvafladningshastighed. Eksempel er redningsvest-batterier.
Grundlæggende kemi af et batteri
Som tidligere fortalt er der mange forskellige kemikalier til rådighed for batterier. Hver kemi har sine egne fordele og ulemper. Men uanset hvilken type kemi der er få ting, der er almindelige for alle batterier, lad os se på dem uden at komme meget ind i dets kemi.
Der er tre hovedlag i et batteri, de er katoden, anoden og separatoren. Katoden er det positive lag af batteriet, og anoden er det negative lag af batteriet. Når en belastning er tilsluttet batteripolerne, strømmer strøm (elektroner) fra anode til katode. Tilsvarende når en oplader er forbundet til batteripolerne, er strømmen af elektroner omvendt, det vil sige fra katode til anode som vist i figuren ovenfor.
For at ethvert batteri skal fungere, skal der ske en kemisk reaktion kaldet Oxidationsreduktionsreaktion. Nogle gange også kaldet Redox Reaction. Denne reaktion finder sted mellem batteriets anode og katode gennem elektrolytten (separator). Anodesiden af batteriet vil være villig til at få elektroner, og der vil derfor opstå en oxidationsreaktion, og katodesiden af batteriet vil være villig til at løsne elektroner, og der vil derfor opstå reduktionsreaktion. På grund af denne reaktion overføres ioner fra katoden til anodesiden af batteriet gennem separator. Som et resultat vil der akkumuleres flere ioner i anoden. For at neutralisere denne anode er det nødvendigt at skubbe elektronerne fra siden til katoden.
Men separatoren tillader kun ionstrømning gennem den og blokerer enhver elektronbevægelse fra anoden til katoden. Så den eneste måde, hvorpå batteri kan overføre elektronerne, er gennem dets ydre terminaler, det er derfor, når vi forbinder en belastning til batteriets terminaler, får vi en strøm (elektroner), der flyder, troede det.
Grundlæggende om lithiumbatterikemi
Da vi skal diskutere om lithiumbatterier, da de er det mest foretrukne batteri til EV, kan vi grave lidt mere i dets kemi. Der er mange typer i Lithium-batterier igen, Lithium-nikkel cobalt Aluminium (NCA), Lithium-nikkel mangan cobalt (NMC), Lithium-mangan Spinel (LMO), Lithium Titanate (LTO), Lithium-jernphosphat (LFP) er de mest almindelige. Igen har hver kemi sine egne egenskaber, som illustreres pænt under billedet af Boston Consulting-gruppen.
Ud af disse er litiumnikkel koboltaluminium det mest anvendte på grund af dets lave omkostninger. Vi kommer ind på flere af disse parametre senere i denne artikel. Men en almindelig ting, du kan bemærke her, er, at lithium findes i alle batterier. Dette skyldes primært Lithiums elektronkonfiguration. Et neutralt lithiummetalatom er vist nedenfor.
Det har et atomnummer på tre, hvilket betyder at tre elektroner vil være omkring dets nuklease, og den yderste skal har kun en valenselektron. Under reaktion trækkes denne valanceelektron ud, hvilket giver os en elektron og en lithiumion med to elektroner, der danner en lithiumion. Som tidligere diskuteret flyder elektronen som strøm gennem batteriets ydre terminaler, og lithiumionen strømmer gennem elektrolytten (separatoren) under redoxreaktionen.
Grundlæggende om elektriske køretøjsbatterier
Nu ved vi, hvordan et batteri fungerer, og hvordan det bruges i et elektrisk køretøj, men for at gå videre herfra er vi nødt til at forstå nogle grundlæggende terminologier, der ofte bruges ved design af en batteripakke. Lad os diskutere dem…
Spændingsvurdering: To meget almindelige klassifikationer, som du kan finde på at være markeret på et batteri, er dens spændingsgrad og Ah-vurdering. Blybatterier er normalt 12V og lithiumbatterier er 3,7V. Dette kaldes batteriets nominelle spænding. Dette betyder ikke, at batteriet hele tiden vil levere 3,7 V på sine terminaler. Spændingsværdien varierer afhængigt af batteriets kapacitet. Vi vil diskutere