211service.com
Elektryczny test akumulatora chłodzącego
Jeszcze w tym miesiącu dwa nowe samochody elektryczne – GM Volt i Nissan Leaf – zaczną pojawiać się na ekologicznych podjazdach w całych Stanach Zjednoczonych.
W zestawie bateria: Technicy ładują akumulator do przedprodukcyjnego Chevroleta Volta.
Nissan Leaf obiecuje 73 mile na jednym ładowaniu elektrycznym, podczas gdy GM Volt pokonuje 35 mil na jednym ładowaniu, chociaż ma również zapasowy silnik benzynowy na dłuższe podróże. Jednak GM i Nissan stosują różne podejścia do zapewnienia trwałości i bezpieczeństwa akumulatorów w tych samochodach. Sposób, w jaki te akumulatory będą działać w ciągu najbliższych kilku lat, zasugeruje, które podejście jest lepsze, i może ukształtować projekt przyszłych samochodów elektrycznych i hybryd typu plug-in, co obiecali wszyscy główni producenci samochodów. Niektórzy krytycy twierdzą, że konstrukcja zestawu akumulatorów Nissana, która wykorzystuje stosunkowo prosty system chłodzenia, może doprowadzić do przegrzania akumulatorów, skracając żywotność akumulatora i stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Zarówno GM, jak i Nissan używają akumulatorów litowo-jonowych (technologii od dawna stosowanej w laptopach i telefonach komórkowych) w przeciwieństwie do akumulatorów niklowo-wodorkowych, które okazały się niezawodne w hybrydach gazowo-elektrycznych, takich jak Toyota Prius, ale które są nieporęczne i ciężki.
Wybierając akumulatory litowo-jonowe zamiast niklowo-wodorkowych, GM i Nissan podejmują ryzyko, ponieważ takie akumulatory nie okazały się jeszcze niezawodne w wymagającej roli zasilania samochodu. Akumulatory samochodowe muszą wytrzymać ekstremalne temperatury, silne wstrząsy i ciągłe wibracje z drogi oraz muszą działać dobrze przez około dekadę. W kilku rzadkich przypadkach baterie litowo-jonowe mogą się przegrzać i zapalić, co wymagało masowych wycofywania niektórych baterii do laptopów. Akumulatory potrzebne do pojazdów elektrycznych muszą również przechowywać znacznie więcej energii – więc pożar spowodowany przez akumulatory samochodowe może być szczególnie niebezpieczny.
Inną wadą korzystania z akumulatorów litowo-jonowych jest to, że szybko tracą one zdolność do utrzymywania ładunku. Po kilku latach użytkowania nie jest niczym niezwykłym, że przechowują o połowę mniej energii niż wtedy, gdy były nowe. Producenci samochodów chcą akumulatorów samochodowych, które przetrwają cały okres eksploatacji pojazdu — około ośmiu do 15 lat.
Aby rozwiązać te problemy, GM i Nissan wprowadziły znaczące zmiany w stosowanych akumulatorach litowo-jonowych. Zamiast tlenku litowo-kobaltowego — materiału preferowanego w akumulatorach do laptopów ze względu na jego wysoką gęstość energii — jako elektrody używają tlenku litowo-manganowego, który przechowuje stosunkowo dużą ilość energii, ale jest bardziej stabilny, częściowo ze względu na układ jego atomów. W elektrodzie z tlenku manganu atomy tworzą trójwymiarową strukturę, która zachowuje swój kształt nawet wtedy, gdy jony litu wchodzą i wychodzą z elektrody podczas ładowania i rozładowywania akumulatora. Mniej stabilna struktura konwencjonalnych materiałów elektrodowych baterii może ulec uszkodzeniu, gdy jony litu wchodzą i wychodzą, co skraca żywotność baterii.
GM i Nissan przeszli również z cylindrycznego kształtu baterii (ogniwa baterii w typowych paczkach do laptopów wyglądają jak duże baterie AA) na płaski prostokątny kształt, który oszczędza miejsce, a także pozwala lepiej odprowadzać ciepło. Przegrzanie może uszkodzić akumulatory, zmniejszając ich zdolność do przechowywania ładunku, a w niektórych przypadkach może prowadzić do zjawiska zwanego ucieczką termiczną, gdy podwyższona temperatura powoduje reakcje chemiczne, które prowadzą do jeszcze większej ilości ciepła, aw końcu do pożaru.
Jednak główne różnice pojawiają się, gdy przyjrzymy się, jak GM i Nissan zaprojektowały swoje zestawy akumulatorów — zbiór ogniw, elektroniki i regulatorów temperatury, które składają się na kompletny akumulator. Największą różnicą jest sposób, w jaki firmy decydują się kontrolować temperaturę opakowań. Nissan zdecydował się na prostą konstrukcję, wykorzystując wentylator do chłodzenia akumulatorów. Mówi, że płaski kształt ogniw akumulatora sprawia, że dodatkowe chłodzenie nie jest konieczne. Projekt GM jest bardziej złożony. Płynny płyn chłodzący przenosi płyn przez powierzchnię każdego ogniwa w pakiecie i do małego chłodnicy na zewnątrz pakietu.
Systemy chłodzenia cieczą mogą odprowadzać ciepło z ogniw akumulatora szybciej niż chłodzenie powietrzem. Ponadto chłodzenie cieczą jest znacznie bardziej kompaktowe, mówi Bill Wallace, dyrektor ds. globalnych systemów akumulatorowych w GM. Możesz przenieść znacznie więcej ciepła i przenieść go znacznie bardziej równomiernie.
Wallace mówi, że wybrano chłodzenie cieczą, aby zapewnić, że wszystkie ogniwa w pakiecie znajdują się w odległości dwóch stopni Celsjusza od siebie. – Oprócz zapobiegania przeładowaniu, najważniejszym pokrętłem, którym można pokręcić, jeśli chodzi o poprawę żywotności baterii, jest kontrola temperatury – mówi.
Chłodzenie cieczą to podejście wybrane przez firmę Tesla Motors, która produkuje elektryczny samochód sportowy z wykorzystaniem ogniw litowo-jonowych, które zostały pierwotnie zaprojektowane do innych zastosowań. Metoda chłodzenia zapewnia, że nawet jeśli niektóre ogniwa przegrzeją się i zapalą, reszta nie. W niedawnej rozmowie z inwestorami o zyskach Elon Musk, dyrektor generalny Tesla Motors, skrytykował projekt Nissana, mówiąc, że może powodować wszędzie temperatury, co może pogorszyć wydajność akumulatora.
Ponieważ zimna pogoda może ograniczyć ilość ładunku, jaką może przechowywać zestaw akumulatorów, i spowodować uszkodzenie akumulatora, zestaw GM ma również grzałkę rezystancyjną o mocy 1800 W, która zapobiega zbytniemu ochłodzeniu zestawu akumulatorów. Nissan zaleca pakiet na zimną pogodę, który obejmuje grzałkę akumulatora, ale nie jest to standardem. Opcja nie jest dostępna, aby pierwszy Leafs zjechał z linii montażowej i nie można go później dodać do samochodu. Jeśli pakiet Leaf stanie się zbyt zimny lub zbyt gorący, przechodzi w tryb ograniczonej mocy, który ogranicza przyspieszenie i prędkość maksymalną.
Volt został również zaprojektowany tak, aby utrzymywać pewną ilość ładunku w rezerwie, gdy samochód jest nowy, aby pomóc wydłużyć żywotność akumulatora. Wraz ze starzeniem się akumulatora część tej rezerwowej pojemności zostanie uwolniona, co z czasem pomoże samochodowi utrzymać zasięg elektryczny. GM spodziewa się, że pojemność akumulatora spadnie od 10 do 30 procent w okresie eksploatacji samochodu (około 8 do 10 lat). Nissan nie powiedział, czy zastosuje podobne podejście, ale powiedział, że pojemność akumulatora Leaf spadnie o 30 procent w ciągu 10 lat. Zauważono również, że wystawienie na działanie wysokich temperatur może szybciej zmniejszyć pojemność baterii.