Kaikki mitä haluat tietää sähköajoneuvojen akuista

Sähköauton nopeus, mittarilukema, vääntömomentti ja kaikki muut tärkeät parametrit riippuvat yksinomaan moottorin spesifikaatiosta ja autossa käytettävästä akkupakkauksesta. Vaikka voimakkaan moottorin käyttö ei ole iso juttu, ongelmana on suunnitella akku, joka voisi tuottaa riittävästi virtaa moottorille pitkäksi aikaa heikentämättä sen käyttöikää. Voidakseen selviytyä jännitteen ja virran kysynnästä EV-valmistajien on yhdistettävä satoja ellei tuhansia kennoja yhdessä muodostamaan akku yhdelle autolle. Idean antamiseksi Tesla-mallissa S on noin 7104 kennoa ja Nissan-lehdessä noin 600 kennoa. Tämä suuri määrä sekä litiumkennojen epävakaa luonne vaikeuttavat akun suunnittelua sähköautolle. Tässä artikkelissa tutkitaan, kuinka sähköajoneuvojen akku on suunniteltu sähköautoilleja mitkä ovat tärkeät parametrit, jotka liittyvät paristoihin, joista on huolehdittava.

Mitä sähköajoneuvojen akku sisältää?

Jos olet lukenut artikkelin Johdatus sähköajoneuvoihin, olisit jo vastannut kysymykseen. Anna ihmisille, jotka ovat uusia, antaa nopeasti uudelleen korkki. Alla olevassa kuvassa näkyy Nissan Leafin akku repimällä solutasolle pakkauksestaan.

Nykyaikaiset sähköautot käyttävät litiumakkuja autojensa virtalähteisiin johtuen joistakin ilmeisistä syistä, joista keskustelemme myöhemmin tässä artikkelissa. Mutta näissä litiumparistoissa on vain noin 3,7 V kennoa kohti, kun taas EV-auto vaatii noin 300 V: n. Tällaisen korkean jännitteen ja Ah-luokituksen saavuttamiseksi litiumkennot yhdistetään sarjaan ja rinnakkain yhdistelminä moduulien muodostamiseksi ja nämä moduulit yhdessä joidenkin suojapiirien (BMS) ja jäähdytysjärjestelmän kanssa on järjestetty mekaaniseen koteloon, jota kutsutaan yhdessä akkupaketiksi, kuten yllä on esitetty.

Paristojen tyypit

Vaikka suurin osa autoista käyttää litiumparistoja, emme ole vain rajoittuneet siihen. Akkukemiaa on monenlaisia. Yleensä paristot voidaan luokitella kolmeen tyyppiin.

Ensisijaiset paristot: Nämä ovat ei-ladattavia paristoja. Eli se voi muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi eikä päinvastoin. Esimerkkinä voidaan mainita alkaliparistot (AA, AAA) leluille ja kaukosäätimille.

Toissijaiset paristot: Nämä ovat paristoja, joista olemme kiinnostuneita sähköajoneuvoista. Se voi muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi sähköenergian tuottamiseksi ja myös muuntaa sähköenergian kemialliseksi energiaksi taas latausprosessin aikana. Näitä akkuja käytetään yleisesti matkapuhelimissa, sähköautoissa ja useimmissa muissa kannettavissa elektroniikoissa.

Varaparistot : Nämä ovat erityyppisiä paristoja, joita käytetään hyvin ainutlaatuisessa sovelluksessa. Kuten nimestä käy ilmi, paristoja pidetään varalla (valmiustilassa) suurimman osan sen käyttöajasta, joten niiden itsepurkautumisnopeus on hyvin pieni. Esimerkki olisi pelastusliiviparistot.

Akun peruskemia

Kuten aiemmin kerrottiin, akuille on tarjolla monia erilaisia kemikaaleja. Jokaisella kemialla on omat hyvät ja huonot puolensa. Mutta riippumatta kemian tyypistä, on olemassa muutamia asioita, jotka ovat yhteisiä kaikille paristoille. Katsotaanpa heitä katsomaan niitä menemättä paljon sen kemiaan.

Akussa on kolme pääkerrosta, jotka ovat katodi, anodi ja erotin. Katodi on pariston positiivinen kerros ja anodi on pariston negatiivinen kerros. Kun akun napoihin on kytketty kuorma, virta (elektronit) kulkee anodista katodiin. Vastaavasti kun laturi on kytketty akun napoihin, elektronien virtaus muuttuu päinvastaiseksi, ts. Katodista anodiksi, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty.

Jotta akku toimisi, tulisi tapahtua kemiallinen reaktio, jota kutsutaan hapettumisen ja pelkistyksen reaktioksi. Joskus kutsutaan myös nimellä Redox Reaction. Tämä reaktio tapahtuu akun anodin ja katodin välillä elektrolyytin (erotin) läpi. Akun anodipuoli on halukas saamaan elektroneja ja siten tapahtuu hapetusreaktio ja akun katodipuoli on halukas löysäämään elektroneja ja siten tapahtuu pelkistysreaktio. Tämän reaktion vuoksi ionit siirtyvät katodista akun anodipuolelle erottimen kautta. Tämän seurauksena anodiin on kertynyt enemmän ioneja. Tämän anodin neutraloimiseksi on työnnettävä elektronit sivulta katodille.

Mutta erotin sallii vain ionien virtauksen sen läpi ja estää minkä tahansa elektronin liikkeen anodista katodiin. Joten ainoa tapa, jolla akku voi siirtää elektroneja, on sen ulkoisten napojen kautta, siksi kun yhdistämme kuorman akun napoihin, saamme sen ajavan virran (elektronit).

Litiumparistokemian perusteet

Koska aiomme keskustella litiumparistoista, koska ne ovat suosituin paristo EV: lle, voidaan kaivaa hieman enemmän kemiaansa. Litiumparistoissa on jälleen useita tyyppejä, litium-nikkelikoboltti-alumiini (NCA), litium-nikkeli-mangaanikoboltti (NMC), litium-mangaanispineli (LMO), litium-titanaatti (LTO), litium-rautafosfaatti (LFP) ovat eniten yleisiä. Jokaisella kemialla on jälleen omat ominaisuutensa, jotka havainnollistavat siististi alla olevaa kuvaa, jonka on kirjoittanut Boston Consulting Group.

Näistä litium-nikkeli-koboltti-alumiini on eniten käytetty alhaisen kustannuksensa vuoksi. Käsittelemme lisää näistä parametreista myöhemmin tässä artikkelissa. Mutta yksi yleinen asia, jonka voit huomata, on se, että litiumia on läsnä kaikissa paristoissa. Tämä johtuu pääasiassa litiumin elektronikonfiguraatiosta. Neutraali litiummetalliatomi on esitetty alla.

Sen atomiluku on kolme, mikä tarkoittaa, että kolme elektronia on sen nukleaasin ympärillä ja uloimmassa kuoressa on vain yksi valenssielektroni. Reaktion aikana tämä valenssielektroni vedetään ulos, mikä antaa meille yhden elektronin ja litiumionin, jossa kaksi elektronia muodostaa litiumionin. Kuten aikaisemmin keskusteltiin, elektroni virtaa virtana akun ulkoliittimien läpi ja litium-ioni virtaa elektrolyytin (erotin) kautta redoksireaktion aikana.

Sähköajoneuvojen akkujen perusteet

Nyt tiedämme, kuinka akku toimii ja miten sitä käytetään sähköajoneuvossa, mutta tästä eteenpäin meidän on ymmärrettävä joitain perustermejä, joita käytetään yleisesti akkua suunniteltaessa. Keskustelkaamme niistä…

Jänniteluokka: Kaksi hyvin yleistä luokitusta, jotka löydät merkittävän akkuun, ovat sen jänniteluokka ja Ah-luokitus. Lyijyakut ovat yleensä 12 V: n ja litiumakut 3,7 V: n. Tätä kutsutaan akun nimellisjännitteeksi. Tämä ei tarkoita, että akku syöttää 3.7 V: n koko napojensa yli. Jännitteen arvo vaihtelee akun kapasiteetin mukaan. Me tulemme keskustelemaan