Akumulator do samochodu elektrycznego
Akumulatory w samochodach elektrycznych i pojazdach hybrydowych zasilają silnik elektryczny (lub silniki) energią elektryczną, która jest przekształcana w energię mechaniczną napędzającą pojazd.
Funkcja
Podobnie jak silniki spalinowe, również napędy elektryczne potrzebują energii. W samochodach elektrycznych niezbędna energia jest magazynowana w tak zwanych akumulatorach, w skrócie: bateriach. Silnik elektryczny przekształca tę energię elektryczną w energię kinetyczną.
Obecnie stosuje się prawie wyłącznie akumulatory litowo-jonowe (Li-jonowe). W niektórych modelach hybrydowych nadal montuje się akumulatory niklowo-wodorkowe. Powszechnie stosowane dawniej akumulatory ołowiowe lub niklowo-kadmowe nie odgrywają już większej roli.
Obecnie akumulatory do pojazdów elektrycznych określa się również mianem baterii. Ściśle rzecz biorąc, jest to nieprawidłowe, ponieważ baterie – w przeciwieństwie do akumulatorów – po wyczerpaniu energii stają się bezużyteczne. Jednak na arenie międzynarodowej, a zwłaszcza w krajach anglojęzycznych, nie rozróżnia się akumulatorów od baterii: samochód elektryczny jest zatem na arenie międzynarodowej określany jako BEV – Battery Electric Vehicle.
Budowa i zasada działania
Akumulatory do samochodów elektrycznych składają się z wielu pojedynczych ogniw, połączonych w moduły, które magazynują i dostarczają prąd. Ogniwa te posiadają elektrodę wykonaną z tlenku metalu litowego oraz elektrodę, która zazwyczaj składa się z grafitu. Podczas rozładowywania katoda pełni rolę elektrody dodatniej. Podczas ładowania katoda pełni rolę elektrody ujemnej. W katodzie zgromadzone są ruchome jony litu, które podczas ładowania przemieszczają się w kierunku anody. Jony to cząstki naładowane elektrycznie. Gdy samochód jedzie, czyli podczas rozładowywania, jony przemieszczają się z anody przez elektrolit (substancję przewodzącą prąd elektryczny, która zapewnia ruchliwość jonów) z powrotem do tlenku metalu w katodzie.
Pojemność
Jednym z czynników, który ma decydujący wpływ na praktyczną wydajność akumulatorów, jest ich pojemność. Niektóre akumulatory do samochodów elektrycznych osiągają obecnie pojemność rzędu 100 kWh (kilowatogodzin). Przy zużyciu wynoszącym na przykład 20 kWh na 100 km, przy takiej pojemności teoretyczny zasięg wynosi 500 kilometrów. Można go jednak osiągnąć jedynie dzięki bardzo dużym i ciężkim akumulatorom, które mogą ważyć nawet 700 kilogramów. Nawet małe samochody elektryczne o umiarkowanym zasięgu są obecnie wyposażone w akumulatory ważące około 200 kilogramów.
Proces ładowania
Do ładowania akumulatorów samochodu elektrycznego służą nie tylko domowe gniazdka, ale także specjalne stacje ładowania. Ładowanie akumulatora samochodu elektrycznego przebiega podobnie jak zwykłe tankowanie: wystarczy otworzyć pokrywę, podłączyć wtyczkę i gotowe. W Europie jako standard przyjęła się „złącze typu 2”.
Samochody elektryczne są zasilane prądem stałym. Dlatego prąd przemienny pochodzący z gniazdka lub stacji ładowania musi zostać przekształcony. Odbywa się to za pomocą tzw. prostowników, które są zintegrowane z elektroniką mocy samochodu. Wiele stacji ładowania posiada takie przetworniki, aby zasilać akumulatory bezpośrednio prądem stałym.
Kierowcy mogą obliczyć orientacyjny czas ładowania samochodu elektrycznego według następującego wzoru: Czas ładowania = pojemność akumulatora / moc ładowania.
Moc ładowania można obliczyć w następujący sposób: Moc ładowania = liczba faz × napięcie w woltach × natężenie prądu w amperach.
Ochrona środowiska
Ponieważ silniki elektryczne – przynajmniej lokalnie – nie powodują emisji, uważa się je za bardziej przyjazne dla środowiska w porównaniu z silnikami spalinowymi. Jednak podczas produkcji energii elektrycznej mogą również powstawać substancje szkodliwe. Najlepszy bilans ekologiczny uzyskuje się, gdy wykorzystuje się energię elektryczną pochodzącą w 100% ze źródeł odnawialnych. Utylizacja zużytych akumulatorów stanowi problem. Producenci akumulatorów już pracują nad rozwiązaniami umożliwiającymi recykling zużytych akumulatorów.
Utrzymanie wartości
Akumulatory są wrażliwe na temperaturę: zimno lub upał negatywnie wpływają na wydajność akumulatora i skracają jego żywotność. Optymalna temperatura pracy akumulatorów litowo-jonowych wynosi około 20 °C. Dlatego też duże znaczenie ma skuteczny system zarządzania temperaturą. Ponadto nieuniknioną utratę pojemności akumulatorów można opóźnić, unikając ekstremalnych poziomów naładowania. Poziom naładowania akumulatora nie powinien spaść poniżej 20 procent.
Do pobrania
Tutaj znajdziesz wszystkie materiały do pobrania na temat „Akumulator do samochodu elektrycznego”:
Wszystkie pliki do pobrania: