Реклама

  • Аккумулятор для электромобилей

     

    К тяговым относятся ХИТ аккумулятор для электромобилей и других видов транспорта с автономным электропитанием. Однако, учитывая сложность проблемы создания источника тока для данного вида транспорта, целесообразно рассмотреть эту область применения ХИТ отдельно. Наибольшее внимание в настоящее время уделяется электромобилям и гибридным электромобилям.

    Некоторые проблемы автомобилей. Требования к электромобилям. За последние 40 лет число автомобилей в мире выросло на порядок и превысило 700 млн единиц. Автомобили представляют серьезную экологическую угрозу для человека и окружающей среды, так как выбрасывают в атмосферу большое количество вредных компонентов: оксидов азота, монооксида углерода, сажи, бензапирена и др. Доля выбросов транспортными устройствами в атмосферу составляет, %: 60—70 по СО, 40—50 по N0, 30—40 по углеводородам, 10— 20 по С02 и 10—20 по твердым частицам. Несмотря на применение нейтрализаторов, на которые расходуется до 40 т платины и палладия в год, проблема вредных выбросов сохраняется из-за бурного роста числа автомобилей. Одним из радикальных путей решения экологической проблемы транспорта является применение электромобилей. Электромобили со свинцовыми аккумуляторами в небольших масштабах применяются уже почти сто лет. Во второй половине XX в. в связи с заметным ухудшением экологической обстановки в городах заметно возрос интерес к разработке электромобилей с перспективными аккумуляторами и энергоустановками на основе топливных элементов (ЭУТЭ). Энергетические критерии применения энергоустановок (ЭУ) зависят от типа электромобиля (табл. 5.9).

    Требования 2002 г. по удельной энергии для легковых электромобилей удовлетворяют лишь ЭУТЭ и воздушно-цинковые механически перезаряжаемые ХИТ.

    Сравнение и выбор аккумуляторов для электромобилей. Наиболее дешевым является свинцовый аккумулятор. Как видно на рис. 5.7 и 5.8, свинцовый аккумулятор при скорости движения 50 км/ч может обеспечить пробег между зарядками не менее 70 км, т. е. может использоваться на коммунальных и почтовых электромобилях. Цена аккумуляторных свинцовых батарей лежит в пределах 100—150 долл. США/(кВт-ч). Герметизированные свинцовые аккумуляторы не требуют ухода, они экологически безопасны, имеют КПД 75 %, производятся в больших масштабах, утилизируются после использования. Эти достоинства свинцовых аккумуляторов обусловливают применение их на коммунальных, почтовых и малотоннажных грузовых электромобилях во многих странах мира.

    Однако малая удельная энергия, высокий саморазряд, относительно невысокий ресурс и длительный заряд ограничивают применение свинцовых аккумуляторов в электромобилях.

    Некоторые фирмы, например SAFT, разрабатывают никель-кадмиевые (НК-аккумуляторы) для электромобиля. Как следует из рис. 5.7 и 5.8, они могут обеспечить пробег до 100 км при скорости до 70 км/ч. Кроме того, НК-аккумуляторы имеют высокий ресурс, могут работать при отрицательных температурах. Однако высокая стоимость [примерно 1000—1500 долл. США/(кВт-ч)] и токсичность кадмия исключают возможность масштабного применения электромобилей с никель-кадмиевыми аккумуляторами.

    Более высокую удельную энергию, чем энергия НК-аккумулято-ров, имеют никель-металлогидридные аккумуляторы. Электромобили с этими аккумуляторами имеют пробег до 140 км при скорости 60 км/ч (см. рис. 5.7, 5.8). Никель-металлогидридные аккумуляторы не содержат токсичного кадмия, их удельная энергия за последние годы возрастает, а стоимость уменьшается. По большинству показателей, кроме стоимости и удельной энергии, никель-металлогидридные аккумуляторы удовлетворяют требования USABC, поэтому они были успешно испытаны на электромобилях различных фирм: General Motors, Toyota, Hyundai и др. Однако их широкое использование возможно при снижении стоимости примерно на порядок.

    Удельная энергия бромно-цинковых аккумуляторных установок несколько ниже удельной энергии никель-металлогидридных аккумуляторов, но они дешевле. Австрийская фирма SEA успешно испытала почтовый и спортивный электромобили, оснащенные бромно-цинковыми установками. Они имели пробег 150 км без подзарядки. Факторами, препятствующими широкому применению бромно-цинковых установок, являются: наличие высокотоксичного брома, высокий саморазряд и невысокие удельные объемные энергия и мощность.

    Дальнейшее повышение пробега электромобиля (150—200 км) достигается при использовании высокотемпературных аккумуляторов (натрий-серного и натрий-никельхлоридного). Испытано несколько электромобилей с этим видом аккумуляторных батарей (фургон массой 750 кг, «Мерседес 190» и др.). Электромобиль на основе машины «Мерседес 190» имел пробег без подзарядки 175 км и развивал скорость до 130 км/ч. К недостаткам аккумулятора, ограничивающим применение в электромобилях, относятся необходимость его разогрева до 300 °С, наличие взрыво - и пожароопасного натрия и относительно высокая стоимость [250 долл. США/(кВт • ч)1. удельная энергия, высокий саморазряд, относительно невысокий ресурс и длительный заряд ограничивают применение свинцовых аккумуляторов в электромобилях.

    Некоторые фирмы, например SAFT, разрабатывают никель-кадмиевые (НК-аккумуляторы) для электромобиля. Как следует из рис. 5.7 и 5.8, они могут обеспечить пробег до 100 км при скорости до 70 км/ч. Кроме того, НК-аккумуляторы имеют высокий ресурс, могут работать при отрицательных температурах. Однако высокая стоимость [примерно 1000—1500 долл. США/(кВт-ч)] и токсичность кадмия исключают возможность масштабного применения электромобилей с никель-кадмиевыми аккумуляторами.

    Более высокую удельную энергию, чем энергия НК-аккумулято-ров, имеют никель-металлогидридные аккумуляторы. Электромобили с этими аккумуляторами имеют пробег до 140 км при скорости 60 км/ч (см. рис. 5.7, 5.8). Никель-металлогидридные аккумуляторы не содержат токсичного кадмия, их удельная энергия за последние годы возрастает, а стоимость уменьшается. По большинству показателей, кроме стоимости и удельной энергии, никель-металлогидридные аккумуляторы удовлетворяют требования USABC, поэтому они были успешно испытаны на электромобилях различных фирм: General Motors, Toyota, Hyundai и др. Однако их широкое использование возможно при снижении стоимости примерно на порядок.

    Удельная энергия бромно-цинковых аккумуляторных установок несколько ниже удельной энергии никель-металлогидридных аккумуляторов, но они дешевле. Австрийская фирма SEA успешно испытала почтовый и спортивный электромобили, оснащенные бромно-цинковыми установками. Они имели пробег 150 км без подзарядки. Факторами, препятствующими широкому применению бромно-цинковых установок, являются: наличие высокотоксичного брома, высокий саморазряд и невысокие удельные объемные энергия и мощность.

    Дальнейшее повышение пробега электромобиля (150—200 км) достигается при использовании высокотемпературных аккумуляторов (натрий-серного и натрий-никельхлоридного). Испытано несколько электромобилей с этим видом аккумуляторных батарей (фургон массой 750 кг, «Мерседес 190» и др.). Электромобиль на основе машины «Мерседес 190» имел пробег без подзарядки 175 км и развивал скорость до 130 км/ч. К недостаткам аккумулятора, ограничивающим применение в электромобилях, относятся необходимость его разогрева до 300 °С, наличие взрыво - и пожароопасного натрия и относительно высокая стоимость [250 долл. США/(кВт • ч)1.

    Из выпускаемых электрических перезаряжаемых аккумуляторов наиболее высокую удельную энергию имеют литий-ионные аккумуляторы, электромобили с литий-ионными аккумуляторами могут иметь пробег без подзарядки 200 км и более (см. рис. 5.7, 5.8). К настоящему времени несколько фирм Японии, Франции, США и других стран проводят испытания электромобилей с литий-ионными аккумуляторами. Основным недостатком литий-ионных аккумуляторов, ограничивающим их применение в электромобилях, является очень высокая стоимость. Однако стоимость аккумуляторов непрерывно снижается благодаря использованию более дешевых материалов, усовершенствованию технологии и увеличению объема производства.

    Наиболее высокой удельной энергией характеризуются воздушно-цинковые механически перезаряжаемые ХИТ. Соответственно электромобили с воздушно-цинковыми ХИТ имеют очень большой пробег без замены анодных кассет. Кроме того, стоимость их находится в переделах 100—150 долл. США/(кВт • ч). Как показали испытания электромобилей с воздушно-цинковыми ХИТ в США и Германии, они имели пробег свыше 600 км при средней скорости 60— 65 км/ч. Израильская фирма Electric Fuel Limited создает сеть станций для механической перезарядки электромобилей и заводов по регенерации цинка и электролита в Израиле и Европе. К недостаткам воздушно-цинковых механически перезаряжаемых ХИТ следует отнести необходимость создания специальной системы механической перезарядки, что возможно лишь в городах и требует больших капитальных затрат.

    Таким образом, в электромобилях с коротким пробегом между зарядами (до 70—80 км) используются свинцовые аккумуляторы. В электромобилях со средним пробегом (до 200 км) могут найти применение никель-металлогидридные, бромно-цинковые и высокотемпературные аккумуляторы. В электромобилях с пробегом 200 км и более перспективно применение литиевых и механически перезаряжаемых воздушно-цинковых ХИТ. Перспектива широкого применения аккумуляторов в электромобилях определяется в первую очередь готовностью общества к экономическим затратам для решения экологических проблем.

    Достаточно перспективно применение в электробусах электрохимических конденсаторов, способных заряжаться за очень короткий период во время остановок электробусов.

    В России ряд организаций ведут разработку электромобилей. Например, АО «Автоваз» разработало и испытало несколько моделей электромобилей с никель-цинковыми, никель-кадмиевыми и никель-железными аккумуляторами, предназначенными для внутризаводского транспорта, для гольф-клубов, курортных зон, больничных городков и аэропортов.

     



  • На главную