하이브리드 및 전기 자동차용 배터리

이전 기사에서 우리는 주로 자동차를 시동하는 데 필요한 전기 공급원이자 전기 장비의 비교적 단기 작동에 필요한 배터리에 대해 논의했습니다. 그러나 우리의 경우 하이브리드 자동차 및 전기 자동차와 같은 대형 모바일 장치를 추진하는 분야에서 사용되는 배터리의 특성에는 완전히 다른 요구 사항이 부과됩니다. 차량에 전력을 공급하려면 훨씬 더 많은 양의 저장된 에너지가 필요하며 어딘가에 저장해야 합니다. 내연 기관이 장착된 클래식 자동차에서는 가솔린, 디젤 또는 LPG 형태로 탱크에 저장됩니다. 전기자동차나 하이브리드 자동차의 경우 배터리에 저장되는데, 이는 전기자동차의 가장 큰 문제점이라고 할 수 있다.

전류 축전지는 에너지를 거의 저장할 수 없지만 부피가 크고 무거우며 동시에 최대 충전(보통 8 이상)까지 몇 시간이 걸립니다. 반면 내연기관 차량은 XNUMX분에서 XNUMX분 정도만 충전하면 배터리에 비해 작은 케이스에 많은 에너지를 저장할 수 있다. 불행히도 전기 저장 문제는 전기 자동차가 출시된 이후로 문제가 되었고 부인할 수 없는 발전에도 불구하고 차량에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지 밀도는 여전히 매우 낮습니다. 다음 줄에서는 에너지 절약에 대해 더 자세히 논의하고 순수 전기 또는 하이브리드 드라이브를 사용하는 자동차의 실제 현실에 더 가까이 다가가려고 노력할 것입니다. 이러한 "전자 자동차"에 대한 많은 신화가 있으므로 이러한 드라이브의 장단점을 자세히 살펴보는 것은 나쁘지 않습니다.

불행하게도 제조업체가 제공한 수치도 매우 의심스럽고 다소 이론적인 수치입니다. 예를 들어 Kia Venga에는 80kW의 전력과 280Nm의 토크를 가진 전기 모터가 포함되어 있습니다. 전원은 24kWh 용량의 리튬 이온 배터리로 공급되며 제조업체에 따르면 기아 Vengy EV의 예상 범위는 180km입니다. 배터리 용량은 완전히 충전되면 24kW의 엔진 소비를 제공하거나 48분 안에 180kW의 소비를 공급할 수 있음을 알려줍니다. 간단한 재계산으로 60km를 운전할 수 없습니다. . 그러한 범위에 대해 생각하고 싶다면 약 3 시간 동안 평균 8km / h를 운전해야하며 엔진 출력은 공칭 값의 40 분의 XNUMX, 즉 XNUMXkW에 불과합니다. 즉, 직장에서 거의 확실하게 브레이크를 사용하는 정말 조심스러운 (조심스러운) 주행으로 그러한 주행은 이론적으로 가능합니다. 물론 다양한 전기 부속품의 포함은 고려하지 않습니다. 누구나 이미 클래식 자동차에 비해 자기 ​​부인이 무엇인지 상상할 수 있습니다. 동시에 클래식 Venga에 XNUMX리터의 디젤 연료를 붓고 제한 없이 수백 킬로미터를 운전합니다. 왜 그래야만하지? 이 에너지의 양과 클래식 자동차가 탱크에 얼마나 많은 무게를 담을 수 있는지, 전기 자동차가 배터리에 얼마나 담을 수 있는지 비교해 봅시다. 자세한 내용은 여기를 참조하세요.

화학 및 물리학의 몇 가지 사실

• 가솔린 발열량: 42,7 MJ/kg,
• 디젤 연료의 발열량: 41,9 MJ/kg,
• 가솔린 밀도: 725kg/m3,
• 오일 밀도: 840kg/m3,
• 줄(J) = [kg * m2 / s2],
• 와트(W) = [J/s],
• 1MJ = 0,2778kWh.

에너지는 일을 할 수 있는 능력으로 줄(J), 킬로와트시(kWh)로 측정됩니다. 일(기계적)은 몸이 움직이는 동안 에너지의 변화로 나타나며 에너지와 같은 단위를 가집니다. 전력은 단위 시간당 하는 일의 양을 나타내며 기본 단위는 와트(W)입니다.

에너지원의 비출력

에너지 자원	발열량/kg 밀도	발열량 / l 에너지 / l	에너지/kg
가솔린	42,7MJ/kg 725kg/m3	30,96MJ/l 8,60kWh/l	11,86kWh/kg
기름	41,9MJ/kg 840kg/m3	35,20MJ/l 9,78kWh/l	11,64kWh/kg
리튬 이온 배터리(Audi R8 e-tron)	42kWh 470kg		0,0893kWh/kg

위에서 보면 예를 들어 발열량이 42,7MJ/kg이고 밀도가 725kg/m3인 경우 가솔린이 리터당 8,60kWh 또는 킬로그램당 11,86kWh의 에너지를 제공한다는 것이 분명합니다. 현재 전기차에 탑재되는 배터리(예: 리튬 이온)를 만들면 용량은 킬로그램당 0,1kWh 미만입니다(단순히 0,1kWh로 간주). 기존 연료는 동일한 중량에 대해 31배 이상의 에너지를 제공합니다. 이것이 엄청난 차이임을 이해하게 될 것입니다. 예를 들어 2,6kWh 배터리가 장착된 Chevrolet Cruze는 3,5kg 미만의 휘발유 또는 원하는 경우 약 XNUMX리터의 휘발유에 들어갈 수 있는 에너지를 운반합니다.

전기 자동차가 전혀 시동되지 않고 여전히 100km 이상의 에너지가 없을 것이라는 것을 알 수 있습니다. 이유는 간단합니다. 전기 모터는 저장된 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 측면에서 훨씬 더 효율적입니다. 일반적으로 내연기관의 효율은 가솔린 엔진의 경우 약 90%, 디젤 엔진의 경우 약 30%인 반면 35%의 효율을 가져야 합니다. 따라서 전기 모터에 동일한 전력을 제공하려면 훨씬 낮은 에너지 예비로 충분합니다.

개별 드라이브의 사용 용이성

단순화된 계산을 평가한 후 휘발유 2,58리터에서 약 3,42kWh, 디젤 연료 0,09리터에서 8kWh, 리튬 이온 배터리 470kg에서 약 16,3kWh의 기계적 에너지를 얻을 수 있다고 가정합니다. 따라서 그 차이는 12,3배가 아니라 4배 정도에 불과합니다. 이것은 최고의 숫자이지만 여전히 분홍색은 아닙니다. 예를 들어 스포티한 Audi R3,0을 생각해 보십시오. 무게가 62kg인 완전히 충전된 배터리의 에너지는 휘발유 2350리터 또는 디젤 연료 2리터에 해당합니다. 또는 20리터의 디젤 연료 탱크 용량을 가진 Audi A1 XNUMX TDI가 있고 순수 배터리 드라이브에서 동일한 범위를 원할 경우 약 XNUMXkg의 배터리가 필요합니다. 지금까지 이 사실은 전기 자동차에 매우 밝은 미래를 제공하지 않습니다. 그러나 호밀에 샷건을 던질 필요는 없습니다. 그러한 "e-car"를 개발하라는 압력은 무자비한 녹색 로비에 의해 제거되므로 자동차 제조업체가 좋든 싫든 "녹색"을 생산해야합니다. " ". 순수 전기 드라이브의 확실한 대체품은 내연 기관과 전기 모터를 결합한 소위 하이브리드입니다. 현재 가장 잘 알려진 것은 예를 들어 Toyota Prius(동일한 하이브리드 기술이 적용된 Auris HSD) 또는 Honda Inside입니다. 그러나 순수한 전기적 범위는 여전히 우스꽝 스럽습니다. 첫 번째 경우 약 XNUMXkm(최신 버전의 플러그인에서는 XNUMXkm로 증가), 두 번째 경우 Honda는 순수 전기 드라이브를 두드리지도 않습니다. 지금까지 실제 효과는 대량 광고가 제안하는 것처럼 기적적이지 않습니다. 현실은 그들이 대부분 재래식 기술로 어떤 파란색 움직임(경제)으로도 그들을 채색할 수 있음을 보여주었습니다. 하이브리드 발전소의 장점은 주로 도심 주행 시 연비에 있다. 아우디는 최근 일부 브랜드가 자동차에 하이브리드 시스템을 설치하여 달성하는 것과 동일한 연비를 평균적으로 달성하기 위해 현재 차체 중량만 줄이는 것이 필요하다고 말했습니다. 일부 자동차의 새 모델도 이것이 어둠 속으로 비명을 지르는 것이 아님을 증명합니다. 예를 들어, 최근 출시된 XNUMX세대 폭스바겐 골프는 더 가벼운 구성 요소를 사용하여 학습하고 실제로 이전보다 연료를 덜 사용합니다. 일본 자동차 회사인 Mazda도 비슷한 방향을 택했습니다. 이러한 주장에도 불구하고 "장거리" 하이브리드 드라이브의 개발은 계속됩니다. 예를 들어 Opel Ampera와 역설적으로 Audi AXNUMX e-tron의 모델을 언급하겠습니다.

개별 드라이브의 사용 용이성

에너지 자원	엔진 효율	유효 에너지 / l	유효 에너지 / kg
가솔린	0,30	2,58kWh/리터	3,56kWh/kg
기름	0,35	3,42kWh/리터	4,07kWh/kg
리튬 이온 배터리	0,90	-	좋아요. 0,1kWh/kg

오펠 Ampera

Opel Ampera는 종종 전기 자동차로 제시되지만 실제로는 하이브리드 자동차입니다. 전기 모터 외에도 Ampere는 1,4리터 63kW 내연 기관도 사용합니다. 그러나 이 가솔린 엔진은 바퀴를 직접 구동하는 것이 아니라 배터리가 방전될 경우 발전기 역할을 합니다. 에너지. 전기 부품은 출력이 111kW(150hp)이고 토크가 370Nm인 전기 모터로 표시됩니다. 전원 공급 장치는 220개의 T자형 리튬 전지로 구동되며 총 전력은 16kWh이고 무게는 180kg입니다. 이 전기 자동차는 순수 전기 드라이브로 40-80km를 이동할 수 있습니다. 이 거리는 종종 하루 종일 시내 운전에 충분하며 도시 교통이 연소 엔진의 경우 상당한 연료 소비를 필요로 하기 때문에 운영 비용을 크게 절감합니다. 배터리는 표준 콘센트에서도 재충전할 수 있으며 내연 기관과 결합할 경우 Ampera의 주행 범위는 XNUMXkm까지 확장됩니다.

아우디 전자 A1

기술적으로 매우 까다로운 하이브리드 드라이브보다 더 진보된 기술이 적용된 클래식 드라이브를 선호하는 아우디는 1년여 전에 흥미로운 A12 e-트론 하이브리드 자동차를 선보였습니다. 150kWh 용량과 254kg 무게의 리튬 이온 배터리는 15리터 탱크에 저장된 휘발유 형태의 에너지를 사용하는 발전기의 일부인 Wankel 엔진에 의해 충전됩니다. 엔진의 부피는 45 입방 미터입니다. cm이며 75kW / h el을 생성합니다. 에너지. 전기 모터의 출력은 0kW이며 단시간에 최대 100kW의 전력을 생산할 수 있습니다. 10에서 130까지 가속은 약 50초, 최고 속도는 약 12km/h이며 순수 전기 구동으로 시내 약 250km를 주행할 수 있습니다. e가 고갈된 후. 에너지는 회전식 내연 기관에 의해 신중하게 활성화되고 전기를 재충전합니다. 배터리 에너지. 완전히 충전된 배터리와 1,9리터 휘발유의 총 범위는 약 100km이며 1450km당 평균 12리터를 소비합니다. 차량의 작동 중량은 30kg입니다. 70리터 탱크에 얼마나 많은 에너지가 숨겨져 있는지 직접 비교하기 위해 간단한 변환을 살펴보겠습니다. 최신 Wankel 엔진 효율을 9%라고 가정하면 휘발유 12kg(31L)과 함께 79kg은 배터리에 저장된 에너지 387,5kWh와 같습니다. 따라서 1kg의 엔진 및 탱크 = 9kg의 배터리(Audi A62 e-Tron 중량으로 계산). 연료 탱크를 XNUMX리터 늘리고 싶다면 이미 XNUMXkWh의 에너지를 자동차에 공급할 수 있습니다. 그래서 우리는 계속할 수 있었습니다. 그러나 그는 한 가지 캐치가 있어야합니다. 더 이상 "친환경" 자동차가 아닙니다. 따라서 여기에서도 전기 드라이브가 배터리에 저장된 에너지의 출력 밀도에 의해 크게 제한된다는 것을 분명히 알 수 있습니다.

특히 높은 가격과 높은 중량은 아우디의 하이브리드 드라이브가 점차 배경으로 퇴색하게 만들었다. 그러나 이것이 아우디의 하이브리드 자동차와 전기 자동차 개발이 완전히 평가절하되었음을 의미하지는 않습니다. A1 e-tron 모델의 새로운 버전에 대한 정보가 최근 등장했습니다. 이전 엔진과 비교하여 로터리 엔진/발전기는 1,5kW 94리터 12기통 터보차저 엔진으로 교체되었습니다. 고전적인 내연 기관의 사용은 주로이 변속기와 관련된 어려움으로 인해 Audi에 의해 강제되었으며 새로운 80 기통 엔진은 배터리를 충전 할뿐만 아니라 구동 휠과 직접 작동하도록 설계되었습니다. Sanyo 배터리는 1kWh의 동일한 출력을 가지며 순수 전기 구동 범위는 약 100km로 약간 증가했습니다. Audi는 업그레이드된 A20 e-tron이 평균 5km당 100리터여야 한다고 말합니다. 불행히도 이 비용에는 한 가지 걸림돌이 있습니다. 순수 전기 범위가 확장된 하이브리드 차량용. 드라이브는 최종 유속을 계산하기 위해 흥미로운 기술을 사용합니다. 소위 소비는 무시됩니다. 급유 배터리 충전 네트워크와 최종 소비량 l/XNUMXkm는 전기가 있는 마지막 XNUMXkm 주행 동안의 휘발유 소비량만 고려합니다. 배터리 충전. 매우 간단한 계산으로 배터리가 적절하게 방전된 경우 이를 계산할 수 있습니다. 우리는 정전 후에 운전했습니다. 순수 휘발유 배터리의 에너지, 결과적으로 소비가 XNUMX배, 즉 XNUMXkm당 XNUMX리터의 휘발유가 증가합니다.

아우디 A1 e-트론 II. 세대

전기 저장 문제

에너지 저장 문제는 전기 공학만큼이나 오래된 문제입니다. 최초의 전기 공급원은 갈바니 전지였습니다. 짧은 시간 후 갈바니 XNUMX차 전지(배터리)에서 전기 축적의 가역적 과정의 가능성이 발견되었습니다. 처음 사용된 배터리는 납 배터리였으며, 짧은 시간 동안 니켈-철과 조금 후에 니켈-카드뮴이 사용되었으며 실제 사용은 XNUMX년 이상 지속되었습니다. 또한 이 분야에 대한 집중적인 전 세계적 연구에도 불구하고 기본 디자인은 크게 변경되지 않았습니다. 새로운 제조 기술을 사용하여 기본 재료의 특성을 개선하고 Cell 및 Vessel Separator에 신소재를 사용하여 비중을 약간 줄이고 Cell의 자체 방전을 줄이며 작업자의 편안함과 안전성을 높일 수 있었으며, 하지만 그게 전부입니다. 가장 중요한 단점, 즉. 배터리의 무게와 부피에 대한 저장된 에너지의 비율은 매우 불리했습니다. 따라서 이러한 배터리는 주로 정적 애플리케이션(주 전원 공급 장치가 고장난 경우 백업 전원 공급 장치 등)에 사용되었습니다. 배터리는 견인 시스템, 특히 무거운 무게와 상당한 크기가 너무 많이 방해하지 않는 철도(수송 카트)의 에너지원으로 사용되었습니다.

에너지 저장 진행

그러나 암페어시 단위로 작은 용량과 치수를 가진 전지를 개발해야 할 필요성이 높아졌습니다. 따라서 알칼리 XNUMX차 전지와 밀봉된 버전의 니켈 카드뮴(NiCd) 및 니켈 금속 수소화물(NiMH) 배터리가 형성되었습니다. 셀의 캡슐화를 위해 기존의 XNUMX차 염화아연 셀과 동일한 슬리브 모양과 크기가 선택되었습니다. 특히, 니켈-금속 수소화물 배터리의 달성된 매개변수는 특히 휴대폰, 랩톱, 도구의 수동 드라이브 등에 사용할 수 있게 합니다. 이러한 셀의 제조 기술은 다음이 있는 셀에 사용되는 기술과 다릅니다. 암페어 시간의 대용량. 대형 셀 전극 시스템의 라멜라 배열은 분리기를 포함한 전극 시스템을 원통형 코일로 변환하는 기술로 대체되며, 이 코일은 AAA, AA, C 및 D 크기의 규칙적인 모양의 셀에 삽입되고 접촉됩니다. 크기의 배수. 일부 특수 용도의 경우 특수 플랫 셀이 생산됩니다.

나선형 전극이 있는 밀폐형 전지의 장점은 고전적인 대형 전지 설계에 비해 고전류로 충전 및 방전할 수 있는 능력이 몇 배 더 크고 상대적인 에너지 밀도 대 전지 중량 및 부피의 비율입니다. 단점은 자가 방전이 더 많고 작업 주기가 더 적다는 것입니다. 단일 NiMH 셀의 최대 용량은 약 10Ah입니다. 그러나 다른 더 큰 직경의 실린더와 마찬가지로 열 방출 문제로 인해 너무 높은 전류를 충전하는 것을 허용하지 않아 전기 자동차에서의 사용이 크게 감소하므로 이 소스는 하이브리드 시스템(Toyota Prius)에서 보조 배터리로만 사용됩니다. 1,3kWh).

에너지 저장 분야의 중요한 발전은 안전한 리튬 배터리의 개발이었습니다. 리튬은 전기화학적 포텐셜 값이 높은 원소이지만, 산화적 의미에서 반응성이 매우 높아서 리튬 금속을 실제로 사용할 때 문제를 일으키기도 한다. 리튬이 대기 중 산소와 접촉하면 연소가 발생하며 환경 특성에 따라 폭발의 특성을 가질 수 있습니다. 이 불쾌한 특성은 표면을 조심스럽게 보호하거나 덜 활성인 리튬 화합물을 사용하여 제거할 수 있습니다. 현재 가장 일반적인 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리는 암페어시 단위로 2~4Ah 용량입니다. 용도는 NiMh와 유사하며 평균 방전 전압 3,2V에서 6~13Wh의 에너지를 사용할 수 있습니다. 니켈-금속 수소화물 배터리와 비교할 때 리튬 배터리는 같은 부피에 대해 XNUMX~XNUMX배 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 리튬 이온(폴리머) 배터리는 젤 또는 고체 형태의 전해질을 가지고 있으며 거의 ​​XNUMX분의 XNUMX밀리미터만큼 얇은 평면 셀로 각 응용 분야의 요구에 맞게 거의 모든 모양으로 제조할 수 있습니다.

승용차의 전기 드라이브는 메인 및 유일한 하나(전기 자동차)로 만들거나 전기 드라이브가 견인력의 지배적 및 보조적 소스가 될 수 있는 결합(하이브리드 드라이브)으로 만들 수 있습니다. 사용된 모델에 따라 차량 작동에 필요한 에너지 요구 사항과 그에 따른 배터리 용량이 다릅니다. 전기 자동차의 경우 배터리 용량이 25~50kWh 사이이고 하이브리드 구동의 경우 당연히 더 낮아져 1~10kWh 범위입니다. 주어진 값에서 3,6V의 하나의 (리튬) 셀 전압에서 셀을 직렬로 연결해야 함을 알 수 있습니다. 배전 도체, 인버터 및 모터 권선의 손실을 줄이려면 드라이브의 온보드 네트워크(12V)에서 평소보다 높은 전압을 선택하는 것이 좋습니다. 일반적으로 사용되는 값은 250~500V입니다. 오늘날 리튬 전지는 분명히 가장 적합한 유형입니다. 물론, 특히 납산 배터리와 비교할 때 여전히 매우 비쌉니다. 그러나 그들은 훨씬 더 어렵습니다.

기존 리튬 배터리 셀의 공칭 전압은 3,6V입니다. 이 값은 기존 니켈-금속 수소화물 셀과 각각 다릅니다. 공칭 전압이 1,2V(또는 납 - 2V)인 NiCd는 실제로 사용하는 경우 두 유형의 호환성을 허용하지 않습니다. 이러한 리튬 배터리의 충전은 최대 충전 전압 값을 매우 정확하게 유지해야 한다는 특징이 있습니다. 이를 위해서는 특수한 유형의 충전기가 필요하며 특히 다른 유형의 셀용으로 설계된 충전 시스템을 사용할 수 없습니다.

리튬 배터리의 주요 특성

전기차 및 하이브리드용 배터리의 주요 특성은 충방전 특성이라고 할 수 있다.

충전 특성 

충전 과정은 충전 전류의 조절을 필요로 하며, 셀 전압의 제어와 현재 온도의 제어를 건너뛸 수 없습니다. LiCoO2를 음극 전극으로 사용하는 오늘날 사용되는 리튬 전지의 경우 최대 충전 전압 제한은 전지당 4,20~4,22V입니다. 이 값을 초과하면 셀의 특성이 손상되고 역으로 이 값에 도달하지 못하면 공칭 셀 용량을 사용하지 않음을 의미합니다. 충전을 위해 일반적인 IU 특성이 사용됩니다. 즉, 첫 번째 단계에서 4,20V/cell의 전압에 도달할 때까지 정전류로 충전됩니다. 충전 전류는 각각 셀 제조업체가 지정한 최대 허용 값으로 제한됩니다. 충전기 옵션. 4,2단계의 충전시간은 충전전류의 크기에 따라 수십분에서 수시간까지 다양하다. 셀 전압은 최대로 점차 증가합니다. 70V의 값. 이미 언급했듯이이 전압은 셀 손상 위험으로 인해 초과되어서는 안됩니다. 충전의 첫 번째 단계에서는 에너지의 80~2%가 셀에 저장되고 두 번째 단계에서는 나머지 에너지가 저장됩니다. 두 번째 단계에서는 충전 전압이 최대 허용값으로 유지되고 충전 전류가 점차 감소합니다. 전류가 셀 정격 방전 전류의 약 3~1%로 떨어지면 충전이 완료된 것입니다. 소형 셀의 경우 충전 전류의 최대값도 방전 전류보다 몇 배 높기 때문에 첫 번째 충전 단계에서 상당한 양의 전기를 절약할 수 있습니다. 상대적으로 매우 짧은 시간(약 3/XNUMX 및 XNUMX시간)에 에너지. 따라서, 비상시에도 비교적 짧은 시간에 전기자동차의 배터리를 충분한 용량으로 충전할 수 있다. 리튬 전지의 경우에도 일정 기간 보관하면 축적된 전기가 감소합니다. 그러나 이것은 가동 중지 시간이 약 XNUMX개월 후에 발생합니다.

방전 특성

전압은 먼저 3,6~3,0V로 빠르게 떨어지고(방전 전류의 크기에 따라 다름) 전체 방전 동안 거의 일정하게 유지됩니다. 이메일 공급 소진 후. 에너지는 또한 셀 전압을 매우 빠르게 낮춥니다. 따라서 제조사에서 지정한 방전 전압인 2,7~3,0V까지 방전을 완료해야 합니다.

그렇지 않으면 제품의 구조가 손상될 수 있습니다. 하역 과정은 비교적 제어하기 쉽습니다. 전류 값에 의해서만 제한되며 최종 방전 전압 값에 도달하면 멈춥니다. 유일한 문제는 순차적 배열에서 개별 셀의 속성이 결코 동일하지 않다는 것입니다. 따라서 셀의 전압이 최종 방전 전압 아래로 떨어지지 않도록 주의해야 합니다. 셀이 손상되어 전체 배터리가 오작동할 수 있기 때문입니다. 배터리를 충전할 때도 동일한 사항을 고려해야 합니다.

코발트, 니켈 또는 망간의 산화물이 인화물 Li3V2(PO4) 3 로 대체된 다른 캐소드 물질을 사용하는 언급된 유형의 리튬 전지는 규정 미준수로 인한 전지 손상의 언급된 위험을 제거합니다. 더 높은 용량. 또한 선언된 서비스 수명은 약 2회 충전 주기(000% 방전 시)이며 특히 셀이 완전히 방전될 때 손상되지 않는다는 사실이 명시되어 있습니다. 장점은 또한 최대 80V로 충전할 때 약 4,2의 더 높은 공칭 전압입니다.

이상의 설명에서 현재로서는 연료탱크에 화석연료에 저장하는 에너지에 비해 자동차 운전에 필요한 에너지를 저장하는 등 현재로서는 리튬전지만이 유일한 대안임을 명확히 알 수 있다. 배터리 용량의 증가는 이 친환경 드라이브의 경쟁력을 높일 것입니다. 우리는 개발이 느려지지 않고 반대로 몇 마일 전진하기를 바랄 수 있습니다.

하이브리드 및 전기 배터리를 사용하는 차량의 예

Toyota Prius는 순수 전기 자동차에 낮은 파워 리저브를 제공하는 클래식 하이브리드입니다. 운전하다

토요타 프리우스는 1,3kWh NiMH 배터리를 주로 사용하며 가속을 위한 동력원으로 주로 사용되며 최대 약 2km까지 별도의 전기 구동이 가능하다. 50km / h의 속도 플러그인 버전은 이미 5,4kWh 용량의 리튬 이온 배터리를 사용하므로 최대 속도로 14-20km의 거리를 전기 드라이브로만 운전할 수 있습니다. 속도 100km / h.

순수 전자 메일에서 파워 리저브가 증가된 Opel Ampere-하이브리드. 운전하다

Opel이 40인승 80도어 Amper라고 부르는 확장된 범위(111-150km)의 전기 자동차는 370kW(220hp) 및 16Nm 토크의 전기 모터로 구동됩니다. 전원 공급 장치는 180개의 T자형 리튬 전지로 구동되며 총 전력은 1,4kWh이고 무게는 63kg입니다. 발전기는 XNUMXkW 출력의 XNUMX리터 가솔린 엔진입니다.

Mitsubishi 및 MiEV, Citroën C-Zero, Peugeot iOn-clean el. 자동차

16kWh 용량의 리튬 이온 배터리를 사용하면 NEDC(New European Driving Cycle) 표준에 따라 측정한 대로 재충전 없이 최대 150km를 주행할 수 있습니다. 고전압 배터리(330V)는 바닥 내부에 있으며 충격 시 크래들 프레임에 의해 손상되지 않도록 보호됩니다. 미쓰비시와 GS유아사의 합작법인 리튬에너지재팬의 제품이다. 총 88개의 글이 있습니다. 드라이브용 전기는 총 용량이 330kWh인 88개의 50Ah 셀로 구성된 16V 리튬 이온 배터리에서 제공됩니다. 배터리는 외부 급속 충전기(125A, 400V)를 사용하여 가정용 콘센트에서 80시간 이내에 충전되며, 배터리는 XNUMX분 이내에 XNUMX%까지 충전됩니다.

나 자신은 전기 자동차의 열렬한 팬이며 이 분야에서 일어나는 일을 지속적으로 모니터링하지만 현재 현실은 그렇게 낙관적이지 않습니다. 이것은 순수한 전기 자동차와 하이브리드 자동차 모두의 수명이 쉽지 않고 종종 숫자 게임인 척하는 위의 정보로도 확인됩니다. 그들의 생산은 여전히 ​​매우 까다롭고 비용이 많이 들며 그 효과는 반복적으로 논쟁의 여지가 있습니다. 전기 자동차(하이브리드)의 주요 단점은 기존 연료(디젤, 휘발유, 액화 석유 가스, 압축 천연 가스)에 저장된 에너지에 비해 배터리에 저장된 에너지의 비용량이 매우 낮다는 것입니다. 전기 자동차의 성능을 기존 자동차에 더 가깝게 만들려면 배터리의 무게를 최소한 8분의 42로 줄여야 합니다. 이것은 언급된 Audi R470 e-tron이 47kg이 아닌 70kg에 80kWh를 저장해야 함을 의미합니다. 또한 충전 시간을 크게 줄여야 합니다. 6-8% 용량에서 약 2시간은 여전히 ​​많은데, 완전 충전 시 평균 2-2시간을 말하는 것이 아닙니다. COXNUMX 전기 자동차의 제로 생산에 대한 헛소리도 믿을 필요가 없습니다. 바로 그 사실을 주목하자. 소켓의 에너지도 화력 발전소에서 생성되며 충분한 COXNUMX를 생성할 뿐만 아닙니다. 생산을 위한 COXNUMX의 필요성이 클래식 자동차보다 훨씬 더 큰 자동차의 더 복잡한 생산은 말할 것도 없습니다. 우리는 무겁고 유독한 물질을 포함하는 부품의 수와 문제가 되는 후속 폐기를 잊어서는 안 됩니다.

언급되거나 언급되지 않은 모든 단점과 함께 전기 자동차(하이브리드)도 부인할 수 없는 장점이 있습니다. 도시 교통이나 짧은 거리에서 더 경제적인 작동은 제동 중 에너지 저장(회수) 원리 때문에 부인할 수 없습니다. 공공 이메일에서 저렴하게 재충전하기 위해 시내에서 몇 킬로미터를 운전할 가능성을 언급하십시오. 그물. 순수 전기 자동차와 클래식 자동차를 비교하면 기존 자동차에는 그 자체로 다소 복잡한 기계 요소인 내연 기관이 있습니다. 그 동력은 어떤 방식으로든 바퀴에 전달되어야 하며, 이는 대부분 수동 또는 자동 변속기를 통해 이루어집니다. 여전히 하나 이상의 차동 장치가 있으며 때로는 드라이브 샤프트와 일련의 액슬 샤프트도 있습니다. 물론 자동차도 속도를 늦추고 엔진을 식혀야 하며 이 열 에너지는 쓸데없이 잔열로 환경에 손실됩니다. 전기 자동차는 훨씬 더 효율적이고 간단합니다(매우 복잡한 하이브리드 드라이브에는 적용되지 않음). 전기 자동차에는 기어 박스, 기어 박스, 카단 및 하프 샤프트가 포함되어 있지 않으므로 앞, 뒤 또는 중간에 있는 엔진은 잊어버리십시오. 라디에이터, 즉 냉각수와 스타터가 포함되어 있지 않습니다. 전기차의 장점은 모터를 바퀴에 직접 장착할 수 있다는 점이다. 그리고 갑자기 각 휠을 다른 휠과 독립적으로 제어할 수 있는 완벽한 ATV가 생겼습니다. 따라서 전기 자동차라면 한 바퀴만 제어하는 ​​것이 어렵지 않을 것이며, 코너링을 위한 최적의 동력 배분을 선택하고 제어하는 ​​것도 가능할 것이다. 각각의 모터는 다른 바퀴와 완전히 독립적인 브레이크가 될 수도 있으며 운동 에너지의 적어도 일부를 다시 전기 에너지로 변환합니다. 결과적으로 기존 브레이크는 훨씬 적은 스트레스를 받게 됩니다. 엔진은 거의 모든 시간에 지연 없이 최대 가용 출력을 생성할 수 있습니다. 배터리에 저장된 에너지를 운동 에너지로 변환하는 효율은 약 90%로 기존 모터의 약 XNUMX배입니다. 결과적으로 잔열이 많이 발생하지 않으며 냉각하기 어려울 필요가 없습니다. 이를 위해 필요한 것은 우수한 하드웨어, 제어 장치 및 우수한 프로그래머뿐입니다.

수마 수마룸. 전기 자동차나 하이브리드가 연료 효율이 높은 엔진을 탑재한 클래식 자동차에 더 가깝다면 그들 앞에는 여전히 매우 험난하고 험난한 길이 있습니다. 나는 이것이 오해의 소지가 있는 숫자나 숫자로 확인되지 않기를 바랍니다. 공무원의 과도한 압력. 그러나 절망하지 맙시다. 나노기술의 발전은 정말 비약적으로 움직이고 있으며 아마도 가까운 장래에 기적이 실제로 우리를 기다리고 있을 것입니다.

마지막으로 재미있는 것을 하나 더 추가하겠습니다. 이미 태양열 충전소가 있습니다.

Toyota Industries Corp(TIC)는 전기 및 하이브리드 차량용 태양열 충전소를 개발했습니다. 역은 전력망에도 연결되어 있으므로 1,9kW 태양 전지판은 추가 에너지원이 될 가능성이 더 큽니다. 독립형(태양열) 전원을 사용하여 충전 스테이션은 최대 110VAC/1,5kW의 전력을 제공할 수 있으며, 주전원에 연결하면 최대 220VAC/3,2kW를 제공합니다.

태양 전지판에서 사용하지 않은 전기는 나중에 사용할 수 있도록 8,4kWh를 저장할 수 있는 배터리에 저장됩니다. 배전망 또는 공급 스테이션 액세서리에 전기를 공급하는 것도 가능합니다. 충전소에서 사용하는 충전대는 그에 따라 차량을 식별할 수 있는 통신 기술이 내장되어 있습니다. 스마트 카드를 사용하는 소유자.

배터리에 대한 중요 용어

• 힘 - 배터리에 저장된 전하량(에너지량)을 나타냅니다. 암페어시(Ah) 또는 소형 장치의 경우 밀리암페어시(mAh)로 지정됩니다. 1Ah(= 1000mAh) 배터리는 이론적으로 1시간 동안 XNUMXA를 공급할 수 있습니다.
• 내부 저항 - 어느 정도 방전 전류를 제공하는 배터리의 능력을 나타냅니다. 설명을 위해 두 개의 캐니스터를 사용할 수 있습니다. 하나는 콘센트가 더 작고(내부 저항이 높음) 다른 하나는 더 큰 콘센트(내부 저항이 낮음)입니다. 비우기로 결정하면 배수구가 작은 용기가 더 천천히 비워집니다.
• 배터리 정격 전압 - 니켈-카드뮴 및 니켈-금속 수소화물 배터리의 경우 1,2V, 납 2V 및 리튬 3,6~4,2V입니다. 작동 중에 이 전압은 니켈-카드뮴 및 니켈-금속 수소화물 배터리의 경우 0,8~1,5V 내에서 변합니다. 납의 경우 1,7 - 2,3V, 리튬의 경우 3-4,2 및 3,5-4,9입니다.
• 충전 전류, 방전 전류 – 암페어(A) 또는 밀리암페어(mA)로 표시됩니다. 이는 특정 기기에서 해당 배터리를 실제로 사용하기 위한 중요한 정보입니다. 또한 배터리의 올바른 충전 및 방전 조건을 결정하여 용량을 최대로 사용하는 동시에 파괴되지 않도록 합니다.
• 충전 acc. 방전 곡선 - 배터리를 충전 또는 방전할 때 시간에 따른 전압 변화를 그래픽으로 표시합니다. 배터리가 방전되면 일반적으로 방전 시간의 약 90% 동안 전압에 약간의 변화가 있습니다. 따라서 측정된 전압으로 배터리의 현재 상태를 판단하는 것은 매우 어렵다.
• 자가 방전, 자가 방전 – 배터리는 항상 전기를 유지할 수 없습니다. 전극에서의 반응은 가역적 과정이기 때문입니다. 충전된 배터리는 자체적으로 서서히 방전됩니다. 이 프로세스는 몇 주에서 몇 달이 걸릴 수 있습니다. 납산 배터리의 경우 매월 5-20%, 니켈-카드뮴 배터리의 경우 하루 전하량의 약 1%, 니켈-수소 배터리의 경우 하루 전하량의 약 15-20%입니다. 리튬은 약 60% 손실됩니다. XNUMX개월 용량. 자체 방전은 주변 온도와 내부 저항(내부 저항이 높은 배터리일수록 방전이 적음)에 따라 달라지며 설계, 사용된 재료 및 기술도 중요합니다.
•  배터리(키트) – 예외적인 경우에만 배터리를 개별적으로 사용합니다. 일반적으로 세트로 연결되며 거의 항상 직렬로 연결됩니다. 이러한 세트의 최대 전류는 개별 셀의 최대 전류와 같고 정격 전압은 개별 셀의 정격 전압의 합입니다.
•  배터리 축적.  새 배터리나 사용하지 않은 배터리는 3회, 그러나 바람직하게는 여러(5-XNUMX)번의 느린 완전 충전 및 느린 방전 주기를 거쳐야 합니다. 이 느린 프로세스는 배터리 매개변수를 원하는 수준으로 설정합니다.
•  기억 효과 – 이것은 배터리가 거의 일정하고 너무 많은 전류로 동일한 수준으로 충전 및 방전될 때 발생하며 셀의 완전 충전 또는 과방전이 없어야 합니다. 이 부작용은 NiCd(최소한 NiMH도 포함)에 영향을 미쳤습니다.