- Hva er inne i en elektrisk batteripakke?
- Typer batterier
- Grunnleggende kjemi til et batteri
- Grunnleggende om kjemi for litiumbatterier
- Grunnleggende om elektriske bilbatterier
Hastighet, kjørelengde, dreiemoment og alle slike viktige parametere for en elbil avhenger bare av spesifikasjonen til motoren og batteripakken som brukes i bilen. Selv om det ikke er noen stor sak å bruke en kraftig motor, ligger problemet med å designe en batteripakke som kan skaffe nok strøm til motoren i lang tid uten å forringe levetiden. For å takle spenningen og den nåværende etterspørselen, må produsenter av elektriske komponenter kombinere hundrevis om ikke tusenvis av celler sammen for å danne en batteripakke for en enkelt bil. For å gi en ide har Tesla-modellen S omtrent 7104 celler og Nissan-bladet har omtrent 600 celler. Dette store antallet sammen med den ustabile naturen til litiumceller gjør det vanskelig å designe en batteripakke for en elektrisk bil. I denne artikkelen la oss utforske hvordan en elektrisk bilbatteripakke er designet for en EVog hva er de viktige parametrene knyttet til batterier som må tas vare på.
Hva er inne i en elektrisk batteripakke?
Hvis du har lest artikkelen Innføring i elektriske kjøretøy, ville du ha svart på spørsmålet nå. For folk som er nye, la meg gi et raskt re-cap. Bildet nedenfor viser at batteripakken til Nissan Leaf blir revet fra hverandre til cellenivå fra pakken.
Moderne elektriske biler bruker litiumbatterier til å drive bilene sine på grunn av noen åpenbare grunner som vi vil diskutere senere i denne artikkelen. Men disse litiumbatteriene har bare rundt 3,7V per celle, mens en EV-bil krever et sted nær 300V. For å oppnå slike høyspennings- og Ah-klassifiseringer blir litiumceller kombinert i serie og parallellkombinasjon for å danne moduler, og disse modulene sammen med noen beskyttelseskretser (BMS) og kjølesystem er ordnet i et mekanisk foringsrør som kollektivt kalles en batteripakke som vist ovenfor.
Typer batterier
Mens de fleste biler bruker litiumbatterier, er vi ikke bare begrenset til det. Det er mange typer batterikjemi tilgjengelig. Generelt kan batterier klassifiseres i tre typer.
Primære batterier: Dette er ikke oppladbare batterier. Det er at den kan konvertere kjemisk energi til elektrisk energi og ikke omvendt. Et eksempel kan være alkaliske batterier (AA, AAA) som brukes til leker og fjernkontroller.
Sekundære batterier: Dette er batteriene vi er interessert i for elektriske kjøretøyer. Den kan konvertere kjemisk energi til elektrisk energi for å drive EV, og den kan også konvertere elektrisk energi til kjemisk energi igjen under ladeprosessen. Disse batteriene brukes ofte i mobiltelefoner, elektriske biler og de fleste andre bærbare elektronikker.
Reservebatterier: Dette er spesielle batterityper som brukes i veldig unike applikasjoner. Som navnet sier, oppbevares batteriene som reserve (standby) det meste av levetiden og har derfor en veldig lav selvutladningshastighet. Eksempel kan være livvestbatterier.
Grunnleggende kjemi til et batteri
Som fortalt tidligere er det mange forskjellige kjemikalier tilgjengelig for batterier. Hver kjemi har sine egne fordeler og ulemper. Men uansett hvilken type kjemi det er få ting som er vanlig for alle batterier, la oss ta en titt på dem uten å komme mye inn i kjemien.
Det er tre hovedlag i et batteri, de er katoden, anoden og separatoren. Katoden er det positive laget av batteriet og anoden er det negative laget av batteriet. Når en belastning er koblet til batteripolene, strømmer strøm (elektroner) fra anode til katode. På samme måte når en lader er koblet til batteripolene, blir strømmen av elektroner reversert, det vil si fra katode til anode som vist i figuren ovenfor.
For at ethvert batteri skal fungere, bør en kjemisk reaksjon kalt Oksidasjonsreduksjonsreaksjon finne sted. Noen ganger også kalt Redox Reaction. Denne reaksjonen finner sted mellom batteriets anode og katode gjennom elektrolytten (separatoren). Anodesiden av batteriet vil være villig til å skaffe seg elektroner, og derfor vil det oppstå en oksidasjonsreaksjon, og katodesiden av batteriet vil være villig til å miste elektroner, og dermed vil reduksjonsreaksjon forekomme. På grunn av denne reaksjonen overføres ioner fra katoden til anodesiden av batteriet gjennom separator. Som et resultat vil det akkumuleres flere ioner i anoden. For å nøytralisere denne anoden, må du skyve elektronene fra siden til katoden.
Men separatoren tillater bare strøm av ioner gjennom den og blokkerer enhver elektronbevegelse fra anoden til katoden. Så den eneste måten batteriet kan overføre elektronene på er gjennom de ytre terminalene. Dette er grunnen til at når vi kobler en belastning til terminalene på batteriet, får vi en strøm (elektroner) som tenker det.
Grunnleggende om kjemi for litiumbatterier
Siden vi skal diskutere om litiumbatterier, ettersom de er det mest foretrukne batteriet for EV, kan vi grave litt mer i kjemien. Det er mange typer i litiumbatterier igjen, litiumnikkel kobolt aluminium (NCA), litium-nikkel mangan kobolt (NMC), litium-mangan spinel (LMO), litium titanat (LTO), litium-jernfosfat (LFP) er mest vanlige. Igjen har hver kjemi sine egne egenskaper som er pent illustrert under bildet av Boston Consulting-gruppen.
Av disse er litiumnikkel kobolt aluminium mest brukt på grunn av lave kostnader. Vi vil komme inn på flere av disse parametrene senere i denne artikkelen. Men en vanlig ting du kan legge merke til her er at litium er tilstede i alle batterier. Dette er hovedsakelig på grunn av litiumets elektronkonfigurasjon. Et nøytralt litiummetallatom er vist nedenfor.
Den har et atomnummer på tre, noe som betyr at tre elektroner vil være rundt nukleasen, og det ytterste skallet har bare ett valenselektron. Under reaksjonen trekkes denne valanseelektronen ut og gir oss ett elektron og et litiumion med to elektroner som danner et litiumion. Som diskutert tidligere vil elektronen strømme som strøm gjennom de ytre terminalene på batteriet, og litiumionet vil strømme gjennom elektrolytten (separatoren) under redoksreaksjonen.
Grunnleggende om elektriske bilbatterier
Nå vet vi hvordan et batteri fungerer og hvordan det brukes i et elektrisk kjøretøy, men for å fortsette herfra må vi forstå noen grunnleggende terminologier som ofte brukes når du designer en batteripakke. La oss diskutere dem…
Spenningsvurdering: To veldig vanlige klassifiseringer som du kan finne på å være merket på et batteri, er dens spenningsgrad og Ah-rangering. Blybatterier er vanligvis 12V og litiumbatterier er 3,7V. Dette kalles batteriets nominelle spenning. Dette betyr ikke at batteriet vil levere 3,7 V over terminalene hele tiden. Verdien av spenningen vil variere avhengig av batteriets kapasitet. Vi vil diskutere