В основе любого электрического автомобиля лежит высоковольтный аккумулятор – главный источник энергии, питающий электропривод. Пожалуй, это еще и наиболее сложный компонент, в отношении которого есть свои правила зарядки и дальнейшей утилизации. Рассмотрим же их.
Как устроен высоковольтный аккумулятор?
Устройство аккумулятора электромобиля включает в себя несколько ключевых компонентов:
- Ячейки. Основные блоки ВВБ. Каждая ячейка – это небольшая батарея, которая может работать автономно. Ячейки бывают различных типов, например, литий-ионные, литий-железо-фосфатные и прочие. Их более подробно рассмотрим далее.
- Модули. Несколько ячеек соединяются в модули для повышения напряжения и емкости. Это упрощает управление аккумуляторной батареей во время эксплуатации.
- Система управления (BMS). Контроллер отвечает за контроль температуры, уровня заряда и распределение энергии. BMS предотвращает перегрев, перезарядку и переразряд.
- Активное или пассивное охлаждение. Высоковольтные батареи (ВВБ) выделяют тепло при зарядке и разрядке, поэтому для их стабильной работы используется жидкостная или воздушная система охлаждения.
Перечисленные выше компоненты высоковольтного источника питания заключены в прочный герметичный корпус. Он защищает аккумулятор от механических повреждений, пыли и влаги.
Какими бывают высоковольтные аккумуляторы?
Батареи в современных электрокарах представлены различными типами в зависимости от того, из каких материалов они производятся. От типа во многом зависят срок эксплуатации, максимальная емкость, мощность и другие характеристики. Основные типы:
- Литий-ионные (Li-ion). Самый популярный тип благодаря высокой плотности энергии и длительному сроку службы. Используются в том числе в машинах Tesla и Nissan Leaf.
- Литий-железо-фосфатные (LiFePO4). Отличаются максимальной стабильностью и безопасностью. Менее энергоемкие, но дольше служат и не перегреваются.
- Никель-металлгидридные (NiMH). Используются реже из-за меньшей плотности энергии. Обычно устанавливаются в гибридные автомобили.
- Твердотельные. Перспективная технология будущего. Они более компактны, безопасны и энергоемки по сравнению с литий-ионными конкурентами.
- Кобальтовые и никелевые аккумуляторы. Отличаются высокой емкостью, но их стоимость выше из-за дороговизны материалов, используемых при производстве.
Несмотря на такое разнообразие разновидностей, литий-ионные ВВБ остаются самым часто используемым вариантом в современных электрокарах.
Что нужно знать про емкость аккумулятора?
Емкость – это количество энергии, которое высоковольтная батарея способна накопить и отдать. Она измеряется в киловатт-часах (кВт*ч). Например, если электромобиль имеет аккумулятор емкостью 50 кВт*ч, это значит, что он может работать на мощности 1 кВт в течение 50 часов.
Емкость – величина непостоянная. Ее величина определяется многочисленными внешними и внутренними факторами:
- Температура окружающей среды. В сильный холод емкость может уменьшаться. Ровно так же на характеристику влияет сильный нагрев.
- Степень заряда. Например, литий-ионные аккумуляторы не любят глубокую разрядку и перезаряд, из-за чего плотность заряда уменьшается.
- Срок эксплуатации. С течением времени емкость уменьшается из-за естественной деградации химических компонентов в составе ВВБ.
Чем выше емкость, тем больше максимальный запаса хода электрокара. С другой стороны, аккумуляторы с большей емкостью занимают больше места и весят больше, что влияет на общий вес машины, а также на ее стоимость.
Особенности зарядки высоковольтных батарей
Процесс зарядки аккумулятора электрической машины требует соблюдения некоторых правил для сохранения ресурса и обеспечения должного уровня безопасности:
- Не рекомендуется заряжать ВВБ до 100% или разряжать до 0%. Оптимальный уровень заряда в диапазоне от 20 до 80%.
- Важно использовать только сертифицированные зарядные устройства для предотвращения перегрева. В противном случае возникает риск возгорания.
- В экстремальных температурах зарядку рекомендуется проводить при включенной системе охлаждения (летом) или подогрева (зимой) батареи.
Скорость зарядки зависит от типа используемой зарядной станции. Например, медленная зарядка доступна при подключении к домашней сети переменного тока. В зависимости от емкости ВВБ на подзарядку до 100% может уходить от 6 до 12 и более часов.
Для быстрой зарядки используются стационарные станции постоянного тока. Аккумулятор заряжается на 80% за 30-40 минут. Самые передовые электромобили могут заряжаться на 100% менее чем за 20 минут.
Правила утилизации высоковольтных аккумуляторов
Аккумуляторы электрокаров содержат токсичные материалы, такие как литий, никель и кобальт. Их неправильная утилизация может нанести значительный вред окружающей среде, что сводит на нет изначальную экологичность электрической машины. Утилизация должна проходить поэтапно:
- Диагностика состояния ВВБ. Некоторые батареи, утратившие емкость, могут быть использованы в стационарных системах хранения энергии.
- Разбор на компоненты. Аккумулятор разбирают на модули и ячейки, которые отправляются на дальнейшую переработку. Из ячеек извлекают литий, кобальт и никель для повторного применения.
В большинстве стран утилизация аккумуляторов регулируется на законодательном уровне. В том числе поэтому производители обязаны принимать использованные батареи для переработки.
Заключение
Технологии производства, зарядки и утилизации аккумуляторов для электрокаров стремительно развиваются. Это позволяет сделать использование машины на электрической энергии максимально удобным и безопасным как для людей, так и для природы.