Технологии

Технология графеновых и алюминиевых аккумуляторов для электромобилей

Уже недалеко то время, когда на смену традиционным ионно-литиевым аккумуляторным батареям придут новые – графеновые. Разработки нового источника питания ведутся американскими учеными Стэнфордского университета, одновременно подобные исследования ведутся в Оксфорде (Великобритания) и Токийском университете «Тодай».

Аналитики Wall Street Journal, специализирующиеся на новейших достижениях в области высоких технологий, небезосновательно утверждают, что прорыв в энергетической области произойдет в ближайшие несколько лет, и электромобили получат новый источник энергии. Прагматичные журналисты уже подсчитали, что объема заряда одной АКБ хватит на то, чтобы электрокар проехал не менее 1000 км.

Современные батареи на электромобиле Тесла

На 2019 год, по данным американского агентства ЕРА по охране окружающей среды, аккумуляторы Тесла считаются самыми безопасными при эксплуатации. На одном заряде в среднем автомобиль может преодолеть 400 км, а для полной зарядки батареи объемом 85 квт/ч Model S необходимо всего 40 минут. В основе аккумулятора лежит блок ионно-литиевых батарей, правда литием как основным металлом для анода в комплектации аккумулятора и не пахнет…

Стоимость АКБ на Тесла — это 60 % от цены всего электромобиля, минимально оригинальную батарею можно купить за 45 000 долларов, сборкой отдельных элементов занимается компания Panasonic. Схема соединения отдельных элементов и точное количество химических элементов, равно как и состав электролита, держится в секрете. Что же стопроцентно известно об АКБ Тесла? Рассмотрим подробнее.

Устанавливается батарея в днище электромобиля, крепится к кузову специальными кронштейнами. Благодаря форме и месту установки электрокар имеет низкий центр тяжести — это позволяет легче управлять автомобилем и плавно входить в повороты на любой скорости. Сам аккумулятор состоит из 16 блоков, каждый из которых находится в отдельной защищенной ячейке. Ребра корпуса защищают стальные пластины и пластиковые накладки.

В каждом из 16 блоков в определенном порядке расположены 74 литий-ионных ячеек — по внешнему виду они напоминают пальчиковую батарейку. Каждая батарейка, в свою очередь, имеет внутри шесть блоков, где и происходит химический процесс, вырабатывающий энергию. Инженеры Тесла сообщают, что в качестве катода применяется графитовая пластина, для отрицательного электрода используется кобальт, никель и оксид алюминия, металлического лития в батарее нет.

Одним из главных элементов в батарее Тесла остается уникальная микросхема работы аккумулятора и система охлаждения.

Микросхема для аккумулятора Tesla, равно как и система охлаждения, доступна для обозрения только в виде некачественных фотографий. При разборке батареи происходит процесс оплавления многих контактов при соприкосновении с воздухом, поэтому четко определить схему подключения невозможно. С другой стороны, эта мера безопасности вполне оправдана — на рынке нет подделок, и сделать реплику аккумулятора Tesla даже умельцам из Китая пока не удалось.

Ближайшее будущее – алюминиевая батарея

В 2019 году ученые Стэнфорда продемонстрировали прототип нового источника питания — мягкую алюминиевую батарею. Стоит отметить, что аккумулятор имел минимальные размеры, не более чем батарея в мобильном телефоне — его толщина не превышала 3 мм, и при этом батарея могла гнуться, как мягкий картон. Для электродов были использованы алюминий и графитовая пена, в качестве электролита — солевой раствор.

После многолетних опытов ученые ответственно заявили, что разработали новый алюминиевый аккумулятор, который в скором времени заменит и щелочные батареи, и ионно-литиевые, которые взрываются при критических температурах и серьезных повреждениях. Алюминиевые источники энергии продолжают работать, даже если нарушена оболочка. Это было продемонстрировано прямо в лаборатории — мягкую батарею просверлили, и она продолжала работать еще некоторое время.

Главным преимуществом новой разработки считается полная безопасность при использовании — отработанный источник питания не наносит вреда окружающей среде при утилизации, заряжается в 7 раз быстрее ионно-литиевой. На сегодняшней день, главный недостаток аккумулятора нового типа — отдача невысокого напряжения, на 50% меньше, чем используется в электрокарах Тесла.

Еще один немаловажный плюс — долговечность алюминиевой батареи. Ресурс достигает 7500 циклов зарядки-разрядки без потери мощности. Литий-ионный аккумулятор рассчитан не более чем на 1000 циклов.

Главным новшеством при разработке батареи ученые считают выбор элемента для положительного электрода. Для катода используется графит, атомы которого создают пористую структуру. Анодом выступает алюминий, а в качестве электролита применяется ионный электролит, состоящий из растворов солей. Для оболочки использовали гибкий полимерный конверт, который можно согнуть. Это еще одно преимущество нового источника энергии — в том, что автопроизводитель может установить АКБ практически в любое место кузова, согнув батарею под любым углом.

Промышленное производство алюминиево-графитовых аккумуляторов для электромобилей планируют наладить к 2015 году, пока ученые берут тайм-аут на продолжение исследований.
Читать далее

Гильзование — в каком случае придётся прибегать?

Капитальный ремонт поршневой группы двигателя или капитальная переборка силового блока практически никогда не обходятся без такой операции, как расточка блока цилиндров или гильзовка.

Расточка стенок блока цилиндров — это снятие внутреннего поврежденного слоя металла со стенок цилиндра. Проводится, когда происходит износ деталей цилиндропоршневой группы, если на внутренних стенках блока образовались задиры, если было отклонение хода поршня и произошел некорректный износ поверхности. Поврежденный цилиндр растачивается (делается больше) до установленного ремонтного размера. Вместо старого монтируется новый ремонтный комплект — кольца поршневые и поршни.

Когда применяется гильзовка

Если в моторах, которые изначально выпускаются без внутренней втулки (первые двигатели ВАЗ), внутренние стенки цилиндра получили дефект, который не дает их расточить до максимально допустимого ремонтного размера или цилиндр уже подвергался расточке до максимального параметра, используется метод гильзовки или гильзования. Гильзование применяют и тогда, когда завод изготовитель не предусматривает замену ЦПГ, так называемые «одноразовые моторы».

Второй вид двигателей предусматривает использование производственной линии для гильзования моторов. Блок цилиндров изначально выпускается с гильзой (моторы ГАЗ «Волга», «Москвич»). Технология обеспечивает снижение веса мотора за счет использования алюминиевого блока. При переборке силового агрегата производится замена изношенной гильзы блока цилиндров.

Гильза – что это

Гильза моторного блока — это съемная втулка, которая устанавливается в отверстии блока. Функционально выполняет роль стенок цилиндра, внутри которого ходит поршень. Объем гильзы совпадает с предусмотренным рабочим объемом цилиндра.

Внутренняя часть гильзы имеет техническое название – зеркало цилиндра. Изготавливается деталь из специальных сталей, реже из белого чугуна. Обязательным остается дополнительная обработка поверхности гильзы: хонингование, азотирование и хромирование, Для некоторых моторов (БМВ) стенку гильзы покрывают микрорельефом, высота зуба — до 0,003 мм.

Техническое качество материала моторных гильз:

  1. Высокая механическая прочность.
    2. Температурный режим до 2500о С.
    3. Неподверженность коррозии.
    4. Стойкость к давлению.

В зависимости от конструктивного класса и материала изготовления, БЦ гильзы разделяются на три типа, каждый из которых имеет свои особенности при ремонте и замене. Втулки для некоторых моторов не имеют ремонтного допуска под дополнительную расточку блока для установки.

Классификация гильз

Перед процессом гильзования, замены или установки новой втулки необходимо определить тип охлаждения, который предусмотрен для конкретного мотора. Гильзы классифицируются на:

  • «мокрые»;
    • «сухие»;
    • на моторы с воздушным охлаждением.

Конструктивно «мокрая» гильза соприкасается своей внешней стенкой с жидкостью охлаждения, которая циркулирует в полости блока мотора. В комплектации к втулке идут уплотнительные прокладки, вступающие защитой от проникновения в блок цилиндра разрывных газов, а в полость цилиндра — жидкости из системы охлаждения.

Типы гильз блока цилиндров

  • Мокрые конструкции имеют оптимальный параметр отвода тепла за счет быстрой циркуляции ОЖ. Гильзованные моторы с водяным охлаждением и мокрыми втулками имеют высокий уровень ремонтопригодности. При переборке мотора не требуется дополнительно растачивать блок — изношенные гильзы просто меняются на новые. При штатной замене одной гильзы на грузовом транспорте в 70 % случаев моторы не демонтируются с шасси.
К недостаткам «мокрой» системы гильз относят то, что в такой системе охлаждения картер обеспечивает меньшую жесткость блоку мотора.
  • Гильза, которая не соприкасается внешней стенкой с хладагентом, получила название «сухая». Система установки предполагает заливку, запрессовку детали в блок. В 70% случаев устанавливаются в алюминиевые блоки (моторы Volkswagen, Ауди, Вольво, Хонда) на заводе производителя. Сухие гильзы увеличивают срок эксплуатации ДВС до первой переборки на 25-30%. Замена производится после износа или дефекта втулки на аналогичную деталь из соответствующего ремкомплекта.

При капремонте мотора, в блоке которого первоначально не используется гильза, происходит расточка блока под необходимый ремонтный размер поршня. Загильзовка двигателя сухим способом позволяет не проводить замену блока, расточенного до максимального параметра. Для таких целей выпускаются моторные гильзы с дополнительными милиметрами по диаметру внешнего круга и запасом длины. В процессе ремонта втулка обрабатывается на токарном станке и запрессовывается. Расточка и хонинговка происходит после ее монтажа в блок цилиндров. Преимущество мотора с «сухими» втулками — это то, что картер обеспечивает максимальную жесткость.

В моторах, конструкция которых предусматривает воздушное охлаждение, не используется технология отдельной отливки втулки. Моторы состоят из отдельно отлитых блоков, в которых использована схема оребрения. Воздушные ребра составляют с блоком одну конструкцию и устанавливаются на картер через фланец опры на шпильки. Чаще всего гильзы выливаются из чугуна, реже — из стального сплава монолитным блоком.

Принцип гильзовки блока

Гильзовка как вид капитального ремонта подходит к любому двигателю. Замену «мокрой» гильзы можно проводить самостоятельно, используя ремкомплект от завода-изготовителя. При переборке изначально гильзованного мотора допускается замена только одного блока цилиндров. При этом обязательно проводится диагностика и замер нутромером всех цилиндров.

При установке гильзы на изначально негильзованный двигатель используют один из двух вариантов ремонта, выбирая гильзу в зависимости от материала изготовления блока. Для чугунных БЦ применяют аналогичные чугунные втулки, для алюминиевых блоков гильзы изготавливаются из высокопрочных сталей. В последнее время мастера проводят гильзование алюминиевых блоков втулками, изготовленными из чугуна. Технология оправдана технически — моторы после капремонта стандартно ходят не менее 120 000 км. Наиболее распространенной технологией загильзовки сухими втулками остается:

  • запрессовка
  • горячее гильзование

Независимо от типа ремонта, моторный блок подвергается предварительной обработке:

  • расточка блока цилиндра
  • хонинговка

В некоторых случаях перед гильзованием проводят опрессовку блока цилиндров двигателя. Процедура позволяет определить скрытые микротрещины в головке.

Установка гильзы горячим методом

Горячее гильзование проводится с использованием специального оборудования. Метод восстановления мотора остается самым простым и надежным, единственный недостаток — в том, что его практически невозможно применить для самостоятельного ремонта.

  1. Блок цилиндров нагревается в печи до минимальной температуры 150 о С.
    2. Одновременно гильза, которая предварительно измерена, охлаждается в жидком азоте (сухой лед).
    3. Втулка обрабатывается спец составом, предупреждающим образование конденсата в месте стыка гильзы и стенок цилиндра.
    4. Гильза забивается в горячий блок цилиндров.

Горячий метод обеспечивает очень плотную посадку гильзы в гнездо. Соблюдается максимально натяжение в месте соприкосновения стенок блока и стенок гильзы за счет физических процессов (блок остывает и сжимается, втулка нагревается и расширяется).

Запрессовка

Вторым распространенным способом установки «сухой» гильзы является запрессовка. Метод чаще используется на алюминиевых боках, которые не подвергаются расточке. При использовании метода для чугунных блоков проводится обязательно растачивание посадочного гнезда. Измерения проводятся до микрона. Любое отклонение от правильной геометрии внутри блока, например расточка под эллипс, отобразится и на внутреннем объеме гильзы. В итоге нарушается ход поршня, который может привести к заклиниванию детали.

Автослесари с опытом работы более 10 лет против использования метода запрессовки «сухой» гильзы в гаражных условиях без выверенной расточки. В большинстве случаев автомобилисты не могут самостоятельно рассчитать допустимое значение натяга, который не должен превышать 0,05 мм. В процессе такой запрессовки нарушается геометрия втулки уже во время эксплуатации мотора. Остаточное напряжение деталей провоцирует заклинивание поршня. Процесс запрессовки:

  1. Расточка посадочного гнезда.
    2. Нанесение герметика на внутреннюю стенку цилиндра.
    3. Установка гильзы и ее последующая запрессовка на специальном станке.

Правильно подобранные гильзы и качественно сделанный ремонт обеспечивает ДВС минимум 120 тыс. км пробега.

Нюансы гильзования

Алюминиевые блоки цилиндров стандартно гильзуются только алюминиевыми гильзами. Производители таких моторов не рекомендуют устанавливать чугунные втулки в алюминиевые блоки. Но мастера, которые специализируются на ремонте ДВС, устанавливают чугунные гильзы в алюминиевые блоки, обеспечивая оптимальные параметры натяга между стенками втулки и стенкой цилиндра и требуемый теплоотвод.

Если предполагается гильзовать только один цилиндр, следует учитывать, что после замены изменится внутренняя геометрия всех блоков, в первую очередь соседнего. Поэтому необходимо провести диагностику и проверку всех блоков.

Читать далее

Что значит пассивная безопасность автомобиля

Покупая новый автомобиль, очень небольшой процент водителей задумывается о том, какие системы безопасности предусмотрены для данного класса. И если об активной безопасности транспорта говорят все, то о пассивной предпочитают упоминать лишь вскользь.

Психологически это правильно — дилер никогда не сможет продать автомобиль, если начнет рассказ о преимуществах марки с повествования о том, как автомобиль себя поведет при лобовом столкновении, после опрокидывания и при серьезном ударе в боковую дверь. (далее…)

Читать далее

Правила безопасности для беспилотного транспорта

Пройдет еще несколько лет, и мир заполнят грузовые и легковые автомобили, которые не управляются водителями, а сами руководят людьми. Именно под таким девизом Министерство транспорта США опубликовало в 2016 году доклад на тему безопасных автомобильных технологий и вынесло в Сенат инициативу начать разрабатывать новые правила безопасности дорожного движения. А учитывая, что в городах уже начинают курсировать беспилотные автобусы и такси, заняться вопросом следует немедленно.

Разработка стандартов управления беспилотниками для США и Канады

Согласно этому же докладу, эксперты министерства выделили шесть уровней развития беспилотных автомобилей, назвав инновации: «технологии в помощь водителям». Доклад начинался описанием всех технологий, которые были использованы за последние 70 лет.

Краткий экскурс в историю развития закончился результативной частью с указанием начать разработку соответствующих законов. Как по мнению американского правительства выглядят эволюция автоматизированных автомобильных технологий:

  1. 1950-2000 год. Первый круиз-контроль. Обязательные ремни безопасности. Внедрение антиблокировочной системы тормозов.
    2. 2000-2010 год. Расширенные функции безопасности: электронный контроль устойчивости (Blind Spot Detection), предупреждение о возможном лобовом столкновении (Lane Departure Warning).
    3. 2010-2016 год. Расширенные функции помощи водителю: видеосистемы заднего вида, автоматическое экстренное торможение (пешеход, заднее), внедрение перекрестной транспортной сигнализации (Lane Centering Assist).
    4. 2016-2025 год. Внедрение частично автоматизированных функций безопасности: удержание на полосе движения, адаптивный круиз-контроль (Traffic Assist Self).
    5. 2025 +. Полностью автоматизированные системы безопасности в автомобиле. Полный автопилот шоссе.

Разработать соответствующие законы предполагается до 2025 года. Правительство США рассчитывает, что до этого времени на дорогах Америки еще не будет полностью автоматизированных транспортных средств. Для каждого штата остается возможность вносить поправки и законодательно регулировать закон в рамках своей территории. Сегодня есть некоторые вполне решенные моменты, как будет осуществляться контроль за передвижением беспилотников:

Внедрение нового автомобильного законодательства по штатам

  1. Сохраняется порядок обязательного получения водительского удостоверения.
    2. Остается в силе запрет на поездку (уже не управление) в беспилотнике в пьяном виде.
    3. Для общественного транспорта (пока под вопросом) обязательно присутствие в кабине водителя квалифицированного сотрудника.
    4. Строительство отдельных магистралей для движения беспилотных автомобилей.

Тяжело в учении

Первая поездка беспилотного автобуса состоялась 8 ноября 2017 года в Лас-Вегасе – через два часа автобус попал в ДТП. Общественный транспорт четко выполнял правила дорожного движения, но его задел правым бортом грузовик. В итоге автобус потерял управление и сместился с траектории.

10 января 2018 в парке для престарелых (отдельный небольшой поселок) было запущено первое в Америке беспилотное такси (Флорида, Орландо). Руководители проекта настаивают, что в автоматизированных автомобилях всегда должен находиться водитель, который сможет перехватить управление роботом.

Канада поддерживает все законодательные инициативы соседней страны и не тратит времени на разработку своих законов. Американские законотворцы пишут адекватные документы, которые прекрасно адаптированы и для Канады.

Китай

Приоритетом для китайского правительства остается программа под кодовым названием «Не отстать от лидера». В сфере развития автомобильной промышленности КНР выделило первого конкурента – США. С 2018 года власти Китая разработали и обнародовали национальные правила, которые касаются порядка тестирования и испытания беспилотных автомобилей.
О моменте выхода первого беспилотника на общественные дороги в правилах не сказано.

Документ, выданный Министерством промышленности и информационных технологий (Ministry of Industry and Information Technology, MIIT), касается только того, как автомобили без водителя должны испытываться. Согласно закону, с 1 мая 2018 года в КНР разрешается:

  1. Проводить испытания беспилотного транспорта на отдельных, выделенных дорогах.
    2. Тестовые заезды разрешается проводить независимым международным компаниям, которые получили регистрацию в стране.
    3. Присутствие квалифицированного сотрудника на водительском месте обязательно.

В Поднебесной не планируют выпускать беспилотники в города для передвижения вместе с обычным транспортом. Два инцидента, которые произошли в прошлом году, заставили власти КНР заявить, что даже простые испытания беспилотников — это сложный процесс, который растянется на годы, а о полном включении автоматизированного транспорта в режим городского движения можно говорить не раньше 2027 года.

Напомним, что в 2018 году два беспилотных автомобиля Uber и Tesla Motors попали в ДТП, в котором погибло несколько человек.

Швеция

Больше года назад в январе 2018 года в Стокгольме стартовал проект «Беспилотный автобус». На городском автобусном маршруте тестировали первый общественный транспорт. Осуществляла проект телекоммуникационная компания «Ericsson» при поддержке шведского оператора общественного транспорта.

 

В законодательстве страны нет четкой нормы, регламентирующей правила передвижения и порядок контроля за беспилотниками. Швеция как член Евросоюза скорее всего поддержит европейскую инициативу, согласно которой компьютер может быть признан полноценным водителем.

В случае аварии ответственность разделят компания-оператор и разработчик транспортного средства. Сегодня присутствие квалифицированного сотрудника в кабине или салоне обязательна.

В 2017 году Европарламент принял резолюцию для направления странам-частникам с предложением «подумать над социальным и правовым статусом электронной личности». Каждая страна участник ЕС должна разработать свои инициативы о включении сложных роботов в социальную сферу.

Таким образом, на машины можно будет переложить ответственность за причиненный ущерб, предлагается также создать фонд страхования, который будет возмещать убытки.

Гражданам ЕС пока не ясно, кто будет донором фондов страхования — компания разработчик беспилотников, компания, которая внедряет беспилотный транспорт на городских улицах или правительство.

Япония

27 августа 2018 года в японской столице открылся первый в стране сервис «Беспилотное такси». Учитывая постоянные пробки и сложность передвижения по улицам Токио, выход первого беспилотного такси стал еще более удивительным.

Запуск сервиса целиком «на совести» компании ZMP – государственного разработчика технологий автономного транспорта. Взяв в партнеры крупнейшую токийскую таксомоторную компанию Hinomaru Kotsu, ZMP вывели на маршрут десять беспилотных такси.

Автомобили курсируют только по одному маршруту между двумя столичными районами Роппонги- Отемати, протяженность линии — 5,3 км. Каждый автомобиль запланировано имеет пять поездок в день. Бронирование транспорта происходит через мобильное приложение. В минивэнах предусмотрено присутствие не только водителя или контроллера, но и второго помощника, который находится в салоне. Наблюдение за поездкой также осуществляется онлайн оператором таксопарка. Полноценный запуск сервиса планируются на 2020 год.

О разрешении гражданам использовать беспилотный личный автомобиль пока речи нет. Правительство с опасением рассматривает полноценный выход беспилотников на городские улицы. Есть серьезные основания считать, что автономный автомобиль можно использовать в преступных целях — хакеры могут взломать управление и перенаправить транспортное средство.

Несовершенная система

Сегодня львиная доля аварий, более 85%, связана с человеческим фактором – это ошибки водителя или пешехода. Считается, что внедрение автономного транспорта минимум на 50% сократит ДТП в результате которого гибнут люди. Даже скептики считают, что к 2030 году на дорогах Европы, Азии и Америки половина коммерческого и общественного транспорта и 80 % личного будет полностью роботизирована.

Кроссовер UBER притомился

Какие сложности видят компании-производители сегодня, с чем умный робот не может пока справиться, почему Дэвид Зуби, главный научный сотрудник IIHS считает, что до полной автономии современному автомобилю еще долгих 30 лет?

  • Осадки — одна снежинка или капля дождя не играют никакой роли для датчиков беспилотного автомобиля, но даже умеренный снегопад или дождь — это уже серьезная проблема. Даже с использованием лазерной технологии, которая дает карту местности в 3D формате с полным сканером твердых и жидких объектов, компьютер автомобиля в 50% случаев не отличает град и снег от препятствия. Как реакция на искаженные сигналы сенсоров, ЭБУ рассчитывает неправильный тормозной путь.

  • Беспилотники теряют дорожную разметку, если трасса проходит по холмистой местности. Резкий спуск и подъем — и полоса ушла из поля видимости датчика. Как результат, автомобиль начинает швырять из стороны в сторону – компьютер дезориентирован, он ищет свое место.
  • На мостах большая часть сенсоров и датчиков перестают работать. Это связано с использованием жбк в опорах, большого количества металла в конструкции мостов. Сенсоры получают искаженные сигналы, автомобиль может сбить с полосы движения все, что угодно.

И разработчикам беспилотных автомобилей, и законодателям еще есть над чем работать. И, безусловно, создать идеальный робототранспорт намного сложнее, чем приготовить под него закон.

Читать далее

Какие батареи используются в электромобилях

Будет ошибкой заявлять, что для электромобиля главным элементом является батарея. В отличие от автомобилей с классическим ДВС, конструкция электрокара намного проще и более надежней. И главными компонентами в работе машины являются: комплекс электромоторов, тяговая аккумуляторная батарея, трансмиссия и специальное бортовое устройство. Это «сердце» автомобиля, и без сбалансированной работы каждого агрегата даже самая мощная и емкая батарея не сможет обеспечить хорошей динамики и потенциала.

Источники питания для электромобиля

КПД электромотора в любой момент времени — около 95%. В современных электрокарах устанавливаются как один, так и несколько электромоторов, питание которых обеспечивает тяговая аккумуляторная батарея.

В электромобилях устанавливаются литий-ионные аккумуляторы различной конструкции. По внешнему виду они напоминают батареи к сотовому телефону, только большего размера. Литий-ионные источники питания отличаются высокой плотностью энергии и способностью удерживать заряд долгое время в нерабочем цикле.

Nissan LEAF e-plus батарея

 

Средний срок жизни такой батареи после лабораторных тестовых заездов — 8 лет. Это цифра производителя, реальный срок работы — до 6 лет. Снижение времени эксплуатации обусловлено некорректным режимом подзарядки.

Преимущество литий-ионной батареи – большое количество рабочих циклов, т. е. среднее количество зарядок, которое можно производить в процессе всей эксплуатации агрегата. Для автомобилей Тесла это более 3 000 циклов, батарею к электрокару Nissan Leaf можно перезаряжать более 2 500 раз.

Емкость батареи

Емкость аккумулятора выражается в киловатт-часах (кВт/ч). Покупка автомобиля с большим показателем емкости можно сравнить с приобретением машины с большим (и главное, полным) бензобаком. Не стоит рассчитывать на то, что если в тестовом режиме при большой емкости батареи электрокар преодолел максимальное расстояние, то в реальных условиях заряда батареи хватит на такой же километраж.

Это связано с тем, что в повседневной эксплуатации система безопасности и управления автомобиля не позволяет полностью зарядить аккумулятор или разрядить его на 99,9%. Максимально, на что могут рассчитывать водители, это разрядка батареи до 7 % от общего объема и зарядка на 98%.

Емкость автомобильной батареи зависит от класса и комплектации конкретной марки. Например, в комплектации «малышки» Smart EQ ForTwo установлен аккумулятор всего на 17,6 кВт*ч. Проехать на одном заряде можно 80 км. Для последних поколений модификаций Tesla Model S и Model X используются аккумуляторные батареи емкостью в 100 квтч, дальность поездки в этом случае от зарядки до зарядки — не менее 430 км. А у готовящегося к выходу электропикапа Rivian R1T ёмкость должна составить 180 кВт*ч.

Производители редко заявляют точный диапазон емкости аккумулятора. Батарея будет отдавать заряд намного быстрее в зависимости от многих факторов:

1. Ускорение автомобиля.
2. Езда на высокой скорости.
3. Низкая или очень высокая температура воздуха.
4. Фактический вес автомобиля.
5. Условия трассы (подъем в гору, бездорожье) и пр.

Если в режиме города из-за частого торможения и остановок бензиновые моторы потребляют больше топлива, чем при стабильной скорости на трассе, то для электрокаров все наоборот. Батарея быстрее отдаст свой заряд на автостраде на высоких скоростях, а в режиме города с частыми остановками будет держать емкость максимально долго.

Чем больше вес автомобиля (груза, пассажиров), тем больше энергии потребуется электромотору, чтобы поддерживать коленвал в диапазоне необходимого крутящего момента. Емкость будет стремительно падать при езде нагруженного электромобиля под горку.

 

В холодную погоду при температуре воздуха от -20 о С емкость батареи снизится на 40 % из-за работающего климат-контроля. Бензиновые моторы вырабатывают большое количество тепла, которое идет на обогрев салона. В электромобилях поддержание температуры зависит только от тягового аккумулятора. С понижением температуры будет расти и скорость отдачи емкости батареи. Аналогичная ситуации и при включенном кондиционере в жару. Емкость АКБ уменьшится на 17-20%.

Снижение емкости «от старости»

Нельзя покупать аккумулятор «про запас». Существует два параметра потери емкости: календарная и эксплуатационная. Календарная потеря — это графически вычисленное снижение емкости батареи с течением времени. Даже если АКБ не используется, потери емкости составляют от 5-10% в год. Батарея уже не способна держать заряд максимальное время. Это хорошо видно на старых батареях к мобильному телефону — после полной зарядки, аккумулятора хватает на 30 минут разговора.

Чтобы аккумулятор максимально долго держал заряд и увеличил границы эксплуатации, необходимо придерживаться правил подзарядки, которые производитель устанавливает под конкретную батарею. Например, для Nissan Leaf 2018 года правила подзарядки следующие: первые 150 циклов — ок. 6 кВт, все последующие — ок. 10-12 кВт.

Где заряжать электромобили

Для подзарядки автомобильных батарей предусмотрено два варианта:

  • зарядка уровня 1;
    • зарядка уровня 2;
    • зарядка на постоянном токе – уровень 3.

Уровень 1 — это стандартная домашняя сеть на 220 В или на 120 В. Существует отдельно выделенная сеть на 240 Вольт – это зарядка уровня 2.

  • Если использовать зарядку первого уровня, водителю может потребоваться более 16 часов для полного восстановления батареи. Сеть напряжением в 240 Вольт сэкономит время на подзарядку в несколько десятков раз. Аккумулятор Тесла заряжается до 50 минут.
  • На специализированных станциях используют зарядку 3 уровня. Аккумуляторная батарея подключается к сети с постоянным напряжением и достигает предела своей емкости за 30-40 минут.
  • Потери емкости при зарядке — это типичное явление для многих электромобилей, в комплектации Chevrolet Volt после полной зарядки аккумулятора емкость батареи будет всего 88% — об этом нужно помнить. Потери электроэнергии при этом составят до 15%. При оплате счетов это хорошо заметно.

Дальность поездки

Дальность хода или потенциал аккумулятора напрямую зависит от емкости батареи. Глупо ждать, что батарейка на 22 кВтч сможет обеспечить автомобилю сотни километров пробега.

Именно емкость и способность аккумулятора удерживать заряд и определяет расстояние, на которое водитель может рассчитывать. Интересное техническое решение реализуют сегодня инженеры Тесла — самовосстанавливающиеся во время езды аккумуляторы. Новация, если все тесты окажутся успешными, позволит электромобилю увеличить дальность поездки на 40% на одном заряде.

Наибольшие потери заряда вызывает температура воздуха и скорость автомобиля. К восстанавливающим системам относят возврат энергии в АКБ после резкого торможения. Именно эти внешние характеристики и определяют потенциал батареи. При заявленной дальности поездки в 400 км можно при определенных условиях проехать все 490, но можно и не дотянуть до 340 км.

Еще один недостаток современных электромобилей, как БМВ, так и Тесла — это отсутствие системы предупреждения водителя о том, что емкость аккумулятора приближается к критической отметке. И если по дороге не окажется станции подзарядки, то, увы, дополнительных батарей в электромобилях не предусмотрено.

Гарантии на АКБ

Организация Plug In America не один год проводит тестовые проверки аккумуляторных батарей и требует, чтобы производитель определял сроки гарантии на тяговый аккумулятор не менее 8 лет или 100 000 км. пробега. По данным Tesla, батарея, установленная в комплектациях Model S, имеет календарные потери емкости 2-3 % в год или после 10 000 пробега. Стартовые проверки показали, что даже при пробеге в 500 000 км их аккумуляторы сохраняют 78-80 % своей емкости.

Однако батареи, рассчитанные на меньшую емкость до 24 квтч, разряжаются значительно быстрее, и календарные потери заряда критические. Срок эксплуатации такого АКБ не превышает 5 лет при умеренном режиме эксплуатации.

Правила корректной эксплуатации электромобиля, которая позволит максимально продолжить работу АКБ:

  • Минимальная эксплуатация автомобиля в зимнее время.
  • Правильные расчет производительности.
  • Корректная зарядка и разрядка аккумулятора.
  • Диагностика через программное обеспечение.

ПО от конкретного производителя позволит определить текущее состояние аккумулятора, степень износа каждой ячейки, время удержания заряда и пр.

Особенности замены АКБ электромобиля

При замене полной батареи необходимо провести перепрошивку ЭБУ автомобиля. С бортового компьютера удаляются устаревшие программы и устанавливаются новые драйвера, подключаются все системы. Самостоятельно заменить аккумулятор практически невозможно.

На современных электромобилях можно заменить не весь аккумулятор, а провести замену битых блоков батареи. Этот способ значительно дешевле и перспективней. Определить, какие ячейки аккумулятора выработали ресурс, можно на специализированном сервисе.

Перспективы развития

Tesla оснащают свои автомобили батареями от Panasonic и развивает отдельную секцию производства. В 2018 году открыт крупнейший завод Тесла по производству АКБ нового типа. Для таких брендов как Chevrolet главным конструктором аккумуляторов много лет остается корпорация LG, которая совместно с компанией Fisker ведет разработку батарей нового типа. Компания Fisker уже представила новый тип батареи с запасом хода на 800 км. В основе схемы используются твердые металлы.

Не отстает от лидеров и компания Samsung, которая продемонстрировала свое ноу-хау на автосалоне во Франкфурте — многофункциональная батарея с потенциалом в 700 миль. Новые направления в развитии электро топлива демонстрирует британская компания SuperCapacitor Materials. Инженеры уверены, что смогут создать определенный тип конденсатора, который заменит ионно-литиевый аккумулятор.

Среди новаторов — и компания Phinergy, технологи которой разрабатывают совершенно новый металло-воздушный аккумулятор.

Какой будет принцип работы у стартапов, пока не ясно, но учитывая, что больше десяти ведущих компаний заняты поиском альтернативного источника энергии, можно сказать, что АКБ — это не последнее слово в автомобилестроении.

Читать далее