В то время как электромобилям требуется запас хода и мощность аккумуляторной батареи, гибридам требуется аналогичная мощность при гораздо меньшем потреблении энергии.
Можно подумать, что батарейный блок любого электрифицированное транспортное средство— гибрид, подключаемый гибрид (PHEV) или чисто электрический (BEV) — почти одинаковы, за исключением размера. Но при этом упускаются из виду два ключевых различия в том, как аккумуляторы используются в разных типах электрифицированных транспортных средств. Во-первых, это поток электроэнергии, поступающий в аккумулятор и выходящий из него, в зависимости от его размера. Например, при умеренном ускорении все три типа электрифицированных транспортных средств потребляют одинаковое количество энергии, так же как при умеренном замедлении все они могут восстанавливать энергию с одинаковой скоростью во время рекуперативного торможения.
Но у чистого электромобиля батарея может быть в десять раз больше, чем у PHEV, который, в свою очередь, может иметь батарею в десять раз больше, чем у гибрида. Таким образом, величина потока мощности по отношению к энергоемкости батареи — ее отношение мощности к энергии — сильно различается для батарей в разных электрифицированных транспортных средствах. В приведенной ниже таблице используются примеры каждого типа автомобилей из модельного ряда Ford, чтобы проиллюстрировать различия в емкости аккумуляторов и соотношении мощности и энергии.
Более того, поскольку три разных автомобиля используют свои электрифицированные силовые агрегаты по-разному, количество циклов зарядки/разрядки каждой батареи значительно различается. В гибриде, предназначенном для повышения эффективности бензинового двигателя, мощность постоянно поступает в небольшую батарею, которая должна быть компактной, легкой и не очень дорогой. Вы можете полностью зарядить и разрядить аккумулятор пять раз по дороге в продуктовый магазин за галлоном молока.
Подключаемый гибрид имеет гораздо большую батарею, предназначенную для полной зарядки автомобиля на расстоянии от 10 до 40 миль. Он также постоянно заряжается и разряжается при движении по городу, но эти потоки энергии малы по сравнению с его общей емкостью, которая может быть полностью разряжена только один или два раза в день. BEV имеет гораздо большую батарею, и эта батарея редко выполняет полные циклы зарядки / разрядки — возможно, только во время дорожных поездок или нашего теста на дальность по шоссе со скоростью 75 миль в час.
По словам Баба Таэнаки, старшего технического эксперта Ford по технологиям аккумуляторных батарей и усовершенствованным аккумуляторным системам, батарея в электромобиле может выдержать только 1000 циклов зарядки/разрядки за свой срок службы. Это значительно меньше, чем 4000–8000 циклов, которые может выдержать батарея PHEV, в то время как батарея гибрида может выдержать 100,000 XNUMX циклов и более.
«Когда батарея заряжается и разряжается, ее внутреннее сопротивление увеличивается», — говорит Таэнака. Один из способов контролировать это — ограничить использование емкости аккумулятора во время цикла зарядки/разрядки. Для гибрида, такого как F-150, который имеет максимальное количество циклов, «окно состояния заряда (доля емкости аккумулятора, которая фактически используется) сегодня, вероятно, составляет около 50 процентов». Для PHEV, таких как Escape, эта полезная доля может возрасти до 80 процентов или около того. А для Mustang Mach-E он приближается к 90 процентам.
Чтобы отрегулировать отношение мощности к энергии батареи, инженеры изменяют толщину как токосъемников, так и их химических покрытий. Кратковременные всплески пиковой мощности гибрида требуют высокого электрического тока от небольшой батареи, что, как ни странно, означает более тонкие электроды и более тонкие химические покрытия. Это связано с тем, что эти более тонкие элементы обеспечивают большую площадь поверхности электрода, контактирующую с электролитом.
И наоборот, BEV использует более толстые электроды и более высокую загрузку активного химического материала. Более толстые электроды обеспечивают большую плотность энергии, поскольку большая часть общего объема ячейки состоит из электродов и активного материала и меньшая часть занята сепаратором, токосъемниками и электролитом. Максимальное использование доступных киловатт-часов на фунт становится все более важным по мере того, как батареи становятся больше. Типичным химическим покрытием является оксид лития-марганца — и есть и другие — но химический состав не имеет решающего значения для определения того, является ли элемент более энергоемким или энергоемким.
Еще одним соображением является общее напряжение аккумуляторной батареи. Форд использует гибридные электрические системы, максимальное напряжение которых составляет около 400 вольт, поэтому все три типа автомобилей имеют свои ячейки, чтобы оставаться в пределах этого ограничения. Поскольку большинство литий-ионных элементов работают при напряжении 3.6 вольта, гибридная батарея F-150 использует 76 небольших элементов, соединенных последовательно, для получения 274 вольт. 84 элемента Escape PHEV гораздо большего размера — 171 ватт-час на элемент против 20 — также соединены последовательно, что дает общее напряжение 300 вольт. Тем не менее, 376 еще более крупных элементов (262 ватт-часа) в Mustang Mach-E соединены четырьмя цепочками по 94 элемента, каждый на 343 вольта, которые затем соединены параллельно, чтобы оставаться в пределах 400-вольтового предела. Электрическая архитектура Форда.
Этот контент импортируется из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
