Паливні елементи вийшли на дорогу

Компанія "Honda Motor" одержала дозвіл від японського міністерства транспорту на проведення серії тестів по дорогах загального користування автомобіля "Honda FCX-V3" із двигуном на паливних елементах. Випробування планується провести як на міських вулицях, так і швидкісних магістралях.

На автомобілі "Honda FCX-V3"^j застосовано модернізований силовий агрегат "Ballard PEFC", що має менші розміри й масу в порівнянні з ранніми експериментальними моделями. При потужності 82 к. с. він розвиває досить пристойний крутний момент в 238 Нм, що забезпечує машині гарну динаміку й дозволяє розвивати максимальну швидкість в 130 км/ч. Паливний бак экспериментального авто вміщає 100 літрів водню, стислого під тиском 25 МПа Завдяки компактному двигуну "Honda FCX-V3" уміщає чотирьох чоловік і може проїхати на одному заправленні 180 кілометрів.

Несмотря на многообразие источников энергии (тепловая энергия бензина или дизельного топлива, электроэнергия, энергия сжатого воздуха, энергия сжатого сжиженного газа, солнечная энергия, энергия ветра и др.) в промышленном масштабе на гибридных автомобилях используется комбинация двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

Главное преимущество гибридного автомобиля заключается в существенном сокращении расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается [1]:

– согласованной работе ДВС и электродвигателя; применением аккумуляторов большой емкости;

использованием энергии торможения (так называемое рекуперативное торможение, преобразующее кинетическую энергию движения в электроэнергию).

Современные малогабаритные аккумуляторы работоспособны при токах разряда до 2 С, мощные -до 10-20 С. Интервал рабочих температур: от -20 до +60 °С [2]. Определены зависимости напряжения и тока от времени при заряде Li-ion аккумулятора. Получены разрядные характеристики Li-ion аккумулятора при различных токах и а при различной температуре.

Существует закономерность, что чем больше нагрузка на аккумулятор, тем меньше процент отдаваемой емкости (аккумулятор ЮОАч может выдавать ток 100А не в течении 1 часа, а в течение намного меньшего времени < 30 минут). Причина этого явления связана с тем, что внутри аккумулятора ток течет благодаря ионной проводимости. То есть при быстром разряде какая-то часть ионов не успевает выйти из электрода, что ограничивает выдаваемую аккумулятором емкость. Математически эта зависимость рассчитывается по формуле Пекерта (Peukert) [3].

Материалы и результаты исследования. Удельные характеристики литий-ионных аккумуляторов по крайней мере вдвое превышают аналогичные показатели никель-кадмиевых аккумуляторов и хорошо характеризуют себя при работе на больших токах. Литий-ионные аккумуляторы имеют достаточно низкий саморазряд (2-5% в месяц). Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента. При соблюдении этих предосторожностей, возможность образования металлического лития на поверхности электродов в ходе эксплуатации (что наиболее часто приводит к нежелательным последствиям), практически устранена.

Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее дорогими из доступных сегодня на рынке. Совершенствование технологии производства и замена оксида кобальта на менее дорогой материал может приведет к уменьшению их стоимости на 50% в течение ближайших нескольких лет. Продолжается развитие других литий-ионных технологий, о чем говорят опубликованные результаты исследований. Согласно экспериментальным данным, аморфный композиционный окисный материал на основе олова для отрицательного электрода, разработанный фирмой FujiFilm, способен обеспечить в 1,5 раза более высокую электрическую емкость по сравнению с аккумуляторами со стандартным углеродным электродом. Возможные преимущества аккумуляторов с этим материалом заключаются в большей безопасности, более быстром заряде, хороших разрядных характеристиках и высокой эффективности при низкой температуре. Недостатки на ранних этапах исследований обычно не упоминаются. Литий-ионные аккумуляторы обладают очень высокой удельной энергией. Следует соблюдать осторожность при обращении и тестировании. Нельзя допускать короткого замыкания аккумулятора, перезаряда, разрушения, разборки, протыкания металлическими предметами, подключения в обратной полярности, подвергать их воздействию высоких температур.

Эксплуатация Li-Ion батареи в разных условиях происходит по-разному. Но некоторые общие свойства у них всех одинаковы. Такого типа батареи боятся как перезаряда, так и переразряда. В них обычно встраиваются контроллеры, которые предостерегают от перезаряда. Также туда встроены и контроллеры, предостерегающие от переразряда.

Нельзя проводить полную аналогию между батареями одинаковых типов в разных устройствах. Обусловлено это разностью между расположением вышеупомянутых контроллеров в каждом конкретном устройстве.

Эксплуатировать батареи данного типа можно только в интервале температур +(5…45) градусов по Цельсию (оптимально –+(15…25) градусов). Также литиевые батареи портятся от повышенной температуры.

Для разных моделей и емкостей литиевых аккумуляторных батарей существует гарантированное производителем количество циклов заряд – разряд, которые аккумулятор должен отработать при соблюдении правил его эксплуатации.

Ресурс Li-Ion аккумуляторов колеблется они в основном от 400 до 1000 циклов. Все литиевые аккумуляторы имеют также и временное ограничение. Ресурс аккумулятора в терминах количества циклов заряд-разряд - это количество полных циклов заряда-разряда, то есть с некоторой степенью приближения предполагаем заряд до 100% и разряд до 30%. При разрядке аккумулятора наполовину и последующей зарядке ресурс уменьшается на полцикла. При последующей разрядке, например, на 25%, ресурс снижается еще на четверть полного цикла. Таким образом, если есть возможность подзаряжать аккумулятор, не допуская его большего разряда - именно так нужно и поступить. Другими словами, литиевый аккумулятор можно как можно чаще заряжать и стараться держать в заряженном состоянии, нежели в полуразряженном.

Удельные характеристики современных Li-ion аккумуляторов довольно высокие: 100-180 Втч/кг и 250…400 Втч/л. Рабочее напряжение составляет 3,5…3,7 В.

Еще несколько лет назад предельно достижимой считалась емкость Li-ion аккумуляторов в нескольких ампер-часов, теперь же большинство причин, ограничивающих увеличение емкости, устранено и многие производители стали выпускать аккумуляторы емкостью в сотни ампер-часов.

Современные малогабаритные аккумуляторы работоспособны при токах разряда до 2 С, мощные -до 10-20 С. Интервал рабочих температур: от -20 до +60 °С. Однако многие производители уже разработали аккумуляторы, работоспособные при -40 °С. Возможно расширение температурного интервала в область более высоких температур.

За первый месяц эксплуатации саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет 4-6 %, затем значительно уменьшается. В итоге за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, как при 20 °С, так и при 40 °С. Ресурс-500-1000 циклов [4].

Все литиевые аккумуляторы характеризуются достаточно хорошей сохранностью. Потеря емкости за счет саморазряда 5-10 % в год.

Поскольку емкость зависит от числа циклов заряда-разряда (с увеличением срока эксплуатации емкость АКБ неизбежно уменьшается), то, задаваясь исходным напряжением и отслеживая уменьшение напряжения с 4,3 В до 4,2 В, определяем значение емкости.

Выводы. Таким образом, очевидно, что срок эксплуатации Li-ion аккумуляторной батареи ограничен, как правило, количеством циклов заряда-разряда. Согласно предложенной методике остаточный ресурс АКБ определяется из расчета количества использованных циклов заряда-разряда.

Дата добавления: 2014-01-03