Таблица плотности аккумулятора автомобиля: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Заряд аккумулятора от температуры и плотности электролита: SOC

Температура электролита Wet Low Maintenance (Sb/Ca) or Wet Standard (Sb/Sb)** батарея Wet «Mainteneance Free» (Ca/Ca)*** или AGM/Gel Cell VRLA (Ca/Ca) батарея
Значение плотности электролита Значение напряжения разомкнутой цепи Значение напряжения разомкнутой цепи
 °F °С 100% SoC* 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC 100% SoC 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC 100% SoC 75% SoC 50% SoC 25% SoC 0% SoC
120 48,9 1,249 1,209 1,174 1,139 1,104 12,663 12,463 12,253 12,073 11,903 12,813 12,613 12,413 12,013 11,813
110 43,3 1,253 1,213 1,178 1,143 1,108 12,661 12,461 12,251 12,071 11,901 12,811 12,611 12,411 12,011 11,811
100 37,8 1,257 1,217 1,182 1,147 1,112 12,658 12,458 12,248 12,068 11,898 12,808 12,608 12,408 12,008 11,808
90 32,2 1,261 1,221 1,186 1,151 1,116 12,655 12,455 12,245 12,065 11,895 12,805 12,605 12,405 12,005 11,805
80 26,7 1,265 1,225 1,19 1,155 1,12 12,65 12,45 12,24 12,06 11,89 12,8 12,6 12,4 12 11,8
70 21,1 1,269 1,229 1,194 1,159 1,124 12,643 12,443 12,233 12,053 11,883 12,793 12,593 12,393 11,993 11,793
60 15,6 1,273 1,233 1,198 1,163 1,128 12,634 12,434 12,224 12,044 11,874 12,784 12,584 12,384 11,984 11,784
50 10 1,277 1,237 1,202 1,167 1,132 12,622 12,422 12,212 12,032 11,862 12,772 12,572 12,372 11,972 11,772
40 4,4 1,281 1,241 1,206 1,171 1,136 12,606 12,406 12,196 12,016 11,846 12,756 12,556 12,356 11,956 11,756
30 -1,1 1,285 1,245 1,21 1,175 1,14 12,588 12,388 12,178 11,998 11,828 12,738 12,538 12,338 11,938 11,738
20 -6,7 1,289 1,249 1,214 1,179 1,144 12,566 12,366 12,156 11,976 11,806 12,716 12,516 12,316 11,916 11,716
10 -12,2 1,293 1,253 1,218 1,183 1,148 12,542 12,342 12,132 11,952 11,782 12,692 12,492
12,292
11,892 11,692
0 -17,8 1,297 1,257 1,222 1,187 1,152 12,516 12,316 12,106 11,926 11,756 12,666 12,466 12,266 11,866 11,666

*SOC = State of charge — уровень заряда аккумуляторной батареи
**Wet Low Maintenance (Sb/Ca) or Wet Standard (Sb/Sb): Сурьмянисто-кальциевые редкообслуживаемые батареи с электролитом и стандартные Сурьмянистые батареи с электролитом
***Wet «Mainteneance Free» (Ca/Ca): Кальциевые обслуживаемые батареи с электролитом

₽38 990

В корзину

₽12 450

В корзину

₽28 150

В корзину

₽5 800

В корзину

Скачать таблицу зависимости заряженности аккумулятора от температуры и плотности электролита (SOC) в PDF

Замерз электролит в аккумуляторе: причины, последствия, что делать

Содержание статьи

  • 1 Снижение плотности электролита
  • 2 Как не допустить замерзание электролита
      • 2. 0.1 Видео: Замерз аккумулятор автомобиля. Почему? Что делать? Просто о сложном
    • 2.1 Заключение

С наступлением зимы автовладелец может обнаружить, что морозным утром автомобиль не заводится, а дальнейшее исследование  покажет, что в аккумуляторе замерз электролит. Такое может случиться и не в самый сильный мороз, хотя при минимальной плотности с завода 1,27 г/см³ замерзание электролита происходит при температуре около -68 С°, а такие условия встречаются редко. Чтобы не попасть в такую ситуацию, необходимо знать причины, по которым электролит может замерзнуть в аккумуляторной батарее.

Снижение плотности электролита

Проблеме замерзания электролита подвержены свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, которые устанавливают на большинство современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.  В них используется жидкий электролит, вода в котором и превращается в лед при низких температурах.

В новом аккумуляторе плотность электролита находится в пределах 1,27-1,30 г/см³, чего вполне достаточно для наших климатических условий.   Зависимость температуры замерзания от плотности электролита можно увидеть в таблице:

Из таблицы видно, что с увеличением плотности снижается температура, при которой электролит замерзает. Но данная зависимость не является пропорциональной, поскольку при избыточной плотности 1,40 г/см³, температура замерзания скачкообразно повышается. При этом среда в аккумуляторе становится более агрессивной, а это приводит к его ускоренному износу.

Откуда же берется низкая плотность электролита в АКБ? Большинство автолюбителей винят в этом производителя, поэтому пытаются сдать аккумулятор назад, требуя гарантийной замены. Но такие случаи встречаются редко и чаще всего проблема неправильном обслуживании аккумулятора.

Дело в том, что продавец предлагает полностью заряженный аккумулятор, а это значит, что плотность его электролита находится в допустимых пределах, и он не может замерзнуть на обычных морозах. Но при его разрядке часть кислотного компонента оседает на пластинах в виде сульфатов, соответственно, плотность электролита уменьшается, а это приводит к повышению температуры, при которой он может замерзнуть.

При этом прослеживается простая закономерность, если у электролита снижена плотность, значит, АКБ разряжена и его нужно зарядить. Большой ошибкой при этом будет доливка электролита, поскольку, повысив морозостойкость, мы никак не улучшаем электротехнические свойства батареи.

Отсюда делаем вывод: если в аккумуляторной батарее появился лед, значит, она была разряжена и ее нужно немедленно зарядить.

Важно знать, что, если АКБ слегка разряжается в теплое время года и плотность электролита при этом снижается, обнаружить это  без замера плотности невозможно, поскольку она спокойно запускает двигатель, справляясь со своей непосредственной задачей. При наступлении же морозов батарея может замерзнуть в лед. 

Как не допустить замерзание электролита

Чтобы не стать жертвой замерзшего аккумулятора, необходимо провести определенные операции, которые позволят отследить его состояние. Прежде всего, периодически нужно проверять заряд аккумулятора при помощи мультиметра. Заряженный аккумулятор будет выдавать приблизительно  12,6-12,7 вольт при заглушенном моторе.

При выходе из автомобиля недопустимо оставлять включенными габариты и нужно закрывать двери авто, поскольку горящая лампочка-индикатор, сигнализирующая о незапертой двери может разрядить аккумулятор в течение нескольких суток при длительной стоянке, и  этом случае при сильных морозах в аккумуляторе может  образоваться лед.

Чтобы не допустить преждевременной разрядки, перед зимой аккумулятор необходимо обслужить. Первое — тщательно вымыть его корпус,  поскольку осевшая пыль и грязь проводит электрический ток, а это уменьшает заряд.  Если есть доступ к банкам аккумулятора, нужно проверить плотность электролита. Далее нужно полностью зарядить АКБ,  после чего установить его в автомобиль.

Если в результате неправильной эксплуатации в АКБ образовался лед, подкуривать его нельзя. Батарею нужно снять с машины, отогреть в теплом помещении и полностью зарядить. Известно, что при замерзании жидкость расширяется, поэтому лед, образовавшийся в банках, может разорвать корпус аккумулятора,  замкнуть или повредить цепи внутри.   Поскольку такие поломки не относятся к гарантийным случаям, такую батарею никто заменять не будет.

После проведения поточного обслуживания и установки аккумулятора, необходимо проверить утечку тока, что позволит избежать преждевременной разрядки. Не нужно допускать длительных простоев автомобиля, даже если планируется длительная стоянка, автомобиль желательно заводить и прогревать, чтобы аккумулятор подзаряжался. Если это невозможно, специалисты советуют отключить минусовую клемму АКБ,  чтобы разорвать цепь аккумулятора и воспрепятствовать его разрядке.  Если планируется оставить автомобиль на всю зиму, аккумуляторную батарею нужно снять,  зарядить и поместить в сухое прохладное место, например, в погреб.

Видео: Замерз аккумулятор автомобиля. Почему? Что делать? Просто о сложном

Заключение

Чтобы не допустить ситуации, когда электролит замерзает в банках аккумулятора,  достаточно тщательно следить за его состоянием. Даже лучшие аккумуляторы не смогут выдержать неправильной эксплуатации, работать без дополнительного ухода и подзарядки  при необходимости.  Важно периодически тестировать состояние установленной на машину АКБ, что позволит существенно продлить срок ее эксплуатации и избежать ненужных финансовых трат.

BU-107: Сравнительная таблица аккумуляторов

Аккумуляторы играют важную роль в нашей жизни и многие повседневные дела были бы немыслимы без возможности подзарядки. Наиболее распространенными аккумуляторными батареями являются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литий-ионные. Вот краткий обзор их характеристик.

  • Свинцово-кислотные – это старейшая аккумуляторная система. Свинцово-кислотные аккумуляторы прочны, прощают злоупотребления и экономичны по цене, но имеют низкую удельную энергию и ограниченное количество циклов. Свинцово-кислотный используется для инвалидных колясок, автомобилей для гольфа, транспортных средств, аварийного освещения и источников бесперебойного питания (ИБП). Свинец токсичен и не может быть утилизирован на свалках.
  • Никель-кадмий – Проработанный и хорошо изученный, NiCd используется там, где требуется длительный срок службы, высокий разрядный ток и экстремальные температуры. NiCd — одна из самых прочных и долговечных батарей; это единственная химия, которая позволяет осуществлять сверхбыструю зарядку с минимальным стрессом. Основными областями применения являются электроинструменты, медицинские приборы, авиация и источники бесперебойного питания. Из-за проблем с окружающей средой NiCd заменяют другими химическими веществами, но он сохраняет свой статус в самолетах благодаря хорошим показателям безопасности.
  • Никель-металлогидрид – служит заменой NiCd, так как содержит только легкие токсичные металлы и обеспечивает более высокую удельную энергию. NiMH используется для медицинских инструментов, гибридных автомобилей и промышленных приложений. NiMH также доступен в ячейках AA и AAA для потребительского использования.
  • Литий-ионные. Литий-ионные батареи заменяют многие приложения, которые ранее обслуживались батареями на основе свинца и никеля. Из соображений безопасности для Li-ion требуется схема защиты. Это дороже, чем большинство других батарей, но большое количество циклов и низкие эксплуатационные расходы снижают стоимость цикла по сравнению со многими другими химическими веществами.

В таблице 1 сравниваются характеристики четырех наиболее часто используемых аккумуляторных систем с указанием средних показателей производительности на момент публикации. Литий-ион делится на разные типы, названные по их активным материалам: кобальт, марганец, фосфат и титанат. (См. BU-205: Типы литий-ионных аккумуляторов)

В списке отсутствует популярный литий-ионный полимер, получивший свое название благодаря уникальной системе сепаратора и электролита. Большинство из них представляют собой гибридные версии, которые разделяют производительность с другими литий-ионными аккумуляторами. Также отсутствует перезаряжаемый литий-металлический аккумулятор, который, как только будут решены вопросы безопасности, может стать аккумулятором с необычайно высокой удельной энергией и хорошей удельной мощностью. В таблице рассматриваются только портативные аккумуляторы и исключаются большие системы, напоминающие нефтеперерабатывающие заводы.

Таблица 1: Характеристики часто используемых аккумуляторов.
Цифры основаны на средних рейтингах коммерческих аккумуляторов на момент публикации. Исключаются специальные аккумуляторы с рейтингом выше среднего.
  1. Комбинация кобальта, никеля, марганца и алюминия повышает плотность энергии до 250 Втч/кг.
  2. Срок службы зависит от глубины разрядки (DoD). Неглубокий DoD продлевает срок службы.
  3. Срок службы основан на регулярном обслуживании батареи для предотвращения ее запоминания.
  4. Аккумуляторы для сверхбыстрой зарядки предназначены для особых целей. (См. BU-401a: Быстрые и сверхбыстрые зарядные устройства)
  5. Максимальный саморазряд сразу после зарядки. NiCd теряет 10% в первые 24 часа, затем снижается до 10% каждые 30 дней. Высокая температура и возраст увеличивают саморазряд.
  6. 1,25 В традиционное; 1,20 В более распространено. (См. BU-303: Путаница с напряжением)
  7. Изготовители могут указывать более высокое напряжение из-за низкого внутреннего сопротивления (маркетинг).
  8. Способен к высоким импульсам тока; нужно время для восстановления.
  9. Не заряжайте литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже нуля. (См. BU-410: Зарядка при высоких и низких температурах)
  10. Техническое обслуживание может заключаться в выравнивающей или доливочной зарядке* для предотвращения сульфатации.
  11. Схема защиты отключается при напряжении ниже 2,20 В и выше 4,30 В на большинстве литий-ионных аккумуляторов; для литий-железо-фосфата применяются другие настройки напряжения.
  12. Кулоновский КПД выше при более быстрой зарядке (частично из-за ошибки саморазряда).
  13. Стоимость цикла литий-ионных аккумуляторов может быть ниже, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

* Дополнительный заряд применяется к аккумулятору, находящемуся в эксплуатации или на хранении, для поддержания полного заряда и предотвращения сульфатации свинцово-кислотных аккумуляторов.

Последнее обновление: 21 октября 2021 г.

Аккумуляторы в портативном мире

Материал Университета аккумуляторов основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — справочник по перезаряжаемым батареям для не- Инженеры », который доступен для заказа через Amazon.com.

Конструкция электромобиля – расчет батареи – x-engineer.org

Высоковольтная батарея является одним из наиболее важных компонентов аккумуляторной батареи электромобиля (BEV) . Параметры аккумулятора оказывают существенное влияние на другие компоненты и атрибуты транспортного средства, такие как:

  • максимальный крутящий момент тягового двигателя
  • максимальный крутящий момент рекуперативного тормоза
  • запас хода автомобиля
  • общий вес автомобиля
  • цена автомобиля

Почти все основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .

Для нашей конструкции аккумуляторной батареи электромобиля мы начнем с 4 основных входных параметров:

  • химический состав
  • напряжение
  • среднее энергопотребление транспортного средства в ездовом цикле
  • запас хода

или более электрохимических элементов ( аккумуляторные элементы ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую (во время разрядки) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки). Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химический состав батареи .

Аккумуляторная батарея состоит из пяти основных компонентов: электродов – анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или кожуха. Для автомобильных приложений используются различные типы ячеек [1]:

Изображение: Различные формы литий-ионных аккумуляторных элементов
Авторы и права: [1]

Отдельные аккумуляторные элементы сгруппированы в единый механический и электрический блок, называемый аккумуляторным модулем . Модули электрически соединены в аккумуляторную батарею .

Существует несколько типов батарей (химических), используемых в силовых установках гибридных и электрических транспортных средств, но мы будем рассматривать только литий-ионных элементов . Основная причина заключается в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую удельную энергию [Втч/кг] и удельную мощность [Вт/кг] по сравнению с другими типами [2].

Изображение: Уровень ячейки на диаграмме Рагона, адаптированный из Van Den Bossche 2009
Кредит: [2]

Уровень напряжения батареи определяет максимальную электрическую мощность, которая может непрерывно подаваться. Мощность P [Вт] является произведением напряжения U [В] на ток I [A] : \[P = U \cdot I \tag{1}\]

Чем выше ток, тем чем больше диаметр высоковольтных проводов, тем выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность должна быть получена за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы собираемся рассмотреть номинальное напряжение 400 В .

В статье «Конструкция электромобиля — энергопотребление» мы рассчитали среднее потребление энергии для движения E p , которое составляет 137,8 Втч/км в ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для движения, высоковольтная батарея должна поставлять энергию для вспомогательных устройств автомобиля E aux [Втч/км] , таких как: электрическая система 12 В, отопление, охлаждение и т. д. Кроме того, мы необходимо учитывать эффективность силового агрегата η p  [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.

\[E_{avg} = \left ( E_{p} + E_{aux} \right ) \cdot \left ( 2 – \eta_{p} \right ) \tag{2}\]

Для Энергопотребление вспомогательными устройствами будем использовать данные из [3], где приведены типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов автомобиля (вспомогательных нагрузок). Продолжительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. д.) и прерывистые нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. д.) потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает энергию 215 Втч для вспомогательных нагрузок. Если разделить его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), то получим средний расход энергии на вспомогательные нагрузки E доп. из 9,241 Втч/км .

Даже если Втч/км на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она выражена на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.

Постоянный ток (DC), подаваемый аккумулятором, преобразуется инвертором в переменный ток (AC). Это преобразование происходит с сопутствующими потерями. Кроме того, электродвигатель и трансмиссия имеют некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы будем использовать среднюю эффективность 9.0068 η р из 0,9 от аккумулятора к колесу.

Замена значений в (2) дает среднее потребление энергии:

\[E_{avg} = \left ( 137,8 + 9,241 \right ) \cdot 1,1 =  161,7451 \text{ Втч/км}\]

Аккумуляторная батарея будет рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Втч/км .

Архитектуры аккумуляторных блоков

Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из аккумуляторных элементов , расположенных в ряды и модули. Аккумуляторную ячейку можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.

Изображение: Ячейка батареи

Отдельные ячейки батареи могут быть сгруппированы параллельно и/или последовательно в виде модулей . Кроме того, аккумуляторные модули могут быть соединены параллельно и/или последовательно для создания аккумуляторной батареи . В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.

Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных элементов. Например, общее (строчное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.

Изображение: Цепочка элементов батареи

Чтобы увеличить токоемкость емкости батареи, необходимо параллельно соединить больше цепочек. Например, 3 цепочки, соединенные параллельно, втрое увеличат емкость и ток аккумулятора.

Изображение: Параллельные цепочки аккумуляторных батарей

Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 последовательно соединенных элементов. Каждый модуль содержит 4 призматические ячейки. Напряжение каждой ячейки 3,7 В, общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.

Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Авторы и права: Mitsubishi

Другим примером является высоковольтный аккумулятор Tesla Model S, который имеет:

  • 74 элемента в параллельной группе
  • 6 групп последовательно для модуль
  • 16 модулей последовательно
  • 7104 элемента всего

Изображение: аккумуляторная батарея Tesla Model S
Кредит: Tesla

Расчет аккумуляторной батареи

Чтобы выбрать, какие аккумуляторные батареи будут в нашей упаковке, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных батарей, доступных на рынке. В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.

Примечание : Поскольку производители аккумуляторов постоянно выпускают новые модели, возможно, данные, используемые в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи состоит в том, чтобы объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод может быть применен для любых других аккумуляторных элементов.

[3] 9 9040 [6]0240 [7]
Производитель Panasonic A123-Systems Molicel A123-Systems Toshiba0243 Kokam
Type cylindrical cylindrical cylindrical pouch pouch pouch
Model NCR18650B ANR26650m1-B ICR-18650K 20 Ач 20 Ач SLPB7570270
Источник [4] [5] [8] [9]
Length [m] 0. 0653 0.065 0.0652 0 0 0
Diameter [m ] 0.0185 0.026 0.0186 0 0 0
Height [m] 0 0 0 0.227 0.103 0.272
Width [m] 0 0 0 0.16 0.115 0.082
Thickness [m] 0 0 0 0.00725 0.022 0.0077
Mass [kg] 0.0485 0.076 0.05 0.496 0.51 0.317
Capacity [Ah] 3.2 2.5 2. 6 19.5 20 15.6
Voltage [V] 3.6 3.3 3.7 3.3 2.3 3.6
C-rate (cont.) 1 10 1 1 1 2
C-rate (peak) 1 24 2 10 1 3

Based on the cell parameters provided by the manufacturers, we can calculate the energy содержание, объем, гравиметрическая плотность и объемная плотность для каждой ячейки.

Объем каждой ячейки рассчитывается как:

  • цилиндрических ячеек, V куб.см 3 ]
  • 92}{4} \cdot L_{bc} \tag{1}\]

    где:
    D bc [м] – диаметр элемента батареи
    L bc [м] – длина элемента батареи

    • сумка ячеек, V pc [m 3 ]

    \[V_{pc} = H_{bc} \cdot W_{bc} \cdot T_{bc} \tag{2}\]

    где:
    H bc [м] – высота ячейки батареи
    W bc [м] – ширина ячейки батареи
    T bc [м] – толщина ячейки батареи

    Энергия ячейки батареи E bc [Втч] рассчитывается как:

    \[E_{bc} = C_{bc} \cdot U_{bc} \tag{3}\]

    где:
    C bc [Ah] – емкость элемента батареи
    U bc [В] – напряжение элемента батареи

    Плотность энергии элемента батареи рассчитывается как:

    • объемная плотность энергии , u В [Втч/м 3 905]

    \[u_{V} = \frac{E_{bc}}{V_{cc(pc)}} \tag{4}\]

    • гравиметрическая плотность энергии , u G [Втч/кг]

    \[u_{G} =\frac{E_{bc}}{m_{bc}} \tag{5}\]

    где:
    m bc [кг] – масса элемента батареи

    Плотность энергии для каждого элемента приведена в таблице ниже.

    Manufacturer Panasonic A123-Systems Molicel A123-Systems Toshiba Kokam
    Type cylindrical cylindrical cylindrical pouch pouch pouch
    Model NCR18650B ANR26650m1-B ICR-18650K 20Ah 20Ah SLPB7570270
    Энергия [Втч] 11,52 8,25 9,62 64,35 46 56,16 6
    Volume [l] 0.017553 0.034510 0.017716 0.263320 0.260590 0.171741
    Energy density
    gravimetric [Wh/kg]
    237. 53 108.55 192.40 129,74 90,20 177,16
    Плотность энергии
    объемная [Втч/л]
    2904,31 656,31.06 543,01 244,38 176,52 327

    Для того, чтобы иметь лучший обзор параметров ячеек на графиках ниже и упростить их сравнение, основные параметры отображаются в виде столбцов.

    Изображение: Напряжение элемента батареи

    Изображение: Емкость элемента батареи

    Изображение: Объемная плотность энергии элемента батареи

    Изображение: Гравиметрическая плотность энергии элемента батареи

    С учетом приведенных выше параметров элемента и основных требований к аккумулятору (номинальное напряжение, среднее энергопотребление и запас хода автомобиля) мы рассчитываем основные параметры высоковольтного аккумулятора. .

    Требуемая полная энергия аккумуляторной батареи E bp [Втч] рассчитывается как произведение среднего потребления энергии E avg [Втч/км] на запас хода автомобиля D v [км]. В этом примере мы разработаем блок высоковольтных батарей для пробега автомобиля 250 км .

    \[E_{bp} = E_{avg} \cdot D_{v} = 161,7451 \cdot 250 = 40436,275 \text{ Вт·ч} = 40,44 \text{ кВт·ч} \tag{6}\]

    Следующие расчеты будут выполняться для каждого типа клеток. Для этого примера мы будем считать, что аккумуляторная батарея состоит только из нескольких цепочек , соединенных параллельно .

    Количество элементов батареи, соединенных последовательно N cs [-] в строке рассчитывается путем деления номинального напряжения аккумуляторной батареи U bp [В] на напряжение каждой ячейки батареи U bc [В]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.

    \[N_{cs} = \frac{U_{bp}}{U_{bc}} \tag{7}\]

    Энергетическое содержание струны E bs [Втч] равно произведение между числом последовательно соединенных элементов аккумуляторной батареи N cs [-] и энергия элемента батареи E bc [Втч].

    \[E_{bs} = N_{cs} \cdot E_{bc} \tag{8}\]

    Общее количество строк аккумуляторной батареи N sb [-] вычисляется путем деления общей энергии аккумуляторной батареи E bp [Втч] к энергетическому содержанию строки E bs [Втч]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.

    \[N_{sb} = \frac{E_{bp}}{E_{bs}} \tag{9}\]

    Теперь мы можем пересчитать общую энергию аккумуляторной батареи  E bp [Втч] как произведение количества строк N sb [-] и энергоемкости каждой строки E bs [Втч]. ].

    \[E_{bp} = N_{sb} \cdot E_{bs} \tag{10}\]

    Емкость аккумуляторной батареи C bp [Ач] рассчитывается как произведение числа строки N sb [-] и емкость элемента батареи C bc [Ач].

    \[C_{bp} = N_{sb} \cdot C_{bc} \tag{11}\]

    Общее количество ячеек аккумуляторной батареи N cb [-] рассчитывается как произведение между количеством строк N sb [-] и количеством ячеек в строке N cs [-].

    \[N_{cb} = N_{sb} \cdot N_{cs} \tag{12}\]

    Размер и масса высоковольтной батареи являются очень важными параметрами, которые следует учитывать при проектировании аккумуляторного электромобиля ( БЭВ). В этом примере мы собираемся вычислить объем аккумуляторной батареи, учитывая только элементы батареи. На самом деле необходимо учитывать и другие факторы, такие как: электронные схемы, контур охлаждения, корпус батареи, проводка и т. д.

    Масса аккумуляторной батареи (только элементы) m bp [кг] — это произведение общего количества элементов N cb [-] на массу каждого элемента батареи m bc [кг].

    \[m_{bp} = N_{cb} \cdot m_{bc} \tag{13}\]

    Объем аккумуляторной батареи (только элементы)  V bp [m 3 ] является произведением общего количества элементов N cb [-] на массу каждого элемента батареи V куб.см(шт) 3 ]. Этот объем используется только для оценки окончательного объема аккумуляторной батареи, поскольку он не учитывает вспомогательные компоненты/системы аккумуляторной батареи.

    \[V_{bp} = N_{cb} \cdot V_{cc(pc)} \tag{14}\]

    Объем также может быть рассчитан как функция количества строк и количества ячеек в строке. Этот метод расчета больше подходит для цилиндрической ячейки, так как объем, занимаемый цилиндрической ячейкой, должен учитывать воздушный зазор между ячейками.

    Пиковый ток строки I spc [A] является произведением пиковой скорости C ячейки батареи C-rate bcp -1 ] и емкости ячейки батареи C bc [Ах].

    \[I_{spc} = \text{C-rate}_{bcp} \cdot C_{bc} \tag{15}\]

    Пиковый ток аккумуляторной батареи I bpp [A] составляет произведение между пиковым током цепочки I spc [А] и количеством цепочек аккумуляторной батареи N sb [-].

    \[I_{bpp} = I_{spc} \cdot N_{sb} \tag{16}\]

    Пиковая мощность аккумуляторной батареи  P bpp [Вт] – это произведение пикового тока аккумуляторной батареи I bpp [A] и напряжение аккумуляторной батареи U bp [В].

    \[P_{bpp} = I_{bpp} \cdot U_{bp} \tag{17}\]

    Непрерывный ток строки C-скорость ячейки батареи bcc  [h -1 ] и емкость элемента батареи C bc [Ач].

    \[I_{scc} = \text{C-rate}_{bcc} \cdot C_{bc} \tag{18}\]

    Аккумулятор , постоянный ток I bpc [A] произведение между строкой непрерывного тока I scc [A] и количеством строк аккумуляторной батареи N sb [-].

    \[I_{bpc} = I_{scc} \cdot N_{sb} \tag{19}\]

    Аккумулятор , непрерывная мощность  P bpc [Вт] — это произведение постоянного тока аккумуляторной батареи I bpc [A] на напряжение аккумуляторной батареи U bp [В].

    \[P_{bpc} = I_{bpc} \cdot U_{bp} \tag{20}\]

    Результаты уравнений (7)-(20) суммированы в таблице ниже.

    47474747474747474747474747474747474747474747474743474343443434743474344343443443434347434744343434343474747443434343439н0н.0240 784
    Manufacturer Panasonic A123-Systems Molicel A123-Systems Toshiba Kokam
    # of cells in string [-] 112 122 109 122 174 112
    String energy [Wh] 1290 1007 1049 7851 8004 6290
    # of strings [-] 32 41 39 6 6 7
    BP energy [kWh] 41. 29 41.27 40.89 47.10 48.02 44.03
    BP capacity [Ah] 102.4 102.5 101.4 117 120 109,2
    # Всего клетки [-] 3584 5002 42519243
    BP mass [kg]* 173.8 380.2 212.6 363.1 532.4 248.5
    BP volume [l]* 63 173 75 193 272 135
    Б.П.0243 327.6
    BP peak power [kW] 40.96 984 81. 12 468 48 131.04
    BP continuous current [A] 102.4 1025 101.4 117 120 218.4
    BP continuous power [kW] 40.96 410 40.56 46,8 48 87,36

    BP – аккумуляторный блок
    * – учитываются только аккумуляторные элементы

    цилиндрические клетки.

    Те же результаты можно представить в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.

    Изображение: Энергия аккумуляторной батареи

    Изображение: емкость аккумулятора

    Изображение: Общее количество ячеек. )

    Из-за низкой емкости цилиндрических элементов по сравнению с карманными элементами количество элементов, необходимых для аккумуляторной батареи, значительно больше. Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.

    Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумуляторная батарея, которая будет находиться в транспортном средстве, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайку, корпус и т. д.), что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой. По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими и мешковидными клетками. Однако кажется, что батарейный блок с ячейками-мешочками немного тяжелее и больше.

    Аккумуляторные элементы производства A123-Systems имеют очень высокий максимальный ток непрерывной разрядки и максимальный ток импульсной (пиковой) разрядки. Что касается энергии и емкости, то ячейки пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические ячейки.

    На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для нашего аккумуляторного блока электромобиля. Из наших примеров видно, что ячейки Kokam имеют наилучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии/мощности.

    Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (*.sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.

    Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.

    EV Battery Calculator (on-line)

    Vehicle range Average energy consumption Nominal battery voltage
    D v [km] E avg [Wh/km] U bp [V]
    Cell type L bc [m] D bc [m] H bc [m] W bc [ m] T bc [m]
    CylindricalPouch
      m bc [kg] C bc [Ah] U bc [ V] C-рейтинг bcc [-] C-rate bcp [-]
    Battery Cell Performance
      E bc [Wh] V bc [l] uV bc [Wh/l] uG bc [Wh/kg]  
       
    Производительность аккумулятора
    # Клетки / Строка # Строки # E S [WH] E S [WH] E S [WH] E S [WH] E S [WH] E S
    mbp [kg] Vbp [l] Ibpp [A] Pbpp [kW] Ibpc [A] Pbpc [kW]

    Ссылки:

    [1] Муй, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *