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 [м 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)} [м 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 [ч ^-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.