Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge und ihre Entwicklung

Einführung:

EV-Batterien oder Elektrofahrzeugbatterien sind Batteriesysteme, die für Elektrofahrzeuge gebaut wurden. Elektrofahrzeuge sind nichts Neues; Elektromotoren und entsprechende Infrastruktur haben wir bereits gebaut, was fehlt dann noch? Wie kommt es, dass sie nicht die Welt erobert haben? Der Grund ist die Batterie. Es wäre genauer, EV-Batteriesystem zu sagen. In diesem Artikel besprechen wir die Grundlagen von EV-Batteriesystemen und deren Anforderungen.

Wenn Sie an Batterien denken, fallen Ihnen wahrscheinlich als erstes die zweizelligen Batterien ein, die Ihre kleinen Elektrogeräte verwenden, oder die Batterien, mit denen Ihr Android oder iOS arbeitet. Aber hey, wir reden hier von einem Fahrzeug. Diese Größe ist also ein No-No. Wir brauchen eine größere Batterie, um selbst die einfachsten Fahrzeuge mit Strom zu versorgen, und das bedeutet mehr Laden und damit mehr Strombedarf, mehr Reichweite und mehr Speicher. Gleichzeitig können wir nicht wirklich erwarten, dass ein Akku dieser Größe nicht schwer ist. Fügen Sie also die Gewichtsprüfung in die Liste ein. Haben wir die Umgebungsbedingungen erwähnt? Du verstehst es. Es gibt viele Anforderungen und Batterien sind nicht gerade einfach.

Batterieleistungsanforderungen für Elektrofahrzeuge:

Um beispielsweise ein mittelgroßes Fahrzeug tatsächlich zu betreiben, benötigen Sie viel Kraft. Viel mehr als nur ein Hochleistungsprozessor oder ein LCD-Monitor. Ein geschätzter Wert der erforderlichen Leistung zum Beschleunigen eines typischen Fahrzeugs auf einer ebenen Straße ohne Gegenwind liegt bei etwa 61 kW. Nun, das ist eine Menge Leistung, die Sie pro Fahrzeug verlangen können, und Sie möchten auch kein rückständiges Auto bei einer Bergauffahrt oder an einem windigen Tag. Ganz zu schweigen vom Ausgleich des Innenwiderstands, damit er niedrig genug für die maximale Leistungsabgabe ist.

Energiedichte von EV-Systemen:

Lassen Sie uns nun einen wichtigen Begriff besprechen, dem Sie bei der Arbeit mit Batteriesystemen für Elektrofahrzeuge häufig begegnen werden:„Energiedichte“. Die Energiedichte ist, wie der Name schon sagt, die pro Volumeneinheit gespeicherte Energie. (Spezifische Energie ist Energie pro Masseneinheit).

Die am häufigsten verwendeten Brennstoffquellen sind im Vergleich zu Batterien Benzin und Kohle. Batterien sind jedoch bequemer, aber ihre Energiedichte und spezifische Energie sind geringer als bei Kohle und Benzin. Zum Vergleich:Wenn wir Benzin und eine Lithium-Ionen-Batterie vergleichen, ist die spezifische Wärme von Benzin 100-mal höher. Benzin ist auch 300-mal höher im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien.

Elektrische Batteriesysteme vs ICE (Verbrennungsmotor)

Im Hinblick auf die Effizienz ist ein Elektromotor jedoch besser als ein Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor). Allerdings ist es mit einem Elektromotor im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor schwierig, Reichweiten zu erzielen. Ein benzinbetriebenes Fahrzeug mit einem kleineren Tank kann Sie beispielsweise etwa 400 Meilen weit bringen, während die durchschnittliche Reichweite eines Elektroautos etwa 180 Meilen beträgt.

Während es wettbewerbsfähige Angebote im höheren Bereich gibt, gibt es auch die Nachteile. Warum besprechen Sie sie nicht, bevor wir fortfahren.

• Die Herstellungskosten dieser Batterien sind sehr hoch und machen einen großen Teil des Gesamtkaufpreises des Elektrofahrzeugs aus.
• Das Aufladen und Entladen solcher Batterien führt mit der Zeit zu einer Verschlechterung, und wir haben keine soliden Daten zur Langzeitleistung von Batteriesystemen. Andererseits können ICE-Fahrzeuge bei richtiger Wartung problemlos bis zu 100.000 Meilen zurücklegen.
• Das Aufladen solcher Akkus ist zeitaufwändig. Selbst die besten Supercharger, die Tesla zu bieten hat, lassen Sie etwa eine halbe Stunde warten.

 EVs und die beteiligte Chemie:

Die Suche nach der besten Batterietechnologie ist nicht neu. Ein 1994 veröffentlichtes Dokument des Argonne National Laboratory listete eine Reihe von „Kandidatenbatteriesystemen für Elektrofahrzeuge“ auf, darunter Blei-Säure, Nickel/Cadmium, Nickel/Eisen, Nickel/Metallhydrid, Natrium/Schwefel, Zink/Brom, Zink/Luft, Natrium/Nickelchlorid, Lithium/Eisensulfid und Lithiumpolymer. Sie wurden nach den spezifischen Energien der Systeme von der niedrigsten (Blei-Säure, dh 25–40 Wattstunden pro Kilogramm) bis zur höchsten (Lithium-Polymer, dh 100–200 Wattstunden pro Kilogramm) aufgelistet.

Heute ist das bevorzugte Batteriesystem für Elektrofahrzeuge Lithium-Ionen. BIS 2012 war das zuvor vorherrschende Batteriesystem Nickel/Metallhydrid (NiMH), aber heute dominiert die Verwendung von Lithium-Ionen. Im Laufe der Zeit beobachteten Forscher, dass Lithium-Ionen eine höhere Ausgangsleistung liefern, eine höhere spezifische Wärme aufweisen und insgesamt weniger Probleme haben. Um eine Animation zur Funktionsweise eines Lithium-Ionen-Akkus zu sehen, klicken Sie hier .

Die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen:

Wie bereits erwähnt, haben Elektrofahrzeuge nicht gerade „die Welt erobert“. Stattdessen sind Benzin- und Dieselmotoren immer noch am häufigsten im Einsatz. Gerade im Langstreckenverkehr werden die Kunden nach wie vor erdölbasierte Kraftstoffe gegenüber Batteriesystemen bevorzugen. Der EV-Markt in den USA ist auch nicht groß. (Vergleichen Sie dies mit Norwegens EV-Marktanteil, der etwa 32-mal größer ist als der der USA). Die Nutzung von Elektrofahrzeugen ist auch in Ländern wie China (dessen Markt für Elektrofahrzeuge doppelt so schnell wächst wie die USA) weiter verbreitet.

Schlussfolgerung:

Die Elektrofahrzeugindustrie scheint sich immer noch zu entwickeln. Bevor EV-Batteriesysteme die Welt erobern, sind noch viele notwendige Entwicklungen erforderlich. Ihr Einsatz wird von großem Nutzen sein, wenn die größten Hindernisse wie Preisgestaltung und Praktikabilität in den kommenden Jahren überwunden werden.