Najčešća pitanja o tehnologiji električnih vozila
1. Šta je baterija s čvrstim elektrolitom?
Jednostavno rečeno, to je baterija koja nema tekući sadržaj unutar sebe. Ova tehnologija donosi poboljšanja u baterijama za električna vozila (EV), o čemu ćemo govoriti u nastavku.
Baterije s čvrstim elektrolitom koje se razvijaju za automobilske primjene koriste litijumske hemije, kao i baterije u današnjim električnim vozilima. Međutim, umjesto tekućeg ili polu-tekućeg elektrolita, elektrolit u ovim baterijama je, kao što ime kaže, čvrst.
2. Šta je elektrolit?
Da bi smo pojasnili, elektrolit je poput autoputa za elektrone koji se kreću naprijed-nazad između elektroda u bateriji. Elektroni idu u jednom smjeru tokom punjenja, a u suprotnom dok baterija isporučuje energiju.
Prije nekoliko decenija, provjera nivoa elektrolita u 12-voltnim olovno-kiselinskim baterijama automobila bila je redovna obaveza. Baterije su se često morale dopunjavati destilovanom vodom kako bi se održao ispravan nivo elektrolitnog rastvora. Moderne 12-voltne baterije koriste gel elektrolit, koji ne zahtijeva takvo održavanje.
3. Od čega se prave čvrsti elektroliti?
Koriste se dvije vrste materijala. Jedan je keramika, koja ima specifična hemijska svojstva, dok je drugi plastični polimer, koji nije sličan onom iz svakodnevnih plastičnih proizvoda poput posuda za čuvanje hrane.
Zahvaljujući sofisticiranoj strukturi, čvrsti elektroliti omogućavaju bolje performanse baterija jer čine efikasniji "autoput" za elektrone. Ove baterije mogu skladištiti više energije, isporučivati veći izlaz snage i brže se puniti.
4. Prednosti čvrstih baterija
- Sigurnost: Trenutni elektroliti u litijum-jonskim baterijama su zapaljivi organski rastvarači, što može izazvati požare, kao što je prikazano u mnogim videozapisima EV požara na YouTubeu. Kod baterija s čvrstim elektrolitom taj problem nestaje.
- Efikasniji prostor: Baterije s čvrstim elektrolitom zauzimaju manje prostora jer nema potrebe za kućištem za tekući elektrolit. Ovo omogućava veću fleksibilnost u dizajniranju baterijskih paketa, što bi inženjerima moglo omogućiti stvaranje baterija u raznim oblicima, za razliku od trenutnih kockastih dizajna.
- Bolja tolerancija na temperature: Ove baterije također imaju veću toleranciju na temperaturne ekstreme, uključujući znatno bolji rad u vrlo hladnim uslovima.
Izazovi
Iako mnogi proizvođači automobila rade na razvoju baterija s čvrstim elektrolitom, postoje još uvijek određene prepreke za njihovu masovnu proizvodnju. Glavni izazovi su visoki troškovi i tehničke poteškoće u povećanju proizvodnje iz laboratorijskih uslova na industrijski nivo.
5. Zašto baterijski paketi u EV vozilima trebaju sistem hlađenja?
Postoji mnogo povezanih razloga za kontrolu temperature baterijskog paketa električnog vozila (EV). Dok je hlađenje ključno, zagrijavanje može biti jednako važno.
Sigurnost, vijek trajanja, kapacitet skladištenja i brzina punjenja litijum-jonskog baterijskog paketa zavise od temperature, pa je idealno održavati ćelije u rasponu od oko 20 do 40 stepeni Celzijusa.
Šta se dešava ako ne kontrolišete temperaturu?
Opasnost od požara je glavni rizik. Svaki vlasnik mobilnog telefona ili laptopa primijetio je da uređaj postaje topao, pa čak i vruć, tokom punjenja. Isto važi i za EV vozila, ali s puno više toplote koju treba regulisati.
Koliko više? Uzmimo poređenje. Trenutno ovo pišem na MacBook Pro računaru. Donji dio mog laptopa postaje poprilično topao dok se baterija puni. Baterijski paket zadnjeg EV automobila koji sam vozio, Nissan Leaf e+, pohranjuje otprilike 1000 puta više energije.
Baterije i baterijski paketi također se zagrijavaju kada se kontinuirano prazne velikim brzinama. Ako se toplota nakuplja, može postati opasno.
Toplotna opasnost i sigurnosni sistemi
Pri temperaturi od oko 140 stepeni Celzijusa, proces nazvan "toplotni bijeg" može se dogoditi. To znači da se ćelija sve više zagrijava i ništa ne može zaustaviti proces. To može dovesti do zapaljenja ili eksplozije ćelije.
Kako se to sprječava? Zato baterijski paketi automobila kombiniraju senzore i softver u složen sistem upravljanja koji stalno prati temperaturu i druge ključne operativne parametre.
Zašto je toplota štetna za baterijske pakete?
Toplota ubrzava procese starenja ćelija, što znači da kontrola temperature igra ključnu ulogu u produženju vijeka trajanja baterije.
Temperatura također utiče na brzinu punjenja. Kada se baterijski paket puni, ćelije se zagrijavaju, a posebno mnogo toplote se stvara pri brzom punjenju, kao što je to slučaj s DC brzim punjačima. Ako sistem hlađenja ne može ukloniti tu toplotu, jedini način da se zaštiti baterijski paket je usporavanje brzine punjenja. Zato automobili prilagođavaju brzinu punjenja ovisno o temperaturi i stanju napunjenosti (SOC).
Šta se dešava ako baterijski paket postane previše hladan?
Niske temperature značajno smanjuju količinu energije koju ćelija može pohraniti, što direktno utiče na domet vožnje.
Termalno upravljanje baterijama
Inženjeri koriste pojam "termalno upravljanje" kako bi opisali održavanje baterije unutar optimalnog temperaturnog raspona. Postoji nekoliko načina za osiguranje da ćelije ostanu u "zlatnoj sredini" između previše vrućeg i previše hladnog.
Tečno hlađenje je najpopularnije rješenje kod proizvođača EV-a. Uključuje pumpanje rashladne tekućine kroz cijevi ili ploče ugrađene u baterijski paket, gdje se prikuplja toplota, a zatim prolazi kroz hladnjak gdje se disipira.
Sistemi na bazi rashladnog sredstva ponekad se koriste, ali rijetko. Ovi sistemi rade na isti princip kao klima-uređaji automobila, cirkulirajući gas kroz cijevi oko baterije. Takođe, mogu se koristiti za zagrijavanje paketa, što je malo složenije s drugim sistemima.
Zračno hlađenje je jednostavnije i jeftinije, ali manje učinkovito. Zrak ne može prenijeti toliko toplote kao tečni rashladni fluid. Najjednostavniji sistemi dopuštaju zraku da slobodno cirkuliše oko ili kroz baterijski paket. Dodavanje ventilatora poboljšava učinkovitost, a korištenje klime za hlađenje zraka prije nego što uđe u bateriju dodatno povećava efikasnost.
Primjeri zračnog hlađenja u EV-ima
Nissan Leaf je najpoznatiji primjer EV-a sa zračno hlađenim baterijskim paketom, ali i Renault Zoe koristi sličan sistem.
Rane verzije Nissan Leaf-a su pokazale sklonost ka ubrzanom starenju baterijskih paketa u toplim klimama. Neki vlasnici su također primijetili da se brzine punjenja mogu drastično smanjiti kada temperatura baterije pređe određeni prag.
Iako baterijski paket posljednjeg Leaf e+ modela zasad nije pokazao probleme, rani problemi Nissana su ostavili loš glas zračnom hlađenju među EV entuzijastima.
6. Zašto električna vozila nemaju četiri motora u točkovima?
Motori u točkovima – stara ideja s novim izazovima
Motori ugrađeni u glavčine točkova nisu nova tehnologija. Još 1900. godine, Lohner-Porsche hibridni automobil s benzinskim i električnim pogonom koristio je upravo takve motore u glavčinama velikih, balonskih guma.
Danas se ovi motori mogu pronaći u brojnim električnim vozilima, ali nijedno od njih nije masovno proizvedeno putničko vozilo ili SUV. Bosch motori ugrađeni u točkove popularni su u malim električnim skuterima, poput onih koje proizvodi kineska marka Niu. Također, direktni motori u glavčinama često se koriste u električnim biciklima.
Napredak kompanije Lordstown
Američka kompanija Lordstown najbliža je tome da masovno proizvodi vozila s motorima u točkovima. Osnovana 2018. godine, kompanija je kupila fabriku u Lordstownu, Ohio, od General Motorsa, koji je uložio 75 miliona dolara u kompaniju.
Lordstown trenutno proizvodi predserijske verzije svog prvog modela, Endurance kamioneta, a planiraju pokrenuti serijsku proizvodnju u septembru 2021. Kompanija tvrdi da ima oko 100.000 narudžbi za ovaj model. Iako Lordstown proizvodi motore unutar svakog od Enduranceovih točkova, zasluga za njihov dizajn pripada slovenskoj kompaniji Elaphe, koja ima licencni ugovor s Lordstownom.
Prednosti i izazovi motora u točkovima
I Lordstown i Lightyear, proizvođač luksuznog električnog automobila Lightyear One, ističu prednosti motora u točkovima – jednostavnost, energetska efikasnost i ušteda prostora. No, proizvođači ne naglašavaju izazove...
1. Cijena
Jedan od glavnih izazova je cijena. Četiri motora u točkovima znatno su skuplja za proizvodnju u poređenju s jednim ili dva motora ugrađena u šasiju vozila.
2. Otpornost na udarce
Motori u točkovima izloženi su istim šokovima kao i sam točak. Za razliku od toga, motori ugrađeni u šasiju zaštićeni su suspenzijom, što im osigurava dodatnu izolaciju.
Uticaj na performanse vozila
Motori u točkovima povećavaju težinu dijelova vozila koji su podložni suspenziji, što otežava postizanje ugodnog i stabilnog voznog iskustva. Pored toga, ovi motori moraju imati veće rotore kako bi pružili dovoljno snage, što dodatno povećava njihovu težinu.
Zašto proizvođači električnih vozila preferiraju druga rješenja?
Većina proizvođača električnih vozila koristi manje motore koji mogu postići do 10.000 obrtaja u minuti. Ovi motori koriste se u kombinaciji s jednostavnim mjenjačima i diferencijalima, koji efikasno raspodjeljuju snagu na dva točka. Iako ove komponente dodaju težinu, i dalje nude kompaktnije i ekonomičnije rješenje.
Kada se uzmu u obzir svi faktori – cijena, otpornost na udarce, pakovanje kočnica i dodatna masa – postaje jasno zašto većina električnih vozila ne koristi motore ugrađene u točkove. Možda će kompanije poput Lordstowna i Lightyeara u budućnosti donijeti promjene, ali za sada proizvođači preferiraju tradicionalna rješenja s motorima ugrađenim u šasiju.