מהו מנגנון שחזור האנרגיה בסוללות ליתיום?
ההתקנה של SEPTA 2019 מספרת לך הכל על היכן אנו נמצאים עם מערכות רגנרטיביות. הם הפילו בנק ליתיום- של 1.5 מגה-וואט בתחנת משנה, משכו כמעט 500,000 דולר בשנה הראשונה-חצי מהפחתת עלויות החשמל, חצי משווקי ויסות תדרים (scientificamerican.com). לא בגלל שהם המציאו משהו חדש. כי האלקטרוכימיה השיגה סוף סוף את מה שמהנדסי תחבורה רצו מאז שנות ה-20.
מנועים חשמליים פועלים לאחור. זהו. כאשר ה-EV שלך מאט, המנוע הופך לגנרטור. אנרגיה קינטית הופכת לזרם, זרם זורם לתוך החבילה, התאים נטענים מחדש. אנחנו קוראים לזה בלימה רגנרטיבית, אבל אין שום דבר אקזוטי בפיזיקה-זה רק שטכנולוגיית הסוללה בילתה עשרות שנים כשהיא איטית מדי, יקרה מדי או שברירית מדי כדי לגרום לה לעבוד בקנה מידה.
בעיית היעילות אף אחד לא מדבר עליה
כאן זה נהיה מעניין. יעילות המנוע-as-פועלת ב-85-92%, תלוי במהירות ובעומס שלך. המהפך עובר חתך נוסף, בסביבות 95% אם הוא מתוכנן נכון. סוללה נטענת בעצמה? 90-95% בתנאים טובים. חבר אותו יחד ואתה ביעילות התחדשות כוללת של 60-70%.
נשמע נורא עד שאתה זוכר שהחלופה היא רפידות חיכוך שהופכות הכל לפסולת חום. 60% ממשהו מנצח 0% מכלום.
מה שבעצם מגביל את המערכת כולה הוא קבלת חיובים. יוני ליתיום צריכים לנדוד מהקתודה דרך אלקטרוליט, להתערב לאנודת גרפיט. זהו תהליך מוגבל-לפיזור. דחף זרם פנימה מהר יותר ממה שהיונים יכולים להשתלב ואתה מקבל משקעי ליתיום-מתכתיים על האנודה במקום שילוב נכון. הורג את הקיבולת, מוריד את חיי המחזור, במקרה הגרוע יוצר מכנסיים קצרים פנימיים.
C-rate אומר לך כמה מהר תא יכול להיטען. 1C פירושו טעינה מלאה בשעה אחת. כימיה LFP מטפלת ב-1C מתמשך ללא בעיות. דומה של NMC, משתנה בהתאם לתכולת הניקל. ה-LTO הוא ה-outlier-10C מתקיים מכיוון שהכימיה של האנודה עוקפת ביסודה את נושא הציפוי. זו הסיבה שאתה רואה LTO ביישומים עם דרישות רג'ן אכזריות, למרות שצפיפות האנרגיה חוטפת מכה.
ניהול הסוללה הוא המקום שבו חי הכסף
ה-BMS אינו רק מפקח-הוא מקבל החלטות חלקיות-בשניות לגבי הקבלה וההפצה הנוכחית בין קבוצות תאים. החבילה מתקרבת למילוי? מרווח הראש לזרם רג'ן נעלם. רוב המערכות מתחילות להגביל סביב 90-95% מצב טעינה, להשבית לחלוטין כמעט מתח מקסימלי. אם נהגת ברכב חשמלי, אתה יודע את זה: עזוב את שביל הגישה שלך עם סוללה מלאה ורגן מרגיש חלש בקילומטרים הראשונים.
הטמפרטורה היא האילוץ השני שאף אחד לא רוצה להתמודד איתו. מתחת ל-10 מעלות, הניידות היונית באלקטרוליט יורדת. מערכות מגבילות את זרם הרג'ין כדי למנוע ציפוי. תתקרר מספיק ורגן נסגר לחלוטין עד שהחבילה תתחמם.
מפעילי אקלים קר יודעים זאת - 15 עד 20 דקות של נהיגה לפני יכולת התחדשות מלאה חוזרת. ה-AIR6897 של SAE מכסה את הצד האווירי והחללי של זה, אבל העקרונות סביב בקרת טעינה וניהול תרמי מתורגמים ישירות לכלי רכב קרקעיים.
איפה שיעורי ההחלמה באמת חשובים
רכבי EV נוסעים עירוניים? החלמה של 15-25%. הָגוּן. אוטובוסים חשמליים המפעילים קווים קבועים? שם זה נהיה אמיתי. אוטובוסים של BYD ב-Antelope Valley Transit Authority-37.3% התאוששות בדגמים סטנדרטיים של 40 רגל, 40.2% ב-60 רגל מפרקים. מחזור העבודה הזה מושלם עבור רג'ין: האטה תכופה ממהירויות עקביות.
יישומים תעשייתיים פועלים במתמטיקה שונה. מלגזות עושות הרמה מתמשכת-במחזוריות, משאיות כרייה יורדות משפת הבור לאזור עיבוד עם עומסים מלאים. המרת האנרגיה הפוטנציאלית במקרים אלה יכולה להיות מסיבית.
רובין זנג ב-CATL מסגר את זה טוב יותר מהרוב: עלות למחזור, לא מחיר מראש (rolandberger.com). כמה אנרגיה נושאת הסוללה, כמה רחוק היא נוסעת, איך היא מתפקדת לאורך מחזור החיים. זה מה שחשוב עבור יישומי regen-אם התאים יכולים להתמודד עם פעימות טעינה תכופות מבלי להתדרדר.
עקומת השפלה מפתיעה אנשים
אפשר היה לחשוב שדופקים גבוהים של-התחדשות יזרזו את ההזדקנות. נתונים אומרים אחרת. עוצמת בלימה רגנרטיבית גבוהה יותר מתאמת למעשה עם השפלה מופחתת. המנגנון הוא עומק הפריקה-כאשר regen לוכד יותר אנרגיית האטה, הסוללה מפעילה מחזורים רדודים יותר, פחות רכיבה עמוקה. מכיוון שהפרישה העמוקה מונעת קיבולת דוהה בתאי ליתיום-, ריגן אגרסיבי יכול להאריך את החיים.
הטמפרטורה במהלך התחדשות עדיין חשובה. סוללה קרה שווה שילוב איטי, סבירות גבוהה יותר לציפוי. סוללה חמה מאיצה תגובות צד בממשק האלקטרודה-אלקטרוליט. מודלים תרמיים של BMS מכוונים את זרם ה-Regen המותר על סמך טמפרטורות תאים חזויות, אך דיוק המודל תלוי במידה רבה במיקום החיישנים ובתחכום האלגוריתם. שם אתה רואה את ההבדל בין יישומים זולים לטובים.
בחירת כימיה אינה-מתאים-לכולם. LFP מעניק לך חיי מחזור מעולים ויציבות תרמית בקצבי טעינה מתונים-יישומי צי אוהבים את זה. NMC מחליפה חלק מזה עבור צפיפות אנרגיה גבוהה יותר כאשר המשקל והנפח מוגבלים. LTO מקריב את צפיפות האנרגיה לחלוטין אבל נותן לך קבלת טעינה ששום דבר אחר לא יכול להשתוות אליו. אוטובוסים תחבורה עירוניים עם עצירות{8}}ת האטה תכופות, רכבי ביצועים עם בלימה-ביום{10}}שזה שטח ה-LTO.
שילוב מערכות קשה יותר ממה שזה נראה
בקר מנוע, מהפך, BMS, יחידת בקרת רכב-כולם צריכים לתאם. הנהג מרים את דוושת הגז, מה שיוצר בקשת מומנט. מתורגם לפקודת זרם מנוע. מהפך מנהל את זרימת החשמל מהמנוע לסוללה. BMS מאשר שהסוללה יכולה לקבל את הזרם הזה מבלי להפר את מגבלות ההגנה. כל רכיב פוגע באילוץ ואתה מערבב בלימת חיכוך כדי לשמור על קצב האטה.
המעבר בין regen לחיכוך הוא חלק ממושב הנהג, אבל אלגוריתמי הבקרה מאחורי זה מתוחכמים. אתה גם צריך לראות התאמת מתח-בגודל זרם מחודש תלוי בהבדל בין גב המנוע-EMF ומתח ערכת הסוללה. מהירות רכב גבוהה פירושה EMF גבוה יותר-, שעלול לחרוג ממתח הטעינה המרבי של הסוללה. שלב התכנון צריך לקחת בחשבון את נקודות הפעולה הללו.
מערכות בלימה משולבות הן סטנדרט כעת ברכבי ייצור. פרופורציה אוטומטית בין התחדשות לחיכוך, ממקסם את ההתאוששות תוך שמירה על התנהגות הרכב צפויה. התחכום שם השתפר במידה ניכרת בעשור האחרון.
מה זה אומר מעשית
התקדמות ביעילות המנוע, עיצוב המהפך, כימיה של הסוללה, ניהול תרמי, אלגוריתמי בקרה-כל אחד מאלה מזיז את המחט לגבי יעילות התחדשות כללית. הפעולה המתואמת של המערכת המלאה היא המספקת את התאוששות האנרגיה.
נסיעה בכביש מהיר? מינימום הזדמנות להתחדשות. מסלולים עם ירידות ממושכות או עצירות תכופות? שחזור אנרגיה מהותי. מפעילי צי גם רואים את תוחלת החיים של רכיבי הבלמים מתארכים פי 3 עד 5 בהשוואה לרכבים רגילים-בלמי חיכוך ברכב חשמלי מעוצב היטב-בקושי מתרגלים בנסיעה עירונית.
מה שהתחיל כהטבה משנית לפני שני עשורים הוא כעת יסוד להצעת הערך. הפיזיקה לא השתנתה. טכנולוגיית הסוללה הנדרשת כדי לנצל את הפיזיקה הזו ביעילות הבשילה. זה ההבדל. SEPTA מייצר חצי מיליון מדי שנה מהתקנה של תחנת משנה אחת-שזה לא קשור לחדשנות מסילה, אלא שמערכות ליתיום- סוף סוף טובות מספיק כדי לתפוס את מה שהיה שם תמיד.
