Как функционират батериите на електромобилите?

В ерата на електрическата мобилност „обемът на резервоара“ бива определен от капацитет на акумулатора. Именно той в комбинация с разхода на ток на електрическото задвижване определя пробега на електромобила. Но как е изграден подобен акумулатора? AUTO BILD разкрива начина на функциониране на акумулаторите, като взима за пример тази при VW ID.3!

В автомобила няма просто „един акумулатор“. „Резервоарът за енергия“ се състои от много отделни модули, които са изградени от много на брой клетки. Клетката на батерията е най-малката единица в системата на батериите. Модерните системи се състоят от т.нар. Pouch-клетки, които наподобяват клетки при батериите на мобилните телефони. При ID.3 общо 24 подобни клетки съставят един модул на батерията. До 12 модула изграждат един от „акумулаторните пакети“ в електрическия VW. Възможно е обаче да има повече или по-малко модули, които да определят капацитета на акумулатора.

Чрез добавянето на модули се увеличава пробегът, а чрез намаляването на броя им той намалява. Базовата конструкция остава винаги една и съща: модулите на клетките са разположени в корпуса на акумулатора, който предпазва отделните модули от увреждания. Всички важни компоненти са разположение в масивна основна рама, която действа като Crash-рамка. При МЕВ (модуларната платформа за електрификация) на Volkswagen в пода е разположена и охладителната система за батериите. Всички компоненти са свързани посредством кабели под високо напрежение.

Управление

Батериите на електромобилите работят под високи напрежения. При ID.3 например напрежението е 408 волта, при Porsche Taycan – дори 800 волта. За да бъде контролиран енергийният поток при тези високи напрежения, е необходима специална управляваща електроника. Освен че се грижи за „енергийния мениджмънт“, тя действа и като инвертор, който преобразува запазения в акумулатор прав ток в променлив за електромотора. За класическата 12-волтова бордова мрежа се грижи правотоков преобразувател.

Управляваща електроника

Понятието „управляваща електроника“ се среща все по-често във връзка с електромобили, но рядко бива описано. На практика то представлява „мозъка“ на електрическото задвижване. С помощта на интелигентно честотно и амплитудно управление (ограничаване на напрежението) инверторът регулира мощността на електромотора. Докато честотата на променливия ток регулира скоростта на електромобила, накрая амплитудата е определяща за мощността. Управляващата електроника в електромобила превръща запазения в батерията прав ток в променлив, който е необходим за конкретната ситуация на пътя.

Как в общи линии функционират акумулаторите

Акумулаторите съхраняват енергия и превръщат химичната енергия в електрическа. За разлика от класическите батерии, акумулаторите могат да правят това и в двете посоки. Те могат да приемат електрическа енергия и след това да я отдават отново.

Всеки акумулатор се състои от по два електрода, които се намират в електролит (проводима среда). Електролитът невинаги трябва да бъде течен, но в зависимост от типа батерия може да бъде също гел и твърдо вещество. Двата електрода (анод и катод) се разделят един от друг посредством пореста стена – сепаратор, един от друг. По този начин се предотвратява къси съединения. Докато при анода има излишък от електрони, върху катода има прекалено малко електрони. Именно тази разлика описва електрическото напрежение.

Когато бъде включен консуматор, излишните електрони преминават от анода към катода – и протича ток. Модерните литиево-йонни батерии използват катоди от литиев метален оксид, докато анодът обикновено е от графит. Чрез „размяната“ на електрони между електродите се създават разлики в заряда на анода и катода. Те се изравняват посредством литиеви йони. Те биват пренесени от електролита посредством сепаратора. Когато акумулаторът се зарежда, принципът се обръща: токът за зареждане „бута“ пренесените електрони и йони обратно към анода. Литиево-йонните батерии се отличават с компактна форма при висок капацитет.