Πηγή ενέργειας νέων ενεργειακών οχημάτων

Από την προοπτική της ανάπτυξης νέων ενεργειακών οχημάτων σε όλο τον κόσμο, οι πηγές ενέργειας τους περιλαμβάνουν κυρίως μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου, μπαταρίες μολύβδου-οξέος και υπερκαταναλωτές, μεταξύ των οποίων οι υπερκαταναλωτές εμφανίζονται ως επί το πλείστον με τη μορφή βοηθητικών πηγών ηλεκτροπαραγωγής. Ο κύριος λόγος είναι ότι αυτές οι τεχνολογίες μπαταριών δεν είναι ακόμη πλήρως ώριμες ή έχουν προφανείς ελλείψεις.

Μπαταρία μολύβδου-οξέος
Μεταξύ όλων των τεχνολογιών μπαταριών, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν το μεγαλύτερο ιστορικό ανάπτυξης. Η μπαταρία χρησιμοποιεί μεταλλικό μόλυβδο ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και οξείδιο του μολύβδου ως το θετικό ηλεκτρόδιο. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης της μπαταρίας, το θειικό μόλυβδο θα δημιουργηθεί τόσο στα θετικά όσο και τα αρνητικά ηλεκτρόδια. Το θειικό οξύ είναι τόσο αντιδραστήριο όσο και προϊόν της διαδικασίας αντίδρασης στο διάλυμα ηλεκτρολύτη. Τα τελευταία δέκα χρόνια, η έρευνα και η ανάπτυξη σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος επικεντρώθηκαν κυρίως στην εφαρμογή υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων.

Μπαταρία υδριδίου νικελίου μετάλλου
Το έργο των μπαταριών υδριδίου νικελίου-μετάλλου βασίζεται στην απελευθέρωση και την απορρόφηση των ανόδων οξειδίου του νικελίου και των μεταλλικών κάθοδοι υδρογόνου. Στο παρελθόν, οι μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου θεωρήθηκαν ως μια καλή προσωρινή επιλογή για ηλεκτρικά οχήματα, δεδομένων των σοβαρών ζητημάτων ασφαλείας των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ωστόσο, η ενεργειακή πυκνότητα του 50 ~ 70Wh/kg δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην απαίτηση ενεργειακής πυκνότητας 150 ~ 200Wh/kg για ηλεκτρικά οχήματα. Ταυτόχρονα, το μεγάλο ποσοστό του νικελίου στις μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου περιορίζει τη μελλοντική μείωση των τιμών. Ως εκ τούτου, οι μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου δεν είναι αξιόπιστη επιλογή.

Μπαταρίες ιόντων λιθίου
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνολογία μπαταρίας ισχύος στα ηλεκτρικά οχήματα σήμερα, χάρη στην υψηλή ενεργειακή πυκνότητα τους και την αυξημένη ισχύ σε μεμονωμένα κύτταρα, η οποία επιτρέπει σε τέτοιες μπαταρίες να αναπτύξουν μικρότερη μάζα και πυκνότητα σε ανταγωνιστική τιμή. Επί του παρόντος, αυτές οι μπαταρίες ισχύος μπορούν να τροφοδοτήσουν ηλεκτρικά οχήματα για περίπου 150 χιλιόμετρα. Το λίθιο εισάγεται στα ηλεκτρόδια μπαταριών ιόντων λιθίου, δηλαδή το υλικό ηλεκτροδίου είναι φορέας ιόντων λιθίου. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ισχύς (800 ~ 2000W/kg) και η ενεργειακή πυκνότητα (100 ~ 250Wh/kg) των μπαταριών ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα έχουν αυξηθεί. Οι μπαταρίες λιθίου πρέπει να χρεώνονται μόνο σε "επτά σημεία γεμάτα". Οι μπαταρίες λιθίου δεν χρειάζεται να φορτίζονται πλήρως και όχι πλήρως φορτισμένες δεν θα επηρεάσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Υπερκατασκευαστές
Εάν η μπαταρία πρέπει να παρέχει τόσο μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας όσο και βραχυπρόθεσμη παλμική ισχύ για έναρξη του κινητήρα ή το ένα όχημα, ο σχεδιασμός της μπαταρίας πρέπει να υιοθετήσει μια συμβιβαστική λύση. Χρησιμοποιείται ένα παχύτερο ηλεκτρόδιο σε κάθε κύτταρο μπαταρίας για την αύξηση της συνολικής επιφάνειας. Το αυξημένο ρεύμα διανέμεται σε μεγαλύτερη περιοχή ηλεκτροδίου, η οποία μπορεί να διατηρήσει την πτώση τάσης της μπαταρίας για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του συστήματος. Εάν η ζήτηση ισχύος μπορεί να παρέχεται από άλλες συσκευές, η μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιήσει παχύτερα ηλεκτρόδια για να επιτύχει καλύτερη ανθεκτικότητα ενώ πληροί τις απαιτήσεις αποθήκευσης ενέργειας με χαμηλότερο ρυθμό. Μια πιο ιδανική μέθοδος είναι να έχει ο supercapacitor να παρέχει την ισχύ παλμών και η μπαταρία παρέχει μόνο αποθήκευση ενέργειας. Ο supercapacitor μπορεί να επαναφορτιστεί με χαμηλότερο ρυθμό για να προετοιμαστεί για την επόμενη ισχύς εξόδου ή να φορτιστεί χρησιμοποιώντας ανάκτηση ενέργειας φρένων. Μετά τη φόρτιση με τον SuperCapacitor, η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει σε μια ευρύτερη περιοχή φορτίου μπαταρίας (SOC), επειδή η ισχύς που απαιτείται για την εκκίνηση έχει ήδη αποθηκευτεί στον supercapacitor. Ο συνδυασμός των μπαταριών και των υπερκατασκευαστών απαιτεί αναπόφευκτα ένα πιο περίπλοκο σύστημα φόρτισης, επειδή τα χαρακτηριστικά φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών και των υπερκατασκευαστών είναι σημαντικά διαφορετικά, έτσι ώστε οι τάσεις αποκοπής φόρτισης τους είναι αρκετά διαφορετικές. Ως εκ τούτου, μπορεί να απαιτηθεί κάποιο είδος μετατροπέα DC/DC ή συσκευή μεταγωγής για τον έλεγχο δύο συσκευών στον ίδιο δίαυλο DC.