Baterie trakcyjne samochodów elektrycznych.

Jak zbudowana jest bateria trakcyjna samochodu elektrycznego?

 

Bateria trakcyjna składa się z ogniw Litowo-jonowych Li-ion ( w starszych rozwiązaniach Niklowo-wodorkowych Ni-MH). Ogniwa te są połączone równolegle i szeregowo w moduły / pakiety, powoduje to zwiększenie mocy (prądu i napięcia) i pojemności takiego modułu / pakietu, który osiąga pojemności kilkudziesięciu do kilkuset Ah przy napięciu nominalnym 3,6V - 30V. Akumulatory Li-ion mają dwa razy większą gęstość energii w stosunku do akumulatorów Ni-MH i nie posiadają efektu pamięciowego, dlatego można je podładowywać i jest to korzystne dla ich kondycji. Nie lubią wysokich temperatur, przeładowania powyżej 4,2V / ogniwo oraz rozładowania poniżej 3,0V / ogniwo.

 

Ogniwa zastosowane w baterii samochodu Tesla S.

Ogniwo zastosowane w baterii Nissan Leaf.

 

Połączenie szeregowe takich pakietów w ilości od kilkunastu jak w Tesli S do kilkudziesięciu jak w Nissanie Leaf sztuk daje nam bazę do stworzenia baterii samochodu elektrycznego, która osiąga napięcie nominalne na poziomie 360V i właśnie takim napięciem zasilany jest PIM – moduł sterowania silnikiem, oraz osprzęt np. sprężarka klimatyzacji czy podgrzewacz płynu w obiegu chłodzenia i grzania baterii trakcyjnej. Tak - pojazdy są wyposażone w system chłodzenia i grzania baterii trakcyjnej.

Moduł Li-ion do Nissana Leaf zbudowany z 4 ogniw LiMn2O4 with LiNiO2 , połączenie 2p2s, napięcie modułu 7,6V, pojemność modułu 64Ah, wymiary 30cm x 22cm x 3,5cm, masa modułu 3,8kg.

 

Moduł Li-ion do Tesla S zbudowany z 444 ogniw typ 18650, połączenie 74p6s , napięcie modułu 22,4V, pojemność modułu 232Ah, wymiary 66cm x 30cm x 8cm , masa modułu 20kg.

 

Bateria trakcyjna Nissan Leaf zbudowana z 48 sztuk modułów - 192 sztuki ogniw.

 

Bateria trakcyjna Tesla S zbudowana z 16 sztuk modułów  - 7104 sztuki ogniw.

 

 

Co ma wpływ na żywotność baterii?

Podstawowym czynnikiem wpływającym na kondycje ogniw ma temperatura w jakiej przebywają, dlatego też część producentów swoje baterie EV wyposaża w system chłodzenia cieczą z elektryczną pompą obiegową oraz chłodnicą zamontowaną klasycznie z przodu pojazdu, przykładem może być Nissan e-NV200 czy Fiat 500e.

Drugim pośrednim czynnikiem wpływającym na żywotność akumulatorów jest prędkość ładowania. Szybkie ładowanie powoduje przepływ dużych prądów i przyspieszone procesy chemiczne w ogniwach a to z kolei przy wysokich temperaturach otoczenia może powodować przegrzanie ogniw, dlatego może dochodzić do sytuacji, że podczas szybkiego ładowania, system nadzoru załączy układ chłodzenia baterii trakcyjnej. W przypadku przekroczenia temperatur granicznych jest w stanie ograniczyć prąd ładowania bądź całkowicie przerwać proces ladowania.  Producenci baterii montują układ zarządzania baterią -BMS, który kontroluje stan napięcia na ogniwach jak i ich temperaturę, nie pozwalając na osiąganie napięć z poza zakresu bezpiecznego tj. 3,3-4,2V / ogniwo Li-ion.