Автономная зарядка для автомобильного аккумулятора: Как выбрать пуско-зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Содержание

Виды зарядных устройств для автомобильного аккумулятора ― 130.com.ua

Аккумулятор — это одна из самых важных деталей автомобиля, но зачастую вспоминают о нем только когда он уже полностью разряжен, а чаще всего разряжается аккумулятор холодными зимними ночами. Ну и конечно после длительного простоя автомобиля, аккум тоже может спокойно разрядиться. Очевидно, для того, чтобы он всегда был в «тонусе» его нужно периодически заряжать. И сегодня мы поговорим о зарядных устройствах для автомобильного аккумулятора. Разберем какие есть виды и посмотрим на несколько конкретных моделей.

Зарядные устройства

Зарядные устройства бывают двух типов — трансформаторные и импульсные. Сейчас более популярные и современные именно импульсные модели. Они компактные, удобные в эксплуатации, имеют больше возможностей в настройках, но за счет всей этой электроники, которая в них используется, они становятся чуть менее надежными. Трансформаторные же это простые рабочие лошадки, которые качественно выполняют свою работу. Большинство производителей сейчас уже не выпускают трансформаторные модели из-за того, что они в принципе морально устарели.

По принципу работы зарядки можно разделить на 2 типа: автоматические и программируемые. В большинстве случаев для нормальной зарядки аккумулятора подойдут автоматические устройства, они максимально просты в использовании: подключили зарядное к клеммам аккумулятора, вставили штекер питания в розетку, включили и все — ждете пока АКБ зарядится. Программируемые зарядные устройства нужны для более «нежной» зарядки аккумулятора. В таких устройствах зарядка проходит в несколько этапов с разной силой тока, за счет чего процесс идет максимально правильно и повышается срок службы аккумулятора.

Выбирая зарядное устройство, важно конечно брать во внимание аккумулятор, который будете им заряжать. Например, не все зарядные устройства могут заряжать AMG, GEL и кальциевые аккумуляторные батареи, так как для их заряда необходимы специальные алгоритмы зарядки. А для заряда кальциевых батарей необходимо напряжение в 16.5 В, и это большая редкость, если ЗУ поддерживает такое напряжение.

Еще одной полезной функцией зарядных устройств является десульфатация. С ее помощью можно восстановить аккумуляторы, которые потеряли часть своей емкости из-за сульфатации.

Goodyear CH-4A

Goodyear CH-4A — это импульсное зарядное устройство, которое подходит как для автомобильных, так и для мотоциклетных аккумуляторов, и имеет напряжение 6/12В. Максимальный ток составляет 4А. Зарядка имеет информативный LCD дисплей, процесс заряда проходит в несколько этапов, что позволяет качественно зарядить автомобильный аккумулятор.

Hyundai HY 400

Hyundai HY 400 — это также импульсная зарядка с LCD дисплеем. Рассчитана только на 12В аккумуляторы емкостью до 120 Ач. Процесс зарядки проходит в 9 этапов и присутствует функция десульфатации. Максимальный ток заряда составляет также 4А.

АИДА 10si

АИДА 10si — еще одно импульсное зарядное устройство, но теперь уже украинского производства. Подходит для заряда 12В аккумуляторов, емкостью до 180 Ач. Максимальный ток заряда тут уже больше — 10 А. Особенностью модели является наличие целых 3 режимов десульфатации (щадящий — малыми токами при постоянном напряжении в буферном режиме, циклический импульсный — заряд за счет спада избыточного зарядного напряжения и интенсивный — циклическим импульсным зарядом асимметричным током)

Пуско-зарядные устройства

Пуско-зарядные устройства помимо простой зарядки аккумулятора, могут еще и запустить двигатель автомобиля, если аккумулятор сел. Запуск двигателя осуществляется за счет кратковременной подачи тока большого ампеража. Крайне полезная функция, особенно зимой, когда за ночь аккумулятор спокойно может сесть, и выехать уже никуда не получится. Можно конечно прикурить от другой машины, но не всегда можно быстро найти под рукой еще один автомобиль, да и провода для прикуривания еще нужны.

АИДА 30

АИДА 30 — пуско-зарядное устройство, которое способно зарядить 12В аккумулятор, емкостью до 500 Ач. Максимальный ток заряда составляет 30А, а пусковой ток — 80А. Имеет 6 видов электронных защит (от перегрузок, от перегрева, от коротких замыканий, от обратной полярности, защита АКБ от избыточного зарядного напряжения, защита электронного оборудования автомобиля, компьютера и АКБ при пуске). И также имеет режим десульфатации.

Pulso BC-40155

Pulso BC-40155 подойдет для зарядки аккумуляторов как легковых, так и грузовых автомобилей, потому что имеет напряжение 12/24 В. Максимальная емкость заряжаемых аккумуляторов составляет 300 Ач. Максимальный ток заряда 30А, пусковой ток — 100А.

Ring RECB320

Ring RECB320 — автоматическое пуско-зарядное устройство для 12В автомобильного аккумулятора, емкостью до 225 Ач. Максимальный ток составляет 20А, пусковой ток — 80А.

Запустить двигатель при севшем аккумуляторе это конечно хорошо, но у пуско-зарядных устройств есть один недостаток, который может для многих оказаться существенным. Для их использования обязательно должен быть доступ к сети 220 В, а если автомобиль припаркован не в гараже, а где-то на улице возле дома, то не так-то и просто найти нужную розетку. Но есть выход и из такой неприятной ситуации — джамп-стартер.

Джамп-стартеры

Джамп стартер или бустер — это компактное пусковое устройство. Его особенностью является наличие встроенного аккумулятора, что позволяет запустить двигатель автомобиля в любом месте, так как ему не нужно постоянное питание от сети. Джамп-стартер по сути представляет собой павербанк, который, кроме зарядки мобильных гаджетов, еще может и запустить двигатель автомобиля. Заряжать автомобильный аккумулятор джамп-стартером не получится, все-таки для этого уже нужна будет отдельная зарядка. К слову, сам бустер заряжается от сети 220В.

SmartBuster T240

Этот джамп-стартер имеет встроенную литий-полимерную батарею, емкостью 16800 мАч и пиковый ток 800А. Устройство подходит для запуска дизельного или бензинового двигателя, объемом до 6 литров. Среди дополнительных функций, помимо возможности зарядки мобильных устройств, здесь еще есть сигнальный LED-фонарик.

GT S14

Емкость встроенной батареи у бустера GT S14 составляет 14000 мАч, чего должно хватить на целых 20 запусков двигателя. Пусковой ток GT S14 составляет 300А, а пиковый — 480А. Здесь так же, как и в предыдущем джамп-стартере есть сигнальный светодиодный фонарь.

NOCO genius GB40 Boost Plus

NOCO genius GB40 Boost Plus — это уже бустер помощнее. Он применяется для быстрого и эффективного запуска двигателей на бензине или дизеле емкостью до 6 и 3 л соответственно. Пусковой ток у этого устройства составляет целых 1000А. И конечно же здесь имеется ультра яркий фонарик.

Заключение

Goodyear CH-4A, Hyundai HY 400, АИДА 10si — компактные импульсные зарядные устройства для подзарядки аккумуляторов легковых автомобилей. Отличаются предельно простым управлением и возможностью работы в автоматическом режиме. Подойдут для обычной зарядки севших батарей.

АИДА 30, Pulso BC-40155, Ring RECB320 — это уже более мощные аппараты, такое ПЗУ стоит выбирать, если часто приходится сталкиваться с необходимостью пуска мотора из-за севшего аккумулятора и ждать, пока он зарядится, нет времени.

SmartBuster T240, GT S14, NOCO genius GB40 Boost Plus — идеальное решение для экстренного пуска в местах, где ограничен доступ к бытовой электросети. Рекомендуется брать с собой в дальние поездки — и двигатель, если что, завести можно, и подключить к ним при необходимости смартфон, компрессор или другое необходимое оборудование.

Материалы по теме

Как зарядить аккумулятор автомобиля, зарядным устройством — установка правильного времени

Аккумуляторная батарея служит для холодного запуска двигателя, во время которого напряжение подаётся на стартер для первичного оборота коленчатого вала. На каждый пуск силового агрегата тратится около 5% ёмкости. От того,  как правильно заряжать аккумулятор,  зависит срок его службы – количество циклов зарядки и стабильность работы.

Следует помнить, что АКБ работает по принципу химического электролиза.  Пусковой ток при запуске дизельных двигателей может достигать пиковой нагрузки 600 А, поэтому при эксплуатации необходимо соблюдать определённые правила.

Техника безопасности и меры предосторожности

  1. Аккумулятор извлекают из посадочного места автомобиля, снимая всегда сначала отрицательную клемму силового кабеля в защитных перчатках, не прикасаясь к открытым контактам.
  2. Зарядку проводят в сухом помещении при комнатной температуре на ровной поверхности без излишнего наклона корпуса и на достаточном расстоянии от отопительных приборов или открытого огня.
  3. Перед подключением зарядного устройства проверяют уровень электролита (в старых моделях доливают дистиллированную воду), состояние корпуса на предмет трещин, подтёков, контакты зачищают от окислов и протирают насухо.
  4. В процессе подзарядки следят за уровнем температуры банок АКБ, не допуская перегрева электролита выше 50°С. От уровня падения ёмкости зависит,  сколько времени заряжать аккумулятор.
  5. Использовать только специальное зарядное устройство, соблюдая полярность: красный провод – всегда «плюс», чёрный – «минус». ЗУ сначала подключают к АКБ, потом  в электрическую сеть.

Важно: во время эксплуатации и хранения аккумуляторной батареи недопустимо долгое нахождение с низким уровнем заряда,  это способствует преждевременной сульфитации пластин, сокращению циклов и быстрой потере ёмкости.

Как правильно подобрать зарядное устройство

Для стандартных автомобильных аккумуляторов 12 Вольт существует три вида ПЗУ:

  • Простое пусковое устройство.  Даёт короткий импульсный разряд для запуска двигателя, после чего дальнейшая подача напряжения и восстановление ёмкости происходит от работы генератора автомобиля.
  • Стационарные ЗУ глубокой зарядки низкими токами. Восстанавливает параметры АКБ в течение 6-12 часов.
  • Комбинированные ПЗУ. Обладают способностью работать в двух режимах: запуск двигателя и медленная автономная зарядка.

По типу различают постоянный и переменный ток подачи: первый подходит только для устаревших свинцовых батарей, второй – универсальный для всех видов (гелевых, сухих, кальциевых или щелочных). От характеристик ЗУ по принципу работы определяют,  сколько по времени заряжать автомобильный аккумулятор. Традиционные (устаревшие) трансформаторного типа не имеют глубоких настроек параметров токоотдачи, работают в ручном режиме и рассчитаны на долгую зарядку. Автоматические снабжены различными регулировками, защитой от перегрева и контролем стабильности напряжения.

Лучшие модели зарядных устройств обеспечивают два режима:

  • Быстрая зарядка
  • Медленная (глубокая) зарядка

Применять ускоренный вариант не следует часто. Разница состоит в силе тока, при котором происходит сульфитация пластин: чем выше значение в амперах, тем больше перегрев и вероятность образования кальциевого налёта на поверхности элементов, который приводит к падению ёмкости.

Рекомендации к настройке режимов ЗУ

Определяем степень разряжённости аккумуляторной батареи

Степень заряда АКБ зависит от вольтажа. Замеряют напряжение с помощью вольтметра либо мультиметра, снимая показатели в разных режимах при температуре воздуха от +16°С до +25°С. Если батарея стояла перед этим на автономной зарядке, то необходимо дать остыть электролиту в течение 1-2 часов. Щупы прибора подсоединяют к клеммам согласно полярности (красный – «плюс», чёрный – «минус») и снимают значения в вольтах.

Сравнительная таблица значений вольтажа АКБ от степени заряда

Как правильно зарядить батарею, выставив необходимый ампераж для щадящего режима? Рекомендованные показатели силы тока при подключении ЗУ рассчитывают от процента разряжённости: 1/10 от значения ёмкости при 50%, до 1/20 – свыше. Например, если после замера вольтажа ёмкость составляет 60 А*ч (согласно таблице), то выставляют силу тока не больше 6 А, при этом полное восстановление произойдёт за 4-6 часов.

Напряжение разомкнутой цепи АКБ с полной ёмкостью составляет 12,6-12,9 Вольт. Погрешность показателя может доходить до одного вольта, если снимать замеры сразу после остановки двигателя, поэтому для получения точной величины заряда батарея должна отстояться без отдачи тока в течение  8-10 часов.

Процесс подключения ЗУ к аккумулятору

Как подключить зарядное устройство к аккумулятору правильно – пошаговая инструкция.

  1. АКБ установить на ровной сухой поверхности  в закрытом помещении при температуре +16°С до +25°С.
  2. Зачистить клеммы мелкозернистой наждачкой, удалив окислы.
  3. Подсоединить щупы устройства: красный зажим к плюсовому контакту, чёрный – к минусовому.
  4. Выставить оптимальный режим подачи напряжения и силы тока согласно рекомендациям, в зависимости от уровня зарядки АКБ,  при полной разрядке устанавливают самое минимальное значение в 1 Ампер.
  5. ЗУ включить в сеть 220 В.

Какой ток и напряжение следует использовать при зарядке аккумулятора

Выбор режима зарядки зависит от состояния АКБ. Если вольтаж, её показатель ёмкости находится в пределах нормы, а напряжение на клеммах не падает ниже 11,58 Вольт (что составляет 20%), то оптимальное значение силы тока для глубокой зарядки АКБ – 2-3 Ампера. Малый ток с подачей 1 А включают в критических случаях. Максимальное напряжение ЗУ, которое считается безопасным – 14,7 В.

Стоит помнить, что по типу обслуживания аккумуляторы различают  на необслуживаемые с пробками в блоках элементов банок и закрытые полностью без возможности замены электролита. Особенности зарядки необслуживаемых аккумуляторов состоят в проверке плотности электролита, которую измеряют ареометром. Нормальное значение плотности в таком АКБ – 1,27 г/см³.

Таблица соотношений плотности и напряжения

Сколько времени требуется для зарядки

Расчёт часов, необходимых для полной зарядки АКБ выполняют по формуле: T=C/I+10%, где:

  • Т – время подачи напряжения,
  • С – ёмкость,
  • I – величина подаваемого разряда,
  • 10% – погрешность потери напряжения.

На вопрос,  как зарядить новый аккумулятор, не бывший в эксплуатации. Специалисты советуют не использовать быструю зарядку на максимальных режимах. Лучший способ – это медленная подача малого тока, либо естественное восстановление от генератора автомобиля в процессе работы.

Как часто обслуживать аккумулятор

Срок службы АКБ составляет около 3-5 лет. Главное правило для его стабильной работы – не допускать полного разряда на длительное время. Количество циклов зарядки ограничено, связано напрямую с его режимами работы, температурными условиями и применением автономного ЗУ. Когда напряжение в разомкнутую цепь подаётся выше, чем от генератора. В случае постановки автомобиля на долгую стоянку с отключением аккумулятора, его следует зарядить до 100%.

Видео: Как самостоятельно выполнить зарядку аккумулятора?

Зарядное устройство SP-8N | BERKUT

Вернуться к модельному ряду »

Устройство предназначено для обслуживания и зарядки всех типов свинцово-кислотных батарей с напряжением 12 В. Главная особенность SP-8N — его полная автоматика. Необходимо лишь задать подходящий режим, и устройство все сделает само. На выбор пять режимов работы: зарядка АКБ мотоцикла, зарядка АКБ автомобиля, зимняя зарядка автомобильного аккумулятора, десульфатация аккумулятора и источник питания. Сначала электроника сама определит степень разряженности батареи, произведет диагностику на предмет выявления ошибок, а затем приступит к своим прямым обязанностям — зарядке. Прибор способен восстановить и полностью разряженную АКБ, причем этот процесс запускается, даже когда остаточное напряжение на клеммах аккумулятора составляет всего 2 В.

Помимо прочего, SP-8N можно также использовать и в бесперебойном автономном режиме. Например, в тех случаях, когда нужно оставить автомобиль или мотоцикл на длительную стоянку. И чтобы аккумулятор не сел, можно смело подключить его к зарядному устройству, которое будет автоматически поддерживать необходимый уровень заряда на протяжении всего периода хранения. Эта процедура абсолютно безопасная, так как «зарядник» обладает сразу несколькими системами защиты, в частности, от перегрева и переполюсовки.

В комплекте Smart Power SP-8N четыре быстрозаменяемых коннектора: с «крокодилами», клеммами под болты, со штекером прикуривателя, а также с ответной (под прикуриватель) автомобильной розеткой.

98990000

просмотров YouTube

СПЕЦИФИКАЦИЯ

Технические характеристики:
  • — Номинальное напряжение: ~220–240 В, 50-60 Гц
  • — Напряжение заряда: 14,4 — 14,7 В (17,0 В -Десульфатация)
  • — Минимальный остаточный заряд батареи: 2 B
  • — Максимальный ток зарядки: 8A
  • — Температура окружающей среды: от -20ºС до +50ºС
  • — Охлаждение: естественная конвекция
  • — Тип зарядного устройства: 9 стадий, автоматический цикл
  • — Типы батарей: все типы 12-ти вольтовых батарей
    (WET, MF, VRLA, Са, AGM и GEL)
  • — Ёмкость батареи:
    6–160 А•ч
  • — Габаритные размеры: 220 x 95 x 60 mm (Д x Ш x В)
  • — Класс защиты: IP44 (влагозащищенность)
  • — Вес: 0.9 кг
9 стадий зарядки:
  • СТАДИЯ 1ДИАГНОСТИКА — проверяет способность АКБ принимать заряд . В случае неисправности, загорается LED «ОШИБКА».
  • СТАДИЯ 2ВОССТАНОВЛЕНИЕ БАТАРЕИ — зарядка малыми токами, LED «ЗАРЯДКА» – светится. (устройство поддерживает минимальный ток зарядки для первоначального восстановления емкости батареи).
  • СТАДИЯ 3МЯГКИЙ СТАРТ -зарядка малыми токам с плавным увеличением напряжения, LED «ЗАРЯДКА» – светится.
  • СТАДИЯ 4ПУЛЬСИРУЮЩИЙ РЕЖИМ — АКБ получает импульсы большого тока, для восстановления свойств батареи, LED «ЗАРЯДКА» – светится.
  • СТАДИЯ 5РЕЖИМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ — подготовка АКБ к основному заряду, LED «ЗАРЯДКА» – светится.
  • СТАДИЯ 6ОСНОВНОЙ ЗАРЯД — заряжает от 20% до 70%, LED «ЗАРЯДКА» – светится.
  • СТАДИЯ 7АБСОРБЦИЯ – заряжает от 70% до 95 %, LED «ЗАРЯДКА» – светится. (устройство постепенно снижает ток зарядки, исключая перезаряд).
  • СТАДИЯ 8КОНТРОЛЬ — контролирует способность АКБ удерживать заряд, LED «100%» – светится. (устройство контролирует напряжение АКБ).
  • СТАДИЯ 9СБЕРЕГАЮЩИЙ РЕЖИМ — заряжает от 95% до 100 %, LED «100%» – светится. (автоматическая дозарядка малыми пульсирующими токами, отключение при 100%-ом заряде, исключает перезаряд).
Комплектация:
  • 1. SMART POWER SP-8N — зарядное устройство
  • 2. Коннектор — штекер в прикуриватель — 1 шт.
  • 3. Коннектор — кольцевые клеммы — 1 шт.
  • 4. Коннектор — контакты-крокодилы — 1 шт.
  • 5. Коннектор — разъём-гнездо для прикуривателя — 1шт.
  • 6. Руководство по эксплуатации
  • 7. Гарантийный талон
  • 8. Упаковочная коробка

 

 

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

 

Рекомендованная розничная цена

5 990,00 руб

 


Автономное пускозарядное устройство JUMP STARTER 55, запустить автомобиль в дороге, дополнительный аккумулятор для телефона, ноутбука и другой техники.

Параметры устройства:

·Емкость аккумулятора: 14 000 mAh

· Максимальный запуск: 400A

· Стандартный пусковой ток: 200A

Полностью заряженого устройства хватит на:

— Запуск бензинового / дизельного двигателя авто, мото и др. — 20-50 раз.

— Может зарядить телефон, фотоаппарат, электронную игру — 7 -10 раз.

— От аккумулятора будет работать компьютер, ноутбук, планшет, пылесос (авто), холодильник (авто) — 1 час и более

Мультифункциональное устройство для зарядки аккумуляторов SW 055J

Надежное компактное устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов универсального типа. Также может использоваться для подключения к мобильному телефону, ноутбуку и прочей электронике.

Технические характеристики: 

·         Вес 420г

·         Выходы:

·         19V/3.5A; Портативные ПК

·         12V/10A; Кулер автомобиля

·         5V/2A; Телефон, Планшет, PSP, MP3/MP4

·         Пусковой ток 200A

·         Максимальный ток 400A

·         Рабочее напряжение 12V автомобиль

·         Вход 12V/1A

·         Вход: 12В 1А

·         Размер 160 х 75 х 28 мм

·         Рабочая температура: -30 ° — 70 °

·         Срок службы: более 1000 циклов

Компактное зарядное устройство для автомобиля с широкими возможностями. Это не просто зарядка, с помощью которой вы легко вернете авто аккумулятор в рабочее состояние. Это современный прибор, который оснащен дополнительными разъемами для подключения к мобильному телефону, фотоаппарату, планшету и т.д.

Фактически, такая зарядка способна заменить сразу все используемые вами зарядники для своих гаджетов. Это очень удобно и просто. Вам больше не придется искать необходимую зарядку, как только сядет аккумулятор, достаточно взять с собой только эту небольшую по своим размерам коробочку.

Преимущества универсальной мобильной зарядки SW 055J:

·         Функциональность и возможность работы с аккумуляторными батареями разных типов и размеров: для автомобиля, мотоцикла, телефона, планшета, ноутбука, фотокамеры и пр.

·         Небольшие габариты делают использование данного устройства удобным и простым, всегда можно взять с собой в дорогу и избежать проблем с питанием техники.

·         Может использоваться в качестве дополнительного аккумулятора для ноутбука или мобильного телефона.

·         Встроенная современная компьютерная система управления.

Не упустите возможность купить уникальное устройство для зарядки аккумуляторных батарей всех типов, которое избавит вас от необходимости возить с собой кучу других устройств.

Мы предлагаем вам очень качественные и надежные приборы, созданные по передовой технологии ведущими китайскими инженерами по выгодной цене. Поверьте, это многофункциональное устройство стоит тех денег, которые вы потратите на его покупку.

 

В Украине пока нет его аналогов, поэтому спешите стать обладателем уникального зарядного устройства.

Литиевый аккумулятор для автомобиля — Мобильные Электросистемы

Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током  0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем  свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.

Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.

Содержание статьи

Количество циклов литиевого АКБ

Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.

Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось

Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде

Зарядка LiFePO4 аккумулятора

Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.

Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора

Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.

Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С

Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор в автомобиле

Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.

Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.

Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации

14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.

Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.

Зарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт.

Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.

Модель BBW1212 BB1230 BB1260
Максимальный ток, А 28 30 60
Входное напряжение, В 12 12 12
Выходное напряжение, В 12 12 12
Тип аккумуляторов LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки
Вес, кг 3,5 1,2 1,4
Размеры, мм 190 х 160 х 50 190 х 160 х 50 190 х 160 х 70
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль

Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее

Аккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов

BMS, рассчитанная на высокий ток. Непрерывный ток разряда и заряда аккумулятора должен быть 0,5 — 1C . Необходимо смотреть именно на непрерывный, а не максимальный рейтинг аккумулятора. Максимальное значение бессмысленно, если не указывается время в течении которого проводилось испытание. Хорошая BMS должна отключать аккумулятор при перегрузке, перезарядке, перегреве и слишком высоком напряжении. Для аккумулятора это жизненно важно

Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.

Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора  так же дадут возможность использовать ток силой 100 А,  скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.

На автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом

Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В

Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи,  так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А  и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно

Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.

Установка литиевого аккумулятора

Таблица значений длительно допустимого постоянного тока в зависимости от сечения медного кабеля при напряжении 12 Вольт и температуре 60 С

Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6,  необходимо использовать специальное зарядное устройство.

Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.

Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А

О быстрой зарядке аккумуляторов электромобилей

11 октября 2019

Прадип Чатержи, Маркус Хермвил (Infineon)

Чтобы электромобиль стал по-настоящему распространенным, необходимы доступные средства быстрой зарядки его аккумулятора. В ассортименте Infineon уже сейчас имеется все необходимое для этого. 

В настоящее время правительства разных стран прилагают серьезные усилия, направленные на сокращение выбросов углерода. Использование электрического транспорта помогает решить эту проблему, что приводит к постоянному росту интереса к электромобилям (Battery Electric Vehicles, BEV). Рынок электромобилей расширяется и предлагает все более богатый выбор моделей по все более привлекательным ценам. Тем не менее, ограниченная дальность передвижения такого транспорта по-прежнему вызывает опасения у потребителей. Ситуация усугубляется существующими проблемами подзарядки. Подзарядка припаркованного автомобиля в течение рабочего дня кажется идеальным решением, но отсутствие инфраструктуры приводит к тому, что многие владельцы электрокаров вынуждены выполнять зарядку аккумуляторов дома. Кроме того, потребители хотят, чтобы в длительных поездках, например, в путешествиях во время отпуска, зарядка занимала столько же времени, сколько занимает заправка обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Большинство электромобилей имеет возможность зарядки аккумуляторов в домашних условиях от бытовой однофазной сети переменного напряжения. Благодаря этому подзарядку удобно производить ночью. Существуют различные варианты подключения к сети: от простых кабелей, подключаемых к электрической розетке и кабелей со встроенными устройствами управления и защиты (IC-CPD) до сложных настенных зарядных устройств, снабженных комплексной защитой и обладающих расширенным функционалом, например, возможностью обмена данными с транспортным средством.

Непосредственная зарядка аккумуляторов производится от источника постоянного напряжения, причем преобразование из переменного напряжения в постоянное происходит в силовых блоках, встроенных в автомобиль. Этот подход подразумевает, что каждое транспортное средство должно иметь собственное зарядное устройство, которое разрабатывается с учетом требований по отводу тепла, КПД и весу, то есть по тем факторам, которые в конечном итоге ограничивают мощность зарядки и, следовательно, скорость ее выполнения. Очевидно, что следующим шагом в развитии отрасли станет разработка универсальных автономных зарядных устройств, размещаемых вне кузова автомобиля.

Зачем нужна быстрая зарядка аккумуляторов

Типовое зарядное устройство мощностью 22 кВт способно за 120 минут зарядить аккумулятор электромобиля до уровня, необходимого для выполнения пробега 200 км. Однако для сокращения времени зарядки до 16 минут (при той же дальности пробега 200 км) необходимо использовать зарядную станцию мощностью 150 кВт. При мощности 350 кВт время зарядки может быть уменьшено до 7 минут, что примерно соответствует времени, затрачиваемому для дозаправки обычного автомобиля с ДВС. Разумеется, все вышесказанное возможно только в том случае, если аккумулятор поддерживает такие скорости зарядки. К этому нужно прибавить, что пользователи ожидают, что процесс зарядки будет одинаковым вне зависимости от места заправки, точно так же, как стандартизован процесс заправки обычных автомобилей.

В Европе организация CharIN e.V. сосредоточила усилия на разработке и продвижении комбинированной системы зарядки (Combined Charging System, CCS). Стандарт, разработанный организацией, определяет тип зарядной вилки, последовательность зарядки и даже передачу данных. В других регионах, таких как Япония и Китай, есть аналогичные организации – CHAdeMO и GB/T соответственно. Собственная запатентованная система зарядки есть у компании Tesla.

Спецификация CharIN предусматривает возможность зарядки от источников как переменного, так и постоянного напряжения с помощью специализированных вилок и розеток. Спецификация также определяет максимальный постоянный выходной ток 500 А при напряжении 700 В DC, а также максимальное напряжение 920 В DC. КПД системы установлен на уровне 95%, хотя в будущем он будет увеличена до 98%. Следует отметить, что для зарядного устройства мощностью 150 кВт уровень потерь 1% соответствует 1,5 кВт. Таким образом, уменьшение потерь до минимально возможного значения является приоритетной задачей для быстрых зарядных устройств.

Архитектура быстрого зарядного устройства

Существуют два варианта реализации зарядных устройств. Первый подход подразумевает преобразование входного переменного трехфазного напряжения в регулируемое постоянное напряжение, которое, в свою очередь, преобразуется с помощью DC/DC-преобразователя. Точное значение выходного постоянного напряжения согласуется в ходе обмена данными с заряжаемым электромобилем. Альтернативный подход заключается в преобразовании входного переменного напряжения в постоянное напряжение фиксированного уровня, после чего второй DC/DC-преобразователь регулирует выходное напряжение в соответствии с потребностями аккумулятора транспортного средства (рисунок 1). Поскольку ни один из представленных подходов не имеет явных преимуществ или недостатков, то выбор оптимального решения становится достаточно сложной задачей. Столь мощные зарядные устройства не могут быть моноблочными, вместо этого требуемая выходная мощность набирается путем объединения нескольких зарядных модулей, каждый из которых имеет выходную мощность 15…60 кВт. Таким образом, основными задачами, решаемыми в процессе разработки, становятся упрощение системы охлаждения, обеспечение высокой удельной мощности и уменьшение общего размера системы.

Рис. 1. Варианты организации зарядных устройств большой мощности

Проектирование начинается с разработки AC/DC-преобразователя. Корректор коэффициента мощности обычно строится на базе однонаправленного трехфазного трехуровневого выпрямителя с ШИМ-управлением, выполненного по схеме Вина (Vienna rectifier). Возможность использования активных компонентов с рейтингом напряжения 600 В помогает достичь оптимального соотношения стоимости и эффективности. Благодаря наличию высоковольтных SiC-устройств обычный двухуровневый AC/DC-каскад с ШИМ-управлением также становится популярным в диапазоне мощностей 50 кВт или даже выше. При использовании любого из предложенных вариантов построения AC/DC-каскада можно обеспечить управление выходным напряжением, синусоидальный входной ток с коэффициентом мощности выше 0,95, THD ниже 5% и КПД 97% или выше. В тех случаях, когда зарядное устройство может быть изолировано от сети с помощью трансформатора среднего напряжения, часто используют диодные или тиристорные выпрямители. Их популярность объясняется простотой и надежностью, а также высокой эффективностью.

В настоящее время DC/DC-преобразователи, как правило, строятся на базе резонансных топологий, которые оказываются предпочтительными из-за их высокой эффективности и наличия гальванической развязки. Резонансные топологии обеспечивают высокую плотность мощности и компактные габариты, а переключения при нулевых напряжениях (ZVS) гарантируют уменьшение динамических потерь и способствуют повышению общей эффективности системы. Мостовая топология со сдвигом фазы на базе силовых SiC-устройств является альтернативным вариантом при необходимости получения изолированного решения. Для изолированных архитектур наиболее предпочтительными становятся многофазные DC/DC-преобразователи. Среди их преимуществ можно отметить распределение нагрузки между фазами, снижение уровня пульсаций и уменьшение габаритов фильтра. Однако расплатой за перечисленные достоинства становится усложнение схемной реализации и увеличение числа используемых компонентов.

В диапазоне мощностей 15…30 кВт зарядные модули могут быть реализованы с помощью дискретных компонентов (рисунок 2). Для создания бюджетных трехфазных выпрямителей с ШИМ-управлением идеально подходит комбинация из IGBT TRENCHSTOP™ 5 и диодов Шоттки CoolSiC™. Некоторое повышение КПД может быть достигнуто, если вместо IGBT использовать МОП-транзисторы CoolMOS™ P7 SJ. Что касается DC/DC-преобразователя, то для получения хорошего КПД подойдут МОП-транзисторы семейства CoolMOS CF D7. Если же требуется максимальная эффективность, то следует воспользоваться МОП-транзисторами из семейства CoolSiC.

Рис. 2. Построение зарядных устройств на базе дискретных компонентов

Если предполагается создание зарядного устройства с возможностью дальнейшей модификации или модернизации, а также при необходимости получения максимальной мощности, рекомендуется создавать зарядные блоки на базе силовых модулей. Обычно при работе с таким уровнем мощности предпочтительным становится жидкостное охлаждение, однако вариант с воздушным охлаждением также остается возможным. Трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением может быть построен с помощью модулей CoolSiC Easy 2B, работающих с частотой переключений до 40 кГц. Для построения DC/DC-преобразователей, как правило, используются трехфазные или многофазные понижающие регуляторы с рабочей частотой до нескольких сотен кГц. В данном случае для получения высокого КПД оптимальным выбором станет комбинация модулей CoolSiC Easy 1B и дискретных диодов CoolSiC.

Силовой модуль F3L15MR12WM1_B69 из семейства CoolSiC представляет собой трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением, выполненный в корпусном исполнении Easy 2B. Благодаря малому значению сопротивления открытого канала RDS(ON) 15 мОм модуль имеет высокую плотность мощности и компактные размеры, что упрощает построение зарядного устройства. Модуль поставляется в керамическом корпусе, заполненном гелем, и отличается малой паразитной емкостью, кроме того, потери на его переключения не зависят от температуры. Полумостовые топологии доступны как в корпусах Easy 2B, так и в корпусах Easy 1B меньшего размера. Для таких модулей сопротивление открытого канала RDS(ON) составляет всего 6 мОм (рисунок 3).

Рис. 3. Построение зарядных устройств на базе силовых модулей

Контроль, связь и безопасность

Управление силовыми каскадами обычно осуществляется с помощью микроконтроллеров. Микроконтроллеры семейства XMC4000 имеют в своем составе аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с возможностью гибкой настройки, а также многофункциональные таймеры и периферийные модули, позволяющие организовать ШИМ-управление. Наличие CAN-контроллера гарантирует, что зарядные модули смогут общаться друг с другом и согласовывать свою работу при использовании различных типов аккумуляторов. Защита при оплате услуг, проверка подлинности обновлений программного обеспечения или аппаратных изменений может выполняться с помощью HSM-модуля (Hardware Security Module) семейства микроконтроллеров AURIX™. Это семейство часто используется в автомобильных приложениях, связанных с безопасностью.

Аутентификация отдельных модулей и защита от подделок может быть обеспечена с помощью специализированных чипов OPTIGA ™ Trust B. Для организации более надежной и целостной системы защиты следует использовать микроконтроллеры семейства OPTIGA TPM.

Заключение

Организация инфраструктуры быстрой зарядки аккумуляторов является важной частью стратегии по увеличению числа электромобилей. Без эффективных решений, обеспечивающих приемлемое время зарядки, электромобили неизбежно останутся привлекательными только для сторонников экологического транспорта и для потребителей, передвигающихся на незначительные расстояния. Подготовительные работы по определению параметров зарядных устройств и разъемов уже выполнены. Кроме того, имеются необходимые инновационные полупроводниковые решения. Эти решения включают как традиционные кремниевые силовые компоненты, так и карбид-кремниевые, которые обеспечивают высокую частоту переключений и большой  КПД, при этом гарантируя высокую надежность зарядных устройств. Если учесть наличие современных микроконтроллеров и продуманных решений для проверки подлинности и безопасности, то становится очевидным, что модульные зарядные устройства способны выполнить существующие требования электротранспорта и обеспечить дальнейшее развитие отрасли.

Оригинал статьи

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

Время работы инвертора от аккумулятора

Изучив эту статью, вы узнаете, какие батареи лучше всего подходят для организации бесперебойного питания загородного дома, и при необходимости сможете рассчитать, сколько проработает инвертор от аккумулятора при отключении централизованной подачи, топливного генератора или других источников энергии.

Кроме этого, мы дадим советы по продлению срока автономной работы системы электроснабжения на базе преобразователей.

Тип АКБ

Для систем бесперебойного или резервного электроснабжения подойдут только батареи глубокого цикла. В отличие от стартерных (автомобильных) аналогов они способны переносить длительные зарядку и разрядку.

Изделия долговечны. Ресурса современных моделей хватает на 12 и более лет эксплуатации. Автомобильный аналог выйдет из строя после 10 разрядок.

Аккумуляторные батареи глубокого цикла бывают:

  • гелевыми (GEL), электролит представляет собой гелеобразную массу;
  • свинцово кислотными (AGM), электролит находится в порах пластин, изготовленных из тонких стеклянных волокон.

Оба вида батарей имеют свои достоинства и недостатки.

Гелевые модели отличаются более высоким КПД. Устройства можно размещать в любом положении, т. к. жидкий электролит отсутствует. Возможна даже работа инвертора от аккумулятора с поврежденным корпусом. GEL-технология была разработана для авиационной и военной промышленностей. По статистике гелевые батареи работают чуть дольше AGM-аналогов в циклическом режиме эксплуатации.

К недостаткам оборудования относят: необходимость поддержки точного тока подзарядки (гелевые батареи применяют с микропроцессорными контроллерами) и возможность разбухания и взрыва АКБ при закипании электролита.

В AGM-аккумуляторах вышеперечисленные недостатки отсутствуют. К достоинствам батарей этого типа также относят высокую стойкость к глубоким разрядам (устройства выдерживают более 600 таких циклов).

AGM-технология обеспечивает поддержание стабильно высокой силы тока при любой степени заряда батареи. Еще одно достоинство таких АКБ — низкий саморазряд. За год простоя емкость уменьшится всего лишь на 20 %.

Расчет времени автономной работы системы резервного электроснабжения

Расчет мощности инвертора потребует построения специальной таблицы. В два столбца внесите список электроприборов и потребляемую ими мощность. Получится примерно так.

Чем выше емкость АКБ или системы батарей, тем дольше проработает подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения или доступа к другим источникам энергии.

Для расчета времени автономной работы инвертора напряжения от аккумуляторов нужно знать:

  • емкость и количество батарей;
  • мощность, потребляемую нагрузкой в течение часа.

В процессе расчетов следует учитывать тот факт, что максимальная мощность электроприборов не отражает реальную нагрузку на АКБ. Устройства включаются и выключаются. Во многих случаях потребляемая оборудованием мощность находится гораздо ниже максимального значения.

Рассмотрим пример. В данном случае к инвертору подключены:

  • электрический чайник;
  • холодильник класса А;
  • 15 энергосберегающих ламп;
  • двигатель и система управления откатных ворот;
  • котел с принудительной горелкой;
  • 4 циркуляционных насоса системы отопления;
  • скважинный насос.

Вычисляем среднечасовую норму энергопотребления приборов. Получаем следующее. 

Электрический чайник 2кВт, кипятящий воду в течении 6 мин, т.е. 1/10 часа (при условии, что он включался только оди раз за этот час) 200 Вт/ч
Холодильник А-класса 70 Вт/ч
Энергосберегающие лампы освещения (каждая по 20 Вт/ч), допустим, всего горит 15 ламп 300 Вт/ч
Ворота 1,5 кВт, время открытия и закрытия — 1 минута (2часа = 1/30 часа) 50 Вт/ч
Котел с принудительной горелкой 100 Вт/ч и 4 циркуляционных насоса отопления по 75 Вт/ч каждый 400 Вт/ч
Насос скважины 3 кВт, включается 3 раза на 2 мин в течение часа (6 мин = 1/10 часа) 300 Вт/ч
Итого в сумме: 1320 Вт/ч

Теперь рассчитаем общую емкость имеющихся аккумуляторов. Допустим, в системе 12 12-вольтовых АКБ (емкость каждой — 200 апмер-час). Получаем 12*12*200 = 28800 Ватт/ч.

Учитываем коэффициент потерь. В примере рассмотрены новые аккумуляторы. КПД максимальный – 95 %. Получаем 2800*0,95=27360 Вт/ч.

Теперь разделим это значение на среднечасовую нагрузку и в итоге получим время работы инвертора от аккумулятора. 27360/1320 = 20,7 ч. Округлим результат в меньшую сторону. Получилось, что ресурса системы батарей хватит на 20 часов автономной работы подключенного оборудования.

В данном примере мы рассмотрели типовой (теоретический) расчет. На время автономной работы устройств влияет множество разных факторов. Среди них:

  • возраст и степень заряда аккумуляторных батарей;
  • температура окружающей среды;
  • реальный режим эксплуатации подключенной техники;
  • и др.

Как продлить время автономной работы нагрузки

  • Устанавливайте не лампы накаливания, а энергосберегающие аналоги.
  • Вместо верхнего освещения подключите к инвертору розетки торшеров и пользуйтесь ими исключительно при необходимости.
  • Не добавляйте в систему «лишнее» постоянно работающее оборудование. Пример — циркуляционные насосы теплых полов.
  • Используйте альтернативные источники энергии. Солнечные панели и ветрогенераторы значительно продлевают время автономного электроснабжения.

23 января 2017


Как автономные транспортные средства будут заряжаться?

Миа Ямаути

Успех Model S от Tesla доказывает больше, чем рыночная привлекательность электромобилей. Это также показывает, что рынок движется прямо к автономии, что является центральным принципом нашего устойчивого транспортного будущего.

Вы можете увидеть рыночный спрос на автономность в продаже автомобилей сегодня. Посмотрите на эти продажи больших роскошных седанов с начала года. За некоторыми исключениями, чем больше автономных функций, тем выше продажи.

 

Это относится к газовым, гибридным и подключаемым версиям производителей самых продаваемых больших роскошных седанов.

Подушки безопасности и системы предупреждения о лобовом столкновении впервые дебютировали в сегменте седанов высокого класса. Теперь трудно (или незаконно) продать новую машину без этих автоматических функций безопасности. Активная помощь в удержании полосы движения, экстренное торможение и автономная навигация находятся на одном пути. Это следующие логические шаги в повышении безопасности современного автопарка.

В какой-то момент автономность автомобиля достигнет критической точки. Как только машины смогут перемещаться самостоятельно и станут считаться более безопасными, чем операторы-люди, их использование станет радикально более гибким. Транспорт переопределяется как автономная услуга. Выбирая между общим обслуживанием и индивидуальным обслуживанием, вы будете платить за уровень качества, роскоши и опыта, который вы цените.

В конце концов, личный транспорт будет электрифицироваться на основе экологически чистых источников энергии. Как лучше всего сказал Илон, «это тавтология».Неустойчивые источники энергии закончатся. Устойчивая энергия в обозримом будущем будет лучше всего храниться и транспортироваться в виде электричества.

Кроме того, мы все видели достаточно фильмов о Терминаторах, чтобы интуитивно поверить, что газораспыляющие автономные роботы — не лучший автономный ответ. Если оставить в стороне научную фантастику, сегодня существует очень мало коммерческих автономных продуктов для заправки ископаемым топливом, и на то есть веские причины. Сложно создать эффективную и безопасную роботизированную заправку экономичным способом, который широко доступен на коммерческой основе за пределами строго контролируемых сред.И даже если бы эта проблема была преодолена, это не решило бы проблему дорогостоящей дистрибуции, присущую бензину.

Лидеры в области автономии начали выпуск первых серийных версий набора датчиков, аппаратного и программного обеспечения для реализации всех аспектов модели автономного обслуживания. Кроме одного: автономная зарядка.

В проблеме зарядки есть определенная ирония. Автомобили могут видеть сквозь туман, трафик, избегать аварий, спасать вам жизнь. Но для полной автономности необходимо избавиться от перетаскивания шнура или прокачки для зарядки или дозаправки.

У электромобилей

есть два существующих решения для автономной зарядки: кондуктивные (роботизированные) зарядные устройства или индуктивные (беспроводные) зарядные панели. Обе технологии имеют допустимые приложения.

Змеиное зарядное устройство Tesla — самый известный пример прототипа роботизированной проводящей зарядки электромобиля. Несмотря на часто упоминаемый фактор ползучести и сложность системы, возможность создания токопроводящего соединения в контролируемой среде типа наддува может быстро обеспечить быструю зарядку и вернуть автономное транспортное средство в действие.Можно себе представить, что вскоре в контролируемой зоне появятся кластеры роботизированных автономных нагнетателей с очередями беспилотных Tesla, выстраивающихся в очередь для их быстрой зарядки.

Географическая группировка нагнетателей

оптимизирует обеспечение значительного электроснабжения инфраструктуры и регулярное техническое обслуживание, необходимое для многих движущихся частей.

Если бы наддув оставался бесплатным на всю жизнь, было бы выигрышной идеей отправить свою модель S на зарядку в банке Supercharger.

Одной из долгосрочных проблем с роботизированной наддувом является состояние аккумулятора.Тесла ограничивает наддув и быструю зарядку постоянным током, как после ~ 245? циклов, это влияет на состояние батареи. В долгосрочных решениях для автономной зарядки придется отказаться от быстрой зарядки. Автономные автопарки будут искать устойчивый источник зарядки, который максимизирует эффективность батареи и ее здоровье.

Роботы для ежедневной зарядки дома или для подзарядки в продуктовом магазине, торговом центре или офисе бессмысленны. Как только зарядные устройства появятся практически везде, управление и обслуживание обширной распределенной сети токопроводящих зарядных устройств для роботов станет дорогостоящим.В долгосрочной перспективе множественное уменьшение точек трения и ежедневный износ являются ключевыми проблемами, которые роботы не могут решить.

Покупатель без штекеров распаковывает свою беспроводную зарядную панель для модели S.

Беспроводные зарядные панели

представляют собой идеальное решение для зарядки электромобилей без помощи рук прямо сейчас, помогая подготовить парк электромобилей к его автономному дебюту по мере активации существующего оборудования для «полного автономного вождения». Установка проста, так как базовая станция подключается к тому же типу цепи 240, что и любое другое зарядное устройство уровня 2.Аппаратная часть еще проще.

Беспроводные зарядные устройства не требуют физического подключения к автомобилю. Сама зарядная панель не имеет движущихся частей и полностью запечатана внутри герметичного корпуса. Установка может быть такой же простой, как подключение базовой станции и размещение площадки на парковочном месте. Кроме того, техническое обслуживание практически не требуется. В конечном итоге зарядная площадка будет встроена в асфальт, поэтому любой электромобиль, который припаркуется в месте с поддержкой беспроводной зарядки, будет заряжаться автоматически.

Конечно, для наддува беспроводная зарядка через воздушный зазор — не лучшее решение. И это нормально, потому что стационарная зарядка — не конечная цель.

Переход к системе «миль как услуга» и, в конечном итоге, к беспилотному вождению позволяет автопарку работать почти на 100 %, переключаясь между поездками на работу в течение дня и доставкой в ​​ночное время. Было бы стыдно терять несколько часов времени в пути в день для перезарядки, и это может привести к замедлению темпов внедрения электромобилей для автономных автопарков.

Идеальный способ оптимизировать зарядку электромобилей — развернуть инфраструктуру, позволяющую заряжать электромобили во время движения. Только парк электромобилей с индуктивной зарядкой может использовать автомагистрали с динамической зарядкой для сбора энергии по мере их движения (если только мы не хотим использовать беспорядочные воздушные провода старых электрических автобусов). Благодаря циркулирующему автономному автопарку мы можем сократить мега-часы простоя транспортных средств впустую. Мы можем превратить весь автопарк в сверхэффективную, интеллектуальную транспортную машину, оптимизированную для маршрутов.

 

Чехол для индуктивной (беспроводной) зарядки для беспилотных электромобилей
  • Автомобиль заряжается каждый раз, когда он припаркован в месте с индуктивной защитой
  • ~10% потери энергии при индуктивной передаче мощности
  • Отсутствие движущихся частей, низкие эксплуатационные расходы
  • Режим зарядки, благоприятный для здоровья аккумулятора
  • Работа в широком диапазоне изменчивости поля
  • Безопаснее и легче децентрализовать
  • Доступно сейчас, проверено на практике
  • Может в конечном итоге заряжаться во время вождения, поэтому автономные транспортные средства не должны выходить из эксплуатации

Единственный «против» беспроводной зарядки электромобиля — спорный вопрос.Во-первых, при централизованной роботизированной подзарядке было бы много потраченной впустую энергии просто потому, что транспортным средствам нужно было бы перемещаться между зарядными блоками. Кроме того, техники будут выезжать, чтобы отремонтировать, смазать или повторно откалибровать роботизированные зарядные устройства. Вся эта энергия будет сохранена с помощью полностью автономных, защищенных от непогоды беспроводных зарядных устройств.

В конечном счете, когда мы получаем энергию от солнечных панелей, которые мы производим из переработанных материалов на заводе, питающемся от энергии ветра, никто не будет возражать против дополнительных 1-2 кВтч в день.Электромобили, которые постоянно потребляют электроны через дороги с динамической зарядкой, станут бесшовной сетью. Автопарк будет работать почти на полную мощность с очень небольшими потерями времени, и мы проедем гораздо больше полезных миль от каждой машины без дополнительного загрязнения смогом.

Будущее электрифицированного автономного транспорта будет лучше, чище и быстрее. И будет беспроводным.

Рекомендуется для вас:

Amazon Zoox представляет свой автономный электромобиль с массивным аккумулятором

Zoox, стартап, разрабатывающий электрический и автономный автомобиль, недавно приобретенный Amazon, представил свой автономный электромобиль.Он имеет массивный аккумулятор.

Zoox был относительно секретным стартапом, разрабатывающим полностью электрический и автономный автомобиль.

Он стал более популярным после того, как крупные инвестиции повысили его стоимость, а недавно он был приобретен Amazon.

Сегодня компания представила свои автомобили, подтвердив, что это транспортное средство, похожее на шаттл, предназначенное для автономных поездок:

Разработанный и произведенный в США, Zoox является единственным транспортным средством, обеспечивающим возможность движения в обоих направлениях и управление четырьмя колесами, что позволяет маневрировать на ограниченных пространствах и менять направление без необходимости реверса.Автомобиль длиной 3,63 м занимает одно из самых маленьких мест в автомобильной промышленности. Автомобиль имеет четырехместную симметричную конфигурацию сидений лицом к лицу, в которой отсутствуют рулевое колесо и многоместные сиденья, которые можно увидеть в обычных автомобилях.

Zoox подтвердил, что автомобиль оснащен массивной аккумуляторной батареей на 133 кВтч:

Автомобиль также оснащен аккумуляторной батареей емкостью 133 кВтч, одной из самых больших на сегодняшний день в электромобилях, что позволяет ему работать до 16 часов без подзарядки.

Вот несколько фотографий автономных электромобилей:

Аиша Эванс, главный исполнительный директор Zoox, прокомментировала сегодняшнюю презентацию:

Демонстрация нашего функционирующего и управляемого транспортного средства — важная веха в истории нашей компании и важный шаг на пути к развертыванию автономной службы заказа такси. Мы трансформируем опыт гонщиков, чтобы обеспечить превосходную мобильность как услугу для городов. И поскольку мы видим тревожную статистику выбросов углерода и дорожно-транспортных происшествий, как никогда важно, чтобы мы создали устойчивое и безопасное решение, которое позволяет водителям добраться из точки А в точку Б.

Zoox уделяет особое внимание безопасности, которая будет иметь важное значение с появлением беспилотных транспортных средств. Сегодня в пресс-релизе написано:

.

В конструкции автомобиля реализовано более 100 нововведений в области безопасности, которых нет в обычных автомобилях, в том числе новая система подушек безопасности для двунаправленных транспортных средств и сиденья в вагоне, которые охватывают пассажиров, что эквивалентно пятизвездочной защите безопасности при столкновении для всех четырех сидений. В транспортных средствах используется уникальная сенсорная архитектура камер, радаров и LIDAR, обеспечивающая непревзойденное поле обзора в 270 градусов по всем четырем углам транспортного средства, что устраняет типичные слепые зоны и позволяет транспортному средству постоянно отслеживать объекты рядом с ним и позади него. включая пешеходов, велосипедистов и других участников дорожного движения.

Джесси Левинсон, технический директор и соучредитель Zoox, прокомментировал внимание к безопасности:

Безопасность — основа всего, что мы делаем. Создание автомобиля с нуля дало нам возможность переосмыслить безопасность пассажиров, перейдя от реактивных мер к упреждающим. К ним относятся новые функции безопасности, такие как наша конструкция подушки безопасности, резервное оборудование по всему автомобилю, уникальная архитектура датчиков и настраиваемый стек ИИ, который обнаруживает и снижает потенциальные риски.Наш автомобиль прошел основные краш-тесты FMVSS, и мы продолжаем искать новые, инновационные способы защиты наших гонщиков и других людей на дороге.

В компании не уточнили, когда ее роботакси будет запущено в эксплуатацию, но подтвердили, что в настоящее время оно проходит испытания в Лас-Вегасе, Сан-Франциско и Фостер-Сити.

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Еще.


Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.

Заправка для автономного вождения с оптимизированной конструкцией аккумуляторов

После Второй мировой войны экономический бум заставил американцев купить рекордное количество автомобилей (что привело к серьезному уровню загрязнения окружающей среды). Сегодня у нас есть более энергоэффективные автомобили, такие как гибридные и электрические варианты, и происходит еще один «бум», на этот раз для автономных транспортных средств (AV). Опять же, загрязнение является проблемой, но по-другому: ведутся споры о том, должны ли автомобили с автоматическим управлением иметь гибридные двигатели, чтобы максимизировать прибыль, или полностью электрические двигатели, чтобы минимизировать загрязнение.

Должны ли автономные транспортные средства быть гибридными или электрическими?

Представьте себе будущее, в котором каждый на дороге использует AV. Кажется, это прямо из футуристического телесериала Netflix® «Черное зеркало », верно? А теперь представьте, что эти автономные транспортные средства выбрасывают грязные выхлопы и нуждаются в регулярных посещениях заправок для заправки. Это кажется анахронизмом, как и полное оснащение умного дома новейшими IoT-гаджетами… только для того, чтобы соединить все это с коммутируемым доступом в Интернет.

Автономные транспортные средства не работают и не будут работать только на бензине. Вместо этого центральный вопрос заключается в том, следует ли производить только полностью электрические беспилотники или можно также производить беспилотники с гибридными двигателями. Для каждой стороны есть аргументы.


Электромобиль заряжается на зарядной станции. Изображение Santeri Viinamäki — собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons.

С одной стороны медали, многие автомобильные компании, разрабатывающие беспилотные автомобили, рассчитывают, что их основное применение — по крайней мере, на первых порах — будет сосредоточено на совместном использовании автомобилей, например такси без водителей.Гибридный двигатель, сочетающий в себе бензин и электричество, позволяет автомобилям проводить больше времени в дороге (и зарабатывать деньги), чем заряжаться в гараже.

С другой стороны, некоторые автомобильные компании вместе с природоохранными организациями обеспокоены тем, что, поскольку эти транспортные средства, вероятно, будут перевозить пассажиров и осуществлять доставку без остановок, уровень загрязнения будет увеличиваться в геометрической прогрессии, нанося ущерб окружающей среде.

В любом случае аккумуляторы электромобилей необходимо оптимизировать для автономного вождения с учетом таких факторов, как выходная мощность аккумулятора и ухудшение характеристик.С помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics® и дополнительного модуля Battery Design Module ученые и инженеры могут изучать и проектировать аккумуляторные системы как для гибридных, так и для полностью электрических автономных транспортных средств.

Конструкции батарей с оптимальной выходной мощностью

Автономные транспортные средства по своей природе содержат больше электронных компонентов, чем обычные автомобили. Помимо самого автомобиля (а также его фар, сигнализации и радио), AV содержат навигационные системы и оборудование для обнаружения и измерения дальности. Большое потребление энергии означает, что батареи разряжаются быстрее, чем обычно.Аккумуляторы для AV должны быть спроектированы таким образом, чтобы они работали дольше и выдавали больше энергии, чтобы они могли удовлетворять потребности в энергии.

Системы управления батареями

Как в гибридных, так и в полностью электрических транспортных средствах система управления батареями (BMS) является чрезвычайно важным конструктивным фактором. Точно отслеживая активность батареи, BMS максимизирует выходную мощность, срок службы и безопасность. Моделирование литий-ионной батареи в изотермических условиях может помочь вам проанализировать факторы, важные для конструкции BMS, в том числе:

  • Напряжение
  • Поляризация (падение напряжения)
  • Внутреннее сопротивление
  • Состояние заряда (SOC)
  • Возможность скорости

Рассмотрим модель одномерной литий-ионной батареи, изготовленной из графита и литий-ионного оксида марганца (LMO), экономичного и термически стабильного материала для топливных элементов, с настройками по умолчанию в библиотеке материалов модуля Battery Design.


Схема основных компонентов BMS для электромобилей.

Модель аккумулятора состоит из четырех доменов:

  1. Отрицательный пористый электрод
  2. Сепаратор
  3. Положительный пористый электрод
  4. Электролит

Модель позволяет тестировать входы, чтобы увидеть, как они влияют на общую производительность батареи. Эти факторы могут включать начальное напряжение ячейки; емкость батареи; толщина сепаратора и электродов; и элемент SOC, который представляет собой процент заряда, оставшегося в аккумуляторной батарее электрического или гибридного автомобиля, аналогичный уровню указателя уровня топлива в автомобиле с газовым двигателем.

Цикл привода

Транспортные средства работают в соответствии с определенным ездовым циклом , во время которого отслеживаются изменение температуры и напряжения аккумуляторной батареи. Цикл движения сообщает BMS, что такое SOC батареи: фактически, разряжена ли батарея или полна. Затем блок управления останавливает разряд (если аккумулятор разряжен) или заряд (если аккумулятор полный).

Одномерную модель можно расширить, включив в нее тепловой анализ для мониторинга ездового цикла.Рассмотрим аккумуляторную ячейку, которая подвергается ездовому циклу для гибридного автомобиля.


Схема основных компонентов BMS и ездового цикла.

Инженеры могут смоделировать рабочий цикл литий-ионной батареи, чтобы предсказать ее производительность, проанализировать параметры, которые трудно измерить, или проверить экспериментальные результаты. Вот несколько факторов, влияющих на ездовой цикл батареи:

  • Внутреннее сопротивление и поляризация в каждой части элемента батареи
  • Сотовый SOC
  • SOC каждого электродного материала
  • Локальная температура
  • Материалы

Входная текущая нагрузка может быть импортирована в модель из внешних данных ездового цикла, таких как время по сравнению с C-rate (скорость разрядки батареи относительно ее максимальной емкости).При этом импортированные данные соответствуют значениям, характерным для гибридного электромобиля. Анализ может многое рассказать о цикле работы батареи, включая напряжение элемента, электрический потенциал и общую поляризацию. Также возможно определить SOC ячейки и электродов под нагрузкой (а также температуру) во время ездового цикла.



Цикл движения (слева) и результаты моделирования, показывающие напряжение на ячейке в течение цикла движения (справа).

Результаты этого примера показывают, что ездовой цикл подходит для этого типа конструкции батареи. Они также показывают, что можно улучшить управление теплом, чтобы батарея могла выдерживать более длительные циклы движения. Как мы обсудим в следующем разделе, оптимизация ездового цикла беспилотников повлияет на их уровень успеха на рынке пассажирских перевозок.

Сравнение мощности и энергопотребления

Способность к скорости используется для определения того, предназначена ли батарея для ее предполагаемой цели.Есть два варианта: оптимизация по энергопотреблению и оптимизация по мощности. Аккумуляторы с оптимизированным энергопотреблением имеют большую емкость или запас энергии, но относительно низкие токовые нагрузки, что делает их хорошим выбором для использования в портативных электронных устройствах. Для гибридных и электрических транспортных средств оптимальным вариантом являются аккумуляторы с оптимизированной мощностью. Эти батареи имеют относительно небольшую емкость, но большие токовые нагрузки; например, их можно заряжать очень большими токами.

Возвращаясь к одномерной модели литий-ионного аккумулятора, вы можете выполнить оценку зависимости мощности от энергии, чтобы определить емкость аккумулятора.Моделирование исследует при различных токовых нагрузках разряд батареи из полностью заряженного состояния и заряд батареи из полностью разряженного состояния.



Напряжение элемента при различных токовых нагрузках разряда (слева) и график Рагона для двух разных типов элементов аккумулятора (справа).

Результаты показывают напряжение элемента при различных токовых нагрузках и могут использоваться для сравнения выходной энергии и мощности батареи.График Рагона (вверху справа) демонстрирует влияние химического состава батареи и скорости разряда на емкость батареи.

Моделирование износа батареи в программном обеспечении COMSOL®

Переход на автономное вождение не произойдет в одночасье. Многие новаторы считают, что когда беспилотники впервые появятся на рынке, они будут в форме совместного использования, а не отдельных автомобилей для одного человека или семьи. Логически это означает, что каждый AV в автопарке райдшеринговой компании будет использоваться примерно десятью пассажирами в день вместо одного и будет работать круглосуточно, а не по расписанию одного человека.

По сути, использование AV в основном для совместного использования приведет к тому, что автомобильные аккумуляторы будут изнашиваться намного быстрее, чем в обычных транспортных средствах для одного домохозяйства. Здесь в игру вступает анализ снижения емкости.

Уменьшение емкости

Аккумуляторы подвержены как снижению емкости, так и снижению мощности, но есть разница. Затухание мощности — пониженное напряжение батареи для заданной скорости разряда. Пропадание емкости — потеря емкости батареи независимо от текущей скорости.



Напряжение элемента во время цикла разрядки (слева) и емкость аккумулятора в течение всего цикла (справа).

Различные материалы элементов, из которых состоит батарея, а также различные комбинации между ними вызывают разную скорость старения и даже могут ускорить этот процесс и, следовательно, потерю емкости батареи. Некоторые факторы, влияющие на старение и деградацию элементов батареи, включают:

  • Стадия цикла нагрузки
  • Потенциал
  • Местная концентрация
  • Температура
  • Направление тока

Выполняя анализ батареи в зависимости от времени во время цикла, можно найти напряжение во время разряда и сравнить емкость как с общим накопленным временем цикла, так и с общим количеством циклов.Также можно анализировать объемную долю электролита и падение потенциала межфазной пленки твердого электролита (SEI) в зависимости от номера цикла и локального SOC на границах разделитель-электрод. (SEI обеспечивает электролитам изоляцию и проводимость.) Эти факторы могут помочь в разработке аккумуляторов, оптимизированных для длительного и постоянного использования в AV.

Следующие шаги

Получите подробную информацию о специальных возможностях и функциях для моделирования аккумуляторов и топливных элементов в модуле проектирования аккумуляторов, нажав кнопку ниже.

Дополнительные ресурсы
  • Узнайте больше о разработке энергоэффективных автономных транспортных средств:
  • Попробуйте учебные модели, представленные в этой записи блога:

 

Netflix является зарегистрированным товарным знаком Netflix, Inc.

заряженных электромобилей | Беспроводная зарядка и автономные транспортные средства сделают умный город мобильнее

Алекс Грузен, генеральный директор WiTricity

Нет никаких сомнений в том, что появятся автономные электромобили.От Google и Uber до Tesla, BMW и Nissan — самые инновационные бренды мира разрабатывают и выводят на рынок совершенно новые виды транспорта, которые коренным образом изменят наши способы передвижения. По данным Navigant Research, к 2035 году количество автономных транспортных средств, продаваемых по всему миру, достигнет 85 миллионов в год.

Однако влияние беспилотных автомобилей не только кардинально изменит транспорт, но и нарисует совершенно новую картину городской жизни.Инфраструктура, на которой строятся города, должна быть переосмыслена. Автономным транспортным средствам потребуется электроэнергия, и они, в свою очередь, могут стать движущимся источником энергии для других подключенных устройств. Фундаментальная часть экосистемы умного города будущего: беспроводная энергия.

Автономное будущее: каким может быть

Автономные транспортные средства предложат новый вид личного транспорта людям, которые не хотят владеть автомобилем по финансовым или личным причинам, и обеспечат огромные преимущества мобильности для людей, которые не могут управлять транспортным средством — от детей до пожилых и пожилых людей. инвалид.Больше людей получат возможность быть мобильными и вовлеченными членами своих сообществ. Когда нет водителя, каждый будет пассажиром и будет иметь возможность использовать время вождения, чтобы работать и быть продуктивным, или просто вздремнуть и восстановить силы.

Также можно было переосмыслить всю компоновку машины. Автомобиль будущего может иметь салонные сиденья, обращенные внутрь. Транспортное средство больше не будет просто средством передвижения, а станет продолжением дома или офиса, создавая новую среду для занятий и добавления времени в день.

Помимо этих преимуществ, улицы станут безопаснее, а несчастных случаев будет меньше, поскольку интеллектуальные технологии позволят автомобилям автоматически избегать дорожных опасностей. Общественная безопасность может повыситься за счет искоренения вождения в нетрезвом виде. Заторы на дорогах могут уменьшиться, поскольку автомобили будут двигаться с одинаковой скоростью через равные промежутки времени. Меньше времени будет потрачено на поиск мест для парковки, так как автомобили смогут высаживать своих пассажиров, а затем самостоятельно парковаться. Центры городов будут тратить менее ценную недвижимость на парковки и гаражи.

Чтобы оптимизировать автономное путешествие, добавьте беспроводную зарядку

В то время как автономные транспортные средства, несомненно, произведут революцию в личном транспорте, главный вопрос был в значительной степени упущен из виду: как эти автомобили будут заправляться топливом? Подумайте о том, как иронично иметь автономные электромобили, которые возят нашу молодежь в школу, отвозят раненых на прием к врачу и сопровождают наших пожилых людей в парк только для того, чтобы кто-то подключил их после завершения поездки. Должно быть более простое решение.

Процесс зарядки будущего должен исключать людей из уравнения зарядки, так же как он исключает их из уравнения вождения. Когда транспортному средству необходимо зарядиться, оно припаркуется над беспроводной зарядной площадкой и автоматически зарядит аккумулятор без подключения к сети.

Замена штепсельной вилки — это серьезная задача, для решения которой потребуется беспроводная технология, способная эффективно передавать полную мощность, необходимую для автомобиля, и достаточно гибкая, чтобы работать с различными транспортными средствами.Возможно, наиболее перспективной технологией является магнитный резонанс. На самом деле, многие автопроизводители уже готовятся к выпуску новых электромобилей. Магнитный резонанс предлагает множество преимуществ, включая гибкое позиционирование, высокую эффективность и возможность передачи энергии через такие материалы, как бетон и асфальт. Технология магнитного резонанса позволяет устанавливать беспроводные зарядные устройства на землю, пол в гараже или под дорогой. Примечательно, что новейшие разработки могут передавать энергию на тех же уровнях, что и при подключении, и с такой же эффективностью — переход на беспроводную связь не наказывается.Автономные транспортные средства будут просто парковаться и заряжаться, чтобы зарядить свои батареи. Без необходимости вмешательства человека для подзарядки аккумуляторов автомобильный транспорт может стать еще одной ожидаемой базовой услугой, такой как Интернет или электрическая сеть, а пассажиры могут сосредоточиться на других проблемах, зная, что автомобили будут готовы и доступны, когда это необходимо.

По мере того, как технология совершенствуется, а объемы снижают затраты, инновационные компании могут сотрудничать с правительствами и разработчиками инфраструктуры для создания общегородских сетей беспроводных источников энергии, встроенных в улицы.Эти встроенные источники будут беспроводным способом подзаряжать транспортные средства во время движения, позволяя беспилотным транспортным средствам увеличить дальность поездки или уменьшить размер и стоимость аккумуляторов, необходимых для питания транспортных средств. С более низкой стоимостью приходит более широкое распространение, и начинается благотворный цикл.

Движение в будущее: питание более
автомобилей

Забегая вперед, можно сказать, что беспроводная зарядка и автономные транспортные средства прекрасно вписываются в концепцию систем «автомобиль-сеть» (V2G).V2G описывает систему, в которой подключаемые автомобили взаимодействуют с электросетью для управления двунаправленной зарядкой. Время зарядки можно запланировать таким образом, чтобы воспользоваться преимуществами самых низких тарифов, а транспортные средства могут служить в качестве накопителей энергии. Сеть V2G может эффективно передавать электроэнергию туда, где она необходима, с наименьшими возможными затратами.

В сочетании с беспилотными автомобилями и беспроводной зарядкой V2G может стать автоматизированным процессом. Автономные транспортные средства могут доставлять людей на работу или домой, подключаться к электросети по беспроводной сети и возвращать электроэнергию в сеть, чтобы сократить общее использование.В непиковые часы эти транспортные средства могут направлять себя к точкам беспроводной зарядки, чтобы пополнить запас энергии по сниженным тарифам. V2G предлагает уникальное решение для выравнивания энергопотребления и обеспечения постоянной доступности дополнительных мощностей, учитывая, что в любой момент времени подавляющее большинство транспортных средств простаивает.

 

Инфраструктура для реализации

Производство и продажа автономных транспортных средств, а также замена заправочных станций инфраструктурой беспроводной зарядки в гаражах и, в конечном счете, на дорогах, безусловно, не произойдет в одночасье.Мы можем ожидать, что эти изменения произойдут в ближайшее десятилетие, начиная с подключаемых гибридов и электромобилей, заряжающихся через беспроводные передатчики в гаражах их владельцев. Оттуда мы можем ожидать появления передатчиков на парковках офисов и торговых центров, прежде чем мы увидим их встроенными в проезжие части. Наконец, как только инфраструктура будет встроена в дороги, автомобили смогут питаться, накапливать энергию и доставлять ее обратно в сеть. Ключевым препятствием, которое необходимо преодолеть, является не разработка технологии, а достижение критической массы внедрения электромобилей, чтобы сделать инвестиции в инфраструктуру жизнеспособными.Например, активное государственное вмешательство в пользу электромобилей в крупных китайских городах, отчасти для уменьшения загрязнения, может на самом деле подготовить почву для этого видения раньше, чем мы могли бы ожидать.

Однако для того, чтобы это видение стало реальностью, решающее значение будет иметь функциональная совместимость. Индустрия беспроводной зарядки должна согласовать стандарт совместимости, чтобы транспортные средства и зарядная инфраструктура могли взаимодействовать друг с другом, обеспечивая удобство для пользователей. Общество автомобильных инженеров (SAE) и другие органы по стандартизации возглавляют усилия по установлению критериев производительности и безопасности для беспроводной зарядки подключаемых транспортных средств.

Уже сейчас некоторые ведущие автомобильные бренды, такие как Toyota, BMW, Mercedes, Honda и Nissan, объявили о планах по внедрению магнитно-резонансной зарядки в создаваемые ими автомобили. Поставщики уровня 1, такие как Delphi, TDK, IHI и Brusa, наращивают свои возможности для предоставления автопроизводителям комплексных решений. По мере того, как все больше людей будут следовать их примеру, а SAE консолидирует стандарты беспроводной зарядки с помощью магнитного резонанса, у нас будут готовые строительные блоки для эволюции умного города.

Новый нормальный

Может ли доступность автономных электромобилей с беспроводной зарядкой стать ожидаемой услугой в наших городах, фактически став новой нормой? Ответ положительный.Просто посмотрите, например, на телефоны в наших домах. В то время как поколение бэби-бумеров все еще может называть их «беспроводными телефонами», миллениалы называют их просто «телефонами», никогда в жизни не встречая проводов.

Недавно в городе Остин, штат Техас, референдум по проверке биографических данных водителей по отпечаткам пальцев привел к прекращению деятельности как Uber, так и Lyft. Удивительно было видеть, как всего за пару лет население стало ожидать доступности услуг такси, и как плохо были подготовлены жители, приезжие и местные предприятия к внезапному исчезновению этого варианта мобильности.Городское население выработало новые привычки и освоило совместную мобильность быстрее, чем кто-либо из нас мог себе представить. Вместо Uber и Lyft жители Остина быстро воспользовались альтернативами, такими как Arcade City/Request a Ride — группа Facebook, которая позволяет пользователям находить поездки в пункт назначения и обратно — и новые приложения для заказа поездок, такие как getme, Fare и Fasten. .

С этой точки зрения становится ясно, что доступность автономных электромобилей быстро станет ожидаемой услугой в городах, обеспечивая удобство, общественную безопасность и производительность, а также значительно улучшая окружающую среду.Быстрый прогресс в области беспроводной зарядки с помощью магнитного резонанса сыграет захватывающую роль в обеспечении этой «новой нормы».

 

Первоначально эта статья была опубликована в выпуске Charged 26 за июль/август 2016 года. Подпишитесь сейчас.

водителей однажды смогут заряжать свои электромобили во время вождения

  • Исследователи из Корнельского университета разрабатывают технологию, позволяющую заряжать электромобиль во время движения.
  • Автомагистрали США могли бы украсить дороги металлическими пластинами, которые заряжают автомобили, когда они проезжают по ним.
  • До запуска проекта осталось около пяти лет, но он уже может питать большинство электромобилей.
  • Смотрите больше историй на бизнес-странице Insider.
LoadingЧто-то загружается.

Что, если бы вы могли заряжать свой электромобиль во время вождения?

Исследователи из Корнельского университета работали именно над этим, разрабатывая решение одного из самых больших препятствий на пути внедрения электромобилей — запаса хода аккумулятора и доступности зарядки.

Хуррам Африди, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники в Корнеллском университете, оттачивает технологию, которая позволит водителям заряжать свои электромобили во время движения.Последние семь лет он работал над проектом по внедрению инфраструктуры беспроводной зарядки на дороги США.

«На автомагистралях будет полоса для зарядки, что-то вроде полосы с высокой посещаемостью», — сказал Африди Insider. «Если у вас разрядился аккумулятор, вы бы перешли на полосу для зарядки. Он смог бы определить, какая машина выехала на полосу, и позже отправил бы вам счет».

 

Хотя пройдет от 5 до 10 лет, прежде чем проект будет готов к развертыванию на основных дорогах, Африди считает беспроводную зарядку лучшим способом устранить страхи водителей, связанные с поиском зарядных станций и бегом. из батареи.

В настоящее время на дорогах США находится около 1,8 миллиона автомобилей с батарейным питанием, но для них имеется всего около 100 000 зарядных штекеров примерно на 41 000 общественных станций. Президент Джо Байден пообещал построить 500 000 новых розеток в течение следующего десятилетия, что, по мнению некоторых экспертов, может быть труднодостижимым.

Недавнее исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Дэвисе, показало, что каждый пятый владелец электромобиля вернулся к бензиновому автомобилю из-за проблем с зарядными станциями для электромобилей.Данные JD Power показали, что беспокойство, связанное с запасом хода аккумулятора электромобиля, является основным фактором, ограничивающим коммерческую жизнеспособность транспортных средств.

«Люди будут покупать электромобили только в том случае, если их будет так же легко заправлять, как двигатели внутреннего сгорания», — сказал Африди. «Если бы у нас была эта технология [беспроводной зарядки], у электромобилей было бы даже меньше ограничений, чем у традиционных».

Беспроводная зарядка — явление не новое

Наука, стоящая за проектом Африди, восходит более 100 лет к Николе Тесле, изобретателю, который использовал переменные электрические поля для питания ламп, не подключая их к сети.Технология Африди предполагает встраивание в дорогу специальных металлических пластин, подключенных к линии электропередач и высокочастотному инвертору. Пластины будут создавать переменные электрические поля, которые притягивают и отталкивают пару соответствующих пластин, прикрепленных к днищу электромобиля.

Эскиз процесса беспроводной зарядки Хуррам Африди

В 1986 году в Калифорнии в рамках программы Partners for Advanced Transit and Highways (PATH) в рамках программы Partners for Advanced Transit and Highways (PATH) были протестированы возможности беспроводной зарядки автомобилей с приводом от проезжей части.В последние годы беспроводная зарядка для телефонов также получила поддержку таких компаний, как Apple и Samsung. Но в целом усилия по беспроводной зарядке не увенчались успехом, поскольку аппаратное обеспечение оказалось дорогим и часто громоздким.

Беспроводная зарядка не стала популярной, потому что технологические компании сосредоточились на магнитных полях, а не на электрических, сказал Африди Insider. Переменные магнитные поля требуют громоздкого и дорогого оборудования и потребляют больше энергии, чем обеспечивают.

По словам Африди, на зарядку с помощью электрических полей обычно не обращают внимания из-за высоких частот, которые потребуются, а магнитные поля также легче генерировать.Но профессор уже давно заинтересован в продвижении технологий на максимально возможные частоты, начиная с его работы в Лаборатории реактивного движения НАСА в 1987 году.

частот, о которых я думал, — сказал Африди. «Но это всегда было моей областью исследований. Это действительно моя страсть — идти к очень высоким частотам и продвигать технологию до ее самой высокой потенциальной частоты».

Африди и его команда разработали систему беспроводной передачи энергии.Хуррам Африди

Команда Африди, группа ученых и исследователей из Корнелла, уже добилась нескольких успехов и может приводить в действие автомобили с просветом до 18 сантиметров от дороги, что составляет большинство электромобилей. Группа также создала технологию, которая позволяет транспортному средству набирать полную мощность при прохождении зарядных пластин (которые будут встроены в несколько метров друг от друга), даже если они не полностью выровнены.

Самым большим препятствием для проекта был поиск и создание компонентов, которые могли бы проводить высокие уровни электроэнергии, необходимые для питания транспортных средств, а также электрические переключатели, которые могли бы работать на высоких частотах, необходимых для эффективной работы. зарядка. По словам Африди, на сегодняшний день процесс зарядки занимает около 4-5 часов для полной зарядки автомобиля меньшего размера, такого как Nissan Leaf, в то время как для более крупных автомобилей Tesla потребуется еще больше времени для зарядки.

Инфраструктура, необходимая для линий подзарядки, потребует капитального ремонта основных дорог США, но Африди сказал Insider, что одним из подходов будет сначала электрифицировать загруженные шоссе и крупные города.Металлические пластины также пригодятся для зарядки на знаках остановки и светофора.

Группа Африди уже работает над использованием своей технологии для питания автономных вилочных погрузчиков в рамках партнерства с Toyota. Хотя пройдет несколько лет, прежде чем технология будет готова для крупных дорог, он сказал Insider, что технология, скорее всего, сначала будет использоваться для вилочных погрузчиков и автономных роботов на производственных складах.

CANbus будет играть решающую роль в электрических и автономных транспортных средствах

Связь между компонентами и системами является обычным явлением в современных большегрузных транспортных средствах и оборудовании с помощью CANbus (локальная сеть контроллеров).По мере того, как технологии продолжают развиваться, развиваются и системы CANbus, и компоненты, которые к ним подключены.

Благодаря своим коммуникационным возможностям CANbus будет играть решающую роль в электрических и автономных транспортных средствах. В последнем случае особенно важно, чтобы компоненты и системы взаимодействовали друг с другом, чтобы обеспечить безопасную и эффективную работу.

Недавно мы говорили с Родом Дайритом, директором по развитию бизнеса в Северной Америке, Delta-Q Technologies, о технологии CANbus и о том, как она может помочь повысить интеллектуальность автомобильных систем.

Каковы основные преимущества включения CANbus в транспортное средство или часть оборудования и как это помогает повысить эффективность?

Связь по CAN дает вам возможность обмениваться данными с другими устройствами и интеллектуально управлять ими на основе обратной связи от компонента. С общей широкой точки зрения, это придает приложению некоторый смысл интеллекта. CANbus позволяет использовать форму связи, обеспечивающую интеллектуальное взаимодействие между компонентами и самим приложением.

Как CANbus используется в системах с батарейным питанием и зарядных устройствах?

Аккумулятор и зарядное устройство очень зависят друг от друга. Как правило, аккумулятор является первым или вторым по величине расходом в электромобилях. Поэтому, когда OE ищут аккумуляторное решение, они хотят быть уверены, что получат максимальную отдачу от инвестиций при покупке этой аккумуляторной системы. Это означает получение от него максимальной производительности, максимального срока службы и наиболее экономичного решения от этой батареи.

Компания Delta-Q вступает в игру, проводя обзоры и тесты аккумуляторов, чтобы узнать, где мы можем оптимизировать их с точки зрения производительности, жизненного цикла и требований реального клиента. Литий-ионные батареи имеют системы управления батареями, которые действуют как мозги самой системы батарей. В зарядном устройстве есть микроконтроллер, который может общаться с аккумулятором, и это улица с двусторонним движением — аккумулятор может сообщить зарядному устройству, что он хочет заряжать медленнее, чтобы увеличить срок службы аккумулятора или увеличить скорость, и зарядное устройство может зарегистрировать это. Информация.

Если вы вернетесь к свинцово-кислотным батареям, то, поскольку в них не использовалась электроника, вам действительно нужно было охарактеризовать батарею и быть максимально эффективным в этой характеристике. Принимая во внимание, что теперь, когда у вас есть возможность масштабировать то, как вы хотите использовать эту батарею, и производительность батареи благодаря каналу связи, который чаще всего представляет собой связь CAN, вы можете масштабировать, как и когда батарея делает то, что она делает.

Например, для свинцово-кислотной батареи, если вы уменьшаете емкость, вы можете сказать, что емкость снижается по напряжению, но вы не можете контролировать, сколько энергии эта батарея может отдать.С литий-ионным аккумулятором и зарядкой вы можете сказать системе, что хотите ограничить ее в определенный момент, и она будет соблюдать это.

Это необходимо и важно для общей стоимости батареи, потому что вы можете либо повысить производительность, либо управлять батареей с помощью связи, чтобы оптимизировать срок службы за счет некоторой производительности. Это дает вам гибкость.

Delta-Q Technologies

Какие тенденции, связанные с системами CANbus, наблюдает Delta-Q в отрасли и как эта технология будет развиваться в ближайшие годы?

Используются различные интерфейсы CANbus, такие как SAE J1939 и CANopen.Большинство приложений за пределами автомобильного пространства, которые становятся электрифицированными, используют ту или иную форму CANopen. То, что мы видим, — это появление функции дистанционного управления по CAN.

Это больше относится к архитектуре зарядки; до внедрения дистанционного управления CAN большинство зарядных устройств были настроены со встроенными в них алгоритмами. Используя эту реализацию, алгоритм будет оптимизирован для включения заданных параметров, которым будет следовать зарядное устройство для зарядки аккумулятора. Он не отклонялся бы от этих заданных параметров.

По мере того, как аккумуляторные решения становятся все более интеллектуальными, интеллектуальные функции зарядки переходят от зарядного устройства к аккумулятору. Некоторые литиевые батареи могут контролировать свои характеристики через свою BMS (систему управления батареями). Он может передавать определенные параметры заряда зарядному устройству с помощью дистанционного управления CAN для решения различных задач. Например, если температура аккумулятора начинает приближаться к максимальному пределу во время зарядки, BMS аккумулятора может отправить сообщение дистанционного управления CAN на зарядное устройство, чтобы уменьшить мощность заряда до определенного уровня, пока температура не стабилизируется.Дистанционное управление CAN позволяет аккумулятору гибко управлять параметрами заряда по своему усмотрению.

Он открыл множество новых форм связи между зарядным устройством и батареей, а также батареей и самим приложением. С этой опцией дистанционного управления батарея может фактически сказать транспортному средству: «У меня осталось 20% времени автономной работы, вам нужно уменьшить количество энергии, которое вы разрешаете пользователю, чтобы мы могли вернуться к зарядной станции».

Здесь на помощь приходит телематика.Если транспортное средство, такое как сельскохозяйственный трактор, находится в поле, а аккумулятор начинает разряжаться, эта информация передается с помощью телематики на хост-станцию, которая затем может сообщить, что либо количество используемой мощности, либо производительность необходимо масштабировать. вниз.

Это способ создания экосистемы вокруг Интернета вещей (IoT), потому что теперь, когда все обменивается данными, и вы можете использовать Интернет или какую-либо форму беспроводной связи, вы можете намного лучше управлять своим автопарком. .

В конце концов, все зависит от стоимости и от того, насколько эффективно вы сможете управлять своими операционными расходами. Несмотря на то, что оборудование становится электрифицированным, большая часть оборудования по-прежнему эксплуатируется людьми. Беспроводная связь станет еще более актуальной по мере того, как оборудование станет автономным. Системы будут иметь искусственный интеллект и полагаться на созданные ими коммуникационные сети, будь то внутренние или с экосистемой продуктов. Он станет более интегрированным и продвинутым по мере перехода технологий к автономии.

CANbus будет частью этого, потому что это метод связи, соединяющий все компоненты. Это позволяет обмениваться данными и интеллектуальными данными между компонентами для их эффективной и действенной оптимизации.

Теперь все управляется данными. Чем больше данных вы сможете узнать и понять об имеющихся у вас компонентах, тем более интеллектуальными и эффективными вы сможете их сделать.

VW хочет протестировать роботизированные зарядные устройства для электромобилей

Автомобили будущего будут электрическими и роботизированными, так почему бы не использовать роботов и для зарядки аккумуляторов? В четверг Volkswagen объявил о пилотном проекте, чтобы проверить эту возможность.

Немецкий автогигант сотрудничает со стартапом Stable Auto из района залива Сан-Франциско под эгидой своей дочерней компании по зарядке электромобилей Electrify America. Идея состоит в том, чтобы построить объекты, где беспилотные электромобили смогут заряжаться без вмешательства человека. Роботизированная рука, прикрепленная к быстрому зарядному устройству постоянного тока мощностью 150 кВт, будет выполнять задачу подключения к зарядному порту автомобиля. В Сан-Франциско будет построен испытательный полигон, который откроется в начале 2020 года.

В рамках сделки Electrify America поставит на предприятие Stable Auto два быстрых зарядных устройства постоянного тока мощностью 150 кВт.Затем Stable построит демонстрационную станцию, после чего приедет Electrify America и оценит, есть ли у системы коммерческий потенциал.

По данным Electrify America:

Специальная установка для зарядки автопарка позволит автопарку электромобилей заряжаться без присутствия операторов: автомобили могут парковаться в любом месте на стандартном парковочном месте, а робот Стейбла автоматизирует соединение между автомобилем и зарядным устройством.

Если будущее за электрическими автономными такси, которые бродят по улицам крупных городов, то VW считает, что эту концепцию следует распространить и на инфраструктуру зарядки.Cruise, автономное подразделение General Motors, планировало развернуть парк электрических беспилотных такси в Сан-Франциско к концу 2019 года, хотя недавно отложило запуск на неустановленную дату.

Electrify America стремится к середине года создать сеть из почти 3000 зарядных устройств в США, но, согласно веб-сайту группы, в настоящее время работают только 450 зарядных станций. Ранее в этом году компания пережила кратковременный сбой из-за опасений по поводу кабелей с жидкостным охлаждением, предоставленных швейцарским поставщиком.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.