Μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων – Σύντομο Λεξικό
ηλεκτρικά οχήματα

Μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων – Σύντομο Λεξικό

H τεχνολογία και ο σχεδιασμός τους εξελίσσεται διαρκώς, ώστε να βελτιώνεται η απόδοση, η διάρκεια ζωής τους, καθώς και η διαδικασία  της φόρτισης, με στόχο να τροφοδοτούν τα οχήματα με τον βέλτιστο τρόπο.

Καθώς η ηλεκτροκίνηση διευρύνεται και εξελίσσεται, ο κλάδος της αυτοκινητοβιομηχανίας εντείνει τις προσπάθειές του για τη δημιουργία πιο ανθεκτικών, ελαφρύτερων μπαταριών, που να προσφέρουν μεγαλύτερη αυτονομία και πιο εκτενή διαστήματα αντικατάστασης. Αυτό το άρθρο αποτελεί μία εισαγωγή στην ορολογία που χρησιμοποιείται για την περιγραφή, την ταξινόμηση και τη σύγκριση μπαταριών για υβριδικά, plug-in υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

  1. Βασική δομή μπαταρίας: Στοιχεία  (cells) , μονάδες  (modules)  και πακέτα  (packs)  – Τα υβριδικά και τα ηλεκτρικά οχήματα διαθέτουν ένα πακέτο μπαταριών υψηλής τάσης που αποτελείται από μεμονωμένες μονάδες και στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά και παράλληλα. Το στοιχείο είναι η βασική μονάδα παραγωγής ηλεκτροχημικού ρεύματος. Αποτελείται από ένα σετ θετικών πλακών, αρνητικών πλακών, τον ηλεκτρολύτη, τους διαχωριστήρες και το περίβλημα. Αποδίδει τάση της τάξης του ενός έως έξι volt και σε μία μπαταρία μολύβδου οξέος 12 volt υπάρχουν έξι στοιχεία. Μία μονάδα αποτελείται από πολλά στοιχεία που συνδέονται, γενικά, είτε σε σειρά, είτε παράλληλα. Στη συνέχεια, συναρμολογείται η μπαταρία, συνδέοντας τις μονάδες μεταξύ τους, είτε σε σειρά, είτε παράλληλα.
  2. Διαχωριστήρας – Separator: Διαχωριστής μεταξύ των θετικών και των αρνητικών πλακών ενός στοιχείου, που επιτρέπει στη ροή του ρεύματος να το διαπεράσει.
  3. Ενεργό υλικό – Active material: Το ενεργό υλικό στις θετικές πλάκες είναι διοξείδιο του μολύβδου και στις αρνητικές πλάκες μεταλλικός πορώδης μόλυβδος. Όταν δημιουργηθεί ηλεκτρικό κύκλωμα, αυτά τα υλικά αντιδρούν με το θειικό οξύ κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση, σύμφωνα με την ακόλουθη χημική αντίδραση: Ενεργό υλικό – Active materialΤο ενεργό υλικό στις θετικές πλάκες είναι διοξείδιο του μολύβδου και στις αρνητικές πλάκες μεταλλικός πορώδης μόλυβδος. ãταν δημιουργηθεί ηλεκτρικό κύκλωμα, αυτά τα υλικά αντιδρούν με το θειικό οξύ κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση, σύμφωνα με την ακόλουθη χημική αντίδραση: PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
  4. Ηλεκτρολύτης – Electrolyte: Σε μπαταρία μολύβδου οξέος, ο ηλεκτρολύτης είναι θειικό οξύ αραιωμένο με νερό. Είναι ο αγωγός που προμηθεύει νερό και θειικό άλας στην ηλεκτροχημική αντίδραση: PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
  5. Πλέγμα – Grid: Το πλαίσιο από κράμα μολύβδου που στηρίζει το ενεργό υλικό μίας μπαταρίας και είναι αγωγός του ρεύματος.
  6. Κουτί – Container: Το περίβλημα από πολυπροπυλένιο ή σκληρό ελαστικό, το οποίο συγκρατεί τις πλάκες της μπαταρίας, τους συνδέσμους και τον ηλεκτρολύτη.
  7. Καπάκι – Cover: Το καπάκι του κουτιού.
  8. Ταξινομήσεις μπαταριών: Δεν κατασκευάζονται όλες οι μπαταρίες με τον ίδιο τρόπο, ακόμη και οι μπαταρίες που βασίζονται στα ίδια υλικά από χημική άποψη. Το κύριο ενδιαφέρον, σήμερα, στην ανάπτυξη των μπαταριών αφορά την ισχύ, την αποθηκευμένη ενέργεια και τη διάρκεια ζωής. Οι μπαταρίες μπορεί να είναι είτε υψηλής ισχύος, είτε υψηλής ενέργειας, αλλά συνήθως όχι και τα δύο.
  9. Τυποποίηση C και E: Στην περιγραφή των μπαταριών, το ρεύμα εκφόρτισης εκφράζεται συχνά ως σχέση C (C-rate), η οποία είναι, τις περισσότερες φορές, πολύ διαφορετική μεταξύ των μπαταριών. Το C είναι ένα μέτρο του ρυθμού με τον οποίο αποφορτίζεται μία μπαταρία. 1C σημαίνει ότι το ρεύμα εκφόρτισης θα αποφορτίσει ολόκληρη την μπαταρία σε 1 ώρα. Για μία μπαταρία χωρητικότητας 100 Amphrs, αυτό ισοδυναμεί με ρεύμα εκφόρτισης 100 Amps. Για αυτήν την μπαταρία 5C θα ήταν 500 Amps. Το E (E-rate) περιγράφει την ισχύ εκφόρτισης. 1E είναι η ισχύς εκφόρτισης για την αποφόρτιση ολόκληρης της μπαταρίας σε 1 ώρα.
  10. SoC – Κατάσταση φόρτισης (State of Charge – %): Μία έκφραση της τρέχουσας χωρητικότητας της μπαταρίας ως ποσοστό της μέγιστης χωρητικότητας.
  11. DoD – Βάθος εκφόρτισης (Depth of Discharge – %): Το ποσοστό της χωρητικότητας της μπαταρίας που έχει εκφορτιστεί, εκ-φρασμένο ως ποσοστό της μέγιστης χωρητικότητας.
  12. Ampere (Amp, A): Η μονάδα μέτρησης της ροής ηλεκτρονίων ή του ρεύματος σε ένα κύκλωμα.
  13. Ohm (Ω): Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης ή αντίστασης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
  14. Volt (V): Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης.
  15. Watt (W): Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος, δηλ. η ικανότητα της λειτουργίας, της μετακίνησης των ηλεκτρονίων με την τάση ή κατά της τάσης (Watt = Ampere x Volt).
  16. Τάση ακροδεκτών –  Terminal Voltage (V): Η τάση μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας με το φορτίο που εφαρμόζεται. Η τάση αυτή ποικίλλει ανάλογα με το SoC και το ρεύμα εκφόρτισης / φόρτισης.
  17. Τάση ανοιχτού κυκλώματος – Open-circuit voltage (V): Η τάση μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας χωρίς φορτίο. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος εξαρτάται από την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας και αυξάνεται ανάλογα την κατάσταση.
  18. Εσωτερική αντίσταση –  Internal Resistance: Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας ως πηγής, που γενικά είναι διαφορετική για τη φόρτιση και την εκφόρτιση, και εξαρτάται, επίσης, από την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας. Καθώς αυξάνεται η εσωτερική αντίσταση, η απόδοση της μπαταρίας μειώνεται και αυξάνουν οι θερμικές απώλειές (η ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα).
  19. Ονομαστική τάση – Nominal Voltage (V): Μερικές φορές ονομάζεται και τάση αναφοράς της μπαταρίας, και θεωρείται η τάση υπό ιδανικές συνθήκες.
  20. Τάση διακοπής – Cut-off Voltage (V): Είναι η ελάχιστη επιτρεπόμενη τάση. Η τάση είναι που καθορίζει, γενικά, την «άδεια» μπαταρία.
  21. Χωρητικότητα – Capacity  (Ah για συγκεκριμένο C-rate): Αντιπροσωπεύει τα συνολικά Αμπερώρια (Ah) που είναι διαθέσιμα, όταν η μπαταρία αποφορτίζεται σε ένα συγκεκριμένο ρεύμα εκφόρτισης (καθορίζεται από το C-rate) από το 100% της κατάστασης φόρτισης μέχρι την τάση διακοπής. Η χωρητικότητα υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας το ρεύμα εκφόρτισης (σε Amps) επί τον χρόνο εκφόρτισης (σε ώρες) και μειώνεται με την αύξηση του C-rate.
  22. Ονομαστική χωρητικότητα –  Reserve Capacity Rating (RC): Αριθμός των λεπτών που μία νέα, πλήρως φορτισμένη μπαταρία, θα αποδώσει 25 ampere σε 26.7°C/ 80°F και θα διατηρήσει την τάση των ακροδεκτών ίση ή υψηλότερη από 1.75 volt ανά στοιχείο. Αυτή η ικανότητα χαρακτηρίζει τον χρόνο που η μπαταρία εξακολουθεί να τροφοδοτεί τον βασικό εξοπλισμό, εάν ο εναλλακτήρας ή η γεννήτρια του οχήματος δεν λειτουργεί.
  23. Ονομαστική ενέργεια –  Nominal Energy (Wh για συγκεκριμένο C-rate): Η ονομαστική ενέργεια ή «ενεργειακή χωρητικότητα» είναι οι συνολικές διαθέσιμες βατώρες (Wh), όταν η μπαταρία αποφορτίζεται σε ένα συγκεκριμένο ρεύμα εκφόρτισης (που καθορίζεται από το C-rate) από το 100% κατάστασης φόρτισης έως την τάση διακοπής. Η ενέργεια υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας την ισχύ εκφόρτισης (σε Watt) με τον χρόνο εκφόρτισης (σε ώρες). Όπως και η χωρητικότητα, η ενέργεια μειώνεται με την αύξηση του C-rate.
  24. Κύκλος – Cycle: Μία αποφόρτιση και μία φόρτιση σε μία μπαταρία αποτελούν έναν κύκλο.
  25. Διάρκεια κύκλου ζωής – Cycle Life (αριθμός για ένα συγκεκριμένο DoD): Ο αριθμός των κύκλων εκφόρτισης – φόρτισης που μπορεί να ολοκληρώσει η μπαταρία προτού αστοχήσει. Η διάρκεια ζωής του κύκλου υπολογίζεται για συγκεκριμένες συνθήκες φόρτισης και εκφόρτισης. Η πραγματική διάρκεια ζωής της μπαταρίας επηρεάζεται από τον ρυθμό και το βάθος των κύκλων και από άλλες συνθήκες, όπως η θερμοκρασία και η υγρασία. Όσο υψηλότερο είναι το DoD, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής του κύκλου.
  26. Ειδική ενέργεια – Specific Energy (Wh/kg): Η ονομαστική ενέργεια της μπαταρίας ανά μονάδα μάζας. Η ειδική ενέργεια είναι χαρακτηριστικό των υλικών από τα οποία κατασκευάζεται και της συσκευασίας της μπαταρίας. Μαζί με την κατανάλωση ενέργειας του οχήματος, αυτή καθορίζει το βάρος της μπαταρίας που απαιτείται για την επίτευξη μίας δεδομένης ηλεκτρικής αυτονομίας.
  27. Ειδική ισχύς – Specific Power (W/kg): Η μέγιστη διαθέσιμη ισχύς ανά μονάδα μάζας. Η ειδική ισχύς είναι χαρακτηριστικό των υλικών από τα οποία κατασκευάζεται μία μπαταρία και της συσκευασίας της. Καθορίζει το βάρος της μπαταρίας που απαιτείται για την επίτευξη ενός δεδομένου στόχου απόδοσης.
  28. Ενεργειακή πυκνότητα – Energy Density (Wh/L): Η ονομαστική ενέργεια της μπαταρίας ανά μονάδα όγκου, που μερικές φορές αναφέρεται και ως ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα (volumetric energy density). Η ενεργειακή πυκνότητα είναι χαρακτηριστικό των υλικών από τα οποία κατασκευάζεται μία μπαταρία και της συσκευασίας της. Μαζί με την κατανάλωση ενέργειας του οχήματος, καθορίζει το μέγεθος της μπαταρίας που απαιτείται για την επίτευξη μίας δεδομένης ηλεκτρικής αυτονομίας.
  29. Μέγιστο ρεύμα συνεχούς εκφόρτισης – Maximum Continuous Discharge Current: Το μέγιστο ρεύμα στο οποίο η μπαταρία μπορεί να αποφορτίζεται, συνεχώς. Αυτό το όριο ορίζεται, συνήθως, από τον κατασκευαστή της μπαταρίας, προκειμένου να αποφευχθούν υπερβολικοί ρυθμοί αποφόρτισης που θα μπορούσαν να βλάψουν την μπαταρία ή να μειώσουν τη χωρητικότητά της. Μαζί με τη μέγιστη συνεχή ισχύ του κινητήρα, καθορίζει την τελική ταχύτητα και την επιτάχυνση του οχήματος.
  30. Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης 30 δευτερολέπτων – Maximum 30-sec Discharge Pulse Current: Το μέγιστο ρεύμα στο οποίο μπορεί να αποφορτιστεί η μπαταρία για χρονικό διάστημα έως και 30 δευτερολέπτων. Μαζί με τη μέγιστη ισχύ του ηλεκτροκινητήρα, αυτό καθορίζει την επιτάχυνση του οχήματος.
  31. Τάση φόρτισης – Charge Voltage: Η τάση στην οποία φορτίζεται η μπαταρία.
  32. Ρεύμα φόρτισης – Charge Current: Το ιδανικό ρεύμα στο οποίο η μπαταρία φορτίζεται αρχικά (σε περίπου 70% SoC) υπό το σχήμα σταθερής φόρτισης πριν από τη μετάβαση σε φόρτιση σταθερής τάσης.
  33. Ικανότητα ψυχρής εκκίνησης – Cold Cranking Rating: Αριθμός των ampere που μπορεί να αποδώσει μία μπαταρία μολύβδου οξέος σε 0°F (-17.8°C) για 30 δευτερόλεπτα και να διατηρήσει τουλάχιστον 1.2 volt ανά στοιχείο.
  34. Κατάσταση φόρτισης – State of Charge (SoC): Η ποσότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που αποθηκεύεται σε μία μπαταρία σε δεδομένο χρόνο δίνεται σε ποσοστό % της ενέργειας κατά την πλήρη φόρτιση.

Η πραγματική διάρκεια ζωής της μπαταρίας επηρεάζεται από τον ρυθμό και το βάθος των κύκλων και από άλλες συνθήκες, όπως η θερμοκρασία και η υγρασία.

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
Εγγραφείτε στο newsletter

Για να λαμβάνετε τα τελευταία νέα, ενημερώσεις και ειδικές προσφορές απευθείας στο email σας.