Jedna z komponent moderní vozidla, který má vidět dramatické změny v posledních dvou desetiletích je automobilové baterie. V Clore, často říkáme, že baterie vozidla se za posledních 12 let změnila více než předchozí 60 let. S ohledem na to, mysleli jsme si, že je vhodný čas podívat se zpět na historii automobilové baterie a také na odborné posudky o tom, kam baterie směřují v příštím 20 let.

Starověký původ?

Někteří vědci se domnívají, že důkaz byl nalezen na podporu teorie, že baterie-jako zařízení byl použit již staří Parthové, kteří vládli oblast toho, co je nyní v Bagdádu 200 před naším LETOPOČTEM. Při kopání železničních tratí ve 30. letech v Bagdádu našli dělníci 13 cm dlouhé hliněné nádoby, které po podrobné prohlídce vypadaly jako baterie. Byly kompletní s kladnou svorkou (železná tyč) a zápornou svorkou (měděný válec) a předpokládá se, že jako elektrolyt byl použit roztok podobný octu, který umožňoval chemickou reakci nezbytnou pro provoz baterie. Ne všichni odborníci souhlasí s tím, že tato zařízení na hliněné hrnce byla ve skutečnosti bateriemi, ani neexistuje shoda na tom, k čemu by byla použita. To znamená, že moderní repliky prokázaly schopnost generovat mezi 0.8 v-2.0 V s každým hrncem. Baterie tedy mohly mít svůj start již před 2000+ lety.

Rychlý posun Vpřed na První Olověné Baterie

Zatímco tam byly malé kroky v baterie pokrok v časném 1700s, další významný moment ve vývoji baterie přišla s Alessandro Volta, který v roce 1800 udělal několik klíčových objevů, které podnítil pokrok ve vývoji baterií. Nejprve zjistil, že určité kapaliny generují nepřetržitý tok elektrické energie, když jsou použity jako vodič. Také zjistil, že různé kovy získávají a uvolňují elektrony různými rychlostmi (napěťový potenciál). Nakonec zjistil, že by mohl zvýšit celkové napětí tím, že stohuje své buňky na sebe.

Tyto a další objevy, pobídl další vynález, který vyvrcholil v designu první masové výroby baterie William Cruickshank v roce 1802. Cruickshank uspořádal zinkové a měděné desky v uzavřené dřevěné krabici a ponořil je do elektrolytu solanky. Jeho a další baterie se v následujících letech vyvíjely, ale všichni sdíleli společné dilema: všechny byly baterie na jedno použití, nelze je dobít.

V roce 1859 francouzský fyzik jménem Gaston Jen vyřešil jedno použití dilema tím, že rozvíjí první olověné baterie, obecně stejný koncept použít pro většinu dnešních vozidel startovací baterie. Plantého konstrukce využívala anodu (zápornou elektrodu) z olova a katodu (kladnou elektrodu) z oxidu olovnatého. Jeho byla první baterií, která používala jeden elektrolyt pro obě elektrody. Jeho velkým průlomem však byla skutečnost, že jeho konstrukce umožnila dobíjení baterie obrácením přirozené chemické reakce. Zatímco jeho design měl některé nedostatky, jako je jeho krátké trvání dodávky energie, znamenal významný krok ve vývoji baterií a je jasným předchůdcem dnešních automobilových baterií. V roce 1881, Camille Alphonse Faure, francouzský chemický inženýr, zlepšil Jen je koncept vytvoření lepší struktury pro baterie. Na rozdíl od Plantého spirálového designu vyvinul Faure mřížku olova, do které byla vtlačena pasta z oxidu olovnatého a vytvořila desku. Tato konstrukce umožnila kombinovat více desek pro velký energetický potenciál a byla mnohem snazší hromadná výroba.

nedílnou Součástí Konstrukce Vozidla

Přestože bylo dosaženo významného pokroku v designu baterií, ze jsme tam Jen původní návrhy v roce 1859 na přelomu století, olověné akumulátory nebyly využity v rané systémy vozidla. Bylo to proto, že většina z těchto vozidel neměla během provozu žádnou elektrickou poptávku a začala používat nějakou formu mechanického procesu, jako je klikový systém. V důsledku toho neexistovala naléhavá potřeba schopnosti ukládat elektrickou kapacitu v těchto vozidlech.

elektrický startér byl vývoj, který změnil krajinu a jel potřebu uložené elektrické kapacity ve vozidle. Prvním vozidlem vybaveným elektrickým startérem v USA byl Cadillac z roku 1912. Samostartér byl vyvinut Henrym m. Leland a Charles Kettering v Cadillac, později koupil General Motors. Leland tlačil Kettering navrhnout alternativní kliky začíná systémů po další Cadillac inženýr byl zasažen do hlavy a zabit startování klikou, když jeho motor selhal.

V střední-dospívající, tam bylo mnoho, počínaje mechanismů automobily, ale do roku 1920, většina nových vozidel, které byly vybaveny elektrickými startéry. Tato změna rychle zvýšila potřebu spolehlivého napájení v architektuře vozidla, díky čemuž je olověná baterie nezbytnou součástí automobilového průmyslu. V roce 1918 byla společnost Hudson Motor Car Company první, která využila standardní velikost baterie podle specifikací BCI (Battery Council International). Velikost skupiny baterií BCI se dodnes používá (skupina 24, skupina 27 atd.).

Během tohoto období a do roku 1950, spuštění vozidla, baterie a elektrické systémy byly 6V systémy. Velký posun nastal v roce 1950, protože větší automobily a větší motory vyžadovaly větší výkon poskytovaný 12V bateriemi a systémy. Navrhujeme, že se jednalo o poslední významnou změnu designu systému baterií/vozidel před koncem 20. století.

to znamená, že během tohoto období došlo k pokroku. Hlavním krokem pro pohodlí majitele vozidla bylo zavedení baterie Delco-Remy Freedom v roce 1971, první bezúdržbové olověné baterie používané v automobilovém průmyslu. 1970 také viděl vznik VRLA AGM baterií, ačkoli tyto byly do značné míry omezeny na speciální aplikace až do posledních let.

Moderní Éry – AGM Baterie

Jak lze vidět na paralelní vývoj technologie baterií a vozidla, design, vývoj v jedné často řídit třeba pro možnost změnit v jiné. Moderní doba se neliší. Jako vozidlo elektrické poptávky se zvýšilo v roce 1990 a 2000s, poháněné obě nárůst v kabině vymoženosti a stále rostoucí elektrického systému, bylo jasné, že tradiční olověné baterie dosáhl svého limitu, pokud jde o setkání systém potřebuje. To vedlo k potřebě nových staveb a nových chemikálií.

Jeden hlavní reakci na měnící se energetické potřeby dnešních vozidel bylo přijetí AGM baterie. AGM (Vstřebává Glass Mat) baterie začal být používán ve vojenských aplikacích v polovině-1980. Tyto Ventilem Regulované, Olovo-Kyselina (VRLA) baterie přináší mnoho výhod, aby vozidlo, systém, design. Za prvé, obvykle mají mnohem nižší vnitřní odpor než tradiční zaplavené baterie, což znamená, že se v typickém cyklu nabíjení/vybíjení zahřívají méně, což zlepšuje životnost. Kromě toho mohou být baterie AGM více vybité než tradiční zaplavené baterie. To je zásadní výhoda, protože zvýšené elektrické nároky moderních vozidel znamenají, že baterie musí splňovat špičkové zatížení při maximálním výkonu alternátoru. A konečně, baterie AGM jsou díky své konstrukci odolnější vůči vibracím než tradiční zaplavené baterie a protože jsou utěsněny a bez rozlití, mohou být skladovány a provozovány v jakékoli orientaci.

hlavní systémy evolution, která je hnací silou popularita AGM baterie je přijetí Start-Stop systému motoru, které vypnout motor, když vozidlo úplně nezastaví a okamžitě začne ji zpět nahoru, když se noha řidiče je převzat z brzdy. Tyto systémy, které umožňují výrobcům zlepšit palivovou účinnost, jsou obvykle nasazovány pomocí jedné nebo více baterií AGM. Baterie nalezené v takových systémech mohou být standardní AGM baterie, speciální Start-Stop AGM baterie nebo jejich kombinace. Očekává se, že do těchto systémů budou v nadcházejících modelových letech začleněny další typy baterií, ale v současné době jsou dominantní konstrukcí používané baterie AGM.

Lithium, Hybridy a Elektromobily

Několik OE výrobci začali začlenit Lithiové baterie do tradičních vzorů, jako startovací baterie (Porsche je dobrý příklad), stejně jako komponenty v rámci Start-Stop systémy. Lithiové baterie chemie jsou velmi energeticky hustá, dodávat velké množství energie (buď startovací výkon nebo rezervní výkon) v malém, lehkém balení. Dominantní počáteční lithiovou chemií baterie je LiFePO4 (fosforečnan lithný). Tato chemie poskytuje vysokou hustotu výkonu bez těkavosti jiných lithiových chemií, což z ní činí vhodnou náhradní baterii pro mnoho aplikací nebo vozidel, kde jsou instalovány olověné baterie.

rozvoj hybridů, plug-in hybridy a Elektromobily vytvořil poptávku po mnohem větší baterii, ale váha olověných řešení vyrobené je nepraktické pro tyto aplikace. Pro splnění výzvy power/weight používali rané hybridy k vyřešení tohoto problému převážně NiMH (nikl-metal hydridové) baterie. Jako příklad, 2010 Toyota Prius začlenil 1,31 kWh NiMH akumulátor.

stejně potřebují zvýšit sílu bez přidání hmotnosti, který řídil přechod od olověných NiMH také způsobila přechod z NiMH na Li-ion akumulátory. Navíc, Li-ion baterie může být více hluboce vybité, než NiMH baterie, což znamená, že více z baterie může být použita při každém vybití cyklus – v tradiční výrazy, to je jako být schopen řídit svůj plyn-poháněl auto, až dosáhne ¼ tank vs. ½ nádrže, než potřebuje, aby náplň. Použití Prius jako příklad, 2016 Prius používá 207V, .75 kWh Li-ion baterie váží pouhých 54 liber. vs starý 202V, 1.31 kWh NiMH akumulátor vážící 89 liber.

Plug-in Hybridy a elektromobily (EVs) zvýšení výkonu požadavek exponenciálně, takže Li-ion chemie volbou pro současné modely. Ale se zvýšeným výkonem dodávaným těmito bateriemi přichází přiměřené zvýšení hmotnosti, a to i u konstrukcí Li-ion. Li-ion baterie 4.4 kWh v modelech Prius Plug-in před rokem 2016 vážila 180 liber, EV exponenciálně potřebují větší kapacitu baterie, s níž přichází další váha. Nissan Leaf 24 kWh Li-ion baterie váží 480 lbs (s řídicím modulem), zatímco 85 kWh Li-ion baterie nalezené v Tesla Model S přichází na přibližně 1200 lbs.

To je rozumné očekávat, že Li-ion baterie bude brzy dosáhne svého limitu, pokud jde o dodávku elektrické energie v přiměřené hmotnosti. Mnoho nových baterií chemie, stejně jako konkurenční technologie, jako jsou vodíkové palivové články, soupeří, aby se stal dalším preferovaným zdrojem energie pro elektromobily. Jak jsme viděli za posledních 15 let, měnící se systémové potřeby a neustálá snaha o zlepšení výkonu vytvářejí příležitosti pro nové technologie. Protože se změna sazeb zvyšuje, může nás v roce 2030 překvapit, co pohání osobní vozidla.