A modern jármű egyik alkotóeleme, amely drámai változást látott az elmúlt két évtizedben, az autóipari akkumulátor. A Clore-nál gyakran azt mondjuk, hogy a jármű akkumulátora az elmúlt 12 évben többet változott, mint az előző 60 években. Ezt szem előtt tartva, úgy gondoltuk, hogy ez egy jó ideje, hogy nézd vissza a történelem, az autó akkumulátor, valamint öntött mintegy szakértői vélemények, ahol akkumulátorok élén a következő 20 évek.
ősi eredet?
egyes tudósok úgy vélik, hogy bizonyítékokat találtak annak az elméletnek a alátámasztására, hogy egy akkumulátorszerű eszközt használtak az ősi Parthiaiak, akik a mai Bagdad területét uralták IE 200-ban. Az 1930-as évek bagdadi vasútvonalainak ásása közben a munkások 13 cm hosszú agyagedényeket találtak, amelyek részletes ellenőrzés után úgy tűnt, hogy hasonlítanak az elemekre. Ezek egy pozitív terminállal (vasrúddal) és egy negatív terminállal (rézhenger) voltak kiegészítve, és úgy gondolják, hogy ecetszerű oldatot használtak az elektrolitként, amely lehetővé tette az akkumulátor működéséhez szükséges kémiai reakciót. Nem minden szakértő egyetért abban, hogy ezek az agyagedények valójában akkumulátorok voltak, és nincs egyetértés abban, hogy mire használták volna őket. Ennek ellenére a modern replikák megmutatták, hogy képesek 0,8 V-2,0 V-ot generálni minden edényhez. Tehát az akkumulátorok akár 2000+ évvel ezelőtt is elindulhattak.
Gyors Előre, hogy az Első Ólom-Sav Akkumulátor
míg az 1700-as évek elején kis lépések történtek az akkumulátor fejlődésében, az akkumulátor fejlődésének következő nagy pillanata Alessandro Volta-val jött, aki 1800-ban számos kulcsfontosságú felfedezést tett, amelyek ösztönözték az akkumulátor fejlesztését. Először is megállapította, hogy bizonyos folyadékok folyamatos elektromos áramot generálnak, ha vezetőként használják. Arra is rájött, hogy a különböző fémek eltérő sebességgel (feszültségpotenciál) szereznek és bocsátanak ki elektronokat. Végül felfedezte, hogy növelheti a teljes feszültséget azáltal, hogy celláit egymásra rakja.
ezek és más felfedezések további találmányt ösztönöztek, amelynek csúcspontja William Cruickshank első tömeggyártású akkumulátorának 1802-es tervezése volt. A Cruickshank cink-és rézlemezeket rendezett egy lezárt fadobozba, majd egy sós lében lévő elektrolitba merítette őket. Az ő és más akkumulátorok az ezt követő években fejlődtek ki, de közös dilemmájuk volt: mind egyszer használatos akkumulátorok voltak, nem tudták újratölteni őket.
1859-ben egy Gaston Planté nevű francia fizikus megoldotta az egyszer használatos dilemmát az első ólom-sav akkumulátor kifejlesztésével, általában ugyanazt a koncepciót használják a mai jármű indítóelemeinek nagy részében. Planté terve egy ólomból készült anódot (negatív elektródot) és egy ólom-dioxidból készült katódot (pozitív elektródot) használt. Ő volt az első akkumulátor, amely egyetlen elektrolitot használt mindkét elektródhoz. De nagy áttörése az volt, hogy kialakítása lehetővé tette az akkumulátor újratöltését a természetes kémiai reakció megfordításával. Míg a design volt néhány hiányosság, mint például a rövid teljesítmény szállítási időtartam, ez jelentős lépést jelentett az akkumulátor fejlődése, és egyértelmű előfutára a mai autóipari akkumulátorok. 1881-ben Camille Alphonse Faure, egy francia vegyészmérnök továbbfejlesztette Planté koncepcióját azáltal, hogy jobb szerkezetet hozott létre az akkumulátor számára. A Planté spirális kialakításával ellentétben a Faure egy ólomrács rácsot fejlesztett ki, amelybe ólom-oxid pasztát nyomtak, amely egy lemezt képez. Ez a kialakítás lehetővé tette több lemez kombinálását a nagy energiapotenciál érdekében, és sokkal könnyebb volt a tömegtermelés.
Egy Alapvető eleme, a Jármű Tervezési
Bár jelentős előrelépés történt az akkumulátor design Planté eredeti tervei 1859-ben, hogy a századfordulón, ólom-savas akkumulátorok nem használt kora jármű rendszerek. Ennek oka az volt, hogy a legtöbb járműnek üzem közben nem volt elektromos igénye, és valamilyen mechanikai eljárással, például forgattyús rendszerrel kezdték el használni. Ennek eredményeként nem volt sürgető szükség az elektromos kapacitás tárolásának képességére ezekben a járművekben.
az elektromos indító volt a fejlesztés, amely megváltoztatta a tájat, és hajtott a szükségességét tárolt elektromos kapacitás a járműben. Az első elektromos indítóval felszerelt jármű az Egyesült Államokban az 1912 Cadillac volt. Az önindítót Henry M. fejlesztette ki. Leland és Charles Kettering a Cadillacnél, később a General Motors vásárolta meg. Leland tolta Kettering, hogy tervezzen egy alternatív hajtókar indító rendszerek után egy másik Cadillac mérnök elütötte a fejét, és megölte egy indító hajtókar, amikor a motor visszafelé sült el.
a közép-tizenéves, volt sok kezdő mechanizmusok által alkalmazott autók, de, 1920-ra, a legtöbb új járművek voltak felszerelve elektromos indítók. Ez a változás gyorsan megnövelte a megbízható tápegység szükségességét a járműszerkezeten belül, így az ólom-sav akkumulátor az autóipar alapvető alkotóelemévé vált. 1918-ban a Hudson Motor Car Company volt az első, aki szabványos akkumulátorméretet használt a BCI (Battery Council International) specifikációi szerint. A BCI akkumulátorcsoportméreteket ma is használják (24. csoport, 27. csoport stb.).
ebben az időszakban és az 1950-es években a jármű indítóakkumulátorai és elektromos rendszerei 6V rendszerek voltak. Az 1950-es években jelentős elmozdulás történt, mivel a nagyobb autók és a nagyobb motorok szükségessé tették a 12V-os akkumulátorok és rendszerek által biztosított nagyobb teljesítményt. Azt javasoljuk, hogy ez volt az utolsó jelentős változás az akkumulátor / jármű rendszer kialakítása előtt a 20. század végén.
hogy az említett, voltak fejlesztések ebben az időszakban. A jármű tulajdonosának kényelme szempontjából fontos lépés volt a Delco-Remy Freedom akkumulátor 1971-es bevezetése, az első karbantartásmentes ólomsav akkumulátor, amelyet egy autóipari alkalmazásban használtak. Az 1970-es években a VRLA AGM akkumulátorok is megjelentek, bár ezek az utóbbi években nagyrészt a speciális alkalmazásokra korlátozódtak.
A Modern Korban – AGM Akkumulátorok
Mint látható, a párhuzamos evolúció akkumulátor technológia, illetve a jármű tervezési folyamatok gyakran vezetni, hogy szükség van arra, hogy módosítsa a másik. A modern korszak nem különbözik egymástól. Mivel az 1990-es és 2000-es években nőtt a jármű elektromos igénye, amelyet mind a kabin kényelmének növekedése, mind az egyre növekvő elektromos rendszer vezetett, egyértelmű volt, hogy a hagyományos ólomsav akkumulátor elérte a határértéket a rendszer igényeinek kielégítése szempontjából. Ez késztette az új építmények és új vegyszerek szükségességét.
a mai járművek változó energiaigényére adott egyik fő válasz az AGM akkumulátorok elfogadása volt. Az 1980-as évek közepén kezdték használni az AGM (abszorbeált Üvegszőnyeg) elemeket katonai alkalmazásokban. ezek a Szelepvezérelt Ólomsav (VRLA) akkumulátorok számos előnnyel járnak a járműrendszer kialakításában. Először is, általában sokkal alacsonyabb belső ellenállással rendelkeznek, mint a hagyományos elárasztott akkumulátorok, ami azt jelenti, hogy kevésbé melegszik fel a tipikus töltési/kisütési ciklusban, ami javítja a hosszú élettartamot. Ezenkívül az AGM akkumulátorok mélyebben lemerülhetnek, mint a hagyományos elárasztott akkumulátorok. Ez kritikus előny, mivel a modern járművek megnövekedett elektromos igényei azt jelentik, hogy az akkumulátornak meg kell felelnie a csúcsterhelésnek, amikor a generátor kimenete lemerül. Végül, az AGM akkumulátorok szerkezetük miatt jobban ellenállnak a rezgésnek, mint a hagyományos elöntött akkumulátorok, és mivel tömítettek és kiömlésmentesek, bármilyen irányban tárolhatók és működtethetők.
az AGM akkumulátorok népszerűségét meghatározó rendszerfejlesztés a Start-Stop motorrendszerek bevezetése, amelyek leállítják a motort, amikor a jármű teljesen leáll, és azonnal elindítják, amikor a vezető lábát leveszik a fékről. Ezeket a rendszereket, amelyek lehetővé teszik a gyártók számára az üzemanyag-hatékonyság javítását, általában egy vagy több AGM akkumulátor használatával telepítik. Az ilyen rendszerekben található elemek lehetnek szabványos AGM akkumulátorok, speciális Start-Stop AGM akkumulátorok vagy a kettő kombinációja. Az elkövetkező modellévekben várhatóan más típusú akkumulátorokat is beépítenek ezekbe a rendszerekbe, de jelenleg az AGM akkumulátorok használják a domináns konstrukciót.
lítium, hibridek és EVs
Több OE gyártó elkezdte beépíteni a lítium elemeket a hagyományos kialakításokba, mint kiindulási elemeket (a Porsche jó példa), valamint alkatrészeket a Start-Stop rendszerekben. A lítium akkumulátor nagyon energia sűrű, nagy mennyiségű energiát (akár indítási energiát, akár tartalék energiát) szállít egy kis, könnyű csomagban. A lítium-kémia domináns indítóeleme a LiFePO4 (lítium-vas-foszfát). Ez a kémia nagy teljesítménysűrűséget biztosít más lítium kémiák volatilitása nélkül, így megfelelő csereakkumulátor sok alkalmazáshoz vagy járműhöz, ahol ólom-sav akkumulátorokat telepítenek.
hibridek, plug-in hibridek és EVs kifejlesztése sokkal nagyobb akkumulátor-energiát igényelt, de az ólom-sav megoldások súlya miatt ezek az alkalmazások nem voltak praktikusak. A teljesítmény/súly kihívásnak való megfelelés érdekében a korai hibridek túlnyomórészt NiMH (nikkel-fém-hidrid) elemeket használtak a probléma megoldására. Például a 2010-es Toyota Prius beépített egy 1, 31 kWh NiMH akkumulátort.
ugyanaz kell, hogy növelje a hatalom, anélkül, hogy plusz súly, ez vezetett a váltás ólom-sav, hogy NiMH is okozott egy műszak a NiMH Li-ion akkumulátor csomag. Ezenkívül a Li-ion akkumulátorok mélyebben lemerülhetnek, mint a NiMH akkumulátorok, ami azt jelenti, hogy az akkumulátor nagyobb része használható minden kisülési ciklus során – hagyományos értelemben ez olyan, mintha képes lenne vezetni a gázüzemű autót, amíg el nem éri ¼ tartály vs. ½ tartály, mielőtt újratöltésre lenne szüksége. A Prius példaként, a 2016 Prius használ 207V,.75 kWh Li-ion akkumulátor csomag súlya mindössze 54 lbs. vs a régi 202v, 1.31 kWh NiMH akkumulátor súlya 89 lbs.
Plug-in hibridek és elektromos járművek (EVs) exponenciálisan növelik a teljesítményigényt, így a Li-ion a jelenlegi modellek választott kémiája. De ezeknek az akkumulátoroknak a megnövekedett teljesítménye arányos súlynövekedést eredményez, még a Li-ion szerkezeteknél is. A 4,4 kWh-os Li-ion akkumulátorcsomag a Prius 2016 előtti Plug-in modellekben 180 font súlyú volt, az EVs exponenciálisan nagyobb akkumulátorkapacitást igényel, amellyel további súlyt kap. A Nissan Leaf 24 kWh Li-ion akkumulátor súlya 480 lbs (vezérlőmodullal), míg a Tesla Model S-ben található 85 kWh Li-ion akkumulátor körülbelül 1200 lbs-en érkezik.
ésszerű elvárni, hogy a Li-ion akkumulátorok hamarosan elérjék a határértéket az energiaellátás szempontjából ésszerű súlytartományban. Számos új akkumulátorkémia, valamint a versengő technológiák, mint például a hidrogén üzemanyagcellák, versengenek, hogy az elektromos járművek következő előnyben részesített áramforrásává váljanak. Amint azt az elmúlt 15 évben láttuk, a rendszerszükséglet megváltoztatása, valamint a jobb teljesítményre való törekvés új lehetőségeket teremt az új technológiák számára. Mivel az árfolyamváltozás növekszik, 2030-ban meglephet minket, hogy megnézzük, mi hajtja a személygépkocsikat.