Um dos componentes do veículo moderno, que tem visto uma mudança dramática nas últimas duas décadas é a bateria automotiva. Na Clore, muitas vezes dizemos que a bateria do veículo mudou mais nos últimos 12 anos do que os 60 anos anteriores. Com isso em mente, pensamos que este era um bom momento para olhar para trás para a história da bateria automotiva, bem como molde sobre para opiniões especializadas sobre para onde as baterias estão indo nos próximos 20 anos.origens antigas?
Alguns cientistas acreditam que a evidência foi encontrada suportam a teoria de que a bateria-como o dispositivo foi usado pelos antigos Partos, que governou a área que é agora Bagdá em 200 AC. Enquanto cavavam linhas ferroviárias na década de 1930 em Bagdá, os trabalhadores encontraram frascos de argila de 13cm de comprimento que, após uma inspeção detalhada, pareciam assemelhar-se a baterias. Eles foram completos com um terminal positivo (uma haste de ferro) e um terminal negativo (um cilindro de cobre) e acredita-se que uma solução de vinagre foi usado como o eletrólito que permitiu a reação química necessária para o funcionamento da bateria. Nem todos os peritos concordam que estes dispositivos de argila eram, de facto, baterias, nem existe consenso sobre para que teriam sido utilizados. Dito isto, réplicas modernas têm mostrado a capacidade de gerar entre 0.8 V-2.0 V com cada pote. Então, as baterias podem ter tido o seu início há mais de 2000 anos.
Avançar para a Primeira Bateria de Ácido-Chumbo
Enquanto não foram pequenos passos tomados na bateria progresso no início de 1700, o próximo grande momento na evolução da bateria veio com Alessandro Volta, que, em 1800, fez várias descobertas mais importantes que impulsionaram o progresso da bateria de desenvolvimento. Primeiro, ele identificou que certos líquidos geravam um fluxo contínuo de energia elétrica quando usados como condutores. Ele também descobriu que diferentes metais adquirem e liberam elétrons em diferentes taxas (potencial de tensão). Finalmente, ele descobriu que poderia aumentar a voltagem total empilhando suas células umas em cima das outras.estas e outras descobertas estimularam a invenção, culminando no projeto da primeira bateria de produção em massa por William Cruickshank em 1802. Placas de zinco e cobre dispostas em Cruickshank numa caixa de madeira selada e imersas num electrólito de salmoura. Suas e outras baterias evoluíram ao longo dos anos seguintes, mas todos eles compartilharam um dilema comum: eram todas baterias de uso único, incapazes de serem recarregadas.
Em 1859, um físico francês chamado Gaston Planté resolvidos de uso único dilema, desenvolvendo a primeira bateria de chumbo-ácido, geralmente o mesmo conceito utilizado para hoje a maioria dos veículos de partida baterias. O projeto de Planté utilizou um ânodo (eletrodo negativo) feito de chumbo e um cátodo (eletrodo positivo) feito de dióxido de chumbo. Ele foi a primeira bateria a usar um único eletrólito para ambos os eletrodos. Mas seu grande avanço foi o fato de que seu projeto permitiu que a bateria fosse recarregada invertendo a reação química natural. Enquanto seu projeto tinha algumas deficiências, como sua curta duração de fornecimento de energia, ele marcou um grande passo na evolução da bateria e é o precursor claro para as baterias automotivas de hoje. Em 1881, Camille Alphonse Faure, um engenheiro químico francês, melhorou o conceito de Planté, criando uma melhor estrutura para a bateria. Ao contrário do projeto espiral de Planté, Faure desenvolveu uma rede de chumbo na qual uma pasta de óxido de chumbo foi prensada, formando uma placa. Este projeto permitiu que múltiplas placas fossem combinadas para grande potencial de potência e era muito mais fácil de produzir em massa.um componente essencial no projeto do veículo, embora tenha sido feito um progresso significativo no projeto da bateria desde os projetos originais de Planté em 1859 até a virada do século, as baterias de chumbo-ácido não foram utilizadas nos primeiros sistemas do veículo. Isso foi porque a maioria desses veículos não tinha demanda elétrica durante a operação e foram iniciados usando alguma forma de processo mecânico, como um sistema de manivela. Como resultado, não havia necessidade premente para a capacidade de armazenar a capacidade elétrica nesses veículos.
o motor de arranque elétrico foi o desenvolvimento que mudou a paisagem e levou a necessidade de armazenamento de capacidade elétrica no veículo. O primeiro veículo equipado com um motor de arranque elétrico nos EUA foi o Cadillac de 1912. O auto-arranque foi desenvolvido por Henry M. Leland and Charles Kettering at Cadillac, later purchased by General Motors. Leland empurrou Kettering para projetar uma alternativa para os sistemas de partida de manivela depois que outro engenheiro Cadillac foi atingido na cabeça e morto por uma manivela de partida quando seu motor saiu pela culatra.
em meados da adolescência, havia muitos mecanismos de partida empregados pelos automóveis, mas, em 1920, a maioria dos veículos novos foram equipados com Iniciantes elétricos. Esta mudança rapidamente aumentou a necessidade de uma fonte de alimentação confiável dentro da arquitetura do veículo, tornando a bateria de chumbo-ácido um componente essencial da indústria automotiva. Em 1918, a Hudson Motor Car Company foi a primeira a utilizar um tamanho padrão de bateria de acordo com as especificações da BCI (Battery Council International). Os tamanhos do grupo de baterias BCI ainda são usados hoje (Grupo 24, grupo 27, etc.).
durante este período E na década de 1950, as baterias de arranque de veículos e os sistemas eléctricos eram sistemas 6V. Uma grande mudança ocorreu na década de 1950, pois carros maiores e motores maiores necessitavam da maior potência fornecida por baterias e sistemas de 12V. Gostaríamos de sugerir que esta foi a última grande mudança para o projeto de Sistema de bateria/veículo antes do final do século 20.dito isto, houve avanços durante este período. Um grande passo para a conveniência do proprietário do veículo foi a introdução, em 1971, Da Bateria Delco-Remy Freedom, a primeira bateria de ácido de chumbo sem manutenção usada em uma aplicação automotiva. A década de 1970 também viu o surgimento de baterias VRLA AGM, embora estas foram em grande parte confinadas a aplicações especiais até os últimos anos.as baterias Era-AGM modernas como pode ser visto pela evolução paralela da tecnologia da bateria e do design do veículo, os desenvolvimentos em um muitas vezes impulsionam a necessidade de oportunidade de mudança no outro. A era moderna não é diferente. À medida que a procura eléctrica dos veículos aumentou nos anos 90 e 2000, impulsionada tanto por um aumento das conveniências na cabina como por um sistema eléctrico em constante crescimento, ficou claro que a bateria de ácido de chumbo tradicional estava a atingir o seu limite em termos de satisfazer as necessidades do sistema. Isso levou à necessidade de novas construções e novos químicos.
Uma grande resposta à evolução das necessidades de energia dos veículos de hoje tem sido a adoção de as baterias de AGM. As baterias AGM (Mat De Vidro absorvido) começaram a ser usadas em aplicações militares em meados da década de 1980. estas baterias de ácido de chumbo regulado por válvulas (VRLA) trazem muitos benefícios para o projeto do sistema de veículos. Em primeiro lugar, eles tipicamente têm uma resistência interna muito menor do que as baterias tradicionais inundadas, o que significa que eles vão aquecer menos no ciclo típico de carga/descarga, o que melhora a longevidade. Além disso, as baterias AGM podem ser descarregadas mais profundamente do que as baterias tradicionais inundadas. Este é um benefício crítico, uma vez que o aumento das exigências elétricas dos veículos modernos significa que a bateria deve atender às cargas de pico quando a saída do alternador está esgotada. Finalmente, as baterias AGM, devido à sua construção, são mais resistentes a vibrações do que as baterias inundadas tradicionais e, por serem seladas e isentas de derrames, podem ser armazenadas e operadas em qualquer orientação.
uma grande evolução dos sistemas que está impulsionando a popularidade das baterias AGM é a adoção de sistemas de Motor Start-Stop, que desligam o motor quando o veículo chega a uma parada completa e imediatamente o inicia de novo quando o pé do condutor é retirado do freio. Estes sistemas, que permitem aos fabricantes melhorar a eficiência do combustível, são normalmente implantados utilizando uma ou mais baterias AGM. As baterias encontradas em tais sistemas podem ser baterias AGM padrão, baterias AGM especiais Start-Stop ou uma combinação dos dois. Espera-se que outros tipos de baterias sejam incorporados nesses sistemas nos próximos anos-modelo, mas atualmente, as baterias AGM são a construção dominante que está sendo utilizada.
lítio, híbridos e EVs
Vários OE fabricantes começaram a incorporar baterias de Lítio em desenhos tradicionais, como ponto de partida as baterias (Porsche é um bom exemplo), bem como componentes de sistemas de arranque-Paragem. Os químicos da bateria de lítio são muito densos em energia, fornecem altas quantidades de energia (tanto potência inicial quanto de reserva) em um pequeno pacote leve. A bateria de início dominante química de lítio é o LiFePO4 (Fosfato De Ferro De Lítio). Esta química fornece uma alta densidade de energia sem a volatilidade de outros químicos de lítio, tornando – se uma bateria de substituição adequada para muitas aplicações ou veículos onde baterias de chumbo-ácido são instalados.
O desenvolvimento de híbridos, híbridos plug-in e EVs criou uma demanda muito maior de energia da bateria, mas o peso de chumbo-ácido soluções fez impraticável para estas aplicações. Para enfrentar o desafio power / weight, os primeiros híbridos usaram predominantemente baterias NiMH (níquel-hidreto metálico) para resolver este problema. Como exemplo, a Toyota Prius 2010 incorporou um pacote de bateria NiMH de 1,31 kWh.
a mesma necessidade de aumentar a potência sem adição de peso que levou a mudança do ácido de chumbo para NiMH também causou uma mudança de baterias NiMH para Li-iões. Além disso, as baterias Li-ion podem ser descarregadas mais profundamente do que as baterias NiMH, o que significa que mais da bateria pode ser usada durante cada ciclo de descarga – em termos tradicionais, isto é como ser capaz de conduzir o seu carro movido a gás até atingir ¼ tanque vs. ½ tanque antes de precisar de recarregar. Usando o Prius como exemplo, o Prius 2016 usa um 207V,.75 kWh de bateria Li-ion, pesando apenas 54 lbs. vs O velho 202V, 1,31 kWh embalagem de bateria NiMH pesando 89 lbs.
Plug-in híbridos e veículos elétricos (EVs) aumentam exponencialmente a necessidade de energia, tornando Li-ion a química de escolha para modelos atuais. Mas, com o aumento da potência fornecida por estes pacotes de bateria vem um aumento proporcional de peso, mesmo com construções Li-ion. O pacote de 4,4 kWh de bateria Li-ion em modelos Prius Plug-in Pré-2016 pesava 180 lbs, EVs precisa exponencialmente de mais capacidade de bateria, com o que vem peso adicional. O Nissan Leaf 24 kWh Li-ion battery pack pesa 480 lbs (com módulo de controle), enquanto o 85 kWh Li-ion battery pack encontrado no Tesla Model S vem em aproximadamente 1200 lbs.
é razoável esperar que as baterias Li-ion em breve atingirão o seu limite em termos de fornecimento de energia dentro de uma gama de peso razoável. Muitos novos químicos de baterias, bem como tecnologias concorrentes, como células de combustível de hidrogênio, estão tentando se tornar a próxima fonte de energia preferida para veículos elétricos. Como vimos nos últimos 15 anos, a mudança das necessidades do sistema e o constante impulso para um melhor desempenho criam oportunidades para novas tecnologias. Porque a mudança de taxa está aumentando, pode nos surpreender em 2030 para ver o que está alimentando veículos de passageiros.