Таблица веса аккумуляторов в зависимости от мощности
Автомобилисты, которые успели поменять в своей легковушке аккумулятор, могут подтвердить, что этот источник питания весит достаточно много. В компактной конструкции умещается солидная масса, так как внутри установлено много металлических элементов. У современных автомобильных источников питания при увеличении габаритов и веса растет ёмкость.
От чего зависит вес АКБ
Работа автомобильной батареи построена на преобразовании химической реакции в электрическую. На это настроена конструкция, которая практически не претерпела принципиальных изменений за последние 8–9 десятилетий. В большинстве машин установлены кислотные АКБ. Вес такого автомобильного аккумулятора формируется из встроенных свинцовых пластин, выполняющих роль электродов, и от залитого кислотного раствора, взаимодействующего с пластинами.
Легковой автомобиль во время старта двигателя нуждается в большом количестве энергии. Она требуется для проворота коленчатого вала стартером, после чего будут запускаться основные процессы в ДВС. Также от АКБ питаются подключенные в бортовую сеть электроприборы, включая основной компьютер. В такой ситуации помогают поставляемые на отечественный рынок стартерные аккумуляторы, которые отличить можно по маркировке «СТ».
Габариты источника питания напрямую зависят от его мощности. Чем больше способен он выдавать пускового тока и иметь электрическую ёмкость, тем больше требуется количество электродов, увеличивающих как внешние габариты корпуса, так и финальный вес.
В автомобильных магазинах представлены три варианта батарей, в зависимости от габаритов и расположению выводов клемм:
- европейские;
- американские;
- азиатские.
Определить батарею из Европы или отечественного производства можно по утопленным в верхней крышке выходным контактам. Характерной чертой продукции азиатского автопрома являются выступающие вверху клеммы. Североамериканские производители, как правило, располагают выходы сбоку и наделяют их внутренней резьбой.
Вес любого аккумулятора не является решающим параметром при выборе источника питания для автомобиля.
Тяжесть ИП окажется актуальна лишь при замене его на новый, так как придётся перед извлечением откреплять пластиковый корпус от базового положения, а на высвободившееся место ставить новый электроприбор. На большинстве продукции вес указан на корпусе. Для этого используется информационная наклейка или штамп.
Чаще всего в указанной массе не учитывается электролит, потому что принято информировать о весе «сухого» АКБ. Для получения полной картины потребуется добавить примерно 20% к указанным данным.
Из чего складывается вес аккумулятора
Ёмкость аккумулятора коррелирует с его массой. Проследить эту зависимость можно, сравнив вес различных аккумуляторов по таблице. У большинства производителей источник питания на 55Aч будет достигать 13–16 кг. Это одна из самых востребованных моделей, которая встречается под капотами 65–70% авто на планете.
Конструкция представляет собой пластиковую оболочку, внутри которой располагаются жидкость (электролит) в виде кислотного раствора, а также пластинки из диоксида свинца. Моноблок оболочки служит герметичной ёмкостью. В аккумуляторах на 12 Вольт внутреннее пространство поделено на 6 банок, составляющих батарею. Они разделены сепараторами, которые предохраняют от столкновения и не допускают короткого замыкания.
Решетчатые электроды из свинцовых пластин дают основную массу изделию. После окончания срока эксплуатации АКБ принято сдавать на утилизацию, так как металлические электроды можно будет использовать повторно. Электролит при этом будет удалён из корпуса специалистами, соблюдающими меры предосторожности.
Вес аккумуляторов в зависимости от их мощности
Есть специальные таблицы, по которым можно самостоятельно рассчитать, сколько ориентировочно весит автомобильный аккумулятор на 75 А*ч. Значение будет колебаться в зависимости от бренда и составит 24–28 кг. А, например, вес любого аккумулятора на 90 А*ч попадёт в интервал 27–30 кг. Эти источники питания актуальны для грузовой или строительной техники.
АКБ для вилочных погрузчиков, ричтраков, штабелёров и электротележек
Наша организация является официальным представителем болгарского завода ISKRA (он же ЕЛХИМ ИСКРА, г.Пазарджик).
Предлагаемы тяговые АКБ состоят из так называемых свинцовых аккумуляторных элементов, напряжением 2 вольта, соединенных последовательно между собой с помощью жестких перемычек.
По умолчанию, данные АКБ поставляются с завода сухими (сухозаряженными), но по желанию заказчика заполняются и заряжаются электролитом.
Наработка тяговых кислотно-свинцовых АКБ составляет примерно 1500 циклов. Таким образом, средний срок службы при условии соблюдения правил эксплуатации (недопущение глубоких разрядов и перезарядов) составляет 5-6 лет.
Естественно, мы не можем знать точных параметров тяговых аккумуляторов на все производимые бренды, поэтому при заказе необходимо сообщать габаритные размеры (длину, ширину, высоту), расположение полюсных выводов «плюс» и «минус» и величину необходимого напряжения. Мы постараемся найти оптимальное решение с точки зрения параметров цены и качества.
Ниже приведены далеко неполные таблицы цен на болгарскую и российскую технику (актуально по состоянию на 03.06.2020):
| Модель техники | Тип АКБ | Габариты ДхШхВ | Стоимость в евро по курсу ЦБ РФ | |
| 40 вольт | ||||
| ЭП 103; ЭП 103 К | 40V 4 PzS 350 Ah | 540 | 836х550х462 | 2060 |
| ЭП 103; ЭП 103 К | 40V 7 PzS 490 Ah | 750 | 815х695х462 | 2910 |
| 48 вольт | ||||
| ЕВ 695,DIMEX E-10 | 48V 4 PzS 400 Ah | 550 | 830х522х627 | 2690 |
ЕВ 698,DIMEX Е-14 | 48V 5 PzS 500 Ah | 675 | 830х630х627 | 3215 |
| ЕР 630 | 48V 4 PzS 400 Ah | 550 | 830х522х627 | 2690 |
| ЕР 634 | 48V 4 PzS 440 Ah | 550 | 830х522х627 | 2760 |
| ЕR 634 | 48V 4 PzS 480 Ah | 705 | 830х522х784 | 3225 |
| 80 вольт | ||||
| ЕП 006 | 2х40 3 PzS 165 Ah | 450 | 910х680х413 | 2060 |
| ЕП 011 | 2х40 4 PzS 280 Ah | 650 | 856х849х462 | 2835 |
| ЕП 011 | 2х40 4 PzSL 320 Ah | 650 | 856х849х462 | 2920 |
| ЕВ 687 | 2х40 3 PzS 210 Ah | 515 | 874х678х462 | 2150 |
| ЕВ 687 | 2х40 3 PzSL 240 Ah | 515 | 874х678х462 | 2215 |
| ЕВ 717 | 2х40 4 PzS 280 Ah | 650 | 1018х693х462 | 2835 |
| ЕВ 717 | 650 | 1018х693х462 | 2920 | |
| ЕВ 717 | 2х40 5 PzS 350 Ah | 790 | 1026х852х462 | 3420 |
| ЕВ 717 | 2х40 5 PzSL 400 Ah | 790 | 1026х852х462 | 3530 |
| ЕВ 735 | 2х40 7 PzS 560 Ah | 1200 | 1142х1030х550 | 5545 |
| ЕР 638,DIMEX E-18 | 2х40 4 PzS 400 Ah | 1100 | 1026х708х627 | 4345 |
| Производитель: Курский завод «Аккумулятор» | |
| Электрохимическая система: свинцово-кислотная | |
| Номинальная емкость: 72 А/ч | |
| Номинальное напряжение: 2 В | |
| Вес с электролитом: 6,3 кг | |
| Вес без электролита: 4,6 кг | |
| Габаритные размеры (ДхШхВ): 71,5х160,5х283 мм | |
| Срок хранения: 24 месяца | |
| Гарантия: 36 месяцев | |
| Применение: Для питания электрооборудования магистральных пассажирских вагонов в условиях частичного разряда-подзаряда. | |
| Конструкция: Аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных электродов, изолированных друг от друга сепаратором. Положительные и отрицательные электроды состоят из ламелей, в которые входят соответственно положительная никелевая электродная масса и отрицательная железная или кадмиевая масса. Блок электродов помещен в бак прямоугольной формы. Одноименные электроды блока приварены к борну с мостиком. Борны изолированы от крышки бака электроизоляционными шайбами. Аккумулятор снабжен вентиляционно-защитным, обеспечивающим свободный выход газов, не допускающим выплескивание электролита из аккумуляторов при эксплуатации и предохраняющим от попадания посторонних предметов. | |
| Электролит: водный раствор едкого кали (натра) | |
| Область температур: -40 до +40 C° | |
Преимущества аккумулятора:
|
|
Аккумуляторная батарея Delta DTM 1240 L
Описание Delta DTM 1240 L
Герметизированный VRLA cвинцово-кислотный аккумулятор Delta DTM 1240 L напряжением 12В и емкостью 40Ач изготовлен по технологии AGM (с микропористым заполнителем, пропитанным электролитом). Корпус изготовлен из негорючего ABS пластика. Срок службы аккумулятора достигает 12 лет. Аккумулятор предназначен для работы в режиме постоянного подзаряда (буферный режим) или в режиме разряд-заряд (циклический режим). Обладает низким внутренним сопротивлением и саморазрядом. Дополнительно к аккумулятору у нас можно подобрать зарядное устройство для него, батарейный шкаф или стеллаж.
Технические характеристики
- Номинальное напряжение 12 В
- Число элементов 6
- Срок службы 10-12 лет
- Номинальная емкость (25oС)
- 10 часовой разряд (4 А; 1.80 В/эл)40 Ач
- 5 часовой разряд (6.83 А; 1.75 В/эл)34.15 Ач
- 1 часовой разряд (24.9 А; 1,60 В/эл)24.9 Ач
- Саморазряд3% емкости в месяц при 20oС
- Внутреннее сопротивление полностью заряженной батареи (25oС)9.7 мОм
Особенности
- Технология AGM позволяет рекомбинировать до 99% выделяемого газа;
- Нет ограничений на воздушные перевозки;
- Соответствие требованиям UL, IEC, Гост Р;
- Легированные кальцием свинцовые пластины обеспечивают низкий саморазряд, высокую конструктивную прочность решетки;
- Необслуживаемые. Не требует долива воды;
- Высокая плотность энергии;
- Корпус аккумулятора выполнен из пластика ABS, не поддерживающего горение.
Рабочий диапазон температур
- Разряд-20÷60
- Заряд-10÷60
- Хранение-20÷60
- Макс. разрядный ток (25oС)400 А (5с)
- Циклический режим (2.3÷2.35 В/эл)
- Макс.зарядный ток12 А
- Температурная компенсация30 мВ/oС
- Буферный режим (2.23÷2.27 В/эл)
- Температурная компенсация19 мВ/oС
Габариты (±1мм)
- Длина, мм198
- Ширина, мм166
- Высота, мм170
- Полная высота, мм170
- Вес (±3%), кг14
Cферы использования и применения
- Источники бесперебойного питания
- Источники резервного энергоснабжения
- Медицинское оборудование
- Насосы, котлы систем отопления
Разряд постоянным током, А (при 25°С)
| В/эл-т | 5 мин | 10 мин | 15 мин | 30 мин | 45 мин | 1 ч | 3 ч | 5 ч | 10 ч |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.60V | 127 | 86.5 | 70.7 | 39.9 | 29.6 | 24.9 | 10.3 | 7.22 | 4.20 |
| 1.65V | 119 | 82.2 | 67.1 | 38.7 | 29.0 | 24.6 | 10.1 | 7.10 | 4.15 |
| 1.70V | 109 | 77.8 | 64.5 | 37.3 | 28.2 | 24.2 | 9.89 | 6.97 | 4.10 |
| 1.75V | 101 | 73.6 | 61.0 | 36.1 | 27.6 | 23.9 | 9.65 | 6.83 | 4.05 |
| 1.80V | 92.9 | 69.9 | 55.2 | 35.8 | 27.2 | 23.5 | 9.43 | 6.66 | 4.00 |
Разряд постоянной мощностью, Вт/эл-т (при 25°С)
| В/эл-т | 5 мин | 10 мин | 15 мин | 30 мин | 45 мин | 1 ч | 3 ч | 5 ч | 10 ч |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.60V | 230 | 158 | 124 | 81.2 | 60.3 | 49.9 | 21.0 | 14.0 | 8.10 |
| 1.65V | 214 | 152 | 120 | 78.8 | 58.8 | 49.2 | 20.7 | 13.8 | 8.02 |
| 1.70V | 198 | 144 | 117 | 76.3 | 57.3 | 48.3 | 20.3 | 13.6 | 7.95 |
| 1.75V | 182 | 138 | 113 | 73.8 | 55.8 | 47.5 | 20.0 | 13.4 | 7.89 |
| 1.80V | 171 | 130 | 109 | 71.3 | 54.0 | 46.7 | 19.6 | 13.3 | 7.85 |
(Примечание) Приведенные выше данные по характеристикам являются средними значениями, полученными в результате проведения 3 контрольно-тренировочных циклов, и не являются номинальными по умолчанию.
Продукция постоянно совершенствуется, поэтому фирма-изготовитель оставляет за собой право вносить изменения без предварительного уведомления.
Транспортировка батареи
Аккумулятор Delta DTM 1240 L полностью герметизирован, утечка из него электролита (кислоты) невозможна. Поэтому его можно транспортировать и использовать в любом удобном положении (вертикальном или горизонтальном). У батареи DTM 1240L отсутствуют ограничения на перевозку по автомобильным дорогам, по воздуху, по морю и по железной дороге (см. паспорт MSDS во вкладке «Документы»).
Важно всегда соблюдать меры предосторожности во время загрузки/разгрузки и транспортировки аккумуляторов!
Хранение и подготовка к работе
Согласно инструкции по использованию Delta DTM1240L, в помещении, где хранятся аккумуляторы (АКБ) должно быть сухо и хорошо проветрено. Советуем поддерживать там температуру в пределах 20-25°С. Стоит хранить батарею вдали от прямого солнечного света (во избежание нагрева).
Если аккумулятор по какой-либо причине долго не эксплуатировался, перед началом работы с ним следует осмотреть его на предмет наличия возможных повреждений на корпусе и следов кислоты (электролита), после чего следует полностью зарядить его при комнатной температуре 20-25°С.
В случае долгого хранения происходит саморазряд аккумулятора и емкость его со временем уменьшается, а долгое нахождение АКБ в режиме не полного заряда ведет к преждевременному выходу батареи из строя. Советуем делать уравнительный заряд аккумулятора 1 раз в полгода (не более двух раз).
Эксплуатация батареи
Использовать аккумулятор необходимо строго в соответствии с рекомендациями производителя. В месте, где располагаются аккумуляторы, стоит поддерживать температуру, рекомендованную для использования данного типа батарей (она составляет 21°С — 23°С). Напомним, что согласно законам физики, при нагревании номинальная емкость АКБ растёт, при охлаждении соответственно снижается (см. график зависимости на вкладке «Разрядные таблицы»). Старайтесь устанавливать аккумулятор(ы) так, чтобы перепад температуры между отдельными частями батареи и батарейными блоками не превышал 2°С.
Разряд аккумулятора
Минимальная величина конечного напряжения для Delta DTM1240 L составляет 9.6В. Разряд батареи ниже данного значения может привести к ее разрушению. Нельзя разряжать аккумулятор током выше максимально допустимого (см. параметр «Максимальный разрядный ток»). Аналогично не стоит допускать разряд аккумулятора больше, чем на номинальную ёмкость. Заряжайте аккумулятор сразу после его эксплуатации, даже если он разряжен неполностью.
Заряд аккумулятора
От того, как правильно вы заряжаете аккумулятор, будет зависеть то, сколько он Вам прослужит до замены. Ток заряда, равный 10% от емкости заряжаемого аккумулятора, считается самым оптимальным. При заряде таким током аккумулятор должен зарядиться за 10 часов. Можно увеличить ток заряда аккумулятора для ускорения времени заряда. Величина зарядного тока для АКБ Delta DTM 1240 L не должна превышать 12А (этот параметр указан на корпусе батареи).
При нагреве аккумулятора выше температуры 50°С заряд необходимо приостановить или сменить режим на поддерживающий.
Про особенности заряда аккумулятора в зависимости от режима его работы, что такое уравнительный заряд и как его проводить, читайте в «Инструкции по эксплуатации» (см. раздел «Документы»).
Про влияние на заряд батареи температуры, времени и тока заряда смотрите в разделе «Разрядные таблицы».
Срок службы Delta DTM 1240 L
Как и любой аккумулятор, Delta DTM 1240 L может эксплуатироваться в разных режимах. В зависимости от того, какой режим эксплуатации будет выбран, срок службы будет различным (см. таблицы срока службы во вкладке «Разрядные таблицы»).
Важно: Если при номинальной температуре емкость аккумулятора составляет 80% — это повод для замены аккумулятора. Последующее использование аккумулятора приведет к серьезным ухудшениям параметров данного аккумулятора, а также параметров соседних аккумуляторов (в случае, если они установлены в цепочку).
Расчетный срок службы Delta DTM 1240L в зависимости от режима эксплуатации:
- режим «разряд-заряд» (циклический режим) – 1200 циклов при 30 % глубине разряда
- режим «постоянная подзарядка» (буферный режим) – 10-12 лет.
Обращаем внимание, что фактический срок эффективной работы аккумулятора может оказаться отличным от эталонных данных. К факторам, влияющим на срок эффективной работы относятся:
- глубина разряда АКБ;
- скорость коррозии электродов;
- температура эксплуатации;
Страница не найдена »
Архив публикаций
Архив публикаций Выберите месяц Сентябрь 2021 Август 2021 Июль 2021 Июнь 2021 Май 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Январь 2021 Декабрь 2020 Ноябрь 2020 Октябрь 2020 Сентябрь 2020 Август 2020 Июль 2020 Июнь 2020 Май 2020 Апрель 2020 Март 2020 Февраль 2020 Январь 2020 Декабрь 2019 Ноябрь 2019 Октябрь 2019 Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Июнь 2019 Май 2019 Апрель 2019 Март 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018 Ноябрь 2018 Октябрь 2018 Сентябрь 2018 Август 2018 Июль 2018 Июнь 2018 Май 2018 Апрель 2018 Март 2018 Февраль 2018 Январь 2018 Декабрь 2017 Ноябрь 2017 Октябрь 2017 Сентябрь 2017 Август 2017 Июль 2017 Июнь 2017 Май 2017 Апрель 2017 Март 2017 Февраль 2017 Январь 2017 Декабрь 2016 Ноябрь 2016 Октябрь 2016 Сентябрь 2016 Август 2016 Июль 2016 Июнь 2016 Май 2016 Апрель 2016 Март 2016 Февраль 2016 Январь 2016 Декабрь 2015 Ноябрь 2015 Октябрь 2015 Сентябрь 2015 Август 2015 Июль 2015 Июнь 2015 Май 2015 Апрель 2015 Март 2015 Февраль 2015 Январь 2015 Декабрь 2014 Ноябрь 2014 Октябрь 2014 Сентябрь 2014 Август 2014 Июль 2014 Июнь 2014 Май 2014 Апрель 2014 Март 2014 Февраль 2014 Январь 2014 Декабрь 2013 Ноябрь 2013 Октябрь 2013 Сентябрь 2013 Август 2013 Июль 2013 Июнь 2013 Май 2013 Апрель 2013 Март 2013 Февраль 2013 Январь 2013 Декабрь 2012 Ноябрь 2012 Октябрь 2012 Сентябрь 2012 Август 2012 Июль 2012 Май 2012 Апрель 2012 Март 2012 Февраль 2012 Январь 2012 Декабрь 2011 Ноябрь 2011 Октябрь 2011 Сентябрь 2011 Август 2011 Июнь 2011 Май 2011 Апрель 2011 Март 2011 Февраль 2011 Январь 2011 Декабрь 2010 Ноябрь 2010 Октябрь 2010 Сентябрь 2010 Август 2010 Июль 2010 Июнь 2010 Май 2010 Апрель 2010 Март 2010 Февраль 2010 Январь 2010 Декабрь 2009 Ноябрь 2009 Октябрь 2009 Сентябрь 2009 Август 2009 Июль 2009 Июнь 2009 Май 2009 Апрель 2009 Март 2009 Февраль 2009 Январь 2009Подпишись на новости в Facebook
Наш видеоканал «Про АКБ без Б»
Остается ниже предела батареи 100 Вт · ч
Насколько элементы с большей емкостью позволяют батареям быть меньше и легчеУровень энергопотребления литиевых аккумуляторных батарей оказывает большое влияние на способы их доставки по воздуху, морю, автомобильным или железнодорожным транспортом. Батареи с показателем энергоэффективности более 100 Вт-часов подлежат более строгим требованиям к маркировке, упаковке и оформлению документов, а также к дополнительному обучению и сертификации, предъявляемым к персоналу, предлагающему их для перевозки.
Многие OEM-производители считают ограничения настолько ограничивающими для них самих и их клиентов с точки зрения их способности легко перемещать продукты с батарейным питанием по всему миру, что они сделают все возможное, чтобы обеспечить соответствие своего бюджета мощности и ожидаемого времени работы указанию <100Втч аккумулятор . Однако на этом рассмотрение не заканчивается, поскольку при производстве портативных устройств следующего поколения уменьшение размера и веса компонентов, таких как аккумулятор, может означать получение конкурентного преимущества.Поэтому полезно понимать, как именно производится 100 Вт-ч и как выбор правильной мощности может помочь в питании компактных устройств завтрашнего дня.
Что такое ватт?Номинальная мощность элемента или батареи в ватт-часах рассчитывается путем умножения их номинального напряжения (в вольтах) на их емкость (в ампер-часах). Например, литиевая батарея с напряжением 7,2 В и емкостью 2,5 Ач имеет номинальную мощность 18 Втч.
Если мы посмотрим на линейку интеллектуальных литий-ионных аккумуляторов из Inspired Energy (для которых Accutronics является единственным дистрибьютором), то все их батареи имеют номинальную мощность <100 Втч.Большинство аккумуляторов Inspired Energy содержат элементы размером 18650, которые, когда они были впервые представлены в середине 1990-х годов, имели напряжение 3,6 В и емкость 1,35 Ач (4,86 Втч), но эта емкость быстро выросла до 2,2 Ач ( 7,9 Втч) по мере развития технологии. Примерно в то же время был введен предел 100 Вт-ч, поэтому двенадцать из этих элементов 2,2 А-ч можно было установить в аккумуляторную батарею, оставаясь при этом ниже 100 Вт-ч (12 ячеек x 3,6 В x 2,2 А-ч = 95,0 Вт-ч). В то время как некоторые производители все еще производят элементы 2,2 Ач, ячейки с максимальной емкостью сейчас составляют ошеломляющие 3.4Ah, что соответствует энергии 12,24 Втч. Хотя двенадцать из этих элементов могут быть физически встроены в батарею, ее номинальная мощность составляет 146,9 Втч, что превышает предел в 100 Втч. Вместо этого необходимо всего восемь ячеек, чтобы оставаться чуть ниже предела 100 Вт · ч на уровне 97,9 Вт · ч.
Итак, как «выглядит» 100Wh?Каждая отдельная ячейка размером «18650», используемая Inspired Energy, имеет номинальный диаметр 18 мм и высоту 65 мм — так что, как показывает опыт … они такого же размера, как ваш большой палец.Когда восемь из этих ячеек объединяются в 100 Вт · ч, размеры составляют 18 x 72 x 130 мм (примерно так же, как у современного смартфона, но в два раза больше).
Хорошая новость заключается в том, что теперь батареи можно сделать меньше (теперь вы можете получать такое же количество энергии с восемью ячейками, где раньше требовалось двенадцать), и они также стали легче (ячейки 3,35 Ач не намного больше, чем 2,2 Ач. модели).
В линейке Inspired Energy это демонстрирует батарея NL2024ED22 ; более старая модель, которая использует двенадцать ячеек в 4-х последовательном, 3-параллельном массиве, чтобы обеспечить 14.4 В, 6,6 Ач (95,0 Втч). Напротив, более новый Nh3054HD34 использует восемь ячеек в 4-х последовательном, 2 параллельном массиве и обеспечивает 14,4 В, 6,8 Ач (98,0 Втч). Новый аккумулятор имеет больше энергии, на 31% меньше и на 33% легче. Это означает, что NL2024 больше не рекомендуется для новых разработок, поскольку Nh3054 занимает меньше места, но он все еще производится, потому что у него есть тысячи клиентов, которым он нужен для их установленной базы оборудования. Чтобы вдохнуть новую жизнь в платформу NL2024, существует еще более легкая версия под названием Rh3024HD34 , в которой корпус заполнен восемью 3.4Ач ячеек.
Питание устройств следующего поколенияВ наши дни производители оригинального оборудования приветствуют любое уменьшение размера и веса аккумуляторов, поскольку они стремятся производить портативные устройства следующего поколения. Одним из наиболее полезных показателей является гравиметрическая плотность энергии, которая определяет энергию батареи в весе (Втч / кг). Он рассчитывается путем умножения номинального напряжения аккумулятора (В) на номинальную емкость аккумулятора (Ач) и деления его на вес аккумулятора (кг). Например, аккумулятор Nh3057HD34 имеет отличную гравиметрическую плотность энергии 225 Втч / кг (7.2 В x 13,6 Ач / 0,435 кг). Кроме того, при 97,9 Вт-ч его рейтинг энергопотребления является одним из наивысших возможных в рамках установленного лимита.
Другие батареи в линейке Inspired Energy не так близки к пределу 100 Вт · ч, поэтому увеличение емкости означает, что клиенты получают больше «отдачи от вложенных средств» — например, трехэлементный NC2040 , который перешел с элементов 2,2 А · ч и рейтинг от 23,8 Вт / ч до 3,4 А / ч элементов и рейтинг 36,72 Вт / ч — увеличение на 54% без увеличения размера и незначительного увеличения веса!
В таблице ниже показаны аккумуляторы с максимальной емкостью от Inspired Energy — все оставшиеся менее 100 Вт-ч:Все батареи в приведенной выше таблице относятся к батареям максимальной емкости, которые обеспечивают самое продолжительное время работы; обозначается xx20… в номере модели / детали (например, ND20… Nh30… и т. д.).В приложениях, требующих длительного времени работы, обычно требуется очень точно рассчитать оставшуюся емкость, поэтому батареи серии N имеют 4- или 5-сегментный светодиодный или ЖК-дисплей на конце, который дает пользователю графический способ просмотра оставшейся емкости аккумулятора.
В некоторых приложениях, вместо того, чтобы выбирать аккумулятор большой емкости, максимальная мощность разряда (в Вт) может быть предпочтительной характеристикой производительности. Например, когда требуется небольшая мощность с возможностью «горячей замены», можно использовать резервную батарею, чтобы устройство работало в течение короткого периода времени, пока меняется основная батарея.Продукт Inspired Energy, который обеспечивает максимальную мощность разряда при номинальной энергии, близкой к 100 Вт / ч (97,2 Вт / ч), — это NL2024ED22 .
ЗаключениеДля OEM-производителей, которые хотят оставаться ниже предела 100 Вт-ч, технология ячеек продвинулась вперед, позволяя батареям быть меньше и легче, чем в 90-х годах. Inspired Energy может похвастаться рядом продуктов с высокой емкостью, которые подпадают под этот предел, что дает OEM-производителям производительность, необходимую для питания устройств следующего поколения.
Все, что вам нужно знать о новой аккумуляторной батарее Tesla 4680
Tesla не стала сдерживаться на Battery Day, среди прочего анонсировав новый форм-фактор ячейки 4680. В новом форм-факторе отсутствуют язычки, увеличивается плотность энергии, сохраняются тепловые характеристики меньших ячеек, улучшается соотношение мощности к весу, упрощается производство и снижается стоимость.
Другими словами, новая ячейка Tesla 4680 — это то же самое, что и картофельное ружье на битве с картофелем фри.Давайте рассмотрим каждое из улучшений, которые вносит новый форм-фактор.
Нужна шкала
Tesla довольствовалась покупкой ячеек с запатентованной химией у своих поставщиков, но видела проблемы на горизонте. Tesla стремится стабильно расти со скоростью 40–50% в год, и для этого ей потребуется все больше и больше батарей. Прогнозы Tesla по аккумуляторным батареям показали разрыв между производственными лимитами ее поставщиков аккумуляторных элементов и внутренним спросом Tesla на ее автомобильный бизнес и предприятия по хранению энергии.
Чтобы решить эту проблему, команды Tesla усердно работали, покупая и разрабатывая новые технические решения для дальнейшего совершенствования формата аккумуляторных элементов. Возможно, что еще более важно, Tesla использовала свои ноу-хау в области производства аккумуляторных элементов вместе со своей ведущей в мире компетенцией в области производственного оборудования, чтобы переосмыслить весь процесс от начала до конца.
Мы намерены увеличивать, а не сокращать закупки аккумуляторных батарей у Panasonic, LG и CATL (возможно, и у других партнеров).Однако, даже если наши поставщики элементов питания работают на максимальной скорости, мы по-прежнему прогнозируем значительный дефицит в 2022 году и в последующий период, если мы сами не примем меры.
— Илон Маск (@elonmusk) 21 сентября 2020 г.
Улучшение ступенчатого изменения в производстве ячеек
Стремясь повысить эффективность автомобилестроения, Tesla быстро вышла за рамки простого проектирования и производства продуктов и занялась проектированием машины, из которой строится машина. Производство — это сложно, но приверженность Tesla привела к разработке продуктов, которые было проще производить.Мы впервые увидели это в Model 3, и работа продолжалась с каждой итерацией.
Когда пришло время разработать новую батарею, Тесла изучил всю цепочку до отправной точки. Это отражение одержимости Маска мышлением, основанным на основных принципах. Он пытается начинать каждый дизайн, каждое обсуждение с того, что действительно является наименьшим общим знаменателем — простейшей истиной, связывающей наши продукты с минералами, из которых они состоят. Когда их снова и снова определяют и уточняют, можно создать оптимизированный дизайн.
Линии по производству аккумуляторных элементов Tesla 4680. Скриншот прямой трансляции Tesla Battery Day.
В мире аккумуляторных батарей мы стали свидетелями того, как Тесла устанавливает новые истины с приобретением пионеров в области аккумуляторных батарей и суперконденсаторов в компаниях Maxwell Technologies и Hibar Systems. Компания Tesla начала свой путь, построив свою первую фабрику Gigafactory в Спарксе, штат Невада, и привлекла специалистов по производственному оборудованию из компании Grohmann Automation. Громанн быстро стал основным разработчиком линий по производству аккумуляторных элементов на заводе Tesla Gigafactory 1, добавив на завод все более совершенные производственные линии от Grohmann, поскольку требовалось больше производственных мощностей.
Улучшение каждого из основных бункеров, составляющих батарею, было полезным и привело к повышению эффективности на Gigafactory 1, но Tesla видела более широкое видение. Полная интеграция. Сегодня на мероприятии Tesla Battery Day Дрю Баглино рассказал о видении, которое сейчас реализуется в Tesla.
Линии по производству аккумуляторных элементов Tesla 4680. Скриншот прямой трансляции Tesla Battery Day.
«Вертикальная интеграция с группами разработчиков машин в Grohmann, Highbar и других позволяет нам действительно добиться этого, потому что у нас нет ни одного из этих краевых условий между одним элементом оборудования и другим», — сказал Баглино.«Мы можем спроектировать всю машину как одну машину и убрать все эти ненужные шаги».
Неустанное стремление Tesla к вертикальной интеграции проистекает из желания устранить неэффективность и повысить устойчивость продукта. Побочным продуктом вертикальной интеграции Tesla является столь необходимое снижение стоимости, что со временем приводит к снижению стоимости продуктов Tesla.
Табличная архитектура новых ячеек 4680 также оказывает непосредственное влияние на повышение технологичности.Мало того, что дизайн стола устраняет необходимость в табуляторе; это устраняет необходимость в остановке производственных линий для добавления вкладок. Новые ячейки стола устраняют эту неровность дороги, позволяя производственной линии менее склонной к производственным дефектам, поскольку она гудит, сворачивается и выплевывает массивные 4680 ячеек.
«Это не просто концепция или рендеринг», — сказал Баглино. «Мы начинаем наращивать производство этих элементов на нашем пилотном производственном предприятии мощностью 10 ГВтч, которое совсем близко.В рамках проекта Tesla Roadrunner была создана пилотная линия по производству элементов питания 4680, и, по словам генерального директора Илона Маска, они видят четкий путь к расширению процессов пилотной линии до гигаватт-часов и даже тераватт-часов.
«Потребуется некоторое время, чтобы выйти на производственную мощность 10 ГВт-ч [в годовом исчислении]», — сказал Маск. Компания надеется, что в ближайшие 12 месяцев будут устранены недостатки в новых производственных линиях. На этом этапе пора заняться масштабированием. «Фактические производственные мощности со временем будут порядка 200 ГВтч или более.”
В долгосрочной перспективе, Тесла считает ключевой компетенцией не новые размеры клеток, химический состав или конфигурацию своих транспортных средств. Скорее, ключевым моментом является производство. «В конце концов, каждая автомобильная компания будет иметь электромобили дальнего действия», — сказал пылкий Маск. «В конце концов, каждая компания получит автономию. Но не каждая компания будет хороша в производстве. Tesla будет на голову выше всех в производстве. Это наша цель ».
Форм-фактор
Одним из результатов этих усилий стал новый формат цилиндрических батарейных элементов стола 4680, который обеспечивает множество преимуществ в производительности, производстве и стоимости стола.Как следует из названия, новые ячейки jumbo имеют диаметр 46 мм и высоту 80 мм. Более крупный рулон с желе помещает больше активного материала батареи в корпус для 5-кратного увеличения накопления энергии и 6-кратного увеличения мощности. При увеличении размера пакета один только новый форм-фактор обеспечивает увеличение дальности действия на 16%.
Новые таблицы 4680 ячеек принципиально превосходят ячейки с вкладками практически во всех отношениях. Несмотря на то, что они больше, удаление язычка на самом деле упрощает перемещение электронов внутри ячейки, чем в нынешних ячейках 2170.«На самом деле длина пути в большой ячейке таблицы меньше, чем в ячейке меньшего размера с вкладками», — сказал Маск.
Улучшенная химия — иначе кремний — это круто
Новые ячейки не являются результатом однократного изменения размера ячеек. Как и многочисленные переписывания автопилота Tesla на протяжении многих лет, 4680 ячеек представляют собой фундаментальное переписывание истории аккумуляторных элементов в Tesla.
Кремнийсегодня используется в аккумуляторах Tesla, но его физические свойства делают его немного сложным для использования в больших объемах.«Проблема с кремнием в том, что он расширяется в 4 раза при зарядке литием», — сказал Баглино. Кремний является самым распространенным элементом в земной коре после кислорода, что делает его недорогим и легким для приобретения товаром. На самом деле песок — это просто диоксид кремния.
Чтобы обойти острые углы кремния, Тесла, возможно, неудивительно, начал с сырого кремния. Это сразу же снижает стоимость кремния, и Тесла просто создал новый химический состав, чтобы дополнить его. «Стабилизируйте поверхность с помощью эластичного ионопроводящего полимерного покрытия, которое наносится с помощью очень масштабируемого подхода», — сказал Баглино.
Это намного проще, чем существующие процессы, и позволяет использовать в элементах более высокий процент кремния. В результате получается более дешевая ячейка с большей емкостью. «Мы можем увеличить ассортимент нашей техники еще на 20%», — сказал Баглино. Вишенка на торте в том, что и клетки дешевле. «Это еще 5% [затрат] на уровне аккумуляторной батареи».
Если это звучит как беспроигрышный вариант, вы совершенно правы. Это одна из многих причин, по которым Илон Маск из Tesla в последние несколько месяцев кипел от волнения по поводу технологически тяжелого Дня батареи.
Новый взгляд на производство катодов
По словам Теслы, современные процессы производства катодов основаны на унаследованной химии и процессах, разработанных в бункерах. Tesla была Tesla, и новый чистый лист бумаги использовался для разработки плана оптимизации каждого шага, чтобы минимизировать отходы и затраты от руды до катода.
Упрощенная пиктограмма чрезвычайно сложной глобальной цепочки поставок, охватывающей от обработки сырой руды до доставки готового катода, гораздо менее запутана.Он не только более оптимизирован, но и намного дешевле и приводит к меньшему количеству отходов.
Новые катоды с высоким содержанием никеляTesla полностью исключают потребность в кобальте. С химической точки зрения кобальт — фантастический якорь для катода, но с ним есть серьезные оговорки.
Кобальт сразу же токсичен. Чем меньше токсичных материалов придется добывать, обрабатывать и использовать людям, тем лучше.
Также чрезвычайно сложно обеспечить устойчивый источник кобальта, поскольку подавляющее большинство кобальта в мире производится в одной стране — Демократической Республике Конго.Руководство страны не было самым стабильным, и вливание сотен миллионов долларов в и без того коррумпированную систему не помогает. Поскольку электромобили и потребительские товары создают еще большую нагрузку на и без того сложную систему, цены стали дестабилизированными.
Этика иногда может ускользнуть на второй план, поскольку некоторые правозащитные группы используют термин «конфликтный кобальт».
Объедините все эти факторы вместе, и кобальт, хотя и полезен для элемента батареи, совсем не полезен для компании, стремящейся к 2030 году увеличить производство аккумуляторов до 3 тераватт-часов в год.
Отказ от кобальта в пользу катода с высоким содержанием никеля также снижает стоимость катода на 15% в расчете на киловатт-час. Это огромно. Разработка и производство катодов с нуля также дает Tesla отличную возможность для создания собственных внутренних систем утилизации аккумуляторов.
В общем, работа Теслы над катодами привела к процессу, который сокращает стоимость обработки катода на ошеломляющие 76%. Все это делается с использованием гораздо меньшего количества оборудования, что приводит к экономии капитальных затрат на производство катодов на 66%.В качестве глазури на торте новый процесс требует гораздо меньше воды, чем традиционный процесс. Фактически, новый процесс приводит к безотходной воде.
Tesla внедряет все эти улучшения на новом заводе по производству катодов в Северной Америке. Он будет расположен таким образом, чтобы свести к минимуму поездки, не связанные с добавлением стоимости, для перевозки сырья и промежуточных продуктов в регионе.
Улучшенные тепловые характеристики
Усовершенствованием, которое делает большую часть тяжелой работы, позволяющей использовать больший форм-фактор, является конструкция стола.Удаление язычков снижает внутреннее сопротивление внутри ячейки, вызванное дополнительным компонентом. Внутреннее сопротивление означает большее тепловыделение, более сложный производственный процесс и более высокую стоимость.
В новой ячейке 4680 компанииTesla отсутствует внутренний язычок, вместо этого функция язычка интегрируется в сам рулон с желе, что приводит к чистому, однородному виду до конца ячейки. «Мы в основном взяли существующие фольги, напудрили их лазерным порошком и сделали десятки соединений в активном материале через эту спиральную черепицу», — сказал вице-президент Tesla Дрю Баглино.
Устранение язычка на каждой ячейке «устраняет тепловую проблему из уравнения и позволяет нам перейти к форм-фактору с наименьшей стоимостью и простейшему производственному процессу», — сказал Баглино.
Сосредоточившись на тепловых преимуществах конструкции стола новой ячейки 4680 Tesla, новая конструкция позволяет ячейкам большего диаметра достигать тепловых характеристик, аналогичных характеристикам меньшей ячейки. Другими словами, они остаются такими же холодными, как меньшие ячейки, что позволяет Tesla втиснуть больше энергии в тот же физический объем.
Ячейки с выступами большего размера исторически изо всех сил пытались отводить тепло при очень высокой скорости зарядки. Новая ячейка Теслы нарушает эту тенденцию, заряжаясь почти так же быстро, как и меньшая ячейка, но при этом демонстрирует все преимущества более крупной ячейки. Tesla смогла взять лучшее из обоих миров, полностью разрушив небольшой, но растущий мир производства аккумуляторов для автомобилей.
Я вас слышу, но что с того?
Это много технического содержания для того, о чем большинство людей никогда не задумывается.Батарейные элементы очень сложны, и последнее изменение Tesla фундаментального строительного блока электромобилей и систем хранения энергии может быть непросто для понимания. Давай положим в него лук.
В общем, новый аккумулятор Tesla 4680 представляет собой смену парадигмы в области хранения энергии в автомобилях. Новые элементы намного дешевле и могут хранить гораздо больше энергии на единицу объема. Они были переработаны как структурные элементы автомобиля, в результате чего автомобиль стал более дешевым и жестким.
Сегодня компанияTesla представила сотни, если не тысячи небольших улучшений, которые вносят поэтапные улучшения в фундаментальный строительный блок бизнеса Tesla — аккумуляторную батарею.
- 14% -ное снижение стоимости / кВтч за счет изменения форм-фактора ячейки.
- Увеличение затрат на кВтч на 18% в результате 10-кратного сокращения производственных площадей и 10-кратного сокращения потребления энергии при производстве . Новый процесс сухого производства позволяет прессовать активный порошковый материал аккумуляторной батареи непосредственно в пленку.Новый производственный процесс основан на запатентованном Maxwell Technologies процессе «подтверждения концепции». Процесс еще не реализован в масштабе производства, но есть «четкий путь» к крупномасштабному производству.
- Снижение затрат на кВтч на 5% за счет увеличения использования кремния в элементах аккумуляторных батарей .
- Снижение затрат на 12% / кВтч за счет улучшения материала катода .
- Снижение стоимости аккумуляторной батареи на 1 кВтч на 7% в результате новой интегрированной конструкции автомобиля Tesla .Tesla модернизировала свои автомобили, используя новые передние и задние литые детали, которые интегрируются с аккумуляторной батареей. Для этого компания Tesla разработала совершенно новый сплав, позволяющий отливать некоторые из самых крупных компонентов в автомобильной отрасли. Они подключаются непосредственно к новой «структурной батарее», устраняя необходимость в дублирующих параллельных элементах в Teslas.
В общем, модернизация Tesla батареи, катода и рамы автомобиля привела к ожидаемому улучшению на 56% стоимости одного кВтч Tesla.Это изменит правила игры для Tesla и позволит создать совершенно новое поколение недорогих электромобилей. Все начинается с скромной аккумуляторной батареи. Tesla добилась значительных успехов в переосмыслении аккумуляторных элементов и уверенно внедряет эти новые элементы в производство. Но в целом компании потребуется 18 месяцев, чтобы большинство этих изменений попало в производство.
Все изображения взяты из прямой трансляции Tesla Battery Day.
Рекламное объявлениеУ вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.
Будущий спрос на материалы для автомобильных литиевых аккумуляторов
Обзор модели
Мы разрабатываем модель динамического анализа материальных потоков (MFA), которая является часто используемым подходом для анализа запасов и потоков материалов 47 . Наша основанная на запасах модель MFA оценивает будущий спрос на материалы для аккумуляторов электромобилей, а также на материалы EoL, доступные для вторичной переработки. Он состоит из слоя электромобиля, слоя батареи и слоя материала и рассматривает ключевые технические и социально-экономические параметры на трех уровнях (дополнительный рис.1). Слой электромобилей моделирует будущее развитие парка электромобилей до 2050 года, а также требуемую емкость аккумулятора. Затем запас электромобилей определяет запас аккумуляторов, который, в свою очередь, определяет приток аккумуляторов и, учитывая их распределение по сроку службы (см. Дополнительный метод 1), отток аккумуляторов EoL (см. Дополнительный метод 2). Уровень батарей учитывает будущие разработки в области химии батарей и рыночные доли. Слой материала моделирует химический состав материалов батарей с использованием модели BatPaC 48 .Судьба аккумуляторов EoL моделируется с учетом трех сценариев рециркуляции и сценария вторичного использования, которые определяют доступность материала для рециркуляции с обратной связью. Слои и параметры модели описаны ниже.
Сценарии парка электромобилей и требуемая емкость аккумулятора
Прогнозы развития парка электромобилей различаются, но в большинстве исследований прогнозируется существенное проникновение электромобилей на рынок легковых автомобилей (LDV) в будущем (дополнительный рисунок 2).Мы используем два сценария развития парка электромобилей МЭА до 2030 года: сценарий заявленной политики (STEP) и сценарий устойчивого развития (SD) 3 (и оцениваем годовой запас электромобилей на основе эквивалентных сценариев МЭА 2019 49 , см. Дополнительный рис.21). Затем мы экстраполируем проникновение электромобилей до 2050 года с использованием логистической модели (см. Дополнительные рисунки 22) 50 на основе целевого проникновения электромобилей на рынок LDV в 2050 году, составляющего 25% в сценарии STEP и 50% в сценарии SD. (что соответствует другим прогнозам EV, как показано на дополнительном рис.2). Чтобы оценить будущий парк электромобилей до 2050 года, мы также предполагаем линейный рост глобального парка LDV с 503 миллионов автомобилей в 2019 году до 3,9 миллиарда автомобилей в 2050 году, что соответствует прогнозу Fuel Freedom Foundation 51 . Глобальных прогнозов будущего развития акций BEV и PHEV не было. Чтобы оценить будущие доли BEV и PHEV в запасе электромобилей, мы предположили, что глобальная доля BEV увеличивается таким же образом, как и доля BEV в США, прогнозируемая Управлением энергетической информации США 52 , но начиная с уровней 2030 года. Сценарии STEP и SD (т.е. с 66% в 2030 году до 71% в 2050 году в сценарии STEP и с 70% в 2030 году до 75% в 2050 году в сценарии SD, см. дополнительный рисунок 23).
Мы классифицируем модели электромобилей по трем рыночным сегментам (малые, средние и большие автомобили как для BEV, так и для PHEV) на основе классов размеров транспортных средств, используемых в Руководстве по экономии топлива Агентства по охране окружающей среды (см. Дополнительную таблицу 13) 53 и собирать данные о мировых продажах каждой модели электромобиля из базы данных Marklines 54 . Мы используем распределение совокупных продаж до 2019 года, чтобы представить доли рынка продаж электромобилей среди малых, средних и крупных сегментов (дополнительные рисунки 24 и 25).В результате мы получили 19, 48 и 34% для малых, средних и больших автомобилей для BEV и 23, 45 и 32% для PHEV. Мы предполагаем, что доля рынка продаж электромобилей останется неизменной; тем не менее, анализ чувствительности проводится для получения верхней и нижней границ требований к материалам, если все транспортные средства были с большим BEV или маленьким PHEV (см. анализ чувствительности).
Мы собираем данные о запасе хода, топливной экономичности и мощности двигателя каждой модели электромобиля из центра обработки данных Advanced Fuels Министерства энергетики США 55 и рассчитываем средневзвешенный диапазон продаж, экономию топлива и мощность двигателя для трех рыночных сегментов как для электромобилей, так и для электромобилей. PHEV (дополнительные таблицы 1 и 2).Принимая 85% доступной емкости батареи для управления электромобилями на основе модели BatPaC 48 , мы получаем 33, 66 и 100 кВтч для малых, средних и больших BEV (см. Дополнительную таблицу 2 для PHEV).
Было установлено, что продолжительность жизни легковых автомобилей в странах со средней продолжительностью жизни около 15 лет составляет от 9 до 23 лет 56 . Срок службы электромобиля зависит от поведения потребителей, технического срока службы (см. Следующий раздел) и других факторов. Здесь мы используем распределение Вейбулла 57 для моделирования срока службы электромобиля, предполагая, что минимальный, максимальный и наиболее вероятный срок службы электромобилей составляет 1, 20 и 15 лет соответственно (см. Дополнительный рис.6). Мы не рассматриваем возможность восстановления аккумуляторов и их повторного использования с одного электромобиля на другой из-за снижения производительности, технической совместимости и принятия потребителями.
Сценарии химического состава аккумуляторов и рыночные доли
Хотя для снижения стоимости и повышения производительности были разработаны различные химические составы аккумуляторов для электромобилей, текущие планы развития основных аккумуляторов в США 58 , ЕС 25 , Германии 59 и Китае 60 сосредоточены на разработке катодного материала с учетом высокоэнергетического NCM (переход к низкому содержанию кобальта и высокого содержания никеля) и химии на основе NCA, которые, вероятно, станут следующим поколением LIB для электромобилей в следующем десятилетии, а также разработке материала анода с учетом добавления Si в графитовый анод.Это также отражено в коммерческой деятельности производителей аккумуляторов (например, LG Chem или CATL) 61 и прогнозах доли рынка до 2030 года Avicenne Energy 17 , которые мы используем в этом исследовании. Мы предполагаем, что батареи NCM продолжат снижать содержание кобальта и увеличивать содержание никеля после 2030 года, и составляем сценарий NCX (где X представляет либо Al, либо Mn) до 2050 года (включая восемь химических составов, см. Дополнительную таблицу 14). В сценарии NCX мы предполагаем, что NCM955 (90% никеля, 5% кобальта, 5% марганца) будут введены в 2030 году 18 и постепенно заменят другие предыдущие химические продукты пропорционально, чтобы достичь рыночной доли в одну треть к 2050 году (т.е. предполагается, что рыночные доли батарей NCM111, NCM523, NCM622, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCA и LFP пропорционально уменьшатся после 2030 года, см. рис. 2b).
Будущие разработки в области химии аккумуляторов после 2030 года не определены, но возможный химический состав аккумуляторов, помимо аккумуляторов NCM и NCA, включает уже существующие аккумуляторы LFP 21,62 , а также литий-металлические твердотельные аккумуляторы большой емкости, такие как Li -S и Li-Air 23,25 . Поэтому мы включаем два дополнительных сценария «что, если» рядом со сценарием NCX: сценарий LFP и сценарий Li-S / Air.В сценарии LFP предполагается, что рыночная доля LFP-химии будет линейно увеличиваться с примерно 30% в 2019 году до 60% к 2030 году и останется на этом уровне до 2050 года (т. Е. Другие батареи потеряли долю рынка пропорционально по сравнению со сценарием NCX, см. Рис. 2б). В сценарии Li-S / Li-Air мы предполагаем, что Li-S и Li-Air батареи будут коммерчески доступны в 2030 году на основе коммерческих планов Li-S от OXIS Energy 63 и Li-Air от Samsung Electronics 64 , а затем они получат линейно увеличивающуюся долю рынка до 30% каждая (всего 60%) к 2040 году и сохранят эту долю до 2050 года (батареи NCA и NCM обеспечивают остальную часть рынка в исторической пропорции, см. Рис.2б).
Реальный срок службы батарей зависит от дополнительных факторов, которые здесь не моделируются, таких как температура окружающей среды, глубина и скорость заряда и разряда, циклы движения 65 . Мы используем технический срок службы аккумуляторов. До 2020 года мы предполагаем, что срок службы аккумуляторов, скорее всего, составит 8 лет (на основе гарантии на аккумуляторы производителей электромобилей) 66 , что меньше срока службы электромобиля (дополнительная таблица 15). Мы предполагаем, что до 2020 г. уровень замены батарей для электромобилей будет составлять 50% (т.е. для одного электромобиля в среднем требуется 1,5 аккумуляторных блока). Программы исследования аккумуляторов в США 58 , ЕС 25 и Китае 60 включают цели по увеличению срока службы аккумуляторов, поэтому мы предполагаем, что после 2020 года аккумуляторы будут иметь такое же распределение срока службы, что и электромобили, и не заменять их. требуются батареи (дополнительная таблица 16). Обратите внимание, что мы предполагаем более длительный срок службы батарей LFP (в среднем 20 лет) (дополнительный рис. 6), что приводит к более высокому потенциалу повторного использования, чем для других типов батарей.
Состав материала аккумулятора
Состав материала аккумулятора рассчитывается с использованием модели BatPaC версии 3.1 48 в зависимости от 2 типов электромобилей (BEV или PHEV), 3 рыночных сегментов электромобилей (малый, средний и большие автомобили) и 8 химических составов аккумуляторов (LFP, NCA, NCM11, NCM523, NCM622, NCM622-Графит (Si), NCM811-Графит (Si), NCM955-Графит (Si)), что дает 48 уникальных химических составов аккумуляторов. Входные параметры включают в себя диапазон электромобилей, экономию топлива и мощность двигателя, которые определяют требуемую мощность каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительные таблицы 1 и 2), а также химический состав батареи и другие параметры (например, конструкция аккумуляторных модулей и элементов питания). компоненты), для которых мы используем значения по умолчанию в модели BatPaC.Чтобы рассчитать химический состав материалов батарей, которых нет в BatPaC (например, NCM523, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCM955-Graphite (Si)), мы используем наиболее подходящий химический состав батарей в BatPaC. в качестве основы, а затем адаптировать технические параметры, такие как содержание Ni, Co, Mn в активном материале положительного элемента и содержание Si и графита в активном материале отрицательного элемента, на основе стехиометрии, а также емкости активного материала (дополнительные таблицы 17–19) и напряжение холостого хода (см. дополнительную таблицу 20 и примечание 1).
Что касается химического состава Li-S и Li-Air, мы выполнили обзор литературы по удельной энергии и составу материалов Li-S и Li-Air элементов (дополнительные таблицы 21 и 22), а затем масштабировали их линейно для соответствия требуемой батарее. мощности для каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительное примечание 2). Предполагается, что компоненты упаковки Li-S и Li-Air основаны на конфигурациях упаковки химии NCA (то есть одинаковое весовое соотношение между компонентами ячейки и компонентами упаковки). В дополнительной таблице 23 показаны составы материалов, использованные в этой статье.
Сценарии утилизации
Утилизация батарей EoL обеспечивает вторичную поставку материалов. Здесь мы предполагаем 100% уровень сбора и исследуем влияние эффективности рециркуляции трех сценариев рециркуляции (см. Дополнительную таблицу 24) на спрос на первичные материалы, включая количество рекуперированных материалов и некоторое обсуждение качества рециркулируемых материалов. Потребность в первичных материалах при отсутствии сбора и переработки батарей EoL учитывается сценарием «без рециркуляции» (рис.4). В настоящее время коммерциализированные технологии переработки включают пирометаллургическую (пиро) и гидрометаллургическую (гидро) переработку. Прямой рециклинг находится в стадии разработки для катодно-катодного рециклинга. Для аккумуляторов NCX и LFP, пиро-, гидро- и прямая переработка предполагается в трех сценариях переработки, соответственно, в то время как механическая переработка предполагается для Li-S и Li-Air аккумуляторов во всех трех сценариях. Технологии переработки различаются по переработанным материалам, химическим формам, эффективности рекуперации и экономическим перспективам 46,67,68 (рис.5).
Рассматриваемый нами сценарий пирометаллургической переработки представляет собой гибридный процесс пирометаллургии и гидроэнергетики. После подачи разобранных аккумуляторных модулей и / или ячеек в плавильную печь графит сгорает, алюминий и литий попадают в шлак, а никель, кобальт и медь — в штейн. После выщелачивания штейна ион меди восстанавливается в виде металлической меди путем электролитического извлечения, в то время как ионы никеля и кобальта извлекаются в виде соединений никеля и кобальта аккумуляторного качества путем экстракции или осаждения растворителем.Литий в шлаке можно очистить для получения соединений лития, пригодных для аккумуляторных батарей, но это экономически выгодно только при высокой цене на литий и масштабной переработке. Технически алюминий из шлака также может быть регенерирован, но это неэкономично и не рассматривается компаниями по переработке пиролиза (шлак может использоваться, например, в качестве заполнителя в строительном материале).
Сценарий гидрометаллургической переработки начинается с измельчения разобранных модулей и / или ячеек. Затем измельченный материал проходит ряд этапов физического разделения для сортировки материалов на катодный порошок, анодный порошок и смешанные обрезки алюминия и меди.В зависимости от цен на металлолом смешанный алюминиевый и медный лом может быть разделен на алюминиевый и медный лом. Медные отходы могут быть снова включены в цепочку поставок аккумуляторов с минимальной обработкой (например, переплавкой). Рециркуляция алюминия по замкнутому циклу является более сложной задачей, поскольку восстановленные алюминиевые отходы представляют собой смесь различных алюминиевых сплавов (например, из токоприемника и корпуса), и поэтому Al, как правило, перерабатывается. Рециркуляция алюминия по замкнутому циклу потребует отделения алюминиевого сплава до или во время процесса рециркуляции, что может быть или не быть экономичным 69 .Катодный порошок впоследствии выщелачивают кислотой, при этом никель, кобальт и марганец выщелачиваются в виде ионов и восстанавливаются в виде соединений аккумуляторного качества после экстракции растворителем и осаждения. Литий попадает в твердые отходы, которые также можно использовать в качестве строительных материалов. Как и в случае рециркуляции пиролиза, литий из твердых отходов может быть регенерирован в виде соединения, пригодного для использования в батареях, но экономическая целесообразность зависит от цены на литий. Порошок анода, извлеченный с помощью гидросистемы, который может быть смесью графита и кремния, не подходит для аккумуляторов.Хотя их можно улучшить до аккумуляторных, в настоящее время их экономическая жизнеспособность неясна.
Сценарий прямого рециклинга такой же, как и для гидроэнергетики, за исключением рециркуляции катодного порошка. В прямом процессе катодный порошок восстанавливается, а затем регенерируется путем взаимодействия с источником лития (повторное литиирование и модернизация). Таким образом, литий, никель, кобальт и марганец восстанавливаются как одно соединение, пригодное для использования в батареях. Поскольку рафинирование лития здесь не требуется, как в случае пиро- и гидро-, извлечение лития в прямом процессе является экономичным, по крайней мере, с точки зрения лабораторного масштаба.
Эффективность извлечения материала для пиро-, гидро- и прямого извлечения материала взята из модели EverBatt 67 , разработанной в Аргоннской национальной лаборатории (дополнительная таблица 24). Что касается механической переработки Li-S и Li-Air батарей, мы предполагаем, что в процессе извлекается только металлический литий. Предполагается, что эффективность извлечения металлического лития составляет 90%, и извлечение считается экономичным из-за относительно простого процесса и высокой стоимости извлеченного металлического лития.
Сценарии повторного использования / использования
Аккумуляторы EoL EV могут повторно использоваться для менее требовательных приложений (неавтомобильных), таких как стационарные накопители энергии, поскольку их остаточная емкость часто составляет около 70–80% от их первоначальной емкость 70,71 . Существуют технические препятствия (например, производительность перепрофилированных батарей) и экономическая неопределенность (стоимость перепрофилирования, включая разборку, тестирование и переупаковку), которые зависят от химического состава батареи, состояния здоровья и предполагаемого применения вторичного использования 72 , 73 .Здесь мы различаем частоту повторного использования LFP и других химикатов из-за длительного срока службы 20 и снижения вероятности каскадного отказа LFP 74 . Предполагается, что батареи LFP имеют 100% вторичное использование. По остальным химическим составам аккумуляторов мы предполагаем, что коэффициент повторного использования до 2020 года составит 50%, а в течение 2020–2050 годов он вырастет до 75% из-за увеличения технического срока службы аккумуляторов электромобилей (см. Дополнительную таблицу 6). Приложения для вторичного использования варьируются от домашнего использования до интеграции в систему электроснабжения, в результате чего срок службы вторичного использования варьируется от 6 до 30 лет 75 .Мы предполагаем, что типичный срок службы вторичного использования составляет 10 лет 71 , чтобы изучить влияние повторного использования на доступность материалов для вторичной переработки. Обратите внимание, что второе использование предполагает 100% повторное использование аккумуляторных модулей, в то время как компоненты пакета подлежат переработке напрямую.
Анализ чувствительности
Влияние важных факторов, таких как размер парка электромобилей и химический состав аккумуляторов, исследуется в специальных сценариях. Кроме того, мы проводим анализ чувствительности для (а) срока службы батареи, (б) требуемой емкости батареи на автомобиль, (в) проникновения на рынок химического состава аккумуляторов, не содержащих кобальта и никель, и (г) будущей удельной энергии литий-ионных аккумуляторов. Химический состав S и Li-Air (для которых были приняты консервативные числа).
- а)
Срок службы батареи имеет важное значение для количества батарей, необходимых для электромобилей. Мы проводим анализ чувствительности влияния меньшего срока службы батарей на потребность в материалах для батарей, предполагая, что также после 2020 года одному электромобилю потребуется в среднем 1,5 батареи (результаты на дополнительном рисунке 20).
- (б)
Будущие рыночные доли BEV и PHEV, а также емкость аккумуляторных батарей для электромобилей также являются ключевыми для определения количества требуемых материалов. Хотя емкость аккумулятора определяется многими факторами, такими как диапазон электромобилей, экономия топлива и конфигурации трансмиссии, мы проводим анализ чувствительности в двух экстремальных ситуациях: 100% BEV с мощностью 110 кВтч (большие внедорожники, такие как Tesla Model S Long Range Plus 37 состав материалов см. в дополнительной таблице 25) и 100% PHEV мощностью 10 кВтч (состав материалов см. в дополнительной таблице 26), чтобы изучить границы будущего спроса на материалы (см. соответствующие совокупные потребности в материалах на рис.4 и Дополнительный Рис. 11, см. Годовые результаты на Дополнительном Рис. 10).
- (c)
Аналогичным образом, мы также исследуем влияние 100% доли рынка LFP в сценарии LFP и 100% доли рынка Li-S и Li-Air в сценарии Li-S / Air (см. Дополнительный рисунок 17 и связанные с ним требования к материалам). на дополнительных рисунках 18 и 19 соответственно).
- (г)
Улучшение характеристик материалов в химическом составе аккумуляторов, особенно удельной энергии (запасенной энергии на вес), может значительно снизить потребность в материалах.Здесь мы выбрали химический состав Li-S и Li-Air в сценарии Li-S / Air, чтобы выполнить анализ чувствительности потенциального повышения удельной энергии с 400 Втч / кг до 600 Втч / кг для Li-S и с 500 Втч / кг. до 1000 Втч / кг для Li-Air (значения основаны на обзоре промышленных и лабораторных достижений, см. дополнительную таблицу 11, где указаны составы материалов и соответствующие требования к материалам на дополнительном рисунке 16).
для вашей окунной лодки
Литиевые аккумуляторные батареи для троллинговых двигателей.Неужели они все, за что их взяли?
Нарисуем картину охоты на окуня:
Великий день наконец-то настал. Вы отправляетесь на турнир, готовы зацепить здоровенного и победить своих соперников. Выйдя на воду, вы присоединитесь к нескольким другим лодкам, мчащимся к лучшему месту. Когда вы думаете, что это ваше место, соперник опережает вас на несколько секунд.
Вы ни за что не собираетесь прижимать бампер к бамперу, поэтому вы неохотно направляетесь в другом направлении.Еще немного скорости, и это место было бы твоим…
Если вы хотите увеличить скорость на несколько миль в час, вам не обязательно покупать лодку получше. Все, что вам нужно, это литиевая батарея для троллингового двигателя. Они осветят ваше судно, сократят время до самолета и сэкономят вам немного бензина. Но это только верхушка айсберга. Приготовьтесь к преимуществам литиевой батареи, которые взорвут вашу гетру, потому что это станет нереальным.
Независимо от того, являетесь ли вы заядлым рыболовом или обычным рыбаком, эти батарейки могут произвести революцию в вашей игре.Вот почему литиевые моторные батареи для троллинга — лучшие друзья окуня.
Литиевый аккумулятор для двигателя малого хода увеличивает скорость.
У вас есть 300-фунтовый папа, сидящий на корточках на стартовых площадках рядом с Усэйном Болтом. Кто выиграет гонку? Здесь та же основная концепция. Больше мощности + меньший вес всегда будет лучше, чем меньшая мощность + больший вес.
Давайте на секунду сосредоточимся на весовой стороне этой монеты —
Литиевые аккумуляторные батареи для троллинговых двигателейвесят до 70% меньше, чем их свинцово-кислотные аналоги.Таким образом, вы действительно можете сбросить от 170 до 225 фунтов, просто перейдя на литий.
Например, если вы использовали 36-вольтовую систему, состоящую из 3 обычных батарей по 75 фунтов каждая, это 225 фунтов. Добавьте бортовое зарядное устройство, и вы получите 250 фунтов. С другой стороны, литиевая батарея на 36 В добавляет всего 42 фунта. (Каждый из них весит 14 фунтов, как эта 12-вольтная литиевая батарея глубокого цикла 50 Ач.) Это разница в весе 180-200 фунтов!
Это все равно, что носить слоненка на корме лодки.Конечно, это замедлит. Литиевые батарейки заставят этого ребенка попрощаться! С более легкой лодкой вы можете ожидать увеличения максимальной конечной скорости на 2–3 мили в час или более, что является значительным преимуществом для рыболовов-турниров.
Меньший вес также означает, что ваша окунная лодка будет располагаться выше в толще воды. Вы сможете попасть в более мелкие и труднодоступные места для ловли рыбы.
Литиевый аккумулятор для троллингового двигателя обеспечивает больше часов работы.
Никто не любит выходить из дома на рыбалку только для того, чтобы отменить ее, потому что они забыли зарядить батареи.С литием вы можете зарядиться всего за 2 часа и сэкономить день. В крайнем случае, вы можете использовать их частично заряженные. Это не повлияет на производительность и не вызовет со временем повреждений.
Отправляетесь ли вы на семейную рыбалку или участвуете в турнире с высокими ставками, вы можете ловить рыбу от рассвета до заката, используя литиевые моторные батареи для троллинга. Их емкость на 25-50% выше, чем у свинцово-кислотных, что означает до 2 раз больше часов работы. Не знаете, сколько сока осталось? Просто проверьте свой телефон.Аккумуляторы LithiumHub оснащены функцией Bluetooth-мониторинга, поэтому вы можете в любой момент увидеть точное состояние аккумулятора.
Еще одно преимущество литиевых аккумуляторных батарей для троллинговых двигателей заключается в том, что они обеспечивают постоянное напряжение ° C. Когда обычные морские аккумуляторы разряжаются примерно до 50% емкости, они не могут включить ваш троллинговый двигатель. С литием вам никогда не придется беспокоиться о том, что из-за полуразряженного аккумулятора ваша лодка замерзнет в воде. Вы получите полную тягу во время разряда аккумулятора.
Вы экономите бензин и деньги благодаря литиевой аккумуляторной батарее для троллингового двигателя.
Не секрет, что литиевые батареи дороже свинцово-кислотных. Может быть, вы задаетесь вопросом: «Действительно ли они стоят дополнительных затрат?» В долгосрочной перспективе большинство профессионалов говорят «да», вероятно, из-за времени нахождения в воде, надежности, времени зарядки, общего срока службы батарей и некоторых других факторов. (Просто погуглите, и вы поймете, что я имею в виду. Вот один пример.)
Время — деньги. Если учесть все дополнительное время, которое вы потратите на воде, занимаясь любимым делом, переключиться на литий не составит труда.Добавьте к этому тот факт, что вы действительно можете сэкономить лодку на бензине…
Вот как: без лишнего веса свинцово-кислотных аккумуляторов ваша лодка может легко запрыгнуть в самолет. Вам не придется слишком сильно тянуть газ, чтобы передвигаться в течение дня. Вы сэкономите сотни долларов в год на бензине, особенно если вам нужна скорость. Теперь умножьте эти сбережения на невероятно долгий срок службы лития (в среднем 10 лет). При таких высоких ценах на бензин, как сейчас, ваши литиевые моторные батареи для троллинга неизбежно окупятся.
Также примите во внимание тот факт, что литиевые батареи все еще работают на 80% емкости после 2000 циклов. Это примерно в 10 раз дольше, чем свинцово-кислотная. В конце концов, литий — это инвестиция. Вы можете сравнить это с покупкой дешевой удочки за 50 долларов и комплектацией за 500 долларов. Они оба могут ловить рыбу, но они не будут работать одинаково, и последнего хватит больше, чем на несколько поездок.
Литиевые батареи для вашего троллингового мотора = Новая лодка.
Переход на литиевую аккумуляторную батарею для троллингового мотора — все равно что радикально преобразить вашу лодку.Он будет ездить и ездить, как новенькая лодка! Как только вы начнете использовать литий, вы, вероятно, задаетесь вопросом, как вы когда-либо обходились без топливной экономичности и надежности, которые они обеспечивают.
Хотите знать, какая литиевая батарея LithiumHub для троллинга лучше всего подходит для вашей лодочной лодки? Поговорите с одним из наших экспертов или ознакомьтесь с нашими рекомендованными литиевыми батареями для моторов малого хода.
Узнайте больше о литиевых батареях здесь:
Источники: