Аккумулятор — ключевой и самый дорогой узел электромобиля: он хранит энергию для двигателя и остальных систем автомобиля, а его тип напрямую влияет на цену, запас хода и срок службы машины. Разберёмся, чем тяговая батарея отличается от обычного автомобильного аккумулятора и какие типы батарей сегодня используют производители EV.
Почему в электромобилях такое высокое напряжение
Главное отличие тяговой батареи электромобиля (BEV) от рядового аккумулятора авто — рабочее напряжение. Вместо привычных 12 В (или 24 В у грузовиков) даже первые серийные EV работали на сотнях вольт, а сейчас стандартом стали 350–450 В. Porsche Taycan использует 800-вольтовую платформу (характеристики модели — в каталоге электромобилей), а для перспективного грузового электротранспорта рассматривают уже 1 200–1 600 В.
Такие цифры продиктованы физикой: в высоковольтной системе на единицу массы батареи можно запасти намного больше энергии. Если собрать батарею наподобие Tesla из обычных свинцовых аккумуляторов, для их перевозки понадобился бы отдельный грузовик. Более высокое напряжение также позволяет снизить ток при той же мощности двигателя, а значит — использовать более тонкие провода и экономить массу авто. И хотя 400–800 В звучит пугающе, при должных мерах защиты реальной угрозы поражения током в электромобиле нет.
Литий-ионные батареи — стандарт индустрии
Самый распространённый вариант для электромобилей — литий-ионные аккумуляторы. Их преимущества:
- высокая плотность накапливаемой энергии и более высокое напряжение по сравнению с другими типами АКБ;
- небольшой саморазряд — до 6 % в месяц, до 20 % в год;
- практически отсутствует «эффект памяти», из-за которого новые батареи приходится «тренировать» циклами заряда-разряда;
- сравнительно большой ресурс — не менее 1 000 циклов или 10 лет.
Среди минусов — высокая стоимость (она же поднимает цену самого авто), плохая устойчивость к избыточному заряду и узкий рабочий диапазон температур: от -20 до +50 °C. За его пределами характеристики ухудшаются — на холоде падает ёмкость, в жару аккумулятор может работать нестабильно. Ещё один серьёзный риск Li-Ion источников — высокая взрывоопасность при повреждении корпуса и нарушении герметичности.
Альтернативы литий-иону
Кроме классического Li-Ion, производители исследуют и другие химии:
- Алюминий-ионные. Алюминий повышает безопасность и удешевляет производство, но катоды пока менее продуктивны, а количество циклов заряда-разряда — ниже. В Китае уже разработали новую конструкцию катода, которая увеличивает ёмкость и ресурс и снижает цену; новая версия, которую ещё не применяют серийно, выдерживает до 250 тыс. перезарядок.
- Литий-серные. Многослойная конструкция даёт примерно вдвое большую ёмкость по сравнению с литий-ионной батареей того же размера, более низкую себестоимость и более широкий рабочий диапазон температур. Главный недостаток — только до 60 перезарядок, что пока исключает серийное применение; над этим работают несколько компаний, в частности OXIS Energy.
- Никель-металл-гидридные (NiMH). Используют никель вместо кобальта, поэтому экологичнее; такой тип батареи стоит, например, в Toyota Prius. Плюсы — более низкая стоимость, безопасность и более простая технология производства; минусы — более низкая энергетическая плотность, ограниченные возможности быстрой зарядки и меньший ресурс.
Твердотельные батареи — технология будущего
Вместо жидкого электролита здесь используется твёрдый материал, что даёт большую безопасность, стабильность и более долгий срок службы, а также потенциал для более высокой энергетической плотности и устойчивости к перегреву. Пока эта технология дорога в производстве, поэтому в серийных электромобилях применяется ограниченно.
