- Przedstawiamy budowę akumulatora auta elektrycznego
- Sterowanie energią w układzie o wysokim napięciu wymaga specjalnej elektroniki
- Zasada działania akumulatora litowo-jonowego
Pojemność zbiornika paliwa w erze elektromobilności zostaje zastąpiona przez pojemność akumulatora. Wraz ze zużyciem prądu określa ona zasięg samochodu elektrycznego. Jak zbudowany jest akumulator? Wyjaśniamy to na przykładzie akumulatora Volkswagena ID.3.
Budowa akumulatora auta elektrycznego
Nie ma czegoś takiego jak jeden akumulator auta elektrycznego. Składa się on z wielu pojedynczych modułów, które z kolei zbudowane są z wielu pojedynczych ogniw. Ogniwo baterii jest najmniejszą jednostką w systemie magazynowania prądu. Nowoczesne systemy stawiają na tzw. ogniwa kieszeniowe (typu pouch), których budowa zbliżona jest do baterii telefonów komórkowych. W Volkswagenie ID.3 na jeden moduł akumulatora składają się 24 takie ogniwa. Do 12 modułów tworzy pakiet akumulatora elektrycznego Volkswagena. Możliwe jest zastosowanie mniejszej lub większej liczby modułów – w ten sposób ustalana jest pojemność akumulatora.
Generalna zasada jest taka, że dodanie modułów zwiększa zasięg, podczas gdy rezygnacja z części modułów zasięg zmniejsza. Moduły złożone z ogniw umieszczone są w obudowie akumulatora, co zabezpiecza poszczególne elementy przed uszkodzeniem. Wszystkie istotne części składowe znajdują się w masywnej konstrukcji służącej za ramę zderzeniową. W volkswagenowskiej platformie dla aut elektrycznych (MEB) w płycie podłogowej umieszczony jest także system chłodzenia baterii. Wszystkie części połączone są przewodem wysokonapięciowym.
Akumulator auta elektrycznego – sterowanie
Akumulator auta elektrycznego pracuje pod wysokim napięciem. W Volkswagenie ID.3 w systemie jest napięcie 400 V, w Porsche Taycanie nawet 800 V, czyli w przybliżeniu 3,5 raza tyle, co w naszych domowych instalacjach. Do sterowania przepływem energii przy tak dużych napięciach potrzebna jest wyspecjalizowany układ elektroniczny (elektronika siłowa, energoelektronika). Służy ona, oprócz zarządzania energią, także jako falownik, zmieniający zmagazynowany w akumulatorze prąd stały w prąd zmienny zasilający silnik elektryczny. Za zaopatrzenie klasycznej 12-woltowej instalacji pokładowej odpowiada przetwornica prądu stałego.
Elektronika mocy
Pojęcie elektroniki mocy (siłowej, energoelektroniki) pojawia się często w kontekście elektromobilności, temat jest jednak rzadko zgłębiany. Jest ona odpowiednikiem mózgu w napędzie elektrycznym. Za pomocą inteligentnego sterowania częstotliwością i amplitudą falownik steruje mocą silnika elektrycznego. Podczas gdy częstotliwość reguluje prędkość samochodu, amplituda odpowiada za moc silnika. Elektronika mocy w samochodzie elektrycznym wytwarza zatem ze zmagazynowanego w akumulatorze prądu stałego dokładnie taki prąd zmienny, jaki potrzebny jest w aktualnej sytuacji na drodze.
Zasada działania akumulatora
Akumulatory są magazynami prądu i pozyskują energię elektryczną z reakcji chemicznych. W odróżnieniu od zwykłych baterii akumulatory działają w dwie strony – mogą przyjąć energię elektryczną i potem ją znów oddać.
Każdy akumulator składa się z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie (medium przewodzące). Elektrolit nie musi być cieczą, może – w zależności od typu akumulatora – być żalem lub klasycznym ciałem stałym. Obie elektrody – anoda i katoda – oddzielone są od siebie jonoprzepuszczalną membraną (separatorem), co zapobiega zwarciu. Przy anodzie powstaje nadmiar elektronów, przy katodzie – niedobór. Różnica potencjałów na katodzie i anodzie określa napięcie elektryczne.
Nowoczesne akumulatory litowo-jonowe mają katodę z tlenku litu i innego metalu, natomiast anoda wykonana jest z grafitu. Proces zachodzący w ogniwie w największym uproszczeniu przebiegają następująco. Jony dodatnie (kationy) litu wędrują za pośrednictwem elektrolitu poprzez membranę do anody. Tak wygląda proces ładowania. Po podłączeniu odbiornika prądu nadmiarowe elektrony z anody wędrują przewodem do katody – płynie prąd, który zasila urządzenie, w przypadku auta elektrycznego – silnik elektryczny.