211service.com
Test af elektrisk kølebatteri
Senere på måneden vil to nye elbiler – GM Volt og Nissan Leaf – begynde at dukke op i miljøbevidste indkørsler i hele USA.
Batteri inkluderet: Teknikere sætter et batteri i en Chevrolet Volt før produktion.
Nissan Leaf lover 73 miles per elektrisk opladning, mens GM Volt får 35 miles per opladning, selvom den også har en reservebenzinmotor til længere ture. Men GM og Nissan tager forskellige tilgange til at sikre, at batterierne i disse biler holder og forbliver sikre. Den måde, hvorpå disse batterier fungerer i løbet af de næste par år, vil antyde, hvilken tilgang der er bedre, og kan forme designet af fremtidige elbiler og plug-in hybrider, som alle større bilproducenter har lovet. Nogle kritikere siger, at Nissans batteripakkedesign, som bruger et relativt simpelt kølesystem, kunne tillade batterierne at overophedes, reducere batteriets levetid og udgøre et sikkerhedsproblem.
Både GM og Nissan bruger lithium-ion-batterier (en teknologi, der længe har været brugt i bærbare computere og mobiltelefoner) i modsætning til nikkel-metalhydrid-batterier, som har vist sig pålidelige i gas-elektriske hybrider som Toyota Prius, men som er omfangsrige og tunge.
Ved at vælge lithium-ion frem for nikkel-metalhydrid tager GM og Nissan en risiko, fordi sådanne batterier endnu ikke har vist sig at være pålidelige i den krævende rolle at drive en bil. Bilbatterier skal tåle ekstreme temperaturer, hårde stød og konstante vibrationer fra vejen og skal yde godt i omkring et årti. I nogle få sjældne tilfælde kan lithium-ion-batterier overophedes og brænde, et problem, der har krævet massiv tilbagekaldelse af nogle bærbare batterier. De batterier, der er nødvendige til elektriske køretøjer, skal også lagre langt mere energi - så en brand forårsaget af bilbatterier kan være særlig farlig.
En anden ulempe ved at bruge lithium-ion-batterier er, at de hurtigt mister deres evne til at holde opladningen. Efter et par års brug er det ikke usædvanligt, at de opbevarer halvt så meget strøm, som de gjorde, da de var nye. Bilproducenter vil have bilbatterier, der holder i et køretøjs levetid - omkring otte til 15 år.
For at løse disse problemer har GM og Nissan foretaget væsentlige ændringer af de lithium-ion-batterier, de bruger. I stedet for at bruge lithium-koboltoxid - det materiale, der foretrækkes i bærbare batterier på grund af dets høje energitæthed - som elektrode, bruger de lithium-manganoxid, som lagrer en relativt stor mængde energi, men er mere stabil, delvist pga. arrangementet af dets atomer. I en manganoxidelektrode danner atomer en tredimensionel struktur, der bevarer sin form, selv når lithiumioner bevæger sig ind og ud af elektroden, mens batteriet oplades og aflades. Den mindre stabile struktur af konventionelle batterielektrodematerialer kan blive beskadiget, når lithiumioner bevæger sig ind og ud, hvilket forkorter et batteris brugbare levetid.
GM og Nissan har også skiftet fra en cylindrisk form til batterierne (battericellerne inde i typiske bærbare pakker ligner store AA-batterier) til en flad rektangulær form, der sparer plads og tillader varmen at slippe bedre ud. Overophedning kan beskadige batterierne, mindske deres evne til at opbevare ladning, og i nogle tilfælde kan det føre til et fænomen, der kaldes termisk løbsk, når forhøjede temperaturer resulterer i kemiske reaktioner, der fører til endnu mere varme, som til sidst resulterer i en brand.
Men store forskelle dukker op, når man ser på, hvordan GM og Nissan designede deres batteripakker - samlingen af battericeller, elektronik og temperaturkontroller, der udgør hele batteriet. Den største forskel er, hvordan virksomhederne vælger at styre temperaturen på pakkerne. Nissan har valgt et enkelt design, hvor man bruger en blæser til at afkøle sine batterier. Den siger, at battericellernes flade form gør yderligere køling unødvendig. GM's design er mere komplekst. Et flydende kølemiddel fører væske forbi overfladen af hver celle i pakken og til en lille radiator uden for pakken.
Væskekølesystemer kan transportere varme væk fra battericeller hurtigere end luftkøling. Derudover er væskekøling meget mere kompakt, siger Bill Wallace, GM's direktør for globale batterisystemer. Du kan flytte meget mere varme og flytte den meget mere ensartet.
Wallace siger, at væskekøling blev valgt for at sikre, at alle cellerne i en pakke er inden for to °C fra hinanden. Ud over at forhindre overopladning er temperaturstyring den vigtigste knap, du kan dreje i forhold til at forbedre batterilevetiden, siger han.
Væskekøling er den tilgang, der er valgt af Tesla Motors, som laver en elektrisk sportsvogn ved hjælp af lithium-ion battericeller, der oprindeligt var designet til andre applikationer. Kølemetoden sikrer, at selvom nogle celler overophedes og brænder, ville resten ikke gøre det. I et nyligt indtjeningsopkald med investorer kritiserede Elon Musk, administrerende direktør for Tesla Motors, Nissan-designet og sagde, at det kunne forårsage temperaturer over det hele, hvilket kunne forringe batteriets ydeevne.
Fordi koldt vejr kan begrænse mængden af ladning, som en batteripakke kan opbevare, og forårsage skade på batteriet, har GM's pakke også en 1.800 watt modstandsvarmer for at forhindre, at batteripakken bliver for kold. Nissan anbefaler en koldt vejr-pakke, der inkluderer en batterivarmer, men denne er ikke standard. Og muligheden er ikke tilgængelig for de første Leafs, der kommer af samlebåndet, og den kan ikke føjes til en bil senere. Hvis Leaf-pakken bliver for kold eller for varm, går den over i en begrænset effekttilstand, som begrænser acceleration og tophastighed.
Volt er også konstrueret til at holde en vis mængde ladning i reserve, når bilen er ny for at hjælpe med at bevare batteriets levetid. Efterhånden som batteriet ældes, vil noget af denne reservekapacitet blive frigivet, hvilket vil hjælpe bilen med at bevare sin elektriske rækkevidde over tid. GM forventer, at batteriets kapacitet vil falme mellem 10 og 30 procent i løbet af bilens levetid (omkring otte til 10 år). Nissan har ikke sagt, om den vil bruge en lignende tilgang, men den har sagt, at Leafs batterikapacitet vil falme 30 procent om 10 år. Det har også bemærket, at udsættelse for varme temperaturer kan reducere batterikapaciteten hurtigere.