Trochę techniki. Akumulator, bateria – czyli właściwie co?

No cóż, to proste: to taka skrzyneczka lub cylinder z którego pobieramy prąd. Tak jak mleko jest z kartonu.

Baterie i akumulatory otaczają nas od dawna, bez tych urządzeń nasza cywilizacja nie mogłaby już funkcjonować. Każdy z nas ma taką baterię niemal zawsze przy sobie, w kieszeni. A częściej jeszcze w dłoni. Nawet na przejściu dla pieszych ! I tu uwaga – szykuje się zmiana ustawy Prawo o ruchu drogowym i wkraczanie na jezdnię, nawet na przejściu dla pieszych, ze wzrokiem utkwionym w smartfon będzie wykroczeniem.

No to co to jest w końcu? I jaka różnica, między baterią a akumulatorem?

Bateria to ogniwo galwaniczne, na którego biegunach pojawia się różnica potencjałów, czyli napięcie. Cechą baterii jest to, że nie da się jej naładować. „Ogniwo galwaniczne ?” – zapytacie. No tak: to dwie elektrony zanurzone w elektrolicie. Wystarczy wbić w cytrynę szpilkę i kawałek miedzianego drutu, a następnie sprawdzić woltomierzem jakie napięcie się pojawi. Zapewniam, że się pojawi. Około 0,2 V, prąd stały.

Akumulator zaś to urządzenie, w którym proces chemiczny potrafimy odwracać, czyli ładować, a następnie pobierać z niego prąd. Potrzebujemy do tego również dwóch elektrod i elektrolitu, np. anody z ołowiu, katody z tlenku ołowiu i roztworu kwasu siarkowego. Jest to więc akumulator kwasowo-ołowiowy, znany od 1850 roku.

Jeśli zastosujemy inne materiały, np. elektrody z węgla i tlenków metali, a za elektrolit posłuży ciecz lub żel z zawartością soli litowych, otrzymamy akumulator litowo-jonowy (Li-Ion).

I jak się to ma do samochodów elektrycznych?

W każdym samochodzie jest akumulator, co najmniej jeden. Od początków ery samochodowej, czyli dobrze od ponad 100 lat, był to akumulator kwasowo-ołowiowy, składający się z trzech lub 6 ogniw, czyli o napięciu nominalnym 6 lub 12 V. W samochodach ciężarowych zwykle stosuje się co najmniej dwa, połączone szeregowo, dające więc napięcie 24 V. Z takiego akumulatora można czerpać przez krótki okres bardzo duży prąd, o natężeniu kilkuset amper. Dlatego główne przeznaczenie tych akumulatorów to rozruch silnika. Przy okazji niejako zasilają one wszystkie elementy sterowania pojazdu, oświetlenie, wycieraczki itd. Niestety, akumulator kwasowo-ołowiowy ma m.in. dwie cechy, które komplikują jego użycie w samochodzie elektrycznym: po pierwsze nie lubi długotrwałego rozładowywania małym prądem ( lampka oświetlenia wnętrza, 5W, pozostawiona włączona przez noc pobiera prąd o wartości 0,4A, po 10 godzinach „wyciągnie” z akumulatora energię o wartości 4 Ah, co przy małym akumulatorze 45 Ah stanowi 11% jego pojemności; pozostawienie samochodu z włączonymi światłami postojowymi to prąd rzędu 1,6 A, po 10 godzinach ubytek 16 Ah uniemożliwi rozruch silnika ), a po drugie proces ładowania jest długi i dosyć delikatny. Maksymalny prąd ładowania nie powinien przekraczać 10% pojemności, czyli przy małym akumulatorze jest 4,5 A. Potrzeba więc kilku godzin, żeby taki akumulator naładować. Ładowanie dużym prądem doprowadzi do degradacji płyt z ołowiem i zniszczenia. Trudno więc zastosować taki akumulator w systemie odzyskiwania energii podczas hamowania.

Z tych i kilku innych powodów w samochodach elektrycznych ( BEV ) stosuje się inne rodzaje akumulatorów, np. litowo-jonowe, niklowo-kadmowe ( NiCd ), niklowo-manganowe (NiMn). BEV – czyli Battery Electric Vehicle.

Zaraz, zaraz – powiecie, jako „battery” ? Przecież baterii nie da się ładować!

Słuszna uwaga. Zamieszanie powstało z powodu tłumaczenia z języka angielskiego, gdzie „akumulator” to właśnie „rechargeable battery”. Obecnie stosuje się to nazewnictwo przemiennie, słowa „bateria”, jako krótsze, jest chyba częściej używane.

Oczywiście, można również skonstruować samochód na baterie, np. „paluszki”:

Jeśli nie paluszki, to co?

Większość producentów samochodów elektrycznych ( BEV, HEV, PHEV ) stosuje jednak inne koncepcje zasilania niż zestaw baterii AA. I te koncepcje również są znane od dawna, stosujemy je w telefonach, laptopach, gadżetach. Np. kultowa bateria BL-5C do Nokii…

W samochodzie elektrycznym mamy bardzo dużo takich baterii, troszkę większych, poukładanych w moduły.

Bieguny poszczególnych ogniw połączone są ze sobą specjalnymi łącznikami i ułożone w obudowie. Całość stanowi tzw. moduł. Moduł z popularnego elektrycznego Fiata 500 przypomina kształtem i wagą zwykły akumulator rozruchowy 45 Ah. Moduły te ustawione są zwykle na płycie, która stanowi element chłodzący, podłączony do odrębnego systemu zarządzania temperaturą, całości dopełnia system zarządzania energią ( Battery Management System – BMS ), czyli niewielki sterownik z czujnikami. Wszystko razem zamknięte w obudowie stanowi „Battery Pack” podwieszany do podłogi pojazdu lub wręcz stanowiący podłogę samochodu. Im więcej modułów zmieścimy w samochodzie tym większa pojemność Battery Pack, a więc i zasięg pojazdu.

Jedną z dwóch bardzo niepożądanych cech baterii Li-Ion i podobnych jest ich nagrzewanie się zarówno podczas ładowania, jak i intensywnego rozładowywania, czyli podczas dużego obciążenia. Zjawisko dobrze nam znane z grzejących nas niepotrzebnie telefonów. Oraz z zakazu przewożenia laptopów w bagażu rejestrowanym samolotów. A to dlaczego ? – ktoś może zapytać. Dlatego właśnie, że owa druga cecha tych baterii to niewielkie, ale jednak, prawdopodobieństwo zapalenia się jej w wyniku przegrzania lub uszkodzenia mechanicznego. Lit to materiał, który może się zapalić samoczynnie w zetknięciu z powietrzem i wilgocią.

Powstaje pytanie, czy ta cecha nie powinna wyeliminować baterii litowo-jonowych z użytkowania w pojazdach? Odpowiedź jest prosta: nie. Wyobraźcie sobie o ile bardziej zagrożone pożarem czy wręcz wybuchem są zbiorniki z benzyną i całe stacje paliw. A przypadki ekstremalne zdarzają się w każdej technologii.

No to w czym problem?

Jaki problem ? Odkąd powstała nasza firma mają Państwo możliwość uniknąć jakichkolwiek problemów związanych z eksploatacją pojazdów elektrycznych, szczególnie w obszarze ich baterii właśnie. Zachęcamy do zapoznania się z naszą ofertą.