รถยนต์ไฟฟ้า - ความต้องการแบตเตอรี่
มนุษย์ได้คิดค้นเครื่องจักรใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงความสะดวกสบายในการดำรงชีวิตและเพื่อให้มีประสิทธิผลในโรงงานมากขึ้น รถยนต์ไฟฟ้าถือกำเนิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 และรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่/รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดได้รับการพัฒนาเมื่อปลายศตวรรษที่ 20 รถยนต์ไฟฟ้าเหล่านี้ถูกมองว่าสะดวกสบายและใช้งานง่ายกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ ICE แต่ตอนนี้หลังได้สร้างปัญหาสิ่งแวดล้อม ในการแสวงหาการปกป้องสิ่งแวดล้อมของเราในปัจจุบันและเพื่อให้มีวิธีอื่นๆ ในการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ยั่งยืนและยั่งยืน อุตสาหกรรมยานยนต์มีบทบาทสำคัญที่สุดในการดำเนินการ
อุตสาหกรรมนี้สร้างมลพิษมากที่สุดในแง่ของการปล่อยท่อไอเสียจากผลิตภัณฑ์ของตน อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน แบตเตอรี่ถูกใช้สำหรับการใช้งานเช่นยานพาหนะไฟฟ้า (ยานพาหนะไฟฟ้า) แหล่งพลังงานหมุนเวียน (RES) เช่นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมากขึ้นเรื่อย ๆ การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าผ่านแบตเตอรี่ช่วยลดระดับมลพิษในบรรยากาศตลอดจนค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน นอกจากนี้ยังช่วยลดการพึ่งพาน้ำมันดิบ การขับเคลื่อนไฟฟ้าของยานยนต์เป็นเรื่องที่พูดถึงมากที่สุดในปัจจุบัน
ผู้ผลิตรถยนต์ทุกรายมีการออกแบบรถยนต์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EVB) ของตนเอง แม้ว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดเป็น EVB ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดจนถึงปัจจุบัน แต่แบตเตอรี่ Li-ion ได้เข้ามามีบทบาทนำ แต่เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนเริ่มต้นและด้านความปลอดภัยแล้ว แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะไม่สามารถขจัดออกได้อย่างสมบูรณ์จนกว่าราคาของชุดแบตเตอรี่รถยนต์ Li-ion Electric จะลดลงสู่ระดับที่เอื้อมถึงได้และด้านความปลอดภัยจะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นไปอีก
ผู้ผลิตรถยนต์ทุกรายมีการออกแบบรถยนต์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EVB) ของตนเอง แม้ว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดเป็น EVB ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดจนถึงปัจจุบัน แต่แบตเตอรี่ Li-ion ได้เข้ามามีบทบาทนำ แต่เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนเริ่มต้นและด้านความปลอดภัยแล้ว แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะไม่สามารถขจัดออกได้อย่างสมบูรณ์จนกว่าต้นทุนของชุดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ Li-ion Electric จะลดลงสู่ระดับที่เอื้อมถึงได้และด้านความปลอดภัยจะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นไปอีก
ประมาณปี พ.ศ. 2553 จำนวนรถยนต์ไฟฟ้าบนท้องถนนมีน้อยกว่า 20,000 คันในโลก อย่างไรก็ตาม ในปี 2019 มีจำนวนเพิ่มขึ้นมากกว่า 400 เท่า และใกล้ถึง 7 ล้านคนแล้ว
ปัญหาคุณภาพอากาศเกือบ 80% เกี่ยวข้องกับการปล่อยมลพิษของรถยนต์ ในประเทศอุตสาหกรรมทางตะวันตกและญี่ปุ่น ได้มีการกำหนดว่าสองในสามของ CO หนึ่งในสามของไนโตรเจนออกไซด์ และเกือบครึ่งหนึ่งของไฮโดรคาร์บอนเกิดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่กล่าวถึงข้างต้น เมื่อเป็นกรณีนี้กับประเทศอุตสาหกรรม ในประเทศกำลังพัฒนาที่ไม่ได้มีการบังคับใช้การควบคุมสิ่งแวดล้อมอย่างเข้มงวดจะดีกว่าในประเทศกำลังพัฒนา
ยานพาหนะ ICE ที่ไม่มีประสิทธิภาพมีส่วนสำคัญต่อมลพิษทางอากาศแม้ว่าความหนาแน่นของการจราจรจะเบาบางก็ตาม นอกเหนือจากเหตุผลข้างต้นแล้ว การปล่อยก๊าซเรือนกระจกยังก่อให้เกิด “ก๊าซเรือนกระจก” (GHG) เช่น CO2 ในปริมาณมาก โดยเฉลี่ยแล้วรถยนต์จะผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ได้เกือบสี่เท่าของน้ำหนัก การปล่อยก๊าซเรือนกระจกมีส่วนรับผิดชอบต่อ 20, 24 และ 26 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อย CO2 ทั้งหมดในสหราชอาณาจักร สหรัฐอเมริกา และออสเตรเลียตามลำดับ สาเหตุทั้งหมดและวิกฤตการณ์น้ำมันในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 และ 1973 และ 1979 เป็นสาเหตุที่แท้จริงเบื้องหลังการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่เหมาะสม
รถยนต์ไฟฟ้า - ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์
รถยนต์ไฟฟ้าใช้มอเตอร์ไฟฟ้าตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปที่ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวเพื่อการลาก (ยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์) โดยไม่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) แต่อย่างใด ดังนั้นจึงไม่มีการปล่อยไอเสียจากท่อไอเสียและเป็นที่รู้จักในชื่อยานพาหนะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ (ZEEV) รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV) มีแหล่งพลังงานสองแหล่ง แหล่งหนึ่งมีปริมาณพลังงานสูง (เชื้อเพลิงฟอสซิล) และอีกแหล่งเป็นแบตเตอรี่ที่มีอัตราการคายประจุสูง
หัวข้อของรถยนต์ไฟฟ้าและรุ่นต่างๆ นั้นกว้างใหญ่และจะต้องได้รับการจัดการในรายละเอียดแยกกัน พอจะทราบคำจำกัดความสั้น ๆ ของรถยนต์ไฟฟ้าและ HEV แล้ว
ส่วนประกอบของรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์
I. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า (แบตเตอรี่)
ครั้งที่สอง โมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECM)
สาม. ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)
IV. รถไฟขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
รถยนต์ไฟฟ้าทุกคันมีตัวบ่งชี้ช่วง และช่วงจะแสดงอย่างเด่นชัดบนแดชบอร์ด ในรถยนต์ไฟฟ้าบางรุ่น ไฟจะเริ่มกะพริบเมื่อเหลือระยะทางประมาณ 25 กม.
ส่วนประกอบของรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดทั่วไป
I. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า (แบตเตอรี่)
ครั้งที่สอง การจัดเก็บพลังงานเคมี (ถังน้ำมันเชื้อเพลิง)
สาม. รถไฟขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
IV. การเผาไหม้ไดรฟ์รถไฟ
ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า
คุณลักษณะที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า
มีลักษณะเฉพาะหลายประการที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า แต่สิ่งต่อไปนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งและให้การประเมินความเป็นไปได้ของแบตเตอรี่ที่แม่นยำอย่างสมเหตุสมผล
ก. ต้นทุนการซื้อก้อนแบตเตอรี่เริ่มต้น (ราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง รวมอุปกรณ์ทั้งหมด)
ข. พลังงานจำเพาะซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ขนาดแบตเตอรี่ (Wh/kg)
ค. กำลังเฉพาะ ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ความเร่งและความสามารถในการปีนเขา (W/kg)
ง. ต้นทุนการดำเนินงาน (ต้นทุน/กม./ผู้โดยสาร)
อี อายุการใช้งานยาวนานพร้อมคุณสมบัติที่ไม่ต้องบำรุงรักษา
ฉ ชาร์จไฟได้รวดเร็ว (80% ภายใน 10 นาที)
กรัม ความสามารถในการดูดซับกระแสสูงในระหว่างการเบรกแบบสร้างใหม่
ชม. ความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และความสะดวกในการรีไซเคิล
รถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด
ในรถยนต์ไฟฟ้าล้วนใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในโหมดต่อเนื่อง ความจุพลังงานของแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถจ่ายไฟได้อย่างต่อเนื่องสำหรับช่วงที่ออกแบบทั้งหมดของรถยนต์ไฟฟ้า โดยปกติ แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าจะไม่ได้รับอนุญาตให้คายประจุเกิน 80% ของความจุ ดังนั้นสถานะการชาร์จ (SOC) จะไม่ลดลงต่ำกว่า 20 ถึง 25%
ช่วงแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า
นี่คือการปกป้องแบตเตอรี่จากการคายประจุเกินและเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่พบในกรณีที่แบตเตอรี่คายประจุมากเกินไป นอกจากนี้แบตเตอรี่ควรสามารถรับพลังงานจากระบบเบรกแบบหมุนเวียนได้ หากชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม แบตเตอรี่จะไม่สามารถรับพลังงานการเบรกแบบสร้างใหม่ได้
แนวโน้มปัจจุบันของอัตราการคายประจุอย่างต่อเนื่องที่กล่าวถึงข้างต้นเป็น 1 เท่าของอัตราความจุ ตัวอย่างเช่น หากพิกัดความจุ 300 Ah อัตราการคายประจุคือ 300 แอมแปร์ อย่างสม่ำเสมอ แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าจะคายประจุจนหมดวันละครั้ง แน่นอนมันจะได้รับพลังงานกลับจากการเบรกแบบสร้างใหม่เหมือนเมื่อใช้งาน
เปอร์เซ็นต์เฉลี่ยของพลังงานหมุนเวียนประมาณ 15% ตัวเลขนี้อาจสูงถึงมากกว่า 40% ในบางกรณี พลังงานหมุนเวียนไม่เกิน 40 กิโลวัตต์ ค่าสูงสุดอยู่ที่การชะลอตัวโดยเฉพาะ
ปัจจุบันผู้ผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีอายุการใช้งานประมาณ 1,000 ถึง> 10,000 รอบ
แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าในนามต้องใช้แบตเตอรี่ 36 ถึง 40 kWh (ความจุพลังงานที่ใช้งานได้) สำหรับระยะทางไปกลับ 300 ถึง 320 กม. แต่ผู้ผลิต OEM ส่วนใหญ่ระบุมากกว่าค่านี้ โดยทั่วไปแล้วจะมากกว่า 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ การดำเนินการนี้จะชดเชยอายุการใช้งานที่ลดลงเนื่องจากการปั่นจักรยาน ดังนั้นแม้หลังจากอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่รับประกันแล้ว ก็ยังมีระยะขอบที่ปลอดภัยสำหรับการทำงานปกติของ EV แบตเตอรี่ 96 กิโลวัตต์ชั่วโมงในรถยนต์ไฟฟ้ามีความจุที่ใช้งานได้ 86.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง
แม้ว่าเซลล์ Li-ion ในปัจจุบันจะส่งมอบพลังงานจำเพาะ 170 Wh/kg ได้อย่างง่ายดาย แต่พลังงานจำเพาะของแพ็คก็ลดลง 35% ส่งผลให้พลังงานจำเพาะโดยรวมลดลงเหลือ 120 Wh/kg ในปี 2019 เปอร์เซ็นต์แพ็คของส่วนประกอบที่ไม่ใช่เซลล์ลดลงเหลือประมาณ 28% จากประมาณ 35% แต่นวัตกรรมทางเทคโนโลยี เช่น เทคโนโลยีเซลล์ต่อแพ็ค (กำจัดตัวแทนระดับกลาง โมดูล) อาจปรับปรุงพลังงานเฉพาะของแบตเตอรี่ EV ในอนาคตต่อไป ลักษณะพลังงานจำเพาะในปัจจุบันของแบตเตอรี่ EV เป็นที่น่าพอใจอย่างมาก ด้วยเหตุนี้วิศวกร R&D และนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเป้าไปที่พลังงานจำเพาะที่สูงขึ้น
รถไฟขับเคลื่อนไฟฟ้าในยานยนต์ไฟฟ้า
มอเตอร์ฉุดลากให้พลังงานแก่รถยนต์ไฟฟ้าทั้งหมด แต่มีตัวควบคุมสำหรับจัดการประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้ามี 2 ประเภท คือ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง ส่วนหลังนั้นควบคุมได้ง่ายกว่าและมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ข้อเสียคือน้ำหนักที่หนักกว่าและปริมาณที่มากขึ้น ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังได้เพิ่มมอเตอร์ AC ที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยช่วงการทำงานที่กว้างขึ้น แต่ด้วยค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นของผู้ดูแล ใน EV พลังงานที่ป้อนเข้าสู่มอเตอร์จะถูกควบคุมโดยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนสูงที่เรียกว่าโมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECM) ตัวดำเนินการ EV จะป้อนข้อมูลผ่านคันเร่ง
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในรถยนต์ไฟฟ้า
คล้ายกับโมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่กล่าวถึงข้างต้น มีระบบควบคุมสำหรับแบตเตอรี่หรือที่เรียกว่าระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ซึ่งควบคุมประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ EV BMS อาจมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แยกต่างหากติดตั้งไว้ที่ระดับเซลล์หรือโมดูลซึ่งตรวจสอบอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ ซึ่งมักเรียกว่าแผงตรวจสอบอุณหภูมิแรงดันไฟฟ้า (VTM)
นอกจากนี้ จะมีระบบการจัดการระบายความร้อนซึ่งอาจมีตั้งแต่โซลูชันแบบพาสซีฟ เช่น การใช้ตู้เป็นแผงระบายความร้อนไปจนถึงระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวหรืออากาศที่มีการจัดการอย่างแข็งขันซึ่งบังคับให้อากาศเย็น (หรือให้ความร้อน) หรือ ของเหลวผ่านก้อนแบตเตอรี่ สวิตช์สำหรับเปิดและปิดกระแสไฟและการเดินสายไฟก็เป็นส่วนหนึ่งของระบบเช่นกัน ระบบต่างๆ เหล่านี้ทั้งหมดต้องรวมกันเป็นโซลูชันระบบเดียวสำหรับการทำงานของแบตเตอรี่อย่างปลอดภัย และตรงตามอายุขัยและประสิทธิภาพการทำงาน
ประวัติไฟฟ้า แบตเตอรี่ และยานยนต์ไฟฟ้า
ไฟฟ้าและแบตเตอรี่
ทำไมเราควรพูดถึงประวัติศาสตร์ของแบตเตอรี่ไฟฟ้าและยานพาหนะไฟฟ้า? มีสุภาษิตโบราณว่า “ผู้ที่จำอดีตไม่ได้ จะถูกประณามให้ทำซ้ำ” ดังนั้นจึงควรที่จะมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับวิวัฒนาการของเทคโนโลยี สิ่งนี้จะมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจเส้นทางในอนาคตและผู้มีส่วนได้ส่วนเสียหลักในการทำให้ประสบความสำเร็จอย่างแท้จริง ตามที่ John Warner ได้กล่าวไว้ในหนังสือเกี่ยวกับแบตเตอรี่ Li-ion ของเขาว่า “World Fairs of the time เป็นตัวแทนที่ดีของความเร็วของนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการเปลี่ยนแปลงในโลกโดยทั่วไป” [1 John Warner, The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design, Elsevier, 2015, หน้า 14]
เราสามารถเข้าใจได้ว่างานระดับโลกได้ให้ภาพสมัยนั้นเกี่ยวกับสถานะของเทคโนโลยีต่างๆ การพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่เกิดขึ้นได้เพราะความพร้อม การขยายตัว และการเติบโตของไฟฟ้าและเครือข่ายไฟฟ้าในสมัยนั้น ที่นี่เราต้องเข้าใจว่าเพียงเพราะไฟฟ้า “จ่าย” “ความต้องการ” สำหรับแบตเตอรี่ (การจัดเก็บพลังงาน) ถูกสร้างขึ้น มิฉะนั้น อาจไม่มีการจัดเก็บพลังงานเลย
การพัฒนาแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า
ผู้อ่านมักคิดว่าแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ล่าสุด พวกเขาส่วนใหญ่รู้เกี่ยวกับเซลล์Leclanchéและเซลล์ตะกั่วกรด อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่ามีการใช้แบตเตอรี่ในราว 250 ปีก่อนคริสตกาล ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักโบราณคดีชาวเยอรมันกำลังทำงานในสถานที่ก่อสร้างในกรุงแบกแดด และพบว่ามีบางสิ่งที่เขียนประวัติศาสตร์ของแบตเตอรี่ได้ค่อนข้างจะสมบูรณ์ สิ่งที่เขาค้นพบระหว่างการขุดนั้นดูเหมือนเซลล์กัลวานิกที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 1-2 โวลต์
จนกระทั่งช่วงกลางทศวรรษ 1700 มีความคืบหน้าเล็กน้อยในการพัฒนาแบตเตอรี่ ในปี ค.ศ. 1745-1746 นักประดิษฐ์สองคนขนานกันแต่แยกจากกัน ได้ค้นพบสิ่งที่เรียกว่าโถ “เลย์เดน” เพื่อเก็บไฟฟ้า จากนั้นนักเคมีไฟฟ้าเช่น Benjamin Franklin, Galvani, Volta, Ampere, Faraday, Daniel และ Gaston Planté กล่าวถึงนักประดิษฐ์สองสามคนปรากฏตัวในขอบฟ้าของไฟฟ้าและเคมีไฟฟ้า ตารางต่อไปนี้แสดงให้เห็นตามลำดับเวลาของการพัฒนาแบตเตอรี่
ประวัติศาสตร์อันน่าทึ่งของการพัฒนาแบตเตอรี่
ตารางที่ 1 –
| ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาล | แบกแดดหรือพาร์เธียนแบตเตอรี่ (แบกแดด) | ชาวอียิปต์อาจใช้แบตเตอรี่เพื่อชุบเงินกับเครื่องประดับชั้นดี |
|---|---|---|
| ช่องว่างยาว | และความก้าวหน้าเล็กน้อย | |
| 1600 | กิลเบิร์ต (อังกฤษ) | การจัดตั้งการศึกษาไฟฟ้าเคมี |
| ต.ค. 1745 | Kliest นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน | เลย์เดน จาร์ |
| 1745-1746 | Pieter van Musschenbroek นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ จาก Leyden University | เลย์เดน จาร์ |
| กลางปีค.ศ. 1700 | เบนจามินแฟรงคลิน | คำว่า "แบตเตอรี่" ประกาศเกียรติคุณ |
| 1786 | ลุยจิ กัลวานี (1737-1798) | วางรากฐานสำหรับการค้นพบแบตเตอรี่หลัก ("ไฟฟ้าสำหรับสัตว์") |
| 1796 | อเลสซานดรา โวลตา (1745-1827) | พบว่าแผ่นโลหะต่างๆ ("โวลตาไพล์") เมื่อวางซ้อนกันแบบสลับกันโดยใช้ตัวคั่นแผ่นชื้น (อิ่มตัวด้วยน้ำเกลือ) คั่นระหว่างแผ่นเหล่านี้ สามารถให้กระแสไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญได้อย่างต่อเนื่อง |
| 1802 | คริกแชงค์ (พ.ศ. 2335 - พ.ศ. 2421) | จัดเรียงแผ่น Cu ที่มีขนาดแผ่น Zn เท่ากันในกล่องปิดผนึก น้ำเกลือเป็นอิเล็กโทรไลต์ |
| 1820 | เช้า แอมแปร์ (1755 - 1836) | แม่เหล็กไฟฟ้า |
| พ.ศ. 2375 และ พ.ศ. 2376 | ไมเคิล ฟาราเดย์ | กฎของฟาราเดย์ |
| 1836 | เจเอฟ แดเนียล | Cu ใน CuSO4 และ Zn ใน ZnSO4 |
| 1859 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (ฝรั่งเศส) | การประดิษฐ์เซลล์ตะกั่ว-ตะกั่วไดออกไซด์ |
| 1860 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (ฝรั่งเศส) | การนำเสนอต่อ French Academy, Paris |
| 2409 [5] | แวร์เนอร์ ฟอน ซีเมนส์ วิศวกรไฟฟ้าชาวเยอรมัน | การพัฒนาไดนาโมเครื่องกลไฟฟ้า |
| 1873 | Zenobe Gramme นักวิทยาศาสตร์ชาวเบลเยี่ยม | การประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตและมอเตอร์กระแสตรงเครื่องแรก |
| 2409 เจอโรจ-ลิโอเนล เลแคลนเช่ | Geroge-Lionel Leclanche (ฝรั่งเศส) (1839 - 1882) | การประดิษฐ์เซลล์ Leclanche |
| 1881 | Camille A Faure (ฝรั่งเศส) 1840 - 1898) | การวางกริดของลีด |
| 1881 | เซลลอน | Sellon การผสมตะกั่วกับพลวง |
| ยุค 1880- | -- | การผลิตเชิงพาณิชย์เริ่มต้นในหลายประเทศ เช่น ฝรั่งเศส สหราชอาณาจักร สหรัฐอเมริกา และสหภาพโซเวียต |
| 1881 - 1882 | แกลดสโตนและเผ่า | ทฤษฎีซัลเฟตคู่สำหรับปฏิกิริยาเซลล์กรดตะกั่ว |
| 1888 | แกสเนอร์ (สหรัฐอเมริกา) | ความสมบูรณ์ของเซลล์แห้ง |
| ยุค 1890- | -- | ยานพาหนะที่ใช้ไฟฟ้า |
| 1899 | จุงเนอร์ (สวีเดน) (1869-1924) | การประดิษฐ์เซลล์นิกเกิลแคดเมียม |
| 1900 | ในสหรัฐอเมริกาและฝรั่งเศส | 1900 แสงสว่างสำหรับบ้าน โรงงาน & รถไฟ |
| 1900 | ก.Phillipart กับแหวนแต่ละวง | แผ่นเซลล์ตะกั่วกรดแบบท่อ |
| 1900 | ข. วู้ดเวิร์ด | แผ่นเซลล์ตะกั่วกรดแบบท่อ พร้อมถุงใส่ท่อ |
| 1901 | TA Edison (สหรัฐอเมริกา) (2390-2474) | การประดิษฐ์คู่นิกเกิลเหล็ก |
| 1902 | เวด, ลอนดอน | หนังสือ “แบตเตอรี่สำรอง” |
| 1910 | สมิธ | ท่อยางเจาะรู (Exide Ironclad |
| 2455 100 EV | ในสหรัฐอเมริกา | ผู้ผลิตสร้างรถยนต์นั่งไฟฟ้า 6,000 คัน และรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ 4,000 คัน |
| 1919 | G. Shimadzu (ญี่ปุ่น) | โรงสีลูกสำหรับการผลิตตะกั่วออกไซด์ |
| 1920 | -- | การใช้ลิกนินในเพลตลบของเซลล์ตะกั่ว-กรด |
| 1920 เป็นต้นไป | ทั่วทุกมุมโลก | แอปพลิเคชั่นที่ใหม่กว่า เช่น แหล่งจ่ายไฟฉุกเฉิน การปรับอากาศของรถราง และบริการอื่นๆ บนเรือ เครื่องบิน รถประจำทาง และรถบรรทุก |
| 1938 | AE มีเหตุมีผล | หลักการของวัฏจักรออกซิเจน |
| 1943- 1952 | เลวิน & ทอมป์สัน; Jeannin, Neumann & Gottesmann; สำนักเทคนิค Gautrat | การสร้างแคดเมียมนิกเกิลปิดผนึก |
| 1950 | Gorge Wood Vinal | จองแบตเตอรี่หลัก |
| 1955 | Gorge Wood Vinal | หนังสือเกี่ยวกับการจัดเก็บแบตเตอรี่ (ฉบับที่ 4) |
| 1965 | John Devit จาก Gates Corporation | ข้อเสนอโครงการเกี่ยวกับกรดตะกั่วปิดผนึก แบตเตอรี่ |
| 1967 | การทำงานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ Ni-MH เริ่มขึ้นที่ศูนย์วิจัย Batelle-Geneva หลังจากการประดิษฐ์ของเทคโนโลยีในปี 1967 | |
| 1969 | Ruetschi และ Ockerman | กระบวนการรวมตัวกันอีกครั้งในเซลล์ตะกั่วกรดที่ปิดสนิท |
| กลางปี 1970 | - | การพัฒนา VR LABs |
| 1971 | Gates Energy Products | D-cell เปิดตัวโดย Gate Energy Products (เดนเวอร์ โคโลราโด สหรัฐอเมริกา |
| 1973 | อดัม เฮลเลอร์ | เสนอเซลล์ปฐมภูมิลิเธียมไทโอนิลคลอไรด์ |
| 1975 | Donald H.McCleland และจอห์น เดวิตต์ | แบตเตอรี่ตะกั่วกรดปิดผนึกเชิงพาณิชย์ตามหลักการวัฏจักรออกซิเจน |
| 1979 - 1980 | JB Goodenough และเพื่อนร่วมงาน | วัสดุอิเล็กโทรดบวกที่ทำปฏิกิริยากับลิเธียมที่ศักย์ไฟฟ้าที่สูงกว่า 3V หากมีลิเธียมอยู่แล้ว และลิเธียมนี้สามารถสกัดด้วยไฟฟ้าเคมีได้ |
| ทศวรรษ 1980- | -- | โลหะผสมไฮไดรด์ใหม่ที่ค้นพบในปี 1980 |
| 1986 | สแตนฟอร์ด ออฟชินสกี้ | แบตเตอรี่ Ni-MH ได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Ovonics |
| 1989 - 1990 | -- | การค้าโลหะนิกเกิล แบตเตอรี่ไฮไดรด์ |
| 1991 | โยชิโอะ นิชิ | เซลล์ลิเธียมไอออน |
| 1992 | โยชิโอะ นิชิ (บริษัท Sony) | มีการจัดแสดง EV พร้อมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในงานโตเกียวมอเตอร์โชว์ครั้งที่ 30 ในปี 2538 |
| 1996 | สบายดี Akshaya Padhi และเพื่อนร่วมงาน | นำเสนอวัสดุแคโทด Li iron ฟอสเฟต |
| 1992 | KV Kordesch (แคนาดา) | การทำการค้าเซลล์อัลคาไลน์แมงกานีสไดออกไซด์ (RAM) แบบชาร์จไฟได้ |
| 1993 | -- | OBC ดำเนินการสาธิต EV ด้วยนิกเกิลเมทัลเป็นครั้งแรกของโลก แบตเตอรี่ไฮไดรด์ในปี 2536 |
| 1997 | M. Shiomi และเพื่อนร่วมงาน ที่เก็บของในญี่ปุ่น Battery Co., Ltd. ประเทศญี่ปุ่น | การเพิ่มปริมาณคาร์บอนใน HEV เชิงลบหรือการใช้งานระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ |
| 1999* | -- | การค้า Li-ion เซลล์โพลีเมอร์ |
| 2545 - 2546 ดี. สโตน อี. | MJ Kellaway, P. Jennings, Crowe, A. Cooper | หลายแท็บ VRLAB |
| 2002 | ย. โอกาตะ | โลหะผสมตะกั่วแบบกริดบวกใหม่ที่มีการเติม Ba Pb–Ca–Sn กับ Ba |
| 2004 -2006 | แลมและเพื่อนร่วมงาน เทคโนโลยีพลังงาน CSIRO, ออสเตรเลีย | Ultra Battery สำหรับ HEVs |
| 2006 | SM ตาบาตาบาย & เพื่อนร่วมงาน | วัสดุกริดที่ประกอบขึ้นจากแผ่นตาข่ายสามมิติที่ทำจากสารประกอบโฟมอินทรีย์ การนำไฟฟ้าไปยังกริดโฟมโดยใช้การชุบทองแดง |
| 2006 | Changsong Dai & Co-workers | กริดโฟมทองแดงชุบตะกั่วสำหรับ แผ่นลบ |
| 2008 | EALABC, The Furukawa Battery Co., Ltd, ญี่ปุ่น, CSIRO Energy Technology, ออสเตรเลีย และ Provector Ltd., สหราชอาณาจักร | Ultra Battery (144V, 6.7Ah) สำหรับ HEV ที่ทดสอบบนถนนแล้ว 100,000 ไมล์ ประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่ Ni-MH |
| 2011 | Argonne National Lab | วัสดุแคโทดนิกเกิล-แมงกานีส-โคบอลต์ (NMC) |
| 2013 | เอ็น. ทาคามิ และคณะ | แอโนดลิเธียมไททาเนียมออกไซด์ |
| 2018 | N. Takami et al | TiNb2O7 แอโนด |
| 2020 | BloombergNEF | ต้นทุนแพ็ค LIB ลดลงเหลือ 176 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง = ต้นทุนเซลล์ 127 เซลล์ + ต้นทุนแพ็ค 49 ชิ้น) |
ประวัติศาสตร์ที่น่าทึ่งของรถยนต์ไฟฟ้า !!
ประวัติความเป็นมาของรถยนต์ไฟฟ้ามีการแพร่กระจายมาเป็นเวลานานตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 19
ตารางต่อไปนี้ให้รายละเอียดของเหตุการณ์ที่นำไปสู่ EVs ในปัจจุบัน
ตารางที่ 2
| นักประดิษฐ์ | ประเทศ | ระยะเวลา | รายละเอียด | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | อันโยส อิสต์วาน เจดลิก | นักฟิสิกส์ชาวฮังการี | 1828 | รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นแรก |
| 2 | Thomas Davenport | นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน | 1834 | มอเตอร์ไฟฟ้าตัวแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ |
| 3 | Sibrandus Stratingh และ Christopher Becker | ศาสตราจารย์ชาวดัตช์ | 1834-1835 | พ.ศ. 2378 รถสามล้อไอน้ำ พ.ศ. 2377 พ.ศ. 2378 รถสามล้อไฟฟ้าทั้งหมดที่ติดตั้งแบตเตอรี่ก้อนแรก |
| 4 | Robert Davidson | นักประดิษฐ์ชาวสก็อต | 1837-1840 | สร้างแบตเตอรี่ของตัวเองในปี พ.ศ. 2380 และสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดพอใช้ตัวแรกของเขา |
| 5 | กุสตาฟ ทรูเว่ | 1881 | ปรับปรุงมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่พัฒนาโดยซีเมนส์ด้วยเครื่องสะสม Starley เขาติดตั้งเครื่องยนต์นี้บนรถสามล้อของอังกฤษ ดังนั้นเขาจึงเพิ่งประดิษฐ์ EV ตัวแรกในประวัติศาสตร์ | |
| 6 | วิลเลียม มอร์ริสัน | ประเทศสหรัฐอเมริกา | 1892 | พัฒนารถม้าสี่คนหกคนของเขาที่สามารถบรรลุความเร็วสูงสุดประมาณ 14 ไมล์ต่อชั่วโมง |
| 7 | Henry Ford | ดีทรอยต์ | 1893 | ในปี พ.ศ. 2436 ได้ทดสอบเครื่องยนต์เบนซินเรียบร้อยแล้ว [https://www .history.com/topics/inventions/model-t]. |
| 8 | Henry G. Morris และ Pedro G Salom | นครฟิลาเดลเฟีย | 1894 | Electrobat เสนอธุรกิจที่ทำกำไรได้เมื่อเทียบกับห้องโดยสารที่ขับเคลื่อนด้วยม้าเนื่องจากการหยุดทำงานที่ต่ำกว่าและการเดินทางที่มากขึ้น |
| 9 | ห้องปฏิบัติการเบลล์ | ประเทศสหรัฐอเมริกา | 1945 | คิดค้นไทริสเตอร์ซึ่งมาแทนที่หลอดสุญญากาศอย่างรวดเร็ว |
| 10 | วิลเลียม ช็อคลีย์ | ห้องปฏิบัติการเบลล์ | 1950 | วงจรเรียงกระแสควบคุมด้วยซิลิกอน (SCR) หรือไทริสเตอร์ |
| 11 | Moll และวิศวกรไฟฟ้าอื่น ๆ | ไฟฟ้าทั่วไป | 1956 | SCR โดย William Shockley |
| 12 | เจนเนอรัล มอเตอร์ส (จีเอ็ม) | เจนเนอรัล มอเตอร์ส (จีเอ็ม) | 1966 | Electrovan |
เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับรถยนต์ไฟฟ้า!!
| Srl No | รายละเอียด |
|---|---|
| 1 | ในสหรัฐอเมริกา การแข่งขันรถยนต์ไฟฟ้าดึงดูดผู้สนใจจำนวนมากตั้งแต่ปี พ.ศ. 2440 ในปีนั้น บริษัท Pope Manufacturing Company ได้ผลิต EV ประมาณ 500 คัน |
| 2 | สามทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 (1910-1930) เป็นช่วงเวลาที่ดีที่สุดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ในช่วงเวลานี้ รถยนต์ไฟฟ้าแข่งขันกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ด้วยถนนลูกรังของเมืองต่างๆ ในสหรัฐอเมริกาในขณะนั้น ระยะการขับขี่เล็กๆ ของพวกเขาไม่เป็นปัญหาเลย แต่ในยุโรป เนื่องจากถนนลาดยางปรับปรุงการเดินทางระยะไกล ประชาชนจึงต้องการรถระยะไกล ซึ่งรถ ICE ก็พร้อมจะนำเสนอ |
| 3 | เมืองใหญ่ๆ ของสหรัฐเริ่มได้รับประโยชน์จากไฟฟ้าในปี 1910 สนามไดรฟ์ขนาดเล็กเป็นที่ชื่นชอบสำหรับ EV ในสมัยนั้น EVs ได้รับการยอมรับจากตลาดง่ายกับเจ้าของยานพาหนะสำหรับรถแท็กซี่และรถตู้จัดส่ง |
| 4 | เหตุการณ์สำคัญสามเหตุการณ์ในประวัติศาสตร์ของยานพาหนะ ICE ทำให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และในเวลาเดียวกัน ก็ได้ตอกย้ำจุดสุดท้ายในโลงศพของ EV ก. การเปิดตัว Model T "ต้นทุนต่ำและมีปริมาณมาก" ของ Henry Ford ในปี 1908 [https://en .wikipedia.org/wiki/Ford_Model_T] ข. Charles Kettering ผู้ประดิษฐ์สตาร์ทรถยนต์ไฟฟ้าในปี 1912 ค. ระบบทางหลวงของสหรัฐฯ เริ่มเชื่อมเมืองต่างๆ ในอเมริกา |
| 5 | ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมในปี 1960 และ 1970 ทำให้เกิดแรงผลักดันอย่างมากต่องานวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับ EVB ระยะและประสิทธิภาพยังคงเป็นอุปสรรคที่ต้องเอาชนะ |
| 6 | วิกฤตการณ์น้ำมันในปี 2516 และ 2522 ยังเป็นการกระตุ้นให้เกิดการพัฒนา EVB มากขึ้น |
| 7 | ยานพาหนะ ICE จำนวนมากสร้างปัญหาคุณภาพอากาศโดยละเมิดมาตรฐานคุณภาพอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมืองที่ก้าวหน้าของโลก สิ่งนี้กระตุ้นให้รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ในช่วงต้นปี 1990 นำกฎหมาย Clean Air Act มาใช้เพื่อส่งเสริม EVs |
| 8 | เดิมพระราชบัญญัติ Clean Air ได้กำหนดให้ 2% ของรถยนต์ที่ใช้งานเบาใหม่ที่จำหน่ายในรัฐจะต้องเป็น ZEV ภายในปี 1998 (30,000 EVs), 5% ในปี 2001 (75,000) เพิ่มขึ้นเป็น 10% ในปี 2003 (1,50,000) นอกจากนี้ ในรัฐที่ไม่ปฏิบัติตามโปรแกรมของรัฐแคลิฟอร์เนีย ผู้ผลิตรถยนต์จะต้องลดการปล่อย NOx ที่ปลายท่อและไฮโดรคาร์บอนทั้งหมดลง 60% และ 39% ตามลำดับ ระหว่างปี 1994 และ 1996 ในรถยนต์ที่ใช้งานเบา หน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) กำหนดให้มีการลดการปล่อยอีก 50% ในปี 2546 |
| 9 | เมื่อวันที่ 29 มีนาคม พ.ศ. 2539 ข้อบังคับ ZEV ของ California Air Resources Board (CARB) 1998 อ่อนตัวลงอันเป็นผลมาจากแรงกดดันจากผู้ผลิตรถยนต์และซัพพลายเออร์น้ำมันที่ได้รับผลกระทบในทางลบ การประเมินของคณะกรรมการอิสระว่าแบตเตอรี่ขั้นสูงไม่สามารถใช้ได้จนถึงปี ปี 2544 เป็นอีกเหตุผลหนึ่ง ตามการประเมินของคณะกรรมการข้างต้น แบตเตอรี่ที่ปรับปรุงแล้วดังกล่าวมีวางจำหน่ายแล้วในราคาค่อนข้างถูกเมื่อไม่นานนี้เองในปี 2018 (ต้นทุนแพ็ค US$176/kWh = 127 เซลล์ราคา + 49 แพ็ค) ผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่คาดการณ์ว่าต้นทุน EVB จะลดลงเหลือ < 100 USD /kWh ภายในปี 2568 และ 62 USD / kWh ภายในปี 2573 (โดยการคาดการณ์) |
| 10 | สมาคมแบตเตอรี่ขั้นสูงแห่งสหรัฐอเมริกา (USABC): รัฐบาลกลางแห่งสหรัฐอเมริกาและผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่สามรายของสหรัฐฯ (ไครสเลอร์ ฟอร์ด และเจเนอรัล มอเตอร์ส) ตัดสินใจรวมทรัพยากร (ประมาณ 262 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ) ไว้ในการวิจัยแบตเตอรี่ตลอดระยะเวลา 3 ปี ผู้ผลิตเหล่านี้ร่วมกับองค์กรอื่นๆ เช่น Electric Power Research Institute (EPRI) ได้ก่อตั้ง United States Advanced Battery Consortium (USABC) ขึ้นในปี 1991 ซึ่งรัฐบาลสหรัฐอเมริกาให้ทุนสนับสนุนอย่างเท่าเทียมกัน |
| 11 | USABC ได้กำหนดชุดเป้าหมายสองชุดสำหรับแบตเตอรี่ EV (ตารางที่ 3) โดยตั้งใจที่จะพัฒนาชุดแบตเตอรี่ชั่วคราวสำหรับเฟสแรก (พ.ศ. 2537-2538) และเป้าหมายระยะยาวเพื่อให้ประสิทธิภาพของ EV สามารถแข่งขันกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ไอซีได้ |
| 12 | สมาคมแบตเตอรี่ตะกั่วกรดขั้นสูง (ALABC): เอแอลเอบีซี [5. RF Nelson, The Battery Man, May 1993, pp. 46-53] ถูกจัดตั้งขึ้นในเดือนมีนาคม 1992 เพื่อจัดการแผนการวิจัย 4 ปี ด้วยทุนทรัพย์ 19.3 ล้านเหรียญสหรัฐ (48 สิบล้านรูปีโดยประมาณ) สำหรับการพัฒนาระดับสูง -ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ตะกั่วกรด EV ที่จะให้บริการส่วนแบ่งที่สำคัญของตลาด EV ในระยะสั้นถึงกลาง ALABC ได้รับการจัดการโดย International Lead Zinc Research Organization (ILZRO) และเป็นองค์กรความร่วมมือระหว่างผู้ผลิตตะกั่วรายใหญ่ที่สุด 14 ราย ผู้ผลิตแบตเตอรี่ 12 ราย สาธารณูปโภคไฟฟ้า ผู้ผลิตมอเตอร์ ผู้ผลิตเครื่องชาร์จและคัปปลิ้ง ซัพพลายเออร์ระบบส่งกำลัง ผู้ผลิตตัวควบคุม/อิเล็กทรอนิกส์ และองค์กรการค้า EV |
| 13 | ตั้งแต่ปีพ.ศ. 2534 ข้อตกลงความร่วมมือ R&D ได้รับการสรุปผลระหว่างสำนักงานเทคโนโลยียานยนต์ (VTO) ของกระทรวงพลังงาน (DOE's) สมาคมแบตเตอรี่ขั้นสูงแห่งสหรัฐอเมริกา (USABC) |
| 14 | ขนาดตลาดแบตเตอรี่ Li-ion ประจำปีอาจเพิ่มขึ้นจาก 25 พันล้าน $ (2019) เป็น 116 พันล้าน $ (2030) |
| 15 | ราคาของชุดแบตเตอรี่ลดลงจาก 1100 $/kWh เป็น 156 ในปี 2019 และคาดว่าจะเหลือ 62 $/kWh ในปี 2030 (บลูมเบิร์กNEF) |
เทคโนโลยีแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า
การประดิษฐ์ระบบแบตเตอรี่ Ni-MH เป็นอนุพันธ์ของทั้งแบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-H2 Cd ในระบบ Ni-Cd ถือเป็นวัสดุอันตราย ข้อได้เปรียบที่เกี่ยวข้องของระบบใหม่คือพลังงานจำเพาะที่สูงขึ้น แรงดันที่ต้องการลดลง และต้นทุนของเซลล์ Ni-MH งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตรถยนต์สัญชาติเยอรมัน 2 รายในระยะเวลา 20 ปี
ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่ผลิตพลังงาน:
มีความคล้ายคลึงกันมากระหว่างเซลล์ Ni-Cd และ Ni-MH ยกเว้นขั้วลบ เช่นเดียวกับในกรณีของเซลล์ Ni-Cd ในระหว่างการคายประจุ สารออกฤทธิ์เชิงบวก (PAM) นิกเกิล ออกซีไฮดรอกไซด์ จะลดลงเป็นนิกเกิลไฮดรอกไซด์ (ดังนั้น อิเล็กโทรดบวกจึงทำหน้าที่เป็นแคโทด):
NiOOH + H 2 O +e – การคายประจุ↔ประจุ Ni(OH) 2 + OH – E° = 0.52 โวลต์
วัสดุแอกทีฟเชิงลบ (NAM) จะทำปฏิกิริยาตามที่ระบุด้านล่าง: (ดังนั้น อิเล็กโทรดลบจึงทำหน้าที่เป็นแอโนด):
MH + OH – การคายประจุ↔ประจุ M + H 2 O + e – E° = -0.83 โวลต์
นั่นคือการคายไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างการคายประจุ
ปฏิกิริยาทั้งหมดระหว่างการปลดปล่อยคือ
NiOOH + H 2 O + e – การคายประจุ↔การชาร์จ Ni(OH) 2 + OH
MH + OH – การคายประจุ↔การชาร์จ M + H 2 O + e –
NiOOH + MH การคายประจุ↔การชาร์จ Ni(OH) 2 + M E° = 1.35 โวลต์
โปรดจำไว้ว่า
แรงดันเซลล์ = V บวก – V ลบ
ดังนั้น 0.52 – (-0.83) = 1.35 V
ในที่นี้ควรสังเกตว่าโมเลกุลของน้ำที่แสดงในปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ไม่ปรากฏในปฏิกิริยาของเซลล์ทั้งหมดหรือทั้งหมด เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ (สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ) ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่สร้างพลังงานและมีเพียงเพื่อวัตถุประสงค์ในการนำไฟฟ้าเท่านั้น นอกจากนี้ โปรดทราบว่าสารละลายที่เป็นน้ำของกรดซัลฟิวริกที่ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์ตะกั่ว-กรด จริง ๆ แล้วมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาดังที่แสดงด้านล่าง:
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 การคายประจุ↔การชาร์จ 2PbSO 4 + 2H 2 O
นี่คือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเซลล์ตะกั่ว-กรดและเซลล์อัลคาไลน์ กระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาประจุ
เซลล์นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ที่ปิดสนิทใช้ปฏิกิริยาการรวมตัวของออกซิเจนคล้ายกับที่เกิดขึ้นในเซลล์กรดตะกั่วที่ควบคุมด้วยวาล์ว (VRLA) ดังนั้นจึงป้องกันความดันภายในที่เพิ่มขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจซึ่งเป็นผลมาจากการสร้างก๊าซจนถึงจุดสิ้นสุดของ ค่าใช้จ่ายและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการคิดราคาแพงเกินไป
ระหว่างการชาร์จ PAM จะมีประจุจนเต็มก่อน NAM ดังนั้นอิเล็กโทรดขั้วบวกจึงเริ่มพัฒนาออกซิเจน
4OH – → 2H 2 O + O 2 + 4e –
ก๊าซที่วิวัฒนาการมาจากปฏิกิริยาข้างต้นเดินทางผ่านเมทริกซ์ที่มีรูพรุนของตัวแยกไปยัง NAM ซึ่งได้รับความช่วยเหลือจากการก่อสร้างอิเล็กโทรไลต์ที่อดอยาก และโดยการใช้ตัวแยกที่เหมาะสม
เนื่องจาก O 2 รวมกับอิเล็กโทรด MH เพื่อสร้างน้ำบนขั้วลบ แรงดันภายในแบตเตอรี่จึงป้องกันได้ ถึงกระนั้นก็มีวาล์วนิรภัยในกรณีที่มีการชาร์จไฟเกินหรืออุปกรณ์ชาร์จทำงานผิดปกติ
4MH + O 2 → 4M + 2H 2 O
นอกจากนี้ โดยการออกแบบ NAM จะไม่ได้รับอนุญาตให้ชาร์จจนเต็ม จึงเป็นการป้องกันความเป็นไปได้ในการผลิตไฮโดรเจน นอกจากนี้ การปฏิบัติตามอัลกอริธึมการชาร์จอัจฉริยะเป็นสิ่งสำคัญมากเพื่อจำกัดการสร้าง O2 ให้เกินความสามารถของประสิทธิภาพการรวมใหม่ของเซลล์ สิ่งนี้ทำได้โดยการควบคุมสัดส่วนวัสดุที่ใช้งานทั้งสองอย่างระมัดระวัง
ผู้อ่านสามารถดูข้อมูลต่อไปนี้สำหรับบัญชีโดยละเอียดของแบตเตอรี่ Ni-MH
ก. บทที่เกี่ยวกับแบตเตอรี่ Ni-MH โดย Michael Fetcenko และ John Koch ในคู่มือ
ข. Kaoru Nakajima และ Yoshio Nishi บทที่ 5 ใน: ระบบจัดเก็บพลังงานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เทคโนโลยีแบตเตอรี่กรดตะกั่วในรถยนต์ไฟฟ้า
สมาคมแบตเตอรี่ตะกั่วกรดขั้นสูง (ALABC) [7. JF Cole, J. Power Sources, 40, (1992) 1-15] ก่อตั้งขึ้นในเดือนมีนาคม 1992 เพื่อจัดการแผนการวิจัย 4 ปี ด้วยทุนทรัพย์ 19.3 ล้านเหรียญสหรัฐ (48 สิบล้านรูปีโดยประมาณ) สำหรับการพัฒนา แบตเตอรี่ตะกั่วกรด EV ประสิทธิภาพสูงที่จะให้บริการส่วนแบ่งที่สำคัญของตลาด EV ในระยะสั้นถึงกลาง
ILZRO จัดการกลุ่มนี้และเป็นองค์กรความร่วมมือระหว่างผู้ผลิตตะกั่วรายใหญ่ที่สุด 14 ราย ผู้ผลิตแบตเตอรี่ 12 ราย สาธารณูปโภคไฟฟ้า ผู้ผลิตมอเตอร์ ผู้ผลิตเครื่องชาร์จและข้อต่อ ซัพพลายเออร์ระบบส่งกำลัง ผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุม/อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และองค์กรการค้า EV ปัจจุบันสมาชิกอยู่ที่ 48 จาก 13 ประเทศ ALABC (ปัจจุบันคือ CBI) มีเป้าหมายการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญห้าประการซึ่งรวมอยู่ในตารางที่ 3 แบตเตอรี่ตะกั่วกรดขั้นสูงสามารถให้ยานพาหนะไฟฟ้าที่มีช่วงการเดินทางในแต่ละวันที่ 90 ไมล์ขึ้นไป เวลาในการชาร์จเพียงไม่กี่นาที และอายุการใช้งานประมาณ 3 ปี
สถานะของเทคโนโลยี ALABC ในปี 2541 ระบุว่าด้วยโครงการที่กำลังดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ควบคุมด้วยวาล์วซึ่งมีลักษณะการทำงาน 48 Wh/kg, 150W/kg การชาร์จอย่างรวดเร็ว 80% ใน 10 นาที และวงจรชีวิต 800 รายการอยู่ในกำหนดการพัฒนาก่อนสิ้นปี 2541 ความสำเร็จของการแสดงดังกล่าวจะแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าอันน่าทึ่งของชุมชนแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดในช่วงปี 1990 และนำเสนอโอกาสของรถยนต์ไฟฟ้าที่มีระยะทางต่อการชาร์จมากกว่า 100 ไมล์ ทำซ้ำได้หลายครั้งภายในหนึ่งวันขึ้นไป 500 ครั้งตลอดอายุการใช้งานของก้อนแบตเตอรี่ [https://batteryuniversity .com/learn/article/battery_developments]
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในรถยนต์ไฟฟ้า
ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ตารางที่ 3:
| งานวิจัย | นักประดิษฐ์ / ผู้แต่ง | ปี | สังกัด | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|
| การค้นพบการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงของเฟสของแข็ง NaAl11O17 ที่เรียกว่าโซเดียม β-อลูมินา ซึ่งนำไปสู่ระบบแบตเตอรี่ Na-S | Kummer และเพื่อนร่วมงาน | 1967 | ห้องปฏิบัติการ Ford Motor Co. | ประวัติเซลล์ Li-ion เริ่มต้นขึ้น |
| ระบบแบตเตอรี่ Na-S | N. Weber และ JT Kummer | 1967 | ห้องปฏิบัติการ Ford Motor Co. | ระบบอุณหภูมิสูง |
| FeS หรือ FeS2 ที่ศึกษาเป็นวัสดุแคโทดเทียบกับโลหะ Li | DR Vissers et.al. | 1974 | ANL | เมื่อทำปฏิกิริยากับ Li สารเหล่านี้จะเกิดปฏิกิริยาสร้างใหม่ โดยที่ระยะเริ่มต้นหายไปและก่อตัวขึ้นใหม่ |
| ขั้วบวกโลหะ Li และแคโทดไททาเนียมซัลไฟด์ (TiS2) | ศ.วิทติงแฮม | 1976 | Binghamton University, Binghamton, New York 13902, United States | Li ก่อรูปเดนไดรต์ที่ผิวโลหะจากการปั่นจักรยาน ส่งผลให้เกิดการลัดวงจร |
| วัสดุที่เริ่มแรกประกอบด้วยลิเธียมและการลบลิเธียมออกจากสารเคมีด้วยไฟฟ้าเคมี เป็นงานบน Li1−xCoO2 ในปี 1980 | ศ.ดีพอและเพื่อนร่วมงาน | 1980 | มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร | Li intercalation สารประกอบ |
| วัสดุขั้วบวกพิเศษที่ใช้โค้ก | อากิระ โยชิโนะ | 1985 | วัสดุขั้วบวกใหม่ | |
| วัสดุแอโนดด้านบนถูกรวมเข้ากับ LixCoO2 | อากิระ โยชิโนะ | 1986 | อาซาฮี คาเซ คอร์ปอเรชั่น | เซลล์ลิเธียมไอออน |
| ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ Li-ion ได้รับการพิสูจน์แล้ว | อากิระ โยชิโนะ | 1986 | อาซาฮี คาเซ คอร์ปอเรชั่น | Li-ion กับ Li metal anode ปลอดภัยพิสูจน์แล้ว |
| แบตเตอรี่ Li-ion เชิงพาณิชย์ในปี 1991 | 1991 | โซนี่ คอร์ปอเรชั่น | ||
| ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงถูกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ | 1992 | การร่วมทุนระหว่าง Asahi Kasei และ Toshiba | ||
| วัสดุแคโทดที่ใหม่กว่า Li manganate และ Li iron phosphate | กลุ่มกู๊ดอีนาฟ | 1997 | กลุ่มกู๊ดอีนาฟ | |
| ขั้วบวกกราไฟท์ | 1990 |
Li-ion Lithium cobaltate (LCO) เคมีของเซลล์
ปฏิกิริยาทั้งหมดคือ
C 6 + LiCoO 2 ⇄ Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
เซลล์ E = 3.8 – (0.1) = 3.7 V.
เซลล์ Li-ion ของเคมี LiFePO 4
ปฏิกิริยาทั้งหมด LiFePO 4 + 6C →LiC 6 + FePO 4
เซลล์ E = 3.3 – (0.1) = 3.2 V
ยุคของยานยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่
จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1990 ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ๆ ที่ทำงานเกี่ยวกับระบบไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าได้เริ่มให้ผลลัพธ์ ควบคู่ไปกับความก้าวหน้าเหล่านี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ชุดแรกเปิดตัวสู่ตลาดในปี 2534 และนำไปใช้อย่างรวดเร็ว ด้วยการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคล แบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูงเหล่านี้จึงกลายเป็นโซลูชันการจัดเก็บพลังงานทางเลือกสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันมากมาย ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาไปจนถึงรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้า
ยุคปัจจุบันของ EVs ถูกเร่งโดยปัญหาการขาดแคลนน้ำมันในปี 1970
การพัฒนา HEVs/รถยนต์ไฟฟ้าที่ทันสมัย
โต๊ะ-4
| EV/HEV | ประมาณ ปี | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| เจนเนอรัล มอเตอร์ส (GM) EV1. | 1996-1999 | EV 1 |
| รถบรรทุกไฮบริดขนาน” (PHT), | 1999 | |
| ระบบไฮบริด 2 โหมด | 2008 | |
| “Belt-Alternator-Starter” (BAS) - ระบบไฮบริดแบบอ่อน | 2011 | 1. BAS แรกของ GM คือระบบ 36-V พร้อมแบตเตอรี่ Ni-MH ที่พัฒนาโดย Cobasys 2. รุ่นที่สอง (e-Assist) เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของระบบเป็น 115 V และเปลี่ยนเป็นแบตเตอรี่ Li-ion ระบายความร้อนด้วยอากาศ 0.5 kWh ออกแบบโดย Hitachi Vehicle Energy Ltd |
| เทคโนโลยี Voltec ของ GM | 2010 | โวลต์เป็น "ซีรีส์ไฮบริด" ที่รวมทั้ง ICE ขนาดเล็กกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 355-V กับเซลล์จาก LG Chem และแพ็คที่ออกแบบโดย GM และมอเตอร์ไฟฟ้าสองตัว |
| ระบบไฮบริดของโตโยต้า (THS) | 1997 | แบตเตอรี่ Ni-MH 288-V ระบายความร้อนด้วยอากาศพร้อมพลังงาน ~1.7 kWh |
| RAV4 SUV ไฟฟ้าทั้งหมด | 2006 | แบตเตอรี่ RAV4 EV รุ่นที่สองซึ่งใช้ชุดแบตเตอรี่ Tesla Model-S มีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 386-V ที่มีกำลังไฟประมาณ 52 kWh |
| ฮอนด้า อินไซท์ | 1999-2006 | “รถสองที่นั่ง เบนซิน ประหยัดน้ำมันสูงสุด - รถยนต์ไฮบริดที่ใช้เชื้อเพลิง |
| มิตซูบิชิ | 2009 | i-Miev |
| มาสด้า | 2000-2011 | ออปชั่นไฮบริดใน Tribute, Mazda3 และ Mazda6 |
| ฮุนได | 2012 | โซนาต้า ลูกผสม Tuscon และ Elantra |
| เกีย | 2000 | Optima ไฮบริด |
| ซูบารุ | 2007 | XV Crosstrek และ Stella ปลั๊กอินไฮบริด |
| Nissan | 2010 | ใบไม้ |
| ฟอร์ด | 2011 | 1. Focus EV ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 23 kWh (LG Chem); 2. ซี-แม็กซ์ (2012) |
| BMW | 2013 | e-Tron, i-8 และ Active Hybrid |
| BYD ของจีน, Beijing Automotive Industry Corporation (BAIC), Geely, Shanghai Automotive Industry Corporation (SAIC) Chang'an, Chery, Dongfeng, First Auto Works (FAW), Brilliance Automotive, Foton, Great Wall, Lifan และอื่นๆ อีกมากมาย | ช่วงหลังของปี 2000 | . |
วันนี้ EVs และ HEV อยู่ที่นี่อย่างชัดเจน ภายในช่วงต้นทศวรรษ 2030 ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องและต้นทุนของแบตเตอรี่ก็ไม่แพงอย่างที่คิด ทางเลือกสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าไร้มลพิษ (ZEV) จะแซงหน้าตัวเลือกอื่นๆ ทั้งหมดสำหรับเจ้าของรถ
ราคาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าซึ่งสูงกว่า 1,100 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงในปี 2553 ลดลง 87% มาอยู่ที่ 156 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2562 ภายในปี 2566 ราคาเฉลี่ยอาจแตะ 100 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมง
ตารางที่ 5
[2. Global EV Outlook 2020 (IEA) หน้า 155 https://webstore.iea.org/download/direct/3007]
สต็อกรถยนต์ไฟฟ้า การขาย ส่วนแบ่งการตลาด ขนาดแบตเตอรี่ ช่วง ฯลฯ
| ปี | 2010 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ยอดขาย (ล้าน) | 0.017 | 0.45 | 2.1 | ||||
| ยอดขาย (ล้าน) | 7.2 | 47% ในประเทศจีนในปี 2019 | |||||
| การขยายสต็อค | 60% | ได้เพิ่มขึ้นเฉลี่ยปีละ 60% ในช่วงปี 2014-19 | |||||
| ส่วนแบ่งของจีน | 47% | ||||||
| ยอดขายรถยนต์ทั่วโลก | 2.6% | ||||||
| หุ้นทั่วโลก | 1% | ||||||
| เพิ่มขึ้นใน% | 40% | เหตุผลสองประการสำหรับการเพิ่มขึ้น: รุ่น EV ที่มีแบตเตอรี่ kWh ที่สูงขึ้นและด้วยเหตุนี้ช่วงที่เสนอและคาดหวังที่สูงขึ้นในปัจจุบัน ส่วนแบ่งการตลาดของ BEV เทียบกับ PHEV เพิ่มขึ้น | |||||
| ขนาดแบตเตอรี่เฉลี่ย (kWh) | 37 | 44 | 20-30 กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ในปี 2555 | ||||
| ขนาดก้อนแบตเตอรี่ (kWh) | 50- ถึง 70 | 48 ถึง 57 | 70 ถึง 80 | สำหรับรถ PHEV 10-13 kWh ในปี 2018 (50-65 km ของสนามไฟฟ้าทั้งหมด) และ 10-20 kWh ในปี 2030 ปี 2019 -14% เพิ่มขึ้น wrt ปี 2018 | |||
| ช่วงเฉลี่ย (กม.) | 350 ถึง 400 | ||||||
| พยากรณ์ทั่วโลก | ในปี 2019 การคาดการณ์ทั่วโลก = ส่วนแบ่งการตลาด 3% |
| ปี | เพิ่มขึ้นหรือลดลง (%) | |
|---|---|---|
| เปอร์เซ็นต์ของการเติบโต | 2016 ถึง 2019 | เพิ่มขึ้น 6% |
| เปอร์เซ็นต์ของการเติบโต | 2016 ถึง 2019 | ลดลง 30% |
จากข้อมูลของ IEA สถานการณ์นโยบายที่ระบุ ( SPC ) เป็นสถานการณ์ที่รวมเอานโยบายของรัฐบาลที่มีอยู่ และ สถานการณ์การพัฒนาที่ยั่งยืน ( SDC ) เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับเป้าหมายข้อตกลงด้านสภาพอากาศของปารีส หลังรวมถึงเป้าหมายของแคมเปญ EV30@30 (ส่วนแบ่งการตลาด 30% สำหรับ EV ทุกโหมดยกเว้นสองล้อภายในปี 2573)
ใน SPC หุ้น EV ของโลก (ทุกโหมด ยกเว้นสองและสามล้อ) เพิ่มขึ้นจากประมาณ 8 ล้าน (2019) เป็น 50 ล้าน (2025) และใกล้มากเป็น 140 ล้าน (2030 ประมาณ 7%) สอดคล้องกับอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีใกล้ถึง 30%
ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าแตะเกือบ 14 ล้าน (2025 คิดเป็น 10% ของยอดขายรถยนต์บนท้องถนนทั้งหมด) และ 25 ล้าน (2030 คิดเป็น 16% ของยอดขายรถยนต์บนท้องถนนทั้งหมด)
ใน SDC สต็อก EV ของโลกถึงเกือบ 80 ล้านคันในปี 2025 และ 245 ล้านคันในปี 2030 (ไม่รวมรถสอง/สามล้อ
แคมเปญ EV30@30 เปิดตัวที่งานระดับรัฐมนตรีพลังงานสะอาดครั้งที่แปดในปี 2560 ประเทศที่เข้าร่วม ได้แก่ แคนาดา จีน ฟินแลนด์ ฝรั่งเศส อินเดีย ญี่ปุ่น เม็กซิโก เนเธอร์แลนด์ นอร์เวย์ สวีเดน และสหราชอาณาจักร
| ปี | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ขนาดตลาดแบตเตอรี่ Li-ion ประจำปี (พันล้านเหรียญสหรัฐ) | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 25 | 60 | 116 | |
| ราคาก้อนแบตเตอรี่ ($/kWh) | 1100 | -- | -- | 650 | 577 | 373 | 288 | 214 | 176 | 156 | 100 | 62 |
รูปที่ 1.
ขนาดตลาด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ประจำปีทั่วโลก
https://www.greencarcongress.com/2019/12/20191204-bnef.html
ขนาดตลาดการขายของ LIB สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าอาจสูงถึงประมาณ 120 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2573
ราคาแบตเตอรี่ซึ่งสูงกว่า 1,100 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2553 และ 28 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2559 ลดลงมาอยู่ที่ 156 เหรียญสหรัฐต่อชั่วโมงในปีที่แล้ว (พ.ศ. 2562) และหลังจากนั้นประมาณสี่ปี ราคาเฉลี่ยอาจใกล้ถึง 100 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง kWh ตามที่รายงานโดยบริษัทวิจัยตลาด ผู้ผลิต EV ชั้นนำรายหนึ่งใช้เซลล์ 18659 เซลล์ที่หาซื้อได้ง่ายที่สุดเพื่อลดต้นทุนให้เหลือ 250 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง
ANL ได้กำหนดรูปแบบการคำนวณ (BatPac) สำหรับการประเมินประสิทธิภาพและต้นทุนการผลิตเซลล์ลิเธียมไอออนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า การใช้สารเคมีของเซลล์ชนิดใดชนิดหนึ่งของแบตเตอรี่ขนาด 80 กิโลวัตต์ชั่วโมงและกำลังการผลิตที่แน่นอนในแต่ละปี ราคาแบตเตอรี่เฉลี่ยประมาณว่าอยู่ในช่วง 105 ถึง 150 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง
ตัวอย่างชุดแบตเตอรี่ EV บางชุด
ผู้บริโภค EV คาดหวังการรับประกัน 8 ปีหรือจำกัด กม. สำหรับแบตเตอรี่ ผู้ผลิต EV ชั้นนำให้การรับประกัน 8 ปีนอกเหนือจากระยะทางที่ไม่จำกัด
โตชิบาอ้างว่าแบตเตอรี่จะเก็บพลังงานได้ 90% กิโลวัตต์ชั่วโมง แม้จะผ่านไปแล้ว 5,000 รอบ เทียบเท่ากับรอบการชาร์จ 14 ปีที่หนึ่งรอบต่อวัน แม้ว่าโตชิบาจะพูดถึงการขายแบตเตอรี่ในปี 2564 แต่ก็ไม่เรียกร้องค่าใช้จ่าย
รายงานแบตเตอรี่เทสลา (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf) (ลิขสิทธิ์: 2014 Total Battery Consulting, Inc.)
ชุดแบตเตอรี่ EV (ลิขสิทธิ์: 2014 Total Battery Consulting, Inc.) (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf)
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ทั่วโลก
ผู้บริโภคส่วนใหญ่เป็นเจ้าของเครื่องชาร์จ EV แบบเบา ประเทศจีนเป็นเจ้าของที่ชาร์จสาธารณะประมาณ 80% เทียบกับสต็อก EV สำหรับงานเบาทั่วโลก 47% เฉพาะปีที่แล้ว (2019) ที่ชาร์จสาธารณะในจีนเพิ่มขึ้น 60% ของที่ชาร์จสาธารณะทั่วโลก และประเทศนี้มีที่ชาร์จสาธารณะ 80% ของโลกและ 50% ของที่ชาร์จแบบช้าที่สาธารณชนเข้าถึงได้
ตารางที่ 7
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ทั่วโลก
[ Global EV Outlook 2020 (IEA) https:// webstore .iea.org/download/direct/3007 ].
เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กส่วนใหญ่เป็นที่ชาร์จส่วนตัว
| มีสายชาร์จให้ (ล้าน) | 7.3 | |||
|---|---|---|---|---|
| ส่วนตัว | สาธารณะ | ที่ชาร์จเร็ว | ที่ชาร์จช้า | |
| 6.5 ล้าน ~ 80% | 0.876 ล้าน 12% (862 000) | 4% 263 000 | 8% 598 000 |
เพิ่มขึ้น 60% เมื่อเทียบกับปี 2018
รถบัส 2019
มีที่ชาร์จ – 184000 หน่วย (เพิ่มขึ้น 17% ในปี 2019 เมื่อเทียบกับปี 2018 (157 000)
รถบรรทุกไฟฟ้าทั่วโลกกำลังชาร์จโครงสร้างพื้นฐาน
| ประเภทรถบรรทุก | รถบรรทุกขนส่งสินค้าขนาดกลาง (3.5 ถึง 15 โทน GVW) | รถบรรทุกสินค้าหนัก (>15 โทน GVW) |
| ขนาดพลังงานของก้อนแบตเตอรี่ | 70 - 300k Wh | 200 - 1,000k Wh |
สถานการณ์อินเดีย: โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV และ EV
หุ้น EV ของอินเดีย
ส่วนแบ่งการขาย EVs ในทุกโหมดในอินเดียถึงเกือบ 30% ในปี 2030 ในสถานการณ์นโยบายใหม่ ซึ่งเกือบจะสอดคล้องกับเป้าหมาย (รัฐบาลอินเดีย, 2018) การใช้พลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ส่วนใหญ่อยู่ในกลุ่มรถสองล้อ โดยรถยนต์ BEV จะคิดเป็นหน่วยใหม่สี่ในสิบหน่วยในปี 2573 รถยนต์ไฟฟ้ายังเจาะตลาด LDV และรถบัสในเมืองด้วย โดยถึง 14% ของรถยนต์นั่งและ LCV ทั้งหมด และ 11% ของยอดขายรถบัสทั้งหมด
การติดตั้ง EVs ในอินเดียได้รับการกระตุ้นโดยเป้าหมายในปี 2560 ที่จะเปลี่ยนไปใช้รถยนต์ไฟฟ้าโดยสมบูรณ์ภายในปี 2573 ในปี 2561 มีการกำหนดเป้าหมาย 30% และได้รับการสนับสนุนจากมาตรการนโยบายหลายอย่าง เช่น การกำหนดมาตรฐาน การจัดซื้อยานพาหนะสาธารณะ และสิ่งจูงใจทางเศรษฐกิจที่เป็นเป้าหมาย ทั้งสำหรับการรับรถยนต์และการชาร์จโครงสร้างพื้นฐาน
ในสถานการณ์ EV30@30 ในฐานะผู้นำระดับโลกในการเปลี่ยนผ่านสู่การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า อินเดียมีส่วนแบ่งการขาย EV ในทุกโหมด (ยกเว้นรถสอง/สามล้อ) ที่ 29% ในปี 2030 (54% รวมถึงรถสอง/สามล้อ) ในปี 2030 ในอินเดีย 72% ของรถสองล้อ 31% ของรถยนต์ และ 24% ของรถโดยสารเป็นไฟฟ้า [8. Global EV Outlook 2020 (IEA) หน้า 139, https://webstore.iea.org/download/direct/3007]
ในอินเดีย บริษัทขนส่งทางตะวันตกของรัฐเบงกอล (WBTC) ได้เพิ่มรถโดยสารไฟฟ้าและเครื่องชาร์จ 80 คันในช่วงแรกของนโยบายของรัฐบาลในการสนับสนุนการใช้รถยนต์ไฟฟ้าที่เรียกว่า Faster Adoption and Manufacturing of Hybrid & Electric Vehicles (FAME I) รถเมล์ 9 เมตรบางคันมีแบตเตอรี่ 125 kWh และรถบัสที่ยาวกว่า (12 เมตร) บางรุ่นมีแบตเตอรี่ 188 kWh
รูปที่ 3
ยอดขาย EV ในอินเดีย ปี 2030 [ Global EV Outlook 2020 (IEA) หน้า 159, https: //webstore. iea.org/download/direct/3007]
ปีที่แล้ว (2562) ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าของอินเดียอยู่ที่ 0.750 ล้านคัน และสต็อกรวมอยู่ที่ประมาณ 7.59 ล้านคัน ปีที่แล้วรถสองล้อมีการเติบโต 130% จากปี 2018
https://www.autocarindia.com/car-news/ev-sales-in-india-cross-75-lakh-mark-infy2019-412542 เข้าถึงเมื่อ 6 ส.ค. 2020 ).
ในสถานการณ์ที่แพร่หลาย ผู้ผลิต 2-W เรียนรู้ที่จะหาเลี้ยงตัวเองไม่ได้เงินอุดหนุนจากรัฐบาล ยอดขายที่ลดลงในเดือนเมษายนปีที่แล้ว (2019) เกิดจากข้อกำหนดที่เข้มงวดของเฟสที่สองของ (FAME II) ไม่มี EV ใดที่สามารถตอบสนองเกณฑ์ใหม่ได้ นอกจากนี้ กระบวนการรับรองซ้ำซึ่งกินเวลาประมาณ 45 วันทำให้การขายล่าช้า
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ในอินเดีย
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ที่เพียงพอ (EVCI) เป็นกุญแจสำคัญในการดึงดูดยานพาหนะไฟฟ้า
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความพร้อมของเครือข่ายที่แข็งแกร่งของอุปกรณ์จัดหายานพาหนะไฟฟ้า (EVSE) ในประเทศนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการให้เงินคืนและเงินอุดหนุน 3 เท่าในการซื้อจุดยืนความต้องการรถยนต์ไฟฟ้าทั้งโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการชาร์จสาธารณะและที่บ้าน สำคัญในการส่งเสริม EVs โครงสร้างพื้นฐานการเรียกเก็บเงินสาธารณะทั่วโลกเติบโตขึ้นที่ CAGR ที่น่าเหลือเชื่อที่ 84% ในทศวรรษที่ผ่านมาโดยมีอัตราการเติบโตมากกว่า 100% YoY ระหว่างปี 2552-2555 และ 2556-2557 โดยเฉลี่ยเติบโต 180% YoY ระหว่างปี 2553-2561
แนวโน้มการเติบโตของโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV ในอินเดีย
อินเดียเป็นตลาดยานยนต์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่ และในฐานะตลาดยานยนต์ที่ใหญ่เป็นอันดับสี่ของโลก เรากำลังค่อยๆ กลายเป็นภูมิภาคหลักในการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
อนาคตของการเติบโตของ EVCI ในอินเดียนั้นเป็นไปในเชิงบวกอย่างเด่นชัดและบรรลุอัตราการเติบโตของ EVCI ทั่วโลก
Gensol Mobility ซึ่งเป็นเจ้าของและดำเนินการกลุ่มรถแท๊กซี่ไฟฟ้าภายในเมือง BluSmart ได้เพิ่มการแสดงตนในภูมิภาคเมืองหลวงของประเทศ
รูปที่ 5
แนวโน้มการเติบโตของโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV สาธารณะของอินเดีย
อุปกรณ์จัดหายานพาหนะไฟฟ้าสาธารณะของอินเดีย ( EVSE ) ช้าและเร็ว
Post-Li-ion หรือ Beyond-Li-ion
ผู้ผลิต E-car กำลังค้นหาแบตเตอรี่ชนิดใหม่กว่าเพื่อเพิ่มช่วงเป็นสองเท่า กำลังตรวจสอบระบบต่อไปนี้:
ก. แบตเตอรี่โซลิดสเตต Li (http://www.usaspeaks.com/news/toyota-unveils-solid-state-battery-design-for-evs/)
ข. แบตเตอรี่ Li-air (ออกซิเจน) [ 11. David L. Chandler | สำนักงานข่าว MIT]
ค. แบตเตอรี่ Na-ion
ง. แบตเตอรี่สังกะสี-แอร์ [12. Jonathan Goldstein, Ian Brown และ Binyamin Koretz JPower Sources, 80 (1999) 171-179]
อี Licerion แบตเตอรี่
การออกแบบชุดแบตเตอรี่ EV
จำนวนเซลล์ในแพ็คจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของเซลล์ Li-ion ซึ่งจะขึ้นอยู่กับวัสดุแคโทดที่ใช้
ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 85 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงที่ทำจากเซลล์ประเภทแคโทดนิกเกิล-โคบอลต์-อะลูมิเนียม (NCA) ที่มีความจุ 3.25 Ah แต่ละเซลล์:
สมมติฐาน:
แรงดันแบตเตอรี่ = 350 V
แรงดันเซลล์ที่กำหนด = 3.6 V
ความจุพลังงานที่ได้รับการจัดอันดับ = 85 kWh
ความจุพลังงานจริง = 80 kWh (~ 95 % ของความจุพิกัด)
ความจุสูงสุด = 3.25 Ah
ความจุจริง = 3.1 Ah (~ 95 % ของความจุที่กำหนด)
สำหรับแพ็ค 350-V และใช้เซลล์ข้างต้น จะต้องมีเซลล์ 350 V/3.6 V = 97.2 เพื่อให้ง่ายต่อการปัดเศษเป็น 96 หรือ 98 เซลล์
แต่ความจุพลังงานของ 96 เซลล์เดี่ยวในซีรีส์จะเท่ากับ 96* 3.6 V*3.25 Ah = 1123 Wh ดังนั้น การออกแบบโมดูลเฉพาะนี้จะเท่ากับ 1123 Wh
ดังนั้น จำนวนเซลล์ที่จะ เชื่อมต่อแบบขนาน = 85000Wh/1123 Wh = 75.7 @ 76
เราสามารถเชื่อมต่อ 76 เซลล์แบบขนานในหนึ่งโมดูล ซึ่งจะมีความจุ 76*3.25 Ah = 247 Ah
เราสามารถแบ่ง 96 เซลล์ออกเป็น 16 โมดูลโดยแต่ละเซลล์ 6 เซลล์ (หรือ 12 โมดูลละ 8 เซลล์) ซึ่งทั้งหมดอยู่ในชุดข้อมูล
ดังนั้น แรงดันไฟทั้งหมดจะเท่ากับ 16*6 =96 *3.6 V =345.6 V @ 350 V
หรือ
แรงดันไฟทั้งหมดจะเท่ากับ 12*8 =96 *3.6 V =345.6 V @ 350 V
ดังนั้น คะแนนรวม Wh ของหนึ่งโมดูลจะเท่ากับ 247 Ah*6*3.6 V = 5335 Wh
ดังนั้นคะแนนรวม Wh ของชุดจะเป็น 247 Ah*6*3.6 V*16 = 85363 Wh @ 85 kWh
ดังนั้น Wh จริงทั้งหมดของชุดจะเป็น 76*3.1 Ah = 236 Ah*350 V = 82600 Wh @ 82 kWh
ตอนนี้กำลังไฟฟ้าอยู่ที่ 85 kWh ดังนั้น จำนวนเซลล์ทั้งหมดในแพ็คจะเป็น
85000 Wh/3.6 V*3.25 Ah= 7265 เซลล์ (พิกัด)
85000 Wh/3.6 V*3.1 Ah= 7616 เซลล์ (ตามจริง)
ในลักษณะเดียวกัน เพื่อให้ได้ชุด 350-V โดยใช้เซลล์ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) 3.25-V เราจะต้องมีเซลล์ (350 V/3.25 V) 107.7 เซลล์ อีกครั้ง เพื่อความง่าย เราอาจตัดสินใจใช้ 108 หรือ 110 เซลล์ ที่นี่เราสามารถออกแบบ 11 โมดูล 10 เซลล์สำหรับ 110 เซลล์หรือ 18 โมดูล 6 เซลล์แต่ละเซลล์สำหรับ 108 เซลล์
หรือใช้เซลล์ LTO 2.3-V (ลิเธียมไททาเนต) เราต้องการ (350 V/2.3 V) 152 เซลล์หรือปัดเศษเป็น 160 เซลล์เพื่อให้ได้แรงดันที่ต้องการ
70 kWh และ 90 kWh, 18650 NCA เซลล์ 3.4 Ah; ระบายความร้อนด้วยของเหลว
บรรจุ 90 kWh มี 7,616 เซลล์; แบตเตอรี่มีน้ำหนัก 540 กก. (1,200 ปอนด์ = 540 กก.)
ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในการกำหนดค่าแบบขนานนั้นต่ำ ดังนั้นความล้มเหลวในเซลล์เดียวจะไม่ส่งผลกระทบต่อแบตเตอรี่ทั้งหมด
การคำนวณกำลังและความจุของแบตเตอรี่
นำตัวอย่างก่อนหน้าของก้อนแบตเตอรี่ขนาด 85 kWh ที่มีแรงดันไฟฟ้า 350 V โดยปกติสำหรับ EV จะพิจารณาอัตราการคายประจุ 1C ดังนั้นกระแสจะเท่ากับ 85000 Wh / 350 V = 243 Ah ดังนั้นกระแสจะเป็น 240 A กำลัง = V * A = 350*240 = 84000 W = 84 kW สูงสุด แต่ BMS อนุญาตเพียง 80% ของพลังงานนี้เป็นค่าสูงสุด
ดังนั้นพลังงานที่ใช้จริงจะเท่ากับ 84*0.8= 67.2 กิโลวัตต์ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เปอร์เซ็นต์เฉลี่ยของพลังงานหมุนเวียนจะอยู่ที่ประมาณ 15% ตัวเลขนี้อาจสูงถึงมากกว่า 40% ในบางกรณี พลังงานหมุนเวียนไม่เกิน 40 กิโลวัตต์
แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมที่แข่งขันกัน
ตารางที่ 8
| พารามิเตอร์ประสิทธิภาพ | NCA | NMC | LMO | LFP | LTO | LCO |
|---|---|---|---|---|---|---|
| แรงดันไฟที่กำหนดของเซลล์ (V) | 3.6 | 3.6 | 3.8 | 3.2 | 2.2 | 3.6 |
พลังงานจำเพาะและประสิทธิภาพพลังงาน
สมมติว่ามีประสิทธิภาพ 25% เชื้อเพลิงฟอสซิลอาจให้พลังงานที่ใช้งานได้ 12000*0.25 = 3000 Wh/kg ในกรณีของแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพจะสูงขึ้น ดังนั้น 150*0.9 = 135 Wh/kg พลังงานที่ใช้งานได้จึงหาได้จากแบตเตอรี่
อัตราส่วนที่ใช้ได้ = 3000/135 = 22.22 เท่า
อัตราส่วนโดยตรง = 12000/150 = 80 เท่า
การรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion
[ 14. Bin Huang Zhefei Pan Xiangyu Su Liang An, J Power Sources, เล่มที่ 399, 30 กันยายน 2018, หน้า 274-286]
ด้วยความต้องการ LIB ที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากกลุ่ม EV แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนมากจะส่งคืนเพื่อรีไซเคิลหรือนำกลับมาใช้ใหม่ การขาดการทิ้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วอย่างเหมาะสมอาจส่งผลให้เกิดผลกระทบร้ายแรง เช่น มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและการสูญเสียทรัพยากร ในการแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีทั้งนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการมีส่วนร่วมของรัฐบาล
ผู้อ่านที่สนใจรายละเอียดเพิ่มเติมสามารถอ้างถึงสิ่งตีพิมพ์ในหัวข้อนี้
แบตเตอรี่สำรอง (ใช้แบตเตอรี่ EV ซ้ำหลังจากหมดอายุการใช้งาน EV
ในสาขาการรีไซเคิล มีการไตร่ตรองถึงการนำแบตเตอรี่ EV กลับมาใช้ใหม่หลังจากที่ทิ้งแบตเตอรี่ EV หรือรีไซเคิลวัสดุจากแบตเตอรี่นี้
รถยนต์ไฟฟ้ามาอินเดียในปี 2020
ปี 2020 จะไม่เพียงแต่ผู้ผลิตมองว่ามุ่งเน้นไปที่รถยนต์และรถจักรยานยนต์ที่เป็นไปตามมาตรฐาน BSVI แต่บางบริษัทจะใช้ขั้นตอนเพิ่มเติมเพื่อปฏิเสธการปล่อยก๊าซคาร์บอนอย่างสมบูรณ์และร่วมลงทุนในแพลตฟอร์ม EV ต่อไปนี้เป็น EVs บางส่วนที่ได้รับการยืนยันสำหรับปีนี้และบางส่วนที่คาดว่าจะเร็ว ๆ นี้ในปีนี้ พวกเขาคือ:
ทาทา เน็กสัน EV
จี มอเตอร์ อินเดีย ZS EV
Audi e-Tron
ฟอร์ด-มหินทรา แอสไพร์ EV
Volkswagen ID 3
จากัวร์ ไอ-เพซ
ปอร์เช่ ไทคานน์ 4S
รายละเอียดที่มีอยู่เป็นตารางด้านล่าง:
ตารางที่ 9
รถยนต์ไฟฟ้ากำลังจะมาที่อินเดียในปี 2020
(http://overdrive.in/news-cars-auto/cars-coming-to-india-in-2020-electric-vehicles/)
| EV (Wh บริโภค/กม.) | ราคา | ประเภทแบตเตอรี่ | ความจุกิโลวัตต์ชั่วโมง | ความจุที่ใช้ได้ | มอเตอร์ | แรงบิด | อัตราเร่ง | ความเร็วสูงสุด | ช่วงกม. | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ทาทา เน็กสัน EV (100 Wh/km) | อาร์เอส 15 ถึง 17 ลิตร | ลิเธียมไอออน | 30.2 | มอเตอร์ AC แม่เหล็กถาวร | ล้อหน้า 129PS และ 245 Nm | 0 ถึง 100 กม./ชม. ใน 9.9 วินาที | NA | > 300 กม. เมื่อชาร์จเต็ม | ||
| GM ZS EV (129 Wh/km) | ลิเธียมไอออน | ชุดแบตเตอรี่ระบายความร้อนด้วยของเหลว 44.5 | ขับเคลื่อนล้อหน้าด้วยมอเตอร์ 143PS/350Nm | 345 | ที่ชาร์จออนบอร์ด ชาร์จเต็มใน 6 ถึง 8 ชั่วโมง; นอกจากนี้ยังต้องตั้งค่าเครื่องชาร์จ 50 กิโลวัตต์ | |||||
| Audi e-tron (220 Wh/km) | ลิเธียมไอออน | 96 | 86.5 | มอเตอร์ด้านหลังและด้านหน้า | 436 | |||||
| ฟอร์ด-มหินทรา แอสไพร์ EV | Rs 6 ถึง 7 L | ลิเธียมไอออน | มอเตอร์เพลาหลัง | 300+ | ||||||
| Volkswagen ID 3 (136 วัตต์/กิโลเมตร) (138 วัตต์ต่อชั่วโมง/กม.) (140 Wh/km) | < 30000 ยูโร | ลิเธียมไอออน | 45 (เวอร์ชันพื้นฐาน) | 330 (WLTP) | 290 กม. ในการชาร์จ 30 นาที (100 กิโลวัตต์ DC) | |||||
| อาร์เอส ~ 23.85 L ก่อนภาษีและอากร | ลิเธียมไอออน | 58 (สเปคกลาง) | 205PS และ 310Nm | 160 | 420 | |||||
| ลิเธียมไอออน | 77 (สเปกสูงสุด) | 550 | ||||||||
| จากัวร์ ไอ-เพซ (180 Wh/km) | ลิเธียมไอออน | 90 | 2 มอเตอร์ | 400PS และแรงบิด 696Nm | 0-100 กม./ชม. ใน 4.8 วินาที | 320 | >500 | 80% Ch 90 นาที | ||
| ปอร์เช่ ไทคานน์ 4S (195 วัตต์ต่อชั่วโมง/กม.) | ลิเธียมไอออน | 79.4 | มอเตอร์คู่ 800 V | 435PS, 530PS เมื่อโอเวอร์บูสท์ และ 640 Nm. | 0 ถึง 100 กม./ชม. ใน 4 วินาที | 250 | 407 | |||
| ลิเธียมไอออน | 93.4 | 463 |
