Elektrikli araç aküleri hakkında bilmek istediğiniz her şey

Bir elektrikli arabanın hızı, kilometresi, torku ve bu tür hayati öneme sahip tüm parametreleri yalnızca motorun özelliklerine ve arabada kullanılan pil takımına bağlıdır. Güçlü bir motor kullanmak önemli olmasa da, sorun, motorun ömrünü kısaltmadan uzun süre yeterli akımı sağlayabilecek bir Pil Paketi tasarlamaktan kaynaklanmaktadır. Voltaj ve akım talebiyle başa çıkmak için EV üreticilerinin tek bir araba için bir Pil Paketi oluşturmak üzere binlerce olmasa da yüzlerce hücreyi bir araya getirmesi gerekiyor. Tesla model S'de yaklaşık 7,104 hücre ve Nissan yaprağında yaklaşık 600 hücre var. Lityum hücrelerin dengesiz doğasıyla birlikte bu büyük sayı, Elektrikli Araba için bir Pil Paketi tasarlamayı zorlaştırıyor. Bu makalede , Elektrikli Araç Pil Paketinin bir EV için nasıl tasarlandığını inceleyelimve dikkat edilmesi gereken pillerle ilişkili hayati parametreler nelerdir.

Elektrikli Araç Pil Paketinin içinde ne var?

Elektrikli araca giriş makalesini okuduysanız, soruyu şimdiye kadar cevaplamış olursunuz. Yeni olan insanlar için hızlıca yeniden başlık atayım. Aşağıdaki resim, Nissan Leaf'in pil paketinin Paketinden hücre düzeyinde ayrıldığını göstermektedir.

Modern elektrikli otomobiller, bu makalenin ilerleyen bölümlerinde tartışacağımız bazı bariz nedenlerden dolayı arabalarına güç sağlamak için Lityum piller kullanır. Ancak, bu Lityum piller hücre başına yalnızca 3.7V'a sahipken, bir EV Arabası 300V civarında bir yere ihtiyaç duyar. Bu kadar yüksek voltaj ve Ah Derecesi elde etmek için Lityum hücreler, modüller oluşturmak için seri ve paralel kombinasyon halinde birleştirilir ve bu modüller, bazı koruma devreleri (BMS) ve soğutma sistemi ile birlikte, yukarıda gösterildiği gibi toplu olarak Batarya Paketi olarak adlandırılan mekanik bir muhafaza içinde düzenlenir.

Pil Türleri

Çoğu otomobil Lityum Pil kullanırken, biz sadece bununla sınırlı değiliz. Mevcut birçok pil kimyası türü vardır. Genel olarak piller üç türe ayrılabilir.

Birincil Piller: Bunlar şarj edilemeyen pillerdir. Yani kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilir, tersi olamaz. Oyuncaklar ve uzaktan kumandalar için kullanılan Alkalin piller (AA, AAA) buna bir örnek olabilir.

Sekonder Aküler: Elektrikli araçlar için ilgi duyduğumuz akülerdir. EV'ye güç sağlamak için kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilir ve ayrıca şarj işlemi sırasında Elektrik enerjisini tekrar Kimyasal enerjiye dönüştürebilir. Bu piller genellikle cep telefonlarında, EV'lerde ve diğer taşınabilir elektronik cihazların çoğunda kullanılır.

Yedek Piller: Bunlar çok özel uygulamalarda kullanılan özel tip pillerdir. Adından da anlaşılacağı gibi, piller kullanım ömürlerinin çoğu boyunca yedek (bekleme) olarak tutulur ve bu nedenle çok düşük kendi kendine boşalma oranına sahiptir. Örnek can yeleği pilleri olabilir.

Bir Pilin Temel Kimyası

Daha önce de belirtildiği gibi, piller için pek çok farklı kimya mevcuttur. Her kimyanın kendi artıları ve eksileri vardır. Ancak kimyanın türüne bakılmaksızın, tüm piller için ortak olan birkaç şey vardır, kimyasına fazla girmeden onlara bir göz atmamıza izin verin.

Bir pilde Katot, Anot ve Ayırıcı olmak üzere üç ana katman vardır. Katot, pilin pozitif katmanıdır ve anot, pilin negatif katmanıdır. Akü terminallerine bir yük bağlandığında, akım (elektronlar) Anot'tan Katoda akar. Benzer şekilde, pil terminallerine bir şarj cihazı bağlandığında, elektronların akışı, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi Katot'tan Anoda tersine çevrilir.

Herhangi bir pilin çalışması için Oksidasyon-İndirgeme Reaksiyonu adı verilen bir kimyasal reaksiyon gerçekleşmelidir. Bazen Redox Reaction olarak da adlandırılır. Bu reaksiyon, elektrolit (ayırıcı) aracılığıyla pilin Anot ve Katot arasında gerçekleşir. Pilin Anot tarafı elektron kazanmaya istekli olacak ve bu nedenle bir Oksidasyon reaksiyonu meydana gelecek ve pilin Katot tarafı elektronları kaybetmeye istekli olacak ve dolayısıyla İndirgeme Reaksiyonu meydana gelecektir. Bu reaksiyon nedeniyle iyonlar, katottan pilin Anot tarafına ayırıcı vasıtasıyla aktarılır. Sonuç olarak, Anotta daha fazla iyon birikecektir. Bu Anodun nötralize edilmesi için elektronları yanlarından Katoda doğru itmesi gerekir.

Ancak Ayırıcı, içinden yalnızca iyonların akışına izin verir ve Anottan Katoda herhangi bir elektron hareketini engeller. Yani pilin elektronları aktarabilmesinin tek yolu dış terminalleridir, bu yüzden pilin terminallerine bir yük bağladığımızda akan bir akım (elektronlar) elde ederiz.

Lityum Pil Kimyasının Temelleri

EV için en çok tercih edilen piller oldukları için lityum pilleri tartışacağımız için, kimyasına biraz daha fazla girelim. Lityum Pillerde yine birçok türü var, Lityum nikel kobalt Alüminyum (NCA), Lityum-nikel mangan kobalt (NMC), Lityum-manganez Spinel (LMO), Lityum Titanat (LTO), Lityum-demir Fosfat (LFP) en çok ortak olanlar. Yine her kimyanın, Boston Consulting grubu tarafından aşağıdaki resimde düzgün bir şekilde gösterilen kendine has özellikleri vardır.

Bunlardan Lityum nikel Kobalt Alüminyum, düşük maliyeti nedeniyle en çok kullanılanıdır. Bu makalenin ilerleyen bölümlerinde bu parametrelerin daha fazlasına değineceğiz. Ancak burada fark edebileceğiniz yaygın bir şey, tüm pillerde Lityumun bulunmasıdır. Bunun başlıca nedeni, Lityumun elektron konfigürasyonudur. Nötr bir Lityum metal atomu aşağıda gösterilmiştir.

Atom numarası üçtür, yani nükleaz çevresinde üç elektron olacaktır ve en dıştaki kabuk yalnızca bir değerlik elektronuna sahiptir. Reaksiyon sırasında bu değerlik elektronu çekilir, böylece bize bir elektron ve bir lityum iyonu oluşturan iki elektronlu bir lityum iyonu verir. Daha önce tartışıldığı gibi, elektron, pilin dış terminallerinden akım olarak akacak ve lityum iyonu, redoks reaksiyonu sırasında elektrolit (ayırıcı) boyunca akacaktır.

Elektrikli Araç Akülerinin Temelleri

Artık bir pilin nasıl çalıştığını ve bir Elektrikli Araçta nasıl kullanıldığını biliyoruz, ancak buradan devam etmek için, bir pil takımı tasarlarken yaygın olarak kullanılan bazı temel terminolojileri anlamamız gerekiyor. Onları tartışalım…

Voltaj Derecesi: Bir akü üzerinde işaretlenebilecek çok yaygın iki derecelendirme, voltaj derecesi ve Ah Derecelendirmesidir. Kurşun asitli piller genellikle 12V'dur ve lityum piller 3.7V'dur. Buna pilin nominal voltajı denir. Bu, pilin terminallerinde her zaman 3.7V sağlayacağı anlamına gelmez. Voltaj değeri, pilin kapasitesine bağlı olarak değişecektir. Tartışacağız