קרא עוד
מעט על מצבר ליתיום. מצבר הוא מכשיר הממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית ולהיפך .חלפו שני עשורים מאז שסוללות הליתיום-יון נכנסו לשוק .למרות השיפורים המתמידים, הטכנולוגיה הקיימת מתקשה לעמוד בדרישות השוק לסוללה בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה שתאפשר מרחקי נסיעה ארוכים יותר בין טעינה לטעינה .בעיה בסיסית קיימת בחומרים מהן עשויות האלקטרודות; לחומרים הללו יש מגבלות מבחינת קיבול וצפיפות אנרגטית .בייצור תאי המצבר משתמשים בתרכובות שונות, הליתיום הוא המרכיב העיקרי בהן. המצבר מורכב ממספר תאים .כל תא מסוגל לספק מקסימום ,3.7Vלדברי ספקי הסוללות ,הטעינה יכולה להתבצע מאות ואף אלפי פעמים .בפועל לאחר 1,600טעינות -במצבר הטוב ביותר של חברת TESLAהאמריקאית - קיבולת המצבר יורדת ל .80%במצברים נחותים מספר הטעינות המרבי מגיע ל 200טעינות .אורך חיי המצבר הוא פועל יוצא של אופי השימוש וגילו. אין בנמצא "מצבר ליתיום בעל פריקה עמוקה" ,למצברי ליתיום אין זיכרון. בסכמה רואים את פילם האלקטרודה השלילית ( )-היא מנחושת ,דקה מאוד ומצופה בכימיקל .יש עשרות כימיקלים המשמשים בתא .בין האלקטרודות יש "מפריד" שתפקידו לבודד בין שני הפילמים. האלקטרודה החיובית עשויה מפילם אלומיניום .אורך הפילמים מגיע לפעמים ל 10 מ' והם מלופפים סביב עצמם (כמו ג'חנון) בזמן פריקת התא האלקטרונים החיוביים ( )-נמשכים לקתודה שעשויה מנחושת. האלקטרונים השליליים ( )+נמשכים לאנודה ,שעשויה מאלומיניום וכך נוצר המתח החשמלי. בזמן הטעינה התהליך מתהפך. את עוצמת המצבר אנו מודדים בצד המתח ( )Vלמעשה כשהמצבר טעון אנו מניחים שהוא טעון גם באמפרים ( )Aאבל קשה לוודא זאת אלא במכשיר מיוחד. התאים מחוברים בינם אך ורק בהלחמת נקודה .הלחמה בבדיל מחממת את התא ומקצרת את חייו. הלחמת מכונה להלחמת נקודה של התאים הנקודה הקיבולת של המצבר ) )Whנמדדת :ביח' מתח ( ,)Vכפול יח' אמפר שעה ))Ah קיבולת של מצבר 36V 36X10=360 Wh קיבולת של מצבר 48V 48X10 =480 Wh ברור שעדיף להשתמש במצבר של 48Vמכיוון שקיבולת האנרגיה גבוהה יותר. כשהמתח בתא יורד מתחת לגבול התחתון שהוא 40%הכימיקל בתא הופך להיות תחמוצת מלחים והתא מאבד את יכולתו לשמש כתא חשמלי. הטמפרטורה האידאלית עבור מצבר ליתיום היא בין 0ל 20מעלות ,הטמפ. בארץ גבוהה המגיעה עד 60מעלות מקצרת את אורך חיי המצבר ואת נצולת המצבר (פחות ק"מ) מצבר 36Vכשהוא טעון המתח בו הוא 42Vוכשהוא פרוק המתח הוא 32V המתח 36Vהוא מתח נומינלי. במצבר 48Vכשהוא טעון המתח הוא 54,5Vוכשהוא פרוק המתח הוא 42V תאי ליתיום שונים מצברי הליתיום של האופניים החשמליים מכילים בעיקר ב 2סוגי חומרים: .1מצבר שבו תאים המכילים את הכימיקל LiNiCoMnO2שהוא המקובל יותר .אבל בעל אורך חיים קצר ,ונפילת המתח בזמן השימוש מהירה( .אחרי זמן קצר יחסית מהירות הנסיעה והכוח יורדים) המתח בתא הוא 3.7Vוקיבולת התא ( )Ahמשתנה. .2התאים בו מכילים את הכימיקל ,LiFePO4מאריך חיים ביותר מפי 2ממצבר LiNiCoMnO2ונפילת מתח בזמן הרכיבה מתונה .כלומר ירידת המהירות בזמן הרכיבה על האופניים כמעט לא מורגשת .המתח בתא הוא 3.2Vלפיכך משתמשים במספר תאים גדול יותר והמצבר מעט כבד יותר .המתח שהמצבר מספק כמעט אינו משתנה גם במאמץ גדול של המנוע ,לפיכך יש פחות תקלות במערכת החשמל של האופניים .המצבר מומלץ. יש תאים שונים הן במידות החיצוניות ,במתח ( , )Vבקיבולת ( )Ahובמשקל. מצבר הליתיום בנוי מתאים בודדים ורק על ידי החבור ביניהם אנו מקבלים את המתח ( )Vהרצוי ואת הזרם ) (Ahהמתאים. בחבור תאי סוללה בטור מחברים את ה ( )+ל ( )-ומקבלים :מתח ( (Vכפול מספר התאים. אם מחברים בטור 3תאים של ,1.5Vמקבלים מתח של 4.5Vכשהזרם ) (Aאינו משתנה 3X1.5=4.5תאים כאשר מחברים תאים במקביל :כל ה( )+מחוברים יחד וכל ( )-מחוברים יחד. המתח ( )Vבתאים אינו משתנה לעומתו הזרם עולה במכפלה של התאים .אם לוקחים 3תאים של 1Ahומחברים ביניהם מקבלים זרם של 3X1Ah=3Ahתאים התאים מחוברים ביניהם גם בטור וגם במקביל ,כדי לקבל את המתח ()V הנדרש ואת הזרם ( )Aהנדרש. BMS Battery Management System מערכת ניהול מצבר תפקיד ה BMSהוא להגן על תאי המצבר העדינים. .1טעינה :לחלק הזרם המתקבל מהמטען באופן שווה לתאי המצבר דרך החוטים הדקים. .2פריקה :פריקת התאים באופן שווה .במקרה של ירידת מתח של תא אחד ביותר מ 0.2Vמיתר התאים .ה BMSמונע את המשך פריקת המצבר על ידי הפסקתו עד איזון המתח בתאים. .3מתח מינימלי :אם המתח במצבר יורד מתחת למותר ( )32Vבמצבר של ,36Vה BMSמנתק מידית את הספקת הזרם מהמצבר. .4חום יתר :אם המצבר מתחמם מעל לטמפ' של 60מעלות ה BMSמונע את פריקת הזרם. לכל מצבר יש 2נקודות עומס שבהן ה BMSמפסיק את מעבר הזרם. .1עומס פריקה גבוה של 20Aלזמן קצר של כ 2שניות בדרך כלל ,במצברים מסוימים יכולת הפריקה מגיעה עד 40A .2עומס פריקה רגיל שמגיע עד .10A לכל מצבר יש את ה BMSהייחודי לו ,הפרמטרים של ה:BMS .1מתח המצבר. .2זרם המצבר. .3כימיקל המצבר. .4מס .תאים במצבר. .5דרישות ייחודיות :זרם מכסימלי בפיק ,זרם עבודה. ה BMSמורכב מרכיבים אלקטרוניים רבים ,הכוללים מיני פרוססור (מחשב זעיר) .בין היתר יש מספר פטים ( )FETsשהם מתגים ללא ניצוץ בעלי שימושים רבים באלקטרוניקה .ב BMSהם משמשים כמתגים המנתקים הזרם עד 100,000פעם בדקה על מנת להגן על התאים מפריקה מהירה ולצמצם הזרם ( )Aהיוצא מהמצבר לעוצמה המותרת. קל לראות ה"פט" השרוף .בהחלפה החדש חייב להיות בערך של הישן. ברוב המקרים התקלה ב BMSהיא שריפת ה"פט". חוט ה ( )+האדום והעבה מחובר לשקע המטען מצד אחד ומחובר ישירות לתאים מצד שני .חוט הפריקה ( )+האדום העבה מחובר לתאים מצד אחד ומחובר ישירות לסוויטש מצד שני. כל הפעולות החשמליות שבמצבר מתבצעות אך ורק בחוט ה ( )-השחור. .1הוא מוביל משקע המטען ל BMS .2מה BMSלתאי המצבר .3מה BMSלשקע היציאה מהמצבר. לכל זוג תאים (המהווים יחידת מצבר )10Ah 3.7Vמתחבר חוט ( )-דק יותר מה BMS לטעינה ולניטור התא. ה BMSשבמצבר מפסיק את פריקת הזרם ב ,32Vאם המתח ימשיך לרדת תאי המצבר יפגמו. ככל שהמנוע צורך יותר חשמל מהמצבר (שהוא מוגבל בהגדרה) המתח ()V המסופק יורד .והזרם ( )Aכמעט ולא משתנה ,כתוצאה מכך יורדת הספק החשמל ( )Wהיוצא מהמצבר .ירידת המתח היא הגורם העיקרי לתקלות בבקר, במנוע ובכל מערכת החשמל. חלקי הBMS שקע רב פינים בצד ימין של השקע מחובר חוט ה( ,)-בתמונה מסומן .1 ב .0יתר 10הפינים -לכל אחד מהתאים מתחבר באמצעות הפין חוט ()+ המשמש לטעינה ולהגנה. בצד ימין של התמונה רואים 2מוליכים :אחד ( )-המשמש לטעינה והשני ()- המשמש לפריקה. תקע רב פינים.
© Copyright 2024