Baterie do aut elektrycznych – działanie, budowa, ciekawostki!

Samochody elektryczne, podobnie jak ich odpowiedniki spalinowe, napędzane są dzięki generowaniu energii wprawiającej w ruch układ napędowy. W przypadku silników spalinowych źródłem energii są paliwa (takie jak benzyna czy gaz), lecz w samochodach elektrycznych wykorzystywane są akumulatory zwane powszechnie bateriami, które kumulują energię elektryczną. Jaka jest ich budowa i zasada działania?

Budowa baterii w samochodzie elektrycznym

Napęd elektryczny w samochodzie elektrycznym jest złożony, ale wyodrębnić można kilka najważniejszych komponentów, które odpowiadają za gromadzenie energii elektrycznej niezbędnej do napędzania pojazdu. Najmniejszą składową są ogniwa bateryjne, w których magazynowany jest prąd. Kilka lub kilkanaście ogniw połączonych ze sobą tworzy moduł akumulatora. Moduły są następnie integrowane, tworząc system akumulatora, czyli urządzenie mające za zadanie magazynowanie prądu, chronienie komponentów takich jak ogniwa, a także przekazywanie energii do układu napędowego.

W przypadku silników elektrycznych niezwykle ważny jest parametr zwany gęstością elektryczną. Jest to natężenie prądu elektrycznego odpowiadającego danej powierzchni. Gęstość elektryczna wyrażana jest zazwyczaj w A/m² lub A/cm². W samochodach elektrycznych gęstość elektryczna musi być na wysokim poziomie, aby silnik nie zajmował zbyt wiele miejsca. Dlatego też ogniwa baterii są wysokowydajne i ciasno upakowane, dzięki czemu cały układ napędowy zajmuje stosunkowo mało miejsca, oferując dużą moc silnika.

Układ elektryczny a wysokie napięcie

W samochodach elektrycznych akumulator pracuje pod bardzo wysokim napięciem rzędu 400-800V. W silnikach elektrycznych wykorzystuje się elektronikę siłową, która pozwala zarządzać prądem o wysokim napięciu, a także zamieniać prąd stały na prąd zmienny niezbędny do zasilania układu napędowego. Nowoczesne samochody elektryczne posiadają inteligentne systemy dysponowania prądem stałym, które powodują generację prądu zmiennego zależnie od sytuacji drogowej w jakiej znajduje się samochód elektryczny.

Zasada działania silnika elektrycznego

Silnik elektryczny bazuje na energii powstającej w wyniku reakcji chemicznych. Za kumulowanie oraz wykorzystywanie skumulowanego prądu odpowiadają systemy akumulatorowe, których działanie uzależnione jest od wykorzystania elektrolitu, katody oraz anody.

Elektrolit to medium przewodzące w którym zanurzone są katoda oraz anoda. Baterie w samochodach elektrycznych mogą wykorzystywać elektrolit w stanie ciekłym, ale też w postaci żelu czy litego ciała stałego. Niezależnie od materiału, elektrolit musi cechować się wysoką przewodnością, aby w efektywny sposób magazynować prąd i dysponować nim podczas użytkowania samochodu.

W nowoczesnych samochodach elektrycznych wykorzystuje się akumulatory litowo-jonowe, warto więc wyjaśnić działanie baterii na ich przykładzie. W akumulatorach tego rodzaju katoda wykonana jest z tlenku litu, natomiast anoda z grafitu. W procesie ładowania jony dodatnie litu wędrują za pośrednictwem elektrolitu w kierunku anody. Skumulowanie jonów dodatnich oznacza, że akumulator zmagazynował prąd umożliwiający napędzanie pojazdu. Przepływ prądu wykorzystywanego do zasilania samochodu odbywa się, gdy tylko podłączony zostaje odbiornik prądu. Wtedy też skumulowane jony dodatnie w anodzie wędrują przewodem z do katody, co powoduje generację prądu służącego do zasilania układu napędowego.

W makroskali silniki elektryczne wyróżniają się na tle spalinowych odpowiedników przede wszystkim cichym trybem pracy oraz zerową emisją szkodliwych spalin.