En bil kan vara en underbar sak. Den kan ta dig vart du vill, när du vill - även när de platserna inte har kollektivtrafik. Faktum är att mycket av det moderna livet skulle vara omöjligt utan bilar. De hjälper oss att komma till våra jobb, skolor, livsmedelsbutiker eller till och med bara till det lokala köpcentret. Tyvärr, så underbara som bilar är, har de också några allvarliga nackdelar. Två av dessa nackdelar är att de ofta kostar mycket pengar att underhålla och att de förorenar atmosfären med skadliga gaser. Luftföroreningar har blivit ett allvarligt problem i många stadsområden, och med rekordhöga bensinpriser kan förbränningsmotorn snart bli en lyx som samhället helt enkelt inte har råd med.
Få människor skulle förespråka att helt och hållet avstå från bilar, men finns det något sätt vi kan få kraften och bekvämligheten av en bil utan föroreningar och kostnader som orsakas av att bränna bensin? Lyckligtvis finns det. Många tror att bilarna i en inte så avlägsen framtid kommer att drivas inte av bensin, utan av el. Faktum är att dessa elbilar - även kända som elbilar eller elfordon - är inte alls futuristiska. Elfordon har funnits sedan första hälften av 1800-talet; Men även nu på 2000-talet råder fortfarande förbränningsmotorer. Men varför har inte elbilarna kommit ikapp?
Läs mer
|
Hjärtat i en elbil är dess batteri. Till skillnad från batterierna i
de flesta bilar, som främst tjänar till att starta motorn och köra tillbehör som radion eller luftkonditioneringen, driver batteriet i en elbil allt. Det viktigaste är att den driver elmotorn -- eller mer exakt, den driver en kontroller som i sin tur driver elmotorn -- så den måste vara tillräckligt kraftfull och hållbar för att ta förare dit de behöver gå med ett minimum av laddning. Fram till nyligen har inga pålitliga, massproducerbara batterier tillverkats som skulle kunna göra elbilar konkurrenskraftiga med gasdrivna bilar. Det börjar dock förändras. Elbilar har inte bara blivit genomförbara, utan de förväntas nu börja rulla av de stora biltillverkarnas löpande band.
Läs nästa sida för att ta reda på om batterier någonsin kommer att vara ett praktiskt sätt att driva en bil.
Innehåll
Ett batteri är en anordning för att lagra kemisk energi och omvandla den kemiska energin till elektricitet. Ett batteri består av en eller flera elektrokemiska celler , som var och en består av två halvceller eller elektroder . En halvcell, kallad negativ elektrod, har ett överflöd av de små, negativt laddade subatomära partiklarna som kallas elektroner . Den andra, kallad den positiva elektrod, har ett underskott av elektroner. När de två halvorna är förbundna med en tråd eller en elektrisk kabel kommer elektroner att flöda från den negativa elektroden till den positiva elektroden. Vi kallar detta flöde av elektroner elektricitet. Energin från dessa rörliga elektroner kan utnyttjas för att utföra arbete - att köra en motor, till exempel. När elektroner passerar till den positiva sidan saktar flödet gradvis ner och spänningen på elektriciteten som produceras av batteriet sjunker. Så småningom, när det finns lika många elektroner på den positiva sidan som på den negativa sidan, anses batteriet vara "dött" och kan inte längre producera ett elektriskt flöde.
Elektronerna genereras av kemiska reaktioner, och det finns många olika kemiska reaktioner som används i kommersiellt tillgängliga batterier. Till exempel genererar de välbekanta alkaliska batterierna som vanligtvis används i ficklampor och TV-fjärrkontroller elektricitet genom en kemisk reaktion som involverar zink och manganoxid. De flesta alkaliska batterier anses vara ett engångsbatteri . När de väl har dött är de värdelösa och bör återvinnas. Bilbatterier, å andra sidan, måste vara uppladdningsbara, så de behöver inte bytas ut konstant. I ett uppladdningsbart batteri , elektrisk energi används för att vända de negativa och positiva halvorna av de elektrokemiska cellerna, vilket återstartar elektronflödet.
Biltillverkare har identifierat tre typer av uppladdningsbara batterier som lämpliga för elbilsbruk. Dessa typer är bly-syra batterier, nickelmetallhydrid (NiMH) batterier och
litiumjon (Li-ion) batterier.
Blybatterier uppfanns 1859 och är den äldsta formen av uppladdningsbara batterier som fortfarande används. De har använts i alla typer av bilar - inklusive elbilar - sedan 1800-talet. Blybatterier är ett slags våtcellsbatteri och innehåller vanligtvis en mild lösning av svavelsyra i en öppen behållare. Namnet kommer från kombinationen av blyelektroder och syra som används för att generera elektricitet i dessa batterier. Den stora fördelen med blybatterier är att de, efter att ha använts i så många år, är välkända och billiga att tillverka. Men de producerar farliga gaser när de används och om batteriet är överladdat finns det risk för explosion.
Nickelmetallhydridbatterier kom i kommersiell användning i slutet av 1980-talet. De har en hög energitäthet -- det vill säga en hel del energi kan packas in i ett relativt litet batteri -- och innehåller inga giftiga metaller, så de är lätta att återvinna.
Litiumjonbatterier, som kom till kommersiell användning i början av 1990-talet, har en mycket hög energitäthet och är mindre benägna än de flesta batterier att förlora sin laddning när de inte används - en egenskap som kallas självurladdning . På grund av deras låga vikt och låga underhållskrav används litiumjonbatterier i stor utsträckning i elektroniska enheter som bärbara datorer. Vissa experter tror att litiumjonbatterier är ungefär lika nära som vetenskapen ännu har kommit till att utveckla ett perfekt uppladdningsbart batteri, och denna typ av batteri är den bästa kandidaten för att driva den närmaste framtidens elbilar. En variant av litiumjonbatterier, kallade litiumjonpolymerbatterier, kan också visa sig vara värdefulla för elbilarnas framtid. Dessa batterier kan så småningom kosta mindre att bygga än litiumjonbatterier; Men för närvarande är litiumjonpolymerbatterier oöverkomligt dyra.
Det kanske största problemet i samband med elbilsbatterier är att ladda upp dem. Hur laddar man ett elbilsbatteri? Ännu viktigare, var laddar du ett elbilsbatteri? Kan du göra det själv? Kan du göra det hemma? Läs nästa sida för att ta reda på det.
Ett laddningsbart batteri är värdelöst om du inte har en plats att ladda om det. Om du får slut på juice i din elbil, kan du inte bara göra ett snabbt stopp på den lokala bensinstationen - om inte din lokala bensinstation har en plats där du kan koppla in den. Tyvärr laddar du om det stora utbudet batterier i en elbil kan ta flera timmar, och de flesta bensinstationer skulle föredra att du inte blockerade deras körfält
så länge.
Den bästa lösningen på laddningsproblemet är att ta bilen hem på kvällen och koppla in den, på samma sätt som du kanske kopplar in en bärbar dator eller digital musikspelare, så att den kan laddas över natten. Elbilar kommer med laddningssystem som låter dem ladda från ett vanligt eluttag så att du nästa morgon är redo att ge dig ut på vägen igen. Även om minst ett företag hävdar att de utvecklar system som kan ladda en elbil på 10 minuter, tar befintliga laddare mellan
3 och 10 timmar för att få upp ett elbilsbatteri till full styrka med normal hemelektricitet
[källa:Fehrenbacher].
När en elbil har laddats om, hur långt kommer den att gå innan den behöver laddas igen? Detta beror på ett antal faktorer, inklusive typen av batteri i fordonet. Elbilar som använder blybatterier har den kortaste räckvidden - cirka 80 miles (128,7 km) på en laddning. NiMH-batterier ger bättre prestanda, med en räckvidd på cirka 120 miles (193,1 km) per laddning. Det är här litiumjonbatterier utmärker sig, med en räckvidd på mer än 354,1 km per laddning - med Tesla Roadster som exempel. Om körsträcka är den viktigaste faktorn är litiumjonbatterier de
att välja.
Räckvidden för en elbil kan utökas ytterligare med en teknik som kallas regenerativ bromsning , som använder den kinetiska energin från bilens bromsar för att ladda batteriet i farten. Under optimala körförhållanden kan regenerativ bromsning utöka bilens räckvidd med upp till 50 procent, men i de flesta situationer blir vinsten i körräckvidden mindre.
Men tänk om du vill ta en längre tur i en elbil och inte är hemma för ett laddningspass över natten? Finns det någonstans man kan koppla in den? Väldigt få laddningsstationer finns i dagsläget, men tillverkare av elbilar planerar att bygga laddstationer så att infrastrukturen finns på plats när kunderna börjar köra elfordon. Tesla Motors, tillverkaren av den helelektriska Tesla Roadster, har gjort ett avtal med en stor hotellkedja om att ha laddningsstationer tillgängliga för kunder som vill ladda sina Roadsters över natten. En fördel med laddningsstationer är att de kanske kan ladda bilar snabbare än ett hemladdningssystem kan, även om det är osannolikt att fordon kommer in och ut lika snabbt som på en bensinstation. Tyvärr kan det ta ett tag innan tillräckligt många laddningsstationer finns tillgängliga för att hålla elbilsägare laddade på långa vägresor. Inom en snar framtid kommer elbilar att vara bäst lämpade för pendling till jobbet eller skolan och för lokala resor och shoppingresor. När den används på detta sätt kommer bilen att stoppas säkert i garaget varje kväll för en elpåfyllning.
Ta reda på några av fördelarna – och ja, till och med några av nackdelarna – med att vara
helelektrisk.
Den mest uppenbara fördelen med elbilsbatterier är att de inte producerar de föroreningar som förknippas med förbränningsmotorer. De har dock fortfarande miljökostnader. Elen som används för att ladda elbilsbatterier måste komma någonstans ifrån, och just nu genereras det mesta av el genom förbränning av fossila bränslen. Naturligtvis ger detta föroreningar. Men hur står sig föroreningarna som produceras av förbränning av fossila bränslen för att ladda elbilsbatterier jämfört med föroreningarna från förbränningsmotorer? Enligt Electric Vehicle Association of Canada, eller EVAC, halverar även elbilar som laddats från koldrivna elgeneratorer koldioxidutsläppen med ungefär hälften. Elbilar som laddas upp från renare former av elkraft, som vattenkraft och kärnkraftverk, kan minska koldioxidutsläppen till mindre än en procent av de som för närvarande produceras av förbränningsmotorer. Så även i värsta fall är bilar som drivs med elbilsbatterier renare än bensindrivna bilar.
En annan viktig fördel med batteridrivna motorer jämfört med gasdrivna motorer är den lägre kostnaden för bränslet - det vill säga el för elbilar och gas för förbränningsmotorer. USA:s energidepartement har beräknat att en typisk elbil kan köra 43 miles på el för en dollar. Endast en avsevärd minskning av bensinkostnaden skulle kunna ge bensindrivna bilar i närheten av en så låg kostnad per mil.
Ytterligare en fördel med dessa laddningsbara batterier är att de återvinns väl. Nästan 100 procent av dessa batterier kan återvinnas, vilket gör att gamla batterier inte blir ett kasseringsproblem.
Den stora nackdelen med batteridrivna bilar, som vi nämnde i förra avsnittet, är den tid som krävs för att ladda batterierna. Med litiumjonbatteriteknik kan en fulladdad elbil resa en sträcka som är jämförbar med ett fordon med förbränningsmotor med full gastank, men den måste fortfarande placeras på en laddare vid slutet av den tiden. För närvarande innebär det att en tömd elbil kommer att vara ur drift i flera timmar innan den är helt laddad. Naturligtvis är detta en allvarlig nackdel. I framtiden kan snabbare laddningsteknik bli tillgänglig, men på kort sikt kommer elbilar inte att vara det bästa fordonet för långa resor. Ändå sker de flesta körningar relativt nära hemmet och av denna anledning kommer batterikraften att fungera lika bra som bensinkraften. En möjlig lösning på laddningssituationen kan vara batteribytesstationer, där du istället för att ladda din EV helt enkelt kan byta ut ditt urladdade batteri mot ett fulladdat. Detta system skulle tillåta batterier att laddas utanför fordon och skulle avsevärt minska den tid som krävs för att få en elbil igång igen efter att dess batteri är helt urladdat.
En annan nackdel med elbilsbatterier är deras vikt. Eftersom de behöver göra mer än traditionella bilbatterier, måste elbilsbatterier länkas samman till arrayer, eller batteripaket, för att ge extra kraft. Dessa samlingar av batterier är tunga. Litiumjonbatteriet i en Tesla Roadster väger cirka 1 000 pund (453,6 kg). Det är mycket vikt att bära och det kan kraftigt minska bilens räckvidd. Dock har designerna av Roadster kompenserat denna batterivikt med en lätt ram och karosspaneler. Hela bilen väger bara 2 690 pund (1 220,2 kg) -- inte särskilt tung när man betänker att mer än en tredjedel av den vikten är batteri.
Med tanke på batteriets betydelse för en elbil kan du undra vad som kommer att hända när batteriet blir äldre. Hur länge kommer den att kunna driva bilen? Och när den äntligen dör, kan den bytas ut eller är det helt enkelt mer ekonomiskt att köpa en ny bil? Läs vidare för att ta reda på det.
Av
Hur länge håller ett elbilsbatteri? Litiumjonbatteriet i Tesla Roadster beräknas ha en livslängd på cirka 5 år eller 100 000 miles. Vid slutet av den tiden kommer paketet att behöva bytas ut, till en kostnad av cirka 10 000 USD. Visst, det är dyrt, men själva Roadster kommer att kosta nästan $100 000, vilket gör att kostnaden för batteripaketet verkar överkomlig. Många, kanske de flesta, ägare kommer utan tvekan att föredra att byta ut batteripaketet snarare än att köpa en helt ny Roadster.
Visserligen kommer batteriunderhållskostnaderna att öka kostnaden för att köra vilken elbil som helst. Batteripaketen som används i elbilar kommer att hållas tätt inneslutna, så du kommer sannolikt att behöva ta din elbil till återförsäljaren för att få ditt batteri på service. En annan punkt att tänka på är att för närvarande är detta en relativt ny teknik. När elbilar blir vanligare på vägarna kommer en del av de höga priserna att sjunka. Men just nu är Tesla Roadsters batteri på 10 000 dollar en av våra enda referenspunkter. Kommer batterierna i andra elbilar att kosta mer? Kommer de att kosta mindre? Kommer kostnaden för att byta batteri i vissa elbilar uppväga kostnaden för att helt enkelt köpa ett nytt fordon? Det får tiden utvisa.
| 1966 Electrovair II (General Motors) | silver-zinkbatterier |
| 1976 Electrovette (General Motors) | blysyrabatterier |
| 2005 Volvo 3CC (Volvo) | litiumjonbatterier |
| 2007 Chevy Volt (General Motors) | litiumjonbatterier |
| 2007 Nissan Mixim (Nissan) | litiumjonbatterier |
| 2008 Continental DC (Bentley Motors) | blysyrabatterier |
| 2008 Subaru Stella (Subaru) | litiumjonbatterier |
| 2008 Nissan Denki Cube (Nissan) | litiumjonbatterier |
AutoHybridbilarHur fungerar elbilarAutoHybridbilarElbilsbilderAutobränslesnåla fordon Kommer jag att bli chockad om jag kör en elbil genom en stor vattenpöl?AutoBränslesnåla fordonHur elbilsbatterier fungerarAutohybridbilarVad är en potentiometer i en elbil?Autohybridbilar WorkAutoins elbilslaboratorier Fordonsrace med 2020 TaycanAutoAndra märken och modellerKan elmotoromvandlingar rädda klassiska bilar?AutoOvanliga bilarHur fungerar G-Wiz elbilAutohybridbilarHur elbilsladdningsnätverk fungerarAutohybridteknikKan jag köpa en elbil på Sam's Club?Finns det ett sätt att skapa en autohybridbil elbil du inte behöver koppla in?AutohybridteknikHur fungerar elbilskonverteringssatserAutohybridteknikVad är elbilarnas historia?AutoOvanliga bilarHur stor är världens minsta elbil?BränsleförbrukningHur kan ett farthinder skörda elektricitet?AutoBränselsnåla fordonDenna kvinnas Jobbet är till F förstå varför folk inte köper elbilarAutohybridbilar Är en helelektrisk bil en dålig investering?Autotyper av motorerHur gynnar en elektrisk vattenpump din motor?AutoPlug-in HybriderVad är den plug-in elfordonskredit?BränsleförbrukningIndien planerar att byta Alla nya bilar till elektriska år 2030AutoTech och TransportDelade elektriska skotrar:Pendlarlösning eller urban mardröm?AutohybridbilarKan elbilsbatterier återvinnas?AutohybridbilarKräver elbilar mer underhåll?AutohybridbilarUtmaningar som elbilsindustrin står införAutohybridbilarÄr olyckssäkra bilarEn elbil? Elbilar billigare att köra?Biltillverkning Hur gammal är elbilen?AutokonceptbilarToyotas nyaste elektriska konceptbil är gjord av träBränsnålseffektiva fordonElbilladdning går supersnabbtAutohybridbilarElbilar vs. vätgasbränslecellsbilarAutohybridbilar Ställer vanliga bilar HybridbilarBästa frågorHäst Fikon ure in i elbilar?Bränsleeffektiva fordonTeslas nya modell 3 siktar rakt mot elbilens huvudströmAutobränsleekonomiKommer alla fordon så småningom att vara helt elektriska?Autotransmissioner och drivlinaGasdrivna kontra elbilar:Vilket är snabbare?AutohybridbilarHur lång tid tar det att ladda en Elbil?AutohybridbilarHur mycket kostar det att ladda en elbil?Autohybridbilar12 myter om elfordonAutokonceptbilar avslöjat på CES:Elbilen hoppas kunna slå Tesla i sitt spelBränsleekonomiGas vs. nät:bensin och el:bensin och el. en elbilAutohybridbilarGör en konvertering - ElbilkonverteringAutohybridteknikDen första elbilenAutohybridbilarEn elbilsexempelAutohybridbilarElbilsmotorer och batterierAutokonceptbilarHur Tesla Roadster fungerar
Relaterade HowStuffWorks-artiklar
Fler bra länkar
Källor
