Из чего состоит электромобиль: устройство, принцип работы и особенности

Как устроен современный электромобиль. Из каких основных компонентов он состоит. Как работает электрический двигатель в электрокаре. Какие преимущества и недостатки есть у электромобилей.

Основные компоненты современного электромобиля

Электромобиль существенно отличается по своему устройству от классического автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Рассмотрим основные компоненты, из которых состоит типичный электрокар:

• Электродвигатель — главный элемент, обеспечивающий движение
• Тяговая аккумуляторная батарея — источник энергии для электродвигателя
• Инвертор — преобразует постоянный ток батареи в переменный для питания двигателя
• Редуктор — передает крутящий момент от двигателя к колесам
• Система управления — контролирует работу всех узлов
• Зарядное устройство — позволяет заряжать батарею от внешней электросети

Также в конструкции присутствуют вспомогательные системы — охлаждения, отопления салона, усилитель руля и т.д. Но ключевое отличие от обычного автомобиля — отсутствие двигателя внутреннего сгорания, топливного бака, выхлопной системы, коробки передач.

Как работает электродвигатель в электромобиле

Электродвигатель является «сердцем» электромобиля. В современных моделях чаще всего используются два типа двигателей:

Асинхронный электродвигатель

Принцип работы:

1. На обмотки статора подается переменный ток
2. Создается вращающееся магнитное поле
3. Магнитное поле индуцирует токи в роторе
4. Возникает электромагнитное взаимодействие между полями статора и ротора
5. Ротор начинает вращаться вслед за полем статора

Преимущества: простота конструкции, надежность, низкая стоимость. Недостаток — сложность точного управления скоростью вращения.

Синхронный двигатель на постоянных магнитах

Принцип работы:

1. Ротор содержит постоянные магниты
2. На обмотки статора подается переменный ток
3. Создается вращающееся магнитное поле
4. Ротор с магнитами синхронно следует за полем статора

Преимущества: высокий КПД, точное управление. Недостаток — более высокая стоимость из-за использования редкоземельных магнитов.

Особенности тяговой аккумуляторной батареи

Тяговая батарея — один из ключевых компонентов электромобиля. От ее характеристик во многом зависят запас хода, время зарядки и другие параметры.

В современных электрокарах чаще всего используются литий-ионные аккумуляторы. Их преимущества:

• Высокая плотность энергии
• Большое количество циклов заряда-разряда
• Отсутствие эффекта памяти
• Низкий саморазряд

Емкость батарей в разных моделях может составлять от 20 до 100 кВт·ч и более. Это позволяет обеспечить запас хода от 150 до 500+ км на одном заряде.

Преимущества и недостатки электромобилей

Электромобили имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными авто:

• Экологичность — отсутствие вредных выбросов
• Низкие эксплуатационные расходы
• Высокий КПД силовой установки
• Простота конструкции и обслуживания
• Низкий уровень шума

Основные недостатки:

• Ограниченный запас хода
• Длительное время зарядки
• Высокая стоимость
• Зависимость от развитой зарядной инфраструктуры

По мере развития технологий многие недостатки постепенно устраняются, что способствует росту популярности электротранспорта.

История создания и развития электромобилей

Электромобили имеют довольно длинную историю, которая началась задолго до появления современных моделей:

• 1828 год — венгерский изобретатель Аньош Йедлик создает первый примитивный электродвигатель
• 1834 год — американец Томас Дэвенпорт строит первый практически применимый электромобиль
• 1880-е годы — появление первых коммерческих электромобилей в США и Европе
• Начало XX века — пик популярности электромобилей, превосходящих по продажам бензиновые авто
• 1920-1930-е годы — вытеснение электромобилей более дешевыми автомобилями с ДВС
• 1970-е годы — возрождение интереса к электротранспорту из-за нефтяного кризиса
• 1990-е годы — начало современной эры электромобилей с появлением литий-ионных батарей
• 2000-е годы — выход на рынок Tesla и других производителей современных электрокаров

Сегодня электромобили переживают настоящий бум, и многие эксперты считают, что они постепенно вытеснят классические автомобили с ДВС.

Типы современных электромобилей

На рынке представлено несколько основных типов электрифицированных транспортных средств:

BEV (Battery Electric Vehicle)

Полностью электрические автомобили, работающие только от аккумуляторной батареи. Не имеют двигателя внутреннего сгорания. Примеры: Tesla Model 3, Nissan Leaf, Chevrolet Bolt.

PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

Подключаемые гибриды. Имеют как электродвигатель с батареей, так и обычный ДВС. Могут проезжать некоторое расстояние только на электротяге. Примеры: Toyota Prius Prime, BMW i3 REx.

HEV (Hybrid Electric Vehicle)

Обычные гибриды. Сочетают ДВС и небольшой электродвигатель, который помогает при ускорении и рекуперирует энергию при торможении. Не могут заряжаться от сети. Пример: Toyota Prius.

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)

Электромобили на топливных элементах. Вырабатывают электроэнергию из водорода. Преимущество — быстрая заправка. Недостаток — дороговизна и неразвитая инфраструктура. Пример: Toyota Mirai.

Особенности зарядки электромобилей

Зарядка — важный аспект эксплуатации электромобиля. Существует несколько основных способов зарядки:

Бытовая розетка

Самый простой, но и самый медленный способ. Мощность обычно не превышает 2.3 кВт. Полная зарядка может занимать более суток.

Зарядная станция переменного тока (AC)

Устанавливается дома или в общественных местах. Мощность от 3.7 до 22 кВт. Время полной зарядки — от 4 до 12 часов.

Быстрая зарядка постоянным током (DC)

Самый быстрый способ. Мощность от 50 до 350 кВт. Позволяет зарядить батарею на 80% за 30-60 минут.

Время зарядки зависит от мощности зарядного устройства, емкости батареи и особенностей конкретной модели электромобиля.

Влияние электромобилей на экологию

Электромобили часто позиционируются как экологически чистый транспорт. Однако их влияние на окружающую среду не так однозначно:

Положительные аспекты:

• Отсутствие вредных выбросов при эксплуатации
• Снижение уровня шумового загрязнения в городах
• Потенциал использования возобновляемых источников энергии для зарядки

Проблемные аспекты:

• Воздействие на окружающую среду при производстве батарей
• Необходимость утилизации отработавших аккумуляторов
• Косвенные выбросы при генерации электроэнергии для зарядки (если используются ископаемые источники)

В целом, при правильном подходе к производству и эксплуатации, электромобили могут значительно снизить негативное воздействие транспорта на окружающую среду.

Тяговый электропривод для электромобилей

  НТЦ «ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА» разрабатывает и изготавливает тяговые преобразователи, электродвигатели, бортовые зарядные устройства для любого колесного и гусеничного транспорта. 

На сегодняшний день мы являемся одной из самых компетентных компаний в области разработки тяговых электроприводов в России.  Среди наших проектов (TEM9-H (Synara), Бульдозеры ДЭТ-400 и ДЭТ-20 (ЧТЗ), электромобиль ГАЗель NEXT)    

Ниже приведен пример реализации одно из проектов для нашего партнера.

Комплект силового электропривода (СЭ) электромобиля состоит из:

• тягового электродвигателя, управляющего его работой 
• тягового преобразователя, 
• бортового зарядного устройства, выполняющего также роль вспомогательного инвертора, 
• DC/DC преобразователя для питания бортовой сети,
• Тяговой аккумуляторной батареи с системой BMS

Состав оборудования:

​Тяговый преобразователь ТП80-200 ​Параметры тягового преобразователя: 

​      —   Тип.

………………………………………………Трехфазный инвертор напряжения на IGBT транзисторах 

     —   Номинальная мощность…………………………………………………………..30 кВт  
      —   Максимальная мощность*…………………………………………………………80 кВт
      —   Номинальное напряжение питания (от АКБ)………………………………192 В
      —   Ток максимальный…………………………………………………………………… 365 А
      —   Климатическое исполнение……………………………………………. ………..“У”, категория 2
      —   Температура эксплуатации………………………………………………………..от минус 40 до плюс 40 °С
      —   Номинальная частота вых. напряжения……………………………………..50 Гц

      —   Максимальная частота вых. напряжения……………………………………166 Гц
      —   Масса……………………………………………………………………………………….15 кг
      —   Габариты…………………………………………………………………………………..413x262x207
      —   Исполнение……………………………………………………………………………….IP54
      —   Способ охлаждения……………………………………………………………………Жидкостное
      —   Расход охлаждающей жидкости………………………………………………….не более 11 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости………………………………..0,2 бар
      —   Способ управления АД………………………………………………………………Векторное управление
​

Тяговый электродвигатель AFMT 30/80.
Параметры тягового двигателя:
​      —   Тип двигателя………………………………………………………………… Асинхронный с короткозамкнутым ротором
      —   Номинальная мощность…………………………………………………..30 кВт
      —   Максимальная мощность *……………………………………………….80
      —   Входное напряжение……………………………………………………….3 фазы 140 В
      —   Номинальный момент………………………………………………………288 Нм
      —   Максимальный момент…………………………………………………….600 Нм
      —   Номинальная скорость…………………………………………………….1000 Об/мин
      —   Максимальная скорость……………………………………………………5000 Об/мин
      —   Система охлаждения. ……………………………………………………….Жидкостная
      —   Расход охлаждающей жидкости…………………………………………не более 15 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………….0,2 бар
      —   Масса………………………………………………………………………………214 кг

​

Бортовое зарядное устройство+вспомогательный инвертор ПЗ 16/200.
      Зарядное устройство ПЗ 16/200 (в дальнейшем «изделие») обеспечивает заряд тяговой батареи от сети 220/380 В, формирование сети 220/380 В для питания потребителей через Подкузовную розетку ПЗ 16/200, а также обеспечивает питанием вспомогательный привод насосов гидроусилителя руля и вакуумных тормозов при передвижении транспортного средства.
Параметры бортового зарядного устройства:
​
      —   Тип зарядного устройства. ……………………………………………на IGBT транзисторах без гальванической развязки от сети 

      —   Номинальное напряжение питания…………………………………………………………………~3ф, 380 В/~1ф, 220 В
      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~3ф, 380В…………………….12 кВт
      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~1ф, 220В……………………..3,5 кВт
      —   Выходное напряжение питания батареи………………………………………………………….=160-240 В
      —   Выходной ток заряда батареи …………………………………………………………………………40 А
      —   Выходное напряжение для питания DC/DC………………………………………………………400-600 В
      —   Выходной ток питания DC/DC……………………….. ………………………………………………..3 А
      —   Способ охлаждения………………………………………………………………………………………..Жидкостное
      —   Расход охлаждающей жидкости……………………………………………………………………….не более 3 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………………………………………..0,2 бар

Зарядное устройство (ЗУ) во время движения обеспечивает питанием вспомогательный электродвигатель со следующими параметрами:
​      —   Номинальная мощность………………………………………………………………………………….2,4 кВт
      —   Номинальное напряжение питания………………………………………………………………….=160-240 В
      —   Выходное напряжение……………………………………… …………………………………………….~3 ф,  220/380 В
Зарядное устройство во время стоянки обеспечивает питанием от АКБ потребителей со следующими параметрами 

(при отсутствии заряда АКБ):
​      —   Номинальное выходное напряжение………………………………………………………………..~3 ф, 380 В/~1ф, 220 В
      —   Номинальная выходная мощность ~3ф, 380В…………………………………………………..10 кВт
      —   Номинальная выходная мощность ~1ф, 220В……………………………………………………3 кВт
      —   Перегрузочная способность……………………………………………………………………………..120 % в течении одной минуты
      —   Режим работы нейтрали…………………………………………………………………………………..IT (изолированный)

 ​

DC/DC преобразователь ППН 1. 0/200/12
    DC/DC ППН 1.0/200/12 обеспечивает питанием потребители 12 В, а так же обеспечивает заряд аккумулятора автомобиля.
    Электропитание изделия осуществляется от питающей распределительной сети постоянным напряжением 600 В, а так же постоянным напряжением 12 В от свинцово-кислотного аккумулятора для питания внутренних цепей.
    Параметры DC/DC преобразователя:
​
      —   Тип зарядного устройства………………….с гальванической развязкой от тяговой батареи и ЗУ    
      —   Входное напряжение……………………………………………………….=500-600 В
      —   Выходное напряжение…………………………………………………….14 В
      —   Мощность……………………………………………………………………….1 кВт
      —   Способ охлаждения………………………………………………. ………..Жидкостное
      —   Степень защит………………………………………………………………..IP54
      —   Рабочий диапазон температур эксплуатации…………………….от минус 40 до +50 ˚С
      —   Относительная влажность воздуха……………………………………95 %
      —   Габаритные размеры……………………………………………………….500×217×135 мм
      —    Вес………………………………………………………………………………..8 кг

Принцип работы электромобиля

Принцип работы электромобиля, история его создания и разновидности. Обо всем этом читайте ниже.

Почти каждый день в интернете можно увидеть новости об электромобилях. О том как Илон Маск выпускает новую модель Тесла. Или как Audi e-tron покоряет новые рынки, а Nissan Leaf захватывает города. Все больше производителей авто заявляют о том, что планируют выпустить свою линейку электрокаров. А некоторые гиганты, такие как Mercedes, Volvo, Volkswagen и Porsche, вообще заявили о прекращении выпуска автомобилей с ДВС в скором будущем.

И у многих людей в головах зреет вопрос, а что такое электромобиль? Как он передвигается?Чем заряжать?

Давайте разберемся со всем по порядку. И для начала посмотрим на определение электромобиля согласно информационной справке Аналитического центра при Правительстве Российской Федерации:

Электрический автомобиль (электромобиль, Electric car/vehicle, EV) — транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т.п.).

Довольно простое и понятное определение. Далее давайте поговорим о том, как появились электромобили.

Краткая история электрокаров

В 1831 году произошло открытие, которое положило начало созданию электромобилей. Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. В результате чего инженеры по всему миру стали экспериментировать в создании, различных изобретений, на основе открытия Фарадея.

Результат не заставил себя долго ждать. И уже в 1884 году Томас Паркер создал автомобиль с перезаряжаемыми аккумуляторами, поставленный на производство. А в 1889 году, нашим соотечественником Ипполитом Романовым, был создан первый русский электромобиль.

Электромобиль Ипполита Романова

Изобретение И. Романова представляло собой двухместную карету. В которой водитель располагался сзади пассажиров на возвышении, а под ним находились батареи. Вес такого «электрокара» был примерно 750 кг. Данное средство передвижения имело 9 скоростей и могло разгоняться до 37 км/ч. Тормоза были оснащены рекуперативной системой. Т.е. энергия, затраченная на торможение машины, направлялась в батареи. Что в свою очередь обеспечивало больший запас хода.

Процесс совершенствования электромобилей продолжал прогрессировать. Количество выпускаемой продукции было в 2 раза больше, чем автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Но в 20-х годах двадцатого века, в США и Европе стремительно строились автомагистрали. Что дало возможность для дальних путешествий на автомобилях.

Это послужило концом популярности электромобилей того времени. Аккумуляторные батареи были слабые и нуждались в подзарядке довольно часто. И длительная езда на электромобиле превращалось в невыполнимую задачу. И уже к 30-м годам, автомобили с ДВС полностью завладели рынком и вытеснили электрических собратьев.

Затем только в 90-х годах электромобили получили второй шанс и не собираются его упускать.

«Принцип работы электромобиля». Tesla Model 3

Виды автомобилей

Многие слышали про электромобили, про гибриды и водородные автомобили. Но что они из себя представляют, чем отличаются и чем схожи, знают не все. Давайте разберем основные определения, что бы в дальнейшем не возникало путаницы.

• NEV (машины новой энергии) — обобщенное понятие. Которое включает в себя все автомобили, которые могут ездить не на оставляющим углеродный след ДВС. Это электромобили (BEV) и водородный транспорт (FCEV).

• EV (BEV, battery electric vehicle) — электромобиль или любой вид транспорта, который приводит в движение силовая установка, состоящая из одного и более электродвигателей и аккумуляторного блока. Батарея питает энергией мотор, который в свою очередь вращает колеса. Так как в EV не предусмотрен топливный бак, транспорт заряжают только от бытовой розетки или на специальных зарядных станциях.

• PHEV (plug-in hybrid, плагин-гибриды, подключаемые гибриды). Это вид транспорта, в котором стандартный двигатель на ДВС работает параллельно с электромотором и аккумуляторной батареей. В отличие от обычных гибридов (HEV), в которых емкость батареи пополняется исключительно от топливного мотора, PHEV можно зарядить напрямую от розетки. Плагин-гибриды ближе к «зеленому» транспорту, так как в них сильно сокращен расход топлива. А машина может проехать некоторое расстояние (обычно от 10 до 35 км) исключительно на мощностях тяговой батареи.

• FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) — электромобили на топливных элементах питания. В отличие от подключаемых гибридов (PHEV), топливо, используемое в таких автомобилях, характеризуется нулевым уровнем выброса. На данный момент единственное подходящее под это определение топливо — водород. Поэтому термин FCEV синонимичен понятию «водородный электромобиль».

Типы электромобилей

BEV можно условно разделить на несколько типов, в зависимости от задач и особенностей эксплуатации:

• Внутригородские. Ограниченные по мощности двигателя и скорости передвижения, небольшие электромобили. Созданные для движения в городской среде на небольшое расстояние.
• Полноразмерные. Электрокары, имеющие внешний вид привычных нам легковых автомобилей.
• Грузовые. На сегодняшний день, количество таких авто небольшое. Они используются только для внутригородских перевозок, но в скором времени могут появиться фуры с запасом хода на одном заряде батареи до 800 км.
• Общественный транспорт. Троллейбусы, трамваи, электробусы уже много лет известны всем.
• Другие. Различные микроэлектромобили, вроде трициклов, не получившие особого распространения.

Теперь перейдем непосредственно к устройству электромобилей.

Принцип работы электромобиля

Устройство всех электромобилей схоже и все они имеют следующий набор узлов и агрегатов.

Электродвигатель

Электродвигатель состоит из двух частей, неподвижной части — статора и вращающейся — ротора. При подаче переменного тока на двигатель, создается магнитное поле, которое вращает ротор, а тот в свою очередь передает крутящий момент на трансмиссию. Но электродвигатели бывают разные и соответственно, принцип их работы будет немного отличаться.

• синхронный электродвигатель. Это двигатель переменного тока с постоянными магнитами в качестве ротора. Из-за использования дорогих металлов и сложного управления в «режиме» постоянного магнитного поля, стоимость таких двигателей довольно высока, а соответственно и более редкое использование в электромобилях.
• асинхронные электродвигатели. В этих двигателях, вместо постоянных магнитов используются индукционные катушки. Свое название они получили из-за того, что вращение ротора отстаёт от вращения магнитного поля, создаваемого катушками статора. Такие электродвигатели дешевле в производстве и чаще встречаются в электрокарах.

Трансмиссия

Вне зависимости от того какой двигатель стоит в электромобиле, крутящий момент может достигать высоких показаний за кротчайшее время и менять направление вращения. И для этих манипуляций не требуется сложной, многоступенчатой трансмиссии, как у автомобилей с ДВС. Достаточно простого и надёжного понижающего редуктора. На более мощных и быстрых электромобилях он может дополняться двух­ступен­чатой коробкой.

Батарея

Это самый дорогой узел электро­мобиля. На сегодняшний день батарея представляет собой набор ячеек (элементарных аккумуляторных элементов). Батареи различаются по разным параметрам, например, таким как состав, ёмкость и рабочее напряжение. Форма батарей так же может быть различной, в зависимости от модели электрокара.

Инвертор

Это устройство является «посредником» между электромотором и батареей. Инвертор предназначен для преобразования электрического тока из постоянного (от батареи) в переменный, на котором работает двигатель. Так же инвертор позволяет управлять ускорением или замедлением движения электромобиля, в зависимости от положения педали акселератора.

Аккумулятор

Как не странно, но в электромобилях присутствует 12 – вольтовый аккумулятор. Ведь питание бортовой электроники, светотехники, компрессоров и других приводов, требует именно низковольтного питания.

Система охлаждения

Несмотря на то, что электрический двигатель греется не так как ДВС, без системы охлаждения не обойтись. Практически в любом BEV есть радиатор и система тепловых магистралей, которые нужны для обеспечения оптимальной температуры и более долгосрочной работы батареи. Нельзя забывать и про то, что инвертор так же нуждается в стабильной оптимальной температуре.

Тормозная система

Можно подумать, что в электрокаре тормоза не нужны, ведь двигатель в режиме генератора, создает силовое сопротивление, что тормозит машину. Но в реальности, все электромобили имеют привычные нам элементы тормозной системы: колодки, диски, гидромагистрали с тормозной жидкостью т.д. Но из-за небольшой нагрузки на эти элементы, их износ гораздо меньше.

Из чего сделаны автомобили?

Электромобили и автомобили на газу: из чего сделаны автомобили?

Электромобилям (ЭМ) требуется более широкий спектр минералов для двигателей и аккумуляторов по сравнению с обычными автомобилями.

Фактически, электромобиль может содержать до минералов, в шесть раз на больше, чем автомобиль внутреннего сгорания, что делает его в среднем на 340 кг (750 фунтов) тяжелее.

Эта инфографика, основанная на данных Международного энергетического агентства (МЭА), сравнивает минералы, используемые в типичном электромобиле, с обычным бензиновым автомобилем.

Примечание редактора: Сталь и алюминий не показаны в анализе. Минеральные значения указаны для всего транспортного средства, включая аккумуляторы и двигатели.

Тяжелые аккумуляторы

Продажи электромобилей стремительно растут, а растущий спрос на минералы, используемые в электромобилях, уже ставит перед горнодобывающей промышленностью задачу не отставать. Это потому, что, в отличие от бензиновых автомобилей, которые работают на двигателях внутреннего сгорания, электромобили полагаются на огромные батареи с интенсивным использованием минералов для питания автомобиля.

Например, средний аккумуляторный блок емкостью 60 киловатт-часов (кВт-ч) — того же размера, что используется в Chevy Bolt — содержит примерно 185 кг минералов, или примерно в 10 раз больше, чем в обычном автомобильном аккумуляторе (18 кг). ).

Литий, никель, кобальт, марганец и графит имеют решающее значение для производительности, долговечности и плотности энергии батареи. Кроме того, электромобили могут содержать более медных проводов на милю внутри статора для преобразования электрической энергии в механическую.

Из восьми минералов в нашем списке пять не используются в обычных автомобилях: графит, никель, кобальт, литий и редкоземельные элементы.

Минеральные	Содержание в электромобилях (кг)	Содержание в обычных автомобилях (кг)
Графит (природный и синтетический)	66,3	0
Медь	53,2	22,3
Никель	39,9	0
Марганец	24,5	11,2
Кобальт	13,3	0
Литий	8,9	0
Редкоземельные элементы	0,5	0
Цинк	0,1	0,1
Прочие	0,3	0,3

Минералы, перечисленные для электромобиля, основаны на анализе IEA с использованием аккумуляторной батареи на 75 кВтч с катодом NMC 622 и анодом на основе графита.

Поскольку графит является основным материалом анода для аккумуляторов электромобилей, он также является самым крупным компонентом по весу. Хотя такие материалы, как никель, марганец, кобальт и литий, по отдельности являются меньшими компонентами, вместе они составляют катод, который играет решающую роль в определении характеристик электромобиля.

Хотя двигатель обычных автомобилей тяжелее по сравнению с электромобилями, он требует меньше минералов. Компоненты двигателя обычно изготавливаются из сплавов железа, таких как конструкционные стали, нержавеющие стали, спеченные металлы на основе железа, а также детали из сплавов чугуна или алюминия. Однако двигатели EV

часто используют постоянные магниты, изготовленные из редкоземельных металлов, и могут содержать до мили медной проводки, которая преобразует электрическую энергию в механическую.

Влияние электромобилей на рынки металлов

Рост рынка электромобилей начинает оказывать заметное влияние не только на автомобильную промышленность, но и на рынок металлов.

Электромобили и аккумуляторные батареи уже вытеснили бытовую электронику и стали крупнейшим потребителем лития, а к 2040 году они заменят промышленность нержавеющей стали и станут крупнейшим конечным потребителем никеля.

В 2021 г. были развернуты на дорогах по всему миру в батареях всех новых проданных пассажирских электромобилей вместе взятых, 59% больше, чем в 2020 году h3. Кроме того, еще 107 200 тонн эквивалента карбоната лития (LCE) были использованы во всем мире в новых батареях для электромобилей, что на 88% больше по сравнению с прошлым годом.

С ростом государственной поддержки и ростом популярности электромобилей, обеспечение поставок материалов, необходимых для революции электромобилей, останется главным приоритетом.

Электрификация

По мере расширения рынка решений с низким уровнем выбросов Китай доминирует в производстве экологически чистых энергетических технологий и их компонентов.

Визуализация мест производства экологически чистых энергетических технологий

Глядя на то, где производятся экологически чистые энергетические технологии и их компоненты, ясно одно: Китай доминирует в отрасли.

На страну, наряду с остальной частью Азиатско-Тихоокеанского региона, приходится примерно 75% мировых производственных мощностей по семи экологически чистым энергетическим технологиям.

На основе отчета МЭА «Перспективы энергетических технологий на 2023 год» приведенная выше визуализация разбивает глобальные производственные мощности по регионам для технологий массового производства экологически чистой энергии, включая наземные и морские ветровые установки, солнечные фотоэлектрические (PV) системы, электромобили (EV), топливо. грузовые автомобили, тепловые насосы и электролизеры.

Состояние мировых производственных мощностей

Производственные мощности относятся к максимальному количеству товаров или продуктов, которые предприятие может произвести в течение определенного периода времени. Он определяется несколькими факторами, в том числе:

• Размер производственной площадки
• Доступное количество машин или производственных линий
• Уровень квалификации рабочей силы
• Наличие сырья

По данным МЭА, глобальные производственные мощности для экологически чистых энергетических технологий могут периодически превышать краткосрочные производственные потребности. В настоящее время это особенно актуально для аккумуляторов электромобилей, грузовиков на топливных элементах и ​​электролизеров. Например, пока только 900 грузовиков на топливных элементах было продано по всему миру в 2021 году, совокупная мощность, заявленная производителями, составила 14 000 грузовиков .

С учетом сказанного, в ближайшие десятилетия по-прежнему необходимо значительное увеличение производственных мощностей, если спрос будет соответствовать сценарию МЭА с нулевыми выбросами к 2050 году. Такие разработки требуют инвестиций в новое оборудование и технологии, развитие рабочей силы в области экологически чистой энергетики, доступ к сырью и переработанным материалам и оптимизацию производственных процессов для повышения эффективности.

Что дает Китаю преимущество?

Из перечисленных выше экологически чистых энергетических технологий и их компонентов Китай в среднем производит 65% мировых производственных мощностей. Для некоторых компонентов, таких как солнечные фотоэлектрические пластины, этот процент достигает 96% .

Вот разбивка производственных мощностей Китая по технологиям экологически чистой энергии.

Технологии	Доля Китая в мировых производственных мощностях, 2021 г.
Ветроэнергетика (морская)	70%
Ветер (береговой)	59%
Солнечные фотоэлектрические системы	85%
Электромобили	71%
Грузовики на топливных элементах	47%
Тепловые насосы	39%
Электролизеры	41%

Итак, что же дает Китаю это преимущество в секторе экологически чистых энергетических технологий? Согласно отчету МЭА, ответ заключается в сочетании факторов:

• Низкие производственные затраты
• Доминирование в переработке металлов с чистой энергией, а именно кобальта, лития и редкоземельных металлов
• Устойчивая политическая поддержка и инвестиции

Сочетание этих факторов позволило Китаю захватить значительную долю мирового рынка экологически чистых технологий, одновременно снижая стоимость чистой энергии во всем мире.

По мере расширения рынка решений с низким уровнем выбросов доминирование Китая в этом секторе, вероятно, сохранится в ближайшие годы и будет иметь заметные последствия для мировой энергетики и выбросов.

Продолжить чтение

Электрификация

На этой инфографике показаны мощности по производству аккумуляторов по странам в 2022 и 2027 годах. для многих стран, включая США.

Однако, рано вступив в гонку аккумуляторов, Китай уверенно лидирует.

Используя данные и прогнозы, лежащие в основе рейтинга цепочек поставок литий-ионных аккумуляторов BloombergNEF, эта инфографика визуализирует производственные мощности аккумуляторов по странам в 2022 и 2027 годах, подчеркивая степень доминирования Китая в области аккумуляторов.

Производственные мощности аккумуляторов по странам в 2022 г.

В 2022 г. в Китае было больше мощностей по производству аккумуляторов, чем во всем остальном мире вместе взятых.

Место	Страна	2022 Аккумуляторная ячейка Производственная мощность, ГВтч	% от общего количества
#1	🇨🇳 Китай	893	77%
#2	🇵🇱 Польша	73	6%
#3	🇺🇸 США	70	6%
#4	🇭🇺 Венгрия	38	3%
#5	🇩🇪 Германия	31	3%
#6	🇸🇪 Швеция	16	1%
#7	🇰🇷 Южная Корея	15	1%
#8	🇯🇵 Япония	12	1%
#9	🇫🇷 Франция	6	1%
#10	🇮🇳 Индия	3	0,2%
	🌍 Другое	7	1%
	Итого	1 163	100%

Имея почти 900 гигаватт-часов производственных мощностей, или 77% от общемирового объема, Китай является домом для шести из 10 крупнейших мировых производителей аккумуляторов. За доминированием Китая в области аккумуляторов стоит его вертикальная интеграция по всей остальной цепочке поставок электромобилей, от добычи металлов до производства электромобилей. Это также крупнейший рынок электромобилей, на который приходится 52% мировых продаж в 2021 году.

Польша занимает второе место с менее одной десятой мощности Китая. Кроме того, здесь находится гигафабрика LG Energy Solution во Вроцлаве, крупнейшая в своем роде в Европе и одна из крупнейших в мире. В целом на долю европейских стран (включая страны, не входящие в ЕС) в 2022 году приходилось лишь 14% мировых мощностей по производству аккумуляторов. По состоянию на 2022 год у него было восемь крупных действующих аккумуляторных заводов, сосредоточенных на Среднем Западе и Юге.

Почти монополия Китая сохранится до 2027 года

По прогнозам, в ближайшие пять лет мировые производственные мощности по производству литий-ионных аккумуляторов увеличатся в восемь раз. Вот топ-10 стран по прогнозируемой мощности производства аккумуляторов в 2027 году:

Место	Страна	2027P Аккумуляторная ячейка Производственная мощность, ГВтч	% от общего количества
#1	🇨🇳 Китай	6 197	69%
#2	🇺🇸 США	908	10%
#3	🇩🇪 Германия	503	6%
#4	🇭🇺 Венгрия	194	2%
#5	🇸🇪 Швеция	135	2%
#6	🇵🇱 Польша	112	1%
#7	🇨🇦 Канада	106	1%
#8	🇪🇸 Испания	98	1%
#9	🇫🇷 Франция	89	1%
#10	🇲🇽 Мексика	80	1%
	🌍 Другое	523	6%
	Итого	8 945	100%

Устоявшееся преимущество Китая сохранится до 2027 года с 69% мировых мощностей по производству аккумуляторов.

Между тем, по прогнозам, США увеличат свои мощности более чем в 10 раз в в следующие пять лет. Налоговые льготы на электромобили в Законе о снижении инфляции, вероятно, будут стимулировать производство аккумуляторов, вознаграждая электромобили, изготовленные из отечественных материалов. Наряду с Ford и General Motors азиатские компании, включая Toyota, SK Innovation и LG Energy Solution, в последние месяцы объявили об инвестициях в производство аккумуляторов в США.

В 2027 году в Европе будут находиться шесть из 10 ведущих стран по производству аккумуляторов. Нынешние и будущие заводы по производству аккумуляторов в Европе созданы как отечественными, так и иностранными компаниями, включая немецкий Volkswagen, китайскую CATL и южнокорейскую SK Innovation.

Могут ли страны разорвать отношения с Китаем?

Несмотря на рост в Северной Америке и Европе, доминирование Китая не имеет себе равных.

Производство аккумуляторов — это только одна часть головоломки, хотя и очень важная. Большинство деталей и металлов, из которых состоит батарея, например литий для аккумуляторов, электролиты, сепараторы, катоды и аноды, в основном производятся в Китае.

Поэтому борьба с доминированием Китая обойдется дорого. По данным Bloomberg, США и Европе придется инвестировать 87 миллиардов долларов и 102 миллиарда долларов соответственно, чтобы к 2030 году удовлетворить внутренний спрос на батареи за счет полностью местных цепочек поставок.

Продолжить чтение

? — ЭнергияX

Литий • Аккумулятор

Тиг Иган, главный исполнительный директор • 10 марта 2023 г.

Будущее за электричеством

Согласно отчету Международного энергетического агентства (МЭА), к 2030 году на дорогах будет почти 150 миллионов электромобилей (EV). МЭА подчеркивает, что глобальный парк электромобилей может вырасти даже до 250 миллионов, если страны примут более жесткую политику декарбонизации по мере того, как мир движется к цели нулевого уровня выбросов. Однако, хотя мы часто слышим о необходимости большего количества электромобилей, системы хранения энергии, которые имеют решающее значение для их развертывания, не упоминаются, но задумывались ли вы когда-нибудь, откуда берутся аккумуляторы для электромобилей?

О литий-ионных батареях

В электромобилях используются литий-ионные батареи, поскольку они обладают большой емкостью и могут полностью заряжаться с минимальными потерями энергии. Основными компонентами этих перезаряжаемых батарей являются углерод, оксид металла и литий. Внутри этих батарей пять ключевых технических элементов: анод, катод, сепаратор, электролит и ионы лития. Типичная батарея электромобиля (NMC532) содержит примерно 8 кг (17 фунтов) карбоната лития, 35 кг (77 фунтов) никеля, 20 кг (44 фунта) марганца и 14 кг (30 фунтов) кобальта. На рынке представлен широкий ассортимент литиевых батарей, в которых сочетаются различные металлы и литий, например, марганец или железо, но по своей сути все они являются литиевыми батареями.

Спрос на литий, являющийся ключевым компонентом аккумуляторов для электромобилей, резко вырос, в то время как рынок литий-ионных аккумуляторов и их компонентов значительно вырос. Аккумуляторы для электромобилей начали производить относительно недавно, и инфраструктура, необходимая для удовлетворения текущего спроса, быстро создается, поскольку страны стремятся обезопасить свои собственные цепочки поставок. В некоторых случаях аккумуляторы для электромобилей и их компоненты становились ключевыми вопросами политики, примером чего может служить определение Геологической службой США лития в качестве критического материала и Национальный проект литиевых аккумуляторов Министерства энергетики. Это сделало литий и другие полезные ископаемые для аккумуляторов товаром, имеющим последствия для национальной безопасности.

Вопросы устойчивого развития

Одним из основных вопросов, касающихся материалов аккумуляторов для электромобилей, является экологичность. Кобальт, никель и литий извлекаются экологически вредными методами. Кроме того, все они так или иначе связаны с другими социально-экономическими проблемами. В результате этого были сделаны значительные инвестиции, чтобы найти возможности либо улучшить воздействие добычи этих металлов на окружающую среду, либо создать новые методы добычи, способные разрушить отрасль.

Исследователи успешно находят способы удаления никеля и кобальта из аккумуляторных батарей, причем некоторые считают, что «проблема кобальта в основном решена», как объясняет Давиде Кастельвекки в журнале Nature. Что касается лития, то в технологическом секторе были найдены новые способы извлечения лития более устойчивым образом — например, система EnergyX LiTAS™, в которой используется прямая экстракция лития (DLE) для получения большего выхода лития с более высокой скоростью без использования вода или химикаты, и на часть стоимости. В 2022 году технология EnergyX была протестирована третьей стороной в условиях живого извлечения в боливийском Салар-де-Уюни и показала одни из лучших результатов в своем классе с точки зрения устойчивости и эффективности.

С этой точки зрения в аккумуляторной промышленности есть несколько готовых решений. Закари Скидмор из Mining Technology подчеркивает преимущества инноваций, подобных тем, которые были впервые внедрены EnergyX: «Ожидается, что запасы новых методов добычи будут играть ключевую роль в восполнении дефицита лития, необходимого для удовлетворения растущего спроса. Ожидается, что прямая экстракция лития (DLE) увеличит существующие мощности за счет увеличения извлечения и снижения эксплуатационных расходов, а также улучшит аспекты устойчивости». Благодаря новым технологиям, обеспечивающим

Источник аккумуляторов для электромобилей

Китай в настоящее время доминирует на мировом рынке электромобилей и цепочек поставок электромобилей, но правительства разных стран борются за обеспечение безопасности своих собственных цепочек поставок. Когда дело доходит до компонентов, из которых состоят эти батареи, их можно проследить до нескольких конкретных стран. Половина мировых запасов кобальта добывается в Демократической Республике Конго, в то время как Индонезия, Австралия и Бразилия составляют львиную долю мировых запасов никеля, а на «литиевый треугольник» Южной Америки, состоящий из Боливии, Чили и Аргентины, приходится 75% мировых запасов никеля. литий. Растущий спрос на литий также привел к дальнейшим исследованиям — в результате были обнаружены новые месторождения в Мексике, Иране, Афганистане и Индии, но инфраструктуры для добычи и обработки металла не существует.

В отчете Bloomberg за 2023 год подчеркивается, что благодаря своим долгосрочным инвестициям в устоявшиеся рынки аккумуляторов и влиянию на развивающиеся рынки в Южной Америке и Африке к 2025 году Китай может контролировать треть мирового производства лития. Тень Пекина зловеще нависла над крупными экономиками. переход на технологии с большим количеством аккумуляторов и его доминирование на рынках побуждают такие страны, как Франция, создавать полностью интегрированные цепочки поставок от шахты до батареи, которые могут ограничить зависимость от услуг Китая. EnergyX активно стремилась внедрить аналогичную интегрированную цепочку поставок в Соединенных Штатах, где производство лития все еще слишком низкое для удовлетворения внутреннего спроса, а Вашингтон не предоставил никаких сведений о том, где он намерен обеспечить свои поставки.

Хотя поиск лития для аккумуляторов является первостепенной задачей, активно разрабатываются решения для их окончания срока службы. В настоящее время переработка составляет незначительную часть аккумуляторов для электромобилей, но отрасль уверена, что, как только рынок созреет, переработанные материалы окажут важное влияние на производственный процесс. Кастельвекки продолжает: «Производители аккумуляторов и автомобилей уже тратят миллиарды долларов на снижение затрат на производство и переработку аккумуляторов для электромобилей (EV). Национальные спонсоры исследований также основали центры для изучения лучших способов производства и переработки батарей, […] ключевая цель — разработать процессы для восстановления ценных металлов достаточно дешево, чтобы конкурировать с только что добытыми.