Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries
This work is devoted to the analysis of NiMH and lithium-ionelectrochemical batteries used in electric vehicles nativetypes. It is noted that these classical methods of charging thetraction power supply based on the use of charging stations fromthe main power supply. Given the specifics of electric...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2017
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/48 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103107040018432 |
|---|---|
| author | Budko, V. |
| author_facet | Budko, V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Budko",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Budko, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:07Z |
| description | This work is devoted to the analysis of NiMH and lithium-ionelectrochemical batteries used in electric vehicles nativetypes. It is noted that these classical methods of charging thetraction power supply based on the use of charging stations fromthe main power supply. Given the specifics of electric vehiclesmeans an ever-increasing share of nickel-metal hydride and lithium-ionelectrochemical batteries for electric cars on the one hand,and the need to increase the share of renewable energy in generatingelectricity from another question in the search and developmentof new technical solutions for stand-alone chargers classicalstations and quick charge from photovoltaic, wind powerplants or complex. Battery systems with stochastic output powernot affect the central grid and will increase the output of cleanenergy to charge electric vehicles. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 17
УДК 621.311.243; 621.311.245
В.І.Будько, канд.техн.наук (Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут
ім. Ігоря Сікорського", Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ)
Аналіз особливостей роботи та специфіки зарядних режимів нікель-
металогідридних та літієвих акумуляторних батарей
В роботі розглянуті питання особливостей електрохімічних перетворень у нікель-металогідридних та літій-іонних акуму-
ляторних батареях. Проаналізовано вплив застосування різних методів зарядження акумуляторних батарей на їх технічні
та експлуатаційні характеристики. Відмічена необхідність проведення подальших наукових досліджень процесів заряд-
ження літій-іонних та нікель-металогідридних акумуляторних батарей від установок на основі відновлюваних джерел
енергії з метою врахування фактора випадковості виробітку енергії при розробці та проектуванні автономних зарядних
станцій елетромобілів. Бібл. 12, табл. 1, рис. 7.
Ключові слова: літій-іонна акумуляторна батарея, нікель-металогідридна акумуляторна батарея, електромобіль, метод
зарядження.
Orcid: 0000-0002-6219-4221
Особливості роботи нікель-
металогідридних акумуляторних батарей. На-
ступним кроком у розвитку джерел живлення для
електромобіля стало створення нікель-
металогідридної акумуляторної батареї, вперше
запатентованої Віллом у 1975 р. Проте промис-
лове виробництво даних вторинних хімічних
джерел струму стало можливим після створення
сплаву La-Ni-Co, який дозволяв оборотно адсор-
бувати водень протягом більше 100 циклів "за-
ряд-розряд".
Загальна струмоутворююча електрохімічна
реакція нікель-металогідридного акумулятора
описується наступним рівнянням 1:
ЗАРЯД-РОЗРЯД
2Ni OH M MH NiOOH . (1)
Електрохімічна система складається з оксид-
но-нікелевого катода, анода, що зазвичай являє
собою сплав декількох металів та лужного
електроліту. Як видно із сумарної реакції, процес
проходить із перенесенням протона від катода до
анода при розряді і навпаки під час зарядження
акумулятора, тому концентрація електроліту
залишається незмінною.
Напівпроцес на катоді даної електрохімічної
системи в загальному випадку описується на-
ступним рівнянням:
ЗАРЯД-РОЗРЯД
22
Ni ОН OН NiOOH Н О .е (2)
При досягненні номінальної ємності на
катоді розпочинається побічний процес
виділення кисню за наступним рівнянням:
ПЕРЕЗАРЯД
2 24OН О 2Н О 4е . (3)
Кисень, що утворився на катоді, при
перезаряді дифундує через пористий сепаратор
до анода і відновлюється на ньому:
ПЕРЕЗАРЯД
2 22Н О О 4 4ОНе . (4)
Реакції утворення кисню на катоді (3) та його
відновлення на аноді (4) при перезаряді нікель-
металогідридного акумулятора реалізують замк-
нутий кисневий цикл, який дозволяє
стабілізувати тиск у герметичних акумуляторах
даної електрохімічної системи.
При розряді після витрати всіх активних
компонентів (ємності) катода на ньому починає
протікати побічна реакція виділення водню за
наступним рівнянням:
ПЕРЕРОЗРЯД
2 22Н O 2 Н 2ОНе . (5)
Утворений водень дифундує через пористий
електрод до поверхні анода і окислюється на ньому:
ПЕРЕРОЗРЯД
2 2Н 2ОН 2Н О 2е . (6)
© В.І.Будько, 2017
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 18
Реакції утворення водню на катоді (5) та його
окислення на аноді (6) при перерозряді нікель-
металогідридного акумулятора реалізують замк-
нутий водневий цикл, який дозволяє
стабілізувати тиск у герметичних акумуляторах
даної електрохімічної системи.
Напівпроцес на аноді нікель-
металогідридного акумулятора описується на-
ступним рівнянням:
ЗАРЯД-РОЗРЯД
2M H O MH ОHe . (7)
Основним матеріалом, що визначає характе-
ристики нікель-металогідридного акумулятора, є
сплав металів, що здатний абсорбувати в 1000
разів більший об’єм водню, ніж його власний.
Зазвичай сплави металів складаються з металу А,
який екзотермічно поглинає водень, та металу В,
що утворює гідриди з поглинанням теплоти
(ендотермічний процес). В залежності від складу
сплавів їх розділяють на наступні типи: АВ, АВ2,
АВ5, А2В.
При заряді та розряді нікель-метало-
гідридного акумулятора відбувається розширен-
ня та стиснення на 15-25% кристалічної решітки
сплавів через абсорбцію та десорбцію водню.
Згідно з [2] стандартизований заряд нікель-
металогідридного акумулятора проводять при
температурі навколишнього середовища 20±5°С
постійним струмом 0,1Сн, що вважається класич-
ним методом заряду для даної електрохімічної
системи.
Згідно з [3] методи заряду НМГ АБ
розрізняють за швидкістю:
- крапельна зарядка (trickle charge) – зарядка
струмом 0,1Сн;
- швидка зарядка (quick charge) – струмом
порядку 0,3Сн;
- прискорена зарядка (fast charge) – струмом
0,5-1,0 Сн.
Насправді принципових відмінностей між
швидкою і прискореною зарядкою немає, вони
відрізняються лише кращими методами визначення
кінця процесу зарядки. Тому частіше розрізняють
тільки два види зарядки: крапельну і швидку.
На відміну від свинцево-кислотних та луж-
них нікель-залізних АБ, повільний заряд (а в да-
ному випадку його називають крапельним) не
сприяє довгому ресурсу роботи нікель-метало-
гідридних акумуляторів. При крапельному заряді
струм не відключають навіть після досягнення
номінального значення ємності. Вважається, що
навіть якщо вся енергія при заряді буде перетво-
рюватися в тепло, то при такому малому струмі
акумулятор не зможе істотно нагрітися. Для
NiMH акумуляторів невеликої ємності, які пога-
но реагують на перезарядку, струм крапельного
заряду рекомендується не більше 0,05Сн. Для
акумуляторів більшої ємності значення струму
крапельної зарядки більше. Це означає, що
зарядні пристрої, призначені для зарядження
акумуляторів великої ємності, будуть непридат-
ними для акумуляторів малої ємності, оскільки
можливий сильний розігрів, що в кінцевому
результаті скорочує термін їх служби.
Єдиною перевагою крапельної зарядки є
простота реалізації (без контролю кінця зарядки).
У той же час виробники нікель-металогідридних
акумуляторів не рекомендують користуватися
крапельною зарядкою. В останній час деякі ви-
робники акумуляторів спеціально заявляють, що
сучасні НМГ акумулятори не деградують під
впливом тривалої крапельної зарядки.
Більшість виробників нікель-металогідрид-
них акумуляторів приводять характеристики
своїх акумуляторів для випадку швидкого заряду
струмом 1Сн. Хоча можливо зустріти рекоменда-
ції не перевищувати струм понад 0,75Сн. Ці
рекомендації пов’язані з небезпекою відкривання
вентиляційних отворів акумулятора (такі клапани
є на кожному корпусі акумулятора) при швидкій
зарядці в умовах підвищеної температури навко-
лишнього середовища. Зарядний пристрій пови-
нен оцінити умови і прийняти рішення про
допустимість швидкого заряду. Вважається, що
швидкий заряд можна використовувати тільки в
діапазоні температур 0-40°С і при напрузі на
акумуляторі 0,8-1,8 В. В кінці заряду при досяг-
ненні Сн ККД даного процесу різко падає, і прак-
тично вся енергія, що надається аккумулятору,
починає перетворюватися в теплову.
Алгоритм роботи швидкого зарядного при-
строю складається з декількох фаз:
1. Визначення наявності аккумулятора.
2. Кваліфікація акумулятора (Qualification).
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 19
3. Попередня зарядка (Pre-charge).
4. Перехід до швидкої зарядки (Ramp).
5. Швидка зарядка (Fast charge).
6. Дозарядження (Top-of charge).
7. Підтримуюча зарядка (Maintenance charge).
Для виключення перезаряду нікель-
металогідридних АБ застосовують ряд методів
контролю заряду з відповідними датчиками, що
встановлюються в батареї або зарядному
пристрої:
- метод відключення по абсолютній
температурі Тmax;
- метод відключення по швидкості зміни
температури Т/;
- метод відключення по негативній дельті
напруги –U;
- метод відключення по максимальному часу
зарядження max;
- метод відключення по максимальному
тиску Рmax;
- метод відключення по максимальній
напрузі Umax.
Не дивлячись на переваги та недоліки кож-
ного з методів, доцільним є їх поєднання для по-
кращення ефективності швидких зарядних
пристроїв даних акумуляторів.
Для нікель-металогідридних акумуляторів не
рекомендують проводити заряд при постійній
напрузі, оскільки це може призвести до теплово-
го виходу з ладу. Це пов’язано з тим, що в кінці
зарядження відбувається підвищення зарядного
струму, який пропорційний різниці між напругою
електроживлення та напругою акумулятора, а
напруга акумулятора в кінці заряду знижується
через підвищення температури системи (рис. 1).
У випадку короткого замикання в одному з
акумуляторів батареї відбуватиметься подача
підвищеного струму на інші акумулятори.
Більшість нікель-металогідридних акумуля-
торів можуть експлуатуватися в буферному
режимі при зарядженні нормованим струмом
0,01-0,03Сн без обмеження часу.
Зарядження даних АБ від вітроелектричних
чи фотоелектричних установок потребує додат-
кових досліджень не тільки через стохастичну
особливість роботи даних джерел енергії, але й
через фактор інтенсивного розігріву у випадку
перезаряду даних АБ високими струмами.
Рис. 1. Зарядні характеристики нікель-металогідридного
акумулятора при температурі 20°С та різних
нормованих струмах заряду:
1 – 0,1Сн; 2 – 0,5Сн; 1 – 1Сн.
Нікель-металогідридні акумуляторні батареї
застосовуються на електротранспорті, однак за-
рядження акумуляторів розглянутими вище ме-
тодами базується на використанні стаціонарного
джерела живлення. Створення зарядних пристро-
їв на основі відновлюваних джерел енергії (вітро-
електричних, фотоелектричних чи комплексних)
потребує подальших наукових досліджень, зок-
рема в питаннях використання даних акумуля-
торів у буферному режимі на даних зарядних
станціях, а також у питаннях ефективних методів
зарядження для покращення експлуатаційних по-
казників даних вторинних хімічних джерел жив-
лення електротранспортних засобів різного функ-
ціонального призначення.
Особливості роботи літій-іонних акумуля-
торних батарей. Використання літієвих вторин-
них хімічних джерел струму в якості тягового
джерела живлення електромобілів на сьогодніш-
ній день є найбільш масовим, що пояснюється в
першу чергу високими питомими енергетичними
характеристиками даних акумуляторних батарей,
великим ресурсом роботи та незначним самороз-
рядом у порівнянні зі свинцево-кислотними, ні-
кель-залізними та нікель-металогідридними аку-
муляторними батареями. Не дивлячись на те, що
первинні літієві елементи були відкриті на почат-
ку 70-х років минулого століття, на створення
вторинного літієвого хімічного джерела струму
пішло біля 20 років. Промислове виробництво
літієвих акумуляторів припадає на 1991 рік, коли
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 20
японська компанія Sony розпочала їх масове виго-
товлення [4]. З того часу об’єми виробництва да-
них акумуляторних батарей тільки зростають,
особливо починаючи з XXI-го століття [5] (рис. 2).
При цьому постійно зростаюча частка ви-
робництва літієвих елементів припадає на потре-
би електротранспорту (рис. 3, 4). Згідно прогноз-
них розрахунків, до 2025 року відбудеться зро-
стання літієвих АБ на 10% від загальносвітового
виробництва усіх типів АБ.
Рис. 2. Приріст виробництва акумуляторних батарей різних типів без урахування свинцево-кислотних АБ.
Рис. 3. Динаміка зростання та прогноз використання літій-іонних акумуляторних батарей як тягових джерел
живлення електротранспорту різних типів: 1 – нікель-металогідридні АБ для гібридних транспортних засобів;
2 – літій-іонні АБ для гібридних транспортних засобів; 3 – літій-іонні АБ для заряджуваних гібридних транспортних
засобів; 4 – літій-іонні АБ для електромобілів.
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 21
Рис. 4. Існуючий приріст (2000-2015 роки) та прогнозні показники (2015-2025 роки) збільшення інвестицій у вироб-
ництво акумуляторних батарей різних типів: 1 – свинцево-кислотні АБ; 2 – нікель-металогідридні АБ; 3 – літієві АБ для
електромобілів; 4 – нікель-кадмієві АБ; 5 – літій-іонні АБ для комп’ютерів, комунікацій та споживчої електроніки; 6 –
літій-іонні АБ для іншого обладнання, крім електротранспорту; 7 – інші типи АБ для електротранспорту.
Особливість роботи літієвого електрода по-
лягає в тому, що в будь-яких електролітах він
самочинно покривається пасивною плівкою, яка
володіє провідністю твердого електроліту по іо-
нах літію, не перешкоджає анодному розчиненню
активного матеріалу та запобігає саморозряду.
На сьогоднішній день прийнято розрізняти
три типи літієвих АБ:
- акумулятори з металевим літієвим електро-
дом та рідким електролітом;
- літій-іонні акумулятори;
- літій-полімерні акумулятори.
У літієвих акумуляторах промислового ви-
робництва аноди виготовляють зі сплавів мета-
лів, у яких оборотно відбувається катодне зану-
рення (катодна інтеркаляція) та анодна
екстракція (анодна деінтеркаляція) літію.
Струмоутворююча електрохімічна реакція на
літієвому електроді в акумуляторах з металевим
літієвим електродом та рідким електролітом
описується наступним рівнянням 4:
ЗАРЯД-РОЗРЯДLi Li e . (8)
Однією з основних проблем функціонування
металевого літієвого електрода є дендритоутво-
рення та інкапсулювання. На даний час прово-
дяться пошукові роботи для вирішення даної
проблеми.
В усіх літій-іонних акумуляторах промисло-
вого виробництва аноди виготовляються з вугле-
цевих матеріалів, у яких оборотно відбувається
катодне занурення (катодна інтеркаляція) та
анодна екстракція (анодна деінтеркаляція) літію.
При цьому застосовують апротонні неводні
електроліти.
При використанні графітових структур як
основної матриці анодного матеріалу струмоу-
творююча електрохімічна реакція на літієвому
електроді в літій-іонних акумуляторах
описується наступним рівннянням:
ЗАРЯД-РОЗРЯД_
6Li 6C Li Cxx xe e . (9)
В результаті пошуку вирішення проблеми
негативного електрода літієвого акумулятора за-
пропоновано використання полімерних електро-
літів, що виключило явище інкапсулювання та
знизило, а в деяких електрохімічних літієвих сис-
темах взагалі виключило короткі замикання через
дендритоутворення. При цьому застосування
полімерних електролітів було поширено і на
літій-іонні АБ.
Катоди літієвих та літій-іонних АБ виготов-
ляють з літірованих оксидів кобальту або нікелю,
а також із літій-марганцевих шпінелей. Робота
катода зазвичай зводиться до інтеркаляції та
деінтеркаляції літію відповідно під час розряду
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 22
та заряду даного електрода за наступними
рівняннями:
ЗАРЯД-РОЗРЯД
2 2LiCoO Li CoOe , (10)
ЗАРЯД-РОЗРЯД
2 2LiNiO Li Nie O , (11)
ЗАРЯД-РОЗРЯД
2 2 4 2Li Mn O 2Li 2 2MnOe .(12)
Більшість виробників літієвих та літій-іонних
електрохімічних акумуляторів у відповідності з
матеріалами, представленими в 5, рекоменду-
ють проводити заряд за складним графіком
(рис. 5), згідно якого спочатку заряджають аку-
мулятор при постійному струмі величиною 0,2-
1Сн до досягнення заданого значення напруги
(наприклад, для літій-іонних АБ 4,1-4,3 В), при
цьому отримується 70-80% необхідної ємності.
Після цього відбувається переключення на заряд
при постійній напрузі, а струм зменшується в
залежності від часу заряду.
Рис. 5. Типовий графік заряду літій-іонного акуму-
лятора нормованим зарядним струмом 1Сн, постійна
напруга 4,1 В: 1 – струм; 2 – ємність; 3 – напруга.
Всі літієві та літій-іонні акумулятори спо-
руджуються вбудованою системою електронного
захисту від перезаряду, перерозряду, переполю-
сування, короткого замикання, перегріву та ін.
Основні промислові літієві АБ представлені
в таблиці 1.
Таблиця 1. Базові технічні характеристики основних типів літієвих АБ, що мають промислове виробництво 6
Абревіатура АБ LCO NCA NMC LMO LFP LTO
Назва
Lithium
Cobalt
Oxide
Lithium Nickel
Cobalt
Aluminium
Oxide
Lithium Nickel,
Manganese
Cobalt Oxide
Lithium
Manganese
Spinel
Lithium
Iron
Phosphate
Lithium
Titanate
Катод LiCoO2
Li(Ni0,85Co0,1Al0,05)
O2
Li(Ni0,33Mn0,33Co0,33)
O2
LiMn2O4 LiFePO4 Графіт
Анод Графіт Графіт Графіт Графіт Графіт Li4Ti5O12
Напруга оди-
ничного елемен-
та, В:
- номінальна
- робочий
діапазон
3,6
3,0 - 4,2
3,6
3,0 - 4,2
3,6 - 3,7
3,0 - 4,2
3,7
3,0 - 4,2
3,2 - 3,3
2,5 - 3,65
2,4
1,8 - 2,85
Питома енергія
при нормовано-
му струмі роз-
ряду
150 - 240
Вт∙год/кг
200 - 260
Вт∙год/кг
150 - 240
Вт∙год/кг
100 - 150
Вт∙год/кг
90 - 120
Вт∙год/кг
70 - 80
Вт∙год/кг
Ресурс 500 - 1000 500 1000 - 2000 300 - 700 1000 - 2000 3000 - 7000
В роботі 7 досліджено швидкий заряд літій-
іонного акумулятора заряджуваного гібридного
транспортного засобу (Р-НЕV) струмом 3Сн в
широкому інтервалі температур з метою вста-
новлення можливості експлуатації таких гібридів
у будь-якій кліматичній зоні. Зокрема, зроблено
акцент на можливості швидкого заряду при
температурі навколишнього середовища мінус
30С. Оскільки при низьких температурах та ви-
соких струмах заряду зростає ймовірність денд-
ритоутворення і, як наслідок, короткого замикан-
ня акумулятора, запропоновано його поміщувати
в "батарею для любих кліматичних зон" (рис. 6).
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 23
Рис. 6. Схематичне відображення "батареї для любих
кліматичних зон" ("all climate battery", ACB).
В даній батареї передбачене додавання на
стінки блоку металевої фольги, яка створюватиме
нагрів у камері АСВ при активації короткими
імпульсами розряду і заряду, що дозволяє заряд-
жати акумулятор до 80% від Сн за 14 хв, на
відміну від 160 хв для звичайного стандартизова-
ного заряду літій-іонного акумулятора. Результа-
ти експерименту показали витримку даного заря-
ду протягом 500 циклів "заряд-розряд" без пору-
шення структури літієвого електрода.
Підвищення нормованого зарядного струму до 5-
7Сн, при знижених температурах не рекомен-
дується через негативний вплив на структуру
анода та скорочення ресурсу роботи акумулятора
в цілому. Крім того в роботі сказано, що заряд
5Сн, можливо вести при температурі навколиш-
нього середовища 25С, однак ефективність та-
кого заряду та його вплив на ресурс роботи аку-
мулятора не показана. Точки на кривих моделю-
вання відповідають 80% заряду від номінальної
ємності (рис. 7).
1-
2-
3-
4-
1
2
3
4
1 2 3 4
Час (хв.)
Рис. 7. Результати моделювання різних швидкостей
зарядження при 25С: 1 – заряд при постійній напрузі
4,2 В; 2 – заряд при постійному струмі 7Сном + постійній
напрузі 4,2 В; 3 – заряд при постійному струмі 5Сном +
постійній напрузі 4,2 В; 4 – заряд при постійному струмі
4Сном + постійній напрузі 4,2 В.
Як відомо, вітроелектричні установки мають
стохастичний характер виробітку енергії, зва-
жаючи на це в роботі [8] проведено дослідження
впливу непостійного та неповного заряду акуму-
ляторних батарей різних типів, а саме: свинцево-
кислотна АБ (LA), літій-оксидно-кобальтова АБ
(LCO), літій-нікель-марганець-кобальтова (ком-
позитний катод) АБ (LCO-NMC), літій-залізо-
фосфатна АБ (LFP). В результаті дослідження
встановлено, що при систематичних недозарядах
і тривалому зберіганні в розрядженому стані у
зв’язку зі стохастичною роботою ВЕУ найменше
зменшення показників номінальної ємності при
більше 1000 циклів "заряд-розряд" продемонст-
рувала літій-залізо-фосфатна АБ, в результаті
чого зроблено висновок про рекомендацію щодо
застосування даної електрохімічної АБ як джере-
ла живлення для портативних систем (в тому
числі й електротранспорту), за умови, що їх заряд
будуть проводити від вітроелектричних устано-
вок. До недоліків даної роботи слід віднести те,
що в роботі досліджувався тільки класичний за-
ряд АБ, в той час як для електротранспорту акту-
альним стоїть питання швидкого заряду тягових
джерел живлення. Отримані результати матимуть
більшу користь для автономних зарядних станцій
на основі ВДЕ за умови їх поширення на літій-
залізо-фосфатні АБ, при використанні останніх
як буферного джерела зберігання енергії
автономної зарядної станції.
Практика використання літієвих АБ на
електротранспорті різного призначення
демонструє постійні темпи зростання, що в свою
чергу вимагає розвитку інфраструктури зарядних
станцій, у тому числі й автономних на основі
ВДЕ, які дозволятимуть реалізовувати як класич-
ний заряд (за умови відсутності часових обме-
жень), так і швидкий заряд (обмежена тривалість
зупинки на заряд тягових АБ електромобіля) [9–
12]. Вирішення питання ефективних автономних
зарядних станцій електромобілів на основі ВДЕ
можливе за умови врахування при їх побудові
факторів випадкового характеру виробітку
енергії, необхідності та масштабів буферного ре-
зервування енергії, оптимізації підбору генерую-
чого обладнання з урахуванням фактора
місцевості та особливості кліматометеороло-
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 24
гічних умов та ін. Комплексний підхід до побу-
дови екологічно чистих заправних станцій дозво-
лить збільшити частку ВДЕ у виробництві енер-
гії, локалізувавши вплив на роботу
централізованих енергосистем.
Висновки. 1. Збільшення частки викори-
стання нікель-металогідридних та літій-іонних
акумуляторних батарей на електромобілях
різного функціонального призначення ставить
питання розвитку інфраструктури зарядних
станцій та стимулює пошук нових методів за-
рядження даних акумуляторних батарей, у тому
числі і від установок на основі відновлюваних
джерел енергії, при умові вирішення проблеми
стохастичного виробітку електричної енергії.
2. Зростання кількості станцій швидкого за-
рядження нікель-металогідридних та літій-іонних
тягових акумуляторних батарей електромобілів
від централізованої лінії електроживлення нега-
тивно впливатиме на роботу енергосистеми через
нерівномірність великих струмових навантажень.
Розроблення станцій швидкого заряду даних
типів акумуляторних батарей від установок на
основі ВДЕ дозволить отримати додатковий
виробіток електричної енергії для конкретного
споживача без негативного впливу на центральну
мережу та навколишнє середовище.
1. Інтернет ресурс. Режим доступу:
http://batteryuniversity.com/learn/article/batteries_for_transporta
tion_aerospace.
2. IEC 61436:1998 Secondary cells and batteries contain-
ing alkaline or other non-acid electrolytes – Sealed nickel-metal
hydride rechargeable single cells. 1998, 25 с.
3. Інтернет ресурс. Режим доступу:
http://2a3a.ru/charge_nimh/.
4. Химические источники тока: Справочник / Под ре-
дакцией Н.В. Коровина и А.М. Скудина. – М. : Издательство
МЭИ, 2003. – 740 с.
5. BS EN 61960-2:2002, IEC 61960-2:2001 Secondary lith-
ium cells and batteries for portable applications. Secondary lith-
ium batteries. Інтернет ресурс. Режим доступу:
http://www.mpoweruk.com/standards.htm#lithium.
6. Інтернет ресурс. Режим доступу
http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion.
7. Chao-Yang Wang and other "A Fast Rechargeable Lith-
ium-Ion Battery at Subfreezing Temperatures" / Journal of The
Electrochemical Society, 163 (9) A1944-A1950 (2016), Manu-
script submitted May 4, 2016; revised manuscript received June
10, 2016. Published July 13, 2016. Режим доступу:
http://jes.ecsdl.org/content/163/9/A1944.full.pdf+html.
8. Elena M. Krieger, John Cannarella, Craig B. Arnold "A
comparison of lead-acid and lithium-based battery behavior and
capacity fade in off-grid renewable charging applications" / En-
ergy / Energy 60 (2013) 492-500. Режим доступу: journal
homepage: www.elsevier.com/locate/energy.
9. Будько В.І. Концепція зарядження акумуляторної
батареї електромобіля від фотоелектричної станції / В.І.
Будько, C.О. Кудря, В.Б. Павлов // Відновлювана енергети-
ка. – 2014. – № 1. – С. 16–21.
10. Будько В.І. Особливості зарядження акумуляторної
батареї електромобіля від стаціонарної вітроелектричної
станції / В.І. Будько // Відновлювана енергетика. – 2014. – №
2. – С. 16–19.
11. Будько В.І. Дослідження режимів паралельної ро-
боти тягових джерел живлення екомобіля / В.І. Будько //
Відновлювана енергетика. – 2014. – № 4. – С. 31–34.
12. Будько В.І. Зарядно-тренувальний пристрій для свинце-
во-кислотних акумуляторів / В.І. Будько, І.С. Кочков,
О.І. Кочков // Відновлювана енергетика. – 2008. – № 2. – С. 9–14.
REFERENCES
1. Internet resource. Access mode:
http://batteryuniversity.com/.
2. IEC 61436:1998 Secondary cells and batteries containing
alkaline or other non-acid electrolytes – Sealed nickel-metal
hydride rechargeable single cells. 1998, 25 с.
3. Internet resource. Access mode:
http://2a3a.ru/charge_nimh/.
4. Chemical conductors Sources: Directory / Under the edi-
tors N.V. Korovin and A. M. Skudyn. – M. : MEI Publishing,
2003. – 740 p.
5. BS EN 61960-2: 2002, IEC 61960-2: 2001 Secondary
lithium cells and batteries for portable applications. Secondary
lithium batteries. Internet resource. Access:
http://www.mpoweruk.com/standards.htm#lithium.
6. Internet resource. Access mode:
http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion.
7. Chao-Yang Wang and other "A Fast Rechargeable Lith-
ium-Ion Battery at Subfreezing Temperatures" / Journal of The
Electrochemical Society, 163 (9) A1944-A1950 (2016), Manu-
script submitted May 4, 2016; revised manuscript received June
10, 2016. Published July 13, 2016. Access:
http://jes.ecsdl.org/content/163/9/A1944.full.pdf+html.
8. Elena M. Krieger, John Cannarella, Craig B. Arnold "A
comparison of lead-acid and lithium-based battery behavior and
capacity fade in off-grid renewable charging applications" / En-
ergy / Energy 60 (2013) 492-500. Access: journal homepage:
www.elsevier.com/locate/energy.
9. Budko V.I. Concept of charging the battery of electric
photovoltaic station / V.I. Budko, S.A. Kudria, V.B. Pavlov //
Renewable Energy. – 2014. – № 1. – P. 16–21.
10. Budko V.I. Features of electric car charging battery
from stationary wind power station / V.I. Budko // Renewable
Energy. – 2014. – № 2. – P. 16–19.
11. Budko V.I. Research mode parallel operation of the
traction power supply ekomobile / V.I. Budko // Renewable
Energy. – 2014. – № 4. – P. 31–34.
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 25
12. Budko V.I. Charging-training device for the lead-acid
battery / V.I. Budko, I.S. Kochkov, A.I. Kochkov // Renewable
energy. – 2008. – № 2. – P. 9–14.
В.И.Будько, канд.техн.наук (Национальный технический
университет Украины "Киевский политехнический институт
им. Игоря Сикорского", Институт возобновляемой энерге-
тики НАН Украины, Киев)
Анализ особенностей работы и специфики зарядных ре-
жимов никель-металлогидридных и литиевых аккуму-
ляторных батарей
В работе рассмотрены вопросы особенностей электрохи-
мических превращений в никель-металлогидридных и литий-
ионных аккумуляторных батареях. Проанализировано влия-
ние применения различных методов зарядки аккумулятор-
ных батарей на их технические и эксплуатационные харак-
теристики. Отмечена необходимость проведения дальней-
ших научных исследований процессов зарядки литий-ионных
и никель-металлогидридных аккумуляторных батарей от
установок на основе возобновляемых источников энергии с
целью учета фактора случайности выработки энергии при
разработке и проектировании автономных зарядных стан-
ций электромобилей. Библ. 12, табл. 1, рис. 7.
Ключевые слова: литий-ионная аккумуляторная батарея,
никель-металлогидридная акумуляторная батарея, элек-
тромобиль, метод зарядки.
Budko V., candidate of technical sciences, docent (National
Technical University of Ukraine "Igor Sykorsky Kyiv Polytech-
nic Institute", Institute of Renewable Energy National Academy
of Sciences of Ukraine, Kyiv)
Analysis and features work modes specifics charger nickel-
metal hydrid and lithium-iron batteries
The work has been devoted to the issue features electrochemical
transformations in NiMH and Li-ion batteries. The influence of
various methods charge the battery in their technical and opera-
tional characteristics. The noted the need for further research
processes charging Li-ion and NiMH batteries from plants based
on renewable sources of energy in order to reflect the random-
ness factor of output power in the development and design of
autonomous eletromobiles charge stations. References 12,
table 1, figures 7.
Keywords: lithium-ion battery, nickel-metal-hydride battery,
electromobile, charge method.
SYNOPSIS
This work is devoted to the analysis of NiMH and lithium-
ion electrochemical batteries used in electric vehicles native
types. It is noted that these classical methods of charging the
traction power supply based on the use charging stations from
the main power supply. Given the specifics of electric vehicles
means ever-increasing share of nickel-metal hydride and lithium-
ion electrochemical batteries for electric cars on the one hand,
and the need to increase the share of renewable energy in gener-
ating electricity from another question in the search and devel-
opment of new technical solutions for stand-alone chargers clas-
sical stations and quick charge from photovoltaic, wind power
plants or complex. Battery systems with stochastic output power
not affect the central grid and will increase the output of clean
energy to charge electric vehicles.
Стаття надійшла до редакції 30.03.17
Остаточна версія 17.05.17
|
| id | veorgua-article-48 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:02:56Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/5c/63b0f649ca133ae6e30cea685c070f5c.pdf |
| spelling | veorgua-article-482026-07-18T06:32:07Z Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries Анализ особенностей работы и специфики зарядных режимов никель-металлогидридных и литиевых аккумуляторных батарей Аналіз особливостей роботи та специфіки зарядних режимів нікель-металогідридних та літієвих акумуляторних батарей Budko, V. lithium-ion battery nickel-metal-hydride battery electromobile charge method літій-іонна акумуляторна батарея нікель-металогідридна акумуляторна батарея електромобіль метод зарядження литий-ионная аккумуляторная батарея никель-металлогидридная акумуляторная батарея электромобиль метод зарядки This work is devoted to the analysis of NiMH and lithium-ionelectrochemical batteries used in electric vehicles nativetypes. It is noted that these classical methods of charging thetraction power supply based on the use of charging stations fromthe main power supply. Given the specifics of electric vehiclesmeans an ever-increasing share of nickel-metal hydride and lithium-ionelectrochemical batteries for electric cars on the one hand,and the need to increase the share of renewable energy in generatingelectricity from another question in the search and developmentof new technical solutions for stand-alone chargers classicalstations and quick charge from photovoltaic, wind powerplants or complex. Battery systems with stochastic output powernot affect the central grid and will increase the output of cleanenergy to charge electric vehicles. В работе рассмотрены вопросы особенностей электрохи-мических превращений в никель-металлогидридных и литий-ионных аккумуляторных батареях. Проанализировано влия-ние применения различных методов зарядки аккумулятор-ных батарей на их технические и эксплуатационные харак-теристики. Отмечена необходимость проведения дальней-ших научных исследований процессов зарядки литий-ионныхи никель-металлогидридных аккумуляторных батарей отустановок на основе возобновляемых источников энергии сцелью учета фактора случайности выработки энергии приразработке и проектировании автономных зарядных стан-ций электромобилей. В роботі розглянуті питання особливостей електрохімічних перетворень у нікель-металогідридних та літій-іонних акуму-ляторних батареях. Проаналізовано вплив застосування різних методів зарядження акумуляторних батарей на їх технічніта експлуатаційні характеристики. Відмічена необхідність проведення подальших наукових досліджень процесів заряд-ження літій-іонних та нікель-металогідридних акумуляторних батарей від установок на основі відновлюваних джереленергії з метою врахування фактора випадковості виробітку енергії при розробці та проектуванні автономних заряднихстанцій елетромобілів. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017-06-14 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/48 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (49) (2017): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 17-25 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (49) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 17-25 Відновлювана енергетика; № 2 (49) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 17-25 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/48/36 Copyright (c) 2017 V. Budko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | lithium-ion battery nickel-metal-hydride battery electromobile charge method Budko, V. Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title | Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title_alt | Анализ особенностей работы и специфики зарядных режимов никель-металлогидридных и литиевых аккумуляторных батарей Аналіз особливостей роботи та специфіки зарядних режимів нікель-металогідридних та літієвих акумуляторних батарей |
| title_full | Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title_fullStr | Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title_full_unstemmed | Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title_short | Analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| title_sort | analysis and features work modes specifics charger nickelmetal hydrid and lithium-iron batteries |
| topic | lithium-ion battery nickel-metal-hydride battery electromobile charge method |
| topic_facet | lithium-ion battery nickel-metal-hydride battery electromobile charge method літій-іонна акумуляторна батарея нікель-металогідридна акумуляторна батарея електромобіль метод зарядження литий-ионная аккумуляторная батарея никель-металлогидридная акумуляторная батарея электромобиль метод зарядки |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/48 |
| work_keys_str_mv | AT budkov analysisandfeaturesworkmodesspecificschargernickelmetalhydridandlithiumironbatteries AT budkov analizosobennostejrabotyispecifikizarâdnyhrežimovnikelʹmetallogidridnyhilitievyhakkumulâtornyhbatarej AT budkov analízosoblivostejrobotitaspecifíkizarâdnihrežimívníkelʹmetalogídridnihtalítíêvihakumulâtornihbatarej |