Ein Konzept, das vor einigen Jahren undenkbar schien, wurde Realität, als Milwaukee Tool eine Motorsäge vorstellte, die eine Motorsäge übertraf.

Nehmen Sie mein Wort. Ich habe den Milwaukee gegen eine beliebte Marke motorisierter Kettensägen gefahren. beide verwenden 16-Zoll-Klingen und schneiden durch Asche. Der Milwaukee ist nie ins Stocken geraten, oder kam ihm nahe, als die motorisierte Säge zischte. Wenn das nicht beeindruckend genug ist, Milwaukee hat auch gerade einen Schlagschrauber und einen Winkelschleifer vorgestellt, die alle außer Industrieversionen von kabelgebundenen oder pneumatischen Werkzeugen in staubige Lagerregale zurückziehen. Mehrere Hersteller arbeiten daran, die Kapazitäten ihrer aktuellen batteriebetriebenen Schweißgeräte zu erhöhen, um ½ Zoll dicken Stahl zu schmelzen und zwischen den Aufladungen bis zu einer Stunde zu arbeiten.

Fortschritte bei kabellosen Werkzeugen sind die Spitze eines Titanic-Eisbergs in Bezug auf Akku-Fortschritte. Die Technologie verspricht, in naher Zukunft elektrische Traktoren und Lastwagen Realität werden zu lassen. In 2020, Sie können Ihre Abholung in der Zeit aufladen, die Sie zum Trinken eines Kaffees benötigen, und dann fahren Sie 300 Meilen, bevor Sie nachlegen müssen.

Die heutigen Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen) halten mehr als doppelt so viel Energie wie das Gewicht und sind zehnmal billiger als die ersten Lithium-Ionen-Batterien, die 1991 eingeführt wurden. Unternehmen investieren massiv in die Batterieherstellung, wie Teslas 3,3-Milliarden-Dollar-Batterie-Gigafactory in Nevada.

Dies hat die Voraussetzungen für ein explosives Wachstum der wiederaufladbaren Kapazität geschaffen, verspricht, die Batteriekapazität in den nächsten 10 Jahren zu vervierfachen. Der Chemie ist eine Zukunft zu verdanken, in der Kabel und Verbrennung abgeschafft werden. Alle Batterien erzeugen Strom, indem sie Elektronen durch eine chemische Reaktion freisetzen, die entweder einen Strom speichert oder freisetzt. Sie haben ihren Namen von den Elementen, die bei dieser Reaktion verwendet werden, wie der Nickel-Cadmium- oder NiCd-Batterie, die jetzt in den Regalen der Geschäfte herumliegt, nachdem sie von den effizienteren Li-Ionen-Einheiten beiseite geschoben wurde.

Lithium wurde in der heutigen Batteriewelt zur bevorzugten Chemikalie, da es sich schneller auflädt, hält eine Ladung länger, und hat eine längere Lebensdauer. Eine Innovation, die den nächsten großen Fortschritt für Li-Ionen-Batterien verspricht, sind die als Elektrode dienenden Gold-Nanodrähte. Diese Drähte sind 1, 000 Mal dünner als ein menschliches Haar und hält Hunderttausenden von Ladungen stand, ohne sich zu verschlechtern.

Jenseits von Li-Ion zu Li-Air

Die Zukunft der Batterien zeigt eine Erfindung der University of Illinois und des Argonne National Laboratory in Chicago. Dort hat ein Forscherteam eine Batterie entwickelt, die den Sauerstoff der Luft nutzt, um mit Lithium in der Batterie zu reagieren
Anodenelektrode. Andere Forscher „haben versucht, Lithium-Luft-Zellen zu bauen, aber sie scheiterten wegen der schlechten Zykluslebensdauer, “ sagt Larry Curtiss von diesem Forschungsteam.

Das Forschungsteam der UIC-Argonne meisterte diese Herausforderungen mit einer einzigartigen Kombination aus Anode, Kathode, und Elektrolyt, der die Oxidation und den Aufbau von batterietötenden Nebenprodukten verhindert. Solche Fortschritte prognostizieren die Entwicklung von Batterien, die nicht nur die Lebensdauer des Geräts (sei es ein Werkzeug oder ein Pickup-Truck) sondern auch von Energiezellen, die nur einen Bruchteil der Größe heutiger Lithium-Ionen-Batterien aufweisen, halten. die sich viel schneller aufladen und bis zu 15-mal mehr Leistung liefern.

Toyota-Wissenschaftler testen einen weiteren Li-Ionen-Ansatz, bei dem Festkörperbatterien mit Sulfid-Superionischen Leitern verwendet werden, die sich in nur sieben Minuten aufladen können. Dieser Ansatz würde bei Temperaturen von bis zu -22 ° F funktionieren. und bis zu 212 ° F.

Untersuchungen zur Verwendung verschiedener Chemikalien zur Energiespeicherung sagen den Ersatz von Lithium durch Elemente wie Natrium, Silikon, Aluminium, und Magnesium. Zum Beispiel, Ein spanisches Unternehmen namens Graphenano erforscht Graphenbatterien, die Fahrzeugen eine Reichweite von bis zu 800 Meilen mit einer einzigen Ladung und eine Aufladezeit von nur wenigen Minuten bieten könnten. Dieser Graphen-Akku (aus Graphit) entlädt sich auch 33-mal schneller als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus. die den hohen Leistungsbedarf leistungshungriger Traktoren besser decken würde, kombiniert, und Lastwagen.

Batteriekomponenten

DIE BATTERIE

Wie jede andere Batterie Ein wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) besteht aus einem oder mehreren stromerzeugenden Fächern, die als Zellen oder Zellbaugruppen bezeichnet werden. Die Li-Ionen-Technologie nutzt eine spezielle Molekülstruktur, die es ermöglicht, Strom dreidimensional statt durch zweidimensionale Schichten in einer Zelle zu fließen. Das Ergebnis sind große Leistungs- und Laufzeitsteigerungen sowie die Möglichkeit, leistungshungrige Werkzeuge zu betreiben. Milwaukee Tool setzte auch eine neue Generation größerer Einzelbatterien ein, die als 20700-Zellen bezeichnet werden, um die Energiespeicherkapazität auf branchenführende 12 Amperestunden zu erhöhen. Milwaukee hat bereits angekündigt, zu einer noch größeren Einheit aufzusteigen, beschriftet die 21700, das packt bis zu 47% mehr Energiekapazität.

Zellbaugruppen sind in einer Reihe zusammengefasst und erhalten Strom (beim Aufladen) oder entladen Strom über einen innovativen Vollmetall-Kabelbaum, der den Strömungswiderstand reduziert. Dadurch wird dem Werkzeug mehr Leistung zugeführt (bis zu 50 % mehr Stromfluss als bei früheren Batteriedesigns) und die Wärmeentwicklung minimiert (bis zu 70 %). Dieser Kabelbaum bricht auch viel weniger wahrscheinlich, wenn die Batterie fallen gelassen wird (im Vergleich zu Kabelbäumen).

ELEKTRONISCHE STEUERUNGEN

Das Gehirn von Lithium-Ionen-betriebenen Werkzeugen sind elektronische Steuerungen, die sich sowohl auf dem Akku als auch auf dem Motor befinden. Die beiden Mikroprozessoren sprechen miteinander, um den Stromfluss vom Akku zum Werkzeug zu regulieren. Die elektronische Steuerung des bürstenlosen Motors fordert einen erhöhten Kraftfluss bei Belastung des Werkzeugs und eine höhere Drehmomententwicklung. Der Controller am Akku regelt nicht nur, wie viel Leistung er an den Motor abgibt, sondern auch wie schnell sich der Akku wieder auflädt.

BÜRSTENLOSE MOTOREN

Der Schlüssel zum phänomenalen Wachstum der Arbeit von Akkuwerkzeugen ist die Verwendung von bürstenlosen Motoren, die Kohlebürsten und den Kommutator in Bürstenmotoren überflüssig machen. Bei diesen Motoren die Positionen der Magnete und Kupferwicklungen sind vertauscht. Bei einem bürstenlosen Motor die Magnete sind auf der Motorwelle, und Kupferwicklungen des Ankers sind befestigt und umgeben diese Welle. Die Leistungssteigerung von bürstenlosen Motoren ist möglich, da die Kupferwicklungen außen an der Motorkonfiguration liegen, was Platz bietet, um sie größer zu machen. Ebenfalls, Bürstenlose Motoren haben nicht die Reibung und den Spannungsabfall, die Bürsten erzeugen, wenn sie gegen den sich drehenden Kommutator ziehen.

Abschätzen des wahren Batterieleistungspotenzials

Die Bewertung des Leistungspotenzials einer Batterie wurde in den letzten Jahren verdüstert, da die Nennspannungen über die üblichen Nennwerte von 18 oder 20 Volt hinaus in die Höhe geschossen sind. Aber sind die Batterien mit höherer Spannung unbedingt leistungsfähiger?

Um diese Frage zu beantworten, Sie müssen sich auch die Amperestunden einer Batterie ansehen. „Amperestunden sind so etwas wie die Bewertung des Kraftstofftanks einer Batterie. “ erklärt Bob Hunter, Werkzeugbewerter für Holz Zeitschrift, Erfolgreiche Landwirtschaft Schwesterpublikation des Magazins.

Höhere Spannung bedeutet nicht immer mehr Leistung. Die Spannung variiert leicht innerhalb der einzelnen Zellen einer Batterie, basierend auf der Ladungsmenge, die sie halten. Sie können bei voller Ladung eine höhere Spannung erzeugen als bei niedrigem Ladezustand.

Gleichfalls, Höhere Amperestunden garantieren nicht die beste Laufzeit.

Wenn es um die Bewertung des Leistungspotenzials einer Batterie geht, seine Wattstunden berechnen.

Die Gleichung dazu ist einfach. Nennspannung mit Amperestunden multiplizieren. Das Ergebnis sind Wattstunden.

Ein Beispiel hierfür wäre eine 18-Volt-Batterie, die 12 Amperestunden Energie liefert. Die Wattstunden dieser Batterie wären 216 (18×12).

Ein weiterer sehr zuverlässiger Anhaltspunkt für die Akkuleistung ist die Leistung des gelieferten Werkzeugs, gemessen in Drehmoment oder maximalem Drehmoment. Die wahre Drehmomentkapazität spiegelt sowohl die Akkukapazität als auch die Qualität des Werkzeugmotors und der elektronischen Steuerungen wider, die diesen Motor und die Funktionen des Akkus regulieren.

Elektro-Lkw in Entwicklung

Letzten Januar, Die Workhorse Group enthüllte einen Hybrid-Elektro-Pickup, der aufgrund seiner 480 PS in 5,5 Sekunden auf 60 Meilen pro Stunde beschleunigt. Hybrid-Motor. Das allradgetriebene Workhorse W-15 macht seinem Firmennamen alle Ehre. da es in der Lage ist, eine 2 zu schleppen, 200-Pfund-Nutzlast und eine Anhängelast von 5, 000 Pfund. Der W-15 ist „entwickelt, um alles zu tun, was ein Ford F-150 tun kann. “, behauptet Firmenchef Steve Burns.

Arbeitstier baut 5, 300 der Lkw in diesem Jahr für den Fuhrparkverkauf. Verbraucherbestellungen beginnen Anfang 2019 für einen Lkw, der bei 52 US-Dollar beginnt. 000 (unterstützt von einem $7, 500 Steuergutschrift).

Elektroauto-Pionier Elon Musk berichtet, dass seine Firma kurz vor der Einführung eines Tesla-Pickups steht, der über einen Doppelmotor-Allradantrieb verfügt „mit verrücktem Drehmoment und einer Federung, die sich dynamisch an die Last anpasst. “, rühmt sich der Elektroauto-Pionier Musk.

Ein vollelektrischer Sattelzug ist nicht weit vom Markt, entweder. Thor Trucks hat einen elektrischen Sattelzug entwickelt, der 80, 000 Pfund Fracht und reisen bis zu 300 Meilen mit einer einzigen Ladung (siehe oben). Die Antriebsoptionen für den Lkw reichen von 300 bis 700 PS. mit vollem Drehmoment ab 0 U/min. Das Unternehmen behauptet, dass der Thor 70 % billiger ist als Diesel-Halbzeuge. Eine begrenzte Flotte von Demonstrationsfahrzeugen steht jetzt vom Unternehmen zur Verfügung.

Radikale Batterie-Redesigns

Forscher untersuchen verschiedene chemische Zusammensetzungen, um die elektrische Tragfähigkeit heutiger Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen.

LITIUM-IONEN-BATTERIE

Eine Lithium-Ionen-(Li-Ionen)-Batterie umfasst Anoden- und Kathodenelektroden und einen Elektrolyten, der in einer aus mikroskopischen Löchern bestehenden Isolatortrennwand gehalten wird. In einem geladenen Zustand, Lithiumatome werden in der Anodenelektrode gespeichert. Wenn die Batterie Teil eines geschlossenen (oder geschlossenen) Stromkreises wird, es beginnt sich zu entladen. Dadurch kommt es zu einer Oxidationsreaktion zwischen den Lithiumatomen (in der Anodenelektrode) und der Elektrolytlösung, was dazu führt, dass Elektronen aus den Lithiumatomen springen, um Lithiumionen zu erzeugen. Die Elektrolytlösung lässt nur Ionen zur Kathodenelektrode passieren, wo eine Reduktionsreaktion Energie erzeugt. Das Laden der Batterie kehrt diesen Vorgang um.

LITHIUM-SCHWEFEL-BATTERIE

Eine aus Lithium und Schwefel (Li-S) hergestellte Batterie hat das Potenzial, fünfmal mehr Energie nach Gewicht zu transportieren als die Li-Ionen-Batterie. Bei einer Li-S-Batterie die Metalloxidelektrode wird durch Schwefel ersetzt, die die Fähigkeit hat, mehr Lithiumatome zu halten, da jedes Schwefelatom an zwei Lithiumatome bindet. Die Graphitelektrode wird durch einen Splitter aus reinem Lithiummetall ersetzt, der sowohl als Elektrode als auch als Lieferant von Lithiumionen dient.

LITHIUM-SAUERSTOFF-BATTERIE

Dieser Ansatz zieht Luft in die Batterie, wo Sauerstoff wie ein Elektrolyt wirkt. Solche atmenden Batterien bieten gegenüber anderen Batteriekonzepten einen enormen Gewichtsvorteil, da sie keinen ihrer Hauptbestandteile mit sich herumtragen müssen. Eine Lithium-Sauerstoff (Li-O) Batterie kann, in der Theorie, Energie so dicht wie ein Gasmotor speichern, Das ist zehnmal mehr als die Batterien, die in heutigen Autos verwendet werden. Die Herausforderung bei Li-O-Akkus besteht darin, dass sie mit jedem Ladezyklus schnell an Tragfähigkeit verlieren. Forscher erforschen billigere Atembatterien auf Basis von Natrium-Sauerstoff

(Na-O). Der Na-O-Akku bietet nur die halbe Energiedichte von Li-O, ist aber dennoch fünfmal leistungsfähiger als Li-Ion-Akkus.

MAGNESIUM-IONEN-BATTERIE

Neugestaltung der Elektroden in Batterien und Ersatz des Lithiums durch schwerere Ionen, wie sie von Magnesium angeboten werden, hat Potenzial, da Magnesiumionen jeweils zwei elektrische Ladungen tragen, gegenüber der von Lithiumionen getragenen Ladung. Bei Mg-Ionen-Batterien ist das Aufladen und die Reaktionszeit jedoch langsamer, da sich Magnesiumionen viel langsamer bewegen als Lithiumionen.

Elektrischer Traktor jetzt Realität

Der Traum vom batteriebetriebenen Traktor wurde in diesem Sommer Wirklichkeit, als eine begrenzte Anzahl von Fendt Modellen e100 Varios auf landwirtschaftlichen Betrieben und Kommunen in Europa zum Einsatz kamen. Kann bis zu fünf Stunden mit einer Aufladung betrieben werden, der 67-PS. Vario schöpft aus einem 650-Volt-Lithium-Ionen-Akku. Plus, der Akku kann in nur 40 Minuten bis zu 80 % aufgeladen werden.

Fendt berichtet, dass der e100 sowohl für konventionelle (über eine Zapfwelle oder Hydraulik) als auch für elektrifizierte Geräte ausgelegt ist. Es wird erwartet, dass der e100 Varios voraussichtlich nicht vor 2019 allgemein verfügbar sein wird.

AGCO (Muttergesellschaft von Fendt) ist nicht die einzige Firma, die sich ernsthaft mit Elektrotraktoren beschäftigt. John Deere stellte 2017 auf einer Maschinenmesse in Paris einen vollelektrischen Prototyp vor, der satte 174 PS leistete.

Genannt SESAM (Nachhaltige Energieversorgung für Landmaschinen), Der Deere-Prototyp basiert auf dem Chassis der 6R-Serie des Unternehmens, das mit zwei Elektromotoren ausgestattet ist. Der Akkupack des SESAM bietet genügend Energie, um den Traktor bis zu vier Stunden lang anzutreiben. Deere schätzt, dass der Traktor noch mindestens drei bis vier Jahre von der kommerziellen Produktion entfernt ist.

Auch der deutsche Off-Highway-Motorenhersteller Deutz ist auf der Jagd nach Elektro-PS. Diese Firma hat kürzlich 117 Millionen US-Dollar ausgegeben, um die E-Deutz-Strategie umzusetzen. Die ersten Produkte aus dieser Investition werden in etwa zwei Jahren erwartet.