農業の未来は電池式ですか？

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ミルウォーキーツールが電動のこぎりよりも優れたチェーンソーを発表したとき、数年前には考えられなかった概念が現実のものとなりました。

それについて私の言葉を聞いてください。ミルウォーキーを人気ブランドの電動チェーンソーと対戦させました。 16インチのブレードを採用し、灰を切り裂きます。ミルウォーキーは決して行き詰まりませんでした、 またはそれに近づいた、 電動のこぎりが泡立つように。それが十分に印象的でない場合は、 ミルウォーキーはまた、インパクトレンチとアングルグラインダーを導入しました。これは、工業用サイズのコード付きツールまたは空気圧ツールを除くすべてのツールをほこりっぽい保管棚に引退させます。いくつかのメーカーは、現在のバッテリー駆動の溶接機の容量を強化して、厚さ1/2インチの鋼を溶かし、再充電の間に最大1時間動作するように取り組んでいます。

コードレスツールの進歩は、バッテリーの進歩におけるタイタニックの氷山の一角です。技術は、近い将来、電気トラクターとトラックを現実のものにすることを約束します。 2020年までに、 コーヒーを飲むのにかかる時間でピックアップを充電することができます、 その後、トップオフが必要になる前に300マイルドライブします。

今日のリチウムイオン（Li-ion）バッテリーは、重量で2倍以上のエネルギーを保持し、1991年に導入された最初のリチウムイオンバッテリーよりも10倍安価です。 ネバダ州にあるテスラの33億ドルのバッテリーギガファクトリーなど。

これにより、充電式容量が爆発的に増加するための準備が整いました。 今後10年間で4倍のバッテリー容量を約束します。コードと燃焼が廃止される将来の化学に感謝することができます。すべてのバッテリーは、電流を蓄積または放出する化学反応によって電子を放出することによって電流を生成します。それらの名前は、ニッケルカドミウム電池やNiCd電池など、より効率的なリチウムイオンユニットに押しのけられて店の棚に散らばっている元素などに由来しています。

リチウムはより速く再充電されるため、今日のバッテリーの世界で好まれる化学物質になりました。 より長く充電を保持し、 寿命が長くなります。リチウムイオン電池の次の大きな進歩を約束する革新は、電極として機能する金ナノワイヤーです。これらのワイヤーは1です。 人間の髪の毛の000分の1の薄さで、劣化することなく数十万回の充電に耐えます。

Li-ionを超えてLi-airへ

バッテリーの未来は、イリノイ大学とシカゴのアルゴンヌ国立研究所の発明に見ることができます。そこでの研究者チームは、空気中の酸素を使用してバッテリー内のリチウムと反応するバッテリーを作成しました
アノード電極。他の研究者は「リチウム空気電池を構築しようとしましたが、 しかし、サイクル寿命が短いために失敗しました。 その研究チームのラリー・カーチスは言います。

UIC-アルゴンヌ研究チームは、アノードの独自の組み合わせを使用することにより、これらの課題を克服しました。 陰極、 バッテリーを殺す副産物の酸化と蓄積を防ぐ電解質。このような進歩は、デバイス（工具やピックアップトラック）だけでなく、今日のリチウムイオン電池の数分の1のサイズのパワーセルの寿命が続く電池の開発を予測しています。 これははるかに速く再充電し、最大15倍の電力を出力します。

トヨタの科学者たちは、わずか7分で再充電できる硫化物超イオン伝導体を採用した全固体電池を含む別のリチウムイオンアプローチをテストしています。このアプローチは、-22°Fという低い温度で機能します。そして212°Fまで。

電力を貯蔵するためにさまざまな化学物質を使用することへの探求は、リチウムがナトリウムなどの元素に置き換わると予測しています。 シリコーン、 アルミニウム、 とマグネシウム。例えば、 グラフェンと呼ばれるスペインの会社は、1回の充電で最大500マイルの走行距離とわずか数分の充電時間を車両に提供できるグラフェンバッテリーを模索しています。このグラフェン（グラファイト製）バッテリーは、現在のリチウムイオンバッテリーの33倍の速さで放電します。 これは、電力を大量に消費するトラクターの高電力ニーズをより適切に満たすでしょう。 コンバイン、 とトラック。

バッテリーコンポーネント

バッテリー

他のバッテリーと同様に、 充電式リチウムイオン（Li-ion）バッテリーは、セルまたはセルアセンブリと呼ばれる1つまたは複数の発電コンパートメントで構成されています。リチウムイオン技術は、電流がセル内の2次元層を通過するのではなく、3次元的に流れることを可能にする特殊な分子構造を使用します。その結果、電力とランタイムが大幅に増加し、電力を大量に消費するツールを実行できるようになります。ミルウォーキーツールはまた、20700セルと呼ばれる新世代の大型の個別バッテリーを採用して、業界をリードする12アンペア時までエネルギー貯蔵容量を増やしました。ミルウォーキーはすでに、さらに大きなユニットに移動する意向を表明しています。 21700とラベル付けされ、 それは最大47％多くのエネルギー容量を詰め込みます。

セルアセンブリは直列に集められ、流れ抵抗を低減する革新的な固体金属ハーネスを介して電力を受け取る（再充電する場合）または電力を放電します。 したがって、ツールにより多くの電力（以前のバッテリー設計よりも最大50％多くの電気の流れ）を供給し、発熱を最小限に抑えます（最大70％）。このハーネスは、バッテリーを落としても破損する可能性がはるかに低くなります（ワイヤーハーネスと比較して）。

電子制御

リチウムイオン電池式ツールの頭脳は、バッテリーとモーターの両方にある電子制御です。 2つのマイクロプロセッサは互いに通信して、バッテリからツールへの電力の流れを調整します。ブラシレスモーターの電子制御では、ツールに負荷がかかり、より多くのトルクが発生しているときに、電力の流れを増やす必要があります。バッテリーのコントローラーは、モーターに放出される電力量だけでなく、バ​​ッテリーの再充電速度も調整します。

ブラシレスモーター

コードレスツールによって生成される作業で驚異的な成長を生み出すための鍵は、カーボンブラシを排除するブラシレスモーターと、ブラシ付きモーターで使用される整流子の使用です。これらのモーターでは、 磁石と銅巻線の位置が逆になっています。ブラシレスモーターでは、 磁石はモーターシャフトにあります、 アーマチュアの銅巻線は固定されており、そのシャフトを囲んでいます。銅巻線がモーター構成の外側に配置されているため、ブラシレスモーターのパワーブーストが可能です。 それらを大きくする余地があります。また、 ブラシレスモーターには、回転する整流子をドラッグすることによってブラシが生成する摩擦と電圧降下がありません。

真のバッテリー電力の可能性のサイジング

バッテリーの潜在的な電力の評価は、近年混乱しています。 電圧定格が18または20ボルトのそのような一般的な定格を超えて急上昇したので。しかし、より高い電圧のバッテリーは必然的により強力ですか？

その質問に答えるために、 また、バッテリーのアンペア時も確認する必要があります。 「アンペア時は、バッテリーの燃料タンクを評価するようなものです。 」とボブハンターは説明します。 のツールエバリュエーター 木 雑誌、 成功した農業 雑誌の姉妹出版物。

電圧が高いからといって、必ずしも電力が大きくなるとは限りません。電圧は、バッテリーが保持する充電量に基づいて、バッテリーの個々のセル内でわずかに異なります。それらは、完全充電状態で低電圧よりも高い電圧を生成する可能性があります。

同じく、 アンペア時が長くても、最高の実行時間が保証されるわけではありません。

バッテリーの潜在的な電力を評価することになると、 そのワット時を計算します。

そうするための方程式は単純です。公称ボルトにアンペア時を掛けます。結果はワット時です。

この例は、12アンペア時のエネルギーを提供する18ボルトのバッテリーです。このバッテリーのワット時は216（18×12）になります。

バッテリー電源に関するもう1つの信頼性の高いガイドは、トルクまたは最大トルクで測定された、バッテリー電源が提供するツールによって判明した作業です。真のトルク容量は、バッテリー容量と、ツールのモーターの品質、およびそのモーターとそのバッテリーの機能を調整する電子制御の両方を反映しています。

開発中の電気トラック

昨年1月、 Workhorse Groupは、480馬力のため、5.5秒で時速60マイルまで加速するハイブリッド電気ピックアップトラックを発表しました。ハイブリッドエンジン。四輪駆動のワークホースW-15は、その会社の名前に忠実です。 2を運ぶことができるので 200ポンドのペイロードと5の牽引能力を生成 000ポンド。 W-15は、「フォードF-150ができることなら何でもできるように設計されています。 」と会社のCEO、スティーブ・バーンズは主張します。

働き者は5号館です。 今年はフリート販売用の300台のトラック。消費者の注文は、52ドルから始まるトラックの2019年初頭に開始されます。 000（$ 7でサポート、 500税額控除）。

電気自動車のパイオニアであるElonMuskは、彼の会社が「クレイジーなトルクと負荷を動的に調整するサスペンションを備えた、デュアルモーター全輪駆動のテスラピックアップを導入しようとしていると報告しています。 」は、電気自動車のパイオニアであるムスクを誇っています。

全電気式セミトラックは市場からそれほど遠くありませんが、 また。 Thor Trucksは、80台を運搬できる電動セミを開発しました。 000ポンドの貨物と1回の充電で最大300マイル移動します（上記を参照）。トラックのパワートレインオプションは300から700馬力の範囲です。 0rpmから始まるフルトルクで。同社は、トールがディーゼルセミより70％安いと主張している。限られた数のデモンストレーショントラックが同社から入手可能になりました。

ラジカルバッテリーの再設計

研究者たちは、今日のリチウムイオン電池の電気容量を増やすために、さまざまな化学組成を調査しています。

リチウムイオン電池

リチウムイオン（Li-ion）バッテリーは、アノード電極とカソード電極、および微細な穴で構成される絶縁体分離壁に保持された電解質で構成されます。充電状態では、 リチウム原子はアノード電極に蓄えられます。バッテリーが閉回路（または完成）の一部になると、 放電を開始します。これにより、リチウム原子（アノード電極内）と電解液の間で酸化反応が発生します。 その結果、電子がリチウム原子から飛び出してリチウムイオンを生成します。電解質溶液は、イオンがそれを通過してカソード電極に到達するだけであり、そこで還元反応がエネルギーを生成します。バッテリーを充電すると、このプロセスが逆になります。

リチウム硫黄電池

リチウムと硫黄から作られたバッテリー（Li-S）は、リチウムイオンバッテリーの5倍の重量エネルギーを運ぶ可能性があります。 Li–Sバッテリーでは、 金属酸化物電極は硫黄に置き換えられ、 これは、各硫黄原子が2つのリチウム原子に結合するため、より多くのリチウム原子を保持する能力があります。グラファイト電極は、電極とリチウムイオンの供給者の両方の役割を果たしている純粋なリチウム金属のスライバーに置き換えられています。

リチウム-酸素電池

このアプローチは、酸素が電解質のように機能するバッテリーに空気を引き込みます。このような呼吸用バッテリーは、主要な成分の1つを持ち歩く必要がないため、他のバッテリーアプローチに比べて重量が大幅に有利です。リチウム酸素（Li–O）バッテリーは、 理論的には、 ガスエンジンと同じくらい高密度にエネルギーを蓄え、 これは、今日の車で使用されているバッテリーの10倍です。 Li-Oバッテリーの課題は、充電サイクルごとに容量が急速に失われることです。研究者たちは、ナトリウム-酸素をベースにしたより安価な呼吸用バッテリーを模索しています

（Na-O）。 Na-Oバッテリーは、Li-Oの半分のエネルギー密度しか提供しませんが、それでもLi-ionバッテリーよりも5倍強力です。

マグネシウムイオン電池

電池の電極を再設計し、リチウムをより重いイオンに置き換え、 マグネシウムが提供するものなど、 マグネシウムイオンはそれぞれ2つの電荷を運ぶのに対し、リチウムイオンは1つの電荷を運ぶため、ポテンシャルがあります。しかし、マグネシウムイオンはリチウムイオンよりもはるかにゆっくりと移動するため、Mgイオン電池では再充電と放出応答時間が遅くなります。

電気トラクターが現実になりました

バッテリー駆動のトラクターの夢は、限られた数のFendtモデルe100Variosがヨーロッパの農場や自治体で働くようになったこの夏に実現しました。充電で最大5時間動作可能、 67馬力。 Varioは、650ボルトのリチウムイオンバッテリーを使用します。プラス、 バッテリーはわずか40分で最大80％まで充電できます。

Fendtは、e100は、従来の（PTOまたは油圧を介して）および電動器具の両方に電力を供給するように設計されていると報告しています。 e100 Variosは、2019年まで一般提供されない可能性が高いと予想されます。

電気トラクターを真剣に検討しているのはAGCO（フェントの親会社）だけではありません。ジョンディアは、2017年にパリで開催された機械ショーで、なんと174馬力の全電気プロトタイプを発表しました。

SESAM（農業機械のための持続可能なエネルギー供給）と呼ばれ、 Deereのプロトタイプは、2つの電気モーターを搭載した同社の6Rシリーズシャーシに基づいています。 SESAMのバッテリーパックは、最大4時間トラクターに電力を供給するのに十分なエネルギーを提供します。 Deereは、トラクターが商業生産から少なくとも3〜4年離れていると推定しています。

ドイツのオフハイウェイエンジンメーカーであるDeutzも、電気馬力を求めています。その会社は最近、E-Deutz戦略を実装するために1億1700万ドルを費やしました。その投資からの最初の製品は約2年で期待されています。