Аккумулятор автомобильный литиевый
Литиевый аккумулятор для автомобиля: плюсы и минусы
Литиевый аккумулятор для автомобиля. Когда речь заходит об автомобильных аккумуляторах, в нашей голове сразу же возникает образ большой свинцово-кислотной АКБ, которая занимает достаточно большое место под капотом.
Самое интересное, что за всю эру автомобилетсроения данный тип батарей оставался верным спутником машины, даже не смотря на то, что на дворе ХХI век и изобретена масса других, более компактных и современных типов аккумуляторов.
К примеру, литий-ионные, встретить которые можно в любом мобильном телефоне. Почему же автопроизводители очень неохотно используют их в своей продукции? Неужели машины навсегда останутся с допотопными свинцово-кислотными АКБ?
Давайте разберёмся с этими вопросами и выясним, почему литиевый аккумулятор для автомобиля это невероятная экзотика.
Литиевый аккумулятор для автомобиля — классика или современность?
Поразительно, но тот тип батарей, которые повсеместно устанавливается в автомобили, был изобретён более века назад.
Конечно же, его внешний вид и конструктив постоянно совершенствовались, и сейчас это надёжные устройства, которые при должном внимании не подведут, но… Но они громоздкие, тяжёлые и зачастую требую внимания.
Почему же не использовать литий-ионный аккумулятор для автомобиля? Это современный тип батарей, они компактные, лёгкие и достаточно долговечные. На самом деле их можно встретить в автопроме, правда, не в массовом.
Такие АКБ штатно устанавливаются на транспортные средства, укомплектованные гибридными силовыми установками, и электромобили. Почему же их практически не встретить на обычных авто с двигателями внутреннего сгорания?
Может литиевый аккумулятор 12 вольт для автомобиля сложно сделать или они не выдерживают высоких токов, которые требуются для запуска мотора? Давайте это выясним.
Литиевые аккумуляторы: что это?
А начнём с конструкции литий-ионных АКБ. Состоит такая батарея из катода и анода, имеющих выводы на контакты и разделённых пористым сепаратором. Все эти элементы находятся в герметичном корпусе.
Кстати, корпус, как правило, имеет предохранительный клапан, который нужен, чтобы предотвратить резкое повышение давления внутри аккумулятора. Но самое главное не в этом, а в материалах катода и анода, именно они и химические реакции между ними определяют суть устройства.
Литиевыми такие батареи именуются из-за иона лития, который и является переносчиком электрического заряда. Этот ион способен взаимодействовать с кристаллическими решётками различных материалов, образовывая новые соединения.
Углубляясь в химию, можно увидеть, что и у этого вида аккумуляторов бывают разновидности. Как правило, отличается катодная часть, и у неё могут быть следующие варианты:
- LiCoO2 (кобальт лития);
- LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель);
- LiFePO4 (литий-феррофосфат).
Сами по себе эти формулы для людей, не являющихся химиками, мало что говорят, но нужно отметить, что свойства батарей, изготовленных из разных материалов, немного отличаются. Наиболее интересными являются АКБ с литий-феррофосфатной катодной частью.
Из всей троицы они самые долговечные и меньше теряют ёмкость со временем, их напряжение практически не меняется в процессе разряда, а учитывая тот факт, что одна ячейка такого «аккума» выдаёт около 3,2 В, то, соединив четыре штуки, получим практически стандартное напряжение бортовой сети большинства автомобилей — 12,8 В. Помимо этого, они выдают хорошие пиковые токи.
Что не так с литий-ионными АКБ?
Казалось бы, литиевый аккумулятор для автомобиля — отличное решение, но мы пока не говорили об их недостатках, а они имеются, поверьте. Итак, почему же нельзя выбросить старую кислотно-свинцовую АКБ и поменять её на компактный и современный «аккум»? А вот почему:
- литий-ионные батареи плохо переносят минусовые температуры — их ёмкость резко падает, а заряжать их уже при 0 градусов даже не рекомендуется. Наверное, не стоит говорить, что для стран, где мороз является нормой — это большая проблема;
- необходимость использовать дополнительные электронные компоненты — такие батареи нельзя просто напрямую подсоединить к бортовой сети, нужно запитывать их через устройства защиты и специальные балансиры, контролирующие распределение заряда по ячейкам;
- при повреждении легко воспламеняются и даже взрываются;
- высокая цена — если поставить рядом кислотно-свинцовый и литиевый аккумуляторы одинаковой ёмкости, то второй будет в 2-4 раза дороже.
И что же, ради меньшего веса стоит мириться со всеми этими минусами?
Автопроизводители думают, что нет. Литиевый аккумулятор для автомобиля оправдан в случае разработки спорткаров, где каждый килограмм на счету, или же у гибридов и электромобилей, где нужно как-то хранить большие объёмы электрической энергии.
Друзья, надеемся, теперь стало ясно, почему современные виды АКБ не подходят для массовой автомобильной техники — с ними будет больше проблем, нежели выигрыша.
На этом всё, не забывайте заглядывать на наш блог и до новых публикаций!
Литиевые аккумуляторы для автомобилей
Многие автомобилисты задаются вопросом, есть ли смысл заменять кислотный АКБ на щелочной, литиевый. Уже есть прецеденты, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid сходят с конвейера со стартовыми АКБ нового поколения. Литиевые стартовые аккумуляторы легче, имею большую емкость, но стоят дорого и есть особенности, мешающие их широкому внедрению. Тяговые литиевые аккумуляторы успешно работают на карах, подъемниках и другой аккумуляторной технике.
Литиевый аккумулятор 12 вольт для автомобиля
Что представляет ионно-литиевые аккумуляторы для автомобилей? В корпусе упаковано определенное количество элементов одного вида, соединенных между собой для обеспечения нужной емкости и напряжения батареи.
Для этого можно взять аккумуляторы с разными активными компонентами. Все они содержат ионы лития в разных химических соединениях, меняющих характеристики изделия.
Все литий-ионные элементы представляют призматические или цилиндрические герметичные упаковки, в которых внутри имеется катод, в виде графитового слоя на подложке из металлической фольги. На другой ленте расположен активный состав. Прокладка, сепаратор, пропитана неводным раствором литиевой соли. Она проницаемая, ион лития внедряется в структуру графита или уходит из нее, создавая разность потенциалов.
Состав и свойства разных литий-ионных аккумуляторов:
| Параметр | LiCoO2 | Li MnO4 | LiFePO4 |
| Уд. плотность энергии, Втч/кг | 150-190 | 100-135 | 90-120 |
| Жизненный цикл | 500-1000 | 500-1000 | 1000-2000 |
| Время быстрой зарядки, ч | 2-4 | Менее 1 | Менее 1 |
| Терпимость к перезарядке | отсутствует | отсутствует | отсутствует |
| Номинальное напряжение V | 3,6 | 3,8 | 3,3 |
| Максимальное V | 4,2 | 4,2 | 3,6 |
| Минимальное V | 2,5-3,0 | 2,5-3,0 | 2,5-2,8 |
| Миним. t работы | -10 | -10 | -30 |
Однако кобальтовый состав больше склонен к возгоранию. Температура ниже +10 способствует резкой потере емкости.
Самыми нетребовательными считают ферритные аккумуляторы. Они не склонны к взрыву, работают на морозе до -30 градусов и легче справляются с восстановлением после глубокой посадки, но не ниже, чем до 2 В. Именно они могут обеспечить пусковой ток в 60С.
Все батареи собираются из отдельных аккумуляторов, используя последовательное и параллельное подключение. Это позволяет создать напряжение 12 В поставив последовательную цепь из 4 групп с параллельным включением 6 элементов. При этом обязательно требуется использовать балансиры и MBS для обеспечения равномерной зарядки до номинала всех банок, и специальная зарядная станция.
Преимущества и минусы стартовых литиевых АКБ для авто
Что для автомобилиста лучше, поставить на автомобиль аккумулятор нового поколения, стоящий около 120 000 рублей или купить дорогой (120$), но привычный кислотный АКБ?
К преимуществам литиевого аккумулятора относят его малый вес. Но так ли важно десять лишних килограмм для многосильного мотора? Да, зарядная емкость у литиевого аккумулятора выше раза в 2, циклов перезарядки он выдержит раза в 3 больше. Пусковой импульс стартер будет получать безотказно и стабильно, если выполнить условия эксплуатации.
- В первую очередь, новый аккумулятор нельзя заряжать напрямую от генератора. Вспомните, он не терпит перезаряд и очень быстро выйдет из строя. Значит, потребуется конвертор, который будет преобразовывать ток от генератора для питания аккумулятора.
- Характеристики любых литиевых аккумуляторов резко падают при понижении температуры и в этом они уступают свинцовым АКБ.
- Еще более опасна для батареи температура выше +60 0 С. Перегрев может привести к пожару и взрыву.
- В бортовой системе не должно быть высоких токовых нагрузок. И стартер, и лебедка и другие инструменты должны принять условия работоспособности аккумулятора. А это выльется в дорогостоящую модернизацию электрической схемы.
- Моторесурс аккумулятора зависит от равномерности заряда банок, постоянной вибрации, разрушающей контакты и способствующие коррозии корпуса. Емкость банок в таких условиях резко уменьшается.
Адаптация автомобиля под литиевый-литиевый аккумулятор выльется в сумму, больше стоимости самого источника энергии. Однако рассчитывать на длительную работу АКБ не приходится – максимум 3 года.
Вывод
Как тяговый, на транспорте литиевый аккумулятор уже занял рабочую нишу. Как стартовый – еще не находит широкого применения из-за высокой стоимости и адаптации к условиям эксплуатации. Посмотрите видео, почему нельзя ставить литиевый аккумулятор на неприспособленные автомобили.
Литиевый аккумулятор для автомобиля. Есть ли преимущества?
Обычно мы привыкли, что на автомобилях в качестве аккумуляторов используются свинцово-кислотные с различными добавками в пластинах батареи. Добавки могут быть от кальция до серебра, электролит может иметь форму геля, жидкости или быть запечатанным в AGM. Возникает логичный вопрос, вот в мобильниках используются эффективные литиевые батареи, почему такие же не ставят в автомобили?
Почему Литий-ионные аккумуляторы не ставят на машины
Литиевые батареи в автомобилях
Литиевые аккумуляторы – довольно непростая вещь в контексте автомобильной тематики. Их неохотное использование обросло множеством мифов, однако есть и вполне объективные причины, делающие установку таких батарей в данный момент нежелательной. На заре изобретения литиевых батарей в минусе был металлический литий, потом его сменил кокс, а сегодня всё больше распространяется графит. После добавления оксида кобальта аккумуляторы снизили свой нижний температурный порог, а также повысилось количество циклов заряд\разряд. Все литиевые батареи оснащены специальной защитной платой, контроллером. Li-ion батареи по материалу катода различают:
- Кобальто литиевые – LiCoO2;
- Литий полимерные – LiPol
Литий-ионные аккумуляторы
Отличие основное такого аккумулятора в том, что электролит у него не жидкость, а полимер. Характеристики у полимеров существенно лучше, низкий саморазряд, более высокая плотность, компактность, отсутствует эффект памяти. Рабочая температура от минус двадцати. Наиболее перспективным для оснащения автомобилей специалисты считают LiFEPO4. В этом аккумуляторе материал катода с добавлением железа, а также фосфатов. Из основных преимуществ этого варианта можно выделить:
- Долговечность, батарея очень медленно теряет свою ёмкость. На длительном промежутке времени это очень заметно.
- Стабильно держит напряжение разряда, отклонения от правильных 12,8В минимальное.
- В составе нет кобальта, то есть батарея нетоксична, угрозы экологии нет.
- Пиковые токи существенно выше обычных Liion.
- Разряжается медленнее.
- Не взрывоопасен, поскольку термическая стабильность на высоте.
- Может работать в условиях низких температур, вплоть по минус пятидесяти градусов.
Из минусов внимания заслуживает меньшая удельная плотность, да и контроллер использовать обязательно.
Преимущества Литий-ионных аккумуляторов
Так свинец или литий?
Если брать энергетическую плотность, то здесь впереди, конечно, литиевые элементы, у них гораздо лучше дела с продолжительностью жизненного цикла, заряжаются быстрее, лучшее сопротивление, нет практически саморазряда. Однако практически не ставят их, почему? Всё, на самом деле, банально, они дорогие, к тому же хуже себя чувствуют, чем кислотные на морозе. Безопасность свинцово кислотных батарей гораздо выше, что время от времени нам показывают случаи с возгоранием аккумуляторов в смартфонах.
Литиевый аккумулятор для автомобиля
Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током 0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.
Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.
Количество циклов литиевого АКБ
Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.
Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде
Зарядка LiFePO4 аккумулятора
Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.
Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.
Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С
Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора
LiFePO4 аккумулятор в автомобиле
Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.
Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.
Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации 14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.
Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.
Зарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт. Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.
| Модель | BBW1212 | BB1230 | BB1260 |
| Максимальный ток, А | 28 | 30 | 60 |
| Входное напряжение, В | 12 | 12 | 12 |
| Выходное напряжение, В | 12 | 12 | 12 |
| Тип аккумуляторов | LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки | LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки | LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки |
| Вес, кг | 3,5 | 1,2 | 1,4 |
| Размеры, мм | 190 х 160 х 50 | 190 х 160 х 50 | 190 х 160 х 70 |
| ЗАКАЗАТЬ | ЗАКАЗАТЬ | ЗАКАЗАТЬ |
Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль
Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее
Аккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов BMS, рассчитанная на высокий ток. Непрерывный ток разряда и заряда аккумулятора должен быть 0,5 — 1C . Необходимо смотреть именно на непрерывный, а не максимальный рейтинг аккумулятора. Максимальное значение бессмысленно, если не указывается время в течении которого проводилось испытание. Хорошая BMS должна отключать аккумулятор при перегрузке, перезарядке, перегреве и слишком высоком напряжении. Для аккумулятора это жизненно важно
Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.
Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора так же дадут возможность использовать ток силой 100 А, скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.
На автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В
Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи, так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно
Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.
Установка литиевого аккумулятора
Таблица значений длительно допустимого постоянного тока в зависимости от сечения медного кабеля при напряжении 12 Вольт и температуре 60 С Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6, необходимо использовать специальное зарядное устройство.
Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.
Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А
Литиевый аккумулятор для автомобиля. Есть ли такие на 12В, какие есть плюсы и минусы?
Как мы все с вами знаем, на автомобилях используются различные вариации свинцово-кислотных батарей. Они могут быть с различными добавками в пластины (Кальций, Сурьма, даже Серебро и т.д.), а также могут иметь различную форму электролита, скажем запечатанного в специальные маты (AGM) или в специальный гель (GEL). НО вот интересный вопрос – почему не ставят литиевые аккумуляторы? Или их нет мощных, которые скажем дают 12 – 14Вольт и обладают высокими токами пуска? Давайте разбираться, как обычно будет видео версия в конце …
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ
Касательно литиевых аккумуляторов для автомобиля все очень не просто, с одной стороны есть очень много мифов, с другой стороны есть действительно несколько факторов, которые пока делают установку не желательной для большой массы автомобилистов. НУ что же не будем тянуть.
Li-ion, Li-Pol
Стоит отметить, что обе аббревиатуры в заголовке, относят эти аккумуляторы к «литиевым», но различающимся по наполнению (как материалов катода, так и электролита внутри).
НА заре таких батарей, как обычно внутрь помещали катодный материал (располагавшийся на алюминиевой фольге), а также анодный (на медной фольге). Между ними помещался специальный сепаратор, пропитанный жидким электролитом (он их разделял и был пористый).
Вся эта система помещается в герметичный корпус (зачастую это обязательно) нередко с клапаном сброса внутреннего давления, катод и анод подсоединены к клемма токосъемникам, которых выходят наружу.
Стоит отметить, что в литий-ионных аккумуляторах переносчиками заряда являются положительно заряженные ионы лития, которые прекрасно могут взаимодействовать (внедряться) в кристаллические решетки других материалов (например графита, окислы и соли металлов) с образованием с ними прочной химической связи
Изначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем его заменили на каменноугольный кокс, и сейчас все больше распространен графит. После применения оксида кобальта батареи стали работать при значительно более низких температурах, причем повысилось количество разрядов/зарядов.
Литиевые батареи обязательно должны идти вместе с платами защиты типа BMS (Battery Management System), сейчас есть более продвинутые.
Li-ion аккумуляторы различаются по катодному материалу, есть два более распрастраненных, можно назвать классических:
- LiCoO2 (кобальт лития) + в качестве электролита твердые растворы на основе никелата лития
- LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель)
LiPol (литий полимерный, еще названия Li-polymer, LIP, Li-poly и т.д.). Отличие от Li-ion только в том, что у него полимерный электролит, в отличие от жидкого. Он имеет немного усовершенствованные характеристики, например — низкий саморазряд, большая плотность энергии на единицу массы, толщина элементов уже от 1мм, отсутствие эффекта памяти, можно производитель практически различные формы (в отличии от Li-ion). Могут работать до -20 градусов.
LiFEPO4
Еще один тип, про который я решил поговорить отдельно, считаю его самым перспективным из всех для установки под капот автомобиля.
LiFEPO4, LFP (литий-феррофосфат, либо литий-железо-фосфатный). Катод здесь другой, с применениями фосфатов и железа, основные плюсы:
- Длительный срок службы, медленнее теряет емкость (уже через пару лет он будет иметь большую емкость, чем Li-ion оппонент).
- Стабильное напряжение разряда, напряжение на ячейки 3,2-3,3В (если соединить 4 штуки, дает очень правильное напряжение 12,8В, как раз для автомобиля),
- Здесь нет применения «кобальта» (как в обычных Li-ion), а значит нет такой высокой токсичности и вреда окружающей среде
- Имеет более высокие пиковые токи (чем оппоненты)
- Меньшая скорость разряда
- Термическая стабильность, менее подвержен взрыву и возгоранию
- Переносит крайне низкие температуры, до -40,-50 градусов Цельсия
Есть конечно и минусы, например если сравнить новые элементы, но у него удельная плотность энергии будет ниже чем у обычного литиевого АКБ, примерно на 14-15%. Также для него обязательно нужно использовать платы защиты.
Свинцовые или литиевые батареи для авто
В самом начале мне хочется сказать — что по энергетической удельной плотности (Вт на килограмм), однозначно выигрывают литиевые аккумуляторы. Также у них лучше показатели по — жизненному циклу, сопротивлению, время заряда, саморазряду и прочему.
Но почему же сейчас нет на них ажиотажного спроса? Почему ставят по старинке свинцовые аккумуляторы? Для начала смотрим табличку.
| Параметр | Li-ion | |||
| Свинцово-кислотные | LiCoO2 (кобальт лития) | LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель) | LiFEPO4 (литий-феррофосфат) | |
| Удельная плотность энергии, Втч/кг | 30-50 | 150-190 | 100-135 | 90-120 |
| Внутреннее сопротивление, мОм | Литий-ионные аккумуляторы:почему их не ставят на автомобили
Идея всемерного облегчения конструкции автомобиля преследовала конструкторов с самого появления машины. И за прошедшую сотню лет конструкция практически подошла к пределу совершенства. А вот другие элементы автомобиля, особенно те, что имеют отношение к бортовой электронике, пассивной безопасности и экологичности, растут не по дням, а по часам. На фоне появления в конструкциях автомобилей настоящего хай-тека присутствие в них тяжелого свинцового аккумулятора кажется настоящим расточительством. Ведь эта штуковина весит очень много, особенно если нужна емкость «за 60 Ач». Так почему же так мало машин, в которых эту деталь рискнули заменить на что-то новое?
Если постараться вспомнить, в каких автомобилях серийно применяют литий-ионные аккумуляторы, то список окажется до обидного коротким. В нем будет McLaren MP4-12C и Porsche GT3/GT2, причем на последних спорткарах его использование опционально. Конечно, такой тип аккумулятора применяется еще и на электромобилях и подзаряжаемых гибридах, но там емкость батареи не позволит применять менее энергоемкий тип накопителя, и к тому же свинцовая батарея часто присутствует для питания вспомогательных систем. Как основной и единственный источник питания литиевые батареи более нигде не применяются. В чем же причина? Просто еще не пришло время или эти технологии на самом деле — тупиковый путь? Что такое литий-ионный аккумулятор? К таковым относят аккумуляторы, катод которых изготовлен из оксидов лития. В большинстве случаев это кобальтат (LiCoO2) или никелат лития (LiNiO2), но получают распространение также аккумуляторы с катодом из феррофосфата лития (iFePO4) и литий-марганцевой шпинели (LiMn2O4). Анод обычно сделан из графита или углеродных композиций, например графена. Электролит состоит из органических растворителей с солями лития
Чем так хороши литий-ионные аккумуляторы и какова плата за высокие характеристики? С момента появления в 1983 году успешной идеи использования кобальтита лития в качестве катода в аккумуляторе прошло немало времени, в течение которого технологию непрерывно совершенствовали. Число рабочих циклов увеличили примерно с 300 в первых моделях до 1500 и даже 7000 в новейших образцах. Удельную емкость — со 100 до 240+ Втч/кг, а стоимость снизилась почти на два порядка. Основные преимущества технологии заключаются именно в очень высокой энергоемкости и скорости заряда/разряда. Дополнительным преимуществом являются небольшие значения саморазряда, высокая плотность энергии, небольшие габариты аккумуляторов и полное отсутствие обслуживания на протяжении жизненного цикла.
Минусов тоже более чем достаточно. Высокая зависимость характеристик и ресурса от температуры, быстрое падение характеристик при перегреве и глубоком разряде, высокие требования к соблюдению режима зарядки, опасность применения высокого тока разряда. Наличие «нормального» падения характеристик на 3–6% в год также к числу положительных качеств не отнести. А еще кобальт крайне опасен для человека и окружающей среды, так что «классические» литий-ионные аккумуляторы после выработки ресурса обязательно должны утилизироваться. Значительное улучшение параметров принесла технология литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Очень важно, что в этом случае аккумулятор экологически безвреден, хотя утилизация все равно очень рекомендуется, но, как минимум, это не опасно. Возрастают токи заряда и разряда, а также число их циклов вплоть до фантастических 7000, аккумулятор лучше работает при отрицательных температурах. К тому же у такого аккумулятора за счет регулирования внутреннего сопротивления есть встроенная «защита от чрезмерного разряда» и он куда стабильнее держит напряжение в процессе работы. А еще рабочее напряжение в 3,2 В заметно удобнее для применения в цепях питания, рассчитанных на 12 В.
К сожалению, удельная емкость у этого типа аккумуляторов на 15–20% ниже, чем у «кобальтовых», так что там, где идет сражение за каждый грамм веса, их не применяют. Но по сравнению со свинцово-кислотными и никель-металлгидридными они все равно фантастически легкие и емкие. Зачем нужен литий-ионный аккумулятор в машине, понятно: для снижения веса. Так, типичный аккумулятор в машине на 60 Ач весит порядка 16 кг, а на 90 Ач — уже 24 кг. Масса литий-ионного составила бы порядка 3–5 кг для моделей с той же емкостью и напряжением. А разница в 12–20 кг уже существенна. Во всяком случае, ради 5–10 кг производители модернизируют моторы, облегчая блоки цилиндров и коленчатые валы, применяя пластиковые картеры и алюминиевые болты. Так не проще ли заменить аккумулятор? К сожалению, просто поставить на машину новую «батарейку» вместо старой не получится. Причин тому довольно много. Даже если аккумулятор достаточно хладоустойчивый и мощный для работы стартера и у вас хватает денег на его покупку, возникнет много дополнительных проблем. Для начала нужно тщательно следить за током потребления мощных потребителей. Просто надеяться на высокое внутреннее сопротивление источника уже нельзя. Литий-ионный аккумулятор может банально загореться при повышении тока сверх лимита или превышении времени нагрузки. Значит, стартер должен иметь схему регулирования и все остальные достаточно мощные потребители, вроде лебедок и вентиляторов охлаждения, — тоже.
Во-вторых, зарядка аккумулятора из последовательно соединенных литий-ионных элементов потребует специального контроллера и обязательного применения балансировки заряда по каждому элементу. Иначе ресурс аккумулятора быстро упадет, а степень заряда не будет подниматься даже до двух третей максимума. Ресурс аккумулятора в условиях вибраций и сильного изменения температур зависит и от коррозии соединительных элементов, а для литий-ионного аккумулятора это достаточно рискованные точки. Соединения катода и анода с проводниками остаются потенциально проблемными местами, особенно если токи большие. И наконец, вам придется поставить аккумулятор в утепленное, но прохладное место. С падением температуры сильно падает и емкость аккумуляторов с гелевым электролитом. Правда, если электролит твердый, а материал катода морозостойкий, то все не так страшно, машина заведется. Но вот повышение температур выше 60 градусов, скорее всего, сильно понизит ресурс и характеристики аккумулятора. Проблема в твердом электролитном интерфейсе (ТЭИ) на графитовом аноде — слое, который образуется при реакции электролита и графита электрода. Для этой операции поглощается часть лития из электролита (и катода, разумеется). В нормальных условиях работы аккумулятора слой ТЭИ сохраняется, защищая анод от агрессивного электролита. Но при повышении температуры или глубоком разряде аккумулятора слой разрушается, загрязняя электролит продуктами разложения. При восстановлении рабочей температуры или напряжения слой снова восстановится, но часть лития и графита пойдет на его построение. Сделать же слой ТЭИ слишком толстым — тоже плохая идея: это создает барьер на пути электронов и уменьшает мощность аккумулятора.
Каков итог?Не в последнюю очередь покупателя будет волновать цена аккумулятора. Даже самые недорогие по технологии батареи (LiFePO4), очень относительно приспособленные к работе в автомобиле, обойдутся по 500 рублей за 1 Ач при напряжении 3,2 В. Переводя это в привычные автомобилистам величины, получим 2000 рублей за 1 Ач при напряжении 12 В. Таким образом, 60-амперный аккумулятор будет стоить порядка 120 тыс. рублей (!). И это только за элементы питания, без зарядного устройства и дополнительной проводки. Еще одним минусом литий-ионного аккумулятора является его взрывоопасность. Разгерметизация, короткое замыкание или другие неприятности грозят не просто пожаром, а взрывом. Машины, взрывающиеся при малейшем столкновении, вряд ли кому-то интересны. А защитить аккумулятор от такого исхода очень сложно. Получается, что даже если не обращать внимания на цену, то минусов не много, а очень много. Придется серьезно переделывать электросистему машины, вводить новый контроллер заряда батареи, ограничивать рабочие токи стартера, заняться поддержанием нужной температуры для аккумулятора и обеспечить намного более безопасные условия его размещения. Так что всеми привычные компактные литий-ионные аккумуляторы, которые используются в любом мобильном гаджете, для установки на автомобиль пока просто не приспособлены. Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен Instagram Twitter facebook VK Подключить ленту новостей RSS16+ |
