Литиевый аккумулятор для автомобиля: а нужен ли?

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!

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

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:

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.

1. 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.
2. Характеристики любых литиевых аккумуляторов резко падают при понижении температуры и в этом они уступают свинцовым АКБ.
3. Еще более опасна для батареи температура выше +60 0 С. Перегрев может привести к пожару и взрыву.
4. 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.
5. 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.

Что нужно знать о литиевых аккумуляторах и их использовании на автомобилях

Каждый автомобилист знает, насколько важную роль в работе транспортного средства играет аккумуляторная батарея. При этом покупка АКБ сопровождается обычно буквально несколькими вопросами, поскольку нужно подобрать батарею с подходящими для машины характеристиками.

И часто при покупке обращают внимание на то, к какому типу относится та или иная модель. Для автомобилей применяются разновидности свинцово-кислотных АКБ, которые бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми.

В зависимости от того, какие используются добавки и форма электролита, их также можно разделить на AGM устройства или гелевые.

Только вот применительно к машинам с ДВС редко говорят про литиевые аккумуляторы. Можно ли их использовать, какие у них сильные и слабые стороны и что вообще нужно знать автомобилистам о возможностях использования таких батарей вместо свинцово-кислотных.

Разновидности

Если говорить о батареях литиевого типа, которые могут применяться в автотранспортных средствах, то здесь стоит выделить несколько вариантов.

• Li-ion. Они же литий-ионные. Актуальное решение для электрокаров. Здесь заряд переносят положительно заряженные ионы лития. В роли отрицательных пластин сначала использовали литий, затем каменноугольный кокс, а теперь перешли на графит. Внутри корпуса предусматриваются платы защиты и являются обязательным компонентом. Такие АКБ отличаются по используемому катодному материалу.
• Они же литий-полимерные. Отличаются от первого типа лишь наличием полимерного, а не жидкого электролита. Характеристики несколько усовершенствовали. Могут работать при температуре до -20 градусов.
• Это литий-феррофосфатные батареи, имеющие наиболее серьёзные перспективы для использования в автомобилях. Именно на них делается сейчас основной акцент, как на потенциальный заменитель стандартных свинцово-кислотных АКБ.

Теперь следует взглянуть на такие батареи более подробно и узнать об их возможном применении на автомобилях.

Преимущества и недостатки

Литий-феррофосфатные АКБ имеют достаточно внушительный список преимуществ. Но есть и недостатки.

К сильным сторонам относят такие пункты:

• достаточно продолжительный срок службы;
• медленная потеря ёмкости;
• стабильные показатели напряжения разряда;
• не токсичные, и не опасные для окружающей среды;
• разряд происходит с меньшей скоростью;
• могут переносить достаточно низкие температуры;
• минимальная подверженность возгораниям и взрывам.

Но опять же это сравнение скорее с другими разновидностями литиевых АКБ, а не со свинцово-кислотными.

При этом у литиевых аккумуляторов для автомобилей есть ряд потенциальных недостатков, которые пока не позволяют перейти на активное применение в машинах.

Речь идёт о таких минусах:

• чтобы получить полноценную батарею на 12,8 В, требуется соединить 4 литиевых аккумулятора;
• высокая стоимость, которая превосходит кальциевые и свинцовые АКБ в 3-4 раза;
• низкая устойчивость к отрицательным температурам;
• в российских условиях климата на морозе будут быстро терять заряд;
• при заморозках заряжать такие АКБ очень сложно;
• при температуре ниже 0 градусах зарядка запрещена;
• при объединении нескольких батарей, обязательно применяется плата балансировки;
• не любят постоянную зарядку, идущую от АКБ, и нужно ставить дорогие дополнительные платы защиты.

Как видите, недостатки более чем весомые.

Но некоторые продолжают утверждать, что такие АКБ использовать можно и у них неплохие перспективы.

Сколько циклов выдерживают

Весь дальнейший разговор будет идти именно о LifePo4 батареях, поскольку они максимально близки к стандартным автомобильным АКБ и есть смысл их сравнивать.

Циклом называют процесс разряда-заряда. Срок службы определяется тем, сколько таких циклов сможет пережить АКБ.

АКБ считают непригодными к использованию, если их ёмкость упала ниже 80% от номинальной. Фактически число циклов зависит от способности рабочих ячеек сохранять, а также передавать энергию к потребителям.

Литиевые батареи способны выдерживать порядка 1000 циклов, что было подтверждено соответствующими испытаниями.

В рамках тестирования воссоздали условия, приближенные к реальным. Сравнивали литиевый, свинцово-кислотный и AGM аккумуляторы. Последний выдержал 180 циклов, свинцовый всего 18, а состояние LifePo4 вообще никак не изменилось.

Так что в плане способности выдерживать многочисленные циклы такие аккумуляторные батареи действительно имеют внушительные перспективы. Что же касается литий-ионных аккумуляторов для автомобилей, то с ними подобные сравнительные тесты не проводили. И не совсем корректно сравнивать батареи, предназначенные преимущественно для электрокаров и не применяемые на машинах с ДВС.

Процесс зарядки

Теперь немного о том, как заряжать современный автомобильный аккумулятор типа LifePo4. На практике литиевый аккумулятор способен достаточно быстро накопить в себе электроэнергию. Но здесь течение электрохимических процессов не проходит моментально, из-за чего состояние электролита меняется не пропорционально. Слои, расположенные ближе к электроду, заряжаются быстрее, чем отдалённые.

Если увеличить параметры зарядного тока, это всё равно существенно не ускорит процесс заряда АКБ литиевого типа.

Задать напряжение можно быстро, но насыщение требует больше времени. Если подавать высокий ток заряда, первая стадия зарядки проходит быстрее, но это автоматически продлевает вторую стадию насыщения.

Предельный зарядный ток определяется в долях от ёмкости. К примеру, когда у АКБ литиевого типа указана ёмкость 100 Ач, тогда ток составит 0,5С.

Буква С означает показатель ёмкости аккумуляторной батареи.

В итоге получается, что для устройств с ёмкостью 100 Ач требуется ток заряда с показателем не более 50 А. Максимальный зарядный ток для литий-феррофосфатных батарей обычно составляет в пределах от 0,5С до 1С. Тут следует смотреть на инструкции производителя.

Если в процессе заряда увеличивается температура, это говорит о неправильно подобранном алгоритме зарядки. Либо имеются какие-то внутренние проблемы с АКБ. Во втором случае придётся обращаться к специалистам.

Выбор АКБ для автомобилей

Пока литиевый аккумулятор нельзя позиционировать как полноценно автомобильный. Имеющиеся недостатки заставляют задумать о том, насколько актуально применять подобные решения на машине.

Если вас заинтересовали литиевые аккумуляторы, тогда стоит обратить внимание на тип LifePo4. Они больше остальных подходят для машины, оснащённой обычным ДВС.

При подборе необходимо учитывать такие моменты.

• Ячейки литий-феррофосфатных АКБ со временем имеют свойство стареть. Это происходит из-за разрушения компонентов внутри. Ёмкость падает, сопротивление внутри растёт. На скорость состаривания сильно влияет зарядный и разрядный ток, температура и глубина возникающего разряда. Чтобы продлить срок службы литиевым аккумуляторам, используется BMS. Это электронная система управления, созданная для контроля состояния АКБ, защиты от перезарядки и повреждений ячеек в случае глубокого разряда. BMS выбирают с высоким током. Непрерывный зарядный ток должен составлять от 0,5С до 1С. Смотрите на непрерывный, а не максимальный ток. Хорошие АКБ обязательно имеют систему отключения при перегрузках, перегреве и перезаряде.
• Цена. В зависимости от конкретного типа литиевого аккумулятора и модели, разница между ними может составлять 2 раза. В сравнении с теми же свинцово-кислотными, последние дешевле в 2-4 раза. Дорогая — ещё не означает лучшая. Опирайтесь на характеристики.
• Скорость зарядки. Именно максимальная. Считается важной характеристикой. Дешёвые модели имеют около 0,3С. У дорогих это 1С. В зависимости от ситуации, порой лучше взять несколько недорогих АКБ, что более актуально для автомобилей. Это позволит снизить скорость зарядки и параллельно увеличит суммарную ёмкость АКБ.
• Работа без подзарядки. В отличие от тех же свинцово-кислотных моделей, литиевые открывают доступ к 100% своей ёмкости. Можно параллельно подключить сразу несколько АКБ. Это позволит без запуска двигателя долгое время включать разные потребители.
• Мощность от генератора. Параметр влияет на ёмкость и на подбор зарядного устройства. Генераторы в машинах обычно имеют мощность порядка 2000 Вт. Если в авто ставится лишь один дополнительный аккумулятор на 100 Ач, для его зарядки хватит устройства на 30 А. Так генератор будет заряжать дополнительную батарею с помощью тока на 25 А, а аккумуляторам передавать 350 Вт.

Как видите, в основном литиевые АКБ рассматриваются как дополнительные, а не как основные батареи в автомобилях. Но и это первый шаг, который может оказаться решающим.

При использовании литиевых АКБ требуется использовать специальные зарядные устройства, предназначенные для такого типа аккумуляторов.

Обычными ЗУ, которыми вы заряжаете свой свинцово-кислотный аккумулятор, зарядить литиевый не получится.

Особенности установки

Современный Li-ion автомобильный аккумулятор, то есть литий-ионный, завоевал популярность благодаря применению именно в электрокарах.

В отношении автомобилей с ДВС пока уместно говорить об использовании именно литий-феррофосфатных моделей.

Монтаж в машину предусматривает выполнение нескольких условий:

• При их установке важно сопоставить выбранные характеристики с параметрами и возможностями своего автомобиля. Если значения не будут соответствовать, система защиты, то есть BSM, попросту отключит АКБ.
• Если литиевая батарея будет получать заряд через генератор машины, здесь придётся приобрести и установить ещё одно дополнительное устройство в виде специального зарядника.
• Отрицательным проводником лучше использовать не корпус машины, а кабель, который идёт от минусовой клеммы сервисной АКБ к минусовой клемме стартовой батареи.
• Все кабели, соединённые с АКБ, требуется оснастить защитными предохранителями. Их рекомендуют располагать максимально близко к клемме на батарее.

Говорить о массовом внедрении литиевых батарей в обычные легковые машины, оснащённые ДВС, не приходится. Это перспективное, но пока ещё сырое и недоработанное решение.

Такие батареи стоят дорого, имеют ряд недостатков, предъявляют повышенные требования.