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 …

Литиевый аккумулятор в машину


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

Литиевый схема

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.

Литий железо фосфатный

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.

Свинцово-кислотный АКБ

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 <100, АКБ 12В 150-300, блок 7,2В 25-75  элемент 25-50 элемент
Жизненный цикл (80% разряда) 200 — 300 500 – 1000 500 – 1000 1000 — 2000
Время быстрой зарядки 8-16ч 2-4ч 1ч (или менее) 1ч (или менее)
Устойчивость к перезаряду Высокая Низкая. Не переносят постоянную подзарядку
Саморазряд, за месяц (комнатная температура) 5-8% 5-10%
Номинальное напряжение элемента 3,6В 3,8В 3,3В
Пиковый ток нагрузки 5-7С 30С 30С
Температура зарядки От -20 до 50 °С От 0 до 45 °С
Требует обслуживание ДА. 3 – 6 месяцев желательна подзарядка Нет.
Безопасность Термически безопасны Требуют защитный контур

Из этой таблицы становится понятно, что может быть сколько угодно плюсов у литиевых АКБ различных типов, они уступают кислотным в некоторых аспектах. Заряд при минусовой температуре (скажем при -15,-20 градусов). Постоянный заряд (скажем от генератора автомобиля). Безопасность, свинцово-кислотные АКБ не воспламеняются при перезарядах и повреждениях.

Что такое «С»

Многие заметили в табличке, такой показатель – «30С». Латинской буквой «С» обычно маркируется пиковый ток нагрузки. Чем больше цифра с этим показателем, тем лучше. Как все это дело высчитывается? Достаточно просто:

Для примера возьмем батарею в 6000 mA (6А) – 40С. Для того чтобы вычислить максимальный ток, нам нужно 6Х40=240А

расчет пикового тока

Это очень хороший показатель, который зачастую достаточно для пуска двигателя автомобиля.

ПОДВОДИМ ИТОГ

Литиевые аккумуляторы не ставятся на автомобиль по многим причинам:

  • Начнем с цены. Она действительно выше примерно в два-четыре раза, чем у рядовых (скажем кальциевых) свинцово-кислотных батарей одинаковой емкости
  • Плохо переносят низкие температуры. Быстро теряют емкость, для нашей страны это очень актуально
  • Плохо заряжаются на морозе. Точнее их вообще не рекомендуется заряжать уже при 0 градусов
  • Плата балансировки (балансир). Литиевая батарея (если в нашем случае на 12В) состоит из нескольких банок (3-4 в зависимости от применяемой технологии). Если напряжение на элементах будет разное, то одна банка может сильнее разрядиться или зарядиться. Таким образом, вся батарея может выйти из строя, и даже воспламениться. Чтобы заряд или разряд проходил равномерно у каждой банки, нужен специальный балансир (чего свинцовой батареи практически не нужно).
  • Не переносят постоянной зарядки, скажем от генератора. Нужно устанавливать специальные платы защиты (которые тоже не дешевые)
  • Безопасность. При повреждении Li-ion или Li-Pol аккумуляторов, либо если откажет система защиты и будет идти постоянная зарядка, может произойти очень сильное возгорание, которое потушить, не так-то просто (все потому что они могут гореть с температурами под 3000 градусов, без кислорода). В этом отношении самый безопасный LiFEPO4 он не взрывается и не так сильно горит. К слову все авиаперевозчики стараются снизить количество литиевых батарей на борту.

Уже эти пять пунктов делают использование литиевых батарей невозможными, на этом фоне перспективнее смотрятся AGM варианты. Конечно, сейчас есть бустеры, которые могут запустить практически любой автомобиль, там зачастую стоят либо Li-ion или Li-pol аккумуляторы. Но вы их храните дома (не рекомендуется хранить в авто на морозе), заряжаете от розетки невысокими токами, там стоят различные платы защиты.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом заканчиваю, думаю моя статья была вам полезна, подписывайтесь на мой канал будет еще много интересных статей и видео. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР