Литиевый аккумулятор 12 вольт для автомобиля

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.

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.

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.

Какой аккумулятор для запуска автомобиля лучше: литиевый или свинцово-кислотный?

Эти аккумуляторы имеют свои преимущества, но определенно не являются предпочтительным выбором каждого

У 99 процентов населения, которые водят автомобиль, 12-вольтный свинцово-кислотный аккумулятор, который находится под капотом их машины, получает примерно столько же внимания, сколько и хомут шланга топливной системы. Рядовой автомобилист не задумывается над тем, сколько весит его аккумулятор и как быстро он разряжается. Но существует и другой вид автолюбителей, которым вышеописанные проблемы не безразличны. Для таких некоторые производители начали предлагать литиевые системы аккумуляторов для своих автомобилей. Что это такое, для чего они предназначены и готовы ли эти аккумуляторы удовлетворить потребности вашей машины на сегодняшний день, разберемся далее?

В эпоху гибридных автомобилей и электрических транспортных средств, литиевые аккумуляторы не представляют собой ничего нового. Их можно встретит во многих электромобилях, которые с успехом изо дня в день дебютируют на авторынке. Примером могут служить Toyota Prius C, либо Ford Fusion Hybrid.

Все же, для тех кто не в курсе, знайте, что литиевые аккумуляторные батареи замечательно работают в качестве моторных аккумуляторов в электромобилях. «Почему только лишь как моторные?» — спросите вы. Да потому что существуют некоторые компромиссы, на которые вам нужно будет пойти, если вы решите использовать литиевые аккумуляторы в качестве стартерных аккумуляторов для обычного автомобиля.

Преимущества литиевых аккумуляторов над свинцово-кислотными

Но прежде всего, давайте поговорим о преимуществах данных источников питания. Литиевые аккумуляторы легче, чем свинцово-кислотные, способны на более продолжительное хранение заряда, а также могут выдержать больше циклов заряда/ разряда. Соотношение возможного безопасного выходного тока к номинальной емкости батареи у литиевых аккумуляторов значительно выше, поэтому, в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторами, вам необходимо меньше «номинальных усилителей», чтобы выполнить тот же объем работ. Другими словами, они могут сбросить или поглотить огромное количество тока в зависимости от их категории.

Минусы литиевых аккумуляторов

Теперь о недостатках литиевых аккумуляторов для автомобилей. С понижением температуры выход литиевых аккумуляторов падает гораздо быстрее, чем у свинцово-кислотных. Если литиевый аккумулятор не зарядить должным образом, он гораздо более восприимчив к сбоям в отдельных ячейках. Мы не можем считать их конкурентами свинцово-кислотных аккумуляторам до тех пор, пока литиевые аккумуляторы не будут иметь встроенную цепь заряда. И, наконец, цена. Литиевые аккумуляторы стоят, в среднем, $1700 против максимальных $120 за свинцово-кислотный аккумулятор.

На данном этапе технического прогресса, все недостатки, помимо помельчавшего банковского счета, можно решить путем вдумчивой инженерии. Если вы не владелец автомобиля McLaren MP4-12C, представленного в обновленном виде на Пекинском автошоу 2012 года, который производится с литиевым стартерным аккумулятором, то вы должны знать, что генератор переменного тока вашего автомобиля не предназначен для зарядки литиевого аккумулятора и не сможет сделать этого должным образом. Некоторые автомобили, такие как ориентированные на трек Porsche GT3, GT2 и тому подобные, могут предлагать комплектацию с опциональным литиевым аккумулятором. Аккумулятор, предназначенный для работы на треке или же для ежедневного использования в более теплом климате, построен с конвертером заряда, который берет выход от генератора переменного тока и преобразует его для использования в литиевом аккумуляторе автомобиля. Специальная цепь уравновешивает заряд между всеми четырьмя его ячейками. Напомним, что литиевый аккумулятор легче свинцово-кислотного аккумулятора, при весе в 6 кг литиевая батарея на 10 кг легче свинцовой.

Нужны ли нам такие дорогостоящие технологии?

Подведем итоги. На лицо все плюсы от применения литиевого аккумулятора в пусковой системе автомобиля, но также и на лицо все минусы. Как видим, наибольшее ощутимое преимущество данного вида АКК в его низком весе. Если ваша машина не участвует в драг-рейсингах или в тысячемильных гонках Mille Miglia в Италии, то пара лишних кило, сброшенных от замены аккумуляторной батареи, особо не разгрузит ваш автомобиль, ежедневно томящийся в городских пробках.

Если же решающую роль при выборе аккумулятора для вас играет его вес, и вы готовы платить за полностью укомплектованный пакет литиевого аккумулятора, то данная технология запуска машины для вас. За предпочтение иметь под капотом своего автомобиля более надежного и постоянного «друга» нежели свинцово-кислотный аккумулятор ,придется платить, так как литиевые аккумуляторы, предназначенные для использования в обычных автомобилях, стоят недешево.

Остается наедяться, что ученые все же найдут способ удешевить технологию изготовления литиевых аккумуляторов и увеличить их способность сопротивления быстрой разрядке во время морозов. Решение вышеописанных проблем совершит большой прорыв в сфере автомобильной промышленности, что несомненно скажется на повышении продаж тех марок автомобилей, который в числе первых отважатся применить в своих моделях литиевые стартерные АКК.

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

Li-ion, Li-Pol
LiFEPO4
Свинцовые или литиевые батареи для авто
Что такое «С»
ПОДВОДИМ ИТОГ
ВИДЕО ВЕРСИЯ

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.

Литиевый аккумулятор для автомобиля. Есть ли такие на 12В, какие есть плюсы и минусы?

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Li-ion, Li-Pol
LiFEPO4
Свинцовые или литиевые батареи для авто
Что такое «С»
ПОДВОДИМ ИТОГ
ВИДЕО ВЕРСИЯ

Li-ion, Li-Pol

LiCoO2 (кобальт лития) + в качестве электролита твердые растворы на основе никелата лития
LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель)

LiFEPO4

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

Свинцовые или литиевые батареи для авто

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.

Тест бюджетных аккумуляторов на 60 Ач: Аком, Dominator, Forse, Gigawatt и TAB

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.

голоса

Рейтинг статьи

Аккумуляторы и батареи

Литиевые аккумуляторы для автомобилей