Для многих транспортных средств вес аккумуляторной батареи и скорость ее разрядки играют немаловажную роль. Специально для таких автомобилей производителями были созданы литиевые системы. В чем их преимущество перед кислотными АКБ, можно ли их эксплуатировать на современных машинах?
Что представляют собой литиевые батареи?
Литий-ионные аккумуляторы для авто в эпоху гибридных и электрических моделей отнюдь не являются новшеством: их можно встретить во многих машинах, с успехом дебютирующих на рынках. Батареи такого типа являются отличными источниками питания для электроавтомобилей. При этом их использование в обычных машинах потребует внесения определенных изменений в конструкцию.
История создания литиевых АКБ
Первые модели литий-ионных аккумуляторных батарей появились в 70-х годах прошлого века. Аккумуляторы, выполненные на их основе, обладали серьезными проблемами, устранить которые удалось только к 90-м годам. Причиной подобных проблем была высокая активность лития: при высоком токе могло произойти воспламенение батареи, в связи с чем производители отказались от применения чистого лития, перейдя на его ионы, что дало наименование АКБ.
В сравнении с литиевыми аккумуляторами, литий-ионные обладают меньшей энергетической плотностью, но более безопасны при условии соблюдения режимов заряда и разряда. В их состав не входит металлический литий, а процесс разряда и заряда заключается в переносе с одного электрода на другой ионов лития.
Li-Ion и Li-Pol аккумуляторы
Первые модели литий-ионных автомобильных аккумуляторов состояли из катодного материала на алюминиевой фольге и анодного на медной фольге, помещенных внутрь корпуса и разделенных специальным сепаратором, пропитанным жидким электролитом.
Герметичный корпус АКБ оснащался клапаном сброса внутреннего давления. К клеммам анод и катод подключались токосъемниками.
В литиевых ионных автомобильных аккумуляторах заряд переносится положительно заряженными ионами лития, которые внедряются в кристаллические решетки других материалов - солей и кислот металлов, графита, образуя с ними химическую связь.
Изначально роль отрицательных пластин выполнял металлический литий, который впоследствии сменился на каменноугольный кокс и графит. Использование осксида кобальта позволило увеличить температурный диапазон работы АКБ и повысить количество циклов заряда/разряда.
В комплекте с литиевыми ионными аккумуляторами для авто имеются защитные платы типа BMS.
Виды литиевых батарей
Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу катодного материала:
- LiCoO2. В качестве электролита используются твердые растворы на основе никелата лития.
- LiMnO4 с литий-марганцевой шпинелью.
- LiPol, литий-полимерный. Отличается от Li-Ion только полимерным, а не жидким электролитом. По характеристикам он значительно лучше своих аналогов: широкий температурный диапазон работы, различные форы корпуса, низкий саморазряд, большая плотность энергии на единицу массы.
LiFePO4
Литий-железо-фосфатный, или литий-феррофосфатный аккумулятор считается одним из наиболее перспективных и подходящих для установки на автомобиль. Катод включает железо и фосфаты и обладает следующими преимуществами:
- большой эксплуатационный ресурс и медленная потеря емкости - даже спустя несколько лет работы его емкость больше, чем у Li-Ion аналогов;
- стабильное напряжение на ячейки 3,2-3,3 В. При подключении всех четырех создает стандартное напряжение 12,8 В;
- кобальт в подобных батареях не используется, соответственно, АКБ не наносит вреда окружающей среде;
- пиковые точки более высокие, в отличие от аналогов;
- небольшая скорость разряда;
- термическая стабильность - не перегревается, не взрывается;
- может работать в широком температурном диапазоне.
Конечно, у него есть и свои минусы - к примеру, его удельная плотность энергии меньше, чем у обычного литий-аккумулятора для автомобиля, на 14-15%. К тому же его эксплуатация требует обязательной установки плат защиты.
Преимущества литиевых АКБ
Для литий-ионных аккумуляторов для автомобиля характерны следующие достоинства:
- небольшой вес, что снижает массу автомобиля;
- сохранение заряда на протяжении длительного времени;
- выдерживают большое количество циклов заряда и разряда.
Соотношение выхода безопасного тока к номинальной емкости у литий-ионных аккумуляторов значительно выше. Соответственно, на выполнение конкретного объема работы им требуется значительно меньше времени, чем кислотным батареям. Такие АКБ могут поглощать и сбрасывать большое количество тока. Впрочем, литий-ионные аккумуляторы для автомобиля не являются панацеей и обладают своими недостатками.
Минусы Li-Ion батарей
Литиевые АКБ сильно зависят от температуры окружающей среды: при понижении температуры падает их мощность. Внутри локальных ячеек нередко происходят сбои, из-за которых такие источники питания требовательны к качеству зарядки. Стоимость литий-ионных аккумуляторов для автомобиля значительно выше, чем цена стандартных батарей, ввиду чего литий-ионные АКБ являются неконкурентоспособными.
Генераторы, устанавливаемые на автомобили, не способны выработать достаточный переменный ток для заряда литиевого аккумулятора, поскольку не приспособлены для этого. Литиевые АКБ, эксплуатируемые в основном в теплом климате, оснащаются конвектором заряда, создающего переменный ток и преобразующего его для использования в литий-ионных аккумуляторах для автомобиля. Заряд уравновешивается благодаря специальной цепи, равномерно распределяясь между четырьмя основными ячейками. Масса такого источника значительно меньше свинцового, что является дополнительным преимуществом.
Особенности эксплуатации
Литиевые батареи заряжаются при минимальном напряжении 2,7 В и максимальном 4,2 В. Диапазон был значительно снижен производителями (до 3,3-4,1 В) с целью продления сроков эксплуатации. Заряд литиевых аккумуляторов, устанавливаемых на современных автомобилях, должен постоянно находиться в пределах 45% для сохранения максимального рабочего ресурса АКБ.
Учитывая, что литий обладает высокой активностью, разбор аккумуляторной батареи необходимо проводить только при наличии определенных навыков. Лицо и руки обязательно должны быть закрыты специальными защитными средствами. Конструкция подобных элементов питания подразумевает наличие элементов, способных нанести вред окружающей среде, ввиду чего подобные батареи необходимо утилизировать, а не выбрасывать.
Требуемые изменения
Установка литий-ионного аккумулятора для автомобиля обладает определенными преимуществами и недостатками. Основным достоинством такого типа АКБ является их небольшой вес, что позволяет снизить общую массу автомобиля, пусть и ненамного.
Вес аккумуляторной батареи играет немалую роль в том случае, если автомобиль будет использоваться для скоростной езды. Спорным моментом, отмечаемым в отзывах о литий-ионном аккумуляторе для автомобиля, является его высокая стоимость: цена на такие батареи в несколько раз выше, чем на стандартные АКБ. Замена свинцово-кислотного АКБ на литий-ионный потребует от автовладельца крупных вложений.
Резюме
Литий-ионные аккумуляторы для автомобилей не пользуются особой популярностью по разным причинам:
- Стоимость. Классические свинцово-кислотные батареи аналогичной емкости стоят в два-четыре раза дешевле, чем литий-ионные.
- Плохая переносимость отрицательных температур - заряжать их при 0 градусов и ниже не рекомендуется.
- Плата защиты и балансировки. В зависимости от технологии изготовления литиевые батареи состоят из нескольких банок. При разнице напряжений на элементах одна из банок может выйти из строя либо воспламениться. Для равномерного прохождения заряда по каждой банке требуется установка специального балансира, чего не нужно при эксплуатации свинцового аккумулятора.
- Противопоказана постоянная зарядка от генератора. Требуется установка специальных защитных плат.
- При повреждении литий-ионных аккумуляторов для автомобиля или отказе системы защиты провоцируется постоянная зарядка, что может привести к воспламенению, которое практически невозможно потушить из-за того, что огонь поддерживается без доступа кислорода и с температурой более 3000 градусов. В плане безопасности самым лучшим считается LiFePo4 аккумулятор, который не взрывается и почти не поддерживает горение.
С учетом высокой стоимости и прочих особенностей литиевые аккумуляторы являются не самым лучшим вариантом батарей для автомобиля. Приобретать подобные АКБ стоит только в том случае, если для автовладельца важен вес транспортного средства.
