Что нужно знать о литиевых аккумуляторах и их использовании на автомобилях

Преимущества литиевых аккумуляторов

  • Очень высокая плотность энергии. Превосходит в четыре раза свинцово-кислотные источники питания.
  • Высокое напряжение клеток. Литий-ионная ячейка заменяет три ячейки NiCd или NiMH, которые обеспечивают только 1,2 вольта. Ученые в настоящее время работают над обеспечением более высокого напряжения в клетках. Чем больше напряжение в клетках, тем меньше клеток требуется. Это дает возможность сделать батарею легче и вместительнее.
  • Переносят высокие токи разряда. Это позволяет работать автомобильным приборам, таким как холодный стартер или приводы для гибридных автомобилей с маленькой емкостью АКБ.
  • Увеличивают мощность и производительность, в зависимости от требований.
  • Имеют возможность быстрой зарядки.
  • Отсутствует эффект памяти – полная разрядка не влияет на продолжительность срока службы.
  • Низкая скорость саморазряда (от трех до пяти процентов в месяц, сохранят работоспособность до десяти лет).
  • При заряде батареи на 100 % способна отдать энергию тока без технических повреждений.

Вариации базового химического состава (например, различные анодные и катодные материалы) позволяют разнообразить характеристики производительности для конкретных применений.

Преимущества литиевых аккумуляторов

Также доступны батареи маленького размера. Материал электрода и керамические электролиты могут быть разделены на твердые (оксид алюминия/силикагель) или гибкие (акриловые волокна) подложки для производства энергии высокой плотности для тонких и плоских батарей.

Недостатки литий-ионных батарей

  • Чувствительность к глубокой разрядке, перегрузка и слишком высокая температура. Но на практике это редко является проблемой. Аккумуляторы уже имеют встроенную электронику, которая защищает от негативных влияний. При использовании LIB без встроенной электроники рекомендуется использовать зарядное устройство, которое для нее предназначено.
  • Повышенная чувствительность к высоким и низким температурам. Оптимальная рабочая температура в пределах 10–35 градусов. При низких температурах мощность батареи падает. Также существуют специально предназначенные ионные источники питания для низких температур, которые поддерживают заряд при температуре -40 градусов, только с ограниченными разрядными потоками.

Количество циклов литиевых батарей

Среди специалистов принято измерять жизненный цикл автомобильных аккумуляторов количеством циклов заряд–разряд. Безусловно, этот показатель нельзя назвать точным, но в качестве ориентира он используется часто. У литиевых АКБ этот показатель примерно втрое выше, чем у свинцово-кислотных, порядка 1000 циклов.

Литий металлический ЛЭ-1

Читателю будет интересно сравнить результаты тестов, в которых участвовали два AGM-аккумулятора, один классический свинцово-кислотный и литиевая батарея типа LiFePo4. Все участники подвергались глубокому разряду током 25 А с падением напряжения до 10.5 В, после чего заряжались таким же током до номинальных 14.4 В – подобные режимы встречаются и в реальной жизни.

Батарея с жидким электролитом «умерла» после 18 таких циклов, AGM аккумуляторы продержались 180 циклов, на состоянии литий-ионного автомобильного аккумулятора такое количество разрядов-зарядок никак не сказалось.

Впрочем, старение характерно и для этого типа батарей. Факторы, влияющие на этот показатель, известны – это величина тока заряда/разряда, глубина разряда, температура. Современные модели литиевых АКБ оснащаются системой BMS, которая следит за состоянием батареи, не давая ей перезаряжаться и способствуя защите ячеек при глубоких разрядах.

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.

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.

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.

Что такое литиево-ионные батареи

В эпоху электрического транспорта и гибридных авто литиевые батареи не являются новшеством. Они встречаются в многочисленных электромобилях, успешно дебютирующих на авторынке. Среди них можно назвать Ford Fusion или Toyota Prius. Подобные батареи являются великолепным источником питания для электротранспорта. Чтобы использовать их в обычном автомобиле как стартерный аккумулятор, придётся пойти на определённые компромиссы.

Литиевые АКБ большого объема

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.

литий аккумулятор для автомобиля

Утилизация старых АКБ

После замены аккумулятора электромобиля невольно возникает вопрос «А что же делать со старым?». К сожалению, однозначного ответа пока нет. Просто выбросить батарею на автосвалку кажется довольно глупым решением, поскольку в ней ещё остаётся запас ёмкости, пусть даже и недостаточный для использования на электромобиле.

Уже сейчас существуют программы, инициированные ведущими производителями электрокаров Теслой и Ниссан, позволяющие «переквалифицировать» старые литиевые АКБ в источники питания для дома. В совокупности с системой солнечных батарей такой вариант может стать достаточно интересным решением.

Правда, данная программа только набирает обороты, и говорить о её массовом применении ещё рано.

Так что пока отечественным владельцам электромобилей приходится включать народную смекалку и изобретать свои рецепты для «второй жизни» литиевых АКБ. И как знать, возможно, чья-то идея, воплощённая в домашнем гараже, и станет универсальным решением, которое раз и навсегда закроет вопрос утилизации аккумуляторов для электромобилей.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...