Site Loader

Содержание

Литиевый аккумулятор для автомобиля: преимущества и недостатки

Литиевый аккумулятор для автомобиля набирает все большую популярность. Легкие литиевые аккумуляторы разработаны для целого ряда транспортных средств, начиная от мотоциклов и заканчивая военной техникой. Растущий спрос на них заставил поставщиков и ученых сосредоточиться на повышении плотности энергии, рабочей температуры, безопасности, долговечности, времени зарядки и выходной мощности литий-ионных батарей.

Литиевый аккумулятор для автомобиля

Литиевый аккумулятор для автомобиля

Разработка литиевых АКБ началась с 1912 года под руководством Г.Н Льюиса, но появились первые литиевые неперезаряжаемые источники питания только в начале 1970-х годов. В 1980-х годах попытались разработать перезаряжаемый питающий элемент, но разработка не удалась из-за нестабильности в металлическом литии, используемом в качестве основного материала.

Литиевая батарея использует литий в качестве анода. АКБ Lion используют графит в качестве анода и активных материалов в катоде.

В связи с нестабильностью лития во время зарядки ученые стали использовать неметаллический раствор с использованием лития. В 1991 году фирма «SONY» запатентовала первый ион Li батарею. Продолжая развиваться, она остается популярной и перспективной на мировом рынке.

Свинцово-кислотные источники питания уступают литий-ионным автомобильным аккумуляторам по многим показателям. Вес литиевых АКБ на 80 % легче свинцово-кислотных. В батарее Lion долгое время сохраняется зарядка, срок службы достигает десяти лет.

С другой стороны, цена на автомобильные литиевые аккумуляторы в несколько раз превышает стоимость свинцово-кислотных.

Автомобильный литий-ионный аккумулятор часто используется в электромобилях. Электромобиль приводится в движение, используя энергию источника питания.

использования литиевых аккумуляторов для автомобилей

использования литиевых аккумуляторов для автомобилей

Типы батарей электромобиля

В электромобилях используется три типа аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, батареи гидрида металла никеля и литий-ионные источники питания.

Свинцово-кислотные АКБ изобретены в 1859 году и считаются привычной формой источника питания. Они использовались во всех типах автомобильного транспорта. Это вид жидких батарей, которые содержат емкости со слабым раствором серной кислоты.

Свинцовые электроды и кислота используется для производства электроэнергии в АКБ. Источник питания не имеет сложности в обслуживании и отличается небольшой стоимостью. Но содержит опасные газы, которые приводят к взрыву при неправильной эксплуатации.

Типы-батарей-электромобиля

Типы-батарей-электромобиля

Никель-металлогидридные аккумуляторы используются с 1980 года. Это маленькая, легкая и вместительная батарея, которая имеет высокую плотность и не содержит никаких токсических металлов.

Литий-ионные аккумуляторы для автомобилей используются с начала 1990 года. Они отличаются очень высокой плотностью энергии.

Из-за облегченных и низких требований к техническому обслуживанию, литий-ион используется в электронных устройствах, часто в портативных компьютерах.

Этот тип питающих элементов считается лучшим для питания электромобилей.

Какие бывают типы литий-ионных батарей и где используются

В настоящее время используются три вида LIB, которые отличаются материалами катода.

Катоды лития, содержащие кобальт (Limo2).

Этот тип особенно эффективен. Кобальтовый ион Со3+ маленький, поэтому катод построен таким образом, что литий-ионные катоды легко перемещаются. Это важно для высокой плотности энергии и емкости, чтобы выпускать маленькие и легкие батареи. Используется в портативной электронике и электромобилях.

Катоды лития, содержащие кобальт

Катоды лития, содержащие кобальт

Литий-кобальтовый оксид LiCoO2 (LCO) – это тонкое устройство чувствительно к повреждениям, поэтому используется лишь в электроприборах.

Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiO.8Co0.15Alo.05 или NCA) является надежным соединением. Обеспечивая хорошую плотность энергии и высокую мощность, эти материалы используются как литиевые аккумуляторы 12 вольт для автомобиля.

Литий-Никель-Марганец-Кобальт-Оксиды (NMC) – прочнее и долговечнее, чем тип NCA. Большинство производителей электромобилей используют этот катодный материал. При этом существует несколько вариантов, в которых металлы содержат никель, марганец и кобальт в различных соотношениях. Чем больше доля никеля – тем выше содержание энергии.

Катоды из оксида фосфора-железа-лития (LiFePO4 или LFP).

Этот вид также прочен, но имеет низшую плотность энергии, чем катоды LiMО2. Китайские производители используют для электромобилей городского цикла. Заряда хватает на короткие расстояния.

Катоды из оксида марганца-лития (LiMn2O4 или LMO).

Этот вид раньше использовался в электромобилях, но катоды, содержащие кобальт, превосходят их по стабильности и плотности энергии.

В этом видео описаны подробные характеристики ионных аккумуляторов, размеры, состав и расшифровки маркировок.

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

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.

Безопасность литиевых батарей

При перегреве или перезарядке LIB могут подвергаться разрушению. Это приведет к утечке ядовитых газов, взрыву и пожару. Чтобы этого избежать, батарея лития содержит отказоустойчивую схему, которая отключает источник питания, когда напряжение находится в опасном диапазоне.

Короткое замыкание приведет к перегреву, возгоранию и взрыву. Литий-ионные аккумуляторы, в отличие от свинцово-кислотных, изготавливаются под высоким давлением, они имеют легковоспламеняющийся жидкий электролит. Их качество строго контролируется при изготовлении.

Литий-ионный аккумулятор для автомобиля имеет множество положительных характеристик, но использование его в бензиновых и дизельных двигателях не эффективно и в данное время не применяется. Генератор, который вырабатывает переменный ток в автомобиле, не приспособлен заряжать данный вид аккумуляторов.

Это видео расскажет об использовании литий-ионных аккумуляторов для бензиновых и дизельных двигателей.

Литиевый АКБ для автомобиля: плюсы и минусы

Обычно мы привыкли, что на автомобилях в качестве аккумуляторов используются свинцово-кислотные с различными добавками в пластинах батареи. Добавки могут быть от кальция до серебра, электролит может иметь форму геля, жидкости или быть запечатанным в AGM. Возникает логичный вопрос, вот в мобильниках используются эффективные литиевые батареи, почему такие же не ставят в автомобили?

 

Почему Литий-ионные аккумуляторы не ставят на машины

 

Литиевые батареи в автомобилях

 

Литиевые аккумуляторы – довольно непростая вещь в контексте автомобильной тематики. Их неохотное использование обросло множеством мифов, однако есть и вполне объективные причины, делающие установку таких батарей в данный момент нежелательной. На заре изобретения литиевых батарей в минусе был металлический литий, потом его сменил кокс, а сегодня всё больше распространяется графит. После добавления оксида кобальта аккумуляторы снизили свой нижний температурный порог, а также повысилось количество циклов заряд\разряд. Все литиевые батареи оснащены специальной защитной платой, контроллером. Li-ion батареи по материалу катода различают:

 

  • Кобальто литиевые – LiCoO2;
  • Литий полимерные – LiPol

 

Литий-ионные аккумуляторы

 

Отличие основное такого аккумулятора в том, что электролит у него не жидкость, а полимер. Характеристики у полимеров существенно лучше, низкий саморазряд, более высокая плотность, компактность, отсутствует эффект памяти. Рабочая температура от минус двадцати. Наиболее перспективным для оснащения автомобилей специалисты считают LiFEPO4. В этом аккумуляторе материал катода с добавлением железа, а также фосфатов. Из основных преимуществ этого варианта можно выделить:

 

  • Долговечность, батарея очень медленно теряет свою ёмкость. На длительном промежутке времени это очень заметно.
  • Стабильно держит напряжение разряда, отклонения от правильных 12,8В минимальное.
  • В составе нет кобальта, то есть батарея нетоксична, угрозы экологии нет.
  • Пиковые токи существенно выше обычных Liion.
  • Разряжается медленнее.
  • Не взрывоопасен, поскольку термическая стабильность на высоте.
  • Может работать в условиях низких температур, вплоть по минус пятидесяти градусов.

 

Из минусов внимания заслуживает меньшая удельная плотность, да и контроллер использовать обязательно.

 

Преимущества Литий-ионных аккумуляторов

 

Так свинец или литий?

 

Если брать энергетическую плотность, то здесь впереди, конечно, литиевые элементы, у них гораздо лучше дела с продолжительностью жизненного цикла, заряжаются быстрее, лучшее сопротивление, нет практически саморазряда. Однако практически не ставят их, почему? Всё, на самом деле, банально, они дорогие, к тому же хуже себя чувствуют, чем кислотные на морозе. Безопасность свинцово кислотных батарей гораздо выше, что время от времени нам показывают случаи с возгоранием аккумуляторов в смартфонах.

Другие записи по теме:

Литиевый аккумулятор для автомобиля — Мобильные Электросистемы

Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током  0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем  свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.

Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.

Содержание статьи

Количество циклов литиевого АКБ

Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.

Изменение емкости аккумуляторов разного типа в процессе эксплуатацииРезультаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось

Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде

Зарядка LiFePO4 аккумулятора

Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.

Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятораГрафики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора

Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.

Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С

Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор в автомобиле

Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.

Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.

Схема подключения литиевого аккумулятора в автомобиле с помощью развязывающего релеаРеле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации

14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.

Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.

Схема подключения 12-вольтового литиевого аккумулятора для зарядки от автомобильного генератораЗарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт.

Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.

Модель BBW1212 BB1230 BB1260
Устройство для зарядки дополнительного автомобильного аккумулятора Sterling Power BBW1212 Устройство зарядки дополнительных аккумуляторов от генератора автомобильного двигателя Sterling Power BB1230 Устройство зарядки литиевых АКБ от генератора автомобильного двигателя Sterling Power BB1260
Максимальный ток, А 28 30 60
Входное напряжение, В 12 12 12
Выходное напряжение, В 12 12 12
Тип аккумуляторов LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки
Вес, кг 3,5 1,2 1,4
Размеры, мм 190 х 160 х 50 190 х 160 х 50 190 х 160 х 70
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль

Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее

Схема подключения 12-вольтовой литиевой батареи большой емкости для зарядки от автомобильного генератораАккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов

BMS, рассчитанная на высокий ток. Непрерывный ток разряда и заряда аккумулятора должен быть 0,5 — 1C . Необходимо смотреть именно на непрерывный, а не максимальный рейтинг аккумулятора. Максимальное значение бессмысленно, если не указывается время в течении которого проводилось испытание. Хорошая BMS должна отключать аккумулятор при перегрузке, перезарядке, перегреве и слишком высоком напряжении. Для аккумулятора это жизненно важно

Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.

Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора  так же дадут возможность использовать ток силой 100 А,  скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.

Схема подключения 12 и 24-вольтовых литиевых АКБ для одновременной зарядки от автомобильного генератораНа автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом

Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В

Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи,  так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А  и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно

Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.

Установка литиевого аккумулятора

Таблица сечений медного кабеля в зависимости от длины, силы тока и требуемого падения напряженияТаблица значений длительно допустимого постоянного тока в зависимости от сечения медного кабеля при напряжении 12 Вольт и температуре 60 С

Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6,  необходимо использовать специальное зарядное устройство.

Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.

Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А

Литиевый (литий-ионный) аккумулятор для авто

4066 Просмотров

Многие автомобилисты редко задаются вопросом, что находится под капотом их «коня». Мало кого интересует вес аккумулятора и скорость его разрядки. Однако существуют авто, для которых данные проблемы имеют огромное значение. Специально для них производителями были разработаны литиевые системы. Способно ли это оборудование удовлетворять потребности современных авто, и в чём его преимущество перед кислотными батареями?

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

Литиевые АКБ большого объема

Достоинства литиевых аккумуляторных батарей

Данный источник питания обладает своими неоспоримыми преимуществами:

  • имеют значительно меньший вес, что существенно отражается на массе автомобиля;
  • более длительное время сохраняют заряд;
  • обладают способностью выдерживать многочисленное количество разрядно/зарядных циклов.

Помимо этого, литиево-ионный аккумулятор обладает более высоким соотношением выхода безопасного тока относительно номинальной ёмкости. Поэтому, в сравнении с кислотными АКБ, на выполнение определённого объёма работы потребуется значительно меньше энергии. Исходя из категории, они могут как поглощать, так и сбрасывать огромнейшее количество тока. Однако литиево-ионные аккумуляторы не являются панацеей для автомобилей и обладают достаточным количеством недостатков.

Минусы литиевых аккумуляторов

Мощность литиевых батарей существенно снижается при понижении температуры окружающего воздуха. Из-за сбоев, происходящих внутри локальных ячеек, данные источники питания автомобилей требовательно относятся к качеству зарядки. Учитывая высокую стоимость, в 15 раз превышающую цену стандартных АКБ, литиево-ионные аккумуляторы являются неконкурентоспособными.

Не являясь владельцем автомобиля McLaren, представленного Пекинским автошоу в 2012 году, вы обязаны быть в курсе, что генератор, вырабатывающий переменный ток в авто, не способен должным образом зарядить литиевый аккумулятор, так как для этого не приспособлен. Автомобили, предназначенные для трека Porsche GT3 и ему подобных, укомплектованы опциональным литиево-ионным оборудованием.

Предназначенная для ежедневной эксплуатации в тёплом климате, данная батарея оснащена конвектором заряда, берущего выход из генератора, образующего переменный ток, преобразуя его для применения в литиево-ионных аккумуляторах авто. Благодаря специальной цепи, заряд уравновешивается и равномерно распределяется между всеми четырьмя ячейками. Это при том, что такой источник энергии значительно легче свинцового.

Эксплуатация и безопасность

Необходимо помнить, что минимальным уровнем заряда для литиевых аккумулятором является напряжение 2.7 В, а максимальным – 4.2 В. Для продления сроков эксплуатации производители значительно сузили диапазон этих значений, установив 3.3–4.1 В. Практикой показано, что для достижения максимальных сроков службы заряд литиевого аккумулятора современных авто должен находится в пределах 45%.

Сильный разряд либо перезарядка значительно сокращают срок «жизни» батареи.

Учитывая высокую активность лития, разборку аккумулятора авто необходимо производить при наличии определённых навыков. При работе стоит пользоваться защитными средствами, предохраняющими глаза и руки. Данные источники питания содержат элементы, способные навредить здоровью не только людей, но и животных. Поэтому такие батареи, отработанные в автомобиле, запрещается просто выбрасывать, они подлежат утилизации.

Необходимость дорогостоящих технологий

Использование литиево-ионного аккумулятора для пусковой системы авто обладает неоспоримыми преимуществами. Однако также неопровержимы и недостатки. К наиболее ощутимым достоинствам данной категории батареи относится её малый вес. Если тысячемильные гонки не являются мечтой всей вашей жизни, то пара-тройка килограмм, потерянных при замене источника питания, не сыграют особой роли для автомобиля, томящегося на городских улочках.

Литиевый АКБ на авто

Литиевый АКБ на авто

Если же вес аккумулятора при выборе играет для вас решающую роль, и несмотря ни на что вы готовы за литиевый комплект отвалить немалую сумму, значит данная технология, предназначена для вас. Учитывая, что подобные устройства, предназначенные для запуска обычных авто, имеют достаточно высокую цену, чтобы избавиться от свинцово-кислотного АКБ, придётся платить.

Резюме

Вы познакомились с основными характеристиками, преимуществами и недостатками литиево-ионных аккумуляторных батарей. Учитывая все вышесказанное, можно принять решение о выборе литиевого аккумулятора для своего автомобиля.

техническая характеристика, классификация, инструкция по использованию, спецификация, установка и особенности эксплуатации

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.

литий ионный аккумулятор для автомобиля

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

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.
литий ионный аккумулятор для автомобиля отзывы

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.

литиевый ионный аккумулятор автомобильный

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.

литиевый ионный аккумулятор авто

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.

литий ионные аккумуляторы для авто

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.

литий ионные автомобильные аккумуляторы

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.

Литиевые аккумуляторы для авто – мифы и реальность — Информация

Существует категория автомобилистов, которые пользуются машиной, как компьютером – она выполняет свои функции, и какой смысл разбираться, что там под капотом, какая у аккумулятора емкость, насколько он быстро разряжается? И это, в общем-то, верно. Каждый должен заниматься своим делом. Однако есть и другие владельцы авто, которым абсолютно небезразличен ресурс, параметры заряда, масса АКБ. Видимо, именно для них были придуманы литиевые системы аккумуляторных батарей. Зачем они нужны? Чем отличаются от обычных батарей? Об этом предлагаем поговорить дальше.

 

В наш динамичный век, когда на улице можно встретить гибридное авто или электрокар, литиевая аккумуляторная батарея вряд ли может стать диковинкой. Такие системы аккумулирования электроэнергии встречаются во многих транспортных средствах. Да возьмем, хотя бы, Toyota Prius C, которая так популярна в США! Кстати, такие технологии осваивают не только японцы, ярким подтверждением чему может служить новенький Ford Fusion Hybrid. То есть, в роли тяговых батарей литиевые аккумуляторы выглядят прекрасно. Но почему не использовать их же в виде стартерных АКБ? Существуют нюансы. Но для начала о преимуществах.

 

Основные плюсы «лития» по сравнению с традиционными АКБ:

 

  • Меньший вес, что сказывается на общей массе авто.
  • Более продолжительный период хранения заряда.
  • Способность выдерживать большее количество зарядных и разрядных циклов.

 

Кроме того, следует отметить, что литиевые аккумуляторы обладают намного большим соотношением выходного тока к емкости аккумулятора. А это значит, что по сравнению с обычными АКБ требуется существенно меньше энергии для выполнения аналогичного объема работы. В то же время, не стоит рассматривать «литий», как панацею от всех бед, такие аккумуляторы не лишены целого ряда недостатков.

 

Несколько слов о минусах литиевых аккумуляторов

 

  • Существенное падение мощности литиевых батарей с падением температуры окружающей среды.

 

  • Высокая требовательность к степени заряда, по причине чего случаются сбои в локальных ячейках.

 

  • Высокая цена, которая для сравнения со свинцово-кислотными АКБ составляет около 1500 против 100 долларов США, например, за аккумуляторы Bosch. Другими словами, за «литий» приходится, в среднем, платить в 15 раз больше. 

 

Более того конкурентами традиционных аккумуляторных батарей литиевые аккумуляторы могут стать только тогда, когда у них будет встроенная цепь заряда. Что это значит? Проще говоря, на обычное авто, рассчитанное под стандартный аккумулятор, литиевую батарею без переделок не поставишь. То ли дело McLaren MP4-12C или Porsche GT3, здесь все продумано изначально, и сделано на заводе.

 

Вместо послесловия

 

О том, что литиевые автомобильные аккумуляторы по своим техническим характеристикам выше, чем свинцово-кислотные, далеко не «на голову». Единственный весомый плюс – вес. Но ведь для стокового авто разница в пару килограмм не так уж существенно, ведь выступать на треке в этом случае не нужно. В то же время, даже при желании отдать около полутора тысяч долларов, и поставить на свою машину «литий», сделать это будет непросто, так как для достижения данной цели придется вносить существенные конструктивные изменения в систему электроники авто. Хотя, возможно, при снижении цены, и эта проблема решится легко. Будем ждать!

04.03.2013, 42453 просмотра.

Литиевые аккумуляторы для авто — напряжение, емкость, характеристики

Для создания наиболее емких источников энергии в виде гальванических элементов, в прошлом веке был задекларирован легкий активный металл — литий. Однако прошли десятки лет, прежде чем конструкцию заставили работать без саморазряда и разрушения токопроводящей пластины. В настоящее время литиевые батарейки и аккумуляторы используются в ноутбуках, телефонах, питают энергией другие гаджеты. Основными характеристиками источника энергии является напряжение, емкость и рабочий ресурс.

Виды литиевых батарей

Использовать в качестве электрода чистый литий оказалось невозможно по многим причинам. Основная – быстрый саморазряд, связанный даже с возгоранием. Итогом стало изготовление катода из алюминиевой или медной фольги, на которую нано слоем наносилась дисперсная соль, включающая ионы Li. Емкость литий-ионных батарей несколько меньше, зато саморазряд приближается к нулю, безопасность высокая.

В зависимости от места применения аккумуляторов используются различные составы электролита:

  • Литий-ионные, электролит жидкий, катод LiCoO2 с номинальным напряжением 3,6 В.
  • Литий-полимерные –электролит в форме геля, номинальное напряжение 3,7 В.
  • Литий-железо-фосфатные – тяговые, катод LiFePO4номинальное напряжение 3,3 В. Литиевые тяговые аккумуляторы работают на морозе, не пожароопасны.

Так как система чувствительна к колебанию заряд/разряд, каждый элемент снабжен контроллером. Если в батарее несколько элементов, в зарядном устройстве есть балансир, служащий для равномерной зарядки каждого элемента.

ЗУ для Ли-Ион Акомуляторов

К недостаткам литиевых батарей относят:

  • опасность возгорания всех, кроме тяговых аккумуляторов;
  • Li-ion, Li-Po аккумуляторы боятся минусовых температур и жары, теряют емкость, не заряжаются;
  • необходимость использования контроллера в батарейке и балансира в ЗУ;
  • аккумуляторы боятся глубокого разряда.

Именно по этим причинам нужно подумать, прежде чем купить для авто литиевый аккумулятор.

В чем отличие литиевых аккумуляторов и батареек АА, ААА от солевых

Виды батарей

Маркировка на круглых батарейках АА означает размер гнезда по американскому стандарту, в России называют их пальчиковыми. Литиевые аккумуляторы АА или батарейки имеют такой же размер, но большую емкость и срок службы.

По стоимости источник питания с аккумулятором поднимает цену устройства на треть, работает без подзарядки около 20 часов. Недорогие одноразовые батарейки удобны в походе, но нет гарантии, что их качество соответствует заявленному производителем. Литий-ионные аккумуляторы удобнее – они подзаряжаются в любой момент, долго работают, но их нужно беречь от холода и сильной жары. Литиевые аккумуляторы ААА, крошечные, такие батарейки называют мизинчиковые, равны мизинцу.

Тяговые литиевые батареи

Литий-ионные аккумуляторы используют для обеспечения энергией погрузчиков, другой складской техники. Это большие литиевые аккумуляторы, где активный элемент находится в сложной соли LiFePO4, нанесенной на алюминиевую фольгу почти молекулярным слоем. Применение этих АКБ оптимально, характеризуется длительной работой батареи, достаточной мощностью и безопасностью. Конструкции аккумулятора модульные, можно выбрать под любые параметры. В комплекте получается батарея необслуживаемая, но с возможностью быстрого заряда и подзарядки в любое время.

Тяговые Li-ion АКБ

Напряжение литиевого аккумулятора

Рабочий диапазон напряжения литиевого аккумулятора от 2,7 до 4,2 В. Перезарядка также губительна для батареи, как и глубокий разряд. Чтобы увеличить срок службы устройства рабочий диапазон устанавливают 3,3-4,1 В. Уровень напряжения – зона ответственности контроллера прибора.

Любое зарядное устройство после преобразования сетевого питания имеет постоянный ток 5В. Подается на гаджет ток, силой 0,1 от емкости гаджета, примерно 1 А в течение часа. Затем в течение часа на батарее поддерживается напряжение 4,2 В равномерной подпиткой, еще час напряжение на батарее 4,2, а параметры питания снижаются. После устройство отключит потребителя, не допуская перезарядки. Разрядить аккумулятор до 2,0 В, значит, привести его в негодность.

Сборка батареи

 Емкость литиевого аккумулятора

Способность аккумулятора отдать определенное количество энергии при снижении напряжения от 4,2 В до 2,7 В называется полной емкостью. На практике напряжение снижается только до 3,1 В, что составит до 70 % от первоначального теоретического значения. Но с момента выпуска начинается деградация батареи, потеря емкости. Поэтому важно купить свежий аккумулятор. Потеря емкости в нормальных условиях составляет 10 % в год, независимо, загружена ли она. Лучшие условия для неработающего устройства – температура 0-10 0, отсутствие прямых солнечных лучей.

Какие литиевые аккумуляторы хорошие для авто

Авто АКБ мифы и реальность

Возникает вопрос, почему литий-ионные аккумуляторы не получили признания у автовладельцев? Какие условия необходимо обеспечить для нормальной работы литиевого автомобильного аккумулятора?

Современные усовершенствованные литиевые АКБ устанавливают флагманы машиностроения – Toyota, Ford на машинах премиум. Они оборудуют свои детища лучшими литиевыми аккумуляторами из серии тяговых. Неоспоримыми достоинствами «лития» считают:

  • меньший вес батареи, что облегчает авто;
  • большой ресурс хранения заряда;
  • большое количество циклов зарядки.

Но если в бортовой системе напряжение выше 14,4 В, аккумулятор выйдет из строя. Возникают проблемы с запуском мотора, если на улице мороз. Чем ниже температура, тем слабее работает АКБ. Очень высокая цена и моторесурс всего 3 года добавляют причин для отказа от перехода на современные, лучшие литиевые аккумуляторы.

Поставить на машину, не приспособленную под литиевый аккумулятор, батарею не просто. Потребуется модернизация бортовой цепи, замена электроники с дополнениями. Но при снижении стоимости на прибор ( сейчас он стоит 1500$), все можно реконструировать.

Вывод

Литий-ионные аккумуляторы и одноразовые батарейки уже заслужили отличные отзывы. Однако правильно эксплуатировать аккумуляторы пользователи не научились. Часто в ноутбуках портится батарея по причине постоянного полной потери емкости. Нет циклов, нет перезарядки. Необходимо все гаджеты доводить до полного разряда хотя бы раз в 3 месяца.

Видео

Видеосоветы, как правильно заряжать литиевый аккумуляторов будут полезны для всех.

 

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *