Литиевый (литий-ионный) аккумулятор для авто
4057 ПросмотровМногие 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.
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.
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.
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, 42431 просмотр.
описание, достоинства и недостатки АБК для авто
Автомобилисты в редких случаях интересуются содержимым автомобиля, в частности, массой и быстротой разрядки АКБ. Но есть модели машин, которым крайне важны подобные характеристики. Специально для таких транспортных средств специалисты придумали литиевые аккумуляторы для авто. Автовладельцам будет очень полезно узнать об особенностях и достоинствах этих устройств.
Общее описание и преимущества
В эру гибридных и электрических автомобилей литиевые аккумуляторы для автомобиля (Li Ion) уже не являются какой-либо инновацией. Такие приоры встречаются во многих электромобилях, к примеру, Toyota Prius или Ford Fusion. Эти АКБ считаются самым оптимальным источником энергии для транспортных средств электрического типа. Но для эксплуатации в обычном авто, придется немного повозиться.
Литий ионные аккумуляторы для автомобиля обладают следующими достоинствами:
- незначительная масса;
- продолжительное сохранение заряда;
- способность выдерживать многократную подзарядку.
Кроме того, литиевые аккумуляторы для машины характеризуются более оптимальным соотношением выходного тока относительного емкости. Поэтому, по сравнению с кислотными моделями, для некоторых операций понадобится гораздо меньшее количество электроэнергии.
Автомобилисты отмечают и то, что эти АКБ никогда не взрываются, потому что отличаются высокой термической стабильностью. Но такая безопасность возможна лишь при наличии встроенного стабилизатора, который является одной из причин дороговизны подобных моделей автомобильных аккумуляторов.
Основные недостатки
Показатели мощности автомобильный литий ионных аккумуляторов значительно уменьшаются в условиях низких температур. Кроме этого, из-за сбоев внутри аккумуляторных ячеек, литиевые АКБ очень привередливы к качеству подзарядки. Их стоимость в 14−15 раз больше цены классических аккумуляторных батарей.
Опытные автовладельцы знают, что генератор в большинстве машин не может полноценно подзарядить литиевую батарею. Поэтому во многих случаях приобретать ее совершенно нецелесообразно с экономической точки зрения.
Предназначенный для интенсивного применения в условиях теплого климата, этот АКБ оборудован специальным конвектором, который берет выход из образующего ток генератора и преобразует его в оптимальное для Li Ion батареи напряжение. Благодаря специально разработанной электроцепи, заряд оптимизируется и равномерно отправляется на ячейки аккумулятора.
Помимо всего прочего, некоторые владельцы авто отмечают проблемы литиевых АКБ с высокими нагрузочными электротоками. Если стандартный прибор на 60 А/ч с легкостью отдает в нагрузку 190−300 А на стартер, то литиевые модели могут в результате подобной манипуляции прийти в негодность.
Безопасность и эксплуатация
Следует запомнить, что для литиевых АКБ максимальный заряд равен 4,2
Учитывая то, что литий характеризуется высокой химической активностью, разбирать аккумуляторы на его основе необходимо исключительно при наличии особых навыков. При этом нужно обязательно пользоваться средствами защиты рук и глаз (специальные очки и прорезиненные перчатки).
Эти источники электричества содержат в своем составе элементы, которые могут навредить здоровью:
- животных;
- растений;
- почвы;
- людей.
Поэтому отработавшие и неисправные литиевые автомобильные аккумуляторы запрещено выбрасывать. При необходимости избавиться от устройства, их необходимо относить в специальные компании, которые занимаются утилизацией и переработкой подобных отходов. Кроме того, на территории ряда государств сброс такого мусора может повлечь за собой наказание в виде довольно большого штрафа.
Конечно, применением литий ионных аккумуляторов имеет свои достоинства. Но недостатки этих приборов должны обязательно учитываться при их эксплуатации. К самым явным преимуществам таких устройств относится их небольшая масса. Если нет необходимости участвовать в длительных гонках, то 2−4 кг массы, потерянных в результате замены АКБ, не станут решающими в выборе подходящего аккумулятора.
Если же масса аккумулятора очень важна, то литий ионные АКБ 12В — самый оптимальный вариант, за который придется выложить немало денег. Так или иначе, но покупать аккумуляторные батареи нужно у проверенных продавцов. Если этим правилом пренебречь, то можно столкнуться с бракованной или фальсифицированной продукцией.
Литий-ионные аккумуляторы — в электромобилях
Основой для отрицательного электрода в Li-ion аккумуляторах служит углеродная матрица. Она может изготавливаться из природного или синтетического графита, кокса, пиролизного или мезофазного углерода, сажи и др. Ионы лития при внедрении раздвигают слои углеродной матрицы и располагаются между ними. Положительные электроды литий-ионных аккумуляторов изготавливаются из литированных оксидов кобальта или никеля и из литий-марганцевых шпинелей.
Содержание статьи
Конструкция и применяемые материалы
Внешний вид Li-ion батареиКонструктивно Li-ion аккумуляторы производятся в цилиндрическом и плоском вариантах. В цилиндрических аккумуляторах свернутый в виде рулона пакет электродов и сепаратора помещен в стальной или алюминиевый корпус, с которым соединен отрицательный электрод. Положительный полюс аккумулятора выведен через изолятор на крышку.
Плоские аккумуляторы производятся складыванием прямоугольных пластин друг на друга. Они обеспечивают более плотную упаковку в батарее, но в них труднее, чем в цилиндрических, поддерживать сжимающие усилия на электроды. В некоторых плоских аккумуляторах применяется рулонная сборка пакета электродов, который скручивается в спираль. Это позволяет объединить достоинства двух описанных выше типов конструкций.
Разноименные электроды разделяются сепаратором из пористого полипропилена. Конструкция Li-ion отличается абсолютной герметичностью. Это необходимо для предотвращения вытекания жидкого электролита и попадания в аккумулятор кислорода и паров воды из окружающей среды. Кислород и пары воды реагируют с материалами электродов и электролитом и полностью выводят аккумулятор из строя.
Преимущества и недостатки Li-ion аккумуляторов
Li-ion аккумуляторы обладают рядом неоспоримых достоинств: повышенный срок службы при небольших размерах, малом весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность. Литиевые батареи принимают высокий ток зарядки и разрядки. Поэтому зарядка займет меньше времени, пройдет более эффективно (это полезно при рекуперации энергии во время торможения).
Однако при этом нельзя допускать перегрева: чем выше ток, тем сильнее нагрев. И вопрос не только в сокращении срока службы аккумуляторов, но и в риске возникновения пожара, так как у лития низкая устойчивость к возгоранию. Поэтому еще на стадии производства строго следят за технологией: мельчайшая примесь в сепараторе ячеек может способствовать возникновению внутренних замыканий, которые в состоянии нагреть литий до температуры возгорания.
Под крышкой аккумулятора устанавливается устройство, реагирующее на повышение температуры увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела. В ходе эксплуатации за безопасностью следит специальная электроника, контролирующая температуру в каждой ячейке, температуру модуля, в котором они собраны, и температуру пакета аккумуляторов. Необходима и эффективная охлаждающая система.
Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет всего лишь 4-6 % за первый месяц, затем – еще меньше: за год аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в зависимости от температуры в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс-500-1000 циклов.
Применение Li-ion баттарей в гибридах и электромобилях
Схема работы Li-ion аккумулятораПри создании гибридов и электромобилей разработчики все чаще применяют литий-ионные батареи. Во-первых, это связано с их лучшим весовым качеством (отношением запасенной энергии к массе). Современные батареи, применяемые на автомобилях, способны вмещать 0,8-2,6 кВт*ч на килограмм собственного веса. Во-вторых, они допускают более глубокий заряд и разряд.
Если для никель-металлгидридного аккумулятора оптимальный диапазон зарядки составляет от 40% до 60%, то есть всего 20% общей емкости, то для литий-ионного она в 2,5 раза больше: от 25% до 75%. Срок их службы больше. Например, гарантия на литий-ионную батарею французской фирмы SAFT составляет 10 лет, а на никель-металлгидридную производства Panasonic – только 8 лет. Есть у литий-ионных батарей и существенные недостатки.
Во-первых, невозможность реанимировать полностью разряженный аккумулятор. Во-вторых, для работы им нужно обеспечить узкий температурный диапазон от 25 до 45 градусов. Если их не согревать зимой, емкость упадет на треть при -10, и наполовину при -20 градусов. Летом еще опаснее: при 55-60 градусах аккумуляторы начинают разрушаться – их приходится охлаждать даже при стоянке на солнцепеке. Высока и себестоимость, которая может достигать до половины цены всего электромобиля. Однако будущее все равно за литий-ионными батареями.
История создания Li-ion аккумуляторов
Первичные химические источники тока с литиевым анодом появились в 70-х годах. Однако при создании аккумуляторов, составленных из них, возникли серьезные проблемы, которые были преодолены только к середине 90-х годов. Эти проблемы были связаны с активностью лития: при больших токах происходил разогрев и самовозгорание батареи. Поэтому от применения чистого лития отказались, а решили использовать его ионы. Отсюда и пошло название аккумуляторов.
Хотя литий-ионные аккумуляторы обеспечивают меньшую энергетическую плотность, чем литиевые аккумуляторы, зато они безопасны при условии соблюдения правильных режимов заряда и разряда. В них отсутствует металлический литий, а процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой.