Нюансы применения литиевых аккумуляторов на автомобилях

Приобретая автомобильный аккумулятор, в подавляющем большинстве случаев выбирать приходится именно среди свинцово-кислотных разновидностей АКБ.

Эти батареи могут иметь некоторые конструктивные особенности. В них применяется разный по агрегатному состоянию электролит, они бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми. Но объединяет их то, что внутри банок находятся свинцовые пластины, покрытые теми или иными легирующими добавками, а окружается свинец раствором на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Намного реже можно увидеть щелочные АКБ.

Но есть ещё одна категория батарей, которые часто привязывают к колёсному транспорту. Это литиевые источники питания.

Ведётся очень много споров и разговоров касательно того, какие перспективы у литиевых аккумуляторов, и смогут ли они заменить классические свинцово-кислотные АКБ. Или хотя бы составить им конкуренцию. Тут важно понимать, что основной упор делается именно на стартовые, а не на тяговые аккумуляторы. Ведь авто с ДВС нужен источник питания, способный выдать большой пусковой ток. Тяговые же батареи выполняют другую функцию.

Разновидности литиевых батарей

Под литиевыми батареями понимают сразу несколько разновидностей источников питания. Среди них стоит выделить такие:

1. Li-ion. Они же литий-ионные батареи. Сейчас такие в основном встречаются на электрокарах и на гибридных транспортных средствах. Причём применяются в роли тяговых, а не стартерных батарей. Здесь перенос заряда осуществляется заряженными ионами лития. Отрицательные пластины изначально делали из лития. Но затем технологии совершенствовались, что позволило перейти на каменноугольный кокс, а актуальным вариантом считается графит.
2. LiPol. Это литий-полимерные источники питания. Разница с предыдущим типом лишь в том, что электролит здесь полимерный, а не жидкий. Характеристики улучшились. В основном применяются в электронике, а также на современных электрокарах.
3. LifePo4. Расшифровывается как литий-ферро-фосфатная батарея. Сейчас это наиболее перспективный вид АКБ применительно к автомобилям с двигателем внутреннего сгорания.

Чтобы объективно взглянуть на батареи литиевого типа, акцентируя внимание на литий-ферро-фосфатных, стоит изучить их сильные и слабые стороны, основные характеристики.

Сильные и слабые стороны

У современных литиевых аккумуляторов для автомобилей есть определённый список преимуществ и недостатков.

К слабым сторонам можно отнести:

• из-за маленькой мощности для получения полноценной АКБ на 12,7 В нужно соединить сразу 4 батареи литиевого типа;
• высокая стоимость устройств;
• слабые показатели стойкости к низким температурам;
• при морозах АКБ быстро теряет заряд;
• нельзя заряжать такие батареи при температуре ниже 0 градусов Цельсия;
• соединение нескольких батарей предусматривает дополнительное использование специальной платы балансировки;
• плохо переносят постоянную зарядку от генератора;
• эти АКБ подвержены взрывам при столкновениях;
• нужно ставить дорогие системы защиты от перезаряда.

То есть основная проблема в стоимости самих АКБ, а также в необходимости дорабатывать электрическую систему при попытке установить такие батареи.

Но есть и положительные моменты. К преимуществам относят:

• длительный срок службы при грамотной эксплуатации;
• медленная потеря ёмкости;
• стабильное напряжение;
• безопасность для экологии и человека;
• низкая скорость разряда;
• малый вес.

Но всё это можно отнести к литий-ферро-фосфатным АКБ при их сравнении с литиевыми аналогами. Если же сравнивать со свинцово-кислотными, то здесь факты говорят не в пользу лития. Слишком сырая технология, чтобы говорить о возможности превзойти классику нынешнего времени.

Выдерживаемое количество циклов

Важно акцентировать внимание на том, что дальнейший упор будет сделан на литий-ионных ферро-фосфатных аккумуляторах для автомобилей, поскольку они лучше остальных подходят как аналог свинцово-кислотным АКБ. Остальные актуальны для электрокаров, электроники, разного рода гаджетов, смартфонов.

И автомобилистам наверняка будет интересно знать, сколько циклов способна выдержать рассматриваемая батарея.

Цикл является процессом заряда–разряда. Срок службы отображает число циклов, которые выдерживает АКБ.

Работоспособность АКБ сохраняется до тех пор, пока ячейки батареи сохраняют способность накапливать и отдавать заряд.

В рамках проводимых испытаний было доказано, что литиевая АКБ способна выдержать около 1000 циклов. Специалисты создали условия, приближённые к реальной эксплуатации. Разумеется, речь не идёт об отрицательных температурах. В итоге в противовес литиевым батареям поставили несколько аккумуляторов. Это классические свинцово-кислотные батареи и источники питания, изготовленные по AGM технологии. В итоге AGM аккумулятор выдержал полные 180 циклов, а у свинцового показатель едва достиг 20 циклов. После многочисленных разрядов и зарядов ёмкость литиевой батареи не изменилась.

Но это ещё вовсе ничего не доказывает. Условия создавались реальные, но приближенные к идеальным.

Особенности зарядки

Теперь стоит поговорить о том, как заряжать аккумулятор, если речь идёт про литиевый автомобильный источник питания.

Для литиевых АКБ предусмотрены специальные зарядные устройства. Классические ЗУ для свинцово-кислотных батарей использовать не получится.

Такие батареи отличаются способностью быстро накапливать энергию. То есть в теории на зарядку уходит меньше времени. Но тут есть одна особенность. Электрохимические процессы не протекают моментально, а изменения электролита происходят непропорционально. Чем ближе слой к электроду, тем быстрее он накапливает энергию. И наоборот, отдалённые от электрода слои заряжаются медленнее.

Нет смысла увеличивать ток заряда, чтобы ускорить процесс. В действительности на скорость это никак не повлияет в случае с литиевыми батареями.

Добиться нужного напряжения можно за короткий промежуток времени, но придётся ещё дождаться полного насыщения. Суть такая. Чем выше зарядный ток, тем быстрее происходит процесс зарядки, но замедляется процесс насыщения.

Зарядный ток выбирают, исходя из ёмкости.

Заряжать литиевые АКБ необходимо током 5% от ёмкости.

Если у вас условно батарея имеет 80 Ач, тогда зарядка будет осуществляться током не 8 Ампер, как это делается для обычных батарей, а только 4 А.

Отталкиваться нужно и от инструкции. Некоторые производители варьируют ток заряда в пределах от 5 до 10% от ёмкости. Потому тут лучше предварительно свериться с заводскими рекомендациями.

Как выбрать

Воспринимать литиевый аккумулятор как автомобильный ещё достаточно рано. Да, некоторые разновидности таких батарей на машинах применяются, но в основном речь идёт об электрокарах.

Как и говорилось ранее, только ферро-фосфатные литиевые аккумуляторы потенциально могут стать распространённым решением для машины. Но даже при подборе LifePo4 АКБ приходится обращать внимание на ряд нюансов.

А именно:

1. Система управления BSM. Ячейки рассматриваемых источников питания имеют свойство старения с течением времени. Это вполне естественный процесс, обусловленный внутренними разрушениями. При падении ёмкости начинает расти внутреннее сопротивление. Старение ускоряется в зависимости от тока заряда и разряда, температуры и прочих факторов. Для продления срока службы таким батареям нужна электронная система управления BSM. Её задача заключается в том, чтобы контролировать состояние аккумулятора, защищать от перезаряда, глубокого разряда.
2. Стоимость. Переход на литиевые АКБ означает необходимость увеличить бюджет на содержание машины. Между литиевыми батареями разница в цене может составлять до 200%. Если сравнивать со свинцово-кислотными, классические АКБ обойдутся дешевле в 5–10 раз. Учтите, что вам потребуется одновременно несколько аккумуляторов, объединённых в одну схему. А это уже очень солидные расходы.
3. Скорость заряда. Смотрите на максимальные показатели. У сравнительно бюджетных АКБ скорость заряда составляет 0,3 С, где С означает ёмкость. У продвинутых версий это 1 С.
4. Работа без зарядки. Учитывайте, на какое время работы рассчитаны литиевые АКБ без подключения к зарядному устройству. Плюс таких батарей в том, что они отдают потребителям 100% своей мощности. Если обычные аккумуляторы считаются разряженными уже при 10,5 В, то здесь разряжать можно фактически до 0 В, а затем заряжать.
5. Работа от генератора. Напрямую от генератора зарядка не идёт. Здесь нужен преобразователь. Изучите характеристики и посмотрите, сколько мощности нужно литиевой батарее для зарядки от генератора. Сопоставьте это с возможностями установленного генератора.

Объективно будет правильно сказать, что пока литиевые аккумуляторы в отношении машин с ДВС рассматриваются только как вспомогательные источники питания. Это тот случай, когда можно поставить одну или несколько небольших литиевых батарей, используя их как автономные источники для работы той же аудиосистемы, каких-то потребителей, которые не будут забирать заряд от обычной стартерной батареи, сохраняя его для лёгкого запуска двигателя.

Адаптировать АКБ под машину, рассчитанную на обычные батареи, очень сложно и дорого. Одни только элементы питания могут обойтись в сумму порядка 100 тысяч рублей. Плюс преобразователи, специальное зарядное устройство и многое другое.

Особенности установки

В настоящее время Li-ion аккумулятор позиционируется как автомобильный, но ориентированный на электрокары. Если же говорить про литий-ферро-фосфатный вариант, то его в теории можно установить под капот машины и адаптировать под работу вместо классической свинцово-кислотной батареи.

Но для реализации такой идеи придётся потратить много сил, времени и денег. Только элементы питания для создания ёмкости около 70 Ач обойдутся в сумму не меньше 100 тысяч рублей.

Далее потребуется последовательно соединить несколько элементов, найти им место в подкапотном пространстве, качественно изолировать все подключения. Ещё нужен промежуточный элемент между аккумулятором и генератором, поскольку прямое подключение здесь недопустимо.

В теории возможно всё. Но на практике пока ещё рано говорить о приспособленности литиевых батарей к автомобилям с ДВС.