Литий-ионные батареи для электромобилей

Преимущества и минусы стартовых литиевых АКБ для авто

Что для автомобилиста лучше, поставить на автомобиль аккумулятор нового поколения, стоящий около 120 000 рублей или купить дорогой (120$), но привычный кислотный АКБ?

К преимуществам литиевого аккумулятора относят его малый вес

Но так ли важно десять лишних килограмм для многосильного мотора? Да, зарядная емкость у литиевого аккумулятора выше раза в 2, циклов перезарядки он выдержит раза в 3 больше. Пусковой импульс стартер будет получать безотказно и стабильно, если выполнить условия эксплуатации

1. В первую очередь, новый аккумулятор нельзя заряжать напрямую от генератора. Вспомните, он не терпит перезаряд и очень быстро выйдет из строя. Значит, потребуется конвертор, который будет преобразовывать ток от генератора для питания аккумулятора.
2. Характеристики любых литиевых аккумуляторов резко падают при понижении температуры и в этом они уступают свинцовым АКБ.
3. Еще более опасна для батареи температура выше +60 С. Перегрев может привести к пожару и взрыву.
4. В бортовой системе не должно быть высоких токовых нагрузок. И стартер, и лебедка и другие инструменты должны принять условия работоспособности аккумулятора. А это выльется в дорогостоящую модернизацию электрической схемы.
5. Моторесурс аккумулятора зависит от равномерности заряда банок, постоянной вибрации, разрушающей контакты и способствующие коррозии корпуса. Емкость банок в таких условиях резко уменьшается.

Адаптация автомобиля под литиевый-литиевый аккумулятор выльется в сумму, больше стоимости самого источника энергии. Однако рассчитывать на длительную работу АКБ не приходится – максимум 3 года.

Основные виды литий-ионных аккумуляторов

Существует несколько видов литиевых АКБ. Они отличаются по химическому составу, ёмкости и сферам применения.

Маркировка

Все основные параметры литиевых батарей можно найти на корпусе, нужно лишь знать, как расшифровать маркировку. Маркировка состоит из набора букв и цифр, и у каждого символа своё обозначение. Буквы дают информацию о составе и возможности перезарядки аккумулятора.

Первая бука «I» говорит о технологии Li-ion, а третья буква «R» сообщает о возможности перезарядки элемента питания. Вторая буква несёт самую важную информацию – наличие в составе разных металлов:

• C – кобальт;
• M – марганец;
• N – никель и марганец;
• R – железо и фосфат.

Цифры в маркировке говорят о габаритах аккумулятора:

• первые две цифры – диаметр или ширина;
• третья и четвёртая цифры – длина;
• цифра «0» на конце сообщает о цилиндрической форме батареи.

Аккумуляторные батареи для телефонов.

Хранение и саморазряд

Из широко применяющихся типов аккумуляторов, Li-ion элементы имеют самую низкую склонность к саморазряду (но он все же присутствует). Потеря запаса энергии в общем случае зависит от сочетания различных факторов, но ориентироваться можно на следующие цифры:

• за первый месяц хранения теряется около 5% от уровня начального заряда;
• через полгода – около 10%;
• через год – 15%..20%.

По сравнению с другими типами батарей это отличный результат. Например, большинство никель-металлогидридных элементов за год разряжаются полностью.

При хранении потеря энергии за счет саморазряда может привести к уходу источника питания в глубокий разряд, поэтому хранить аккумуляторы с запасом заряда, близким к нулевому, нельзя. Чтобы батарея за год-полтора хранения гарантировано не разрядилась ниже установленного порога, достаточно зарядить ее до уровня около 50%. В интернете можно найти рекомендации не заряжать Li-ion батарею до 100%, но эти советы лишены смысла. Что 50%, что 100% не дадут аккумулятору глубоко разрядиться, а вреда от полного заряда тоже не будет.

Результаты тестирования литий-ионной батареи одного из мировых производителей, полученная по итогам полугодового хранения

Развитие технологий литий-ионных аккумуляторов далеко не завершено. Имеются существенные зоны роста, и в ближайшее время можно ожидать появления новых разработок в данном направлении (возможно, прорывного характера), позволяющие получить для широкого использования аккумуляторы с новыми, улучшенными потребительскими параметрами.

Как восстановить литий-ионный аккумулятор

Работоспособность батареи можно восстановить, но, прослужит она после этого совсем недолго. Для процедуры используют зарядку, способную выдать напряжение 5-12 В и резистор 330-1 кОм. Минус соединяют с аккумулятором напрямую, а плюс с помощью резистора. После подключения на батарею подают питание и контролируют уровень напряжения в течение 10-20 минут.

На отметке 3,31 В, устройство сообщит о начале процесса зарядки АКБ.

Сперва напряжение увеличивают выше рекомендуемого, а после возвращают к нормальным показателям.

Это позволяет немного отсрочить «смерть» аккумулятора. Аккумуляторы с признаками вздутия или деформации восстановить не получиться и попытки их «реанимации» даже могут быть опасны. Такие устройства необходимо сразу же отправить на переработку.

Выбор АКБ для автомобилей

Пока литиевый аккумулятор нельзя позиционировать как полноценно автомобильный. Имеющиеся недостатки заставляют задумать о том, насколько актуально применять подобные решения на машине.

Если вас заинтересовали литиевые аккумуляторы, тогда стоит обратить внимание на тип LifePo4. Они больше остальных подходят для машины, оснащённой обычным ДВС

При подборе необходимо учитывать такие моменты.

Ячейки литий-феррофосфатных АКБ со временем имеют свойство стареть. Это происходит из-за разрушения компонентов внутри. Ёмкость падает, сопротивление внутри растёт. На скорость состаривания сильно влияет зарядный и разрядный ток, температура и глубина возникающего разряда. Чтобы продлить срок службы литиевым аккумуляторам, используется BMS. Это электронная система управления, созданная для контроля состояния АКБ, защиты от перезарядки и повреждений ячеек в случае глубокого разряда. BMS выбирают с высоким током. Непрерывный зарядный ток должен составлять от 0,5С до 1С. Смотрите на непрерывный, а не максимальный ток. Хорошие АКБ обязательно имеют систему отключения при перегрузках, перегреве и перезаряде.
Цена. В зависимости от конкретного типа литиевого аккумулятора и модели, разница между ними может составлять 2 раза. В сравнении с теми же свинцово-кислотными, последние дешевле в 2-4 раза. Дорогая — ещё не означает лучшая. Опирайтесь на характеристики.
Скорость зарядки. Именно максимальная

Считается важной характеристикой. Дешёвые модели имеют около 0,3С

У дорогих это 1С. В зависимости от ситуации, порой лучше взять несколько недорогих АКБ, что более актуально для автомобилей. Это позволит снизить скорость зарядки и параллельно увеличит суммарную ёмкость АКБ.
Работа без подзарядки. В отличие от тех же свинцово-кислотных моделей, литиевые открывают доступ к 100% своей ёмкости. Можно параллельно подключить сразу несколько АКБ. Это позволит без запуска двигателя долгое время включать разные потребители.
Мощность от генератора. Параметр влияет на ёмкость и на подбор зарядного устройства. Генераторы в машинах обычно имеют мощность порядка 2000 Вт. Если в авто ставится лишь один дополнительный аккумулятор на 100 Ач, для его зарядки хватит устройства на 30 А. Так генератор будет заряжать дополнительную батарею с помощью тока на 25 А, а аккумуляторам передавать 350 Вт.

Как видите, в основном литиевые АКБ рассматриваются как дополнительные, а не как основные батареи в автомобилях. Но и это первый шаг, который может оказаться решающим.

При использовании литиевых АКБ требуется использовать специальные зарядные устройства, предназначенные для такого типа аккумуляторов.

Обычными ЗУ, которыми вы заряжаете свой свинцово-кислотный аккумулятор, зарядить литиевый не получится.

Литиевые аккумуляторы для автомобилей

Многие автомобилисты задаются вопросом, есть ли смысл заменять кислотный АКБ на щелочной, литиевый. Уже есть прецеденты, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid сходят с конвейера со стартовыми АКБ нового поколения. Литиевые стартовые аккумуляторы легче, имею большую емкость, но стоят дорого и есть особенности, мешающие их широкому внедрению. Тяговые литиевые аккумуляторы успешно работают на карах, подъемниках и другой аккумуляторной технике.

Литиевый аккумулятор 12 вольт для автомобиля

Что представляет ионно-литиевые аккумуляторы для автомобилей? В корпусе упаковано определенное количество элементов одного вида, соединенных между собой для обеспечения нужной емкости и напряжения батареи.

Для этого можно взять аккумуляторы с разными активными компонентами. Все они содержат ионы лития в разных химических соединениях, меняющих характеристики изделия.

Все литий-ионные элементы представляют призматические или цилиндрические герметичные упаковки, в которых внутри имеется катод, в виде графитового слоя на подложке из металлической фольги. На другой ленте расположен активный состав. Прокладка, сепаратор, пропитана неводным раствором литиевой соли. Она проницаемая, ион лития внедряется в структуру графита или уходит из нее, создавая разность потенциалов.

Состав и свойства разных литий-ионных аккумуляторов:

Однако кобальтовый состав больше склонен к возгоранию. Температура ниже +10 способствует резкой потере емкости.

Самыми нетребовательными считают ферритные аккумуляторы. Они не склонны к взрыву, работают на морозе до -30 градусов и легче справляются с восстановлением после глубокой посадки, но не ниже, чем до 2 В. Именно они могут обеспечить пусковой ток в 60С.

Все батареи собираются из отдельных аккумуляторов, используя последовательное и параллельное подключение. Это позволяет создать напряжение 12 В поставив последовательную цепь из 4 групп с параллельным включением 6 элементов. При этом обязательно требуется использовать балансиры и MBS для обеспечения равномерной зарядки до номинала всех банок, и специальная зарядная станция.

Преимущества и минусы стартовых литиевых АКБ для авто

Что для автомобилиста лучше, поставить на автомобиль аккумулятор нового поколения, стоящий около 120 000 рублей или купить дорогой (120$), но привычный кислотный АКБ?

К преимуществам литиевого аккумулятора относят его малый вес

Но так ли важно десять лишних килограмм для многосильного мотора? Да, зарядная емкость у литиевого аккумулятора выше раза в 2, циклов перезарядки он выдержит раза в 3 больше. Пусковой импульс стартер будет получать безотказно и стабильно, если выполнить условия эксплуатации

1. В первую очередь, новый аккумулятор нельзя заряжать напрямую от генератора. Вспомните, он не терпит перезаряд и очень быстро выйдет из строя. Значит, потребуется конвертор, который будет преобразовывать ток от генератора для питания аккумулятора.
2. Характеристики любых литиевых аккумуляторов резко падают при понижении температуры и в этом они уступают свинцовым АКБ.
3. Еще более опасна для батареи температура выше +60 0 С. Перегрев может привести к пожару и взрыву.
4. В бортовой системе не должно быть высоких токовых нагрузок. И стартер, и лебедка и другие инструменты должны принять условия работоспособности аккумулятора. А это выльется в дорогостоящую модернизацию электрической схемы.
5. Моторесурс аккумулятора зависит от равномерности заряда банок, постоянной вибрации, разрушающей контакты и способствующие коррозии корпуса. Емкость банок в таких условиях резко уменьшается.

Адаптация автомобиля под литиевый-литиевый аккумулятор выльется в сумму, больше стоимости самого источника энергии. Однако рассчитывать на длительную работу АКБ не приходится – максимум 3 года.

Вывод

Как тяговый, на транспорте литиевый аккумулятор уже занял рабочую нишу. Как стартовый – еще не находит широкого применения из-за высокой стоимости и адаптации к условиям эксплуатации. Посмотрите видео, почему нельзя ставить литиевый аккумулятор на неприспособленные автомобили.

batts.pro

Что представляет собой литиевая батарея

Первые литиевые батареи на основе металлического лития были созданы ещё в 70-е годы ХХ в., однако использование их было проблематично из-за большой химической активности лития. Они быстро нагревались и имели свойство взрываться или самовозгораться. Проблему удалось устранить только в 90-е годы, когда на смену чистому литию пришло применение его ионов.

Важно! Аккумулятор дополнительно оснащается предохранителем, который позволяет устранить избыточное напряжение в аварийной ситуации. В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии

В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники

В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии. В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники.

В качестве отрицательно заряженного электрода (катода) используется углеродная матрица, которая может состоять из графита (природного или синтетического), сажи или углерода. Положительно заряженным электродом (анодом) служит литированый оксид никеля или кобальта, или литий-марганцевое соединение. Катод и анод разделены сепаратором, который имеет поры и пропитан электролитом. Электролит находится в герметичной капсуле.

При высвобождении свободных электронов на сепараторе, начинается процесс замещения в молекулах положительно и отрицательно заряженных электродов (ионы лития встраиваются в структуру матрицы углерода), что приводит к высвобождению энергии. Энергия по клеммам подаётся на провода и далее служит источником тяговой силы для электромобиля. Li-ion батарея полностью герметична. Это нужно для избежания утечки электролита и контакта электродов с кислородом или водой, что приводит к полной порче аккумулятора.

Он может быть выполнен в виде плоскости или цилиндра:

• в цилиндрической сборке электролит и сепаратор скручены в рулон и подсоединены внутри герметичного корпуса к катоду. Анодный электрод находится снаружи;
• при сборке в виде плоскостей пластины укладываются одна на другую и представляют собой набор полноценных батареек.

Знаете ли вы? Как прогнозируют аналитики Bank of America и Oxford Institute for Energy Studies, к 2030 году 40% всего автотранспорта на планете будет электрическим, а к 2050-му — 95%. Уже сейчас в Китае планируется прекратить продажу бензиновых и дизельных автомашин в Пекине к 2020 году.

Можно ли ремонтировать или заменять литиевый аккумулятор?

Замена батареи доступна на всех без исключения моделях электромобилей. Правда, сделать это не так же просто, как сменить АКБ в обычном бензиновом авто.

Во-первых, в отличие от «бензиновых» аккумуляторов, клеммы которых практически универсальны и подходят к любому типу машины, батареи электрические могут отличаться расположением разъёмов даже в рамках одной марки. Примерно ту же ситуацию можно наблюдать и у аккумуляторов мобильных телефонов.

Во-вторых, зачастую батарея электромобиля включает в себя компьютерный блок, который соединяется с общими «мозгами» электрокара. Так что при смене батареи придётся ещё и «поколдовать» с программным обеспечением.

И, наконец, смена АКБ электромобиля в большинстве случаев происходит на подъёмнике, что является ещё одной причиной невозможности замены в домашних условиях.

Но на фоне этих минусов есть один огромный плюс: не обязательно менять всю батарею, достаточно просто заменить вышедшую из строя секцию. А это, как вы наверняка догадались, значительно проще, быстрее и дешевле.

Фактически замену секции можно считать своего рода ремонтом литиевого аккумулятора. Но стоит отметить, что это, пожалуй, единственный из возможных способов. Рекламируемая некоторыми автосервисами зарядка малым током скорее является профилактической мерой, чем полноценным методом восстановления изношенных АКБ.

Что представляет собой Li-ion аккумулятор

Литиевые устройства – это один из самых популярных и современных типов АКБ. Эти источники питания устанавливают в разных гаджетах и особо ценят за высокую ёмкость и компактные размеры.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Li-ion батарея представляет собой многослойное устройство, и её работа основывается на взаимодействии и электрохимическом потенциале этих слоёв. Чистый литий – это метал с очень высокой химической активностью, который вступает в реакции даже с водой и воздухом.
Оксид лития, полная противоположность своего «чистого собрата» и является вполне стабильным. Принцип работы устройства, заключается в отдаче металлами своих электронов, которые в последствии станут положительными ионами (катионами).

Способность отдавать электроны значительно отличается у разных элементов, и именно литий является лидером в этом деле.

Во время заряда литий-ионных АКБ, электроны освобождаются и начинают движение в сторону катода (положительного заряда), а положительные ионы движутся к аноду. Во время использования заряженной батареи всё происходит в обратном направлении. Такое движение частиц и приводит к появлению электрического тока.

Литий-ионные аккумуляторы.

Устройство литий-ионного аккумулятора

АКБ такого типа устроены следующим образом:

1. Катод или отрицательный электрод. Представляет собой фольгу из алюминия, которая покрыта слоем оксида лития.
2. Анод или положительный электрод. Фольга из меди, покрытая слоем графита.
3. Сепаратор. Пористый разделитель и электролит.
4. Герметичный корпус. Это обязательное условие, так как разгерметизация батарейки может спровоцировать поломку, возгорание и даже взрыв.
5. Плюсовой и минусовой токовыводы.

Также некоторые устройства могут быть оборудованы дополнительными регуляторами и предохранителями. Такие компоненты помогают увеличить сопротивление при нагреве, сбросить внутреннее давление или прервать контакт катода и плюсового токовывода в аварийных ситуациях.

Размеры литиевых аккумуляторов могут быть самыми разными, а вот по форме можно выделить два основных типа:

• цилиндрические;
• призматические.

В цилиндрических батарейках тонкие слои анода, катода и разделителя сворачивают. Призматические АКБ предполагают плотное прижатие слоёв друг к другу.

Литий-ионные батареи.

Плюсы и минусы литиевых АКБ

Популярность литиевых элементов питания говорит сама за себя – у таких устройств имеется немало достоинств:

• отличная энергоёмкость;
• «эффект памяти» сведён к минимуму;
• длительный срок службы;
• не требуют дополнительного обслуживания;
• возможность работа при разных температурах;
• саморазряд практически отсутствует;
• компактные размеры и возможность придания любой формы АКБ.

Батареи на основе лития всё же не идеальны и у них есть ряд недостатков:

• высокая цена, по сравнению с другими типами АКБ;
• ограниченное количество циклов перезаряда;
• всегда присутствует минимальный риск взрыва или возгорания;
• механические повреждения опасны и могут привести к поломке батареи;
• качественная работа возможна только при соблюдении правил зарядки и использования.

Несколько литий-ионных батарей.

Литиевый аккумулятор для автомобиля. Есть ли преимущества?

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.

autowestnik.ru

ПОДВОДИМ ИТОГ

Литиевые аккумуляторы не ставятся на автомобиль по многим причинам:

• Начнем с цены. Она действительно выше примерно в два-четыре раза, чем у рядовых (скажем кальциевых) свинцово-кислотных батарей одинаковой емкости
• Плохо переносят низкие температуры. Быстро теряют емкость, для нашей страны это очень актуально
• Плохо заряжаются на морозе. Точнее их вообще не рекомендуется заряжать уже при 0 градусов
• Плата балансировки (балансир). Литиевая батарея (если в нашем случае на 12В) состоит из нескольких банок (3-4 в зависимости от применяемой технологии). Если напряжение на элементах будет разное, то одна банка может сильнее разрядиться или зарядиться. Таким образом, вся батарея может выйти из строя, и даже воспламениться. Чтобы заряд или разряд проходил равномерно у каждой банки, нужен специальный балансир (чего свинцовой батареи практически не нужно).
• Не переносят постоянной зарядки, скажем от генератора. Нужно устанавливать специальные платы защиты (которые тоже не дешевые)
• Безопасность. При повреждении Li-ion или Li-Pol аккумуляторов, либо если откажет система защиты и будет идти постоянная зарядка, может произойти очень сильное возгорание, которое потушить, не так-то просто (все потому что они могут гореть с температурами под 3000 градусов, без кислорода). В этом отношении самый безопасный LiFEPO4 он не взрывается и не так сильно горит. К слову все авиаперевозчики стараются снизить количество литиевых батарей на борту.

Уже эти пять пунктов делают использование литиевых батарей невозможными, на этом фоне перспективнее смотрятся AGM варианты. Конечно, сейчас есть бустеры, которые могут запустить практически любой автомобиль, там зачастую стоят либо Li-ion или Li-pol аккумуляторы. Но вы их храните дома (не рекомендуется хранить в авто на морозе), заряжаете от розетки невысокими токами, там стоят различные платы защиты.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом заканчиваю, думаю моя статья была вам полезна, подписывайтесь на мой канал будет еще много интересных статей и видео. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР

Похожие новости

• Полярность аккумулятора прямая и обратная. Что это такое и какая…
• Сколько электролита в аккумуляторе? Разберем объемы вариантов от…
• Греется клемма на аккумуляторе, плюсовая или минусовая. При запу…