Проблемы и перспективы использования литиевых аккумуляторов в автомобильной промышленности
- Задачи аккумуляторных батарей в автомобилях
- Почему в автопроме не происходит массовая замена свинца на литий?
- Сравнение плюсов и минусов
- Выводы
Несмотря на повсеместное применение литиевых аккумуляторов и их доминирование среди автономных источников питания во многих сферах, в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания пока по-прежнему используются свинцово-кислотные АКБ. Вопреки 160-летию свинцово-кислотной технологии, она уверенно удерживает монополию под капотом авто и не спешит сдавать позиции на рынке стартерных автомобильных аккумов.
Современные Li-ion батареи ощутимо выигрывают у свинцово-кислотных аналогов по удельной емкости, комфорту использования, сроку службы и многим другим критериям. Так почему же в автомобильной промышленности пока не наблюдается массового использования литиевых батарей? Почему ими оснащают только электромобили, а транспорт с ДВС по-прежнему комплектуют свинцовыми АКБ?
Задачи аккумуляторных батарей в автомобилях
Роль аккумулятора в автомобиле не всегда была одинаковой и постепенно расширилась. Изначально его миссия сводилась к кратковременной подаче высокого тока в момент запуска двигателя – чтобы обеспечить электропитание стартера и обмотки возбуждения генератора. Когда коленвал начинает стабильно вращаться, стартер выключается, а обмотка подпитывается вырабатываемым напряжением. Энергообеспечение автомобиля возлагается на генератор и от аккумуляторной батареи уже не зависит.
Когда на машинах появилось электрооборудование с электроникой – коммутаторы в зажигании, транзисторные радиоприемники, инжекторы и пр. – аккумулятор стал выполнять еще и фильтрующе-стабилизирующие функции. Как крупный конденсатор, он предоставляет ток на холостых оборотах, при недостаточной токоотдаче генератора, а также сглаживает появляющиеся иногда скачки напряжения, обеспечивая стабильность и чистоту пульсирующего постоянного тока. Это особенность наиболее важна для полупроводников.
Еще большее значение имеют аккумуляторные батареи, используемые на усовершенствованных авто премиум класса: с автоматической коробкой передач и многочисленными электронными блоками на цифровой шине. Они включаются еще до пуска двигателя и начала работы стартера, мониторят состояние всевозможных датчиков и систем, одобряют или запрещают старт.
При работе мотора разнообразная электроника нуждается в стабильном электропитании от бортовой сети. После глушения двигателя электронные модули все еще работают, заботясь о сохранении разных адаптивных данных. Малейшие перебои в работе батареи способны ввести электронику в коллапс, и даже после устранения проблемы потребуется фирменный диагностический софт. Поэтому в современных авто на аккум возлагается немалая ответственность.
Почему в автопроме не происходит массовая замена свинца на литий?
Идея замены тяжелых и громоздких свинцово-кислотных батарей легкими и компактными литиевыми аналогами выглядит очень заманчиво. Более того, многие владельцы авто уже сейчас активно используют «джамп-стартеры» или «пусковые бустеры» – переносные батареи типа Li-ion или LiFePO4 напряжением 12 В, оснащенные разъемами-крокодилами. С помощью такого бустера массой около 500 г удается запустить мотор практически любого авто, даже внедорожника или легкого грузовика, если его штатный аккумулятор разрядился.
Но все же стартерные батареи литиевого типа встречаются крайне редко. Их производят лишь некоторые автомобильные бренды для выборочных моделей авто премиального и спортивного класса. Корпуса таких аккумов геометрически напоминают свинцово-кислотные аналоги. Похожи у них и силовые клеммы, и электрические характеристики, только масса примерно вдвое меньше. Эта разница ценится автогонщиками, но к массовому переходу на литий пока не привела.
Другое дело – тяговые накопители энергии, используемые на электромобилях и других видах персонального электротранспорта. В этой сфере литиевым источникам питания нет равных, и именно благодаря их появлению произошло стремительное развитие функциональной техники на электротяге.
Сравнение плюсов и минусов
|
Особенности |
Свинцово-кислотные |
Li-ion |
|
|
Сильные стороны |
Надежность, неприхотливость, доступность. Усовершенствование технологии, появление необслуживаемых моделей со связанным и гелеобразным электролитом. |
Эффективная электрохимическая система, ресурс ≈1000 циклов, большая удельная энергоемкость, простота использования. |
Высокая стабильность внутренней структуры, пожаробезопасность, эффективная работа в широком диапазоне температур (от -20 до +60 °С), ресурс >2000 циклов, устойчивость к высоким токовым нагрузкам, возможность быстрой зарядки. |
|
Слабые стороны |
Низкая удельная энергоемкость, громоздкость, тяжеловесность, токсичность свинца, небольшой срок службы. У обслуживаемых моделей с жидким электролитом – негерметичная конструкция, риск вытекания электролита, важность соблюдения вертикального положения при использовании и транспортировке. |
Цена, чувствительность к глубоким разрядам и перезарядам, необходимость использования BMS платы для мониторинга рабочих параметров и защиты от опасных состояний. Временное снижение емкости и остальных характеристик на морозе. Постепенная химическая деградация при длительном хранении. |
Цена и, по сравнению с остальными Li-ion элементами, более низкое напряжение –3,2–3,3 В на ячейку вместо 3,6–3,7 В. Поэтому для получения определенного вольтажа сборки нужно последовательно соединить большее количество ячеек LiFePO4 |
Выводы
Стартерные литиевые аккумуляторы в автомобилях используются редко. В этой нише по-прежнему доминируют свинцово-кислотные модели. Технологии их производства претерпели качественные изменения, и современные свинцовые аккумуляторы вполне устраивают львиную долю производителей и покупателей автомобилей.
Потенциально применение литий-ионных аккумов интересно для владельцев гоночных машин и поклонников спортивного автозвука. Но предпосылок для массового перехода на литий в этой сфере пока нет, т.к. свинцовые батареи более доступны и нормально справляются со своими функциями.
Читайте в предыдущей статье блога VirtusTec.ru о том, как рассчитать время работы ИБП.
