Літій-іонний акумулятор для автомобіля: технічна характеристика, класифікація, інструкція по використанню, специфікація, установка і особливості експлуатації

Для багатьох транспортних засобів вага акумуляторної батареї і швидкість її розрядки відіграють важливу роль. Спеціально для таких автомобілів виробниками були створені літієві системи. У чому їх перевага перед кислотними АКБ, можна їх експлуатувати на сучасних машинах?

Що являють собою літієві батареї?

Літій-іонні акумулятори для авто в епоху гібридних і електричних моделей аж ніяк не є нововведенням: їх можна зустріти в багатьох машинах, з успіхом дебютирующих на ринках. Батареї такого типу є відмінними джерелами живлення для електроавтомобілів. При цьому їх використання у звичайних машинах потребує внесення певних змін в конструкцію.

Історія створення літієвих АКБ

Перші моделі літій-іонних акумуляторних батарей з'явилися в 70-х роках минулого століття. Акумулятори, виконані на їх основі, володіли серйозними проблемами, вирішити які вдалося лише до 90-м рокам. Причиною подібних проблем була висока активність літію: при високому струмі могло статися займання батареї, у зв'язку з чим виробники відмовилися від застосування чистого літію, перейшовши на його іони, що дало найменування АКБ.


У порівнянні з літієвими акумуляторами, літій-іонні володіють меншою енергетичною щільністю, але більш безпечні за умови дотримання режимів заряду і розряду. До їх складу не входить металевий літій, а процес розряду і заряду полягає в перенесенні з одного електрода на інший іонів літію.

Li-Ion і Li-Pol акумулятори

Перші моделі літій-іонних автомобільних акумуляторів складалися з катодного матеріалу на алюмінієвій фользі і анодного на мідній фользі, поміщених всередину корпусу і розділених спеціальним сепаратором, просоченим рідким електролітом. Герметичний корпус АКБ оснащений клапаном скидання внутрішнього тиску. До клем анод і катод підключалися струмознімачами. В літієвих іонних автомобільних акумуляторах заряд переноситься позитивно зарядженими іонами літію, які впроваджуються в кристалічні решітки інших матеріалів - солей і кислот металів, графіту, утворюючи з ними хімічний зв'язок.


Спочатку роль негативних пластин виконував металевий літій, який згодом змінився на кам'яновугільний кокс і графіт. Використання осксида кобальту дозволило збільшити температурний діапазон роботи АКБ і підвищити кількість циклів заряду/розряду. У комплекті з літієвими іонними акумуляторами для авто є захисні плати типу BMS.

Види літієвих батарей

Літій-іонні акумулятори розрізняються за типом катодного матеріалу:

LiCoO2. В якості електроліту використовують тверді розчини на основі никелата літію.

LiMnO4 з літій-марганцевої шпинелью.

LiPol, літій-полімерний. Відрізняється від Li-Ion тільки полімерним, а не рідким електролітом. За характеристиками він значно краще за своїх аналогів: широкий температурний діапазон роботи, різні форми корпусу, низький саморозряд, велика щільність енергії на одиницю маси.

LiFePO4

Літій-залізо-фосфатний, або літій-феррофосфатный акумулятор вважається одним з найбільш перспективних і підходять для установки на автомобіль. Катод включає залізо і фосфати і володіє наступними перевагами:

великий експлуатаційний ресурс і повільна втрата ємності - навіть через кілька років роботи його ємність більше, ніж у Li-Ion аналогів;

стабільну напругу на клітинки 32-33 Ст. При підключенні всіх чотирьох створює стандартна напруга 128;

кобальт в подібних батареях не використовується, відповідно, АКБ не завдає шкоди навколишньому середовищу;

пікові точки більш високі, на відміну від аналогів;

невелика швидкість розряду;

термічна стабільність - не перегрівається, не вибухає;

може працювати в широкому температурному діапазоні.

Звичайно, у нього є і свої мінуси - наприклад, його питома щільність енергії менше, ніж у звичайного літій-акумулятор для автомобіля, на 14-15%. До того ж його експлуатація вимагає обов'язкової установки плат захисту.

Переваги літієвих АКБ

Для літій-іонних акумуляторів для автомобіля характерні наступні переваги:

невелика вага, що знижує масу автомобіля;

збереження заряду на протязі тривалого часу;

витримують велику кількість циклів заряду і розряду.

Співвідношення виходу безпечного струму до номінальної ємності у літій-іонних акумуляторів значно вище. Відповідно, на виконання конкретного обсягу роботи їм потрібно значно менше часу, ніж кислотних батарей. Такі АКБ можуть поглинати і скидати велика кількість струму. Втім, літій-іонні акумулятори для автомобіля не є панацеєю і володіють своїми недоліками.

Мінуси Li-Ion батарей

Літієві АКБ сильно залежать від температури навколишнього середовища: при зниженні температури падає їх потужність. Всередині локальних осередків нерідко відбуваються збої, з-за яких такі джерела живлення вимогливі до якості зарядки. Вартість літій-іонних акумуляторів для автомобіля значно вище, ніж ціна стандартних батарей, через що літій-іонні АКБ є неконкурентоспроможними. Генератори, що встановлюються на автомобілі, не здатні виробити достатній змінний струм для заряду літієвого акумулятора, оскільки не пристосовані для цього. Літієві АКБ, що експлуатуються в основному в теплому кліматі, оснащуються конвектором заряду, що створює змінний струм і перетворює його для використання в літій-іонних акумуляторах для автомобіля. Заряд врівноважується завдяки спеціальній ланцюга, рівномірно розподіляючись між чотирма основними осередками. Маса такого джерела значно менше свинцевого, що є додатковою перевагою.

Особливості експлуатації

Літієві батареї заряджаються при мінімальному напрузі 27 і максимальному 42 Ст. Діапазон був значно знижений виробниками (до 33-41 В) з метою продовження термінів експлуатації. Заряд літієвих акумуляторів, що встановлюються на сучасних автомобілях, повинен постійно перебувати в межах 45% для збереження максимального робочого ресурсу АКБ. Враховуючи, що літій володіє високою активністю, розбір акумуляторної батареї необхідно проводити тільки при наявності певних навичок. Обличчя і руки обов'язково повинні бути закриті спеціальними захисними засобами. Конструкція подібних елементів живлення передбачає наявність елементів, здатних завдати шкоди навколишньому середовищу, через що подібні батареї необхідно утилізувати, а не викидати.

Необхідні зміни

Установка літій-іонного акумулятора для автомобіля володіє певними перевагами і недоліками. Основною перевагою такого типу АКБ є їх невелика вага, що дозволяє знизити загальну масу автомобіля, хай і не набагато. Вага акумуляторної батареї грає чималу роль в тому випадку, якщо автомобіль буде використовуватися для швидкісної їзди. Спірним моментом, що відзначається у відгуках про літій-іонному акумуляторі для автомобіля, є його висока вартість: ціна на такі батареї в кілька разів вище, ніж на стандартні АКБ. Заміна свинцево-кислотного АКБ на літій-іонний зажадає від автовласника великих вкладень.

Резюме

Літій-іонні акумулятори для автомобілів не користуються особливою популярністю з різних причин:

Вартість. Класичні свинцево-кислотні батареї аналогічної ємності коштують у два-чотири рази дешевше, ніж літій-іонні.

Погана переносимість негативних температур - заряджати їх при 0 градусів і нижче не рекомендується.

Плата захисту і балансування. В залежності від технології виготовлення літієві батареї складаються з декількох банок. При різниці напруг на елементах одна з банок може вийти з ладу або спалахнути. Для рівномірного проходження заряду по кожній банці потрібна установка спеціального балансира, чого не потрібно при експлуатації свинцевого акумулятора.

Протипоказана постійна заряджання від генератора. Потрібна установка спеціальних захисних плат.

При пошкодженні літій-іонних акумуляторів для автомобіля або відмову системи захисту провокується постійна зарядка, що може призвести до займання, яке практично неможливо загасити через те, що вогонь підтримується без доступу кисню з температурою понад 3000 градусів. У плані безпеки найкращим вважається LiFePo4 акумулятор, який не вибухає і майже не підтримує горіння.

З урахуванням високої вартості та інших особливостей літієві акумулятори є не найкращим варіантом батарей для автомобіля. Купувати подібні АКБ варто тільки в тому випадку, якщо для автовласника важливий вага транспортного засобу.