Литиево полимерные аккумуляторы для авто

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.

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.

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.

Источник

Тест пускачей: классический «литий-полимер» против шпионского «литий-феррофосфата «

Хочу поделиться результатами одного сравнительного теста, в котором мне довелось поучаствовать в качестве приглашенного эксперта. Собственно говоря, в этих испытаниях сравнивались всего два экземпляра автономных пуско-зарядных устройств.

Однако интерес в данном случае представляет не их количество, а их типы, вернее сказать, конструктивное исполнение и электронная начинка исследуемых jump-стартеров.
Первый тип – это неоднократно проверенный в многочисленных испытаниях литий-полимерный (Li-Po) внешний аккумулятор, представленный в нашем нынешнем эксперименте одной из наиболее мощных современных моделей своего сегмента — Berkut JSL-20000.

Второй тип автономного ПЗУ – это литий-феррофосфатный источник питания (LiFePo4), который на российском рынке в сфере автомобильного применения почти неизвестен, по крайней мере, в виде конкретных модификаций jump-стартеров или хотя бы Power-банков. Достаточно отметить, что использованное нами литий-феррофосфатное ПЗУ, которое мы протестировали – это, можно сказать, своего рода «шпионская» версия – она пока не имеет ни аналогов в России, ни даже какого-либо обозначения, бренда или названия.

К нам данное устройство попало во временное пользование от технарей одной российской фирмы. По информации, поступившей от коллег, эта фирма в настоящее время прорабатывает тему применения таких ПЗУ в нашей стране. Тут надо отметить, что основания для повышенного интереса к LiFePo4-аккумуляторам имеются, причем довольно веские, даже несмотря на то, что, по ряду важных показателей (например, габаритам и цене) они проигрывают своим литий-полимерным «собратьям». Такое позиционирование изначально объясняется «конструктивно-емкостным» отличием Li-Po-батарей от LiFePo4-аккумуляторов.

Главная интрига этого отличия состоит в количестве используемых в jump-стартерах источников тока, а также в уровнях рабочего их напряжения. Так, в «классических» литий-полимерных ПЗУ используют всего три миниатюрных аккумулятора, каждый с максимальным рабочим напряжением до 4,2 В (номинал – 3,7 В). Три таких элемента выдают в сумме требуемые для автомобильной бортовой сети 12,6 В, но это лишь на «максимуме», то есть при полной емкости. Подобное решение, как показала практика, иногда исключает возможность аварийного использования пускача на некоторых особо «умных» современных иномарках, электросеть которых контролируется бортовыми «мозгами».

Выяснилось, что в реальных условиях аварийного применения, даже после подключения полностью заряженного литий-полимерного пускача к «севшей» штатной батарее, в бортсети «умной» машины может не оказаться требуемого уровня напряжения, позволяющего компьютеру разрешить запуск двигателя. Проще говоря, цепь стартера блокируется до тех пор, пока напряжение не достигнет требуемого уровня.

У литий-феррофосфатных пускачей применяется другое техническое решение. У них задействуется не три, а четыре миниатюрных элемента, каждый из которых уже в «номинале» обеспечивает напряжение до 3,3 В, а в пиках и того больше – до 3,65 В. Очевидно, что общее напряжение такого «электронного» квартета составит не менее 13,2 В, что с запасом превышает общепринятый «номинал» бортовой сети величиной 12,6 В. А это значит, что при использовании такого аккумулятора в качестве аварийного источника питания проблем «с мозгами» у машины гарантированно не возникнет.

Кроме того, отмечают специалисты, создаваемое LiFePo4-аккумуляторами рабочее напряжение отличается высокой стабильностью, благодаря чему оно практически не снижается до момента полного разряда. Такие достоинства ПЗУ в критических ситуациях куда важнее отмеченных ранее минусов, а потому неудивительно, что LiFePo4-пускачи нашли широкое распространение в северных регионах США и Канады, то есть в странах, где доля «компьютеризированных» автомобилей довольно велика. Там их цена составляет примерно 250 «зеленых».

Возвращаясь к теме, связанной с проведением теста, отмечу, что основной его целью как раз и стала проверка рабочих свойств попавшего к нам литий-феррофосфатного пускача и сопоставление полученных данных с аналогичными показателями литий-полимерного ПЗУ. С этой целью в ходе испытаний исследовались такие параметры, как напряжение, максимальный пусковой ток в низкоомной нагрузке, а также температура нагрева корпуса после пусковых испытаний. В качестве нагрузки использовался мощной разрядный тестер, позволяющий получить от пуско-зарядников ток в несколько сот ампер. Основные моменты этого процесса мы засняли на видео, которое и предлагаем вашему вниманию.

Что же удалось выяснить в ходе проведенного тестирования? Его результаты оказались довольно любопытными. Начнем с Berkut JSL-20000. Проверка этого ПЗУ еще раз подтвердила тот факт, что напряжение, формируемое заряженным «литий-полимером» при подключении к автомобильной бортсети, может оказаться ниже 12 В. Как среагирует на такую ситуацию электронный блок управления мотором современной иномарки – вопрос отрытый. Иначе говоря, есть некоторая доля вероятности того, что даже самая навороченная Li-Po-батарея может оказаться в том «кризисном» положении, которое я отмечал выше.

Во-вторых, на примере Berkut JSL-20000 подтвердилась динамика изменения тока, выдаваемого «литий-полимером» в зависимости от числа пусков. Самой мощной оказалась третья по счету попытка, при которой был зафиксирован ток силой 489 А. Тут все понятно: пускач после первых двух попыток разогрелся – ток увеличился. В целом неплохо. Кстати, по нагреву: после нескольких пусковых попыток температура корпуса «Беркута» была зафиксирована на отметке +33 градуса.

Теперь что касается аналогичных показателей неизвестного литий-феррофосфатного пуско-зарядника. Замеры показали, что напряжение заряженного аппарата составило аж 13,4 В, а максимальный ток, который смогло обеспечить данное ПЗУ по итогам трех попыток, оказался больше, чему LiPo-пускача — 548 А. Что, собственно, и следовало ожидать, поскольку в испытаниях задействовалась одна и та же низкоомная нагрузка. При этом температура корпуса LiFePo4-пускача поднялась до отметки +30 градуса, что сопоставимо с показателями «литий-полимера».

К слову, в ходе тестирования в буквальном смысле наглядно (то есть показаниями стрелочного прибора) подтвердилось важное эксплуатационное качество LiFePo4-аккумулятора, касающееся стабильности его рабочего напряжения. В видеоролике это свойство визуально прослеживается – стрелка прибора на вольтметре практически не двигается, несмотря на заметное изменение мощного тока разряда.

Итоги проведенного тестирования продемонстрировали высокие пусковые характеристики литий-феррофосфатного ПЗУ и сопоставимость его параметров с аналогичными параметрами литий-полимерного аналога. Тест подтвердил стабильность рабочего напряжения LiFePo4-пускача, которое уверенно держится на уровне 13,0-13,3 Вольт даже после серии из нескольких разрядов мощным током силой в несколько сот ампер. Исходя из итогов тестирования и динамики увеличения числа легковых авто в нашей стране, выскажу предположение, что ПЗУ на основе LiFePo4-батарей, по всей видимости, скоро появятся и на российском рынке. Однако, учитывая их массо-габаритные и стоимостные показатели, такие устройства, скорее всего, будут предназначены не для массового, а для профессионального применения – для автосервисов, транспортных компаний и т.п. Как это будет происходить на самом деле, покажет время.

Источник

Литиевый аккумулятор для автомобиля

Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током 0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.

Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.

Количество циклов литиевого АКБ

Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.

Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось

Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде

Зарядка LiFePO4 аккумулятора

Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.

Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора

Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.

Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С

Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор в автомобиле

Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.

Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.

Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации

14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.

Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.

Зарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт.

Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.

Модель	BBW1212	BB1230	BB1260
Максимальный ток, А	28	30	60
Входное напряжение, В	12	12	12
Выходное напряжение, В	12	12	12
Тип аккумуляторов	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки
Вес, кг	3,5	1,2	1,4
Размеры, мм	190 х 160 х 50	190 х 160 х 50	190 х 160 х 70
ЗАКАЗАТЬ	ЗАКАЗАТЬ	ЗАКАЗАТЬ

Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль

Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее

Аккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов

Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.

Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора так же дадут возможность использовать ток силой 100 А, скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.

На автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом

Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В

Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи, так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно

Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.

Установка литиевого аккумулятора

Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6, необходимо использовать специальное зарядное устройство.

Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.

Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Источник