Почему вместо огромных и тяжелых свинцовых батарей мы не используем малый и легкий литий

160 лет назад, благодаря парижскому профессору физики, инженеру-электрику Гастону Планту, появилась первая свинцово-кислотная батарея — часть любого автомобиля, который сегодня знают все. Когда автомобильный век пришел в себя, свинец удерживал монополию под капотом в течение многих лет, являясь оптимальным типом химического источника тока со значением, достаточным для вращения стартера ДВС.

Однако литиевые батареи (существует множество технологий для батарей с катодами на основе литиевых соединений, мы не будем сейчас вдаваться в подробности, а для простоты будем называть их всех «литиевыми») превзошли своих ведущих дедов, обеспечив такую ​​же емкость. и текущая эффективность в значительно меньшем весе и объеме. Почему мы до сих пор не видим литиевые батареи на полках магазинов автозапчастей? Попробуем разобраться!

Зачем мне аккумулятор в машине?

Этот вопрос может показаться странным — ежу все понятно. Однако значение батареи не всегда было одинаковым …

Взять, к примеру, простую старую машину — например, знаменитую Lada Penny. В принципе, для вождения такого автомобиля 12-вольтовая батарея нужна только для запуска двигателя — для питания стартера и первоначального кратковременного питания обмотки генератора. После начала стабильного вращения коленчатого вала стартер выключается, и генератор переходит в режим «самовосстановления», то есть обмотка возбуждения начинает питаться от того же напряжения, которое генерирует. Генератор подал на машину всю мощность, от зажигания до освещения, и батарея больше не участвует в этом процессе. Если аккумулятор теперь отсоединен или даже выброшен из-под капота, двигатель продолжит стабильно работать без него.

Если бы был «кривоватый стартер», самые простые карбюраторные автомобили могли бы обойтись без полной батареи — для вождения, маленькой и маломощной батареи с напряжением 5-10 вольт, передававшей 3-5 ампер тока и нуждающейся только в кратковременно подавать напряжение на обмотку возбуждения генератора при запуске …

Однако такой инновационный минимализм — езда без аккумулятора — был возможен (и даже тогда с оговорками) только на автомобилях с крайне примитивным электрооборудованием без электроники. На машинах, которые получили выключатель зажигания, транзисторную радиостанцию ​​и тем более на первых инжекторах, было уже рискованно выключать батарею после ее запуска. Несмотря на то, что после начала плавной работы мотора батарея все же выходит из игры, уступая место источнику электричества для генератора, на автомобилях с электроникой важна батарея — стабилизирующий фильтр. Батарея, как огромный конденсатор, помогает с током разомкнутой цепи, когда выходной сигнал генератора ослабевает, иногда сглаживает пиковые скачки высокого напряжения и обеспечивает стабильный пульсирующий постоянный ток — «чистый», как говорят инженеры-электронщики. Для потребителей дуба, таких как нагревание лампы или стекла, это необязательно, но для полупроводников это жизненно важно.

Что ж, на современных современных автомобилях с классом выше среднего значение батареи значительно возросло. Здесь, в принципе, невозможно запустить без батареи от буксира, даже если вы вдруг наткнетесь на модификацию автомобиля без автоматической коробки передач. Многие электронные устройства в цифровой шине включаются перед запуском двигателя, и даже перед запуском стартера им удается мгновенно опрашивать состояние различных датчиков и систем, давая одобрительную или запрещающую команду пуска.

В процессе работы двигателя многочисленные электронные устройства требуют стабильного и чистого питания в бортовой сети, и после заклинивания электронные модули продолжают функционировать в течение некоторого времени, завершая хранение различной адаптивной информации. Внезапное исчезновение батареи из-за удаления терминала может привести электронику передовой современной машины в ступор. После возврата батареи на место (или зарядки, разряженной до нуля), двигатель, конечно, запустится, но он непременно бросит водителю несколько «проверок», некоторые из которых не исчезнут сами собой, но будут погашается только с помощью официального диагностического программного обеспечения от чиновников …

Есть ли литиевые батареи?

Итак, мы должны признать, что в современном автомобиле аккумулятор несет гораздо большую ответственность, чем полвека назад. Но нужно ли ему, как и полвека назад, быть таким здоровенным и массивным? Сегодня многие автовладельцы имеют так называемый «пусковой усилитель» или «пусковой стартер» — 12-вольтную портативную батарею с литиевой батареей и проводами типа «крокодил», которая может запустить двигатель практически любого автомобиля с полностью разряженной батареей. Эти миниатюрные гаджеты легко запускают не только бензиновые двигатели небольших автомобилей, но и многолитровые дизельные двигатели внедорожников и легких грузовиков … Держа в руках такую ​​игрушку, вы невольно задаетесь вопросом: зачем вам 20 кг свинцовый аккумулятор, достаточно ли поллила из лития?

Вопрос, который лежит на поверхности, вполне закономерен. Преимущества замены «свинца» на «литий» были бы очевидны и неоспоримы — в автомобильной промышленности борьба за потерю веса никогда не прекращалась, и любые, даже самые незначительные победы на этом фронте всегда представляются производителями как технические успехи. , и движение по пути прогресса. Да, и чисто практическая выгода очевидна — срок службы лития должен быть в два-три раза дольше, чем у свинца. Но, минуя все магазины автозапчастей в городе, вы не найдете литиевую батарею … Почему? Их не существует?

Существовать. Однако распространенность настолько мала, что они выпускаются исключительно автомобильными брендами для нескольких моделей и не имеют альтернативных аналогов. Названия машин, на которых установлены литиевые стартерные батареи, говорят сами за себя, и нет никаких оснований удивляться отсутствию таких батарей в магазинах — литий превращает стартеры в гражданские модели McLaren (570S, 650S, MP4-12C). ), Porsche Cayman R, 911 GT3, Boxster Spyder, Mercedes S-класс W221, W222, CLS-класс C218 и ряд других, BMW M3, M4 и аналогичные одиночные модели некоторых других брендов. Стандартные литиевые батареи существуют уже около десяти лет, но их все еще очень мало, и они используются исключительно в высокотехнологичных премиальных и спортивных автомобилях.

Конструктивные особенности литиевых батарей и работа машин с ними

Как правило, корпуса литиевых батарей повторяют геометрию стандартных свинцовых батарей. Их силовые клеммы идентичны. Электрические параметры обычных литиевых батарей такие же, как у свинцовых аккумуляторов, подходящих для аналогичных двигателей. Например, литиевая батарея Mercedes имеет емкость 78 ампер-часов и максимальный холодный ток 550 ампер. Если вес значительно не ниже — 12 кг. Хотя в лучшем случае он вдвое ниже … Не в десять, не в пять и даже не в три, как вы могли ожидать.

«Ежедневная» литиевая батарея BMW имеет емкость 69 ампер-часов, 770 ампер тока при холодной прокрутке и вес 14 килограммов … Но «спортивная» литиевая батарея Porsche способна заменить 60-амперную свинцовую проводку. Аккумулятор с пусковым током 480 ампер имел емкость всего … 18 ампер-часов, но в то же время он весит 6 килограммов и стоит столько же, сколько пачка сигарет!

Литиевая стартерная батарея чаще всего «не может быть просто взята и заменена» (c) на свинцовый, традиционный дизайн. Помимо стандартных контактов питания, такая батарея имеет дополнительный информационный разъем — вместе с ней она подключена к цифровой шине данных, которая обеспечивает постоянный диалог между батареей и машиной, а также управление батареей. В принципе, вы можете перенастроить некоторые автомобили из лития в свинец, но эту процедуру делают только офицеры, и сосед Вася (который уверяет его, что он диагност) здесь не поможет … А офицеры не перепрограммируют дешево, потому что они заинтересованы в продаже вам новой оригинальной литиевой батареи за 2000 долларов, а не свинцовой за 100 долларов …

McLaren MP4-12C

Однако на некоторых машинах «свинец» можно использовать временно и без вмешательства программного и аппаратного обеспечения. Например, в руководстве пользователя суперкара McLaren MP4-12C говорится, что в чрезвычайной ситуации (когда литиевая батарея стартера полностью неисправна или отсутствует) вы можете временно использовать традиционную свинцово-кислотную батарею. Автомобиль частично «сойдет с ума»: ряд функций начнет работать некорректно — индикация разряженной батареи, указателей поворота, парктроника, в качестве меры безопасности, они не поднимутся до конца стекла двери и т. Д. Однако машина все равно заводится и будет ездить.

Но тот же Porsche, который когда-то представил свою 6-фунтовую «спортивную» батарею, продемонстрировал ориентацию на клиента, предложив ее в качестве дополнительного совместимого варианта для традиционной свинцово-кислотной батареи. И он предупредил пользователей своих автомобилей: легкая батарея оптимальна для теплого сезона, и даже при небольшом минусе на улице ее емкость (аж крошечная!) Заметно упадет. А поскольку батареи являются взаимозаменяемыми, из-за климатического выбора лития владельцам спортивных автомобилей рекомендуется ездить «на ходу» каждый день, а при посещении ипподрома временно менять батарею на свет, чтобы улучшить управляемость и динамику.

Собственно, насчет холода … Итак, мы добрались до главной проблемы литиевых стартерных батарей — страха перед морозом и сопутствующего страха перед глубоким разрядом. Конечно, химия лития развивается, современные аккумуляторы значительно расширили температурный диапазон своих предшественников десять лет назад, но литий (который, кстати, тоже страдает от мороза) уступает морозостойкости.

В электромобилях литиевые высоковольтные батареи имеют принудительный нагрев, но если тяговая батарея емкостью не менее 30 киловатт-часов имеет саморазогревающийся ресурс, это не работает с 12-вольтовой стартерной батареей. Риск не запуститься зимой в ситуации, когда аналогичный автомобиль с «свинцом» успешно запускает стартер, гораздо выше с «литием», и с этим пока ничего не сделано.

Длительное время простоя с небольшим холодом (или даже теплом!), Кстати, не менее опасно, чем внезапный морозный удар. Например, владельцы BMW M-line с литиевыми батареями уже жаловались на сбой батареи из-за длительного простоя. Батареи ушли в глубокий разряд, электроника в них была заблокирована и не реагировала ни на «освещение», ни даже на внешние зарядные устройства. Некоторые американские покупатели нового баварского Emoc даже сталкивались с подобными, чьи батареи скончались, в то время как заказанный клиентом автомобиль отправился из Европы к государственному дилеру через 2-3 месяца. А тем, кто не следил за уровнем заряда, приходилось покупать новый уже за свой счет …

Но если ты все еще … действительно хочешь?

Следует признать, что в целом литиевые стартерные батареи сегодня могут принести реальную выгоду либо очень искушенному гонщику, который серьезно «ловит» каждый грамм веса, либо самому автопроизводителю, который фактически использует их только для того, чтобы подчеркнуть свои собственные инновации, которые вряд ли почувствует себя окончательным владельцем, способным. Но избавиться от геморроя легко … В общем, у владельца массового автомобиля нет объективных аргументов в пользу приобретения стартового «лития» — и даже десятилетний срок службы не убедит покупателя: это редко для тех, кто имеет владел автомобилем так долго и меняет его за этот период, 2-3 свинцовых аккумулятора по 100 долларов объективно намного дешевле, чем инвестировать в литий по 1000-2000 долларов с его нюансами и ограничениями.

Тем не менее круг людей, которые хотят найти такой аккумулятор, существует, и он шире, чем кажется на первый взгляд. Легкий вес и полная герметичность ценятся, например, любителями бюджетного автоспорта, профессиональными джиперами, готовящими свои машины к жестким соревнованиям, или любителями спортивного автозвука. А также неугомонные владельцы самых обычных автомобилей, которые просто хотят поставить «что-то интересное» под капот.

На легкие 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, хотя и не очень большие, спрос довольно стабилен и даже растет, и его удовлетворяют небольшие ремесленные мастерские. Вы можете заказать литиевую стартерную батарею с любыми параметрами — как в стандартном корпусе батареи, так и в любом размере, с полной защитой от перезаряда, глубокого разряда и короткого замыкания или с более дешевой частичной. Производители обычно подчеркивают, что электроника их батарей обеспечивает полную совместимость со свинцовыми режимами — просто замените батарейки друг на друга и все. Не нужно увеличивать напряжение генератора, перепрограммировать что-либо и т. Д.

Опель Астра GTC

Максимальный пусковой ток небольших литиевых батарей, собранных на довольно современных элементах, составляет 530-550 ампер, что достаточно для большинства автомобилей. Цена зависит от мощности, а для моторов объемом до двух литров даже хватит … 10 ампер-часов! С такой батареей вполне возможно эксплуатировать машину как транспортное средство каждый день, избегая, конечно, таких ситуаций, как простои с включенной музыкой во время пикника. Поэтому, все же, «десятки» батарей обычно покупают любители, которые ездят по шоссе дешево — владельцы горячих хэтчбеков, таких как Opel Astra GTS или Renault Megane RS, которые совершенно безобидны, чтобы бросить килограмм с пятнадцати до двадцати от передней оси. Стоимость такого «спортивного» аккумулятора составляет порядка 14–15 тысяч рублей: это не коробка от Porsche за 3000 долларов, хотя автомобили далеко от Porsche…

Литиевая батарея, которая может использоваться так же, как и стандартная свинцовая батарея, в течение 55-65 ампер-часов, уже имеет емкость около 20-25 ампер-часов и имеет полный спектр защит, включая защиту на нижнем пороге. разряда. Это будет стоить около 25-30 тысяч рублей. По сравнению со стандартными батареями, упомянутыми выше, цены очень скромные, хотя не все будут удовлетворены не заводским происхождением батарей.

Кстати, нельзя не упомянуть и транспортный сектор, где литиевые стартерные батареи успешно проникли и даже закрепились. Это мототехника — самокаты, мотоциклы, квадроциклы. Для них доступен относительно широкий (хотя и несопоставимый со свинцом) выбор промышленных литиевых батарей (а не кустарного производства!). Производство, мощность которого составляет 3–7 ампер, является более или менее недорогим, абсолютно безразлично к любым видам встряхивания, и банки легко запечатываются. Что ж, проблема страха перед холодом была решена сама собой — автомобили, за исключением снегоходов, все еще эксплуатируются в подавляющем большинстве случаев при положительных температурах или, в крайнем случае, с небольшим минусом, для бесстрашных аккумуляторов.