Почему на массовых авто не ставят легкие литий-ионные батареи?

Держа в руках пусковой бустер (джамп-стартер, авто пауэр-банк – названий много) весом в пару-другую кило, невольно задаешься вопросом: почему такие штуковины не ставят штатно в машинах? Небольшое и легкое устройство способно запустить двигатель, как микролитражки, так и тяжелого внедорожника.


Ведь, как кажется, главное – завести машину, а потом в дело вступает генератор, который обеспечивает током энергопотребителей. Да, действительно, когда-то для пуска ДВС достаточно было чуть-чуть напряжения и «кривого стартера». В принципе, хватает батарейки, способной выдать 5-10 вольт при токе 3-5 ампер, чтобы возбудить обмотку генератора. Крутанул пару раз рукоятку – и вперед!


Подобная схема работает лишь на автомобилях с примитивным электрооборудованием. На выпускаемых ныне машинах аккумулятор нужен не только для старта двигателя. Батарея, подобно большому конденсатору, сглаживает пульсации тока, обеспечивая его стабильность. Если обороты коленвала падают, АКБ поддержит нужное напряжение. А его строго определенное значение очень важно для элементов электроники – микросхем, например. Это для нитевой лампочки или сетки обогревателя заднего стекла все равно – 11 вольт или 14,5. Нежная электроника такого разброса не потерпит.


В автомобилях классом повыше и годом выпуска пораньше и и вовсе все «завязано» на цифровой шине. Перед пуском движка ЭБУ опрашивает датчики и только потом дает команду – разрешить старт или нет. Это, не говоря уже о том, что попытка завести мотор с «толкача» может «убить» электронику. К проблемам приведет и скидывание клемм с аккумулятора у работающего двигателя. Но вернемся к литий-ионным батареям: неужели их совсем не ставят на серийные авто? Ставят, но список таких машин очень небольшой и в основном это спортивные или (и) дорогие авто типа Porsche GT3/GT2. Об электрокарах не говорим: там батареи иного типа использовать не получится.

Как устроены и работают литий-ионные АКБ

Чистый Li в состав таких аккумуляторов не входит: используют оксиды с кобальтом, никелем, фосфатами, железом, марганцем. Из этих материалов изготавливают катод. Анод делают из графена либо графита. Роль электролита играют литиевые соли с растворителями на базе органики.


Интересно, но преимуществ у литий-ионных батарей не так много, и, в первую очередь, это малая масса, габариты. Например, если свинцовая АКБ в 90 А*ч весит где-то 24 кг, то аккумулятор на основе Li – всего лишь 5 кг. Это говорит о том, что у таких батарей высокая энергоемкость. Еще пара плюсов заключаются в способности быстро заряжаться и, при необходимости оперативно отдавать ток, а также – невысокая «склонность» к потере емкости при неиспользовании.


И последнее – отсутствие какого-либо обслуживания на протяжении всего эксплуатационного ресурса. Впрочем, современные свинцово-кислотные АКБ тоже при соблюдении правил использования не требуют вмешательства на протяжении всего жизненного цикла. А теперь – о минусах, которые и предопределили нежелание автопроизводителей устанавливать эти аккумуляторы на массовые машины.

Недостатки литий-ионных батарей

На первое место можно поставить сильную зависимость от температуры окружающей среды. Особенно опасен перегрев свыше 60°С и глубокий разряд. Здесь все дело в конструкции. При работе батареи в нормальных условиях на аноде есть слой графита, защищающий от агрессивного электролита. Когда температура увеличивается или АКБ сильно разряжается, покрытие разрушается. А при восстановлении штатных условий работы слой будет формироваться заново за счет графита и лития. Фактически, характеристики «классической» батареи этого типа будут ухудшаться каждый год на 4-6%. К тому же, сильный перегрев грозит взрывом: вспомните недавние теракты в Палестине, когда в гаджетах по сигналу извне перегревались аккумуляторы и пейджеры разносило на куски.


Следующий момент – присутствие кобальта в конструкции литиевой АКБ опасно для здоровья человека и экологии в целом. Поэтому после окончания ресурса такой аккумулятор необходимо утилизировать. И это, уже не говоря о стоимости изделий: она может достигать сотни и более тысяч рублей. Так неужели литиевым батареям в массовые авто путь заказан? Не все так плохо: производители уверены, что за подобными аккумуляторами – будущее и упорно работают над их совершенствованием по всем «минусовым» позициям.

Литий-железо-фосфатные батареи LiFePO4

Это про них известная фраза «если нельзя, но очень хочется, то можно». Такие аккумуляторы, по сравнению с «классическими» литиевыми, имеют целый ряд преимуществ. И первое из них – температурный диапазон, находящийся в пределах от -30 до +55°С. Даже в лютый мороз LiFePO4 сохраняет 70% емкости. А что насчет перегрева? Открытого пламени, взрыва не будет, а вот дым повалит. Кобальт в состав АКБ не входит: в экологическом плане это тоже плюс.


По массе батарея будет тяжелее «чисто» литиевого «коллеги», но легче свинцово-кислотного. Например, масса аккумулятора емкостью 60 А*ч – 5 кг. Что касается цены, то она находится в пределах 23-40 тыс. руб. за батарею для легкового автомобиля. Но даже если вы решите «идти в ногу с прогрессом» и захотите поставить на свое авто такую АКБ, просто так это сделать не получится.

Нюансы работы литиевых батарей

Они состоят из нескольких ячеек, обычно имеющих напряжение 3,2 В: т. е. четыре штуки как раз выдадут 12,8 В. Однако, здесь каждый элемент «живет своей жизнью». Поэтому, чтобы процесс зарядки/разрядки был сбалансированным, понадобится контроллер. В противном случае срок службы изделия станет стремительно сокращаться.


Второй момент – литиевые АКБ очень чувствительны к тряскам и вибрациям, вызывающих коррозию в местах соединений ячеек. Автомобиль – не телефон, который лежит в кармане, сумочке и не подвергается сильной тряске.


А вот сделать наоборот, т. е. поменять литиевый АКБ на свинцовый в «экстренных случаях» (как написано в инструкции к McLaren MP4-12C) можно. Да, электроника машины «сойдет с ума», загорится «чек», но движок заведется и до сервисного центра вы доедите.


Тем не менее, несмотря ни на что, число любителей прогресса в вопросе литиевых АКБ не только не уменьшается, а растет. Литиевую батарею можно собрать даже самостоятельно, в кустарных условиях, купив отдельные элементы и составив их в батарею. Или попросить собрать аккумулятор «специалиста» из соседнего гаража.


Наверняка он скажет, что перепрошивать ничего не надо, но, как минимум, придется поставить электронную защиту от глубокого разряда. Спрос на подобные изделия есть и даже растет. «Самопальными» литиевыми АКБ пользуются любители погонять на треках на машинах типа Renault Megane RS, когда скинуть десяток-полтора кило будет совсем нелишним. Кстати, для 2-литрового ДВС хватит батареи емкостью …10 А*ч.


Но все-таки, мы крайне не рекомендуем заниматься подобной «самодельщиной». Безопасность – прежде всего!