Литиевые батареи сегодня повсюду — они практически вытеснили все другие типы батарей. Однако традиционный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания упорно сопротивляется «литиевой экспансии», по-прежнему используя для запуска двигателя классические свинцово-кислотные аккумуляторы, которым, кстати, в этом году исполнилось 160 лет! Почему это происходит?
160 лет назад благодаря Гастону Планту, парижскому профессору физики и инженеру-электрику, был изобретен первый свинцово-кислотный аккумулятор, который сегодня является привычным компонентом каждого автомобиля. Когда наступила автомобильная эра, в течение многих лет монополистом под капотом был «свинец», который являлся оптимальным типом химического источника тока достаточной величины, чтобы поддерживать стартер двигателя внутреннего сгорания во вращении.
Однако литиевые батареи (существует несколько технологий катодных батарей на основе соединений лития, мы не будем вдаваться в нюансы и для простоты будем называть их все «литиевыми») превзошли своих свинцовых дедушек и бабушек, обеспечив такую же емкость и показатели тока при существенно меньшем весе и объеме. Почему мы до сих пор не видим литиевых стартерных батарей на прилавках магазинов запчастей? Давайте узнаем!
Для чего вообще нужен аккумулятор в автомобиле?
Этот вопрос может показаться странным — как будто для ежа все понятно. Но значение батарей не всегда одинаково….
Возьмем, к примеру, обычный старый автомобиль — вроде всем знакомой «Копейки-Жигули». В принципе, для управления таким автомобилем аккумулятор на 12 В необходим только для запуска двигателя — для питания стартера и кратковременного включения обмотки возбуждения генератора. Как только коленчатый вал начинает устойчиво вращаться, стартер выключается, и генератор переходит в режим «самоподпитки», т.е. обмотка возбуждения начинает питаться тем же напряжением, которое она генерирует сама. Все электропитание автомобиля, от зажигания до освещения, берет на себя генератор переменного тока, и аккумулятор больше не участвует в этом процессе. Если аккумулятор отсоединить или вообще убрать из-под капота, двигатель продолжает устойчиво работать и без него.
С «кривым стартером» простейшие карбюраторные автомобили практически могли обходиться без полноценного аккумулятора — для движения автомобиля достаточно было небольшой и маломощной батареи на 5-10 вольт, дающей ток 3-5 ампер, нужно было лишь кратковременно подавать напряжение на обмотку возбуждения генератора при повороте ключа.
Но таков был пионерский минимализм — езда без аккумулятора была возможна (и то с оговорками) только на автомобилях с очень примитивным электрооборудованием без электроники. В автомобилях, получивших коммутатор в зажигании, транзисторный радиоприемник и особенно первые инжекторы, стало рискованно отсоединять аккумулятор после зажигания. Хотя после того, как двигатель начинает работать тихо, аккумулятор больше не нужен, уступая роль источника энергии генератору переменного тока, в автомобилях с электроникой аккумулятор сохраняет важную роль фильтра-стабилизатора. Подобно большому конденсатору, батарея помогает обеспечить ток на холостом ходу, когда мощность генератора слаба, сглаживает случайные скачки высокого напряжения и делает пульсирующий постоянный ток стабильным — «чистым», как говорят электронщики. Для тусклых потребителей, таких как лампочка или нагревательный стакан, это не имеет значения, но для полупроводников это имеет решающее значение.
В современных продвинутых автомобилях выше среднего класса важность аккумулятора резко возросла. Здесь запуск без аккумулятора с буксира практически невозможен, даже если вам попадется модификация автомобиля без автоматической коробки передач. Многочисленные электронные блоки, расположенные на цифровой шине, включаются до запуска двигателя, и даже до того, как стартер успевает мгновенно просмотреть различные датчики и системы, выдавая в итоге команду запуска.
Пока двигатель работает, многочисленные электронные системы требуют стабильного и чистого питания от сети, и электронные модули продолжают работать некоторое время после выключения, завершая процессы хранения различной адаптивной информации. Внезапное отключение аккумулятора путем снятия клеммы может ввергнуть электронику сложного современного автомобиля в ступор. После возвращения аккумулятора на место (или зарядки разряженного до нуля) двигатель, конечно, запустится, но он обязательно завалит водителя рядом «проверок», некоторые из которых не исчезнут сами собой и будут погашены только с помощью диагностического программного обеспечения компании offices…..
Существуют ли литиевые стартерные батареи?
Поэтому следует признать, что в современном автомобиле на аккумулятор возлагается гораздо большая ответственность, чем полвека назад. Но должен ли он быть таким же большим и массивным, как полвека назад? Сегодня у многих автовладельцев есть так называемый «стартер бустер» или «джамп стартер» — портативный 12-вольтовый powerbank с литиевой батареей и «крокодилами», способный запустить двигатель практически любого автомобиля с полностью севшим обычным аккумулятором. Эти маленькие гаджеты запускают не только бензиновые двигатели небольших автомобилей, но и многоцилиндровые дизельные двигатели микроавтобусов и легких грузовиков….. Взяв в руки такую игрушку, мы невольно задаемся вопросом: зачем нам 20-килограммовый свинцовый аккумулятор, если вполне достаточно полкило лития?
Вопрос, лежащий на поверхности и вполне логичный. Выгода от замены «свинца» на «литий» очевидна и неоспорима — борьба за снижение веса в автомобильной промышленности никогда не прекращалась, и каждая, даже самая маленькая победа на этом фронте всегда преподносится производителями как инженерный успех и движение вперед. И чисто практическая польза очевидна — срок службы «лития» должен быть в два-три раза больше, чем «свинца». Но, обойдя все магазины запчастей в городе, вы не найдете литиевой батареи….. Почему? Разве они не существуют?
Да. Но преимущество настолько незначительно, что они выпускаются автомобильными брендами только для нескольких моделей и не имеют альтернативных аналогов. Названия автомобилей, которые комплектуются литиевыми стартерными батареями, говорят сами за себя, и вас не должно удивлять их отсутствие в магазинах — «Lithium» делает стартеры в гражданских моделях McLaren (570S, 650S, MP4-12C), Porsche Cayman R, 911 GT3, Boxster Spyder, Mercedes S-classse W221, W222, CLS-classse C218 и других, BMW M3, M4 и в некоторых других единичных моделях. Серийные литиевые батареи существуют уже около десяти лет, но все еще редки и используются только в высококлассных автомобилях премиум-класса и спортивных автомобилях.
Особенности конструкции литиевых АКБ и эксплуатации машин с ними
Как правило, корпуса литиевых батарей повторяют геометрию стандартных свинцовых батарей. Их силовые клеммы также идентичны. Электрические характеристики «повседневных» литиевых батарей такие же, как у свинцовых батарей, подходящих для аналогичных двигателей. Литиевая батарея Mercedes, например, имеет емкость 78 ампер-часов и максимальный ток холодного пуска 550 ампер. При этом вес значительно меньше — 12 килограммов. Хотя она ниже в лучшем случае на половину…. Не в десять раз, не в пять и даже не в три раза, как можно было бы ожидать.
«Повседневная» литиевая батарея BMW имеет емкость 69 ампер-часов, ток холодного пуска 770 ампер и весит 14 килограммов….. Но «спортивная» литиевая батарея Porsche, способная заменить свинцовую батарею емкостью 60 ампер-часов при токе холодного пуска 480 ампер, имела емкость всего….. 18 ампер-часов, но весил 6 килограммов и был высотой с пачку сигарет!
Литиевая стартерная батарея обычно «просто не взаимозаменяема» (c) со свинцовой батареей обычной конструкции. Помимо стандартных силовых контактов, батарея имеет дополнительный информационный разъем — обеспечивающий подключение к цифровой шине данных, что позволяет вести постоянный диалог между батареей и автомобилем и контролировать состояние батареи. В принципе, перенастроить некоторые автомобили с «лития на свинец» возможно, но эту процедуру делают только офицеры, а сосед Вася (который утверждает, что он диагност), не помогает….. И офицеры не будут перепрограммировать его дешево, потому что их главный интерес — продать вам новый оригинальный литиевый аккумулятор за 20 тысяч рублей, а не свинцовый за 10 000 рублей?
Однако в некоторых автомобилях «провод» можно использовать временно и без вмешательства в программное обеспечение и проводку. Например, в руководстве пользователя суперкара McLaren MP4-12C говорится, что в экстренной ситуации (когда литиевая стартерная батарея полностью повреждена или отсутствует) можно временно использовать традиционную свинцово-кислотную батарею. Эта деталь «сходит с ума» от множества функций — индикация низкого заряда батареи, сигналы поворота, датчики парковки, не полностью поднятые стекла дверей в качестве функции безопасности и т.д. Тем не менее, автомобиль заводится и едет.
И именно сама компания Porsche, представив в свое время шестикилограммовую «спортивную» батарею, продемонстрировала свою ориентацию на потребителя, предложив ее в качестве дополнительной совместимой опции к традиционной свинцово-кислотной батарее. И она предупредила пользователей своих автомобилей: легкая батарея оптимальна для теплого времени года, и даже при небольшом минусе на улице ее емкость (и без того ничтожная!) заметно снизится. Поскольку батареи являются сменными, из-за климатической стойкости лития, владельцам спортивных автомобилей рекомендовалось каждый день ездить на «свинце», а при посещении гоночного трека временно переходить на более легкую батарею для улучшения управляемости и динамики.
На самом деле о холоде … Здесь мы подходим к едва ли не главной проблеме литиевых стартерных батарей — боязни отрицательных температур и сопутствующей боязни глубокого разряда. Конечно, химия лития развивается, современные батареи значительно расширили диапазон рабочих температур по сравнению с их предшественниками десятилетней давности, но все же литий (который, кстати, тоже сильно страдает от мороза) уступает им по морозостойкости.
Для электромобилей высоковольтные литиевые батареи имеют принудительный подогрев, но если тяговая батарея емкостью не менее 30 киловатт-часов имеет ресурс саморазогрева, то со стартерной 12-вольтовой батареей она работать не будет. Риск не завестись зимой, когда аналогичный автомобиль с «наводкой» успешно крутит стартером, у литиевых гораздо больше, и с этим ничего нельзя поделать.
Длительный простой на легком морозе (или даже в тепле!), кстати, не менее опасен, чем внезапный сильный мороз. Владельцы BMW M-line с литиевыми батареями, например, уже жаловались на отказы батарей, вызванные длительной работой на холостом ходу. Батареи разряжались, электроника блокировалась и не реагировала на «прикуриватель» или даже внешние зарядные устройства. Даже некоторые американские покупатели новых Bavarian Emotions сталкивались с подобной проблемой — их батареи умирали, пока заказанный клиентом автомобиль находился 2-3 месяца в пути из Европы к американскому дилеру. А тем, кто не следил за уровнем заряда, приходилось покупать новый за свой счет…..
А если все же… очень хочется?
Надо признать, что на сегодняшний день литиевые батареи способны принести реальное преимущество как очень умелому гонщику, серьезно «ловящему» каждый грамм веса, так и автопроизводителю, использующему их фактически только для подчеркивания собственной инновационности, которую конечный владелец вряд ли почувствует. Но от многих хлопот легко избавиться….. В общем, объективных причин покупать «литиевый» стартер для массового водителя нет — и даже срок службы якобы в десять лет не убедит покупателя: вряд ли кто-то сегодня держит машину так долго, а замена 2-3 свинцовых аккумуляторов по $100 каждый за этот срок объективно гораздо дешевле, чем вложение в $1000-2000 «лития» с его особенностями и ограничениями.
Тем не менее, круг людей, готовых приобрести такую батарею, существует, и он шире, чем кажется на первый взгляд. Например, небольшой вес батареи и возможность полной герметизации оценят любители бюджетных видов автоспорта, профессиональные водители джипов, готовящие свои автомобили к тяжелым соревнованиям, или поклонники спортивного автозвука. А также для озабоченных владельцев самых обычных автомобилей, которые просто хотят поставить под капот «что-нибудь интересное».
Хотя спрос на 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы не очень высок, он достаточно стабилен и даже растет, и удовлетворяется небольшими мастерскими. Литиевую стартерную батарею можно заказать по любой спецификации, в стандартном корпусе или любого нестандартного размера, с полной защитой от перезаряда, глубокого разряда и короткого замыкания или с более дешевой частичной защитой. Производители обычно подчеркивают, что их батарейная электроника обеспечивает полную совместимость по режимам работы со свинцовыми батареями — просто поменяйте батареи местами и все. Нет необходимости повышать напряжение генератора, перепрограммировать что-либо и т.д.
Максимальный пусковой ток литиевых батарей малой серии, собранных из достаточно современных элементов, составляет 530-550 ампер, что достаточно для большинства автомобилей. Цена, однако, зависит от объема, и для двигателей объемом до двух литров даже…. Достаточно 10 ампер-часов! С таким аккумулятором вы можете довольно эффективно использовать автомобиль в качестве средства передвижения, избегая, конечно, таких ситуаций, как простоя с включенной музыкой на пикнике. Именно поэтому все те же аккумуляторные «десятки» обычно покупают любители недорогих трековых гонок — владельцы горячих хэтчбеков вроде Opel Astra GTS или Renault Megane RS, которые могут сбросить с передней оси 15-20 килограммов. Стоимость такого «спортивного» аккумулятора — около 14-15 тысяч рублей: это вам не коробка Porsche за $3 000, хотя эти машины и не Porsche…
Литиевый аккумулятор, который можно использовать так же, как и стандартный свинцовый аккумулятор емкостью 55-65 ампер-часов — он имеет емкость около 20-25 ампер-часов и набор защитных функций, включая низкий порог разряда. Это будет стоить около 25-30 000 рублей. На фоне вышеупомянутых стандартных батарей цены довольно скромные, хотя не всех устроит нефабричное происхождение батареи.
Кстати, нельзя не упомянуть область транспорта, куда литиевые стартерные батареи успешно проникли и даже закрепились. Имеются в виду мототранспортные средства — скутеры, мотоциклы, квадроциклы. Для них в продаже имеется относительно широкий (хотя пока и не сравнимый со свинцом) выбор промышленно производимых (не самодельных!) литиевых батарей, которые при емкости 3-7 ампер-часов более или менее недороги, совершенно безразличны ко всем ударам и возвратам, легки и герметичны. Что ж, вопрос с холодом решился сам собой — автотранспорт, за исключением снегоходов, в основном эксплуатируется при температуре выше нуля, в крайнем случае — чуть ниже нуля, для аккумуляторов это не страшно.
Источник: kolesa.ru
