Аккумуляторы на литиевой основе сегодня везде – они практически заменили все остальные типы аккумуляторов. Однако автомобиль с традиционным двигателем внутреннего сгорания упорно сопротивляется «расширению лития», по-прежнему используя для запуска двигателя классические свинцовые аккумуляторы, которым, кстати, в этом году исполнилось 160 лет! Почему это происходит?
160 лет назад, благодаря парижскому профессору физики, инженеру-электрику Гастону Планту, появился первый свинцовый аккумулятор — знакомая всем в наши дни часть каждого автомобиля. Когда автомобильная эра вступила в свои права, «свинец» в течение многих лет имел монополию под капотом и был оптимальным типом химического источника тока со значением, достаточным для включения стартера двигателя внутреннего сгорания.
Однако литиевые аккумуляторы (существует множество аккумуляторных технологий с катодами на основе литиевых соединений, но мы не будем сейчас углубляться в нюансы и для простоты назовем их все «литиевыми») превзошли своих ведущих дедов, обеспечив такую же емкость и токоотдачу параметры в значительно меньшем весе и объеме. Почему мы до сих пор не видим литиевые стартерные аккумуляторы на прилавках магазинов автозапчастей? Попробуем узнать!
Для чего вообще нужен аккумулятор в автомобиле?
Этот вопрос может показаться странным — для ежа вроде бы все ясно. Однако стоимость аккумулятора не всегда была одинаковой…
Во-первых, возьмем, к примеру, простой старый автомобиль — вроде всем известной «копейки-жигули». В принципе, для управления таким автомобилем фактически нужен 12-вольтовый аккумулятор как раз для запуска двигателя — который питает стартер и первую кратковременную подачу питания на обмотку возбуждения генератора. После начала устойчивого вращения коленчатого вала стартер выключается, а генератор переходит в режим «самоподхвата» — то есть обмотка возбуждения начинает питаться тем же напряжением, которое она сама вырабатывает. Все электроснабжение автомобиля, от зажигания до освещения, взял на себя генератор, а аккумулятор в процессе больше не участвует. Если сейчас аккумулятор отключить, а то и вовсе выкинуть под капот, двигатель и без него продолжит стабильно работать.
При наличии «кривого стартера» самые простые карбюраторные автомобили могли вообще обходиться без полноценного аккумулятора — для движения достаточно было бы небольшого и слаботочного аккумулятора с напряжением 5-10 вольт, дающий ток 3-5 ампер и необходимый только для кратковременной подачи напряжения на обмотку возбуждения генератора при вращении рукоятки…
Однако такой новаторский минимализм — езда без аккумулятора — был возможен (да и то с оговорками) только на автомобилях с крайне примитивным электрооборудованием без электроники. На машинах, получивших выключатель в зажигании, транзисторную магнитолу и особенно на первых инжекторах, отключать аккумулятор после запуска становилось рискованно. Несмотря на то, что после начала бесперебойной работы двигателя аккумулятор все равно выходит из игры, уступая место источнику питания для генератора, на автомобилях с электроникой аккумулятор остается важным — фильтрующим и стабилизирующим. Аккумулятор, как огромный конденсатор, помогает питаться на холостом ходу при ослаблении выходной мощности генератора, сглаживает случайные высоковольтные пики и выбросы, делает пульсирующий постоянный ток стабильным — «чистым», как говорят электронщики. Для «дубовых» потребителей, таких как лампочки или подогрев стекла, это не является решающим, а для полупроводников жизненно важным.
Ну а на современных автомобилях высокого класса выше среднего значение аккумулятора резко возросло. Здесь в принципе уже нереально завестись без аккумулятора с буксира, даже если вдруг появится модификация автомобиля без АКПП. Многие электронные устройства, сидящие на цифровой шине, включаются до пуска двигателя, а еще до пуска стартера успевают провести немедленную проверку состояния различных датчиков и систем и, наконец, дать разрешающую или запрещающую команду на начать.
Во время работы двигателя многие электронные устройства требуют стабильного и чистого питания во встроенной сети, а после выключения электронных модулей еще какое-то время продолжают работать, завершая процессы хранения разнообразной адаптивной информации. Внезапное исчезновение аккумулятора через снятие клеммы может вогнать в ступор электронику продвинутого современного автомобиля. Конечно, поставив аккумулятор на место (или зарядив разряженный в ноль), двигатель запустится, но наверняка осыплет водителя несколькими «чеками», часть из которых не исчезнет сама собой, а будет гасится только с помощью фирменного диагностического софта от официалов…
Существуют ли литиевые стартерные батареи?
Так что приходится признать, что в современном автомобиле на аккумулятор возлагается гораздо большая ответственность, чем полвека назад. Но нужно ли ему, как и тому же полвека назад, быть таким свирепым и массивным? Сегодня у многих автовладельцев есть так называемый «стартер-бустер» или «джамп-стартер» — портативный 12-вольтовый повербанк с литиевой батареей и проводами «крокодил», способный запустить двигатель практически любого автомобиля с полностью заглохшим стандартный аккумулятор. Эти миниатюрные гаджеты с легкостью запускают не только бензиновые двигатели малолитражных автомобилей, но и многолитровые дизели внедорожников и легких грузовиков… Имея в руках такую игрушку, невольно задумываешься: зачем нам 20 килограммов свинцового аккумулятора, примерно полкилограмма «лития» достаточно»?
Вопрос лежит на поверхности, и вполне естественно. Выгода от замены «свинца» на «литий» была бы очевидна и неоспорима — борьба за снижение веса в автомобилестроении никогда не прекращалась, и все, даже самые незначительные победы на этом фронте, всегда преподносятся производителями как технические успехи и движение по линии проезжей части. Да и чисто практическая заслуга — срок службы «лития» должен быть в два-три раза выше, чем у «свинца». Но если обойти все магазины автозапчастей в городе, литиевой батареи не найдешь… Почему? Их не найти?
Существовать. Однако их распространенность настолько мала, что они выпускаются исключительно автомобильными марками даже для нескольких моделей и не имеют альтернативных аналогов. Названия автомобилей, на которые устанавливаются литиевые стартерные аккумуляторы, говорят сами за себя, и не стоит удивляться отсутствию таких аккумуляторов в магазинах — «литиевые» бьют стартеры гражданских моделей McLaren (570S, 650S, MP4-12C), Porsche Cayman R, 911 GT3, Boxster Spyder, Mercedes S-Class W221, W222, CLS-Class C218 и ряд других, BMW M3, M4 и аналогичные отдельные модели некоторых других марок. Серийные стандартные литиевые аккумуляторы существуют уже около десяти лет, но до сих пор встречаются очень редко и используются исключительно в высокотехнологичных автомобилях премиум-класса и спортивных автомобилях.
Особенности конструкции литиевых АКБ и эксплуатации машин с ними
Как правило, литиевые батареи повторяют геометрию стандартных свинцовых батарей. У них одинаковые силовые клеммы. Электрические параметры «бытовых» литиевых аккумуляторов такие же, как и у свинцовых аккумуляторов, подходящих для аналогичных двигателей. Например, литиевая батарея Mercedes имеет емкость 78 ампер-часов и максимальный ток холодного пуска 550 ампер. Разве что вес значительно ниже — 12 кило. Хотя в лучшем случае в два раза ниже… Не в десять, не в пять и даже не в три раза, как можно было бы ожидать.
«Бытовой» литиевый аккумулятор BMW имеет емкость 69 ампер-часов, ток холодного пуска 770 ампер и вес 14 килограммов… А вот «спортивный» литиевый аккумулятор от Porsche, способный заменить свинцовый аккумулятор на 60 ампер-часов при пусковом токе 480 ампер, емкость была всего… 18 ампер-часов, но при этом он весит 6 килограммов и ростом с пачку сигарет!
Литиевый стартерный аккумулятор «нельзя просто так взять и поменять» (с) на свинцовый, традиционной конструкции. Помимо стандартных силовых контактов такая батарея имеет дополнительный информационный контакт — он подключен к цифровой шине данных, что обеспечивает постоянный диалог между батареей и машиной и управление батареей. В принципе, некоторые автомобили можно перенастроить с «лития на свинец», но эту процедуру делают только официалы, и сосед Васи (который уверяет, что он диагност) тут не поможет… Да и официалы не перепрограммировать дешево, потому что они в первую очередь заинтересованы в том, чтобы продать вам новую настоящую литиевую батарею за 2000 долларов, а не лид за 100 долларов…
Макларен MP4-12C
Но на некоторых машинах «свинец» можно использовать временно и без вмешательства в софт и хард. Например, в руководстве по эксплуатации суперкара McLaren MP4-12C сказано, что в предаварийной ситуации (когда литиевая стартерная батарея полностью неисправна или отсутствует) можно еще временно использовать традиционную свинцово-кислотную батарею. Автомобиль «сойдет с ума»: ряд функций не будет работать должным образом – индикация низкого заряда батареи, поворотники, парктроник, в качестве меры предосторожности стекло двери не будет подниматься до конца и т д. Однако автомобиль все равно заведется и иди.
Но тот же Porsche, когда в свое время представил свой шестикилограммовый «спортивный» аккумулятор, продемонстрировал клиентоориентированность, предложив его в качестве дополнительной совместимой альтернативы традиционному свинцово-кислотному аккумулятору. И предупредил пользователей его машин: легкая батарея оптимальна для теплого времени года, и даже при небольшом минусе на улице емкость (и без того небольшая!) заметно упадет. А так как аккумуляторы сменные, то из-за климатической тонкости лития владельцам спортивных автомобилей рекомендовалось ежедневно ездить на «свинце», а при посещении гоночной трассы временно менять аккумулятор на более легкий для улучшения управляемости и динамики.
Собственно о холоде… Вот мы и добрались почти до главной проблемы литиевых стартерных аккумуляторов — боязни отрицательных температур и сопутствующей ей боязни глубокого разряда. Конечно, литиевая химия развивается, современные аккумуляторы значительно расширили температурный диапазон своих десятилетних предшественников, но все же свинцу (который, кстати, тоже сильно страдает от мороза) литий пока уступает по морозостойкости.
В электромобилях высоковольтные литиевые батареи имеют принудительный подогрев, но если тяговая батарея емкостью не менее 30 киловатт-часов имеет ресурс самоподогрева, то с 12-вольтовой стартерной батареей это не пройдет. Риск не завестись зимой в ситуации, когда аналогичный автомобиль с «свинцом» крутит стартером, гораздо выше для «литиума», и с этим пока ничего не поделаешь.
Длительный простой в небольшой мороз (и даже в жару!), кстати, не менее опасен, чем внезапный сильный мороз. Например, владельцы BMW M-line с литиевыми аккумуляторами уже жаловались на выход из строя аккумуляторов из-за длительного простоя автомобиля. Аккумуляторы ушли в глубокий разряд, электроника в них заблокировалась и не реагировала ни на «засветку», ни даже на внешние зарядные устройства. С подобными ситуациями сталкивались даже некоторые американские покупатели новых баварских Эмок, у которых успели сесть аккумуляторы, пока заказанная заказчиком машина шла 2-3 месяца 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?
Приходится признать, что, по большому счету, сегодняшние литиевые стартерные аккумуляторы могут принести реальную пользу либо очень искушенному автогонщику, серьезно «захватывающему» каждый грамм веса, либо самим автопроизводителям, которые на самом деле используют их лишь для того, чтобы подчеркнуть собственное новшество, которое конечный владелец вряд ли почувствует. А вот от геморроя легко избавиться… В общем, объективных аргументов для массового автовладельца в пользу покупки стартерной «литиевой» нет — и даже срок службы якобы в десять лет не убедит покупателя: редко кто-нибудь держит сегодня автомобиль так долго, и даже поменять его за этот период на 2-3 свинцовых аккумуляторах по 100 долларов за штуку объективно гораздо дешевле, чем вкладываться в «литий» по 1000-2000 долларов с его нюансами и ограничениями.
Тем не менее, круг желающих обзавестись таким аккумулятором существует, и он шире, чем кажется на первый взгляд. Небольшой вес и полную герметичность ценят, например, любители недорогого автоспорта, профессиональные джиперы, готовящие свои автомобили к жестким соревнованиям, или любители спортивного автомобильного звука. А также неугомонные владельцы самых обычных автомобилей, которые просто хотят поставить под капот «что-нибудь интересное».
На легкие 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы есть хоть и не слишком большой, но вполне стабильный и даже растущий спрос, и он удовлетворяется небольшими ремесленными мастерскими. Вы можете заказать литиевую стартерную батарею со всеми параметрами — как в стандартном аккумуляторном корпусе, так и в любом индивидуальном корпусе, с полной защитой от перезаряда, глубокого разряда и короткого замыкания, или с более дешевой деталью. Производители обычно подчеркивают, что электроника их аккумуляторов обеспечивает полную совместимость по режимам работы со свинцом — просто замените аккумуляторы друг на друга и все. Не нужно поднимать напряжение генератора, что-то перепрограммировать и т.д.
Опель Астра GTC
Максимальный пусковой ток мелкосерийных литиевых аккумуляторов, собранных на достаточно современных элементах, составляет 530-550 ампер, чего достаточно для большинства автомобилей. Цена зависит от мощности, а для двигателей до двух литров даже… 10 ампер-часов достаточно! С таким аккумулятором вполне можно эксплуатировать машину как транспортное средство ежедневно, ну и конечно избежать таких ситуаций, как простои с включенной музыкой на пикнике. Поэтому аккумуляторы «десятки» обычно покупают любители дешево ездить по трассе — владельцы горячих хэтчбеков, типа Opel Astra GTS или Renault Megane RS, для которых совершенно безвредно терять пятнадцать-двадцать килограммов с передней оси. Стоимость такого «спортивного» аккумулятора около 14-15 тысяч рублей: это вам не коробка от Порше за 3000 долларов, хотя до Порше автомобилям далеко…
Литиевая батарея, которую можно использовать так же, как и обычный свинец на 55-65 ампер-часов, уже имеет емкость ок. 20-25 ампер часов и полный комплекс защит, включая защиту нижнего порога разряда. Это будет стоить примерно 25-30 тысяч рублей. Исходя из упомянутых выше стандартных аккумуляторов, цены очень скромные, хотя не всех устроит не заводское происхождение аккумуляторов.
Кстати, нельзя не упомянуть напоследок транспортную сферу, куда проникли и даже закрепились литиевые стартерные батареи. Это мотоциклы — мотороллеры, мотоциклы, квадроциклы. Для них в продаже имеется относительно широкий (но пока не сравнимый со свинцовым) ассортимент литиевых аккумуляторов промышленного (а не кустарного!) производства, которые при емкости 3-7 ампер-часов более-менее доступны, вполне безразличны к любой форме для тостов и булочек, легкие и герметичные. Ну и проблема боязни холода решилась сама собой — автомобили, за исключением снегоходов, до сих пор ездят в подавляющем большинстве случаев при плюсовых температурах или, в крайнем случае, при небольшом минусе, что не страшно для батареи.
Источник
