Литий-ионный апгрейд для вашего автомобиля, но не тот, который вы ожидаете
LiFePO4 —
Мы пробуем обновление литий-ионного аккумулятора 12 В для вашего автомобиля.
Брэдли Айгер —
Увеличить / Батарея Antigravity на месте, с ключом для монитора Bluetooth.
Брэдли Айгер
От iPhone до Tesla, технология литий-ионных аккумуляторов широко распространена в современном мире. Это химия, которую выбирают для широкого спектра приложений из-за ее высокой плотности заряда по сравнению с ее массой, что, в свою очередь, дает такие вещи, как высококлассные ноутбуки, которые могут работать более 10 часов без подзарядки при весе менее четырех фунтов. .
А как насчет того куска свинцово-кислотного газа, который висит в моторном отсеке вашей машины? Истоки этой батареи восходят к середине 19-го века, но даже сегодня вы все еще найдете эту архаичную технологию, обслуживающую электроны, в подавляющем большинстве транспортных средств на дороге, включая электромобили.
В последние годы некоторые автопроизводители начали использовать литий-ионные стартерные аккумуляторы в своих автомобилях, но они в основном ограничивались дорогостоящими дополнительными предложениями в дорогих спортивных автомобилях таких компаний, как Porsche и McLaren. Antigravity хочет изменить это.
-
Это Antigravity H7, литий-железо-фосфатная стартерная батарея напряжением 12 В.
Брэдли Айгер
Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы тяжелые — этот весит 45 фунтов (20 кг).
Брэдли Айгер
Батарея Antigravity имеет такой же размер, но весит всего 15,8 фунтов (7,2 кг).
Брэдли Айгер
Литий-ионный аккумулятор уменьшил вес этого Dodge Hellcat на целых 29 фунтов.
Брэдли Айгер
arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/Porsche-lithium-battery-150×150.jpg» data-src=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/Porsche-lithium-battery.jpg» data-responsive=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/Porsche-lithium-battery.jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/Porsche-lithium-battery.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1741254″>В 2009 году компания Porsche представила 12-вольтовую литий-ионную стартерную батарею в качестве опции за 1700 долларов, но только для своих легких автомобилей 911 GT3, GT3 RS и Boxster Spyder.
Порше
arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/15-battery-visual-comparison-980×653.jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/15-battery-visual-comparison-1440×960.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1741244″>Слева литий-ионный аккумулятор Antigravity. Справа обычный свинцово-кислотный аккумулятор 12В.
Брэдли Айгер
arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/10-antigravity-H7-installed-no-blueooth.jpg» data-responsive=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/10-antigravity-H7-installed-no-blueooth-980×653.jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/10-antigravity-H7-installed-no-blueooth-1440×960.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1741239″> Аккумулятор, установленный в Dodge Hellcat.
Брэдли Айгер
После установки антигравитационная батарея работала отлично.
Брэдли Айгер
Компания из Лос-Анджелеса является детищем Скотта Шафера, инженера и энтузиаста производительности, который увидел надпись на стене более десяти лет назад.
«Еще в 2010 году я купил один из первых доступных литиевых аккумуляторов для мотоциклов, — объясняет он. «Я нашел его на онлайн-форуме — это был парень, который собирал их на заказ. Я думал, что это потрясающий продукт, но в итоге он прослужил всего около трех месяцев, прежде чем вышел из строя. Вскоре после этого я начал сотрудничал с инженером по аккумулятору, который работал в SBC Global. Мы обсудили недостатки этого мотоциклетного аккумулятора, и он объяснил, что если мы сделаем это, это и это, мы сможем создать что-то гораздо более надежное».
Вскоре они приступили к созданию собственной литиевой аккумуляторной батареи для мотоциклов. «Изначально мы просто делали аккумуляторы для себя и наших друзей, которые участвовали в соревнованиях по бегу», — говорит Шафер. «И со временем, просто находясь на трассе и разговаривая об этом с людьми, мы стали получать все больше и больше заказов на эти аккумуляторы».
Реклама
Команда быстро переросла гаражный операционный центр Шафера и перебралась во все более крупные объекты, поскольку слухи о его новом продукте распространились в кругах энтузиастов.
«Именно тогда мы сделали литой пластиковый корпус и начали делать его похожим на настоящие батареи», — шутит он. «И в этот момент он действительно стал законным продуктом».
Перенесемся на десятилетие вперед, и теперь Antigravity является одним из ведущих поставщиков литий-железо-фосфатных аккумуляторов не только для силовых видов спорта, но и для замены автомобильных аккумуляторов на 12 В. «Были и другие компании, которые начали работу примерно в то же время, что и мы, но они не могли или не желали развиваться по мере появления новых технологий», — говорит нам Шафер.
«Настоящим препятствием, которое нам нужно было преодолеть, была разработка внутренней системы управления, которая делает эти батареи безопасными и долговечными в этих типах приложений. Мы знали, что продукт должен соответствовать определенному стандарту, и поэтому мы разработали нашу систему управления батареями — он защищает литий от попадания в ситуации, когда тепловой разгон может быть проблемой из-за перезарядки или других проблем.
И тип литиевой химии, которую мы используем, это фосфат железа или LiFePO4.В целом, это считается самым безопасным литием технология, доступная сегодня».
Испытание в реальных условиях
Antigravity предлагает автомобильные аккумуляторы, которые подходят практически к любому легковому транспортному средству, представленному сегодня на рынке, поэтому мы решили испытать его новейшую и лучшую модель на последней модели Dodge Challenger, в которой используется H7- размер батареи. Помимо преимуществ плотности заряда и абсолютной новизны концепции, батареи Antigravity предлагают несколько важных преимуществ по сравнению со свинцово-кислотными батареями, которые имеют значение в реальных условиях.
«Аккумулятор имеет встроенную функцию аварийного запуска», — отмечает Шафер. «Поэтому, если вы случайно оставите свет включенным или аккумулятор полностью разрядится по какой-либо другой причине, аккумулятор перейдет в спящий режим и сохранит резервную емкость, которая может обеспечить еще четыре или пять запусков двигателя, чтобы вы могли снова запустить автомобиль».
В то время как доступ к этой функции можно получить с помощью кнопки на самой батарее, Antigravity предоставляет брелок, который также позволяет запускать функцию удаленно.
Реклама
Компания также предлагает удаленный монитор батареи, который прикрепляется к клеммам батареи и сообщает о состоянии заряда батареи на мобильное устройство через Bluetooth. Приложение можно бесплатно загрузить в Apple App Store и Google Play, и оно может отправлять push-уведомления, если уровень заряда батареи падает ниже установленного пользователем порога. Приложение также можно использовать для контроля напряжения запуска и проверки системы зарядки.
«Изначально мы стремились к рынку производительности, но есть ряд других факторов, которые также делают литий лучше для обычных приложений», — отмечает Шафер. «Например, у него гораздо более высокий пусковой ток, чем у свинцово-кислотного аккумулятора — вероятно, в два-три раза больше. Это означает более легкий запуск двигателя и меньшую нагрузку на стартер, будь то очень холодно на улице или очень жарко».
Но главная причина, по которой компания Schafer изначально нацелилась на рынок высокопроизводительных аккумуляторов, заключается в том, что литиевые батареи весят значительно меньше, чем их свинцово-кислотные аналоги. Сняв заводскую батарею с нашего Челленджера, мы устанавливаем каждую на напольные весы. Наша заводская свинцово-кислотная батарея весила даже 45 фунтов (20 кг). Антигравитационная батарея? Чуть менее 16 фунтов (7 кг), или примерно треть веса. Делая A/B-сравнение выбора одного за другим, разница действительно ошеломляющая.
Конечно, потеря 30 фунтов не совсем преобразит автомобиль, который весит более двух тонн, но для автокроссовщиков и людей, занимающихся сборкой гоночных автомобилей, сбросить 30 фунтов без потери какой-либо функциональности автомобиля было бы все равно, что получить манну от автомобильных богов. Вы также можете возразить, что при весе 4400 фунтов (1996 кг) Challenger (и большинство современных серийных автомобилей) мог бы использовать всю возможную экономию веса.
После установки новой батареи обещание Шафера о более легком запуске двигателя стало очевидным — стартер действительно звучал по-другому из-за заметно более высокой скорости вращения коленчатого вала. Приложение для мониторинга батареи также работало как часы, подключаясь к машине без суеты, даже когда мы находились внутри здания и в нескольких стенах от машины.
Реклама
«Продолжайте снижать цену»
Но вот что интересно: в то время как хороший свинцово-кислотный аккумулятор H7 стоит около 250 долларов, Antigravity H7 обойдется вам в 829 долларов. Это может быть трудной пилюлей для всех, кроме самых заядлых энтузиастов — или людей, у которых есть машины, которые простаивают в течение длительного периода времени, — но ущерб для вашего кошелька может быть не таким серьезным, как предполагает высокая цена: в то время как вы Если бы вам повезло получить более четырех лет жизни от традиционной свинцово-кислотной батареи, литиевые батареи могут работать в два раза дольше, если не дольше.
Глядя в будущее, Шафер говорит, что сделать технологию пригодной для среднего автомобилиста — одна из главных задач Antigravity. «Надежда состоит в том, чтобы продолжать снижать цену, сохраняя при этом те функции, которые в настоящее время имеет батарея, и расширять набор функций по мере продвижения — интегрировать мониторинг Bluetooth в саму батарею и тому подобное. Но сейчас речь идет о том, чтобы сделать ее более доступный для семьи с минивэном или для человека, которому нужно заменить новую батарею на свой ежедневный пригородный транспорт».
К счастью, неуклонный прогресс — и его неотъемлемое влияние на стоимость новых технологий — должны помочь Antigravity сделать именно это.
Литий-ионный аккумулятор Зарядка и преимущества — PowerTech Systems
Свинцово-кислотные аккумуляторы (что неудивительно) изготавливаются из смеси свинцовых пластин и серной кислоты. Это был первый тип перезаряжаемой батареи, изобретенный еще в 1859 году.
Ионно-литиевые батареи, с другой стороны, являются гораздо более новым изобретением, и их коммерчески жизнеспособная форма появилась только в 19 веке.80-е годы.
Литиевая технология стала хорошо зарекомендовавшей себя и понятной для питания небольших электронных устройств, таких как ноутбуки или беспроводные инструменты, и становится все более распространенной в этих приложениях, вытесняя старый химический состав NiCad (никель-кадмиевых) перезаряжаемых батарей благодаря многочисленным преимуществам лития.
Но, как вы, возможно, помните из множества новостей, появившихся несколько лет назад о возгорании неисправных аккумуляторов для ноутбуков, литий-ионные аккумуляторы также заработали репутацию очень драматических возгораний.
Обычно используемой литий-ионной батареей был оксид лития-кобальта (LiCoO2), и этот химический состав батареи склонен к тепловому разгону, если батарея случайно перезаряжена. Это может привести к возгоранию батареи, а литиевый огонь горит быстро и быстро.
Это одна из причин того, что до недавнего времени литий редко использовался для создания больших аккумуляторных батарей.
Но в 1996 году была разработана новая формула смешения литий-ионных аккумуляторов – Литий-железо-фосфатный e. Известные как LiFePO4 или LFP, эти батареи имеют немного меньшую плотность энергии, но по своей природе негорючие и, следовательно, намного безопаснее, чем литий-кобальт-оксид. И если учесть преимущества, литий-ионные батареи становятся чрезвычайно заманчивыми.
1/ Превосходная «полезная» емкость
В отличие от свинцово-кислотных батарей, считается практичным регулярно использовать 90% или более номинальной емкости банка литиевых батарей, а иногда и больше. Рассмотрим аккумулятор на 100 ампер-часов — если бы это был свинцово-кислотный аккумулятор, было бы разумно использовать от 30 до 50 ампер-часов сока, но с литием вы могли бы получить 9 ампер-часов.0 ампер-часов или даже 100 Ач (100% DoD).
| Полезная емкость свинцово-кислотного AGM | Литий-ионная полезная емкость |
2/ Увеличенный срок службы
Производители и лаборатории сообщают, что от высококачественной батареи LiFePo4 можно ожидать десятки тысяч циклов.
Однако это теоретические значения, которые нелегко проверить.
С практической точки зрения и при реальном использовании батареи LiFePo4 стандартного качества могут обеспечить не менее 2000 циклов заряда/разряда при глубине разряда 80% и скорости разряда 1С, а остаточная емкость остается выше 80%. Эти значения зависят от скорости заряда, глубины разряда и, что более важно, от качества используемых элементов.
Эти результаты срока службы намного лучше, чем химические вещества NMC или NCA, широко используемые в электромобилестроении. Напротив, даже самые лучшие свинцово-кислотные аккумуляторы с глубоким циклом обычно годны только для 500-1000 циклов.
Для аккумуляторов , таких как произведенные PowerTech Systems , с использованием высококачественных элементов, отсортированных и подобранных, 4000–5000 циклов могут поставляться при 1C и 80% DoD. Это количество циклов можно значительно увеличить, уменьшив глубину разряда (DoD).
На приведенной ниже диаграмме показано количество циклов в зависимости от глубины разрядки для линейки продуктов PowerBrick, PowerRack и PowerModule:
Количество циклов в зависимости от глубины разрядки для линейки продуктов PowerBrick, PowerRack и PowerModule3/ Потери и падение напряжения Peukert практически отсутствуют
Кривая разрядки литиевых батарей (особенно по сравнению со свинцово-кислотными) практически плоская – это означает, что батарея, заряженная на 20 %, будет обеспечивать почти такое же выходное напряжение, как и батарея, заряженная на 80 %.
.
Это предотвращает любые проблемы, вызванные «провалом напряжения», характерным для свинцово-кислотных аккумуляторов при их разряде, но означает, что любой монитор батареи или автоматический запуск генератора, зависящий от уровня напряжения, скорее всего, не будут работать должным образом при мониторинге литиевой батареи.
Кривые разряда литий-ионных аккумуляторовДругим огромным преимуществом литиевых батарей является то, что потери Пейкерта практически отсутствуют . Это означает, что литий-ионные аккумуляторы могут обеспечивать полную номинальную емкость даже при больших токах. В то время как свинцово-кислотные аккумуляторы могут терять до 40% мощности при высоких нагрузках.
На практике это означает, что литий-ионные батареи очень хорошо подходят для питания сильноточных нагрузок, таких как кондиционер, микроволновая печь или индукционная плита.
Кривые разряда литий-железо-фосфата при различных скоростях C4/ Размер и вес Преимущества
Чтобы подчеркнуть уникальные характеристики с точки зрения веса и размера литий-ионных аккумуляторов, давайте рассмотрим важный пример: свинцово-кислотный и литиевый аккумуляторы.
.
5/ Быстрая и эффективная зарядка
Литий-ионные аккумуляторы можно «быстро» заряжать до 100% емкости. В отличие от свинцовой кислоты, нет необходимости в фазе абсорбции, чтобы сохранить последние 20%. И, если ваше зарядное устройство достаточно мощное, литиевые батареи также можно заряжать безумно быстро. Если вы можете обеспечить достаточное количество зарядных усилителей — вы можете полностью зарядить литий-ионный аккумулятор всего за 30 минут.
Но даже если вам не удастся полностью зарядить аккумулятор до 100 %, не беспокойтесь — в отличие от свинцово-кислотных, отсутствие регулярной полной зарядки литий-ионных аккумуляторов не приводит к их повреждению.
Это дает вам большую гибкость, чтобы подключаться к источникам энергии, когда вы можете их получить, не беспокоясь о необходимости регулярно выполнять полную зарядку. Несколько пасмурных дней с вашей солнечной системой? Нет проблем в том, что вы не можете пополнить запасы до захода солнца, если вы следите за своими потребностями.
С литием вы можете заряжать то, что можете, и не беспокоиться о том, что ваша аккумуляторная батарея постоянно недозаряжена.
6/ Очень мало энергии впустую
Свинцово-кислотные батареи менее эффективны при хранении энергии, чем ионно-литиевые батареи. Литиевые аккумуляторы заряжаются почти со 100% КПД, по сравнению с 85% КПД большинства свинцово-кислотных аккумуляторов.
Это может быть особенно важно при зарядке от солнечной батареи, когда вы пытаетесь выжать максимальную эффективность из каждого усилителя до того, как солнце сядет или скроется за облаками.
Теоретически с литием почти каждая капля солнца, которую вы можете собрать, идет на ваши батареи. С ограниченным пространством на крыше и местом для хранения панелей это становится очень важным для оптимизации каждого квадратного дюйма мощности, которую вы можете установить.
7/ Климатическая устойчивость
Свинцово-кислотные и литиевые батареи теряют свою емкость в холодных условиях.
Как вы можете видеть на диаграмме ниже, литий-ионные батареи намного эффективнее при низких температурах. Кроме того, скорость разряда влияет на производительность свинцово-кислотных аккумуляторов. При -20°C литиевая батарея, обеспечивающая ток 1С (в один раз больше своей емкости), может отдавать более 80% своей энергии, в то время как батарея AGM обеспечивает 30% своей емкости.
Для суровых условий (горячих и холодных) литий-ионный аккумулятор является технологическим выбором.
Емкость в зависимости от температуры8/ Меньше проблем с размещением
Литий-ионные батареи не нужно хранить в вертикальном положении или в вентилируемом батарейном отсеке. Их также можно довольно легко собрать в нестандартные формы — преимущество, если вы пытаетесь втиснуть как можно больше энергии в маленькое отделение.
Это особенно полезно, если у вас есть существующий аккумуляторный отсек ограниченного размера, но вы хотите или нуждаетесь в большей емкости, чем в настоящее время может обеспечить свинцово-кислотная батарея.