
Perché le auto prodotte in serie non sono dotate di batterie leggere agli ioni di litio?
Tenendo tra le mani un amplificatore di avviamento (avviatore di emergenza, power bank per auto - ci sono molti nomi) del peso di un paio di chili, ti chiedi involontariamente la domanda: perché queste cose non vengono installate regolarmente nelle auto? Un dispositivo piccolo e leggero è in grado di avviare il motore sia di una minicar che di un SUV pesante.
Dopotutto, a quanto pare, la cosa principale è avviare l'auto, quindi entra in gioco il generatore, che fornisce corrente ai consumatori di energia. Sì, in effetti, una volta bastava un po' di tensione e uno “starter storto” per avviare un motore a combustione interna. In linea di principio, per eccitare l'avvolgimento del generatore è sufficiente una batteria in grado di erogare 5-10 volt con una corrente di 3-5 ampere. Ho girato la maniglia un paio di volte e sono partito!
Sul VAZ-2101 viene fornita l'inizio con una maniglia! Foto: youtube.com
Questo schema funziona solo su auto con apparecchiature elettriche primitive. Sulle auto prodotte oggi, la batteria è necessaria non solo per avviare il motore. La batteria, come un grande condensatore, attenua le increspature di corrente, garantendone la stabilità. Se la velocità dell'albero motore diminuisce, la batteria manterrà la tensione richiesta. E il suo valore rigorosamente definito è molto importante per gli elementi elettronici, ad esempio i microcircuiti. Lo stesso vale per una lampadina a filamento o per la griglia del riscaldamento del lunotto: 11 volt o 14,5. L'elettronica delicata non tollererà tale dispersione.
Nella Porsche GT2 RS la batteria al litio viene inizialmente installata in fabbrica. Foto: youtube.com
Nelle auto di classe superiore e di anno di produzione precedente, tutto è “legato” a un autobus digitale. Prima di avviare il motore, l'ECU interroga i sensori e solo allora dà un comando: consentire o meno l'avvio. Per non parlare del fatto che provare ad avviare il motore con uno spintore può "uccidere" l'elettronica. Anche scollegare i terminali dalla batteria mentre il motore è in funzione può causare problemi. Ma torniamo alle batterie agli ioni di litio: davvero non sono affatto installate sulle auto di serie? Sì, ma l'elenco di queste auto è molto piccolo e si tratta per lo più di auto sportive e/o costose come la Porsche GT3/GT2. Non parliamo di auto elettriche: lì non è possibile utilizzare altri tipi di batterie.
Il litio puro non è incluso in tali batterie: vengono utilizzati ossidi con cobalto, nichel, fosfati, ferro e manganese. Il catodo è realizzato con questi materiali. L'anodo è realizzato in grafene o grafite. Il ruolo dell'elettrolita è svolto dai sali di litio con solventi a base organica.
È interessante, ma le batterie agli ioni di litio non hanno molti vantaggi e, prima di tutto, sono peso e dimensioni ridotte. Ad esempio, se una batteria al piombo da 90 Ah pesa circa 24 kg, una batteria al litio pesa solo 5 kg. Ciò suggerisce che tali batterie hanno un'elevata capacità energetica. Un altro paio di vantaggi sono la capacità di caricare rapidamente e, se necessario, fornire rapidamente corrente, nonché una bassa “tendenza” a perdere capacità quando non utilizzata.
La scritta 1000ССА significa: la batteria produce 1000 Ah con avviamento a freddo. Foto: youtube.com
E l'ultima cosa è l'assenza di manutenzione durante l'intera vita operativa. Tuttavia le moderne batterie al piombo, se rispettate le regole di utilizzo, non necessitano di interventi durante tutto il loro ciclo di vita. E ora parliamo degli svantaggi che hanno determinato la riluttanza delle case automobilistiche a installare queste batterie nelle auto prodotte in serie.
In primo luogo possiamo mettere una forte dipendenza dalla temperatura ambiente. Il surriscaldamento superiore a 60°C e lo scarico completo sono particolarmente pericolosi. Qui è tutta una questione di design. Quando la batteria funziona in condizioni normali, sull'anodo è presente uno strato di grafite che protegge dall'elettrolito aggressivo. Quando la temperatura aumenta o la batteria è molto scarica, il rivestimento viene distrutto. E quando verranno ripristinate le normali condizioni operative, lo strato si formerà di nuovo a causa della grafite e del litio. Infatti, le prestazioni di una batteria “classica” di questo tipo peggioreranno del 4-6% ogni anno. Inoltre, un forte surriscaldamento rischia di esplodere: ricordiamo i recenti attacchi terroristici in Palestina, quando le batterie dei gadget si sono surriscaldate a seguito di un segnale esterno e i cercapersone sono andati in pezzi.
Una batteria al litio è composta da più celle collegate tra loro. Foto: youtube.com
Il punto successivo è che la presenza di cobalto nella progettazione di una batteria al litio è pericolosa per la salute umana e per l'ambiente nel suo insieme. Pertanto, una volta esaurita la sua vita utile, tale batteria deve essere smaltita. E questo per non parlare del costo dei prodotti: può raggiungere centinaia o più migliaia di rubli. Quindi è davvero vietato alle batterie al litio di entrare nelle auto prodotte in serie? Non tutto è così negativo: i produttori sono fiduciosi che tali batterie siano il futuro e stanno lavorando duramente per migliorarle in tutte le aree “meno”.
Questa è la famosa frase su di loro: "se non puoi, ma lo vuoi davvero, allora puoi". Tali batterie, rispetto alle batterie al litio “classiche”, presentano numerosi vantaggi. E il primo di questi è l'intervallo di temperatura, che va da -30 a +55°C. Anche in caso di forte gelo, LiFePO4 conserva il 70% della sua capacità. E il surriscaldamento? Non ci saranno fiamme libere o esplosioni, ma uscirà fumo. Il cobalto non è incluso nella batteria: anche dal punto di vista ambientale questo è un vantaggio.
Batteria LiFePO4 LiitoKala 12.8 V 60 Ah. Prezzo medio: 23mila 432 rubli. Foto: market.yandex.ru
In termini di peso, la batteria sarà più pesante della sua “collega” al litio “puro”, ma più leggera di quella al piombo. Ad esempio, la massa di una batteria con una capacità di 60 Ah è di 5 kg. Per quanto riguarda il prezzo, è compreso tra 23 e 40 mila rubli. per una batteria per un'auto auto. Ma anche se decidi di "stare al passo con i progressi" e desideri installare una batteria del genere sulla tua auto, non sarai in grado di farlo proprio così.
Sono costituiti da più celle, solitamente con una tensione di 3,2 V: cioè quattro di esse produrranno 12,8 V. Qui però ogni elemento “vive di vita propria”. Pertanto, affinché il processo di carica/scarica sia bilanciato, avrai bisogno di un controller. In caso contrario, la durata del prodotto diminuirà rapidamente.
Il secondo punto è che le batterie al litio sono molto sensibili agli scuotimenti e alle vibrazioni, che provocano la corrosione dei collegamenti delle celle. Un'auto non è un telefono che sta in tasca o nella borsa e non è soggetto a forti scosse.
Oggi il controller può essere integrato direttamente nella batteria. Foto: youtube.com
Ma puoi fare il contrario, cioè cambiare la batteria al litio con una al piombo in “casi di emergenza” (come scritto nelle istruzioni della McLaren MP4-12C). Sì, l'elettronica dell'auto impazzirà, la spia del motore di controllo si accenderà, ma il motore si avvierà e andrai al centro assistenza.
In termini di dimensioni, le batterie al litio possono essere realizzate come le batterie al piombo per facilitare l'installazione. Foto: youtube.com
Tuttavia, nonostante tutto, il numero di amanti del progresso nella questione delle batterie al litio non solo non diminuisce, ma cresce. Puoi anche assemblare tu stesso una batteria al litio, in condizioni improvvisate, acquistando singoli elementi e combinandoli in una batteria. Oppure chiedi a uno "specialista" di un garage vicino di montare la batteria.
Puoi installare LiFePO4 su un'auto normale, ma... fai attenzione. Foto: youtube.com
Sicuramente dirà che non è necessario eseguire il reflash di nulla, ma come minimo dovrai installare una protezione elettronica contro la scarica profonda. La domanda per tali prodotti esiste ed è addirittura in crescita. Le batterie al litio “fatte in casa” le usano chi ama correre in pista con auto come la Renault Megane RS, quando perdere dieci chili, un chilo e mezzo farebbe molto comodo. A proposito, per un motore a combustione interna da 2 litri, è sufficiente una batteria con una capacità di ...10 Ah.
Tuttavia, sconsigliamo vivamente di impegnarsi in un lavoro così "fatto in casa". La sicurezza viene prima di tutto!
Dopotutto, a quanto pare, la cosa principale è avviare l'auto, quindi entra in gioco il generatore, che fornisce corrente ai consumatori di energia. Sì, in effetti, una volta bastava un po' di tensione e uno “starter storto” per avviare un motore a combustione interna. In linea di principio, per eccitare l'avvolgimento del generatore è sufficiente una batteria in grado di erogare 5-10 volt con una corrente di 3-5 ampere. Ho girato la maniglia un paio di volte e sono partito!

Questo schema funziona solo su auto con apparecchiature elettriche primitive. Sulle auto prodotte oggi, la batteria è necessaria non solo per avviare il motore. La batteria, come un grande condensatore, attenua le increspature di corrente, garantendone la stabilità. Se la velocità dell'albero motore diminuisce, la batteria manterrà la tensione richiesta. E il suo valore rigorosamente definito è molto importante per gli elementi elettronici, ad esempio i microcircuiti. Lo stesso vale per una lampadina a filamento o per la griglia del riscaldamento del lunotto: 11 volt o 14,5. L'elettronica delicata non tollererà tale dispersione.

Nelle auto di classe superiore e di anno di produzione precedente, tutto è “legato” a un autobus digitale. Prima di avviare il motore, l'ECU interroga i sensori e solo allora dà un comando: consentire o meno l'avvio. Per non parlare del fatto che provare ad avviare il motore con uno spintore può "uccidere" l'elettronica. Anche scollegare i terminali dalla batteria mentre il motore è in funzione può causare problemi. Ma torniamo alle batterie agli ioni di litio: davvero non sono affatto installate sulle auto di serie? Sì, ma l'elenco di queste auto è molto piccolo e si tratta per lo più di auto sportive e/o costose come la Porsche GT3/GT2. Non parliamo di auto elettriche: lì non è possibile utilizzare altri tipi di batterie.
Come funzionano e funzionano le batterie agli ioni di litio
Il litio puro non è incluso in tali batterie: vengono utilizzati ossidi con cobalto, nichel, fosfati, ferro e manganese. Il catodo è realizzato con questi materiali. L'anodo è realizzato in grafene o grafite. Il ruolo dell'elettrolita è svolto dai sali di litio con solventi a base organica.
Le prime batterie basate sulle cobaltiti di litio apparvero nel 1983. Da allora le batterie sono state continuamente migliorate: il numero di cicli di carica/scarica è stato aumentato da 300 a 7mila, la capacità specifica è stata aumentata a 240 o più kWh/kg di massa e il prezzo è stato ridotto di circa 10 volte.
È interessante, ma le batterie agli ioni di litio non hanno molti vantaggi e, prima di tutto, sono peso e dimensioni ridotte. Ad esempio, se una batteria al piombo da 90 Ah pesa circa 24 kg, una batteria al litio pesa solo 5 kg. Ciò suggerisce che tali batterie hanno un'elevata capacità energetica. Un altro paio di vantaggi sono la capacità di caricare rapidamente e, se necessario, fornire rapidamente corrente, nonché una bassa “tendenza” a perdere capacità quando non utilizzata.

E l'ultima cosa è l'assenza di manutenzione durante l'intera vita operativa. Tuttavia le moderne batterie al piombo, se rispettate le regole di utilizzo, non necessitano di interventi durante tutto il loro ciclo di vita. E ora parliamo degli svantaggi che hanno determinato la riluttanza delle case automobilistiche a installare queste batterie nelle auto prodotte in serie.
Svantaggi delle batterie agli ioni di litio
In primo luogo possiamo mettere una forte dipendenza dalla temperatura ambiente. Il surriscaldamento superiore a 60°C e lo scarico completo sono particolarmente pericolosi. Qui è tutta una questione di design. Quando la batteria funziona in condizioni normali, sull'anodo è presente uno strato di grafite che protegge dall'elettrolito aggressivo. Quando la temperatura aumenta o la batteria è molto scarica, il rivestimento viene distrutto. E quando verranno ripristinate le normali condizioni operative, lo strato si formerà di nuovo a causa della grafite e del litio. Infatti, le prestazioni di una batteria “classica” di questo tipo peggioreranno del 4-6% ogni anno. Inoltre, un forte surriscaldamento rischia di esplodere: ricordiamo i recenti attacchi terroristici in Palestina, quando le batterie dei gadget si sono surriscaldate a seguito di un segnale esterno e i cercapersone sono andati in pezzi.

Il punto successivo è che la presenza di cobalto nella progettazione di una batteria al litio è pericolosa per la salute umana e per l'ambiente nel suo insieme. Pertanto, una volta esaurita la sua vita utile, tale batteria deve essere smaltita. E questo per non parlare del costo dei prodotti: può raggiungere centinaia o più migliaia di rubli. Quindi è davvero vietato alle batterie al litio di entrare nelle auto prodotte in serie? Non tutto è così negativo: i produttori sono fiduciosi che tali batterie siano il futuro e stanno lavorando duramente per migliorarle in tutte le aree “meno”.
Batterie al litio ferro fosfato LiFePO4
Questa è la famosa frase su di loro: "se non puoi, ma lo vuoi davvero, allora puoi". Tali batterie, rispetto alle batterie al litio “classiche”, presentano numerosi vantaggi. E il primo di questi è l'intervallo di temperatura, che va da -30 a +55°C. Anche in caso di forte gelo, LiFePO4 conserva il 70% della sua capacità. E il surriscaldamento? Non ci saranno fiamme libere o esplosioni, ma uscirà fumo. Il cobalto non è incluso nella batteria: anche dal punto di vista ambientale questo è un vantaggio.

In termini di peso, la batteria sarà più pesante della sua “collega” al litio “puro”, ma più leggera di quella al piombo. Ad esempio, la massa di una batteria con una capacità di 60 Ah è di 5 kg. Per quanto riguarda il prezzo, è compreso tra 23 e 40 mila rubli. per una batteria per un'auto auto. Ma anche se decidi di "stare al passo con i progressi" e desideri installare una batteria del genere sulla tua auto, non sarai in grado di farlo proprio così.
Le sfumature delle batterie al litio
Sono costituiti da più celle, solitamente con una tensione di 3,2 V: cioè quattro di esse produrranno 12,8 V. Qui però ogni elemento “vive di vita propria”. Pertanto, affinché il processo di carica/scarica sia bilanciato, avrai bisogno di un controller. In caso contrario, la durata del prodotto diminuirà rapidamente.
Teoricamente e praticamente, il "cervello" di un'auto può essere riprogrammato per una batteria al litio. Ma è meglio farlo con gli specialisti, e quanto faranno pagare per il servizio è un'altra questione...
Il secondo punto è che le batterie al litio sono molto sensibili agli scuotimenti e alle vibrazioni, che provocano la corrosione dei collegamenti delle celle. Un'auto non è un telefono che sta in tasca o nella borsa e non è soggetto a forti scosse.

Ma puoi fare il contrario, cioè cambiare la batteria al litio con una al piombo in “casi di emergenza” (come scritto nelle istruzioni della McLaren MP4-12C). Sì, l'elettronica dell'auto impazzirà, la spia del motore di controllo si accenderà, ma il motore si avvierà e andrai al centro assistenza.

Tuttavia, nonostante tutto, il numero di amanti del progresso nella questione delle batterie al litio non solo non diminuisce, ma cresce. Puoi anche assemblare tu stesso una batteria al litio, in condizioni improvvisate, acquistando singoli elementi e combinandoli in una batteria. Oppure chiedi a uno "specialista" di un garage vicino di montare la batteria.

Sicuramente dirà che non è necessario eseguire il reflash di nulla, ma come minimo dovrai installare una protezione elettronica contro la scarica profonda. La domanda per tali prodotti esiste ed è addirittura in crescita. Le batterie al litio “fatte in casa” le usano chi ama correre in pista con auto come la Renault Megane RS, quando perdere dieci chili, un chilo e mezzo farebbe molto comodo. A proposito, per un motore a combustione interna da 2 litri, è sufficiente una batteria con una capacità di ...10 Ah.
Tutte le caratteristiche di una sportiva Renault Megane RS con batteria al litio
Tuttavia, sconsigliamo vivamente di impegnarsi in un lavoro così "fatto in casa". La sicurezza viene prima di tutto!
- Sergey Mileshkin
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