Батареї на основі літію сьогодні всюди — вони практично витіснили всі інші типи акумуляторів. Однак традиційний автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння наполегливо чинить опір «літієвій експансії», як і раніше, використовуючи для запуску мотора класичні свинцево-кислотні батареї, яким, до речі, цього року виповнилося 160 років! Чому так відбувається?
160 років тому, завдяки паризькому професору фізики, електротехніку Гастону Планту, з’явився перший свинцево-кислотний акумулятор — знайома кожному в наші дні деталь будь-якого автомобіля. Коли автомобільний вік увійшов у свої права, «свинець» довгі роки утримував монополію під капотом, будучи оптимальним типом хімічного джерела струму з величиною, достатньої для обертання стартера ДВЗ.
Однак літієві батареї (технологій батарей з катодами на основі сполук літію досить багато, але ми зараз не будемо заглиблюватися в нюанси і всі їх поіменуємо для простоти «літієвими») перевершили своїх свинцевих дідусів, забезпечуючи ті ж самі параметри ємності та струмовіддачі при істотно меншій вазі та об’ємі. Чому ж досі на прилавках магазинів автозапчастин ми не бачимо літієвих стартерних батарей? Спробуємо розібратися!
Для чого взагалі потрібен акумулятор в автомобілі?
Це питання може здатися дивним — начебто тут все і їжачкові зрозуміло. Однак значення акумулятора не завжди було однаковим…
Візьмемо спершу для прикладу простенький старий автомобіль — типу всім відомої «копійки-жигулів». В принципі, щоб поїхати на такому авто, 12-вольтова батарея потрібна фактично тільки для запуску мотора — живлення стартера і початкового короткочасного живлення обмотки збудження генератора. Після початку стійкого обертання колінвалу стартер вимикається, а генератор переходить у режим «самопідхоплення» — тобто обмотка збудження починає харчуватися від тієї самої напруги, що він сам і виробляє. Все енергозабезпечення машини, від запалювання до освітлення, взяв на себе генератор, і акумулятор більше в процесі участі не бере. Якщо тепер батарею відключити, або навіть взагалі викинути з-під капота, двигун продовжить стабільну роботу і без неї.
За наявності ж «кривого стартера» найпростіші карбюраторні машини фактично і зовсім могли обходитися без повноцінного акумулятора — для їзди було б достатньо маленької і малопотужної батарейки з напругою 5-10 вольт, що віддає струм 3-5 амперів і необхідна лише для того, щоб короткочасно подати напругу на обмотку збудження генератора під час крутіння заводної рукоятки.
Втім, подібний піонерський мінімалізм — їзда без акумулятора — був можливий (та й то із застереженнями) лише на авто з гранично примітивним електрообладнанням без електроніки. На машинах, які отримали комутатор у запалюванні, транзисторний радіоприймач, і, тим більше, на перших інжекторах, акумулятор після запуску відключати вже стало ризиковано. Незважаючи на те, що після початку рівної роботи мотора батарея, як і раніше, виходить з гри, поступаючись роллю джерела електрики генератору, на автомобілях з електронікою акумулятор зберігає важливе значення — фільтрувально-стабілізуюче. Батарея, як величезний конденсатор, допомагає струмом на холостих обертах, коли віддача генератора слабшає, згладжує високовольтні піки-викиди напруги, які виникають зрідка, і робить пульсуючий постійний струм стабільним — «чистим», як кажуть електронщики. Для «дубових» споживачів, на кшталт лампочки або обігріву скла, це несуттєво, але ось для напівпровідників — життєво важливо.
Ну а на сучасних просунутих авто класом вище середнього значущість акумулятора і зовсім різко зросла. Тут уже в принципі нереально завестися без батареї з буксира, навіть якщо раптом попадеться модифікація машини без АКП. Безліч електронних блоків, що сидять на цифровій шині, вмикаються перед запуском мотора, і ще до початку роботи стартера встигають провести миттєве опитування стану різних датчиків і систем, давши в підсумку схвальну або заборонну команду на старт.
У процесі роботи мотора численна електроніка потребує стабільного і чистого живлення в бортмережі, а після глушіння електронні модулі продовжують функціонувати деякий час, завершуючи процеси збереження різноманітної адаптивної інформації. Різке зникнення батареї через скидання клеми може увігнати електроніку просунутої сучасної машини в ступор. Після повернення акумулятора на місце (або зарядки розрядженого в нуль) двигун, звісно, заведеться, але напевно закидає водія множинними «чеками», деякі з яких ще й не зникнуть самі, а погасяться тільки за допомогою фірмового діагностичного софту в офіціалів…
Чи існують літієві стартерні батареї?
Отже, треба визнати, що в сучасному автомобілі на акумуляторі лежить значно більша відповідальність, ніж півстоліття тому. Але чи обов’язково йому, як ті ж півстоліття тому, бути таким здоровенним і масивним? Сьогодні у багатьох автовласників є так званий «пусковий бустер» або «джамп-стартер» — портативний 12-вольтовий павербанк з літієвою батареєю і дротами-«крокодилами», який здатний запустити двигун практично будь-якого автомобіля з геть-чисто штатним акумулятором, що сів. Ці мініатюрні гаджети легко заводять не тільки бензинові мотори малолітражок, а й багатолітрові дизельні двигуни позашляховиків і легких вантажівок. Тримаючи таку іграшку в руках, мимоволі задаєшся питанням: навіщо потрібні 20 кілограм свинцевої батареї, якщо цілком достатньо півкіло «літію»?
Питання, що лежить на поверхні, і цілком закономірне. Користь від заміни «свинцю» на «літій» була б очевидна і безперечна — в автопромі ніколи не припинялася боротьба за зниження маси, і будь-які, навіть найнезначніші перемоги на цьому фронті виробники завжди подають як успіхи інжинірингу та рух шляхом прогресу. Та й суто практичний профіт очевидний — термін служби «літію» вдвічі-втричі має перевищувати такий у «свинцю». Але, обійшовши всі магазини автозапчастин у місті, літієвого акумулятора ви не знайдете… Чому? Їх не існує?
Існують. Однак поширеність настільки невелика, що випускаються вони виключно самими автомобільними брендами для лічених моделей і не мають альтернативних аналогів. Імена ж машин, на яких встановлюються літієві стартерні АКБ, кажуть самі за себе, і дивуватися відсутності таких батарей у магазинах не доводиться — «літій» крутить стартери у цивільних моделей McLaren (570S, 650S, MP4-12C), у Porsche Cayman R, 911 GT3, Boxster Spyder, у Mercedes S-klasse W221, W222, CLS-klasse C218 та низки інших, у BMW M3, M4 і подібних до них поодиноких моделях деяких інших марок. Серійні штатні літієві батареї існують вже близько десяти років, але їх, як і раніше, вельми небагато, і застосовують їх виключно у високотехнологічних преміальних і спортивних машинах.
Особливості конструкції літієвих АКБ і експлуатації машин з ними
Як правило, корпуси літієвих батарей повторюють геометрію стандартних свинцевих. Ідентичні у них і силові клеми. Електричні параметри «повсякденних» літієвих батарей — ті самі, що й у свинцевих, які підходять для аналогічних моторів. Наприклад, літієва батарея Mercedes має ємність 78 ампер-годин і максимальний струм холодної прокрутки 550 ампер. Хіба що вага істотно нижча — 12 кілограмів. Хоча нижча вона в кращому разі вдвічі… Не вдесятеро, не вп’ятеро і навіть не втричі, як можна було б очікувати.
«Повсякденна» літієва батарея BMW має ємність 69 ампер-годин, струм холодної прокрутки 770 ампер і вагу 14 кілограмів. А ось «спортивна» літієва батарея Porsche, здатна замінити свинцевий акумулятор на 60 ампер-годин з пусковим струмом 480 ампер, мала місткість лише… 18 ампер-годин, але при цьому вагу 6 кілограмів та висоту, як у пачки сигарет!
Літієву стартерну батарею найчастіше «не можна просто взяти і поміняти» (с) на свинцеву, традиційної конструкції. Крім стандартних силових контактів у такого акумулятора є додатковий інформаційний роз’єм — за допомогою нього відбувається підключення до цифрової шини даних, яка забезпечує постійний діалог акумулятора з машиною і контроль за батареєю. В принципі, переконфігурувати деякі автомобілі з «з літію на свинець» можливо, але цю процедуру роблять тільки офіціали, і сусід Вася (який запевняє, що він — діагност), тут не допоможе. А офіціали дешево не перепрограмують, бо зацікавлені насамперед продати вам нову оригінальну літієву батарею за $2000, а не свинцеву за $100…
Втім, на деяких машинах «свинець» можна застосовувати тимчасово і без втручання в софт і хард. Наприклад, у керівництві користувача суперкара McLaren MP4-12C сказано, що в екстреній-преекстреній ситуації (коли літієвий стартерний акумулятор повністю несправний або відсутній) таки можна тимчасово скористатися традиційною свинцево-кислотною батареєю. Автомобіль частково «збожеволіє»: стане некоректно працювати низка функцій — індикація розрядженої батареї, поворотники, парктроніки, як запобіжний захід безпеки не піднімуться до кінця стекла дверей тощо. Однак машина все ж заведеться і поїде.
А ось той самий Porsche, коли свого часу презентував свою шестикілограмову «спортивну» батарею, проявив клієнтоорієнтованість, запропонувавши її як додаткову сумісну опцію до традиційного свинцево-кислотного акумулятора. І попередив користувачів своїх автомобілів: легка батарея оптимальна для теплої пори року, і навіть за невеликого мінуса на вулиці її ємність (і без того крихітна!) помітно впаде. А оскільки батареї взаємозамінні, зважаючи на кліматичну вибагливість літію, власникам спорткарів рекомендували повсякденно їздити на «свинці», а під час візиту на перегоновий трек тимчасово міняти акумулятор на полегшений для поліпшення керованості та динаміки.
Власне, про холод… Ось ми і підібралися до чи не найголовнішої проблеми літієвих стартерних батарей — остраху від’ємних температур і супутньої їй остраху глибокого розряду. Безумовно, літієва хімія еволюціонує, сучасні акумулятори істотно розширили температурний діапазон своїх попередників десятирічної давності, але все ж таки свинцю (який, до речі, теж сильно страждає від морозів) літій досі в холодостійкості поступається.
В електромобілях високовольтні літієві батареї мають примусовий підігрів, але якщо у тягової батареї ємністю щонайменше 30 кіловат-годин є ресурс для самообігріву, то зі стартерною 12-вольтовою батареєю таке не пройде. Ризик не завестися взимку в ситуації, коли аналогічне авто зі «свинцем» успішно прокрутить свій стартер, у «літію» істотно вищий, і вдіяти з цим нічого поки що не вдається.
Тривалі простої на невеликому холодку (а то і в теплі!), до речі, не менш небезпечні, ніж раптовий сильний мороз. Наприклад, власники BMW M-лінійки з літієвими акумуляторами вже скаржилися на вихід АКБ з ладу через тривалий простій машини. Батареї йшли в глибокий розряд, електроніка в них блокувалася і не реагувала ні на «прикурювання», ні навіть на зовнішні зарядні пристрої. З подібним стикалися навіть деякі американські покупці нових баварських «Емок», чиї акумулятори встигали померти, поки замовлена клієнтом машина йшла 2-3 місяці з Європи до штатівського дилера. А тим, хто сам не встежив за рівнем заряду, доводилося купувати нову вже власним коштом…
А якщо все ж таки… дуже хочеться?
Доводиться визнати, що, за великим рахунком, літієві стартерні батареї на сьогоднішній день здатні принести реальну користь або дуже досвідченому автогонщику, який всерйоз «відловлює» кожен грам ваги, або самому автовиробникові, який використовує їх фактично лише для підкреслення власної інноваційності, відчути яку кінцевий власник навряд чи зуміє. А ось геморою відгребти — це запросто… Загалом, жодних об’єктивних аргументів для масового автовласника на користь придбання стартерного «літію» немає — і навіть термін служби в нібито десять років не переконає покупця: рідко хто сьогодні тримає автомобіль так довго, та й змінити за цей термін 2-3 свинцевих акумулятора по $100 кожен об’єктивно набагато дешевше, ніж вкластися в «літій» за $1000-2000 із його нюансами та обмеженнями.
І тим не менше коло охочих знайти таку батарею існує, і воно ширше, ніж здається на перший погляд. Низьку вагу і повну герметичність цінують, наприклад, любителі бюджетного автоспорту, професійні джипери, які готують свої машини до суворих змагань, або фанати спортивного автозвуку. А також непосидючі власники звичайнісіньких машин, яким просто хочеться поставити під капот «що-небудь цікавеньке».
На легкі 12-вольтові автомобільні акумулятори є хоча і не надто великий, але цілком стабільний і навіть зростаючий попит, і він задовольняється невеликими кустарними майстернями. Замовити літієву стартерну батарею можна з будь-якими параметрами — як у стандартному акумуляторному корпусі, так і в будь-якому за розмірами замовника, з повним захистом від перезарядження, глибокого розряду і короткого замикання або з дешевшим частковим. Виробники зазвичай підкреслюють, що електроніка їхніх батарей забезпечує повну сумісність за режимами роботи зі свинцевими — досить просто замінити акумулятори один на інший і все. Не потрібно піднімати напругу генератора, щось перепрограмувати тощо.
Максимальний струм стартера дрібносерійних літієвих батарей, зібраних на досить сучасних елементах, становить 530-550 ампер, чого достатньо для більшості автомобілів. Ціна ж залежить від ємності, і для моторів до двох літрів вистачає навіть… 10 ампер-годин! На такій батареї цілком можна повсякденно експлуатувати машину як транспортний засіб, уникаючи, звісно, ситуацій на кшталт простою з увімкненою музикою на пікніку. Тому все ж батареї-«десятки» зазвичай купують любителі недорого поганяти на треку — власники гарячих хетчбеків, на кшталт Opel Astra GTS або Renault Megane RS, яким зовсім нешкідливо скинути кілограм п’ятнадцять-двадцять з передньої осі. Вартість такого «спортивного» акумулятора — близько 14-15 тисяч лів: це вам не коробочка з Porsche за $3000, хоча і машини — далеко не Porsche…
Літієва ж батарея, користуватися якою можна так само, як і штатною свинцевою на 55-65 ампер-годин, — це вже близько 20-25 ампер-годин ємності і повний комплекс захистів, зокрема й захист за нижнім порогом розряду. Коштуватиме така приблизно 25-30 тисяч лів. На тлі штатних батарей, згаданих вище, ціни вельми скромні, хоча і не всіх влаштує незаводське походження акумуляторів.
До речі, не можна під кінець не згадати сферу транспорту, куди літієві стартерні батареї успішно проникли і навіть закріпилися. Це мототехніка — скутери, мотоцикли, квадроцикли. Для них у продажу доступний відносно широкий (хоча і не порівнянний поки що зі свинцем) вибір літієвих акумуляторів промислового (а не кустарного!) виготовлення, які за ємності 3-7 ампер-годин є більш-менш недорогими, абсолютно байдужими до будь-якого роду трясіння і кренів, легкими і герметичними. Ну а питання холодобоязні вирішилося саме собою — мототехніка, за винятком снігоходів, експлуатується все ж у переважній більшості випадків за плюсових температур або в крайньому разі за легкого мінуса, для батарей нестрашного.
