Типы Li-ion аккумуляторов для электромобилей

В последние годы в мировой автомобильной промышленности произошел значительный шаг в сторону электромобилей (EV). В основе этих автомобилей лежит литий-ионный аккумулятор – ключевой элемент электромобиля. Но знаете ли вы, что сегодня в электромобилях применяется много различных типов литий-ионных аккумуляторов?

На текущий момент мировой промышленностью освоено производство шести типов литий-ионных аккумуляторов. Они в основном различаются по химическому составу положительного электрода батареи (катода). Название литий-ионных аккумуляторов формируется из названий элементов, используемых в катоде:
    LCO | Литий-кобальтовые LiCoO2
    LMO | Литий-марганцево-оксидные LiMn2O4 и Li2MnO3
    NMC | Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные LiNiMnCoO2
    NCA | Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные LiNiCoAlO2
    LFP | Литий-железо-фосфатные LiFePo4
    LTO | Литий-титанат-оксидные Li4Ti5O12

Естественно, химических составов литий-ионных аккумуляторов значительно больше, чем указано выше, однако не всем суждено промышленное производство.

В автомобилестроении нашли применение три типа: LFP, NMC, NCA. Хотя на заре применения литий-ионных аккумуляторов в электромобилях использовались LMO аккумуляторы, но в данный момент этот тип аккумуляторов уступил место более совершенным. Причём у автопроизводителей нет жёсткой привязки к определённому типу аккумуляторов, даже в пределах одной модели могут использовать разный тип аккумуляторов.

Сравнение NMC, NCA и LFP батарей.

Каждый тип аккумуляторов обладает своими уникальными свойствами, как положительными, так и отрицательными.

Плотность энергии – это количество энергии (Wh), которое может запасти аккумулятор в удельном весе или удельном объеме. Современные технологии позволяют добиться плотности энергии батареи NMC около 230 ~ 250 Втч / кг, у батареи NCA – около 322 Втч / кг, в то время как плотность энергии батареи LFP в основном колеблется в районе 130~160 Втч/кг. Но на практике разница в пробеге электромобиля между батареями NMC и LFP небольшая, т.к. для сохранения ресурса батарею NMC рекомендуется заряжать до 80%, при этом LFP без ущерба может заряжаться до 100%.

Безопасность. Параметр безопасности набрал особую важность после нескольких случаев самовозгорания автомобилей Тесла. По безопасности лидирует LFP аккумуляторы. Благодаря превосходной термической и химической стабильности, а также способность выдавать значительную мощность без нагрева снижает к минимуму риск перегрева или возгорания, в отличии от батарей NCA/NMC.

Температурная стойкость. LFP батарея имеет лучшую производительность при высоких температурах, в то время как NCA / NMC лучше работают при низких температурах. Например, при температуре -20 ℃ батарея NMC может высвободить 70,14% своей емкости; в то время как LFP батарея может выдать только 54,94%. Таким образом, батарея NMC является лучшим выбором для применения при низких температурах.

Срок службы. В этом параметре LFP батареи лучше, чем батареи NMC/NCA. У LFP батареи при заряде/заряде током 1С и при 100% глубине разряда способен выдержать до 3000 циклов. Если глубина разряда будет не ниже 80%, то LFP батарея способна уже выдержать до 4500 циклов. То есть, если заряжать и разряжать LFP батарею один раз в день на 100% потребуется 8 лет, чтобы проявились заметное падение ёмкости. В тех же условиях NMC батарея показывает хуже результаты в среднем от 1000 до 2000 циклов. NCA батарея обладает худшим показателем срока жизни от 500 до 1000 циклов.

Экологичность. Экологическая безопасность является основным мотивом создания электромобилей. Если какой-либо материал оказывает вредное воздействие на окружающую среду, то он не должен использоваться. Здесь опять батареи LFP побеждают NMC и NCA. Кобальт, который используется NMC и NCA батареях,  является токсичными веществом и негативно воздействует на живые организмы.

Цена. По этому параметру у всех типов батарей почти паритет. Стоимость сырья для батарей NMC и NCA дороже, чем у батареи LFP. Однако производство батареи LFP более сложное, поэтому оно обходиться дороже. В итоге разница в цене между этими двумя батареями (при одинаковой емкости) составляет около от 5 до 15% в пользу LFP батарей. 

Приведенное сравнение дает общее представление о преимуществах и недостатках аккумуляторов NMC, NCA и LFP аккумуляторов. Литиевая батарея LFP существенно безопаснее в эксплуатации и окажет в будущем меньшее влияние на окружающую среду. Из-за этого LFP аккумуляторы становиться преобладающим типом аккумуляторов для электромобилей. Так в Китае, главного производителя литий-ионных аккумуляторов, на настоящее время более 60% от всего объёма производства приходиться именно на LFP аккумуляторы. 

Несмотря на различие в химических составах литий-ионных аккумуляторов тестером MS800 можно выявлять неисправные модули аккумуляторов гибридных автомобилей и электромобилей. Тестер обеспечивает одновременную диагностику 36 модулей литий-ионных аккумуляторов. Процесс диагностики модулей литий-ионных батареи электромобилей происходит в автоматическом режиме.

Возможности тестера MS800:

• Диагностирует модули высоковольтных батарей, определяя их ёмкость.
• Заряжает последовательно соединенные ячейки батареи, которые разбалансировались со временем.
• Подготавливает батарею к установке на автомобиль сбалансировав по напряжению все модули.
• Подготавливает модули к хранению, зарядив их до определённого уровня.