Типи Li-ion акумуляторів для електромобілів

В останні роки у світовій автомобільній промисловості відбувся значний крок у бік електромобілів (EV). В основі цих автомобілів лежить літій-іонний акумулятор – ключовий елемент електромобіля. Але чи знаєте ви, що сьогодні в електромобілях застосовується багато різних типів літій-іонних акумуляторів?

На поточний момент світовою промисловістю освоєно виробництво шести типів літій-іонних акумуляторів. Вони в основному розрізняються за хімічним складом позитивного електрода батареї (катода). Назва літій-іонних акумуляторів формується з назв елементів, що використовуються в катоді:
    LCO | Літій-кобальтові LiCoO2
    LMO | Літій-марганцево-оксидні LiMn2O4 і Li2MnO3 Літій-марганцево-оксидні LiMn2O4 і Li2MnO3
    NMC | Літій-нікель-марганець-кобальт-оксидні LiNiMnCoO2
    NCA | Літій-нікель-кобальт-алюміній-оксидні LiNiCoAlO2
    LFP | Літій-залізо-фосфатні LiFePo4
    LTO | Літій-титанат-оксидні Li4Ti5O12

Природно, хімічних складів літій-іонних акумуляторів значно більше, ніж зазначено вище, однак не всім судилося промислове виробництво.

В автомобілебудуванні знайшли застосування три типи: LFP, NMC, NCA. Хоча на зорі застосування літій-іонних акумуляторів в електромобілях використовувалися LMO акумулятори, але наразі цей тип акумуляторів поступився місцем більш досконалим. Причому у автовиробників немає жорсткої прив'язки до певного типу акумуляторів, навіть у межах однієї моделі можуть використовувати різний тип акумуляторів.

Порівняння NMC, NCA і LFP батарей.

Кожен тип акумуляторів володіє своїми унікальними властивостями, як позитивними, так і негативними.

Щільність енергії - це кількість енергії (Wh), яку може запасти акумулятор у питомій вазі або питомому об'ємі. Сучасні технології дають змогу домогтися щільності енергії батареї NMC близько 230 ~ 250 Втч/кг, у батареї NCA - близько 322 Втч/кг, у той час як щільність енергії батареї LFP здебільшого коливається в районі 130~160 Втч/кг. Але на практиці різниця в пробігу електромобіля між батареями NMC і LFP невелика, тому що для збереження ресурсу батарею NMC рекомендується заряджати до 80%, при цьому LFP без шкоди може заряджатися до 100%.

Безпека. Параметр безпеки набрав особливої важливості після кількох випадків самозаймання автомобілів Тесла. За безпекою лідирують LFP акумулятори. Завдяки чудовій термічній і хімічній стабільності, а також здатність видавати значну потужність без нагріву знижує до мінімуму ризик перегріву або загоряння, на відміну від батарей NCA/NMC.

Температурна стійкість. LFP батарея має кращу продуктивність при високих температурах, в той час як NCA/NMC краще працюють при низьких температурах. Наприклад, при температурі -20 ℃ батарея NMC може вивільнити 70,14% своєї ємності; в той час як LFP батарея може видати тільки 54,94%. Таким чином, батарея NMC є найкращим вибором для застосування за низьких температур.

Термін служби. У цьому параметрі LFP батареї кращі, ніж батареї NMC/NCA. У LFP батареї при заряді/заряді струмом 1С і при 100% глибині розряду здатні витримати до 3000 циклів. Якщо глибина розряду буде не нижче 80%, то LFP батарея здатна вже витримати до 4500 циклів. Тобто, якщо заряджати і розряджати LFP батарею один раз на день на 100%, знадобиться 8 років, щоб проявилося помітне падіння ємності. У тих же умовах NMC батарея показує гірші результати в середньому від 1000 до 2000 циклів. NCA батарея має найгірший показник терміну життя від 500 до 1000 циклів.

Екологічність. Екологічна безпека є основним мотивом створення електромобілів. Якщо якийсь матеріал чинить шкідливий вплив на навколишнє середовище, то він не повинен використовуватися. Тут знову батареї LFP перемагають NMC і NCA. Кобальт, який використовується в NMC і NCA батареях, є токсичною речовиною і негативно впливає на живі організми.

Ціна. За цим параметром у всіх типів батарей майже паритет. Вартість сировини для батарей NMC і NCA дорожча, ніж у батареї LFP. Однак виробництво батареї LFP складніше, тому воно обходиться дорожче. У підсумку різниця в ціні між цими двома батареями (за однакової ємності) становить близько від 5 до 15% на користь LFP батарей.

Наведене порівняння дає загальне уявлення про переваги та недоліки акумуляторів NMC, NCA і LFP акумуляторів. Літієва батарея LFP істотно безпечніша в експлуатації та матиме в майбутньому менший вплив на довкілля. Через це LFP акумулятори стають переважним типом акумуляторів для електромобілів. Так у Китаї, головного виробника літій-іонних акумуляторів, на даний час понад 60% від усього обсягу виробництва припадає саме на LFP акумулятори. 

Не дивлячись на відмінність у хімічних складах літій-іонних акумуляторів тестером MS800 можна виявляти несправні модулі акумуляторів гібридних автомобілів і електромобілів. Тестер забезпечує одночасну діагностику 36 модулів літій-іонних акумуляторів. Процес діагностики модулів літій-іонних батареї електромобілів відбувається в автоматичному режимі.

Можливості тестера MS800:

• Діагностує модулі високовольтних батарей, визначаючи їх ємність.
• Заряджає послідовно з'єднані осередки батареї, які розбалансувалися з часом.
• Підготовляє батарею до встановлення на автомобіль збалансувавши за напругою всі модулі.
• Підготовляє модулі до зберігання, зарядивши їх до певного рівня.