Технологии АКБ + интеллектуальные системы защиты и управления

Приветствую вас!🤝
В этот раз речь пойдёт о существующих технологиях аккумуляторов, о преимуществах и недостатках той или иной, об их ресурсе и сроках службы. Ну и конечно же мы поговорим с вами о технологиях самого ближайшего будущего, что уже используется, а что до сих пор нет, что могли бы внедрить ещё вчера, но почему-то до сих пор тот воз поныне там.
Для прочтения данной записи рекомендую спланировать свой досуг. Тут очень много букавак и циферак, теории и анализа, ребусов и непонятных слов.
Если вы не любитель читать и углубляться в нюансы, то лучше сразу покинуть данную запись, дабы не повредить свой мозг. Ну а те, кто готов подвергнуть свой мозг испытаниям, с теми мы продолжим.

Начнём разбор полётов с технологий классических свинцово-кислотных АКБ, которые используются в подавляющем большинстве автомобилей.

1 of 6

В обычных свинцово-кислотных батареях чистый свинец слишком мягкий, поэтому в него добавляют другие элементы, чтобы сделать прочнее.

● Малосурьмянистые Sb/Sb.
Самая старая технология. В свинец добавляют сурьму. Такие батареи дешевые, но в них быстро выкипает вода, поэтому нужно регулярно заглядывать под капот и доливать дистиллированную воду.
● Кальциевые Ca/Ca.
Вместо сурьмы в пластины добавляют кальций. Вода в них почти не выкипает, поэтому их делают необслуживаемыми. Они выдают высокий пусковой ток и долго хранятся, но очень боятся глубоких разрядов. После 2–3 полных разрядов батарея может потерять большую часть емкости.
● Гибридные Sb/Ca; Sb/Ca+.
Компромиссный вариант, где одни пластины сурьмянистые, а другие кальциевые. Они не так сильно боятся глубокого разряда, как кальциевые, и расходуют меньше воды, чем сурьмянистые.
● С добавлением серебра Ca/Ca+Silver.
В кальциевый сплав добавляют немного серебра. Это защищает пластины от коррозии, увеличивает срок службы АКБ и делает её более устойчивой к разрядам.

В классических батареях внутри залита жидкая смесь серной кислоты и воды, но для современных машин с кучей плюшек, датчиков, экранов и системой [старт-стоп] жидкого электролита уже мало.

● EFB (Enhanced Flooded Battery -улучшенная залитая батарея).
- Как устроена: Это эволюция обычной батареи с жидким электролитом. Пластины здесь сделали толще, а каждую из них завернули в специальный конверт из микроволокна.
- Плюсы: Они в 2–3 раза долговечнее обычных АКБ, быстрее принимают заряд и не боятся частых запусков двигателя.
- Где нужны: Идеально подходят для автомобилей с [старт-стоп].
● AGM (Absorbent Glass Mat -абсорбирующее стекловолокно).
- Как устроена: Внутри нет жидкой кислоты. Весь электролит впитан в пористые маты из стекловолокна, которые плотно зажаты между пластинами.
- Плюсы: Не боятся наклонов, выдают огромный стартовый ток, очень быстро заряжаются и максимально устойчивы к глубоким разрядам.
- Где нужны: Ставятся на премиальные автомобили с продвинутой системой [старт-стоп] и рекуперацией энергии при торможении. Они боятся сильного перегрева, поэтому их часто ставят не под капот, а в багажник или под сиденье.
● GEL (Гелевые):
- Как устроена: Электролит загущен с помощью силиконового геля до состояния желе.
- Особенность: Обладают огромным ресурсом и не боятся разрядов в ноль, но они очень чувствительны к напряжению заряда и плохо переносят сильные морозы.
- Где нужны: Из-за капризности к морозам их редко используют для запуска обычных машин. Чаще их применяют как тяговые аккумуляторы в лодках, автодомах или спецтехнике.

Срок службы автомобильного аккумулятора напрямую зависит от технологии его изготовления и от условий его эксплуатации.

● Малосурьмянистые аккумуляторы Sb/Sb.
Самый старый и бюджетный тип батарей. Свинец легирован сурьмой (обычно менее 5%), чтобы пластины были прочнее.
- Служат 1,5-2 года, а при обслуживании и исправной электрике в авто 2-3 года.
- Ресурс 150-200 циклов.
- Особенности: У них высокий уровень саморазряда. Если оставить машину на стоянке, АКБ сядет за пару месяцев. Вода из электролита быстро выкипает, поэтому каждые 2-3 месяца нужно проверять её уровень и доливать дистиллированную воду.
- Главный плюс: Абсолютно не боятся глубоких разрядов. Если забыть выключить фары, такую батарею можно просто зарядить заново без потери емкости.

● Классические кальциевые Ca/Ca.
- Служат 3 года, а при обслуживании и исправной электрике в авто 4-5 лет.
- Ресурс 250-300 циклов.
- Особенности: Вода выкипает только при сильной нагрузке, но заглядывать под крышку всё равно придется (примерно раз в год). Саморазряд умеренный.

● Гибридные аккумуляторы Sb/Ca; Sb/Ca+.
В этих АКБ объединили две технологии: положительные пластины сделали с добавлением сурьмы, а негативные с добавлением кальция. Значок [Ca+] обычно означает улучшенную гибридную технологию, где производитель оптимизировал состав сплава для еще меньшего выкипания воды.
- Служат 2-3 года, а при обслуживании и исправной электрике в авто 3-4 года.
- Ресурс 200-250 циклов.
- Особенности: Золотая середина. Вода выкипает в 2-3 раза медленнее, чем в Sb/Sb, но заглядывать под крышку всё равно придется (примерно раз в полгода-год). Саморазряд умеренный.
- Главный плюс: Обладают хорошей устойчивостью к глубоким разрядам (в отличие от чистых кальциевых) и при этом выдают неплохой пусковой ток.

● Кальциевые с добавлением серебра Ca/Ca+Silver.
- Служат 7-8 лет, а при исправной электрике в авто до 9 лет. Обслуживание не требуется. Корпус запаянный.
- Ресурс 400-500 циклов.
- Особенности: Эти батареи полностью необслуживаемые (крышка наглухо запаяна), так как вода в них практически не выкипает. Серебро защищает решетки пластин от коррозии и разрушения при высоких температурах под капотом.
- Главный плюс: Выдают очень высокие пусковые токи (машина легко заводится в сильный мороз) и, в отличие от обычных Ca/Ca батарей, значительно лучше переносят случайные глубокие разряды.

● Также нужно понимать, что на срок службы АКБ напрямую влияют условия, при которых они используются. Рабочий температурный диапазон эксплуатации свинцово-кислотных АКБ в пределах от -20°С до +45°С. Как мы видим, он достаточно узкий, а ведь многие даже не задумываются об этом. Критический диапазон в пределах от -30°С до +55°С. Всё, что за пределами этого диапазона кратно сокращает срок службы АКБ. Особенно губительно сказывается эксплуатация при высокой температуре, при которой происходит ускоренная деградация пластин и коррозия решёток, испарение электролита и появление в нём осадка, повышенный саморазряд и быстрая потеря ёмкости.

● Недозаряд: Если вы ездите только на короткие расстояния (работа-дом по 15 минут), генератор не успевает вернуть батарее потраченную на запуск энергию.
● Жара: Многие думают, что АКБ умирает зимой, но пластины разрушаются именно летом от перегрева под капотом.
● Глубокий разряд в ноль: Оставленный включенным свет в салоне на неделю может мгновенно [убить] даже новый кальциевый аккумулятор.

Лучшие зарядные устройства, которые отвечают всем современным требованиям, имеют режимы зарядки аккумуляторов разных технологий и типов, с гибкими настройками и нужными диапазонами по напряжению и силе тока - это Вымпел-57 и его более продвинутый аналог Бережок-V1.
Всё остальное ашан-бомж от лукавого на ваш страх и риск.

Теперь мы в курсе, теперь мы посвящённые, прям как рыцари. Мы освежили свои знания и можем смело продолжить наш путь дальше через тернии в дремучую чащу невиданного.

Мы с вами почти-что подобрались к главному, но для полного понимания выбранного нами направления к цели мы начнём с самого начала пути от самых истоков.

Литий-оксид-кобальтовые аккумуляторы Li-LCO.
- Применяется для цифровой техники.
- Главная фишка: Максимальная емкость при минимальном размере.
- Рабочее напряжение: 3.7-3.85V (современные виды заряжаются до 4.4V).
- Срок службы: Средний. 300-500 циклов зарядки (около 2 лет активного использования).
- Безопасность: Низкая. Пожароопасные! Они чувствительны к перегреву. При проколе или сильном ударе могут загореться.
- Минус: При отрицательных температурах низкая токоотдача и сильная потеря ёмкости. Боятся сильных морозов (заряд ниже 0°C запрещен).
- Почему именно они: Когда не нужны огромные токи, но важно, чтобы батарея была тонкой и держала заряд как можно дольше.

Литий-никель-кобальт-алюминий Li-NCA.
- Применяется для электромобилей премиум-класса (Tesla) и мощного портативного инструмента.
- Главная фишка: Максимальный запас энергии в минимальном весе и объеме.
- Рабочее напряжение: 3.6-3.7V (высокое, выдает отличную мощность).
- Срок службы: Стандартный. 500-1000 циклов (в электромобилях с охлаждением до 1500 циклов).
- Безопасность: Низкая. Пожароопасные! Самые химически нестабильные и склонные к резкому тепловому разгону при повреждении или перезаряде.
- Минус: Дорогие в производстве и требуют сложной электроники для охлаждения. Боятся сильных морозов (заряд ниже 0°C запрещен).

Литий-никель-марганец-кобальтовые Li-NMC (LiFePO4).
- Применяется для инструментов и оборудования.
- Главная фишка: Высокая токоотдача. Могут мгновенно отдать много энергии мощному мотору.
- Рабочее напряжение: 3.6-3.7V.
- Срок службы: Хороший. 1000-2000 циклов зарядки (около 4x лет активного использования).
- Безопасность: Низкая. Пожароопасные! Намного стабильнее и безопаснее Li-LCO.
- Минус: Боятся сильных морозов (заряд ниже 0°C запрещен).

Литий-железо-фосфатные Li-LFP (LiFePO4).
- Применяется для инструментов, оборудования и в автомобилестроении. На данный момент является эталонной и самой распространённой технологией во многих сферах.
- Главная фишка: Неубиваемость и максимальный ток.
- Рабочее напряжение: 3.2V (чуть ниже остальных).
- Срок службы: Огромный. 3000-5000 циклов. Служат по 10 лет.
- Безопасность: Низкая. Пожароопасные! Тем не менее они самые безопасные. Не взрываются и не горят, даже если их пробить гвоздем.
- Минус: Они тяжелее и крупнее, чем NMC или LCO. Боятся сильных морозов (заряд ниже 0°C запрещен).
• Подвиды Li-LFP:
- LMFP - Литий-марганец-железо-фосфатные. Добавление марганца повышает рабочее напряжение с 3.2V до 3.7-4.0V, что увеличивает плотность энергии на 15-20% при сохранении безопасности LFP.
- LNMO - Безкобальтовая высоковольтная шпинель. Работает при высоком напряжении 4.7V, не содержит дорогого кобальта, дешевле в производстве, чем NMC. Замена жидкого или гелевого электролита на твердый (керамика, полимеры), что исключает риск возгорания NMC/NCA катодов и удваивает ёмкость батарей.

Литий-титанат Li-LTO (LiFePO4).
- Применяется для городского электротранспорта (электробусы), автозвука и систем резервного питания в суровом климате.
- Главная фишка: Экстремальный мороз не помеха, а зарядка занимает всего 6–10 минут.
- Рабочее напряжение: 2.3-2.4V (самое низкое среди всех литий-ионных).
- Срок службы: Беспрецедентный. 10 000-20 000 циклов. Способны служить более 20 лет.
- Безопасность: Цельные безопасны, не боятся даже сильной детонации и вмятин. Термически стабильны, не боятся перезаряда, внутренних коротких замыканий и не загорятся даже при сильной деформации. При вскрытии пожароопасные!
- Минус: Очень тяжелые, громоздкие (емкость на 1кг веса самая низкая) и обладают высокой стоимостью за ампер-час. Боятся сильных морозов (заряд ниже 0°C запрещен).

Поколения Li-NMC и Li-LFP являются предыдущими улучшенному Li-LTO по эффективности, выносливости и безопасности.

LiFePO4 - Li (Lithium) Литий; Fe (Ferrum) Железо; P (Phosphorus) Фосфор; O4 (Oxygen 4 атома) Кислород.

Полутвердотельные и Твердотельные (Solid-State Li-ion). Замена жидкого или гелевого электролита на твердый (керамика, полимеры). Технология позволяет исключить риск возгорания NMC/NCA катодов и удваивает емкость батарей.

Semi-SSB (Semi-Solid-State Battery) - полутвердотельный аккумулятор.
• SSB (Solid-State Battery) - общее обозначение для всех твердотельных аккумуляторов.
• ASSLB (All-Solid-State Lithium Battery) или ASSL_IB - полностью твердотельные литиевые (или литий-ионные) аккумуляторы. Буква [A] (All) подчеркивает отсутствие жидких компонентов.
• SS_LIB (Solid-State Lithium-Ion Battery) - твердотельный литий-ионный аккумулятор.
• Si-C (Silicon-Carbon) - кремний-углеродные аккумуляторы (является самым распространенным коммерческим названием). В них кремний смешан с графитом (углеродом), чтобы батарея не разрушалась при расширении. Именно такие батареи сейчас массово устанавливают в современные флагманские смартфоны нового поколения.
• Li-Si (Lithium-Silicon) - литий-кремниевые аккумуляторы (общее научно-техническое обозначение самой электрохимической системы).
- Также в связке с Si-C и Li-Si можно встретить аббревиатуру Si-anode LIB (Silicon Anode Lithium-Ion Battery), что переводится как [литий-ионный аккумулятор с кремниевым анодом].

Вывод напрашивается сам собой: на сегодняшний день самой продвинутой и самой безопасной технологией для использования в автомобиле конечно же является Литий-титанат Li-LTO (LiFePO4). Вот на нём мы и остановимся подробнее.

Вам интересно? -Тогда продолжим полоскать мозги.

Вот теперь мы с вами подобрались к главному в нашей теме, ради чего и устраивался весь этот шабаш высоких технологий.

- Диапазон напряжения сборки: Умножая параметры одной ячейки на 6 (схема 6S), мы получаем рабочий коридор готового автомобильного аккумулятора от 9.0V (полный разряд) до 16.8V (полный заряд).
- Реальный заряд в авто: На практике автомобильный генератор выдает 13.5-14.8V, а значит, что под капотом LTO-ячейки будут заряжаться максимум до 2.33-2.46V на элемент. - Это идеальный режим работы, при котором титанат никогда не перезаряжается, не деградирует и служит более 15 лет.
- Зарядное устройство: для сборки 6S ≈30-50 А/ч достаточно 14.6V 10A; для сборки 6S или 6S2P ≈60-80 А/ч необходимо 14.6V 20A; для сборки 6S ≈100 А/ч и более необходимо 14.6V 30A.

- Тип контактов (Внимание!): В отличие от цилиндров, где всегда есть удобные шпильки, прямоугольные ячейки часто продаются с плоскими алюминиевыми выводами под лазерную сварку (особенно б/у блоки из электробусов). Собрать их на болтах [на коленке] без специальных переходных клемм или нарезки резьбы очень сложно. Ищите ячейки, где продавец уже наварил шпильки.
- Габариты сборки 6S: Прямоугольные ячейки складываются вместе как книжки (стенка к стенке). Сборка 6S из банок на 50 А/ч будет иметь размеры примерно 186мм (ширина) × 135мм (длина) × 170мм (высота). Она получается более компактной и [квадратной], чем длинная колбаса из цилиндров. Она идеально встает в корпуса стандартных европейских АКБ.
- Обязательный зажим (компрессия): Призматические ячейки в процессе жесткой работы (заряд/разряд большими токами) могут слегка раздуваться в плоскости. Их обязательно нужно плотно стягивать шпильками или прочной лентой через текстолитовые прокладки, иначе они потеряют емкость.
- Зарядное устройство: для сборки 6S ≈30-50 А/ч достаточно 14.6V 10A; для сборки 6S или 6S2P ≈60-80 А/ч необходимо 14.6V 20A; для сборки 6S ≈100 А/ч и более необходимо 14.6V 30A.

Выбор за вами.

Также нужно понимать, что технологии аккумуляторов Литий-титанат Li-LTO (LiFePO4) имеют свой температурный диапазон ограничений в эсплуатации. Выход за эти рамки кратно ускорит процесс их деградации и более раннего выхода из строя. Отдача тока допустима от -20°С до +60°С. В суровых условиях холодного климата, а так же в жаркий летний зной, ячейки Литий-титанат могут неожиданно и безвозвратно выйти из строя. Чтобы этого не произошло, нужно выставить ограничение на управляющем защитном устройстве [Отдача тока от -18°С до +60°С]. При фиксировании с датчика критической температуры в аккумуляторе, на управляющем устройстве сработает защита и оно аварийно отключится [уйдёт в сон] до следующей активации [в ручную], когда условия эксплуатации снова станут приемлемыми. Ток заряда допустим не ниже 0°С, ниже ноля Литий-ион физически не принимает зарядные токи, отсутствие ограничения этого параметра и принудительная подача зарядного тока [убивает] Литий-ион любого типа и кратно сокращает срок его службы. Необходимо выставить ограничение на управляющем защитном устройстве [Ток заряда от +2°С до +55°С]. Также существуют модели управляющих защитных устройств, которые поддерживают функцию обогрева, можно установить между аккумуляторными ячейками нагревательные элементы, которые ускорят время нагрева аккумулятора до допустимых значений для автономного включения линии зарядного тока в допустимом температурном диапазоне.

При соблюдении рамок технологических ограничений и правильной эксплуатации, Литий-титанат впечатляет своими эффективностью токоотдачи и долговечностью.

Натрий-ионные аккумуляторы (SIB) - это перспективная альтернатива литий-ионным батареям, работающая на основе переноса ионов натрия Na+, вместо лития Li+. Главное преимущество технологии - это низкая стоимость и обилие сырья, так как натрий в тысячи раз доступнее лития.

● Технология классифицируется преимущественно по химическому составу катода (положительного электрода):
- Слоистые оксиды металлов Na.x.MO2. Обладают высокой удельной емкостью. Просты в производстве. Подвержены деградации при контакте с воздухом.
- Полианионные соединения Na.3V.2(PO4)3. Самый безопасный тип катода. Стабильная кристаллическая структура. Обеспечивают высокий срок службы, но имеют меньшую емкость.
- Аналоги берлинской лазури (Prussian Blue analogs). Низкая себестоимость. Высокая теоретическая емкость. Трудности в производстве из-за удержания воды в кристаллической решетке.

● Конструкция ячейки схожа с литий-ионной, но использует другие материалы:
- Анод: Применяется твердый углерод (Hard Carbon). Обычный графит не подходит, так как радиус ионов натрия слишком велик для интеркаляции в него.
- Электролит: Растворы солей натрия NaPF6 в органических карбонатах. Существуют и твердотельные варианты.
- Токосъемники: На аноде и катоде используется алюминиевая фольга - это значительно дешевле лития, где на аноде обязательна дорогая медная фольга.

● Из-за меньшей плотности энергии натрий-ионные батареи тяжелее литиевых при той же емкости, поэтому они применяются там, где вес менее критичен:
- Стационарные накопители энергии: Солнечные и ветряные электростанции.
- Бюджетный электротранспорт: Электросамокаты, скутеры, компактные городские электромобили.
- Резервное питание: ИБП (UPS) для дата-центров и базовых станций связи.

Натрий-ионная технология не заменит литий в дальнобойных электромобилях и смартфонах, но станет главным решением для систем хранения энергии и дешевого транспорта благодаря низкой цене и независимости от дефицитных ресурсов.

1-поколение - NMO (или Layered Na-Me-O). Слоистые оксиды металлов (Na.x.MnO2 Layered Transition Metal Oxides). Главный материал для 2-го и 3-го поколений ячеек благодаря высокой емкости.
● Химия катода: Преимущественно аналоги берлинской лазури (Prussian Blue) и простейшие слоистые оксиды. Главная проблема - удержание микрочастиц воды внутри структуры, что приводило к быстрому старению ячейки при высоких нагрузках.
● Анод: Неоптимизированный твердый углерод (Hard Carbon) с низким КПД первого цикла (Coulombic Efficiency). Много натрия тратилось впустую на формирование защитного слоя (SEI).
- Плотность энергии: 100-135 Вт·ч/кг (тяжелые, как старый литий-марганец).
- Жизненный цикл: 1500-2500 циклов.
- Внутреннее сопротивление: Высокое.
- Безопасность: Очень высокая. Не воспламеняются!

2-поколение - NFPP (или NVP). Полианионные соединения (Polyanionic Compounds). Чаще всего используются аббревиатуры конкретных составов: NFPP (Натрий-железо-пирофосфат Na2FeP2O7) или NVP (Натрий-ванадий-фосфат Na3V2(PO4)3) -это основа для сверхдолговечных батарей.
● Химия катода: Переход на усовершенствованные слоистые оксиды переходных металлов (O3-тип) и полианионные соединения (для сверхдолгих циклов). Химики научились легировать катод, чтобы он не разрушался на воздухе при производстве.
● Анод: Твердый углерод высокой плотности с оптимизированными порами под крупный ион натрия. КПД первого цикла вырос до 85-90%.
- Плотность энергии: 140-165 Вт·ч/кг.
- Жизненный цикл: 4000-6000+ циклов (технология догнала LFP по долговечности).
- Безопасность: Очень высокая. Не воспламеняются!
- Морозостойкость: Удерживают до 80-85% емкости при -40°C и принимают заряд до -20°C. Для сравнения: Литий-титанат (самый морозостойкий) при -20°С и ниже теряет до 65% емкости, а принимает заряд не ниже 0°С.

Технология ближайшего будущего - PBA. Аналоги берлинской лазури (Prussian Blue Analogs). Самый дешевый тип катода, который активно использовался в 1-м поколении Na-ion.
● Химия катода: Высоконапряженные слоистые оксиды (работающие при напряжении до 4.2V-4.5V) и стабильные полианионные сульфаты.
● Архитектурный прорыв (Безанодная технология / Anode-free): Твердый углерод на аноде заменяется тончайшей медной или алюминиевой подложкой. При зарядке ионы натрия осаждаются прямо на нее, образуя чистый металлический натрий. Это убирает лишний вес и объем ячейки.
● Электролит: Частичный или полный переход на твердотельный электролит (Solid-State), что полностью исключает риск возгорания даже при пробитии ячейки гвоздем.
- Плотность энергии: 180-200+ Вт·ч/кг (уровень хорошего лития).
- Жизненный цикл: 8000+ циклов.
- Скорость зарядки: от 0% до 80% за 8-10 минут.
- Безопасность: Очень высокая. Не воспламеняются!

Вывод: на сегодняшний день самой продвинутой технологией Натрий-ион Na-ION является 2-поколение NFPP и NVP. Ну а что касается пожаробезопасности, то тут Литий-ион очень серьёзно уступает Натрий-иону.

Посим остановимся в изучении теории, ибо она достигла своего передела, а мы стали посвящёнными, прям как рыцари, в буквальном смысле.

Вот теперь мы с вами подобрались к самому главному в нашей теме, а точнее даже к кульминации всей этой пьянки высоких технологий.

- Диапазон напряжения сборки: Умножая параметры одной ячейки на 4 (схема 4S4P: последовательно 4 группы, в каждой из которых по 4 параллельно), мы получаем рабочий коридор готового автомобильного аккумулятора от 6.0V (полный разряд) до 12.72V (полный заряд).
- Реальный заряд в авто: На практике автомобильный генератор выдает 13.5-14.8V, а значит, под капотом натрий-ионные (Na-ion) ячейки в сборке 4S будут получать 3.37V-3.70V на один элемент. Для большинства современных коммерческих Na-ion ячеек этого вольтажа более, чем достаточно для полноценной работы. При номинальном напряжении элемента в 3.0-3.1V, диапазон работы автомобильного генератора обеспечивает практически 100% заряд батареи. Чаще всего генератор выдаёт 14.0V, что означает 3.5V на элемент. При таком напряжении натрий-ионная сборка 4S заряжается примерно на 95-98% от своей реальной емкости, что является идеальным и безопасным режимом для ее повседневной эксплуатации в автомобиле. Na-ION в автомобиле никогда не перезаряжается, а значит не деградирует и прослужит более 15 лет.
- Зарядное устройство: для сборки 4S2P ≈30 А/ч достаточно 15.2-15.6V 10A; для сборки 4S4P ≈60 А/ч необходимо 15.2-15.6V 20A.
Зарядное устройство для Литий-ион не подходит для зарядки Натрий-ион, у этих устройств совершенно разные алгоритмы работы. Зарядные устройства для Литий-ион с повышающими импульсами тока до 25.0V моментально убьют Натрий-ион.

- Подходящие нам по размеру и емкости в таблице отмечены галочкой ✅.
- Диапазон напряжения сборки: Умножая параметры одной ячейки на 4 (схема 4S или 4S2P), мы получаем рабочий коридор готового автомобильного аккумулятора от 6.0V (полный разряд) до 12.72V (полный заряд).
- Реальный заряд в авто: На практике автомобильный генератор выдает 13.5-14.8V, а значит, под капотом натрий-ионные (Na-ion) ячейки в сборке 4S будут получать 3.37V-3.70V на один элемент. Для большинства современных коммерческих Na-ion ячеек этого вольтажа более, чем достаточно для полноценной работы. При номинальном напряжении элемента в 3.0-3.1V, диапазон работы автомобильного генератора обеспечивает практически 100% заряд батареи. Чаще всего генератор выдаёт 14.0V, что означает 3.5V на элемент. При таком напряжении натрий-ионная сборка 4S заряжается примерно на 95-98% от своей реальной емкости, что является идеальным и безопасным режимом для ее повседневной эксплуатации в автомобиле. Na-ION в автомобиле никогда не перезаряжается, а значит не деградирует и прослужит более 15 лет.
- Зарядное устройство: для сборки 4S или 4S2P ≈50-80 А/ч необходимо 15.2-15.6V 20A; для сборки 4S ≈100 А/ч и более необходимо 15.2-15.6V 30A.
Зарядное устройство для Литий-ион не подходит для зарядки Натрий-ион, у этих устройств совершенно разные алгоритмы работы. Зарядные устройства для Литий-ион с повышающими импульсами тока до 25.0V моментально убьют Натрий-ион.

Выбор за вами.

Также нужно понимать, что технологии аккумуляторов Натрий-ион Na-ION имеют свой температурный диапазон ограничений в эсплуатации. Выход за эти рамки кратно ускорит процесс их деградации и более раннего выхода из строя. Отдача тока допустима от -40°С до +60°С. В суровых условиях холодного климата, а так же в жаркий летний зной, ячейки Натрий-ион могут неожиданно и безвозвратно выйти из строя. Чтобы этого не произошло, нужно выставить ограничение на управляющем защитном устройстве [Отдача тока от -38°С до +60°С]. При фиксировании с датчика критической температуры в аккумуляторе, на управляющем устройстве сработает защита и оно аварийно отключится [уйдёт в сон] до следующей активации [в ручную], когда условия эксплуатации снова станут приемлемыми. Ток заряда допустим не ниже -20°С, при температуре ниже Натрий-ион физически не принимает зарядные токи, отсутствие ограничения этого параметра и принудительная подача зарядного тока [убивает] Натрий-ион любого типа и кратно сокращает срок его службы. Необходимо выставить ограничение на управляющем защитном устройстве [Ток заряда от -18°С до +55°С]. Также существуют модели управляющих защитных устройств, которые поддерживают функцию обогрева, можно установить между аккумуляторными ячейками нагревательные элементы, которые ускорят время нагрева аккумулятора до допустимых значений для автономного включения линии зарядного тока в допустимом температурном диапазоне.

При соблюдении рамок технологических ограничений и правильной эксплуатации, Натрий-ион удивит вас своими эффективностью токоотдачи и долговечностью.

Давайте возьмём за основу оптимальные для использования в автомобиле, в качестве основного АКБ, сборки из ячеек самых передовых технологий Литий-ион с Натрий-ион и сравним их между собой по характеристикам.

Комментарии тут не нужны, каждая из технологий имеет свой ряд преимуществ и недостатков. Каждый решает сам что выбрать, чем поступиться, а чем нет.

Выбор за вами.

*Повышающий DC-DC преобразователь тока (регулируемый):
QSKJ QS-4884CCCV-1200W; 0.5-18А; вход 10-60V; выход 12-80V.
QSKJ QS-4884CCCV-1500W; 0.5-22А; вход 10-60V; выход 13-97V.
QSKJ QS-4884CCCV-1800W; 0.5-22А; вход 10-60V; выход 13-97V.

1 of 2

*Небольшое пояснение: для чего нужен повышающий преобразователь тока.
- Летом при напряжении бортовой цепи ниже 14.2V сборка Литий-ион заряжаться не будет - постарайтесь как-то принять этот факт!

В разное время года напряжение бортовой цепи отличается, оно напрямую зависит от температуры окружающей среды. Процесс обусловлен температурным коэффициентом напряжения и является частью физического эффекта, известного как термокомпенсация заряда аккумулятора (или температурная компенсация).
- В жару химические реакции ускоряются, а внутреннее сопротивление батареи падает. Требуемое напряжение для заряда снижается, чтобы предотвратить закипание электролита и разрушение пластин.
- В морозы химические процессы замедляются, а внутреннее сопротивление растёт. Напряжение увеличивается, чтобы [протолкнуть] ток и обеспечить нормальный заряд.
Современные генераторы и [умные] зарядные устройства оснащены датчиками температуры для автоматической корректировки напряжения: в летний зной 13.5-13.8V, а на холоде 14.0-14.8V.

Ну что, мой дорогой читатель, ты ещё не заснул? Тебе интересно? Данунааа! Продолжим? Давай-ка мы лучше сделаем перерыв на кофеблудство, а потом продолжим наше волшеблятство.

Для баланса напряжения ячеек аккумуляторных сборок существуют пассивные и активные балансиры.
● Пассивными называют резисторные, часть превышающих значения токов срезаются и превращаются резисторами в тепло. Рассеивание в тепло, вместо передачи. Пассивный балансир не умеет забирать энергию у полностью заряженной (высокой) ячейки и отдавать её более слабой. Когда одна из банок заряжается быстрее других, балансир просто открывает ключ и пускает лишний ток через нагрузочные резисторы, превращая электричество в обычное тепло.
● Активными называют на основе конденсаторов. В отличие от пассивных, активные не сжигают безвозвратно лишний ток, превращая его в тепло, а переливают в соседние ячейки. Простой слив энергии. Он действует как [предохранительный клапан] для лишнего напряжения. Его задача притормозить самую быструю ячейку методом контролируемого разряда, пока остальные банки её [догоняют]. При этом часть общей энергии заряда тратится впустую.
Говоря кратко и на простом языке: резистор отсекает лишний ток преобразуя его в тепло (греется и создаёт нагрузку), а конденсатор лишний ток сбрасывает в цепь, в которой его меньше (не греется). В этом их принципиальная разница! А также, зачастую, резисторы пассивных балансиров маломощные, а у конденсаторов активных балансиров мощность многократно выше, что легко позволяет их использовать для мощных аккумуляторных сборок.
● Пассивные балансиры работают только в процессе заряда выравнивая ток. Активные балансиры выравнивают напряжение на ячейках не только в процессе заряда, но и отдачи тока аккумулятором.
● Обычные балансиры не контролируют, не управляют и не отключают процесс заряда. Их главная задача - выравнивать напряжение между ячейками в сборке, чтобы они заряжались равномерно.

Балансиры такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион и Натрий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать от 2А и выше.

1 of 2

Также существуют более продвинутые модели активных балансиров конденсаторного типа с дисплеями кулометра, наличие которых позволяет контролировать состояние ячеек без использования дополнительных устройств мониторинга, что очень сильно облегчает процесс эксплуатации такого аккумулятора в целом.

Контролируемый заряд и разряд ячеек сборки может обеспечить защитное устройство. Моделей, типов, назначений и по функционалу очень много на рынке. При выборе защитного устройства изучайте характеристики с функционалом и консультируйтесь с продавцом, чтобы избежать ошибок или купить чё-нить не то.
Мы с вами рассмотрим лишь одну модель для наглядности и понимания [что это вообще за зверь такой?], исключительно в качестве примера.

BW-6S BMS-Плата защиты и балансировки.
Технические характеристики:
- Тип поддерживаемой химии: Li-Ion / Li-Pol ячейки с номиналом 3.6-3.7V.
- Номинальное напряжение сборки: 22.2V.
- Максимальное напряжение (полный заряд): 25.2-25.5V.
- Рабочий (долговременный) ток разряда: до 15А.
- Максимальный ток заряда: до 15А.
- Пиковый (мгновенный) ток разряда: до 25-30А.
- Напряжение отсечки по перезаряду (на одну ячейку): 4.25V ±0.05V (сброс при 4.1-4.15V).
- Напряжение отсечки по переразряду (на одну ячейку): 2.55V ±0.08V (восстановление при 2.9-3.0V).
- Балансировка: Встроенная. Пассивная с помощью балластных резисторов и транзисторов в левой части платы. Ток балансировки составляет порядка 40-50mА на ячейку.
- Изменить пороги напряжений и токи отсечки у этой платы можно с помощью программатора.
- Функция мониторинга у платы отсутствует, можно дополнительно до-оснастить универсальным кулонометром.
Компонентная база платы:
- Силовые ключи (MOSFET): Справа расположены мощные полевые транзисторы в корпусах DPAK (маркировка на фото частично скрыта, обычно используются транзисторы типа KIA или аналогичные с низким внутренним сопротивлением, например, серии 15N03 / 50N03), которые коммутируют нагрузку и заряд.
- Шунт контроля тока: Белый низкоомный резистор с маркировкой R005 (0.005 Ом) служит датчиком тока для защиты от короткого замыкания и перегрузки.
- Управление балансиром и защитой: Шесть одинаковых микросхем (SOT-23-6) и шесть транзисторных пар с обвязкой в левой части платы отвечают за по-канальный контроль каждой из 6 ячеек.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа. Для технологии Натрий-ион не пригодны!

Технологии не стоят на месте и на смену слепых устройств, которые можно настроить только с помощью программаторов обратившись к узкопрофильным специалистам, приходят умные Smart, которые позволяют легко изменить настройки самостоятельно и без посторонней помощи через специальное приложение от разработчика этого же устройства.

Smart BMS 8S U2-8S60MSUR в комплекте с многофункциональным ЖК-дисплеем кулонометром.
Технические характеристики:
- Применяемый тип батареи: 8S Литий-железо-фосфат (LiFePO4).
- Тип интерфейса (портов): Однопортовая (симметричная) схема. Зарядка и разрядка (нагрузка) подключаются к одним и тем же силовым клеммам C-.
- Непрерывный ток: до 300A.
- Поддержка интерфейса связи RS485 для подключения к ПК или системам автоматизации.
- Балансировка: Пассивная с помощью балластных резисторов и транзисторов в левой части платы. Ток балансировки составляет порядка 30-100mА на ячейку.
- Встроенный Bluetooth-модуль для беспроводной передачи данных и настройки через мобильное приложение, что позволяет самостоятельно, быстро и без усилий изменить пороги напряжений и токи отсечки при заряде сборки.
- Поддержка функции подогрева аккумуляторной батареи (актуально для зимней эксплуатации LiFePO4).
- Слаботочный выключатель-кнопка активации и вкл/выкл платы BMS.
- Кулонометр с ЖК-дисплеем идёт в комплекте с платой, подключается к шине RS485.
Ключевые параметры:
- Номинальное напряжение сборки: 25.6V (8 ячеек по 3.2V).
- Максимальное напряжение (полный заряд): 29.2V (8 ячеек по 3.65V).
- Минимальное напряжение (полный разряд): 20.0V (8 ячеек по 2.5V).
- Максимальный постоянный ток разряда/заряда: 300А.
- Тип балансировки: Встроенная пассивная система балансировки ячеек.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа. Для технологии Натрий-ион не пригодны!

JIKONG V17 (PB Series) JK-PB2A16S20P Инверторная BMS-Плата управления аккумуляторными батареями в комплекте с многофункциональным ЖК-дисплеем кулонометром.
Технические характеристики:
- Типы поддерживаемых аккумуляторов: LiFePO4 (литий-железо-фосфат) и Li-LTO (титанат лития).
- Конфигурация ячеек (Strings): Регулируемая от 7S до 16S (для LTO от 14S).
- Номинальный ток (заряд/разряд): 200А непрерывно (зависит от точной модификации в линейке: есть версии на 100А; 150А; 300А).
- Пиковый ток разряда: до 300-400А (кратковременно до 2 минут).
- Метод балансировки: Активный балансир на основе конденсаторов (перераспределение энергии).
- Ток балансировки: до 2.0А (обеспечивает высокую скорость выравнивания емкости ячеек).
- Интерфейсы связи: RS232; RS485; CAN; UART; встроенный Bluetooth.
- Совместимость с инверторами: Прямая поддержка протоколов популярных гибридных инверторов (Deye, Growatt, Victron, Must, Luxpower, Pylontech).
- Параллельное подключение: Поддерживает сборку до 16 аккумуляторных блоков в единую параллельную сеть (с ограничением уравнительных токов до 10А).
Функциональные особенности и защита:
- Сенсорный дисплей JIKONG V19 7 Inch Touch Screen 4.3d: отображает общее напряжение сборки (на фото: 58.34V), текущий ток (на фото: 6.6A), процент заряда (на фото: 75%), емкость, температуру (4 термодатчика), а также построчный статус каждой ячейки.
- Комплексная защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и критического изменения температур.
- Функция подогрева: поддержка подключения внешних нагревательных матов для зарядки аккумулятора при отрицательных температурах.
- Управление со смартфона: детальная настройка всех порогов срабатывания защиты через фирменное приложение для Android и iOS по Bluetooth.

JIKONG V19 (PB Series) JK-PB2A16S30P Инверторная BMS-Плата с номинальным током 10-300А и пиковым до 600А, в остальном характеристики аналогичны с JK-PB2A16S20P.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа. Для технологии Натрий-ион не пригодны!

На смену умным Smart приходят интелеектуальные супер-системы, которые имеют возможность не только контролировать и управлять токами заряда и разряда, но и имеют возможность контроля и гибкой настройки управления температурных ограничений, а также более широкий спектр применимости к различным технологиям и позволяют управлять более мощными сборками.

JIKONG JK-B1A8S10P Smart BMS-Система (b1А; 10-100А).
JIKONG JK-B1A8S20P Smart BMS-Система (b1А; 10-200А).
*Функционал и характеристики смотрите в сводной таблице.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа. Для технологии Натрий-ион не пригодны!

Технологии развития остановить невозможно и на смену интелеектуальным супер-системам приходят ещё более мощные и более функциональные, с помощью которых можно обеспечить защиту и управлять не только любым поколением Литий-ион, но и использовать с успехом эти системы для технологии Натрий-ион.

JIKONG JK-B2A8S10P Smart BMS-Система (b2А; 10-100А).
JIKONG JK-B2A8S20P Smart BMS-Система (b2А; 10-200А).
JIKONG JK-B2A8S30P Smart BMS-Система (b2А; 10-300А).
*Функционал и характеристики смотрите в сводной таблице.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион и Натрий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа.

1 of 6

Своданая таблица Smart BMS-Систем защиты JIKONG.

1 of 2

Выбор за вами.

Модели кулонометров, которыми (по запросу) комплектуются Smart BMS JIKONG. Работают только с платами линеек Smart BMS.

1 of 4

Даже мощные модели Smart BMS-Систем поддерживают мощность обогрева суммарно лишь до 35W. Средняя мощность одного такого элемента (средних размеров 80*120мм) около 95W. Поэтому считаю наличие данной опции у этих плат бестолковой маркенинговой фикцией, толку от которой ноль.

Контроль и настройки Smart BMS происходит через приложение JK BMS.

А существуют ли модели мощнее? -Да!
Только ценник на них не обрадует.

JIKONG JK-B2A25SRP Smart BMS-Система (b2А; 10-500А).
Принципиальные отличия от предыдущих линеек:
- Постоянный ток до 500А, в пике до 1000А.
- Суммарная мощность подогрева до 60W.
*Функционал и характеристики смотрите в сводной таблице.

Платы такого типа пригодны для использования сборок любой технологии и поколений Литий-ион и Натрий-ион. Для мощных сборок нужно выбирать с балансиром на борту от 2А и выше, а для эффективного перераспределения тока без потерь с активным балансиром конденсаторного типа.

Своданая таблица супер-мощных Smart BMS-Систем JIKONG нового поколения.

1 of 2

Выбор за вами.

Кулонометр - модуль дополнительных возможнойстей для визуального контроля и в качестве финального штриха, как акцента или вишенки на торте.

1 of 7

Выбор за вами.

1 of 6

На этом посим усйо!
Можно выдохнуть, а позже (проветрив мозг и по-свежачку) определиться с технологиями и выбором нужных компонентов.

Ну а теперь по нашей старой и доброй традиции настала пора мантры новых свершений и побед на нашем тернистом пути к идеалу.🤣

Ну и как всегда, десерт для самых терпеливых и читающих букавки моих постов. Приятного вам просмотра и улётной эйфории от услышанного!

🏁🇷🇺 Драйва и ровных дорог! 🇷🇺🏁