
양산차에는 경량 리튬이온 배터리가 탑재되지 않는 이유는 무엇일까?
몇 킬로그램 무게의 스타팅 부스터(점프 스타터, 자동 파워 뱅크 - 많은 이름이 있음)를 손에 들고 무의식적으로 질문합니다. 왜 그런 것들이 자동차에 정기적으로 설치되지 않습니까? 작고 가벼운 장치로 경차와 대형 SUV의 엔진 시동이 가능합니다.
결국 가장 중요한 것은 자동차를 시동한 다음 발전기가 작동하여 에너지 소비자에게 전류를 공급하는 것입니다. 예, 실제로 옛날에는 약간의 전압과 "비뚤어진 시동기"만으로도 내연 기관을 시동하기에 충분했습니다. 원칙적으로 5~10A의 전류에서 3~5V를 전달할 수 있는 배터리는 발전기 권선을 자극하는 데 충분합니다. 나는 핸들을 몇 번 돌렸다가 꺼졌습니다!
VAZ-2101에는 손잡이부터 시작하는 기능이 제공됩니다! 사진: youtube.com
이 방식은 원시적인 전기 장비가 장착된 자동차에서만 작동합니다. 오늘날 생산되는 자동차에서는 배터리가 엔진 시동에만 필요한 것이 아닙니다. 배터리는 대형 커패시터처럼 전류 리플을 완화하여 안정성을 보장합니다. 크랭크샤프트 속도가 떨어지면 배터리는 필요한 전압을 유지합니다. 그리고 엄격하게 정의된 값은 전자 요소(예: 미세 회로)에 매우 중요합니다. 이는 필라멘트 전구 또는 후면 창 히터 그리드(11V 또는 14,5)의 경우에도 동일합니다. 섬세한 전자 장치는 이러한 산란을 용납하지 않습니다.
Porsche GT2 RS에는 리튬 배터리가 공장에서 처음 설치됩니다. 사진: youtube.com
더 높은 등급의 자동차와 초기 생산 연도의 자동차에서는 모든 것이 디지털 버스에 "연결"됩니다. 엔진을 시동하기 전에 ECU는 센서를 폴링한 다음 시동을 허용할지 여부에 대한 명령을 내립니다. 푸셔에서 엔진을 시동하려고 하면 전자 장치가 "죽일" 수 있다는 사실은 말할 것도 없습니다. 엔진이 작동하는 동안 배터리에서 단자를 분리하면 문제가 발생할 수도 있습니다. 하지만 리튬 이온 배터리로 돌아가 보겠습니다. 실제로 생산 차량에는 전혀 설치되지 않습니까? 그렇습니다. 그러나 그러한 자동차 목록은 매우 적으며 대부분 스포츠카 및/또는 Porsche GT3/GT2와 같은 값비싼 자동차입니다. 우리는 전기 자동차에 대해 말하는 것이 아닙니다. 전기 자동차에서는 다른 유형의 배터리를 사용할 수 없습니다.
이러한 배터리에는 순수 Li가 포함되어 있지 않습니다. 코발트, 니켈, 인산염, 철 및 망간이 포함된 산화물이 사용됩니다. 음극은 이러한 재료로 만들어집니다. 양극은 그래핀이나 흑연으로 만들어집니다. 전해질의 역할은 유기 기반 용매와 리튬염이 담당합니다.
흥미롭긴 한데, 리튬이온 배터리는 장점이 많지 않고, 무엇보다 무게와 크기가 가볍습니다. 예를 들어, 90Ah 납산 배터리의 무게가 약 24kg이라면 리튬 기반 배터리의 무게는 5kg에 불과합니다. 이는 그러한 배터리가 높은 에너지 용량을 가지고 있음을 시사합니다. 또 다른 장점은 신속하게 충전하고 필요한 경우 신속하게 전류를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 사용하지 않을 때 용량이 손실되는 "경향"이 낮다는 것입니다.
1000ССА라는 문구는 콜드 스타트 시 배터리가 1000Ah를 생산한다는 의미입니다. 사진: youtube.com
그리고 마지막으로 전체 작동 수명 동안 유지 관리가 전혀 없다는 것입니다. 그러나 최신 납축 배터리는 사용 규칙을 준수하면 전체 수명 주기 동안 개입이 필요하지 않습니다. 그리고 이제 자동차 제조업체가 대량 생산 자동차에 이러한 배터리를 설치하는 것을 꺼리는 단점에 대해 설명합니다.
우선 우리는 주변 온도에 크게 의존할 수 있습니다. 60°C 이상의 과열과 과방전은 특히 위험합니다. 디자인에 관한 모든 것이 여기에 있습니다. 배터리가 정상적인 조건에서 작동할 때 양극에는 공격적인 전해질로부터 보호하는 흑연 층이 있습니다. 온도가 올라가거나 배터리가 심하게 방전되면 코팅이 파괴됩니다. 그리고 정상적인 작동 조건이 복원되면 흑연과 리튬으로 인해 층이 새로 형성됩니다. 실제로 이러한 유형의 "클래식" 배터리 성능은 매년 4~6%씩 저하됩니다. 또한 심각한 과열은 폭발의 위험이 있습니다. 최근 팔레스타인에서 발생한 테러 공격을 기억하십시오. 외부 신호에 따라 기기의 배터리가 과열되어 호출기가 산산조각이 났습니다.
리튬 배터리는 서로 연결된 여러 개의 셀로 구성됩니다. 사진: youtube.com
다음 요점은 리튬 배터리 설계에 코발트가 포함되면 인간의 건강과 환경 전체에 위험하다는 것입니다. 따라서 수명이 다한 배터리는 반드시 폐기해야 합니다. 그리고 이것은 제품 비용은 말할 것도 없습니다. 수백 또는 그 이상에 도달할 수 있습니다. 그렇다면 리튬 배터리는 과연 양산차에 들어가는 것이 금지되는 걸까? 모든 것이 그렇게 나쁜 것은 아닙니다. 제조업체는 이러한 배터리가 미래라고 확신하며 모든 "마이너스" 영역에서 배터리를 개선하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
이것은 그들에 대한 잘 알려진 문구입니다. "할 수 없지만 정말로 원한다면 할 수 있습니다." 이러한 배터리는 "클래식" 리튬 배터리에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 그 중 첫 번째는 -30 ~ +55°C 범위의 온도 범위입니다. 심한 서리 속에서도 LiFePO4는 용량의 70%를 유지합니다. 과열은 어떻습니까? 화염이나 폭발은 없지만 연기가 쏟아집니다. 코발트는 배터리에 포함되어 있지 않습니다. 환경적인 관점에서도 이점이 있습니다.
배터리 LiFePO4 LiitoKala 12.8V 60Ah. 평균 가격 : 23 루블. 사진 : market.yandex.ru
무게 측면에서 배터리는 "순수한" 리튬 "동료"보다 무겁지만 납산 배터리보다 가볍습니다. 예를 들어, 60Ah 용량의 배터리 질량은 5kg입니다. 가격은 23-40 루블 범위입니다. 자동차 배터리의 경우 차. 그러나 "진행 상황을 따라잡기"로 결정하고 이러한 배터리를 자동차에 설치하고 싶어도 그렇게 할 수는 없습니다.
이는 일반적으로 3,2V의 전압을 갖는 여러 셀로 구성됩니다. 즉, 그 중 12,8개가 XNUMXV를 생성합니다. 그러나 여기서 각 요소는 "자체 수명을 유지합니다". 따라서 충전/방전 과정의 균형을 이루기 위해서는 컨트롤러가 필요합니다. 그렇지 않으면 제품의 수명이 급격히 단축됩니다.
두 번째 요점은 리튬 배터리가 충격과 진동에 매우 민감하여 셀 연결부에 부식이 발생한다는 것입니다. 자동차는 주머니나 지갑 속에 넣어두는 휴대폰이 아니며 강한 흔들림에도 흔들리지 않습니다.
오늘날 컨트롤러는 배터리에 직접 통합될 수 있습니다. 사진: youtube.com
그러나 그 반대의 경우도 있습니다. 즉, "긴급 상황"(McLaren MP4-12C 지침에 명시된 대로)에서는 리튬 배터리를 납 배터리로 교체할 수 있습니다. 예, 자동차의 전자 장치가 이상해지고 엔진 점검 표시등이 켜지지만 엔진이 시동되고 서비스 센터로 운전하게 됩니다.
크기 면에서 리튬 배터리는 납 배터리와 동일하게 제작되어 설치가 용이합니다. 사진: youtube.com
그러나 모든 것에도 불구하고 리튬 배터리 문제의 진전을 좋아하는 사람들의 수는 감소하는 것이 아니라 증가하고 있습니다. 개별 부품을 구입하여 배터리로 결합함으로써 임시 변통으로 리튬 배터리를 직접 조립할 수도 있습니다. 아니면 가까운 정비소의 '전문가'에게 배터리 조립을 의뢰하세요.
일반 자동차에 LiFePO4를 설치할 수 있지만...조심하세요. 사진: youtube.com
확실히 그는 아무것도 다시 플래시할 필요가 없다고 말할 것이지만 최소한 과방전에 대한 전자 보호 장치를 설치해야 합니다. 그러한 제품에 대한 수요가 있으며 심지어 증가하고 있습니다. "집에서 만든" 리튬 배터리는 Renault Megane RS와 같은 자동차를 타고 트랙에서 경주하는 것을 좋아하는 사람들이 사용하는데, 2~10kg을 감량하는 것은 매우 유용할 것입니다. 그건 그렇고, XNUMX 리터 내연 기관의 경우 ...XNUMX Ah 용량의 배터리이면 충분합니다.
그러나 우리는 그러한 "수제" 작업에 참여하는 것을 강력히 권장하지 않습니다. 안전이 최우선입니다!
결국 가장 중요한 것은 자동차를 시동한 다음 발전기가 작동하여 에너지 소비자에게 전류를 공급하는 것입니다. 예, 실제로 옛날에는 약간의 전압과 "비뚤어진 시동기"만으로도 내연 기관을 시동하기에 충분했습니다. 원칙적으로 5~10A의 전류에서 3~5V를 전달할 수 있는 배터리는 발전기 권선을 자극하는 데 충분합니다. 나는 핸들을 몇 번 돌렸다가 꺼졌습니다!

이 방식은 원시적인 전기 장비가 장착된 자동차에서만 작동합니다. 오늘날 생산되는 자동차에서는 배터리가 엔진 시동에만 필요한 것이 아닙니다. 배터리는 대형 커패시터처럼 전류 리플을 완화하여 안정성을 보장합니다. 크랭크샤프트 속도가 떨어지면 배터리는 필요한 전압을 유지합니다. 그리고 엄격하게 정의된 값은 전자 요소(예: 미세 회로)에 매우 중요합니다. 이는 필라멘트 전구 또는 후면 창 히터 그리드(11V 또는 14,5)의 경우에도 동일합니다. 섬세한 전자 장치는 이러한 산란을 용납하지 않습니다.

더 높은 등급의 자동차와 초기 생산 연도의 자동차에서는 모든 것이 디지털 버스에 "연결"됩니다. 엔진을 시동하기 전에 ECU는 센서를 폴링한 다음 시동을 허용할지 여부에 대한 명령을 내립니다. 푸셔에서 엔진을 시동하려고 하면 전자 장치가 "죽일" 수 있다는 사실은 말할 것도 없습니다. 엔진이 작동하는 동안 배터리에서 단자를 분리하면 문제가 발생할 수도 있습니다. 하지만 리튬 이온 배터리로 돌아가 보겠습니다. 실제로 생산 차량에는 전혀 설치되지 않습니까? 그렇습니다. 그러나 그러한 자동차 목록은 매우 적으며 대부분 스포츠카 및/또는 Porsche GT3/GT2와 같은 값비싼 자동차입니다. 우리는 전기 자동차에 대해 말하는 것이 아닙니다. 전기 자동차에서는 다른 유형의 배터리를 사용할 수 없습니다.
리튬 이온 배터리의 작동 원리
이러한 배터리에는 순수 Li가 포함되어 있지 않습니다. 코발트, 니켈, 인산염, 철 및 망간이 포함된 산화물이 사용됩니다. 음극은 이러한 재료로 만들어집니다. 양극은 그래핀이나 흑연으로 만들어집니다. 전해질의 역할은 유기 기반 용매와 리튬염이 담당합니다.
리튬 코발타이트를 기반으로 한 최초의 배터리는 1983년에 등장했습니다. 이후 배터리는 지속적으로 개선되어 충방전 횟수를 300회에서 7회로 늘렸고 비용량은 240kWh/kg 이상으로 늘렸으며 가격은 약 10배 정도 인하되었습니다.
흥미롭긴 한데, 리튬이온 배터리는 장점이 많지 않고, 무엇보다 무게와 크기가 가볍습니다. 예를 들어, 90Ah 납산 배터리의 무게가 약 24kg이라면 리튬 기반 배터리의 무게는 5kg에 불과합니다. 이는 그러한 배터리가 높은 에너지 용량을 가지고 있음을 시사합니다. 또 다른 장점은 신속하게 충전하고 필요한 경우 신속하게 전류를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 사용하지 않을 때 용량이 손실되는 "경향"이 낮다는 것입니다.

그리고 마지막으로 전체 작동 수명 동안 유지 관리가 전혀 없다는 것입니다. 그러나 최신 납축 배터리는 사용 규칙을 준수하면 전체 수명 주기 동안 개입이 필요하지 않습니다. 그리고 이제 자동차 제조업체가 대량 생산 자동차에 이러한 배터리를 설치하는 것을 꺼리는 단점에 대해 설명합니다.
리튬 이온 배터리의 단점
우선 우리는 주변 온도에 크게 의존할 수 있습니다. 60°C 이상의 과열과 과방전은 특히 위험합니다. 디자인에 관한 모든 것이 여기에 있습니다. 배터리가 정상적인 조건에서 작동할 때 양극에는 공격적인 전해질로부터 보호하는 흑연 층이 있습니다. 온도가 올라가거나 배터리가 심하게 방전되면 코팅이 파괴됩니다. 그리고 정상적인 작동 조건이 복원되면 흑연과 리튬으로 인해 층이 새로 형성됩니다. 실제로 이러한 유형의 "클래식" 배터리 성능은 매년 4~6%씩 저하됩니다. 또한 심각한 과열은 폭발의 위험이 있습니다. 최근 팔레스타인에서 발생한 테러 공격을 기억하십시오. 외부 신호에 따라 기기의 배터리가 과열되어 호출기가 산산조각이 났습니다.

다음 요점은 리튬 배터리 설계에 코발트가 포함되면 인간의 건강과 환경 전체에 위험하다는 것입니다. 따라서 수명이 다한 배터리는 반드시 폐기해야 합니다. 그리고 이것은 제품 비용은 말할 것도 없습니다. 수백 또는 그 이상에 도달할 수 있습니다. 그렇다면 리튬 배터리는 과연 양산차에 들어가는 것이 금지되는 걸까? 모든 것이 그렇게 나쁜 것은 아닙니다. 제조업체는 이러한 배터리가 미래라고 확신하며 모든 "마이너스" 영역에서 배터리를 개선하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
리튬인산철 배터리 LiFePO4
이것은 그들에 대한 잘 알려진 문구입니다. "할 수 없지만 정말로 원한다면 할 수 있습니다." 이러한 배터리는 "클래식" 리튬 배터리에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 그 중 첫 번째는 -30 ~ +55°C 범위의 온도 범위입니다. 심한 서리 속에서도 LiFePO4는 용량의 70%를 유지합니다. 과열은 어떻습니까? 화염이나 폭발은 없지만 연기가 쏟아집니다. 코발트는 배터리에 포함되어 있지 않습니다. 환경적인 관점에서도 이점이 있습니다.

무게 측면에서 배터리는 "순수한" 리튬 "동료"보다 무겁지만 납산 배터리보다 가볍습니다. 예를 들어, 60Ah 용량의 배터리 질량은 5kg입니다. 가격은 23-40 루블 범위입니다. 자동차 배터리의 경우 차. 그러나 "진행 상황을 따라잡기"로 결정하고 이러한 배터리를 자동차에 설치하고 싶어도 그렇게 할 수는 없습니다.
리튬 배터리의 뉘앙스
이는 일반적으로 3,2V의 전압을 갖는 여러 셀로 구성됩니다. 즉, 그 중 12,8개가 XNUMXV를 생성합니다. 그러나 여기서 각 요소는 "자체 수명을 유지합니다". 따라서 충전/방전 과정의 균형을 이루기 위해서는 컨트롤러가 필요합니다. 그렇지 않으면 제품의 수명이 급격히 단축됩니다.
이론적으로나 실제적으로 자동차의 "두뇌"는 리튬 배터리로 재탄생될 수 있습니다. 하지만 전문가와 함께 하는 것이 더 낫습니다. 그리고 그들이 서비스에 대해 얼마를 청구할지는 또 다른 문제입니다...
두 번째 요점은 리튬 배터리가 충격과 진동에 매우 민감하여 셀 연결부에 부식이 발생한다는 것입니다. 자동차는 주머니나 지갑 속에 넣어두는 휴대폰이 아니며 강한 흔들림에도 흔들리지 않습니다.

그러나 그 반대의 경우도 있습니다. 즉, "긴급 상황"(McLaren MP4-12C 지침에 명시된 대로)에서는 리튬 배터리를 납 배터리로 교체할 수 있습니다. 예, 자동차의 전자 장치가 이상해지고 엔진 점검 표시등이 켜지지만 엔진이 시동되고 서비스 센터로 운전하게 됩니다.

그러나 모든 것에도 불구하고 리튬 배터리 문제의 진전을 좋아하는 사람들의 수는 감소하는 것이 아니라 증가하고 있습니다. 개별 부품을 구입하여 배터리로 결합함으로써 임시 변통으로 리튬 배터리를 직접 조립할 수도 있습니다. 아니면 가까운 정비소의 '전문가'에게 배터리 조립을 의뢰하세요.

확실히 그는 아무것도 다시 플래시할 필요가 없다고 말할 것이지만 최소한 과방전에 대한 전자 보호 장치를 설치해야 합니다. 그러한 제품에 대한 수요가 있으며 심지어 증가하고 있습니다. "집에서 만든" 리튬 배터리는 Renault Megane RS와 같은 자동차를 타고 트랙에서 경주하는 것을 좋아하는 사람들이 사용하는데, 2~10kg을 감량하는 것은 매우 유용할 것입니다. 그건 그렇고, XNUMX 리터 내연 기관의 경우 ...XNUMX Ah 용량의 배터리이면 충분합니다.
리튬 배터리를 탑재한 스포티한 르노 메간 RS의 모든 기능
그러나 우리는 그러한 "수제" 작업에 참여하는 것을 강력히 권장하지 않습니다. 안전이 최우선입니다!
- 세르게이 밀레슈킨
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