Почему в автомобилях не используются аккумуляторы LiFePO4, ведь они, похоже, не уступают по цене AGM-аккумуляторам?

Я вижу несколько причин, по которым LiFePO₄ всё ещё не является полноценной заменой свинцово-кислотных аккумуляторов в любых условиях.

Во-первых, зарядка аккумулятора LiFePO₄ при отрицательных температурах приводит к его повреждению. В электромобилях в аккумулятор встроен нагреватель, который сначала нагревает его, а затем заряжает. Однако нагреватель должен быть встроен непосредственно в аккумуляторную батарею, что увеличивает её стоимость. Теоретически двигатель и аккумулятор, расположенные в моторном отсеке, будут нагревать аккумулятор, но очень медленно, так что при достаточно длительных поездках температура аккумулятора может повыситься до уровня, при котором возможна зарядка. Однако как минимум потребуется датчик температуры, расположенный непосредственно рядом с аккумулятором, и если поездки будут короткими, то аккумулятор никогда не будет нагреваться выше нуля, что позволит его заряжать. Пользователь, совершающий множество коротких поездок при температуре -30 °C, может быть очень разочарован, обнаружив, что аккумулятор LiFePO₄ теряет заряд и не заряжается. Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжаются при отрицательных температурах, но медленно, особенно если на улице очень холодно, например -30 °C. Поэтому глубокий разряд свинцово-кислотных аккумуляторов в очень холодных условиях возможен, но не так вероятен, как в случае с LiFePO₄.

Кроме того, если аккумулятор LiFePO₄ разряжается при отрицательных температурах, единственный способ снова запустить автомобиль — использовать пусковое устройство (которое может повредить аккумулятор из-за высоких токов зарядки, если только провода не подключаются и не отключаются очень быстро, возможно, всего на несколько секунд, в этом случае ущерб может быть минимальным). Дешёвое зарядное устройство не подойдёт, так как в нём нет функции нагрева.

Кроме того, для типичных дешёвых китайских аккумуляторов LiFePO₄ ёмкостью около 100 Ач обычно поддерживается ток разряда около 1C, то есть аккумулятор ёмкостью 50 Ач будет поддерживать разрядный ток только 50 А. Этого заряда даже близко недостаточно, чтобы запустить большой дизельный двигатель при температуре -30 °C, и даже если бы дизель каким-то волшебным образом уже работал, безопасного тока разряда в 50 А было бы недостаточно для работы электроусилителя руля, которому требуется такой большой ток, что его не может обеспечить только генератор. Это правда, что при грамотном проектировании LiFePO₄ может выдерживать даже более высокие токи разряда (но это непросто, так как требуется схема защиты, а создание схемы защиты, способной выдерживать высокие токи, обходится дорого), но это увеличит стоимость аккумулятора. Однако очень дешёвый свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью 70 Ач может легко выдавать ток силой 700–800 ампер. Он подвержен эффекту Пекерта, но помните, что эффект Пекерта проявляется только при непрерывных высоких нагрузках при разряде. Это не относится к прерывистым нагрузкам, таким как запуск двигателя или поворот рулевого колеса, для чего требуется электроусилитель руля. В автомобилях почти все высокие нагрузки являются прерывистыми, а не постоянными.

Несмотря на то, что LiFePO₄ легче, физически он не меньше. Как правило, в автомобилях, где под капотом находится много тяжёлых деталей, таких как двигатель, вес аккумулятора в 15–20 кг не является критичным, если аккумулятор физически небольшой. Как правило, размер является более ограничивающим фактором, чем вес, и LiFePO₄ не даёт преимуществ в плане размера, поскольку свинец — очень плотный металл.

LiFePO₄ может пострадать от постоянной зарядки сильнее, чем свинцово-кислотные аккумуляторы. Свинцово-кислотные аккумуляторы можно использовать в системах бесперебойного питания с одним заданным напряжением, при котором для повреждения аккумуляторов требуется 5 лет непрерывной зарядки в режиме плавающего заряда. В автомобилях, где коэффициент использования ёмкости составляет менее 10 %, это означает более 50 лет (однако автомобильные зарядные устройства используют более высокое напряжение, что приводит к повреждению аккумулятора быстрее, чем за 50 лет, а календарный срок службы также играет роль в дополнение к сроку службы в режиме плавающего заряда). Для LiFePO₄ потребуются более сложные алгоритмы зарядки, как минимум с датчиком тока на клемме аккумулятора и датчиком напряжения, подключённым непосредственно к аккумулятору, который не будет учитывать падение напряжения на сопротивлении. В автомобилях, где у многих генераторов нет отдельного провода для измерения, LiFePO₄ может быть мгновенно повреждён. Поэтому многие автомобильные генераторы не подходят для LiFePO₄, хотя при грамотном подходе их можно модифицировать для поддержки LiFePO₄.

Хотя дешёвые китайские аккумуляторы LiFePO₄ по стоимости сопоставимы с AGM, они не могут сравниться с залитыми аккумуляторами, которые до сих пор используются в дешёвых автомобилях, да, даже в автомобилях с электроусилителем руля и системой «старт-стоп», которая отключает двигатель на светофорах. На рынке недорогих автомобилей предложение AGM в дешёвом автомобиле отпугнуло бы покупателей, и у LiFePO₄ была бы та же проблема.

Свинцово-кислотные аккумуляторы в автомобилях работают отлично. При регулярном использовании, когда автомобиль время от времени заводится, уровень заряда поддерживается, что позволяет избежать сульфатации, а большинство циклов разрядки происходят редко и/или неглубоко, поэтому качественный аккумулятор в качественном автомобиле может прослужить даже 10 лет. Они тяжёлые, но двигатель со всеми его комплектующими ещё тяжелее.