
Warum sind Serienautos nicht mit leichten Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet?
Wenn man einen mehrere Kilo schweren Starthilfegerät (Starthilfe, Auto-Powerbank – Namen gibt es viele) in der Hand hält, stellt man sich unwillkürlich die Frage: Warum werden solche Dinger nicht regelmäßig in Autos eingebaut? Ein kleines und leichtes Gerät ist in der Lage, den Motor sowohl eines Kleinwagens als auch eines schweren SUV zu starten.
Schließlich geht es offenbar vor allem darum, das Auto zu starten, und dann kommt der Generator ins Spiel, der die Energieverbraucher mit Strom versorgt. Ja, tatsächlich reichten einst ein wenig Spannung und ein „krummer Anlasser“, um einen Verbrennungsmotor zu starten. Im Prinzip reicht eine Batterie aus, die 5-10 Volt bei einem Strom von 3-5 Ampere liefern kann, um die Generatorwicklung zu erregen. Ich drehte den Griff ein paar Mal und los ging es!
Beim VAZ-2101 ist ein Einstiegsgriff vorhanden! Foto: youtube.com
Dieses Schema funktioniert nur bei Fahrzeugen mit einfacher elektrischer Ausrüstung. Bei heute produzierten Autos wird die Batterie nicht nur zum Starten des Motors benötigt. Die Batterie glättet wie ein großer Kondensator Stromschwankungen und sorgt so für ihre Stabilität. Sinkt die Kurbelwellendrehzahl, hält die Batterie die erforderliche Spannung aufrecht. Und sein streng definierter Wert ist für elektronische Elemente – zum Beispiel Mikroschaltungen – sehr wichtig. Dies gilt auch für eine Glühlampe oder ein Heckscheibenheizungsgitter – 11 Volt oder 14,5. Empfindliche Elektronik verträgt solche Streuungen nicht.
Im Porsche GT2 RS ist ab Werk zunächst eine Lithium-Batterie verbaut. Foto: youtube.com
Bei Autos einer höheren Klasse und eines früheren Baujahrs ist alles an einen digitalen Bus „gebunden“. Vor dem Starten des Motors fragt das Steuergerät die Sensoren ab und gibt erst dann den Befehl, den Start zuzulassen oder nicht. Ganz zu schweigen davon, dass der Versuch, den Motor über einen Drücker zu starten, die Elektronik „abtöten“ kann. Auch das Abklemmen der Pole von der Batterie bei laufendem Motor führt zu Problemen. Aber zurück zu den Lithium-Ionen-Batterien: Werden sie in Serienautos überhaupt nicht verbaut? Das stimmt, aber die Liste solcher Autos ist sehr klein und es handelt sich meist um Sport- und/oder teure Autos wie Porsche GT3/GT2. Die Rede ist nicht von Elektroautos: Andere Batterietypen können dort nicht eingesetzt werden.
Reines Li ist in solchen Batterien nicht enthalten: Es werden Oxide mit Kobalt, Nickel, Phosphaten, Eisen und Mangan verwendet. Aus diesen Materialien besteht die Kathode. Die Anode besteht aus Graphen oder Graphit. Die Rolle des Elektrolyten übernehmen Lithiumsalze mit Lösungsmitteln auf organischer Basis.
Es ist interessant, aber Lithium-Ionen-Batterien haben nicht viele Vorteile und vor allem ein geringes Gewicht und geringe Abmessungen. Wenn beispielsweise eine 90-Ah-Blei-Säure-Batterie etwa 24 kg wiegt, wiegt eine Li-basierte Batterie nur 5 kg. Dies deutet darauf hin, dass solche Batterien eine hohe Energiekapazität haben. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit, schnell zu laden und bei Bedarf schnell Strom bereitzustellen, sowie eine geringe „Neigung“, bei Nichtgebrauch an Kapazität zu verlieren.
Die Aufschrift 1000ССА bedeutet: Die Batterie produziert beim Kaltstart 1000 Ah. Foto: youtube.com
Und der letzte Punkt ist die Abwesenheit jeglicher Wartung während der gesamten Betriebsdauer. Moderne Blei-Säure-Batterien erfordern jedoch bei Einhaltung der Nutzungsregeln während ihres gesamten Lebenszyklus keinen Eingriff. Und nun zu den Nachteilen, die die Zurückhaltung der Autohersteller vorbestimmt haben, diese Batterien in Massenautos einzubauen.
Erstens können wir eine starke Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur feststellen. Besonders gefährlich sind Überhitzung über 60°C und Tiefentladung. Hier dreht sich alles um das Design. Im Normalbetrieb der Batterie befindet sich auf der Anode eine Graphitschicht, die vor aggressivem Elektrolyt schützt. Bei steigender Temperatur oder starker Entladung des Akkus wird die Beschichtung zerstört. Und wenn die normalen Betriebsbedingungen wiederhergestellt sind, wird die Schicht aufgrund von Graphit und Lithium erneut gebildet. Tatsächlich nimmt die Leistung einer „klassischen“ Batterie dieses Typs jedes Jahr um 4-6 % ab. Darüber hinaus droht bei starker Überhitzung eine Explosion: Erinnern Sie sich an die jüngsten Terroranschläge in Palästina, als die Batterien in Geräten auf ein externes Signal hin überhitzten und Pager in die Luft flogen.
Eine Lithiumbatterie besteht aus mehreren miteinander verbundenen Zellen. Foto: youtube.com
Der nächste Punkt ist, dass das Vorhandensein von Kobalt im Design einer Lithiumbatterie gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt insgesamt ist. Daher muss eine solche Batterie nach dem Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden. Ganz zu schweigen von den Kosten der Produkte: Sie können Hunderte oder mehrtausend Rubel erreichen. Sind Lithiumbatterien also wirklich aus Massenautos verbannt? Nicht alles ist so schlecht: Die Hersteller sind zuversichtlich, dass solchen Batterien die Zukunft gehört und arbeiten hart daran, sie in allen „Minus“-Bereichen zu verbessern.
Das ist der bekannte Satz über sie: „Wenn du es nicht kannst, es aber wirklich willst, dann kannst du es.“ Solche Batterien haben im Vergleich zu „klassischen“ Lithiumbatterien eine Reihe von Vorteilen. Und der erste davon ist der Temperaturbereich, der von -30 bis +55°C reicht. Selbst bei starkem Frost behält LiFePO4 70 % seiner Kapazität. Was ist mit Überhitzung? Es wird keine offene Flamme oder Explosion geben, aber Rauch wird ausströmen. Kobalt ist in der Batterie nicht enthalten: Auch aus Umweltgesichtspunkten ist dies ein Pluspunkt.
Batterie LiFePO4 LiitoKala 12.8V 60Ah. Durchschnittspreis: 23 Tausend 432 Rubel. Foto: market.yandex.ru
Vom Gewicht her wird die Batterie schwerer sein als ihr „reiner“ Lithium-„Kollege“, aber leichter als ihre Blei-Säure-Batterie. Beispielsweise beträgt die Masse einer Batterie mit einer Kapazität von 60 Ah 5 kg. Der Preis liegt zwischen 23 und 40 Rubel. für eine Batterie für ein Auto Auto. Aber selbst wenn Sie sich entscheiden, „mit dem Fortschritt Schritt zu halten“ und eine solche Batterie in Ihr Auto einbauen möchten, wird Ihnen das nicht einfach so gelingen.
Sie bestehen aus mehreren Zellen, die üblicherweise eine Spannung von 3,2 V haben, d. h. vier von ihnen erzeugen 12,8 V. Allerdings lebt hier jedes Element „sein eigenes Leben“. Damit der Lade-/Entladevorgang ausgeglichen ist, benötigen Sie daher einen Controller. Andernfalls verringert sich die Lebensdauer des Produkts rapide.
Der zweite Punkt ist, dass Lithiumbatterien sehr empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen sind, die zu Korrosion an den Zellverbindungen führen. Ein Auto ist kein Telefon, das in der Hosen- oder Handtasche liegt und keinen starken Erschütterungen ausgesetzt ist.
Heute kann der Controller direkt in die Batterie integriert werden. Foto: youtube.com
Man kann aber auch das Gegenteil tun, also im „Notfall“ die Lithium-Batterie gegen eine Blei-Batterie austauschen (wie es in der Anleitung des McLaren MP4-12C steht). Ja, die Elektronik des Autos wird verrückt spielen, die Motorkontrollleuchte geht an, aber der Motor springt an und Sie fahren zum Servicecenter.
Hinsichtlich der Abmessungen können Lithiumbatterien aus Gründen der einfacheren Installation genauso hergestellt werden wie Bleibatterien. Foto: youtube.com
Doch trotz allem nimmt die Zahl der Fortschrittsbegeisterten in Sachen Lithiumbatterien nicht nur nicht ab, sondern wächst. Sie können eine Lithiumbatterie sogar unter behelfsmäßigen Bedingungen selbst zusammenbauen, indem Sie einzelne Elemente kaufen und zu einer Batterie kombinieren. Oder bitten Sie einen „Spezialisten“ aus einer nahegelegenen Werkstatt, die Batterie zusammenzubauen.
Sie können LiFePO4 in ein normales Auto einbauen, aber... seien Sie vorsichtig. Foto: youtube.com
Sicherlich wird er sagen, dass es nicht nötig ist, etwas neu zu flashen, aber zumindest muss man einen elektronischen Schutz gegen Tiefentladung installieren. Die Nachfrage nach solchen Produkten besteht und wächst sogar. „Selbstgebaute“ Lithium-Batterien werden von Rennstrecken-Rennfahrern in Autos wie dem Renault Megane RS genutzt, bei denen es sinnvoll wäre, zehn bis eineinhalb Kilo abzunehmen. Für einen 2-Liter-Verbrennungsmotor reicht übrigens eine Batterie mit einer Kapazität von ...10 Ah.
Dennoch raten wir dringend davon ab, sich auf solche „hausgemachten“ Arbeiten einzulassen. Sicherheit geht vor!
Schließlich geht es offenbar vor allem darum, das Auto zu starten, und dann kommt der Generator ins Spiel, der die Energieverbraucher mit Strom versorgt. Ja, tatsächlich reichten einst ein wenig Spannung und ein „krummer Anlasser“, um einen Verbrennungsmotor zu starten. Im Prinzip reicht eine Batterie aus, die 5-10 Volt bei einem Strom von 3-5 Ampere liefern kann, um die Generatorwicklung zu erregen. Ich drehte den Griff ein paar Mal und los ging es!

Dieses Schema funktioniert nur bei Fahrzeugen mit einfacher elektrischer Ausrüstung. Bei heute produzierten Autos wird die Batterie nicht nur zum Starten des Motors benötigt. Die Batterie glättet wie ein großer Kondensator Stromschwankungen und sorgt so für ihre Stabilität. Sinkt die Kurbelwellendrehzahl, hält die Batterie die erforderliche Spannung aufrecht. Und sein streng definierter Wert ist für elektronische Elemente – zum Beispiel Mikroschaltungen – sehr wichtig. Dies gilt auch für eine Glühlampe oder ein Heckscheibenheizungsgitter – 11 Volt oder 14,5. Empfindliche Elektronik verträgt solche Streuungen nicht.

Bei Autos einer höheren Klasse und eines früheren Baujahrs ist alles an einen digitalen Bus „gebunden“. Vor dem Starten des Motors fragt das Steuergerät die Sensoren ab und gibt erst dann den Befehl, den Start zuzulassen oder nicht. Ganz zu schweigen davon, dass der Versuch, den Motor über einen Drücker zu starten, die Elektronik „abtöten“ kann. Auch das Abklemmen der Pole von der Batterie bei laufendem Motor führt zu Problemen. Aber zurück zu den Lithium-Ionen-Batterien: Werden sie in Serienautos überhaupt nicht verbaut? Das stimmt, aber die Liste solcher Autos ist sehr klein und es handelt sich meist um Sport- und/oder teure Autos wie Porsche GT3/GT2. Die Rede ist nicht von Elektroautos: Andere Batterietypen können dort nicht eingesetzt werden.
Wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren und funktionieren
Reines Li ist in solchen Batterien nicht enthalten: Es werden Oxide mit Kobalt, Nickel, Phosphaten, Eisen und Mangan verwendet. Aus diesen Materialien besteht die Kathode. Die Anode besteht aus Graphen oder Graphit. Die Rolle des Elektrolyten übernehmen Lithiumsalze mit Lösungsmitteln auf organischer Basis.
Die ersten Batterien auf Basis von Li-Kobaltiten kamen 1983 auf den Markt. Seitdem wurden Batterien kontinuierlich verbessert: Die Anzahl der Lade-/Entladezyklen wurde von 300 auf 7 erhöht, die spezifische Kapazität wurde auf 240 oder mehr kWh/kg Masse erhöht und der Preis wurde um etwa das Zehnfache gesenkt.
Es ist interessant, aber Lithium-Ionen-Batterien haben nicht viele Vorteile und vor allem ein geringes Gewicht und geringe Abmessungen. Wenn beispielsweise eine 90-Ah-Blei-Säure-Batterie etwa 24 kg wiegt, wiegt eine Li-basierte Batterie nur 5 kg. Dies deutet darauf hin, dass solche Batterien eine hohe Energiekapazität haben. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit, schnell zu laden und bei Bedarf schnell Strom bereitzustellen, sowie eine geringe „Neigung“, bei Nichtgebrauch an Kapazität zu verlieren.

Und der letzte Punkt ist die Abwesenheit jeglicher Wartung während der gesamten Betriebsdauer. Moderne Blei-Säure-Batterien erfordern jedoch bei Einhaltung der Nutzungsregeln während ihres gesamten Lebenszyklus keinen Eingriff. Und nun zu den Nachteilen, die die Zurückhaltung der Autohersteller vorbestimmt haben, diese Batterien in Massenautos einzubauen.
Nachteile von Li-Ionen-Batterien
Erstens können wir eine starke Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur feststellen. Besonders gefährlich sind Überhitzung über 60°C und Tiefentladung. Hier dreht sich alles um das Design. Im Normalbetrieb der Batterie befindet sich auf der Anode eine Graphitschicht, die vor aggressivem Elektrolyt schützt. Bei steigender Temperatur oder starker Entladung des Akkus wird die Beschichtung zerstört. Und wenn die normalen Betriebsbedingungen wiederhergestellt sind, wird die Schicht aufgrund von Graphit und Lithium erneut gebildet. Tatsächlich nimmt die Leistung einer „klassischen“ Batterie dieses Typs jedes Jahr um 4-6 % ab. Darüber hinaus droht bei starker Überhitzung eine Explosion: Erinnern Sie sich an die jüngsten Terroranschläge in Palästina, als die Batterien in Geräten auf ein externes Signal hin überhitzten und Pager in die Luft flogen.

Der nächste Punkt ist, dass das Vorhandensein von Kobalt im Design einer Lithiumbatterie gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt insgesamt ist. Daher muss eine solche Batterie nach dem Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden. Ganz zu schweigen von den Kosten der Produkte: Sie können Hunderte oder mehrtausend Rubel erreichen. Sind Lithiumbatterien also wirklich aus Massenautos verbannt? Nicht alles ist so schlecht: Die Hersteller sind zuversichtlich, dass solchen Batterien die Zukunft gehört und arbeiten hart daran, sie in allen „Minus“-Bereichen zu verbessern.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien LiFePO4
Das ist der bekannte Satz über sie: „Wenn du es nicht kannst, es aber wirklich willst, dann kannst du es.“ Solche Batterien haben im Vergleich zu „klassischen“ Lithiumbatterien eine Reihe von Vorteilen. Und der erste davon ist der Temperaturbereich, der von -30 bis +55°C reicht. Selbst bei starkem Frost behält LiFePO4 70 % seiner Kapazität. Was ist mit Überhitzung? Es wird keine offene Flamme oder Explosion geben, aber Rauch wird ausströmen. Kobalt ist in der Batterie nicht enthalten: Auch aus Umweltgesichtspunkten ist dies ein Pluspunkt.

Vom Gewicht her wird die Batterie schwerer sein als ihr „reiner“ Lithium-„Kollege“, aber leichter als ihre Blei-Säure-Batterie. Beispielsweise beträgt die Masse einer Batterie mit einer Kapazität von 60 Ah 5 kg. Der Preis liegt zwischen 23 und 40 Rubel. für eine Batterie für ein Auto Auto. Aber selbst wenn Sie sich entscheiden, „mit dem Fortschritt Schritt zu halten“ und eine solche Batterie in Ihr Auto einbauen möchten, wird Ihnen das nicht einfach so gelingen.
Die Nuancen von Lithiumbatterien
Sie bestehen aus mehreren Zellen, die üblicherweise eine Spannung von 3,2 V haben, d. h. vier von ihnen erzeugen 12,8 V. Allerdings lebt hier jedes Element „sein eigenes Leben“. Damit der Lade-/Entladevorgang ausgeglichen ist, benötigen Sie daher einen Controller. Andernfalls verringert sich die Lebensdauer des Produkts rapide.
Theoretisch und praktisch kann das „Gehirn“ eines Autos durch eine Lithiumbatterie ersetzt werden. Aber es ist besser, dies mit Spezialisten zu tun, und wie viel sie für die Dienstleistung verlangen, ist eine andere Frage ...
Der zweite Punkt ist, dass Lithiumbatterien sehr empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen sind, die zu Korrosion an den Zellverbindungen führen. Ein Auto ist kein Telefon, das in der Hosen- oder Handtasche liegt und keinen starken Erschütterungen ausgesetzt ist.

Man kann aber auch das Gegenteil tun, also im „Notfall“ die Lithium-Batterie gegen eine Blei-Batterie austauschen (wie es in der Anleitung des McLaren MP4-12C steht). Ja, die Elektronik des Autos wird verrückt spielen, die Motorkontrollleuchte geht an, aber der Motor springt an und Sie fahren zum Servicecenter.

Doch trotz allem nimmt die Zahl der Fortschrittsbegeisterten in Sachen Lithiumbatterien nicht nur nicht ab, sondern wächst. Sie können eine Lithiumbatterie sogar unter behelfsmäßigen Bedingungen selbst zusammenbauen, indem Sie einzelne Elemente kaufen und zu einer Batterie kombinieren. Oder bitten Sie einen „Spezialisten“ aus einer nahegelegenen Werkstatt, die Batterie zusammenzubauen.

Sicherlich wird er sagen, dass es nicht nötig ist, etwas neu zu flashen, aber zumindest muss man einen elektronischen Schutz gegen Tiefentladung installieren. Die Nachfrage nach solchen Produkten besteht und wächst sogar. „Selbstgebaute“ Lithium-Batterien werden von Rennstrecken-Rennfahrern in Autos wie dem Renault Megane RS genutzt, bei denen es sinnvoll wäre, zehn bis eineinhalb Kilo abzunehmen. Für einen 2-Liter-Verbrennungsmotor reicht übrigens eine Batterie mit einer Kapazität von ...10 Ah.
Alle Funktionen eines sportlichen Renault Megane RS mit Lithiumbatterie
Dennoch raten wir dringend davon ab, sich auf solche „hausgemachten“ Arbeiten einzulassen. Sicherheit geht vor!
- Sergej Mileschkin
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