Литий железо фосфатные аккумуляторы lifepo4 литий титанатные аккумуляторы

Источник

Что такое Lifepo4 аккумулятор и как им пользоваться

Чтобы обеспечить технику электроэнергией, производители использовали свинцово-кислотные аккумуляторы. С развитием технологий появились литий-ионные аккумуляторы с более высокой энергетической плотностью, что позволяло дольше пользоваться техникой без подзарядки. Такие аккумуляторы используются до сих пор. Производители устанавливают их в мобильные телефоны, цифровые камеры, ноутбуки и даже электромобили. Главный недостаток литий-ионных аккумуляторов — они быстро изнашиваются.

Чтобы продлить жизнь литий-ионным аккумуляторам, американский профессор придумал новую технологию. Он разработал LiFePO4 аккумулятор и стал использовать его как катод к литий-ионному аккумулятору. Однако новый тип аккумулятора обладал меньшей емкостью и все еще не мог выйти на широкий рынок. Чтобы решить проблему, американский профессор привлек инвесторов. Среди них была небезызвестная компания Motorola. Деньги инвесторов позволили довести технологию до ума и вывести LiFePO4 аккумуляторы на широкий рынок.

Сейчас LiFePO4 аккумуляторы набирают все большую популярность, активно вытесняя своих конкурентов.

Не превышайте допустимых значений.

Любые литий-ионные аккумуляторы, в том числе новые LiFePO4, быстро изнашиваются, если их разряжать до минимума или долго держать на зарядке. Если часто разряжать батарею ниже допустимых значений, она начнет терять емкость и со временем будет быстрее разряжаться. Если перезарядить батарею, она вздуется из-за скопления газа внутри ячеек и быстро выйдет из строя.

Чтобы продлить срок службы литий-железо-фосфатного аккумулятора, заряжать аккумулятор рекомендуется до 3,65V (пик 3,7V), разряжать не ниже 2,5V (пик 2V)

Используйте защитную плату BMS

В мобильных телефонах и электромобилях аккумуляторы обычно заряжаются до максимума и после этого сразу используются. Но если не отключить зарядное устройство после полной зарядки, аккумулятор разбухнет и выйдет из строя. Однако необязательно пристально следить за напряжением аккумулятора, чтобы он не разряжался до минимума и не перезаряжался. Производители придумали как решить эту проблему. Они устанавливают на каждый аккумулятор защитную плату BMS. Плата контролирует параметры источника питания, от которого заряжается аккумулятор, и полностью управляет процессом разрядки и зарядки.

Если LiFePO4 аккумулятор начнет перезаряжаться, плата BMS обеспечит равномерную нагрузку на ячейки. Если аккумулятор сильно разрядится, плата BMS отключит его от потребителя энергии.

Если вы покупаете не целый аккумулятор, а только ячейки и не устанавливаете BMS плату, то напряжение при зарядке аккумулятора будет распределяться неравномерно. Например, вы пользуетесь аккумулятором из четырех ячеек LiFePO4. Со временем три ячейки становятся примерно одинаково заряженными, где-то на 3,5V. А заряд четвертой ячейки оказывается гораздо выше — 4, 25 V. В таком случае четвертая ячейка начнет перезаряжаться и выйдет из строя. Даже несмотря на то, что общее напряжение при зарядке остается в пределах допустимых значений.

Если нет возможности поставить защитную плату BMS, постарайтесь поставить хотя бы балансировочные платы. Они помогают сбалансировать напряжение.

Однако балансировочные платы никак не помогут спасти аккумулятор, если все ячейки слишком сильно разрядятся или начнут перезаряжаться. К тому же, если разница в заряде ячеек будет слишком высокой, балансировочная плата не поможет выравнивать напряжение.

Самый надежный способ защитить литий-железо-фосфатный LiFePO4 аккумулятор — поставить защитную плату BMS.

Учитывайте режим работы

Любой аккумулятор можно использовать в двух режимах работы: циклическом и буферном. Циклический режим проще всего объяснить на примере бытовой техники. Вы пользуетесь телефоном целый день, потом ставите его на зарядку, а когда батарея полностью заряжена — продолжаете пользоваться. Буферный режим — это когда аккумулятор постоянно находится на подзарядке. Такой способ работы можно встретить в бесперебойных источниках питания. При буферном режиме работы напряжение аккумулятора редко падает до критических значений, поэтому он служит дольше, чем при циклическом режиме работы.

Чтобы дополнительно продлить жизнь аккумулятору, рекомендуется понизить напряжение заряда. Обычно для LiFePO4 это 3.40-3.45V. Но лучше всего сверится с рекомендуемыми значениями от производителя. Их можно узнать у продавца во время покупки.

Отбалансируйте ячейки

Если Вы решили самостоятельно собирать аккумулятор, то перед сборкой обязательно отбалансируйте ячейки (аккумуляторы 3,2V). Ячейки не всегда бывают одной степени заряженности. Поэтому перед использованием нужно предварительно провести балансировку. Для этого нужно параллельно соединить каждую ячейку — плюс каждой ячейки соединить между собой, и то же самое сделать с минусом. Заряжать соединенные таким образом ячейки нужно до 3,65V.

Если одна или несколько ячеек покажут разность сопротивлений, во время балансировки произойдет выравнивание напряжений.

Преимущества LiFePO4 аккумулятора перед свинцовыми аккумуляторами

Может показаться, что правильно пользоваться литий-железо-фосфатным аккумулятором сложно. Гораздо легче пользоваться привычными свинцово-кислотными аккумуляторами. Но у LiFePO4 есть весомые преимущества:

1. От 2000 до 3000 циклов заряда-разряда.
2. Срок службы от 10 до 20 лет, в зависимости от интенсивности эксплуатации.
3. Благодаря низкому сопротивлению ячеек, аккумулятор можно зарядить за один час током 1С.
4. Аккумулятор не просаживается под нагрузкой. Благодаря этому его КПД составляет 95-98%.

Что нужно запомнить

Чтобы легче усвоить всю информацию в статье, пользуйтесь шпаргалкой.

1. Следите, чтобы напряжение аккумулятора не опускалось ниже 2.00 V и не повышалось выше 3,70 V, идеальный диапазон не ниже 2,5V и не выше 3,65V.
2. Если покупаете ячейки LiFePO4, не забудьте про защитную плату BMS.
3. Понизьте напряжение аккумулятора, если пользуетесь им в буферном режиме. Рекомендуемые параметры от 3,4V до 3,45V.
4. Заряжайте аккумулятор специальным зарядным устройством.
5. Перед сборкой аккумулятора, отбалансируйте ячейки, чтобы выровнять напряжение.

Источник

LiFePO4 как замена кислотно-свинцовых аккумуляторов

На сегодняшний день самым популярным видом химических источников тока (ХИТ) все еще являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Несмотря на огромный скачек в развитии литиевых ХИТ в последнее время, если сложить всю запасенную в мире энергию (Вт*ч) в свинцовых и в литиевых аккумуляторах, то мы увидим, что «свинец» по этому показателю на порядок опережает Li-ion, LiFePO4 и LTO вместе взятые. Дело, конечно же, в низкой стоимости свинцовых АКБ.

Существуют области применения, где переплата за лучшие характеристики попросту нецелесообразна, например, стартерные аккумуляторы автомобилей. Основная задача такого аккумулятора – выдать большой ток на короткое время, а такие параметры как емкость, вес, ресурс и т.д. отходят на второй план.

Прогресс не стоит на месте, и с каждым годом, благодаря использованию новых материалов, и применению инновационных технологий производство литиевых аккумуляторов становится все дешевле, и вместе с этим область их применения значительно расширяется.

Основные преимущества LiFePO4 по сравнению со свинцово-кислотными АКБ:

• Емкость в несколько раз больше. LiFePO4 — 190–250 Вт•ч/кг; свинцово-кислотные – 25-40 Вт•ч/кг.
• Отдают полную ёмкость при больших токах разряда.
• Заряжаются в 5 раз большим током по сравнению со свинцово-кислотными АКБ.
• Не чувствительны к режимам хронического недозаряда.
• Легче, чем свинцово-кислотные.
• 10-кратное увеличение количества циклов по сравнению со свинцово-кислотными.
• Длительный срок эксплуатации.

Li—ion или LiFePO4?

Почему именно LiFePO4, а не Li-ion или LTO?

LTO можно вычеркнуть сразу, области применения данного вида аккумулятора весьма специфичны, так как его стоимость все еще очень высока.

Преимущества LiFePO4 перед Li-ion можно выделить следующие:

• Устойчивость к температурам. LiFePO4 могут работать при низких температурах — от -30°C до +55°C
• Литий-железо-фосфатные АКБ обладают большим числом циклов заряда-разряда (до 2000 циклов) и как следствие — большим сроком службы.
• Стабильность напряжение разряда — LiFePO4 АКБ снабжают потребитель постоянным напряжением во время разряда
• LiFePO4 АКБ не горят, при сильном повреждении элементов — выделяется тепло и дым, но, в отличии от литий-ионных — нет пламени.

Основной недостаток LiFePO4 перед Li-ion это меньшая емкость при той же массе – примерно на 20% меньше, но это все еще в разы больше в сравнении со свинцовыми АКБ.

Благодаря сочетанию вышеописанных характеристик литий-железо-фосфатные батареи стали отличной альтернативой кислотно-свинцовым АКБ.

Области применения LiFePO4

Еще недавно, во многих областях, свинцовые батареи казались самым экономически выгодным вариантом. Но из-за снижения стоимости литий-железо-фосфатные АКБ вытесняют «свинец» большими темпами во многих местах. Рассмотрим основные сферы применения LiFePO4.

Водный транспорт

Есть 2 сценария использования АКБ в маломерных судах:

• Батарея для питания основного электромотора на небольших лодках.
• Батарея для питания бортовой сети и вспомогательных электромоторов на средних и крупных моторных лодках.

В случае с маленькой электромоторной лодкой преимущества

литий-железо-фосфатных АКБ особенно ярко выражены. Ключевым факторам является низкий вес батареи по сравнению со свинцом. С помощью LiFePO4 можно в несколько раз увеличить запас хода, при этом сохраняя адекватный вес и габариты батареи.

Так же важным преимуществом является возможность глубокого разряда батареи без вреда для нее. В случае со свинцовыми АКБ при ее уровне заряда на 25-30% приходится выбирать: Либо прекращать использование мотора, либо продолжить разряд батареи, тем самым подвергая ее деградации.

Каждый глубокий разряд свинцово-кислотной АКБ отнимает примерно 2-3% ее первоначальной емкости. Несложно посчитать, что после 10 таких разрядов батарея потеряет до 30% емкости.

На средних и больших лодках масса аккумуляторов уже не так важна, но вот количество циклов заряда-разряда и возможность глубокого разряда являются главными параметрами при выборе АКБ. Дело в том, что многие лодки оборудованы специальными вспомогательными электромоторами. Они помогают удерживать судно на заданной точке, а так же служат для тихого перемещения без использования основного ДВС двигателя.

При активном использовании лодки с таким вспомогательным мотором аккумуляторные батареи постоянно подвергаются зарядке и разрядке. Свинцовые АКБ с их 200 циклами кардинально не подходят под эту задачу. Конечно, идеальное решение это литий-титанат (LTO), такие аккумуляторы выдерживают фантастические 20000 циклов, но и цена у них высокая. Поэтому LiFePO4 с их 2000 циклов будет оптимальным решением в финансовом плане.

Погрузчики, штабелеры, поломоечные машины

Основным параметром при выборе аккумуляторной батареи для погрузчиков и штабелеров является максимальный долговременный ток разряда, так как эта техника потребляет большие токи при своей работе. Важно, что бы под нагрузкой не было значительных просадок по напряжению. LiFePO4 полностью отвечает этому требованию. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы имеют минимальные просадки по напряжению, при этом это напряжение остается стабильным на протяжении всего цикла разрядки и практически не меняется.

Так же на руку играет большой ресурс LiFePO4, поскольку складская техника, как правило, работает каждый день. То же самое можно сказать и про поломоечные машины, зачастую эти аппараты трудятся 24/7, и ресурс АКБ имеет первостепенное значение.

Электротранспорт

Конечно, в мире электротранспорта превосходствуют литий-ионные АКБ. За счет рекордных показателей по соотношению емкости к массе и объему этот тип аккумуляторов получил широчайшее распространение в электромобилях, электробайках, электровелосипедах и т.д. Но поскольку Li-ion не может корректно работать при отрицательных температурах, это накладывает определенные ограничения. И если в электромобилях это удается решить с помощью встроенного обогрева АКБ, то в более простых видах электротранспорта приходится искать альтернативу литий-ионным батареям.

На роль этой альтернативы подходят свинцовые и LiFePO4 аккумуляторы, так как они способны легко выдерживать отрицательные температуры. Разумеется, LiFePO4 будет наилучшим решением, поскольку они занимают второе место по показателям емкости на единицу веса и объема после Li-ion.

В общем и целом можно сказать, что кислотно-свинцовые аккумуляторы доживают последние дни. Все чаще в различных отраслях переходят на литий-железо-фосфат и литий-титанат. Производство литиевых аккумуляторов дешевеет с каждым годом, и вскоре сойдет на нет единственное преимущество свинцовых батарей – цена.

Источник