Срок службы литий железо фосфатных аккумуляторов

Преимущества и характеристики литий железо фосфатного аккумулятора

Чтобы электронное оборудование работало без нареканий и как можно дольше, производители изобретают новые источники питания. Отдельное место занимают литий ферум фосфатные аккумуляторы. Такие АКБ безопаснее, малотоксичнее, долговечнее. К тому же, у них большая электроемкость, нежели чем у «коллег».

Что такое LiFePo4

Литий железо фосфатный аккумулятор – высокопроизводительное и надежное устройство. Отодвигает на второй план не только никелевые, но и литий-ионные батареи. Аккумуляторы на основе феррофосфатной начинки используются в промышленности, в последних моделях смартфонов и электровелосипедах.

В основе – модернизированная схема литиевых источников питания. Железофосфатные аккумуляторы используют в своем химическом составе феррум-фосфат лития взамен литий-кобальта. Японская корпорация А123 первая исследовала бустер, а Qualcomm и Motorola распознали преимущества нового продукта и способствовали его распространению на рынке.

Как создается LiFePo4

Вещества для изготовления литий феррофосфатных аккумуляторов поступают на производство в качестве порошка, цвета серого металлика. Технический процесс изготовления катодов и анодов идентичен, но в целях чистоты производственной схемы вынесен в разные цеха.

Создание железофосфатной батареи занимает несколько ступеней:

1. Изготовление контактов. В процессе совокупность химических элементов покрывается металлической пленкой из меди или алюминия, в зависимости от предназначения. Металл покрывается тонким слоем токопроводящей суспензии. Сформированные катоды и аноды нарезаются на полосы, которые при сворачивании становятся ячейками.
2. Компоновка. Готовые катоды и аноды размещают по бокам отсеивателя и фиксируются на нем. Конструкцию размещают в емкости из пластика, залитой электролитом и герметично закрывают.
3. Проверка на заряд-разряд. Батарею заряжают, поэтапно наращивая напряжение подаваемого тока, во избежание детонации и самовоспламенения. Разряжают изделие подключив к прибору с большой энергопотребностью.
4. Проверка внутреннего сопротивления и напряжения. Производится при помощи уравнения Нернста.
5. Продукция, не получившая нареканий в Отделе Технического Контроля завода, отгружается покупателю.

Принципы устройства АКБ

В составе литий железофосфатных аккумуляторов присутствуют контакты вокруг сепаратора, подключенные к токосъемникам, окруженным электролитом и упакованный в герметичный контейнер. Контроллер, подключенный к емкости, отвечает за регулировку токоподачи в процессе восполнения энергии аккумуляторной батарейки.

Работа железо фосфатных АКБ основывается на гидроксиде калия литиевого железного фосфата. Заряд батареи несет ион лития с положительным зарядом. Ввиду специфических свойств он встраивается в атомарную решетку материала, создавая новую химическую связь.

Технические характеристики LFP

Свойства ячейки будут стабильно идентичны, вне зависимости от производства:

• напряжение в пике – 3.65В;
• среднее напряжение – 3.3В;
• минимум – 2В;
• рабочее напряжение – от 3 до 3.3 вольт;
• удельная плотность: 320-498Дж/г;
• объемная плотность: 790кДж/дм3;
• заряд-разряд циклов для потери емкости: 7000;
• Срок хранения без потери емкости: 15 лет;
• Рабочий диапазон температуры: -30°C/+55°C

Ферум фосфатный элемент питания выпускается с различной емкостью: от 12в – для питания пульта управления «умным домом» или шуруповертом, до 72v – для питания лодочных электромоторов.

Изготавливаются они посредством поочередного соединения отсеков в связи с тем, что пиковые напряжения одной секции не будут более 3,65В. По этой причине, элементы с одинаковой емкостью количества ампер и напряжением, будут отличаться габаритами относительно применения в электромобиле или для бесперебойного питания системы оповещения.

Плюсы и минусы

LiFePO4 емкости – вершина творения инженеров в технологии строения аккумуляторов. По многим параметрам они превосходят многих своих конкурентов. Взяв от предшественников, использующих никель в составе, способность к стабильному напряжению при разрядке, он превзошел литий-ионные в долговечности, лишь немного уступив полимерным АКБ в энергоемкости.

• полностью лишен «эффекта запоминания»;
• долгий срок службы при правильной эксплуатации;
• высокая удельная емкость;
• диапазон рабочих температур;
• не обслуживаемые;
• возможна быстрая зарядка емкости до 100 % за 30 минут;
• высокоэффективны;
• экологически чистые.

• габариты и масса внушительны;
• обязательно следовать методике эксплуатации для сохранения свойств;
• сложность при самостоятельной сборке.

Самым существенным недостатком является цена: по отзывам владельцев, аккумулятор на автомобиль может стоять на витрине с ценником в 26800 руб. Купить аналог из Китая не имеет большого смысла: на алиэкспресс стоимость стартует с 700 долларов.

Эксплуатация

Особенности использования

При покупке готовых изделий, трудностей с использованием возникнуть не должно.

Встроенный регулятор напряжения отслеживает емкостность и предупреждает как перезаряд, так и критический разряд.

Как только заряд упадет ниже минимального значения, начнет страдать емкость самой батареи, которую уже не получится восполнить до прежних значений. Если допустить чрезмерный заряд – батарейка может вздуться.

Правила использования

При использовании LFP в качестве источника бесперебойного питания или в тандеме с солнечной батареей, стоит понизить заряд до 3.4В. Помочь в подобном деле смогут ЗУ с встроенным датчиком регулировки заряда.

Необходимо отслеживать балансировку составляющих элементов АКБ во избежание разности напряжения в ячейках. Подобная асинхронность сильно уменьшает срок службы аккумулятора.

Перед началом использования

Перед началом использования LiFePO4, собранных посредством последовательного соединения ячеек, обязательно нужно балансировать систему для исключения разности заряда. Все составляющие требуется параллельно подключить к выпрямителю напряжения и зарядить до 3.6В.

Коэффициент полезности у LiFePO4-аккумуляторов на 30% больше, чем у батарей другого химического состава. Выдают стабильный ток и срок службы при грамотной эксплуатации даст фору другим источникам. Единственным фактором, мешающим его повсеместному использованию, становится цена, которая в несколько раз выше привычной.

Источник

LiFePO4 аккумуляторы

Современный рынок пестрит разнообразным электронным оборудованием. Для их функционирования разрабатываются все более совершенные источники питания. Среди них особое место занимают литий железо фосфатные аккумуляторы. Они безопасны, обладают большой электроемкостью, практически не выделяют токсины, долговечны. Возможно, скоро эти батареи вытеснят из устройств своих «собратьев».

Что такое литий железо фосфатный аккумулятор

LiFePo4 аккумуляторы – это высококачественные и надежные источники питания с высокой производительностью. Они активно вытесняют не только морально устаревшие свинцово-кислотные, но и современные Li-ion батареи. Сегодня данные АКБ встречаются не только в промышленном оборудовании, но и в бытовых устройствах – от смартфонов до электровелосипедов.

LFP аккумуляторы были разработаны Массачусетским Технологическим Университетом в 2003 году. Их основа – усовершенствованная технология Li-ion с измененным химическим составом: для анода используется лития феррофосфат вместо кобальтата лития. Широкое распространение АКБ получили благодаря таким компаниям, как Motorola и Qualcomm.

Как осуществляется производство LiFePo4 аккумуляторов

Основные компоненты для изготовления LiFePo4 батарей поставляются на завод в виде темно-серого порошка с металлическим блеском. Схема производства анодов и катодов одинакова, но из-за недопустимости смешивания компонентов все технологические операции выполняются на разных цехах. Все производство делится на несколько этапов.

Первый шаг. Создание электродов. Для этого готовый химический состав покрывается с обеих сторон металлической фольгой (как правило, алюминиевой для катода, а медной для анода). Фольга предварительно обрабатывается суспензией, чтобы она могла выступать в роли приемника тока и токопроводящего элемента. Готовые элементы нарезаются на тонкие полоски и сворачиваются несколько раз, образуя квадратные ячейки.

Второй шаг. Непосредственно сборка батареи. Катоды и аноды в форме ячеек располагают по обе стороны сепаратора из пористого материала, плотно закрепляют на нем. Полученный блок помещают в пластиковый контейнер, заливают электролитом и запечатывают.

Заключительный этап. Контрольная зарядка/разрядка батареи. Зарядка производит с постепенным нарастанием напряжения электротока, чтобы не случился взрыв или воспламенение из-за выделения большого количества тепла. Для разрядки аккумулятор подключают к мощному потребителю. Не выявив отклонений, готовые элементы отправляются к заказчику.

Принцип работы и устройство литий железо фосфатного АКБ

LFP батареи состоят из электродов, плотно прижатых к пористому сепаратору с обеих сторон. Для питания устройств и катод, и анод подключаются к токосъемникам. Все компоненты помещены в пластиковый корпус, залиты электролитом. На корпус помещается контролер, который регулирует подачу тока во время зарядки.

Принцип работы LiFePo4 аккумуляторов основан на взаимодействии литий феррофосфата и углерода. Сама реакция протекает по формуле:

Переносчиком заряда АКБ выступает положительно заряженный ион лития. Он имеет способность внедряться в кристаллическую решетку других материалов, с образованием химических связей.

Технические характеристики LiFePo4 аккумуляторов

Вне зависимости от производителя все LFP ячейки имеют одинаковые технические характеристики:

• пиковое напряжение – 3,65 V;
• напряжение в средней точке – 3,3 V;
• напряжение в полностью разряженном состоянии – 2,0 V;
• номинальное рабочее напряжение – 3,0-3,3 V;
• минимальное напряжение под нагрузкой – 2,8 V;
• долговечность – от 2-х до 7 тыс. циклов заряда/разряда;
• самозаряд при температуре 15-18 С о – до 5% в год.

Представленные технические характеристики относятся именно к LiFePo4 ячейкам. В зависимости от того, сколько их объединено одной батареей, будут варьироваться и параметры аккумуляторов.

Экземпляры отечественного производства имеют следующие характеристики:

• емкостью – до 2000 Ач;
• напряжением – 12 v, 24v, 36v и 48v;
• с диапазоном рабочих температур – от -30 до +60 С о ;
• с током заряда – от 4 до 30А.

Все аккумуляторы не теряют свои качества при хранении на протяжении 15 лет, имеют стабильное напряжение и отличаются низкой токсичностью.

Какие бывают LiFePo4 батареи

В отличие от привычных для нас батарей, которые маркируются символами АА или ААА, литий железо фосфатные элементы имеют совершенно иную маркировку форм-фактора – их размеры шифруются 5-значным номером. Все они представлены в таблице.

Типоразмер	Габариты, DxL (мм)
14430	14 x 43
14505	14 x 50
17335	17 x 33
18500	18 x 50
18650	18 x 65
26650	26 x 65
32600	32 x 60
32900	32 x 90
38120	38 x 120
40160	40 x 160
42120	42 x 120

Даже не имея перед собой таблицу с обозначением маркировки, можно легко сориентироваться в габаритах батареи. Первый две цифры кода обозначают диаметр, остальные – длину источника питания (мм). Число 5 на конце некоторых типоразмеров соответствует половине миллиметра.

Литий железо фосфатный аккумулятор: плюсы и минусы

LFP батареи основаны на технологии Li-ion, что позволило им вобрать в себя все плюсы данных источников питания, и одновременно избавиться от присущих им недостатков.

Среди главных достоинств выделяют:

1. Долговечность – до 7 000 циклов.
2. Высокий ток заряда, что сокращает время восполнения энергии.
3. Стабильное рабочее напряжение, которое не падает до полного исчерпания заряда.
4. Высокое пиковое напряжение – 3,65 Вольта.
5. Высокая номинальная емкость.
6. Небольшой вес – до нескольких килограммов.
7. Низкий уровень загрязнения окружающей среды при утилизации.
8. Морозостойкость – работа возможна при температуре от -30 до +60С о .

Но у аккумуляторов выделяют также и минусы. Первый из них – это высокая стоимость. Цена элемента на 20 Ач может достигать 35 тыс. рублей. Второй и последний недостаток – сложность собственноручной сборки банки батарей, в отличие от литий-ионных элементов. Других явных минусов у этих источников питания пока не выявлено.

Зарядные устройства и как заряжать LiFePo4

Зарядные устройства для LiFePo4 аккумуляторов практически ничем не отличаются от обычных инверторов. В особенности можно записать большая сила тока на выходе – до 30А, что используется для быстрой подзарядки элементов.

Покупая готовый блок батарей трудностей с их зарядкой возникнуть не должно. В их конструкции встроено электронное управление, которое защищает все ячейки от полного разряда и перенасыщения электроэнергией. Дорогие системы используют балансирную плату, которая равномерно распределяет энергию между всеми ячейками устройства.

Важно при подзарядке не превышать рекомендуемую силу тока, если вы используете сторонние ЗУ. Это снизит срок службы батареи в несколько раз за одну подзарядку. Если батарея нагревается или вздувается, то сила тока превышает допустимые значения.

Где применяются LiFePo4 аккумуляторы

LFP батареи имеют большое значение для промышленности. Их используют для поддержания работоспособности устройств на метеостанциях, больницах. Они также внедряются в качестве буфера на ветряные электростанции и применяют для накопления энергии от солнечных панелей.

Аккумуляторы на 12v начинают использоваться в современных автомобилях вместо привычных свинцово-кислотных элементов. LiFePo4 конструкции устанавливаются в качестве главного источника питания на электровелосипедах и квадроциклах, моторных лодках.

Широко их значение и в быту. Они встраиваются в телефоны, планшеты, и даже в шуруповерты. Однако такие устройства значительно отличаются по цене от своих менее технологичных собратьев. Поэтому встретить их на рынке пока сложно.

Правила хранения, эксплуатации и утилизации LiFePo4

Прежде чем отправить LFP аккумулятор на длительное хранение, необходимо его зарядить до 40-60% и поддерживать этот уровень заряда на протяжении всего срока консервации. Держать АКБ следует в сухом месте, где температура не отпускается ниже комнатных значений.

Во время эксплуатации следует выполнять требования производителя. Важно не допускать перегрева батареи. Если вы заметили, что аккумулятор во время работы или подзарядки нагревается неравномерно, то следует обратиться в ремонтный центр – возможно одна из ячеек вышла из строя, либо присутствуют неисправности блока управления или балансирной платы. Так же следует поступить и при появлении вздутий.

Для правильной утилизации полностью исчерпавшей свой ресурс батареи следует обратиться в специализирующиеся на этом организации. Так вы не только поступите как сознательный гражданин, но и сможете на этом заработать. Однако если вы просто отправите АКБ на свалку, то ничего страшного не произойдет.

Источник