Меню

Литий железо фосфатный аккумулятор ток заряда

Литий железо фосфатный аккумулятор ток заряда

Всё о литий-железо-фосфатных (LiFePO4, LFP) аккумуляторах — На токе

  • Статьи об электротранспорте
  • Технологии
  • Аккумуляторы
  • Всё о литий-железо-фосфатных (LiFePO4, LFP) аккумуляторах

Всё о литий-железо-фосфатных (LiFePO4, LFP) аккумуляторах

Всё о литий-железо-фосфатных (LiFePO4, LFP) аккумуляторах

На рынке сегодня присутствует не малое количество разновидностей литиевых накопителей электроэнергии, и особое место среди них занимает литий-железо-фосфатное (LiFePO4 или LFP) исполнение. Чем оно выгодно отличается от «соплеменников» и каковы его особенности? Вот именно об этом мы будем говорить в данной теме.

Содержание:

  • История появления.
  • Преимущества LiFePO4 электронакопителей.
  • Сравнение LiFePO4 и Li-ion — что лучше?
  • Применение LFP аккумуляторов.
  • Как правильно эксплуатировать LFP батареи.
  • Правила хранения и утилизации LiFePo4.

История появления

john-goodenough-1200x675.jpg

Итак, LiFePO4 был открыт давненько, в 1996-ом году, профессором Техасского университета Джоном Гуденафом. Материал играл роль катода для обычного Li-ion накопителя. Отличался LFP тем, что по сравнению с традиционными литий-кобальтовыми источниками энергии, имел значительное преимущество в цене, был менее токсичным и более термоустойчивым. Однако у LiFePO4 имел место и один значимый недостаток — меньшая ёмкость.

57november.jpg

До 2003-го года разработка практически не продвигалась вперёд, пока она не попала в руки специалистов представляющих фирму A123 Systems. Кроме того, серьёзный толчок делу дали такие инвесторы как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital, благодаря которым технология была доведена до ума.

Первая промышленная партия изделий была выпущена в 2006-ом году и с тех пор, LFP позиционируются как лучшие из силовых электронакопителей.

LiFePO4 обходят конкурентов по таким параметрам:

1. Улучшенные характеристики.

2. Более высокий показатель КПД.

3. Повышенный уровень безопасности.

LiFePO4 предлагают пользователю более продолжительный срок службы, по сравнению со своими Li-ion собратьями. Применение фосфатов даёт возможность избежать расхода кобальта и связанных с этим экологических проблем.

Что мы имеем по техническим характеристикам LiFePO4?

Номинальное напряжение LFP — 3,0-3,3 V, нижний порог напряжения — 2 V. Полностью заряженный накопитель выдаёт 3,6-вольтовое напряжение. Аппаратура может функционировать в диапазоне -30. +60, что является весьма приемлемым результатом для сторонников круглогодичной эксплуатации индивидуального электрического транспорта.

Время зарядки LFP-батареи — 4 часа. Масса аккумулятора с характерстиками 36 V 12 Ah – 5,5 килограмма, разрядной ток — до 35 A, мощность — до 1260 Ватт, пиковая — 2160 Ватт.

Что нам предлагает ближайший конкурент LFP, традиционный Li-ion?

Номинальное напряжение тут уже повыше — 3,6-3,75 V. Нижний порог напряжения — 3 V, а для ёмких Li-ion АКБ нижний показатель — 2,5 V. Полностью заряженный агрегат выдаёт 4,25 V, у более ёмких батареек — 4,35 V. Работают при температуре -20. +60 градусов, но тут нужно учесть, что оптимальный температурный режим для литий-ионного источника энергии — +20. +25 градусов.

Время зарядки Li-ion батареи — 8 часов. Масса аккумулятора с характеристиками 36 V 12 Ah – 3 килограмма, разрядный ток — до 12 A, выдаваемая мощность — до 432 Ватт, пиковая — 864 Ватта.

Преимущества LiFePO4 электронакопителей

scat-i-battery-12-7-1.png

Скорее всего, вас не вдохновит показатель напряжения LiFePO4, но не стоит из-за этого сбрасывать данную разновидность литиевых источников питания со счетов. У них есть ряд преимуществ, которые могут заинтересовать очень многих юзеров.

1. В таких АКБ разработчики используют структуру оливина, высокотемпературного материала, который способен выдерживать температуру до 1900 градусов.

2. Продолжительный срок эксплуатации. Такая аппаратура может выдержать от двух до семи тысяч циклов. При этом, ёмкость снизится всего на 20%. А вот обычный литий-ион столько не потянет: его потенциал 500-1000 циклов разряда/заряда.

3. Срок хранения. По этому параметру LFP изделия также долгоиграющими являются. Хранить их можно 12-15 лет, а вот Li-ion — всего 3-5 лет, потом начинается деградация.

4. Повышенная плотность энергии и стойкость к низким температурным режимам. К примеру LiFePO4 модели ANR26650M1-B от A123 Systems, может работать при заявленном производителем температурном диапазоне -30. +55 градусов, а хранить её можно при -40. +60 градусах. У литий-ионной продукции просадки составляют порядка 3-4 V при нагрузке, а ёмкость снижается в два-три раза при минусовой температуре окружающей среды.

5. Устойчивость к переразряду. Если напряжение преодолеет допустимое значение, LFP грозят лишь несущественные повреждения, при которых девайс сохранит свою работоспособность. А вот Li-ion, при критическом уровне напряжения, становится весьма опасным предметом — происходит разгерметизация из-за которой в атмосферу выбрасывается литий. В этом случае вполне можно ожидать взрыва!

6. LFP не загораются при повреждении компонентов. Они в такой ситуации будут только нагреваться и испускать дым. Li-ion же при повреждении взрываются и могут напугать юзера появлением яркого пламени.

7. 3,2-вольтовое постоянное напряжение на выходе, даёт возможность соединить последовательно две пары аккумуляторов, для получения 12,8-вольтового номинального напряжения на выходе. Это приближено к напряжению свинцово-кислотных АКБ (SLA) с 6-ю ячейками. Данное обстоятельство, параллельно с достойной безопасностью источников питания LFP, делает их отличной возможной заменой SLA во многих отраслях. К примеру, автомобильная промышленность и солнечная энергетика. Тут возможно применение 3,2-вольтовых накопителей стандартного типоразмера 14500/10440, вместо пары гальванических элементов либо АКБ типоразмеров АА/ААА 1,5 V. Для это применяется один LFP электронакопитель, а на место второго компонента устанавливается вставка-проводник с идентичными размерами.

8. Если сравнивать LFP-батареи с другими литиевыми исполнениями, то они обладают довольно стабильным разрядным напряжением. На выходе напряжение остаётся близко к 3,2 V во время разряда, пока энергия аккумуляторной батареи не иссякнет на сто процентов. Это может существенно упростить корректировку напряжения в цепях или даже исключить надобность в ней.

9. LFP источники питания, обладают пониженной скоростью разряда, по сравнению с Li-ion и SLA электронакопителями.

10. LiFePO4 батареи можно встретить в формате 18650, что очень удобно. Это даёт возможность пользователям собрать источник питания практически любой формы, разместив компоненты наиболее удобным способом. Однако при одном и том же напряжении, LFP изделия будут несколько тяжелее и больше по размерам, поскольку в распоряжении ячеек разное номинальное напряжение.

11. Упрощённая система управления батареей и не сложное зарядное устройство. Большой допуск перезаряда и характеристика самобалансировки LFP-батареи, дают возможность упростить защиту аккумулятора и сбалансировать печатные платы, снизив их себестоимость. Одноступенчатый процесс зарядки позволяет применять более простой, обыкновенный источник питания для зарядки LiFePO4, чего не скажешь о литий-ионном электронакопителе, для которого требуется сложное и дорогое зарядное оборудование.

Сравнение LiFePO4 и Li-ion — что лучше?

2739960november.jpg

Выше в теме я привёл основные характеристики этих разновидностей батарей, но, для большего понимания ситуации, стоит углубиться в подробности.

Сразу скажу: тут стоит отдать должное Li-ion источникам питания, так как именно они чаще всего становятся для потребителя оптимальным выбором.

Стоят они меньше, меньше у них и масса, а при щадящем режиме работы, Li-ion могут предложить юзеру около тысячи циклов. Однако если вам предстоит эксплуатировать индивидуальный электротранспорт в жёстких условиях, к примеру, ездить на электрифицированном велосипеде при минусовых температурах, то стоит отдать приоритет LiFePO4. Такие источники питания совмещают в себе все плюсы Li-ion, но у них отсутствуют их негативные стороны.

Пиковые токи нагрузки и заряда не наносят вреда ресурсу LFP аккумулятора. Кроме того, электронакопители такого типа имеют меньшую склонность к естественной деградации, предлагают минимальный саморазряд и весьма широкий диапазон рабочих температур. Обладателя LFP аккумулятора, порадует и то, что изделие может выдержать более 2000 циклов при утрате ёмкости на 20%. Так что, по выносливости и долговечности LFP-батареи переигрывают остальные литиевые исполнения. В то же время нужно учитывать, что LiFePO4 весят больше чем Li-ion и вдобавок они габаритнее.

В общем, суть такова: перед выбором литиевого энергонакопителя, чётко определитесь со своими приоритетами и условиями дальнейшего использования АКБ.

Применение LFP аккумуляторов

ebike-battery-48v-9ah-lithium-ion-charging.jpg

Системы автономного электроснабжения, в состав которых входят ветрогенераторы и солнечные батареи — вот где LFP активно используется как буферный накопитель. LiFePO4 оборудуется складская техника, поломоечные машины, гольфкары, водный транспорт, электрические велосипеды, электрические скутера, электрические автобусы и электромобили. LFP-накопители также обслуживают телефоны, планшеты и шуруповёрты.

Как правильно эксплуатировать LFP батареи

Не превышайте дозволенные параметры

Любые Li-ion электронакопители, в том числе и новые LFP изделия, довольно быстро вырабатывают свой ресурс, если разряжать их по максимуму либо длительное время удерживать на зарядке. В том случае, если источник энергии часто разряжается ниже допустимого предела, он начнёт утрачивать в ёмкости и по прошествии некоторого времени, электронакопитель будет разряжаться в ускоренном темпе. Также, от перезарядки может случиться такое недоразумение как вздутие девайса, по причине того, что внутри ячеек скапливается газ, а итогом является неприятный всем выход из строя.

Для продления срока эксплуатации LiFePO4, заряжать его рекомендуются до 3,65 V (пик 3,7 V), а разряжать не ниже показателя 2,5 V (пик 2 V).

Применяйте систему управления батареей (BMS)

Аккумуляторные батареи мобильных устройств и электрокаров, как правило, заряжаются на 100%, а затем сразу идут в работу. Однако если не отключить зарядную аппаратуру после полной «заправки», электронакопитель разбухнет и откажется продолжать дальнейшую работу. Думаете нужно в обязательном порядке тщательно следить за напряжением АКБ, чтобы она не разряжалась до минимального значения и не достигала излишнего заряда? Реально, делать это необязательно — разработчики давно решили данную проблему! Они начали ставить на каждую аккумуляторную батарею специальную защитную плату, так называемую BMS. Деталь контролирует показатели источника электроэнергии, от которого заряжается LiFePO4. Она полностью отвечает за зарядку/разрядку АКБ.

Если LFP-батарея начнёт подвергаться зарядке сверх нормы, BMS организует равномерное распределение нагрузки по ячейкам. Если электронакопитель разрядится в значительной степени, контрольная плата прекратит подачу электроэнергии потребителям.

561fe621-ef14-11e9-872b-525400e33e22-e70e9925-ef14-11e9-872b-525400e33e22.png

Если вы приобретаете не целую батарею, а только ячейки и игнорируете внедрение BMS, то распределение напряжения при зарядке АКБ будет неравномерным. К примеру, в вашем распоряжении аккумуляторная батарея состоящая из двух пар ячеек LFP. По ходу дела три ячейки достигают примерно одинакового уровня заряда, где-то на 3,5 V. А вот четвёртая ячейка по заряду выходит значительно выше — 4,25 V. Чем чревата такая разность? Тем, что четвёртая ячейка начнёт заряжаться сверх допустимого и даст сбой. При этом, общее напряжение при зарядке остаётся в пределах дозволенных значений.

Читайте также:  Умная светодиодная лампа yd 80 с аккумулятором с пультом ду

Может случиться так, что установить BMS по каким либо причинам будет невозможно и возникает вопрос — а что делать в этом случае? Поставьте хотя бы балансировочные платы, которые помогут удерживать напряжение сбалансированным.

Но в то же время, «балансиры» ничем не помогут накопителю энергии, если все ячейки разрядятся до критического уровня либо начнут перезаряжаться. Кроме того, если расхождение в заряде ячеек будет значительным, балансировочная деталь не будет выравнивать напряжение.

Хотите по максимуму защитить LiFePO4 электронакопитель? Лучший способ сделать это, установить плату BMS, которая будет прекрасно справляться со своими прямыми обязанностями избавляя вас при этом от лишней головной боли.

Режим работы

ps1512486749.jpg

Любую аккумуляторную батарею можно эксплуатировать в двух режимах: буферном и циклическом. Начнём с циклического режима. Вы пользуетесь мобильным устройством целый день, затем устанавливаете его на зарядку, а когда аккумулятор заряжен на сто процентов — продолжаете использовать девайс. А вот что касается буферного режима, то это когда электронакопитель постоянно подзаряжается. Буферный режим встречается в бесперебойных источниках питания. При нём напряжение аккумуляторной батареи редко снижается до критических показателей, по этой причине он проработает дольше, чем если будет функционировать в циклическом режиме.

Если хотите дополнительно продлить срок эксплуатации электронакопителя, понизьте напряжение заряда. Как правило, для LFP-батарей, это 3,40-3,45 V. Однако самый лучший вариант — свериться с теми значениями, которые рекомендует изготовитель АКБ.

Балансировка ячеек

Если вы предпочли собирать LFP-накопитель собственными силами, то перед сборкой нужно в обязательном порядке отбалансировать ячейки — 3,2-вольтовые. Ячейки не всегда являются заряженными в одинаковой степени, поэтому перед применением устройства, его рекомендуется предварительно отбалансировать. Для этого потребуется параллельно соединить каждую ячейку: «+» с «+» и «-» с «-» каждой ячейки. После состыковки зарядите ячейки до 3,65 V.

Если одна либо несколько ячеек продемонстрируют разность сопротивлений, в процессе балансировки будет происходить выравнивание напряжений между компонентами.

Для сбережения ресурса LiFePo4 важно:

1. Применять специальные ЗУ, которые предназначены для аккумуляторов LFP с обозначением конечного напряжения. Зарядки для литиевых АКБ других типов, для LiFePo4 изделий не годятся, так как у LFP более низкое рабочее напряжение.

2. Не следует оставлять источник энергии разряженным. Если последующий саморазряд повлечёт за собой критическое снижение напряжения хотя бы на одном элементе АКБ, это отрицательно скажется на ёмкости всего электронакопителя. Поэтому, если LiFePo4 почти разрядилась, её нужно как можно быстрее установить на зарядку и довести до номинального напряжения, а это 3,2 V на компонент.

3. Не допускайте разряда аккумулятора до его отключения посредством BMS и заряжайте гаджет после каждого применения. LiFePo4 не страдают от эффекта памяти, а полные циклы разряда будут только негативным образом сказываться на ресурсе девайса.

4. Заряжайте агрегат при температуре корпуса приближённой к комнатной. Если накопитель энергии был перед зарядкой на холоде, нужно сначала нагреть его до комнатной температуры. Для этого потребуется 4-5 часов пребывания в тёплом помещении.

5. Для зарядки LiFePo4 лучшим вариантом будут «умные» ЗУ либо контроллеры. Они обеспечивают подзарядку систем напряжением 12-14,6 V, а по прошествии 10-20 минут снижают напряжение до 13,6–13,8 V, то есть, до 3,4–3,45 V на каждый отдельный элемент.

Правила хранения и утилизации LiFePo4

13k6tau.jpeg

Перед тем как отправить LFP на продолжительное хранение, зарядите его до 40-60% и поддерживайте такой уровень на протяжении всего срока хранения. Аккумулятор следует держать в сухом месте, где температурный режим не опускается ниже комнатных показателей.

Когда ваша аккумуляторная батарея полностью отработает своё, следует обратиться в специальную организацию, занимающуюся утилизацией подобного оборудования. Если вы поступите подобным образом, то можете даже заработать на этом. Но в то же время, если вы просто выбросите источник энергии LFP на свалку, ничего страшного не будет.

Заключение

Чтобы вам легче было усвоить всю информацию изложенную в статье, я приведу далее несколько пунктов, которые нужно обязательно запомнить:

1. Следите за тем, чтобы напряжение LiFePo4 не опускалось ниже 2 V и не заходило за отметку 3,7 V. Что касается идеального диапазона, то это 2,5-3,65 V.

2. Если будете собирать батарею LFP самостоятельно, не забудьте про BMS.

3. Если используете АКБ в буферном режиме, понизьте её напряжение. Рекомендуемые параметры — 3,4-3,45 V.

4. Заряжать LFP нужно специальной зарядкой.

5. Перед самостоятельной сборкой электронакопителя, отбалансируйте ячейки, чтобы выровнять напряжение.

Основные преимущества LFP:

1. Продолжительный срок эксплуатации — 2000-7000 циклов заряда/разряда. При этом потеря ёмкости составляет 20%.

2. Срок хранения — 12-15 лет.

3. Может работать при широком диапазоне температур — -30. +60 градусов. Из этого можно сделать простой вывод: LFP хорошо подходят для использования зимой.

4. Не воспламеняется при повреждении компонентов.

5. Устойчивость к переразряду.

Естественно, не обошлось и без недостатков: это бОльшая по сравнению с Li-ion масса и себестоимость. Хотя уже можно обзавестись на Али.

Источник



LiFePO4 аккумуляторы

LiFePo4

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.

Аккумуляторный блок

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.

Батарея

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.

LFP

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

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.

Промышленный аккумулятор

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

Как зарядить LiFePO4 аккумулятор

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы имеют отличные рабочие характеристики и ресурс более 2000 циклов. Но для их стабильной и долговечной работы важно соблюдать правила эксплуатации, в т. ч. необходимо правильно заряжать LiFePO4 аккумуляторы. Для этого применяются специальные зарядные устройства, использующие алгоритм CC/CV – постоянный ток/постоянное напряжение.

На 1 этапе зарядка происходит при постоянном токе, и наблюдается рост напряжения. Когда его значение достигает установленного максимума – 3,6 или 3,65 В на ячейку, напряжение остается неизменным, а ток заряда – снижается до минимума. На этом этапе происходит окончательный набор емкости – оставшиеся 5–10% заряда. Такой принцип подзарядки обеспечивает полноценное восполнение запаса емкости без риска перезаряда элементов.

Когда, как и чем заряжать LiFePO4 аккумуляторы

1.Когда? Перед подзарядкой элементы питания LFP типа не приходится полностью разряжать. Они не имеют выраженного эффекта памяти, поэтому допускают частичное восполнение заряда и подзарядку при любом уровне разряда – хоть 50%, хоть 20%. Поэтому рекомендуется заряжать АКБ после каждого использования, если остаточный уровень заряда ниже 50%. Но это необязательно. Главное – не допускать глубокого разряда аккумов и их хранения в таком состоянии. При критически низком уровне остаточного заряда нужно сразу же поставить АКБ на подзарядку. Перед отправкой на хранение достаточно зарядить LiFePO4 ячейки наполовину. Это поможет уменьшить естественное снижение емкости АКБ в процессе ее хранения.

2.Как? При температуре выше 0 и до +40 °С, зарядными токами до 10С. Это допустимый максимум в вопросе, каким током заряжать LiFePO4 аккумуляторы. Но если быстрая зарядка не требуется, лучше использовать меньшие зарядные токи – от 1С до 5С. Для защиты элементов питания от перезаряда и перегрева обязательно используется BMS система управления. В дополнение к ней функции защиты может выполнять датчик в зарядном устройстве. Чтобы избежать перегрева, нельзя накрывать аккумуляторную батарею или ЗУ в процессе зарядки.

3. Чем? Лучше всего – «умными» зарядными устройствами. Обязательно – подходящими для LiFePO4 аккумуляторов, с граничным напряжением 3,65 В на элемент. Перед тем как заряжать литий-железо-фосфатные аккумуляторы, такие приборы короткими импульсами напряжения определяют их текущее состояние и инициируют старт процесса подзарядки с нужной стадии.

Последовательность зарядки

Заряжать Li-ion аккумуляторы в целом и LiFePO4 в частности нужно при комнатной температуре. Подзарядка при минусовых температурах недопустима. После пребывания на морозе АКБ нужно выдержать в помещении минимум час, чтобы она прогрелась. Севшую батарею нельзя надолго оставлять незаряженной. Иначе в ней начнут происходить необратимые процессы, которые приведут к падению емкости и сокращению ресурса.

Пошагово процесс зарядки LFP батарей происходит так:

1.Вставьте разъем зарядного устройства в предназначенное для него гнездо аккумуляторной батареи.

2.Подключите зарядное устройство к сети 220 В.

3.Периодически наблюдайте за индикатором заряда – вначале будет гореть красная лампочка, а после окончания процесса подзарядки – зеленая.

4.Можете отключить АКБ или оставить ее заряжаться еще на 5–8 часов, чтобы произошла балансировка ячеек. Ее рекомендуется проводить с периодичностью в 2–4 зарядки, но не чаще раза в месяц.

5.Для отключения – выньте вилку зарядного устройства из розетки, а затем отсоедините его разъем от АКБ.

Выводы

Чтобы литий-железо-фосфатные батареи служили долго и исправно, нужно позаботиться об их корректной зарядке. Хотя элементы питания этого типа более устойчивы к жестким условиям эксплуатации, пренебрегать рекомендациями производителей не стоит. Заряжать такие АКБ нужно предназначенными для них зарядными устройствами при комнатной температуре, токами от 1С до 5С (в крайнем случае – до 10С), желательно – до полного уровня.

Неполные заряды для литиевых аккумуляторов не страшны, но по возможности лучше доводить процесс зарядки до конца, чтобы не способствовать падению емкости АКБ. Максимальное напряжение при заряде LiFePO4 аккумуляторов должно составлять 3,6–3,65 В на элемент. Это напряжение соответствует 100% уровню заряда.

Предыдущая статья блога VoltBikes посвящена вопросам утепления аккумуляторной батареи при ее эксплуатации в зимний период, для защиты от переохлаждения и падения емкости на морозе.

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

Особенности литий-железо-фосфатного аккумулятора

Перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы являются наиболее успешным типом батарей на рынке портативных устройств и быстро становятся важными для хранения энергии в транспортных средствах или домашних системах из-за присущих им преимуществ перед другими химическими источниками энергии.

Среди различных литий-ионных химических соединений литий-железо-фосфатный LiFePO4 аккумулятор считается особенно важным для будущих транспортных средств из-за его низкой стоимости, экологичности, стабильности и безопасности даже в агрессивных условиях.

Моделирование литий-ионных аккумуляторов шло в ногу с развитием различных химических элементов источников питания. Первая коммерческая литий-ионная батарея была представлена Sony в 1991 году, а первая основанная на физике модель литиевой батареи, использующая теорию пористых электродов, диффузию частиц и теорию концентрированных растворов, была разработана уже в 1993 году.

Литий-железо-фосфатный LiFePO 4 аккумулятор появился на рынке в 1997 году, когда он был показан в качестве жизнеспособного положительного электродного материала.

Литий-железо-фосфатный – это тип литий-ионного аккумулятора у которого энергия накапливается путем перемещения и накапливания ионов лития вместо металлического лития.

Литий-железо-фосфатные батареи считаются одними из самых долгоживущих источников питания, когда-либо разработанных. Данные испытания в лаборатории показывают до 2000 циклов заряда/разряда. Это связано с достаточно прочной кристаллической структурой фосфата железа, которая не разрушается при повторной упаковке и распаковке ионов лития во время зарядки и разрядки.

Параметры литий-железо-фосфатных аккумуляторов

Параметры литий-железо-фосфатных аккумуляторов отличаются от других химических источников энергии многоразового действия в лучшую сторону:

  • номинальное напряжение 3,2 вольта;
  • пиковое напряжение 3,65 вольта обратите внимание на наши новые данные о зависимости емкости от напряжения заряда;
  • абсолютное минимальное разрядное напряжение 2,0 вольта;
  • напряжение заряда 3,65 вольта 100% заряд;
  • при напряжении 3,5 вольт 95% заряда;
  • температура заряда 0°-40°C.

Инновации в литий-ионных аккумуляторах

Хотя литий-ионная полимерная батарея малой емкости, содержащая оксид кобальта лития (LiCoO 2) обеспечивает наилучшую массовую плотность энергии и объемную плотность энергии, эти источники очень дорогие и небезопасны для крупномасштабных литий-ионных батарей.

В последнее время литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4) становится “лучшим выбором” материалов в коммерческих литий-ионных источниках питания для применения в больших емкостях и высоких мощностях, таких как ноутбуки, электроинструменты, инвалидные кресла, электронные велосипеды, электрические автомобили и электробусы.

Особенности LiFePO4

Обычная зарядка

Во время обычного процесса зарядки литий-железо-фосфатный аккумулятор лучше всего может быть полностью заряжен в два этапа:

  • применяется постоянный ток для достижения примерно 60% состояния заряда;
  • происходит, когда напряжение заряда установится на уровне 3,65 вольт на ячейку, что является максимальным пределом эффективного напряжения зарядки. Переход от постоянного тока к постоянному напряжению означает, что зарядный ток ограничен тем, что батарея будет принимать при этом напряжении, поэтому зарядный ток постепенно уменьшается, точно так же, как конденсатор, заряженный через нагрузку, достигнет конечного напряжения бесконечно приближаясь.

Если по времени, то этапу 1 (60%) требуется около одного часа, а этапу 2 (40% ) – еще два часа.

2. Быстрая “принудительная” зарядка

Поскольку перенапряжение может быть применено к батарее LiFePO 4 без разложения электролита, она может быть заряжена только одним шагом, чтобы достичь 95%, или заряжена, чтобы получить 100%. Это похоже на то, как свинцово-кислотные батареи безопасно заряжаются. Минимальное общее время зарядки составит около двух часов.

3. Большая способность перезарядки и безопасности работы

Если сравнивать с ранее разработанными литий-кобальтовыми аккумуляторами LiCoO2, то они имеют очень узкий допуск перезаряда. Около 0,1 вольт по сравнению с постоянством зарядного напряжения 4,2 В считая это наивысшим пределом напряжения. Непрерывная зарядка свыше 4,3 В может либо повредить работу литий-кобальтовой батареи, например срок службы цикла, либо привести к пожару или взрыву.

Батарея LiFePO 4 имеет гораздо более широкий допуск перезаряда около 0,7 В от своего постоянного зарядного напряжения 3,5 В на ячейку. При анализе с помощью измерителя теплоты химической реакции с электролитом после перезаряда выделение тепла составляет всего 90 джоулей/грамм для LiFePO4 против 1600 Дж/г для LiCoO 2.

Батарею LiFePO 4 можно безопасно перезарядить до 4,2 вольта на ячейку, но более высокие напряжения начнут разрушать органические электролиты. Тем не менее, обычно заряжают 12-вольтовый блок серии из 4-х аккумуляторов с помощью автомобильного зарядного устройства или от автомобильного генератора. Обычные свинцово-кислотные зарядные устройства снижают свое напряжение до 13,8 вольт после нормального заряда и обычно прекращают потреблять ток когда зарядка достигнет 100%. По этой причине для надежного выхода на 100% емкость требуется постоянное зарядное устройство.

С точки зрения большой переносимости перезаряда и безопасности работы батарея LiFePO4 похожа на свинцово-кислотную батарею.

4. Необходимость плат управления

В отличие от свинцово-кислотной батареи, ряд элементов LiFePO4 в батарейном блоке при последовательном соединении не могут уравновесить друг друга в процессе зарядки. Это происходит потому, что ток заряда перестает течь, когда ячейка заполнена. Вот почему пакеты из литий-железо-фосфатный аккумуляторов нуждаются в платах управления.

5. В три-четыре раза более высокая плотность энергии, чем свинцово-кислотная батарея

Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой водную систему. Напряжение одной ячейки номинально составляет 2 В во время разряда. Свинец-тяжелый металл, его удельная емкость составляет всего 44 Ач/кг. Для сравнения, литий-железофосфатная ячейка (LiFePO 4) представляет собой неводную систему, имеющую номинальное напряжение 3,2 в во время разряда. Его удельная мощность составляет более 145 Ач/кг. Гравиметрическая плотность энергии батареи LiFePO 4 составляет 130 Втч/кг, что в три-четыре раза выше, чем у свинцово-кислотной батареи, 35 Втч/кг.

6. Упрощенная система управления батареей и зарядное устройство

Большой допуск перезаряда и характеристика самобалансировки LiFePO 4 аккумулятора позволяют упростить защиту батареи и сбалансировать печатные платы, снизив их стоимость. Одноступенчатый процесс зарядки позволяет использовать более простой обычный источник питания для зарядки аккумулятора LiFePO 4 вместо использования дорогостоящего и сложного литий-ионного зарядного устройства.

7. Большее количество циклов заряд-разряд

По сравнению с кобальтовой батареей LiCoO 2, срок службы которой составляет 400 циклов, батарея LiFePO 4 продлевает свой срок службы до 2000 циклов.

8. Высокие температурные показатели

Вредно иметь батарею LiCoO 2, работающую при повышенной температуре, например 60°C. Однако батарея LiFePO 4 работает лучше при повышенной температуре, отдавая на 10% большую емкость из-за более высокой ионной проводимости лития.

Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов продолжает расти, поскольку их плотность мощности и плотность энергии увеличиваются.

Кроме того, производственные возможности для крупноформатных ячеек и снижение себестоимости производства расширили области применения этой химии батарей. Литий-ионные аккумуляторы и их разновидность литий-железо-фосфатные аккумуляторы в настоящее время используются не только в потребительских товарах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, но и для транспортных средств и стационарных хранилищ.

Источник