Bateria litiu-fier-fosfat: caracteristici, aplicare

Echipamentele moderne zi de zi devin din ce în ce mai complexe și mai puternice. Standardele ridicate de tehnologie impun cerințe ridicate asupra bateriilor, care trebuie să combine acum performanțe ridicate, eficiență energetică și o sursă sporită de energie electrică.

Introducerea de noi tipuri de echipamente electrice în producție, accelerarea procesului tehnologic - toate acestea sporesc cerințele surselor de energie electrică, iar bateriile moderne nu le pot satisface întotdeauna. Pentru a rezolva această problemă, producătorii au urmat calea îmbunătățirii tehnologiei litiu-ion. Astfel, litiu-fier-fosfat baterie (LiFePO4), El este descendentul ideologic al bateriilor Li-ion.

Istoricul istoric

LiFePO4, sau LFP, - familia olivina minerale naturale, a fost descoperit în 1996 de către oamenii de știință de la Universitatea din Texas, John Goodenough, care a fost caută modalități de a îmbunătăți sursele de energie Li-ion. De remarcat a fost faptul că acest mineral a avut mai puțină toxicitate și o stabilitate termică mai mare decât toți electrozii cunoscuți la acea vreme.

În plus, el sa întâlnit în mediul natural și a avut un cost mai mic. Principalul dezavantaj al electrozilor pe bază de LiFePO4 este o capacitate mică electrică, din cauza căreia bateria litiu-fier-fosfat a încetat să se dezvolte.

Cercetarea în această direcție a fost reluată în 2003 la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Echipa de oameni de știință a lucrat la crearea unor baterii fundamentale noi care să înlocuiască cele mai avansate baterii Li-ion din acel moment. Proiectul a fost interesat de companii precum Motorola și Qualcomm, care au adus apariția bateriilor cu elemente catodice LiFePO4.

Baterie bazată pe LiFePO4

Acest tip baterii utilizează aceeași tehnologie pentru a genera energie electrică ca celule obișnuite de litiu-ion. Cu toate acestea, există o serie de diferențe semnificative între ele. În primul rând, este vorba de utilizarea unui tip BMS proprietate - un sistem de control care protejează acumulatorii electrici de supraîncărcare și evacuare puternică, mărește durata de viață și face ca sursa de energie să fie mai stabilă.

În al doilea rând, LiFePO4, spre deosebire de LiCoO2, este mai puțin toxic. Acest fapt a permis evitarea unor probleme legate de poluarea mediului. În special, pentru a reduce emisiile de cobalt în atmosferă cu eliminarea necorespunzătoare a bateriilor.

În sfârșit, din cauza lipsei unor standarde unificate pentru elementele LFP, compoziția chimică diferită, care determină variații ale caracteristicilor tehnice ale modelelor într-o gamă largă. În plus, menținerea acestor surse de alimentare este mai complexă și trebuie făcută în conformitate cu anumite reguli.

Specificații tehnice

Se spune că fosfatul de fier litiu baterie de 48 volți, 36 volți și 60 volți sunt produse prin interconectarea secvențială celulele singulare, deoarece tensiunea maximă într-un DII secțiune nu poate depăși 3,65 V. Prin urmare, performanța fiecărei baterii poate în mod semnificativ diferă între ele - totul depinde de asamblare și de compoziția chimică specifică.

Pentru analiza caracteristicilor tehnice, vom da valorile nominale ale unei singure celule.

Cea mai bună realizare a capabilităților fiecărei celule individuale a fost realizată în bateria Everexceed. Bateriile cu litiu-fosfat de înaltă calitate au o durată lungă de viață. În total, sunt capabili să reziste până la 4 mii de cicluri de descărcare de sarcină cu o pierdere de capacitate de până la 20%, iar rezervarea de energie este reumplută în 12 minute. Având în vedere acest lucru, se poate concluziona că bateriile Everexceed sunt unele dintre cei mai buni reprezentanți ai elementelor LFP.

Avantaje și dezavantaje

Principalul avantaj, care distinge favorabil bateria litiu-fier-fosfat printre alți reprezentanți ai bateriei, este longevitatea. Un astfel de element este capabil să reziste la mai mult de 3 mii de cicluri de încărcare-descărcare atunci când nivelul de energie electrică scade la 30%, și mai mult de 2 mii - cu o scădere la 20%. Datorită acestui fapt, durata medie a bateriei este de aproximativ 7 ani.

Curentul de încărcare stabil este cel de-al doilea avantaj important al celulelor LFP. Tensiunea de ieșire rămâne la 3,2 V până când încărcarea este complet epuizată. Acest lucru face mai ușoară conectarea, eliminând necesitatea regulatoarelor de tensiune.

Un curent de vârf mai mare este al treilea avantaj. Această proprietate a bateriei le permite să dea puterea maximă chiar și la temperaturi extrem de scăzute. Această caracteristică a determinat producătorii auto să utilizeze bateria litiu-fier-fosfat ca sursă principală de energie la pornirea motoarelor pe benzină și diesel.

Împreună cu toate avantajele prezentate, bateriile LiFePO4 au un dezavantaj semnificativ - o masă și o dimensiune mare. Acest lucru limitează utilizarea acestora în anumite tipuri de echipamente și echipamente electrice.

Caracteristicile funcționării

Dacă cumpărați baterii de litiu-fosfat, atunci nu veți avea probleme cu întreținerea și operarea. Toate datorită faptului că producătorii construiesc astfel de elemente ale plăcilor BMS care nu permit supraîncărcarea și nu permit ca celula să fie descărcată la cel mai mic nivel posibil.

Dar dacă cumpărați celule separate (de exemplu, baterii cu deget), atunci trebuie să monitorizați singur nivelul de încărcare. În cazul în care încărcarea scade sub nivelul critic (sub 2.00 V), capacitatea va scădea de asemenea rapid, ceea ce va face imposibilă reîncărcarea celulelor. Dacă, dimpotrivă, permiteți o reîncărcare (peste 3,75 V), celula se va umfla pur și simplu din cauza gazelor eliberate.

Dacă utilizați o baterie similară pentru o mașină electrică, atunci după încărcarea de 100% trebuie să deconectați încărcătorul. În caz contrar, bateria se va umfla din cauza curentului electric excesiv.

Reguli de funcționare

Dacă intenționați să utilizați un baterii litiu-fosfat în mod ciclic și într-un tampon, de exemplu, ca o sursă de putere-up-uri sau în combinație cu o baterie solară, trebuie să aibă grijă de scăderea nivelului de încărcare la 3,40-3,45 V. face față această sarcină este ajutată de încărcătoare "inteligente", care, în modul automat, umple complet complet rezerva de energie și apoi scade nivelul de tensiune.

În timpul funcționării, trebuie să monitorizați balanța celulelor sau să folosiți carduri de echilibrare speciale (acestea sunt deja încorporate în bateria vehiculului electric). Un dezechilibru al celulelor este starea când tensiunea totală a dispozitivului rămâne la nivelul nominal, dar tensiunea celulelor devine diferită.

Un fenomen similar apare datorită diferenței de rezistență a secțiunilor individuale, a contactului slab între ele. Dacă celulele au tensiuni diferite, acestea sunt încărcate și descărcate inegal, ceea ce reduce semnificativ durata de viață a bateriei.

Punerea în funcțiune a bateriilor

Înainte de utilizare litiu-fosfor, asamblate din celule separate, este necesar să se aibă grijă de echilibrarea sistemului, deoarece secțiunile pot avea nivele diferite de încărcare. Pentru a face acest lucru, toate componentele sunt conectate în paralel și se conectează la redresor, încărcătorul. Celulele astfel conectate trebuie încărcate până la 3,6 V.

Utilizarea bateriei fosfat de fier litiu pentru biciclete electrice, probabil ați observat că, în primele minute ale bateriei oferă puterea maximă, iar apoi taxa scade rapid la nivelul de 3,3-3,0 V. Nu vă fie teamă de acest lucru, pentru că este funcționarea normală a bateriei . De fapt, capacitatea sa principală (aproximativ 90%) se află exact în acest domeniu.

concluzie

Eficiența bateriilor cu litiu-fosfat este cu 20-30% mai mare decât cea a altor baterii. În același timp, ele servesc 2-3 ani mai mult decât alte surse de energie electrică și oferă, de asemenea, un curent stabil pe întreaga durată a funcționării. Toate acestea evidențiază elementele prezentate într-o lumină favorabilă.

Cu toate acestea, majoritatea oamenilor vor ignora bateriile cu litiu-fier-fosfat. Avantajele și dezavantajele bateriei sunt diminuate înaintea prețului - este de 5-6 ori mai mare decât în ​​cazul elementelor plumb-acid care sunt obișnuite pentru noi. Această baterie pentru mașină costă în medie aproximativ 26 de mii de ruble.