Litij-železo-fosfatna baterija: značilnosti, uporaba

Sodobna oprema iz dneva v dan postaja vse bolj zapletena in močnejša. Visoki standardi tehnologije postavljajo visoke zahteve na baterije, ki morajo zdaj združevati visoko zmogljivost, energetsko učinkovitost in povečati dobavo električne energije.

Uvajanje novih vrst električne opreme v proizvodnjo, pospeševanje tehnološkega procesa - vse to povečuje zahteve za električne vire energije, sodobne baterije pa jih vedno ne morejo zadovoljiti. Da bi rešili ta problem, so proizvajalci sledili poti izboljšanja litij-ionske tehnologije. Tako je litijev železov-fosfat baterija (LiFePO4), Je ideološki potomec Li-ionskih baterij.

Zgodovinsko ozadje

LiFePO4 ali LFP, naravni mineral družine olivine, je prvič odkril leta 1996 znanstvenik s Teksaške univerze John Goodenough, ki je iskal načine za izboljšanje Li-ionskih virov električne energije. Omeniti je treba dejstvo, da je imel ta mineral manj toksičnost in večjo toplotno stabilnost kot vsi znani elektrodi v tistem času.

Poleg tega se je srečal v naravnem okolju in imel nižje stroške. Glavna pomanjkljivost elektrod na osnovi LiFePO4 je majhna električna kapacitivnost, zaradi česar je litij-železov-fosfatna baterija prenehala razvijati.

Raziskave v tej smeri so se nadaljevale leta 2003 na Tehničnem inštitutu v Massachusettsu. Ekipa znanstvenikov je delala na ustvarjanju bistveno novih baterij, ki bi nadomestile najsodobnejše Li-ionske baterije v tistem času. Projekt so zanimali tako velika podjetja, kot sta Motorola in Qualcomm, kar je privedlo do videza baterij s katodnimi elementi LiFePO4.

Akumulator temelji na LiFePO4

Ta vrsta baterije uporablja isto tehnologijo za generiranje električne energije kot običajnih litij-ionskih celic. Vendar pa obstajajo številne pomembne razlike med njimi. Prvič, uporaba lastniškega tipa BMS - nadzornega sistema, ki ščiti električne akumulatorje pred prekomerno polnjenjem in močnim izpustom, podaljša življenjsko dobo in naredi vir energije bolj stabilen.

Drugič, LiFePO4, za razliko od LiCoO2, je manj strupen. To dejstvo se je izognilo številnim težavam, povezanim z onesnaženjem okolja. Zlasti za zmanjšanje emisij kobalta v ozračje z nepravilno odstranitvijo baterij.

Nazadnje, zaradi pomanjkanja enotnih standardov za elemente LFP imajo različno kemično sestavo, kar povzroča razlike v tehničnih značilnostih modelov v širokem razponu. Poleg tega je vzdrževanje teh virov energije bolj zapleteno in mora biti opravljeno v skladu z določenimi pravili.

Tehnične specifikacije

Rečeno je, da se litij-železov fosfat baterije 48 voltov, 36 voltov in 60 voltov, ki jo proizvaja zaporedno medsebojno povezovanje enojne celice, ker je največja napetost na enem LFP prerezu ne sme preseči 3,65 V. Zato je uspešnost vsakega akumulatorja znatno lahko se med seboj razlikujejo - vse je odvisno od sestave in specifične kemične sestave.

Za analizo tehničnih karakteristik dobimo nominalne vrednosti posamezne celice.

Najboljša realizacija zmogljivosti vsake posamezne celice je bila dosežena v bateriji Everexceed. Everexceed litij-fosfatne baterije imajo dolgo življenjsko dobo. Skupaj lahko prenese do 4 tisoč ciklov napolnjenosti z izgubo zmogljivosti do 20%, energijski rezervo pa se dopolni v 12 minutah. Glede na to je mogoče sklepati, da so Everexceed baterije najboljši predstavniki elementov LFP.

Prednosti in slabosti

Glavna prednost, ki med drugimi predstavniki akumulatorja ugodno razlikuje litij-železo-fosfatno baterijo, je dolgoživost. Takšen element lahko prenese več kot 3.000 ciklov polnjenja s praznjenjem, ko raven električne energije pade na 30% in več kot 2 tisoč - z znižanjem na 20%. Zahvaljujoč temu je povprečna življenjska doba baterije približno 7 let.

Stabilen polnilni tok je druga pomembna prednost celic LFP. Izhodna napetost ostane pri 3,2 V, dokler se polnjenje popolnoma izčrpa. To olajša povezavo, odpravlja potrebo regulatorjev napetosti.

Večji temenski tok je njihova tretja prednost. Ta lastnost baterije jim omogoča maksimalno moč tudi pri zelo nizkih temperaturah. Ta funkcija je proizvajalcem avtomobilov spodbudila k uporabi litij-železovega-fosfatnega akumulatorja kot primarnega vira energije pri zagonu bencinskih in dizelskih motorjev.

Skupaj z vsemi predstavljenimi prednostmi, LiFePO4 baterije imajo eno pomembno pomanjkljivost - veliko maso in velikost. To omejuje njihovo uporabo pri nekaterih vrstah opreme in električne opreme.

Značilnosti delovanja

Če kupite že pripravljene litijeve-fosfatne baterije, potem ne boste imeli težav z vzdrževanjem in delovanjem. Vsi zahvaljujoč dejstvu, da proizvajalci sestavljajo takšne elemente plošč BMS, ki ne dovoljujejo prekomernega polnjenja in ne omogočajo odvajanja celice na najnižjo možno raven.

Če kupite ločene celice (npr. Prstne baterije), morate sami nadzorovati nivo napolnjenosti. Če polnjenje pade pod kritično vrednost (pod 2,00 V), se bo kapacitivnost hitro znižala, kar bo onemogočilo polnjenje celic. Če, nasprotno, dopuščate napajanje (nad 3,75 V), bo celica preprosto napihnjena zaradi sproščenih plinov.

Če za električni avtomobil uporabljate podobno baterijo, potem morate po 100% polnjenju odklopiti polnilnik. V nasprotnem primeru se bo akumulator napahnil zaradi prekomernega električnega toka.

Pravila delovanja

Če nameravate uporabljati litij-fosfat baterije v ciklični način in v pufru, na primer, kot vir moči-ups ali v povezavi s solarno baterijo, morate skrbeti za zniževanje ravni odgovoren za 3.40-3.45 V. obvladovanje tej nalogi pomagajo pametni polnilci, ki v samodejnem načinu najprej popolnoma napolnijo energijsko rezervo in nato znižajo napetost.

Med delovanjem morate nadzorovati ravnovesje celic ali uporabljati posebne balansne kartice (že so vgrajene v akumulator za električno vozilo). Neuravnoteženost celic je stanje, ko skupna napetost naprave ostane na nominalni ravni, vendar napetost celic postane drugačna.

Podoben pojav pride zaradi razlike v odpornosti posameznih delov, slabega stika med njimi. Če imajo celice različne napetosti, so neenakomerno napolnjene in prazne, kar bistveno zmanjša življenjsko dobo baterije.

Vklop delovanja baterij

Pred uporabo litij-fosforne baterije, zbranih iz ločenih celic, je treba poskrbeti za uravnoteženost sistema, saj imajo lahko oddelki različne nivoje napolnjenosti. Da bi to naredili, so vse komponente vzporedno priključene in se priključijo na usmernik, polnilnik. Tako povezane celice je treba napolniti do 3,6 V.

Uporaba litij-železov fosfat za električno kolo, ste verjetno opazili, da je v prvih minutah baterije daje največjo moč, in potem je naboj hitro padla na raven 3,3-3,0 V. Ne bojte se tega, ker je normalno delovanje baterije . Dejstvo je, da njegova glavna zmogljivost (približno 90%) leži v tem razponu.

Zaključek

Učinkovitost litijev-fosfatnih baterij je 20-30% višja kot pri drugih baterijah. Istočasno pa služijo 2-3 let dlje kot drugi viri električne energije, prav tako pa zagotavljajo stabilen tok skozi celotno življenjsko dobo operacije. Vse to izpostavlja predstavljene elemente v ugodni luči.

Vendar pa večina ljudi ignorira litij-železo-fosfatne baterije. Prednosti in pomanjkljivosti akumulatorja so zatemnjene pred njihovo ceno - to je 5-6 krat več kot v kislinskih elementih, ki so običajno za nas. Ta baterija za avto v povprečju stane približno 26 tisoč rubljev.