Lithium-iron-fosfátová baterie: vlastnosti, použití

Moderní vybavení každodenně je stále komplexnější a výkonnější. Vysoké standardy technologie kladou vysoké nároky na baterie, které musí nyní kombinovat vysoký výkon, energetickou účinnost a zvýšenou dodávku elektřiny.

Zavedení nových typů elektrických zařízení do výroby, zrychlení technologického procesu - to vše zvyšuje požadavky na zdroje elektrického proudu a moderní baterie si je nemohou vždy uspokojit. K vyřešení tohoto problému výrobci postupovali po cestě zlepšení lithium-iontové technologie. Tak, lithium-iron-fosfát baterie (LiFePO4), Je ideologickým potomkem lithium-iontových baterií.

Historické pozadí

LiFePO4 nebo LFP, - přírodní minerální olivín rodina, byl poprvé objeven v roce 1996 vědci z University of Texas, John Goodenough, který hledal způsoby, jak zlepšit zdroje Li-ion energie. Pozoruhodná je skutečnost, že minerální má nižší toxicitu a vyšší tepelnou stabilitu než cokoliv znám v době elektrod.

Kromě toho se setkal v přírodním prostředí a měl nižší náklady. Hlavní nevýhodou elektrod založených na LiFePO4 je malá elektrická kapacita, díky čemuž přestala být vyvíjena lithium-železo-fosfátová baterie.

Výzkum v tomto směru byl obnoven v roce 2003 na Massachusetts Institute of Technology. Tým vědců pracoval na vytvoření zásadně nových baterií, které by v té době nahradily nejmodernější lithium-iontové baterie. Projekt se zajímal o takové velké společnosti jako Motorola a Qualcomm, které přinesly vzhled baterií s katodovými prvky LiFePO4.

Baterie na bázi LiFePO4

Tento typ baterie používá stejnou technologii k výrobě elektřiny jako běžných lithium-iontových článků. Existuje však řada významných rozdílů mezi nimi. Zaprvé je to použití vlastního typu BMS - řídícího systému, který chrání elektrické akumulátory před nadměrným nabíjením a silným výbojem, zvyšuje životnost a činí zdroj energie stabilnějším.

Za druhé, LiFePO4, na rozdíl od LiCoO2, je méně toxický. Tato skutečnost umožnila vyhnout se řadě problémů souvisejících se znečištěním životního prostředí. Zejména snížit emise kobaltu v atmosféře s nesprávnou likvidací baterií.

Konečně kvůli nedostatku jednotných standardů pro prvky LFP mají různé chemické složení, což způsobuje odchylky v technických charakteristikách modelů v širokém rozmezí. Kromě toho je údržba těchto zdrojů energie složitější a musí se provádět v souladu s určitými pravidly.

Technické specifikace

Říká se, že lithium železo fosfátu baterií 48 V, 36 V a 60 V se vyrábějí postupně propojením jednotlivých buněk, protože maximální napětí v jednom LFP řezu nesmí být vyšší než 3,65 V. Proto je výkon každé baterie může významně liší se od sebe - vše závisí na sestavení a specifickém chemickém složení.

Pro analýzu technických charakteristik udáváme jmenovité hodnoty jedné buňky.

Nejlepší realizace možností každé jednotlivé buňky byla dosažena v baterii Everexceed. Everextri lithium-fosfátové baterie mají dlouhou životnost. Celkově jsou schopni vydržet až 4000 cyklů nabíjení s úbytkem kapacity až 20% a zásoba energie je doplněna o 12 minut. Vzhledem k tomu lze konstatovat, že baterie Everexceed jsou některé z nejlepších představitelů prvků LFP.

Výhody a nevýhody

Hlavní výhodou, která příznivě rozlišuje lithium-železo-fosfátovou baterii mezi ostatními zástupci baterie, je dlouhověkost. Takový prvek je schopen odolat více než 3 000 cyklům nabíjení, když úroveň elektřiny klesne na 30% a více než 2 000 - s poklesem na 20%. Díky tomu je průměrná životnost baterie přibližně 7 let.

Stabilní nabíjecí proud je druhou významnou výhodou LFP buněk. Výstupní napětí zůstává na úrovni 3,2 V, dokud není náboj úplně vyčerpán. To usnadňuje připojení, eliminuje potřebu regulátorů napětí.

Vyšší špičkový proud je jejich třetí výhodou. Tato vlastnost baterie umožňuje maximální výkon i při velmi nízkých teplotách. Tato funkce přiměla výrobce automobilů k používání lithium-železo-fosfátové baterie jako primární zdroj energie při spuštění benzinových a vznětových motorů.

Spolu se všemi předkládanými výhodami mají baterie LiFePO4 jednu významnou nevýhodu - velkou hmotnost a velikost. To omezuje jejich použití v určitých typech zařízení a elektrických zařízení.

Funkce provozu

Pokud si koupíte hotové lithium-fosfátové baterie, nebudete mít problémy s údržbou a provozem. To vše díky skutečnosti, že výrobci stavěli na takových prvcích desek BMS, které neumožňují přebíjení a nedovolují, aby byla buňka vypouštěna na nejnižší možnou úroveň.

Ale pokud si kupujete oddělené články (např. Baterie prstů), musíte sami kontrolovat úroveň nabití. Pokud náboj klesne pod kritickou úroveň (pod 2,00 V), kapacita také rychle klesne, což znemožní dobití článků. Pokud naopak povolíte dobíjení (nad 3,75 V), buňka se prostě zvětší kvůli uvolněným plynům.

Používáte-li podobnou baterii pro elektrický vůz, pak po 100% nabíjení musíte odpojit nabíječku. V opačném případě se baterie zvětší kvůli nadměrnému elektrickému proudu.

Pravidla provozu

Pokud máte v úmyslu použít lithium-fosfátové akumulátory v cyklickém režimu a do vyrovnávací paměti, například jako zdroj UPS, nebo ve spojení se solárním baterie, je třeba se postarat o snížení úrovně nabití až 3.40-3.45 V. zvládnout tento úkol pomáhá ‚inteligentní‘ nabíječky, které se automaticky první plně kompenzovat zásobování energií, a pak snižují hladinu stresu.

Během provozu je třeba sledovat vyvážení článků nebo použít speciální vyvažovací karty (jsou již zabudovány do baterie pro elektrické vozidlo). Nerovnováha článků je stav, kdy celkové napětí přístroje zůstává na jmenovité úrovni, ale napětí článků se liší.

Podobný jev nastává kvůli rozdílu v odolnosti jednotlivých úseků, špatnému kontaktu mezi nimi. Pokud mají články rozdílné napětí, jsou nerovnoměrně nabité a vybité, což výrazně snižuje životnost baterie.

Uvedení baterií do provozu

Před použitím lithium-fosforové baterie, sestavené ze samostatných buněk, je třeba se starat o vyvažování systému, protože sekce mohou mít různé úrovně náboje. K tomu jsou všechny součásti zapojeny paralelně a připojeny k usměrňovaču, k nabíječce. Takto připojené články musí být nabité až na 3,6 V.

Používání baterie lithium železo fosfátu pro výrobu elektrické kolo, jste si pravděpodobně všimli, že v prvních minutách baterie poskytuje maximální výkon, a pak poplatek je rychle klesá k úrovni 3,3-3,0 V. Nebojte se toho, protože se jedná o běžný provoz na baterii . Faktem je, že jeho hlavní kapacita (přibližně 90%) spočívá právě v tomto rozsahu.

Závěr

Účinnost lithium-fosfátových baterií je o 20-30% vyšší než u jiných baterií. Současně slouží o 2-3 roky delší než jiné zdroje elektrické energie a také poskytují stabilní proud po celou dobu provozu. To vše podtrhuje prezentované prvky v příznivém světle.

Většina lidí však ignoruje lithium-železo-fosfátové baterie. Výhody a nevýhody baterie jsou ztlumeny před jejich cenou - je to 5-6krát více než u olověných kyselin, které jsou pro nás obvyklé. Tato baterie pro automobily v průměru stojí asi 26 tisíc rublů.