Litij-željezo-fosfatna baterija: karakteristike, primjena

Moderna oprema iz dana u dan postaje sve složenija i moćnija. Visoki standardi tehnologije postavljaju visoke zahtjeve na baterije, koje sada moraju kombinirati visoke performanse, energetsku učinkovitost i povećanu opskrbu električnom energijom.

Uvođenje novih tipova električne opreme u proizvodnju, ubrzanje tehnološkog procesa - sve to povećava zahtjeve za izvorima električne energije, a moderne baterije ih ne mogu uvijek zadovoljiti. Da bi riješili ovaj problem, proizvođači su slijedili put poboljšanja litij-ionske tehnologije. Tako je litijev željezo-fosfat bateriju (LiFePO4), On je ideološki potomak Li-ion baterija.

Povijesna pozadina

LiFePO4, ili LFP, prirodni mineral olivinske obitelji, prvo je otkrio 1996. godine znanstvenik sa Sveučilišta Texas Texas John Goodenough koji je tražio načine za poboljšanje Li-ion izvora električne energije. Značajno je bilo činjenica da je taj mineral imao manje toksičnosti i veću toplinsku stabilnost od svih poznatih elektroda u to vrijeme.

Osim toga, susreo se u prirodnom okruženju i imao je nižu cijenu. Glavni nedostatak elektroda na temelju LiFePO4 je mali električni kapacitet, zbog čega se litijeva-željezo-fosfatna baterija prestala razvijati.

Istraživanje u tom smjeru nastavljeno je 2003. godine na Massachusetts Institute of Technology. Tim znanstvenika radio je na stvaranju iznimno novih baterija koje bi u to vrijeme zamijenile najnaprednije Li-ion baterije. Projekt je zainteresiran za takve velike tvrtke kao što su Motorola i Qualcomm, što je donijelo pojavljivanje baterija s LiFePO4 katodnim elementima.

Baterija na bazi LiFePO4

Ova vrsta baterije koristi istu tehnologiju za generiranje struje kao i uobičajene litij-ionske ćelije. Međutim, među njima postoji niz značajnih razlika. Prvo, to je uporaba vlasničke vrste BMS-a - upravljačkog sustava koji štiti električne akumulatore od prekomjernog punjenja i jakog pražnjenja, povećava vijek trajanja i čini stabilniju energiju.

Drugo, LiFePO4, za razliku od LiCoO2, je manje toksičan. Ta je činjenica omogućila izbjegavanje niza problema vezanih uz onečišćenje okoliša. Konkretno, za smanjenje emisija kobalta u atmosferi s nepravilnim odlaganjem baterija.

Konačno, zbog nedostatka jedinstvenih standarda za elemente LFP-a imaju različiti kemijski sastav, što uzrokuje varijacije u tehničkim značajkama modela u širokom rasponu. Pored toga, održavanje tih izvora energije je složenije i mora se izvršiti u skladu s određenim pravilima.

Tehničke specifikacije

Rečeno je da se litij željezni fosfat baterija 48 V, 36 V i 60 volta proizvedena sekvencijalno međusobno pojedinačne stanice, jer je maksimalni napon u jednoj LFP presjeku ne smije biti veći od 3,65 V. Prema tome, učinkovitost svake baterije može značajno međusobno se razlikuju - sve ovisi o sklopu i specifičnom kemijskom sastavu.

Za analizu tehničkih karakteristika dajemo nominalne vrijednosti jedne stanice.

Najbolja realizacija sposobnosti svake pojedine ćelije postignuta je u bateriji Everexceed. Više litij-fosfat baterije imaju dug životni vijek. Ukupno, oni mogu podnijeti do 4 tisuće ciklusa punjenja s gubitkom kapaciteta do 20%, a energetska rezerva se nadopunjava za 12 minuta. S obzirom na to, može se zaključiti da su baterije Everexceed neke od najboljih predstavnika LFP elemenata.

Prednosti i nedostaci

Glavna prednost, koja pozitivno razlikuje litij-željezo-fosfatnu bateriju među ostalim predstavnicima baterije, dugovječnost je. Takav element može izdržati više od 3 tisuće ciklusa punjenja, kada razina struje pada na 30%, a više od dvije tisuće - s padom do 20%. Zahvaljujući tome, prosječni vijek trajanja baterije je oko 7 godina.

Druga važna prednost LFP-stanica je stabilna struja punjenja. Izlazni napon ostaje na 3,2 V dok se punjenje potpuno ne potroši. To olakšava povezivanje, eliminira potrebu za regulatorima napona.

Viša struja vrha je njihova treća prednost. Ova svojstva baterije omogućuju im da daju maksimalnu snagu čak i pri niskim temperaturama. Ta je značajka potaknula proizvođače da koriste litij-željezo-fosfatnu bateriju kao primarni izvor energije pri pokretanju benzinskih i dizelskih motora.

Uz sve prednosti, LiFePO4 baterije imaju jedan značajan nedostatak - velika masa i veličina. To ograničava njihovo korištenje u određenim vrstama opreme i električne opreme.

Značajke rada

Ako kupite gotove litij-fosfat baterije, tada nećete imati poteškoća s održavanjem i rukovanjem. Sve zahvaljujući činjenici da proizvođači grade takve elemente BMS ploča koje ne dopuštaju prekomjerno punjenje i ne dopuštaju da se stanica isprazni na najnižu moguću razinu.

Ali ako kupite zasebne ćelije (npr. Baterije prstiju), onda morate sami pratiti razinu napunjenosti. Ako naboj pada ispod kritične razine (ispod 2.00 V), kapacitet će također brzo pasti, što će onemogućiti napunjenost stanica. Ako, naprotiv, dopustite napunjenost (iznad 3,75 V), stanica će se jednostavno nakupiti zbog ispuštenih plinova.

Ako koristite sličnu bateriju za električni automobil, nakon 100% napunjenosti morate odspojiti punjač. Inače, baterija će se nadvladati zbog prekomjerne struje.

Pravila o radu

Ako planirate koristiti litij-fosfatne baterije u cikličkom modu i tampon, na primjer, kao izvor power-ups ili u kombinaciji sa solarnom baterijom, morate voditi brigu o snižavanju razine zadužen za 3,40-3,45 V. nositi s ovaj zadatak pomažu "pametni" punjači, koji u automatskom načinu rada prvo potpuno napunjuju energijsku rezervu, a zatim spuštaju napon.

Tijekom rada morate pratiti ravnotežu ćelija ili koristiti posebne balansne kartice (već su ugrađene u bateriju za električno vozilo). Neravnoteža stanica je stanje kada ukupni napon uređaja ostaje na nominalnoj razini, ali napon stanice postaje različit.

Slična se pojava događa zbog razlike u otpornosti pojedinih odjeljaka, slabog kontakta između njih. Ako stanice imaju različite napone, onda su nejednako napunjene i ispražnjene, što značajno smanjuje vijek trajanja baterije.

Stavljanje baterija u pogon

Prije uporabe litij-fosfor baterije, sastavljenih od odvojenih ćelija, potrebno je voditi računa o balansiranju sustava, budući da sekcije mogu imati različite razine napunjenosti. Da biste to učinili, sve su komponente povezane paralelno i spojite na ispravljač, punjač. Tako povezane stanice moraju biti napunjene do 3,6 V.

Korištenje baterije litij željezo fosfat za električni bicikl, vjerojatno ste primijetili da je u prvim minutama baterija daje maksimalnu snagu, a zatim naboj brzo pada na razinu od 3.3-3.0 V. Nemojte se bojati toga, jer je to normalan rad baterije , Činjenica je da njezin glavni kapacitet (oko 90%) leži upravo u tom rasponu.

zaključak

Učinkovitost litij-fosfatnih baterija je za 20-30% veća od ostalih baterija. Istodobno, one služe 2-3 godine duže od ostalih izvora električne energije, a također osiguravaju stabilnu struju tijekom cijelog životnog vijeka operacije. Sve to naglašava predstavljene elemente u povoljnom svjetlu.

Međutim, većina ljudi će zanemariti baterije litij-željezo-fosfata. Prednosti i nedostaci baterije su prigušeni prije njihove cijene - to je 5-6 puta više nego u olovo-kiselinski elementi koji su uobičajeni za nas. Ova baterija za automobil u prosjeku košta oko 26 tisuća rubalja.