Литий железо фосфатный аккумулятор что это такое
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:
Что нужно запомнить
Чтобы легче усвоить всю информацию в статье, пользуйтесь шпаргалкой.
Статья обновлена: 2021-04-05
Для питания электрического транспорта, электронного оборудования, электроприборов и автономно работающей техники используются аккумуляторы с разным химическим составом. Производители создают источники питания с усовершенствованными характеристиками, среди которых отлично зарекомендовали себя литий-железо-фосфатные элементы. Технология их производства получила развитие в 2003 году, и с тех пор LiFePO4 аккумуляторы остаются лучшими по многим параметрам.
Плюсы и минусы литий-железо-фосфатных аккумуляторов
В таких источниках питания в роли материала катода применяется литий-фосфат железа. Анод производится из углерода, как и у остальных литиевых элементов. По сравнению с аналогами LFP аккумуляторы имеют превосходную химическую и термическую стабильность. Они:
К недостаткам LiFePO4 АКБ относят их низкое номинальное напряжение (в диапазоне 3–3,3 В), меньшую энергоемкость и чувствительность к прямому воздействию влаги. При взаимодействии с водой происходит потеря активного лития, и снижается плотность энергии.
Принцип работы LFP аккумуляторов
В аккумуляторах протекают реакции, основанные на взаимодействии литий-феррофосфата как материала катода и углерода в качестве материала анода: LiFePO4 + 6C → Li1-xFePO4 + LiC6. Заряд переносят ионы лития. При разряде элемента питания они внедряются в кристаллическую структуру анода и отдают накопленный заряд, в результате чего протекают процессы окисления. При заряде источника питания ионы лития перемещаются от анода к катоду и накапливают заряд – происходит процесс восстановления.
График разряда LiFePO4
Для LFP аккумуляторов характерны плоские кривые разряда и заряда. Характерная кривая разряда LiFePO4 элементов имеет значительный участок с очень медленным изменением напряжения. К тому же, она имеет гистерезис. Эти особенности усложняют точный замер уровня заряда ячеек (SOC). Решить проблемы с точностью измерений уровня заряда позволяет алгоритм, базирующийся на оценке напряжения с применением способа интегрирования токов. Похожую кривую разряда-заряда имеют накопители энергии с типом химии LiCoPO4, LiFeSO4F, LiMnPO4.
Технические характеристики
Аккумуляторы типа LiFePO4 имеют:
Схема соединения литий-феррофосфатных аккумуляторов в сборке зависит от требуемых параметров емкости и напряжения. При последовательном соединении ячеек емкость не меняется, а напряжение – суммируется. При параллельном соединении «банок» напряжение не меняется, а емкость суммируется. Для стабильной работы АКБ используются BMS платы, защищающие источники питания от перезаряда, глубокого разряда и коротких замыканий.
Области применения
LFP аккумуляторы используются в разных сферах:
Особенности зарядки
BMS плата защиты не допускает перезаряда АКБ, ее глубокого разряда и КЗ, а также выполняет балансировку элементов питания – выравнивает их напряжение. Но незащищенные аккумуляторы (без платы защиты) нельзя перезаряжать и разряжать ниже допустимого предела, иначе они деградируют и теряют работоспособность.
Если оставить разрядившиеся аккумуляторы без подзарядки, дальнейшее снижение напряжения в результате саморазряда негативно отразится на емкости и работоспособности источника питания. Зарядку нужно проводить при температуре корпуса, приближенной к комнатным значениям. Во избежание перегрева заряжаемую батарею и ЗУ нельзя чем-то накрывать.
Процесс зарядки LFP аккумуляторов и батарей включает 2 этапа:
Для зарядки рекомендуется использовать «умные» зарядные устройства. Оптимальное напряжение заряда – 3,6–3,65 В на элемент. В результате обеспечивается напряжение до 3,4–3,45 В на каждый аккумулятор.
Правила хранения и утилизации
Перед длительным хранением LiFePO4 аккумуляторы нужно зарядить до уровня 40–60%, чтобы не допустить их значительного разряда и потери емкости. Хранить источники питания рекомендуется при температуре от +5 до +30 °С, в сухом месте, в стороне от источников тепла и прямых солнечных лучей.
Аккумуляторы, отработавшие свой ресурс, желательно сдать на переработку. В специальных пунктах переработки источники питания разбирают и в дальнейшем используют, например, для сборки блоков для хранения электроэнергии от солнечных батарей, ветряков и компактных гидроэлектростанций.
Литий-железо-фосфатный аккумулятор
| Удельная энергия | 90–160 Втч / кг (320–580 Дж / г или кДж / кг) [1] |
|---|---|
| Плотность энергии | 325 Втч / л (1200 кДж / л) [1] |
| Удельная мощность | около 200 Вт / кг [2] |
| Энергия / потребительская цена | 3,0–24 Вт · ч / долл. США [3] |
| Долговечность во времени | > 10 лет |
| Долговечность цикла | 2,000-12000 [4] циклов |
| Номинальное напряжение ячейки | 3,2 В |
СОДЕРЖАНИЕ
История [ править ]
MIT представил новое покрытие, которое позволяет ионам легче перемещаться внутри батареи. «Батарея кольцевой дороги» использует байпасную систему, которая позволяет ионам лития входить и покидать электроды со скоростью, достаточной для полной зарядки батареи менее чем за минуту. Ученые обнаружили, что, покрывая частицы фосфата лития-железа стекловидным материалом, называемым пирофосфатом лития,, ионы обходят каналы и движутся быстрее, чем в других батареях. Перезаряжаемые батареи накапливают и разряжают энергию, когда заряженные атомы (ионы) перемещаются между двумя электродами, анодом и катодом. Их скорость заряда и разряда ограничена скоростью, с которой движутся эти ионы. Такая технология может уменьшить вес и размер батарей. Был разработан небольшой прототип аккумуляторной батареи, который может полностью заряжаться за 10-20 секунд, по сравнению с шестью минутами для стандартных аккумуляторных элементов. [18]
Отрицательные электроды (анод, на разряде) из нефтяного кокса использовались в первых литий-ионных батареях; в более поздних типах использовался природный или синтетический графит. [19]
Преимущества и недостатки [ править ]
LiFePO
4 В аккумуляторе используется химический состав литий-ионных аккумуляторов, и он имеет много преимуществ и недостатков с другими химическими составами литий-ионных аккумуляторов. Однако есть существенные отличия.
LFP не содержат ни никеля [20], ни кобальта, оба из которых ограничены в поставках и дороги. Проблемы прав человека были высказаны в связи с использованием добытого кобальта в аккумуляторах для распределенной энергии, домашних хранилищ и электромобилей. [21]
Химия LFP предлагает более длительный жизненный цикл, чем другие литий-ионные подходы. [22]
Подобно никелевым аккумуляторным батареям (и в отличие от других литий-ионных батарей) [23] LiFePO
4 батареи имеют очень постоянное напряжение разряда. Напряжение во время разряда остается близким к 3,2 В, пока элемент не разрядится. Это позволяет элементу выдавать практически полную мощность до тех пор, пока он не разрядится, и может значительно упростить или даже исключить необходимость в схемах регулирования напряжения. [ необходима цитата ]
Из-за номинального выходного напряжения 3,2 В четыре элемента могут быть включены последовательно для номинального напряжения 12,8 В. Это близко к номинальному напряжению шестиэлементных свинцово-кислотных аккумуляторов.. Наряду с хорошими характеристиками безопасности LFP-аккумуляторов, это делает LFP хорошей потенциальной заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в таких приложениях, как автомобильные и солнечные, при условии, что системы зарядки адаптированы так, чтобы не повредить элементы LFP из-за чрезмерных зарядных напряжений (выше 3,6 вольт постоянного тока на элемент во время зарядки), температурная компенсация напряжения, попытки выравнивания или непрерывная подзарядка. Ячейки LFP должны быть, по крайней мере, изначально сбалансированы перед сборкой блока, а также необходимо внедрить систему защиты, чтобы гарантировать, что ни одна ячейка не может быть разряжена ниже напряжения 2,5 В, иначе в большинстве случаев произойдет серьезное повреждение. [ необходима цитата ]
Использование фосфатов позволяет избежать проблем, связанных с затратами кобальта и окружающей среды, особенно опасений по поводу попадания кобальта в окружающую среду из-за неправильной утилизации. [22]
Безопасность [ править ]
Поскольку литий мигрирует из катода в LiCoO
2 ячейка, CoO
2 подвергается нелинейному расширению, которое влияет на структурную целостность клетки. Полностью литийзамещенные и unlithiated состояния LiFePO
4 структурно похожи, что означает, что LiFePO
4 ячейки более структурно стабильны, чем LiCoO
2 клетки. [ необходима цитата ]
На катоде полностью заряженного LiFePO не остается лития.
4 клетка. (В LiCoO
2 ячейке, остается примерно 50%.) LiFePO
4 очень эластичен при потере кислорода, что обычно приводит к экзотермической реакции в других литиевых элементах. [14] В результате LiFePO
4 ячейки труднее воспламенить в случае неправильного обращения (особенно во время зарядки). LiFePO
4 аккумулятор не разлагается при высоких температурах. [22]
Что лучше, LiFePO4 или Li-ion
Литий-ионные аккумуляторы включают элементы питания с разными типами химии: с содержанием кобальта, марганца, никеля, алюминия, оксида титана, фосфата железа. Самые распространенные типы Li-ion аккумуляторов – литий-кобальтовые, литий-марганцевые и литий-никель-марганец-кобальтовые (NMC). Достойную конкуренцию им составляют литий-железо-фосфатные элементы питания (LiFePO4).
Они также относятся к литиевым аккумуляторам, но из-за значительных отличий от остальных Li-ion элементов питания часто рассматриваются как отдельная категория. Сегодня мы сравним аккумуляторы LiFePO4 и Li-ion, сопоставим их преимущества и недостатки, дадим рекомендации по использованию в зависимости от поставленных задач и условий использования.
Особенности литий-ионных аккумуляторов
Li-ion аккумуляторы содержат электроды, пористый сепаратор, электролит и контакты. Отрицательные пластины создаются из графита, электролит – обычно из смеси LiPF6 и карбоната. В роли катода применяются различные материалы: кобальтат лития (LiCoO2), литий-марганцевая или литий-кобальт-марганцевая шпинель (LiMn2O4, LiNiCoMnO2) и др. Технология производства Li-ion элементов постоянно совершенствуется, в результате чего повышается безопасность их эксплуатации, и улучшаются характеристики.
Li-ion элементы питания имеют высокую удельную энергоемкость, что позволяет вмещать в АКБ меньших размеров и массы больше энергии. Также они отличаются высокой токоотдачей и имеют следующие особенности:
Параметр оценки
Li-ion
На Токе заряженный портал
Всё о литий-железо-фосфатных (LiFePO4, LFP) аккумуляторах — На токе
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
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.
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?
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?
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
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.
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?
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
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.
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.
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
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
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.
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 AliexPress.