چگونه با باتری های LiFePO4 (لیتیوم یونی) شادی پیدا کنیم

قیمت باتری های لیتیوم یونی به آرامی از بسیار گران قیمت به نسبتاً غیرقابل قیمت تغییر می کند و ما در BSLBATT شاهد افزایش مداوم فروش این نوع باتری هستیم.به نظر می رسد اکثر کاربران آنها را در RVs، Ffth Wheels، Campers و وسایل نقلیه مشابه قرار می دهند، در حالی که برخی از آنها به سیستم های ثابت خارج از شبکه می روند.

این مقاله در مورد یک دسته خاص از باتری های لیتیوم یون صحبت خواهد کرد.لیتیوم-آهن-فسفات یا LiFePO4 در فرمول شیمیایی آن که به اختصار باتری های LFP نیز نامیده می شود.اینها کمی متفاوت از آنچه در تلفن همراه و لپ تاپ خود دارید، (بیشتر) باتری های لیتیوم-کبالت هستند.مزیت LFP این است که بسیار پایدارتر است و مستعد خودسوزی نیست.این بدان معنا نیست که باتری در صورت آسیب نمی‌سوزد: انرژی زیادی در یک باتری شارژ شده ذخیره می‌شود و در صورت تخلیه ناخواسته نتایج می‌تواند خیلی سریع بسیار جالب باشد!LFP همچنین در مقایسه با لیتیوم-کبالت دوام بیشتری دارد و در برابر دما پایدارتر است.از بین تمام فناوری‌های مختلف باتری لیتیومی، این باعث می‌شود LFP برای برنامه‌های چرخه عمیق مناسب‌تر باشد!

ما فرض می کنیم که باتری دارای سیستم مدیریت باتری یا BMS است، همانطور که تقریباً تمام باتری های LFP که به عنوان بسته 12/24/48 ولت فروخته می شوند، دارند.BMS از باتری محافظت می کند.وقتی باتری خالی می شود، آن را جدا می کند یا تهدید می کند که بیش از حد شارژ شود.BMS همچنین از محدود کردن جریان‌های شارژ و تخلیه مراقبت می‌کند، دمای سلول را نظارت می‌کند (و در صورت نیاز شارژ/دشارژ را کاهش می‌دهد)، و بیشتر سلول‌ها را هر بار که شارژ کامل انجام می‌شود متعادل می‌کنند (تعادل را به عنوان وارد کردن تمام سلول‌ها به داخل باتری در نظر بگیرید. بسته باتری به همان حالت شارژ، شبیه به یکسان سازی برای یک باتری سرب اسید).مگر اینکه دوست دارید در لبه زندگی کنید، باتری بدون BMS نخرید!

آنچه در زیر می آید دانشی است که از خواندن تعداد زیادی مقاله وب، صفحات وبلاگ، انتشارات علمی و بحث با تولیدکنندگان LFP به دست آمده است.مراقب باورهای خود باشید، اطلاعات نادرست زیادی وجود دارد!در حالی که آنچه در اینجا می نویسیم به هیچ وجه به عنوان راهنمای نهایی باتری های LFP نیست، امیدواریم این مقاله مدفوع گاو را کاهش دهد و دستورالعمل های محکمی برای استفاده حداکثری از باتری های لیتیوم یونی ارائه دهد.

چرا لیتیوم یون؟

ما در مقاله باتری سرب-اسید خود توضیح دادیم که چگونه پاشنه آشیل آن شیمی برای مدت طولانی با یک شارژ جزئی می نشیند.به راحتی می توان یک بانک باتری سرب اسیدی گران قیمت را در عرض چند ماه با گذاشتن شارژ جزئی نگه داشت.این برای LFP بسیار متفاوت است!می‌توانید باتری‌های لیتیوم یونی را برای همیشه با یک شارژ جزئی بدون آسیب نگه دارید.در واقع LFP ترجیح می دهد با شارژ جزئی بنشیند تا اینکه کاملاً پر یا خالی باشد و برای ماندگاری طولانی بهتر است باتری را چرخه کنید یا بگذارید با شارژ جزئی بماند.

اما صبر کن!باز هم هست!

باتری‌های لیتیوم یونی تقریباً جام مقدس باتری‌ها هستند: با پارامترهای شارژ مناسب، تقریباً می‌توانید فراموش کنید که باتری وجود دارد.تعمیر و نگهداری وجود ندارد.BMS از آن مراقبت خواهد کرد و شما با خوشحالی می توانید دور شوید!

اما صبر کن!هنوز بیشتر وجود دارد!(هر گونه شباهت با برخی از تبلیغات اطلاعاتی کاملاً تصادفی است، و صادقانه بگویم، ما از این پیشنهاد ناراحت هستیم!)…

باتری های LFP همچنین می توانند مدت زمان زیادی دوام بیاورند.ما باتری های BSLBATT LFP در 3000 سیکل، در یک چرخه شارژ/دشارژ کامل 100٪ رتبه بندی می شوند.اگر هر روز این کار را انجام دهید، بیش از 8 سال دوچرخه سواری خواهید داشت!زمانی که در چرخه‌های کمتر از 100 درصد استفاده می‌شوند، حتی بیشتر دوام می‌آورند، در واقع برای سادگی می‌توانید از یک رابطه خطی استفاده کنید: چرخه‌های تخلیه 50 درصد به معنای دو برابر چرخه، 33 درصد سیکل‌های تخلیه است و شما می‌توانید به طور منطقی انتظار داشته باشید که سیکل‌ها سه برابر شود.

اما صبر کن!هنوز چیزهای بیشتری وجود دارد!…

یک باتری LiFePO4 نیز کمتر از 1/2 باتری سرب اسیدی با ظرفیت مشابه وزن دارد.می‌تواند جریان‌های شارژ زیادی را تحمل کند (100 درصد Ah مشکلی ندارد، آن را با سرب اسید امتحان کنید!)، اجازه شارژ سریع را می‌دهد، آب بندی می‌شود تا بخاری وجود نداشته باشد، و سرعت تخلیه بسیار پایینی دارد. 3٪ در ماه یا کمتر).

اندازه بانک باتری برای LFP

ما در بالا به این اشاره کردیم: باتری های لیتیوم یونی 100٪ ظرفیت قابل استفاده دارند، در حالی که اسید سرب واقعاً به 80٪ ختم می شود.این بدان معناست که شما می توانید یک بانک باتری LFP را کوچکتر از یک بانک سرب اسیدی اندازه کنید و همچنان از نظر عملکردی یکسان باشد.اعداد نشان می دهد که LFP می تواند 80٪ اندازه آمپر ساعت سرب-اسید باشد.هر چند چیز بیشتری برای این وجود دارد.

برای ماندگاری بالا، بانک های باتری سرب اسیدی نباید در اندازه ای باشند که به طور منظم تخلیه زیر 50% SOC را ببینند.با LFP که مشکلی نیست!راندمان انرژی رفت و برگشت برای LFP کمی بهتر از سرب اسید است، به این معنی که انرژی کمتری برای پر کردن مخزن پس از یک سطح تخلیه مشخص نیاز است.این منجر به بازیابی سریعتر به 100٪ می شود، در حالی که ما قبلاً یک بانک باتری کوچکتر داشتیم و این اثر را حتی بیشتر تقویت می کرد.

نکته پایانی این است که ما می‌توانیم اندازه یک بانک باتری لیتیوم یونی را با 75 درصد اندازه یک بانک اسید سرب معادل آن راحت کنیم و انتظار عملکرد یکسان (یا بهتر!) را داریم.از جمله در روزهای تاریک زمستانی که آفتاب کم است.

اما یک دقیقه صبر کنید!

آیا واقعاً لیتیوم یون راه حلی برای تمام مشکلات باتری ما است؟خوب نه کاملا…

باتری های LFP نیز محدودیت های خود را دارند.یک درجه بزرگ دما است: شما نمی توانید باتری لیتیوم یونی را زیر صفر یا صفر سانتی گراد شارژ کنید.سرب-اسید نمی تواند به این موضوع اهمیت دهد.شما هنوز هم می توانید باتری را خالی کنید (با کاهش موقت ظرفیت)، اما شارژ شدنی نیست.BMS باید مراقب باشد که شارژ را در دمای انجماد مسدود کند و از آسیب تصادفی جلوگیری کند.

دما نیز در رده های بالا یک مسئله است.بزرگ‌ترین دلیل قدیمی شدن باتری‌ها استفاده یا حتی نگهداری در دمای بالا است.تا حدود 30 درجه مشکلی نداره.حتی 45 درجه سانتیگراد جریمه زیادی ندارد.هر چیزی بالاتر واقعا پیر شدن و در نهایت پایان باتری را تسریع می کند.این شامل ذخیره سازی باتری در مواقعی است که چرخه نمی شود.بعداً هنگام بحث در مورد چگونگی خرابی باتری های LFP در این مورد با جزئیات بیشتری صحبت خواهیم کرد.

هنگام استفاده از منابع شارژی که به طور بالقوه ولتاژ بالایی ارائه می دهند، یک مشکل پنهان وجود دارد: وقتی باتری پر است ولتاژ بالا می رود مگر اینکه منبع شارژ شارژ را متوقف کند.اگر به اندازه کافی بالا بیاید، BMS از باتری محافظت می کند و آن را قطع می کند و منبع شارژ را بیشتر می کند!این می تواند مشکلی با رگولاتورهای ولتاژ دینام خودرو (بد) باشد، که باید همیشه بار را ببینند در غیر این صورت ولتاژ افزایش می یابد و دیودها دود جادویی خود را آزاد می کنند.این همچنین می تواند در مورد توربین های بادی کوچک که برای تحت کنترل نگه داشتن آنها به باتری متکی هستند، مشکل ساز باشد.هنگامی که باتری ناپدید می شود آنها می توانند فرار کنند.

سپس آن قیمت خرید اولیه تند، شیب دار وجود دارد!

اما شرط می‌بندیم که شما هنوز یکی می‌خواهید!…

باتری LiFePO4 چگونه کار می کند؟

باتری‌های لیتیوم یونی به عنوان نوعی باتری «صندلی گهواره‌ای» نامیده می‌شوند: آنها یون‌ها، در این مورد، یون‌های لیتیوم، را هنگام تخلیه از الکترود منفی به الکترود مثبت و هنگام شارژ دوباره برمی‌گردانند.نقاشی سمت راست نشان می دهد که در داخل چه می گذرد.توپ های قرمز کوچک یون های لیتیوم هستند که بین الکترودهای منفی و مثبت به جلو و عقب حرکت می کنند. در سمت چپ الکترود مثبت است که از لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) ساخته شده است.این باید به توضیح نام این نوع باتری کمک کند!یون‌های آهن و فسفات شبکه‌ای را تشکیل می‌دهند که یون‌های لیتیوم را آزادانه به دام می‌اندازند.هنگامی که سلول در حال شارژ شدن است، آن یون های لیتیوم از طریق غشای وسط، به سمت الکترود منفی سمت راست کشیده می شوند.این غشاء از نوعی پلیمر (پلاستیک) ساخته شده است که منافذ ریز زیادی در آن وجود دارد که عبور یون های لیتیوم را آسان می کند.در جنبه منفی، ما شبکه‌ای از اتم‌های کربن را می‌یابیم که می‌تواند یون‌های لیتیوم را که عبور می‌کنند به دام بیاندازد و نگه دارد.

تخلیه باتری همین کار را به صورت معکوس انجام می دهد: همانطور که الکترون ها از طریق الکترود منفی جریان می یابند، یون های لیتیوم یک بار دیگر حرکت می کنند، از طریق غشاء، به شبکه آهن-فسفات باز می گردند.آنها یک بار دیگر در سمت مثبت ذخیره می شوند تا زمانی که باتری دوباره شارژ شود.

اگر واقعاً توجه کرده‌اید، اکنون متوجه شده‌اید که تصویر باتری در سمت راست باتری LFP را نشان می‌دهد که تقریباً به طور کامل تخلیه شده است.تقریباً تمام یون های لیتیوم در سمت الکترود مثبت قرار دارند.یک باتری کاملاً شارژ شده دارای یون های لیتیوم است که همه در کربن الکترود منفی ذخیره می شوند.

در دنیای واقعی، سلول‌های لیتیوم یونی از لایه‌های بسیار نازکی از فویل‌های متناوب آلومینیوم – پلیمر – مس ساخته می‌شوند که مواد شیمیایی روی آن‌ها چسبانده شده‌اند.اغلب آنها مانند یک ژله رول پیچیده می شوند و در یک قوطی فولادی قرار می گیرند، بسیار شبیه به یک باتری AA.باتری‌های 12 ولتی لیتیوم یونی که خریداری می‌کنید از بسیاری از این سلول‌ها ساخته شده‌اند که به صورت سری و موازی به هم متصل شده‌اند تا ظرفیت ولتاژ و آمپر ساعت را افزایش دهند.هر سلول حدود 3.3 ولت است، بنابراین 4 مورد از آنها به صورت سری 13.2 ولت است.این فقط ولتاژ مناسب برای جایگزینی باتری 12 ولتی سرب اسیدی است!

شارژ باتری LFP

اکثر کنترلرهای شارژ خورشیدی معمولی در شارژ باتری های لیتیوم یون مشکلی ندارند.ولتاژهای مورد نیاز بسیار شبیه ولتاژهایی است که برای باتری های AGM (نوعی باتری سرب اسیدی مهر و موم شده) استفاده می شود.BMS همچنین کمک می‌کند تا مطمئن شوید سلول‌های باتری ولتاژ مناسبی را مشاهده می‌کنند، بیش از حد شارژ نمی‌شوند یا بیش از حد تخلیه نمی‌شوند، سلول‌ها را متعادل می‌کند و اطمینان می‌دهد که دمای سلول در زمانی که شارژ می‌شوند در حد معقول است.

نمودار زیر نمایه معمولی از شارژ شدن باتری LiFePO4 را نشان می دهد.برای سهولت خواندن، ولتاژها به چیزی که یک بسته باتری 12 ولتی LFP می بیند (4 برابر ولتاژ تک سلولی) تبدیل شده است.

در نمودار نشان داده شده است نرخ شارژ 0.5 درجه سانتیگراد یا نیمی از ظرفیت Ah، به عبارت دیگر برای یک باتری 100Ah این نرخ شارژ 50 آمپر خواهد بود.ولتاژ شارژ (قرمز) برای نرخ شارژ بیشتر یا پایین تر (به رنگ آبی) واقعاً تغییر زیادی نمی کند، باتری های LFP منحنی ولتاژ بسیار صافی دارند.

باتری‌های لیتیوم یونی در دو مرحله شارژ می‌شوند: اول، جریان ثابت نگه داشته می‌شود، یا با PV خورشیدی که به طور کلی به این معنی است که ما سعی می‌کنیم تا جایی که از خورشید در دسترس است جریان را به باتری‌ها بفرستیم.ولتاژ در این مدت به آرامی افزایش می یابد، تا زمانی که به ولتاژ "جذب"، 14.6 ولت در نمودار بالا برسد.پس از رسیدن به جذب، باتری حدود 90٪ پر می شود و برای پر کردن بقیه راه، ولتاژ ثابت نگه داشته می شود در حالی که جریان به آرامی کاهش می یابد.هنگامی که جریان به حدود 5٪ - 10٪ از رتبه Ah باتری کاهش می یابد، در حالت شارژ 100٪ قرار می گیرد.

از بسیاری جهات شارژ باتری لیتیوم یونی آسان تر از باتری سرب اسیدی است: تا زمانی که ولتاژ شارژ به اندازه کافی برای حرکت یون ها بالا باشد، شارژ می شود.باتری‌های لیتیوم یونی اهمیتی نمی‌دهند که به طور کامل 100٪ شارژ نشده باشند، در واقع اگر شارژ نباشند، عمر بیشتری دارند.هیچ سولفاتی وجود ندارد، هیچ یکسان سازی وجود ندارد، زمان جذب واقعاً مهم نیست، شما واقعاً نمی توانید باتری را بیش از حد شارژ کنید، و BMS مراقب است که چیزها را در محدوده های معقول نگه دارد.

بنابراین چه ولتاژی برای حرکت دادن آن یون ها کافی است؟کمی آزمایش نشان می دهد که 13.6 ولت (3.4 ولت در هر سلول) نقطه قطع است.کمتر از آن اتفاق می افتد، در حالی که بالاتر از آن باتری حداقل 95٪ با زمان کافی پر می شود.در ولتاژ 14.0 ولت (3.5 ولت در هر سلول) باتری به راحتی تا 95+ درصد با چند ساعت زمان جذب شارژ می شود و برای همه مقاصد تفاوت کمی در شارژ بین ولتاژهای 14.0 یا بالاتر وجود دارد، همه چیز فقط در 14.2 کمی سریعتر اتفاق می افتد. ولت و بالاتر.

ولتاژ حجیم/جذب

به طور خلاصه، تنظیم حجیم/جذب بین 14.2 و 14.6 ولت برای LiFePO4 عالی عمل خواهد کرد!کاهش نیز ممکن است، تا حدود 14.0 ولت، با کمک مقداری زمان جذب.ولتاژ کمی بالاتر ممکن است، BMS برای اکثر باتری ها حدود 14.8 - 15.0 ولت قبل از جدا کردن باتری اجازه می دهد.ولتاژ بالاتر هیچ فایده ای ندارد و خطر قطع شدن توسط BMS و احتمالا آسیب بیشتر وجود دارد.

ولتاژ شناور

باتری های LFP نیازی به شناور شدن ندارند.کنترل‌کننده‌های شارژ این ویژگی را دارند، زیرا باتری‌های سرب اسید دارای سرعت خود تخلیه بالایی هستند که منطقی به نظر می‌رسد که برای راضی نگه داشتن آن‌ها، شارژ بیشتری چکه کنند.برای باتری‌های لیتیوم یونی، اگر باتری دائماً در حالت شارژ بالا قرار بگیرد، عالی نیست، بنابراین اگر کنترل‌کننده شارژ شما نمی‌تواند شناور را غیرفعال کند، کافی است آن را روی یک ولتاژ پایین تنظیم کنید که شارژ واقعی انجام نشود.هر ولتاژ 13.6 ولت یا کمتر این کار را انجام می دهد.

برابر کردن ولتاژ

در شرایطی که ولتاژهای شارژ بیش از 14.6 ولت به طور فعال قطع شده است، باید واضح باشد که هیچ یکسان سازی نباید برای باتری لیتیوم یون انجام شود!اگر اکولایزر را نمی‌توان غیرفعال کرد، آن را روی 14.6 ولت یا کمتر تنظیم کنید، بنابراین به یک چرخه شارژ معمولی تبدیل می‌شود.

جذب زمان

برای اینکه ولتاژ جذب را روی 14.4 یا 14.6 ولت تنظیم کنید و پس از رسیدن باتری به آن ولتاژ، فقط شارژ را متوقف کنید، چیزهای زیادی می توان گفت!به طور خلاصه، صفر (یا کوتاه) زمان را جذب می کند.در آن نقطه، باتری شما حدود 90٪ پر خواهد شد.باتری‌های LiFePO4 زمانی که برای مدت طولانی در 100% SOC قرار نگیرند، در دراز مدت خوشحال‌تر خواهند بود، بنابراین این عمل عمر باتری را افزایش می‌دهد.اگر کاملاً باید 100٪ SOC در باتری خود داشته باشید، جذب این کار را انجام می دهد!این به طور رسمی زمانی حاصل می شود که جریان شارژ به 5٪ - 10٪ از رتبه Ah باتری کاهش یابد، بنابراین 5 - 10 آمپر برای یک باتری 100Ah.اگر نمی توانید جذب را بر اساس جریان متوقف کنید، زمان جذب را روی حدود 2 ساعت تنظیم کنید و آن را در روز صدا کنید.

جبران درجە حرارت

باتری های LiFePO4 نیازی به جبران دما ندارند!لطفاً آن را در کنترلر شارژ خود خاموش کنید، در غیر این صورت ولتاژ شارژ شما زمانی که هوا بسیار گرم یا سرد است به شدت خاموش می شود.

مطمئن شوید که تنظیمات ولتاژ کنترلر شارژ خود را در مقابل آنهایی که واقعاً با یک مولتی متر دیجیتال با کیفیت خوب اندازه گیری می شوند بررسی کنید!تغییرات کوچک در ولتاژ می تواند تأثیر زیادی در هنگام شارژ باتری لیتیوم یون داشته باشد!تنظیمات شارژ را مطابق با آن تغییر دهید!

تخلیه باتری LFP

برخلاف باتری های سرب اسید، ولتاژ باتری لیتیوم یونی در هنگام تخلیه بسیار ثابت می ماند.این امر تشخیص وضعیت شارژ تنها از طریق ولتاژ را دشوار می کند.برای باتری با بار متوسط، منحنی دشارژ به صورت زیر است.

بیشتر اوقات در هنگام تخلیه، ولتاژ باتری دقیقاً حدود 13.2 ولت خواهد بود.فقط 0.2 ولت از 99% تا 30% SOC متغیر است.چندی پیش این یک ایده بسیار بد ™ بود که برای باتری LiFePO4 کمتر از 20٪ SOC باشد.این تغییر کرده است و محصول فعلی باتری‌های LFP در بسیاری از چرخه‌ها تا 0% خالی می‌شود.با این حال، دوچرخه سواری با عمق کمتر، یک مزیت دارد.فقط این نیست که دوچرخه‌سواری تا 30% SOC شما را 1/3 چرخه بیشتر در مقابل دوچرخه‌سواری به 0% کاهش می‌دهد، باتری شما احتمالاً چرخه‌های بیشتری از این مقدار عمر خواهد کرد.به‌خوبی، به‌دست آوردن اعداد سخت دشوار است، اما به نظر می‌رسد دوچرخه‌سواری تا 50% SOC حدود 3 برابر عمر چرخه را در مقایسه با 100% دوچرخه‌سواری نشان می‌دهد.

در زیر جدولی وجود دارد که ولتاژ باتری یک بسته باتری 12 ولتی را در مقابل عمق تخلیه نشان می دهد.این مقادیر ولتاژ را با یک دانه نمک در نظر بگیرید، منحنی تخلیه آنقدر صاف است که واقعاً تعیین SOC از ولتاژ به تنهایی دشوار است.تغییرات کوچک در بار، و دقت ولت متر، اندازه گیری را از بین می برد.

ذخیره سازی باتری های لیتیوم یونی  

سرعت تخلیه بسیار پایین خود باعث می شود تا باتری های LFP را حتی برای مدت طولانی تری ذخیره کنید.قرار دادن باتری لیتیوم یونی به مدت یک سال مشکلی نیست، فقط قبل از قرار دادن آن در انبار مطمئن شوید که مقداری شارژ در آن وجود دارد.چیزی بین 50٪ تا 70٪ خوب است، که باعث می شود باتری مدت زمان زیادی قبل از تخلیه خودکار ولتاژ را به نقطه خطر نزدیک کند.

نگهداری باتری ها در زیر نقطه انجماد خوب است، آنها یخ نمی زنند و زیاد به دما اهمیت نمی دهند.سعی کنید از نگهداری آنها در دمای بالا (45 درجه سانتیگراد و بالاتر) خودداری کنید و در صورت امکان از نگهداری آنها کاملاً پر (یا تقریباً خالی) خودداری کنید.

اگر می‌خواهید باتری‌ها را برای مدت طولانی‌تری ذخیره کنید، مطمئن شوید که تمام سیم‌ها را از آنها جدا کنید.به این ترتیب هیچ بار سرگردانی وجود نخواهد داشت که به آرامی باتری ها را تخلیه کند.

پایان کار باتری های لیتیوم یونی شما

ما می شنویم که شما از وحشت نفس نفس می زنید.فکر اینکه بانک باتری گرانبهای LFP شما دیگر باعث لرز در ستون فقرات شما نمی شود!افسوس، همه چیزهای خوب در نهایت باید به پایان برسد.چیزی که ما می خواهیم از آن جلوگیری کنیم، پایان نوع نابهنگام آن است، و برای انجام آن باید بفهمیم که باتری های لیتیوم یون چگونه می میرند.

سازندگان باتری زمانی که ظرفیت باتری به 80 درصد آن چیزی که باید باشد، باتری را «مرده» می‌دانند.بنابراین، برای یک باتری 100 آمپر ساعتی، پایان آن زمانی است که ظرفیت آن به 80 آمپر ساعت کاهش یابد.دو مکانیسم برای از بین رفتن باتری شما کار می کند: دوچرخه سواری و پیری.هر بار که باتری را تخلیه و شارژ می کنید کمی آسیب می بیند و مقدار کمی از ظرفیت خود را از دست می دهید.اما حتی اگر باتری گرانبهای خود را در یک زیارتگاه شیشه‌ای زیبا قرار دهید که هرگز دوچرخه‌سواری نشود، باز هم به پایان خواهد رسید.آخرین مورد را زندگی تقویمی می نامند.

یافتن داده‌های سخت در مورد عمر تقویم باتری‌های LiFePO4 دشوار است، بسیار کمی وجود دارد.برخی از مطالعات علمی در مورد تأثیر افراط‌ها (در دما و SOC) بر عمر تقویم انجام شد و به تعیین محدودیت‌ها کمک کرد.آنچه ما جمع آوری می کنیم این است که اگر از بانک باتری خود سوء استفاده نکنید، از افراط و تفریط خودداری کنید و به طور کلی فقط از باتری های خود در محدوده های معقول استفاده کنید، حداکثر عمر تقویم حدود 20 سال وجود دارد.

علاوه بر سلول های داخل باتری، BMS نیز وجود دارد که از قطعات الکترونیکی ساخته شده است.وقتی BMS از کار بیفتد، باتری شما هم خراب می شود.باتری‌های لیتیوم یونی با BMS داخلی هنوز خیلی جدید هستند و ما باید ببینیم، اما در نهایت سیستم مدیریت باتری باید تا زمانی که سلول‌های لیتیوم یونی نیز زنده بمانند.

فرآیندهای درون باتری با گذشت زمان توطئه می کنند تا لایه مرزی بین الکترودها و الکترولیت ها را با ترکیبات شیمیایی بپوشانند که از ورود و خروج یون های لیتیوم به الکترودها جلوگیری می کند.فرآیندها همچنین یون های لیتیوم را به ترکیبات شیمیایی جدید متصل می کنند، بنابراین آنها دیگر برای انتقال از الکترود به الکترود دیگر در دسترس نیستند.این فرآیندها بدون توجه به آنچه ما انجام می دهیم اتفاق می افتد، اما آنها بسیار به دما وابسته هستند!باتری های خود را زیر 30 درجه سانتیگراد نگه دارید و آنها بسیار کند هستند.بالاتر از 45 درجه سانتیگراد بروید و سرعت همه چیز به طور قابل توجهی افزایش می یابد!دشمن عمومی شماره1 برای باتری های لیتیوم یون، تا حد زیادی، گرما است!

طول عمر تقویم و سرعت پیر شدن باتری LiFePO4 چیزهای بیشتری وجود دارد: وضعیت شارژ نیز به آن ارتباط دارد.در حالی که دمای بالا بد است، این باتری ها واقعاً دوست ندارند در دمای 0٪ SOC و دمای بسیار بالا بنشینند!همچنین بد است، اگرچه به اندازه 0٪ SOC بد نیست، اما این است که آنها در 100٪ SOC و دمای بالا بنشینند.دمای بسیار پایین تاثیر کمتری دارد.همانطور که بحث کردیم، شما نمی توانید (و BMS به شما اجازه نمی دهد) باتری های LFP را زیر صفر شارژ کنید.همانطور که مشخص است، تخلیه آنها در زیر نقطه انجماد، در حالی که ممکن است، تأثیر تسریع کننده ای بر پیری نیز دارد.هیچ جایی به اندازه این که اجازه دهید باتری شما در دمای بالا بماند بد نیست، اما اگر می خواهید باتری خود را در دمای انجماد قرار دهید، بهتر است این کار را در حالی انجام دهید که نه شارژ می شود و نه تخلیه می شود و مقداری گاز در مخزن وجود دارد (البته نه مخزن پر).در یک مفهوم کلی تر، بهتر است این باتری ها را در حدود 50 تا 60 درصد SOC در صورت نیاز به ذخیره سازی طولانی مدت کنار بگذارید.

باتری ذوب شده

اگر واقعاً می خواهید بدانید، وقتی باتری لیتیوم یونی در زیر نقطه انجماد شارژ می شود، اتفاقی که می افتد این است که لیتیوم فلزی روی الکترود منفی (کربن) رسوب می کند.نه به روش خوبی، بلکه در ساختارهای سوزنی مانند تیز رشد می کند، که در نهایت غشاء را سوراخ می کند و باتری را کوتاه می کند (که منجر به یک رویداد شگفت انگیز جداسازی قطعات بدون برنامه ریزی سریع، همانطور که ناسا آن را می نامد، شامل دود، گرمای شدید، و احتمالاً می شود. شعله ها نیز).خوشبختانه برای ما، این چیزی است که BMS از وقوع آن جلوگیری می کند.

ما در حال حرکت به سمت چرخه زندگی هستیم.خارج کردن هزاران چرخه، حتی در یک چرخه شارژ-دشارژ کامل 100٪، از باتری های لیتیوم یونی رایج شده است.برای به حداکثر رساندن عمر چرخه، کارهایی وجود دارد که می توانید انجام دهید.

ما در مورد نحوه عملکرد باتری های LiFePO4 صحبت کردیم: آنها یون های لیتیوم را بین الکترودها حرکت می دهند.درک این نکته مهم است که این ذرات واقعی و فیزیکی هستند که اندازه آنها را دارند.هر بار که باتری را شارژ و دشارژ می کنید، آنها از یک الکترود بیرون کشیده می شوند و در الکترود دیگر قرار می گیرند.این باعث آسیب، به ویژه به کربن الکترود منفی می شود.هر بار که باتری شارژ می شود، الکترود کمی متورم می شود و هر بار تخلیه دوباره کم می شود.به مرور زمان باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی می شود.به همین دلیل است که شارژ کردن کمی کمتر از 100٪ چرخه های بیشتری را به شما می دهد، همانطور که تخلیه تا کمی بالاتر از 0٪ خواهد بود.همچنین، به این یون‌ها فکر کنید که «فشار» وارد می‌کنند، و اعداد حالت شارژ شدید فشار بیشتری وارد می‌کنند و باعث واکنش‌های شیمیایی می‌شوند که به نفع باتری نیستند.به همین دلیل است که باتری‌های LFP دوست ندارند با 100% SOC کنار گذاشته شوند یا با شارژ شناور (نزدیک به) 100%.

سرعت انقباض یون های لیتیوم به اینجا و یون نیز بر چرخه زندگی تأثیر می گذارد.با توجه به موارد فوق، جای تعجب نیست.در حالی که باتری های LFP به طور معمول شارژ و دشارژ را در دمای 1C انجام می دهند (یعنی 100 آمپر برای یک باتری 100 آمپر ساعتی)، اگر این مقدار را به مقادیر معقول تری محدود کنید، چرخه های بیشتری از باتری خود را خواهید دید.باتری های سرب اسیدی دارای محدودیتی در حدود 20 درصد از امتیاز Ah هستند و ماندن در این محدوده برای لیتیوم یون مزایایی برای طول عمر باتری بیشتر خواهد داشت.

آخرین فاکتوری که باید به آن اشاره کرد، ولتاژ است، اگرچه این همان چیزی است که BMS برای کنترل طراحی شده است.باتری های لیتیوم یونی دارای پنجره ولتاژ باریکی هستند که هم برای شارژ و هم برای دشارژ می باشد.بیرون رفتن از آن پنجره خیلی سریع منجر به آسیب دائمی و یک رویداد احتمالی RUD در سطح بالا می شود (ناسا-گفتگو، همانطور که قبلا ذکر شد).برای LiFePO4 آن پنجره حدود 8.0 ولت (2.0 ولت در هر سلول) تا 16.8 ولت (4.2 ولت در هر سلول) است.BMS داخلی باید مراقب باشد که باتری را به خوبی در آن محدودیت ها نگه دارد.

درس های خانگی

اکنون که می دانیم باتری های لیتیوم یون چگونه کار می کنند، چه چیزهایی را دوست دارند و چه چیزهایی را دوست ندارند و در نهایت چگونه از کار می افتند، نکاتی وجود دارد که باید حذف شوند.ما یک لیست کوچک در زیر تهیه کرده ایم.اگر نمی‌خواهید کار دیگری انجام دهید، لطفاً به دو مورد اول توجه داشته باشید، زیرا آنها بیشترین تأثیر را در زمان کلی شما برای لذت بردن از باتری لیتیوم یونی خود دارند!توجه به دیگران نیز کمک خواهد کرد تا باتری شما حتی بیشتر دوام بیاورد.

به طور خلاصه، برای عمر طولانی و شاد باتری LFP، به ترتیب اهمیت، باید به موارد زیر توجه داشته باشید:

● دمای باتری را زیر 45 درجه سانتیگراد نگه دارید (در صورت امکان زیر 30 درجه سانتیگراد) - این بسیار مهم است!
● جریان شارژ و دشارژ را زیر 0.5 درجه سانتیگراد نگه دارید (ترجیحاً 0.2 درجه سانتیگراد)
● در صورت امکان دمای باتری را در هنگام دشارژ کردن بالای 0 درجه سانتیگراد نگه دارید - این و همه چیز زیر به اندازه دو مورد اول مهم نیست
● کمتر از 10٪ - 15٪ SOC چرخه نکنید، مگر اینکه واقعاً نیاز داشته باشید
● در صورت امکان باتری را روی 100% SOC شناور نکنید
● اگر به آن نیاز ندارید، آن را به 100% SOC شارژ نکنید

همین است!اکنون شما نیز می توانید با باتری های LiFePO4 خود خوشبختی و زندگی کامل را بیابید!