Jak znaleźć szczęście dzięki akumulatorom LiFePO4 (litowo-jonowym).

Ceny akumulatorów litowo-jonowych powoli zmienia się z nieprzyzwoicie drogiego w umiarkowanie niedostępny, a my w BSLBATT obserwujemy stały wzrost sprzedaży tego typu baterii. Wydaje się, że większość użytkowników wykorzystuje je do pracy w pojazdach kempingowych, siodłach, kamperach i podobnych pojazdach, podczas gdy niektórzy korzystają z rzeczywistych stacjonarnych systemów poza siecią.

W tym artykule omówiona zostanie jedna konkretna kategoria akumulatorów litowo-jonowych; Fosforan litowo-żelazowy lub LiFePO4 w swoim wzorze chemicznym, w skrócie nazywany także akumulatorami LFP. Różnią się one nieco od tych, które masz w telefonie komórkowym i laptopie, są to (głównie) baterie litowo-kobaltowe. Zaletą LFP jest to, że jest znacznie stabilniejszy i nie ulega samozapłonowi. Nie oznacza to jednak, że akumulator nie może się spalić w przypadku uszkodzenia: w naładowanym akumulatorze zgromadzonych jest mnóstwo energii, a w przypadku nieplanowanego rozładowania rezultaty mogą bardzo szybko stać się interesujące! LFP wytrzymuje również dłużej w porównaniu do litowo-kobaltowego i jest bardziej stabilny temperaturowo. Ze wszystkich dostępnych technologii akumulatorów litowych, LFP najlepiej nadaje się do zastosowań wymagających głębokiego cyklu!

Zakładamy, że akumulator jest wyposażony w BMS lub system zarządzania baterią, podobnie jak prawie wszystkie akumulatory LFP sprzedawane jako pakiety 12/24/48 V. BMS dba o ochronę akumulatora; odłącza akumulator, gdy jest on rozładowany lub grozi przeładowaniem. BMS dba również o ograniczenie prądów ładowania i rozładowywania, monitoruje temperaturę ogniw (i w razie potrzeby ogranicza ładowanie/rozładowanie), a większość z nich równoważy ogniwa po każdym pełnym naładowaniu (pomyśl o równoważeniu jako o umieszczeniu wszystkich ogniw wewnątrz akumulatora do tego samego stanu naładowania, podobnie jak w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego). Jeśli nie lubisz życia na krawędzi, NIE KUPUJ baterii bez BMS!

Poniżej znajduje się wiedza zdobyta z lektury dużej liczby artykułów internetowych, blogów, publikacji naukowych i dyskusji z producentami LFP. Uważaj w co wierzysz, istnieje wiele dezinformacji! Chociaż to, co tutaj piszemy, w żadnym wypadku nie ma być ostatecznym przewodnikiem po akumulatorach LFP, mamy nadzieję, że ten artykuł omawia bydlęce odchody i podaje solidne wskazówki, jak najlepiej wykorzystać akumulatory litowo-jonowe.

Dlaczego litowo-jonowy?

W naszym artykule na temat akumulatorów kwasowo-ołowiowych wyjaśniliśmy, jak pięta achillesowa tej chemii znajduje się zbyt długo przy częściowym naładowaniu. Zbyt łatwo jest kupić drogi zestaw akumulatorów kwasowo-ołowiowych w ciągu zaledwie kilku miesięcy, zostawiając go na częściowym naładowaniu. To zupełnie co innego w przypadku LFP! Akumulatory litowo-jonowe można pozostawić na zawsze częściowo naładowane bez uszkodzeń. W rzeczywistości LFP woli pracować przy częściowym naładowaniu, niż być całkowicie naładowany lub pusty, a dla zapewnienia długowieczności lepiej jest cyklicznie przełączać baterię lub pozostawić ją na częściowym naładowaniu.

Ale poczekaj! Jest więcej!

Akumulatory litowo-jonowe to niemal święty Graal akumulatorów: przy odpowiednich parametrach ładowania można niemal zapomnieć, że istnieje akumulator. Nie ma konserwacji. BMS się tym zajmie, a Ty będziesz mógł szczęśliwie jeździć na rowerze!

Ale poczekaj! Jest jeszcze więcej! (Wszelkie podobieństwo do niektórych reklam jest całkowicie przypadkowe i szczerze mówiąc, nie zgadzamy się z tą sugestią!)…

Baterie LFP mogą również działać bardzo długo. Nasz Baterie BSLBATT LFP są oceniane na 3000 cykli, przy pełnym 100% cyklu ładowania/rozładowania. Jeśli będziesz to robił codziennie, oznacza to ponad 8 lat jazdy na rowerze! Wytrzymują jeszcze dłużej, jeśli są używane w cyklach mniejszych niż 100%, w rzeczywistości dla uproszczenia można zastosować zależność liniową: 50% cykli rozładowania oznacza dwa razy więcej cykli, 33% cykli rozładowania i można rozsądnie oczekiwać trzykrotności cykli.

Ale poczekaj! Jest jeszcze więcej!…

Akumulator LiFePO4 waży również mniej niż 1/2 akumulatora kwasowo-ołowiowego o podobnej pojemności. Może wytrzymać duże prądy ładowania (100% Ah nie stanowi problemu, spróbuj tego z kwasem ołowiowym!), pozwala na szybkie ładowanie, jest uszczelniony, więc nie wytwarza dymu i ma bardzo niski współczynnik samorozładowania ( 3% miesięcznie lub mniej).

Rozmiar banku akumulatorów dla LFP

Wspomnieliśmy o tym powyżej: akumulatory litowo-jonowe mają 100% pojemności użytkowej, podczas gdy kwasowo-ołowiowe tak naprawdę kończą się na 80%. Oznacza to, że można dobrać rozmiar zestawu akumulatorów LFP mniejszy niż akumulator kwasowo-ołowiowy, a mimo to będzie on funkcjonalnie taki sam. Liczby sugerują, że LFP może stanowić 80% amperogodziny kwasu ołowiowego. Jest w tym jednak coś więcej.

Aby zapewnić długowieczność, banki akumulatorów kwasowo-ołowiowych nie powinny być projektowane w miejscach, w których regularnie obserwuje się rozładowanie poniżej 50% SOC. Z LFP to żaden problem! Efektywność energetyczna w obie strony w przypadku LFP jest również nieco lepsza niż w przypadku kwasu ołowiowego, co oznacza, że ​​do napełnienia zbiornika po pewnym poziomie rozładowania potrzeba mniej energii. Skutkuje to szybszym powrotem do 100%, podczas gdy mieliśmy już mniejszy bank akumulatorów, co jeszcze bardziej wzmacnia ten efekt.

Najważniejsze jest to, że wygodnie byłoby nam dobrać rozmiar zestawu akumulatorów litowo-jonowych do poziomu 75% rozmiaru równoważnego zestawu akumulatorów kwasowo-ołowiowych i oczekiwać tej samej (lub lepszej!) wydajności. Także w te ciemne zimowe dni, kiedy brakuje słońca.

Ale poczekaj chwilę!

Czy litowo-jonowy rzeczywiście jest rozwiązaniem wszystkich naszych problemów związanych z akumulatorami? Cóż, nie do końca…

Baterie LFP również mają swoje ograniczenia. Najważniejszym z nich jest temperatura: nie można ładować akumulatora litowo-jonowego poniżej zera lub zera stopni Celsjusza. Kwas ołowiowy nie mógł się tym mniej przejmować. Nadal możesz rozładować akumulator (przy chwilowej utracie pojemności), ale ładowanie nie nastąpi. BMS powinien zadbać o zablokowanie ładowania przy ujemnych temperaturach, unikając przypadkowego uszkodzenia.

Temperatura jest również problemem w górnej części. Największą pojedynczą przyczyną starzenia się akumulatorów jest używanie lub nawet przechowywanie w wysokich temperaturach. Do około 30 stopni Celsjusza nie ma problemu. Nawet 45 stopni Celsjusza nie powoduje zbyt dużej kary. Wszystko, co jest wyższe, naprawdę przyspiesza starzenie się i ostatecznie koniec baterii. Obejmuje to przechowywanie akumulatora, gdy nie jest on używany. Porozmawiamy o tym bardziej szczegółowo później, omawiając awarie akumulatorów LFP.

Istnieje podstępny problem, który może się pojawić w przypadku korzystania ze źródeł ładowania, które potencjalnie zapewniają wysokie napięcie: gdy akumulator jest pełny, napięcie wzrośnie, chyba że źródło ładowania przestanie ładować. Jeśli wzrośnie wystarczająco, BMS ochroni akumulator i odłączy go, dzięki czemu źródło ładowania wzrośnie jeszcze bardziej! Może to być problem z (złymi) regulatorami napięcia alternatora samochodowego, które muszą zawsze widzieć obciążenie, w przeciwnym razie napięcie wzrośnie, a diody wypuszczą swój magiczny dym. Może to również stanowić problem w przypadku małych turbin wiatrowych, których kontrola opiera się na akumulatorze. Mogą uciec, gdy bateria zniknie.

Do tego dochodzi ta wysoka, wysoka początkowa cena zakupu!

Ale założymy się, że nadal tego chcesz!…

Jak działa bateria LiFePO4?

Akumulatory litowo-jonowe określane są jako rodzaj akumulatorów typu „fotel bujany”. Przenoszą jony, w tym przypadku jony litu, z elektrody ujemnej do dodatniej podczas rozładowywania i z powrotem podczas ładowania. Rysunek po prawej stronie pokazuje, co dzieje się w środku. Małe czerwone kulki to jony litu, które poruszają się tam i z powrotem pomiędzy elektrodami ujemnymi i dodatnimi. Po lewej stronie znajduje się elektroda dodatnia, zbudowana z fosforanu litowo-żelazowego (LiFePO4). To powinno pomóc w wyjaśnieniu nazwy tego typu baterii! Jony żelaza i fosforanu tworzą siatkę, która luźno wychwytuje jony litu. Kiedy ogniwo się ładuje, jony litu są przeciągane przez membranę pośrodku, do elektrody ujemnej po prawej stronie. Membrana jest wykonana z pewnego rodzaju polimeru (tworzywa sztucznego) z dużą ilością maleńkich porów, które ułatwiają przechodzenie jonów litu. Po stronie ujemnej znajduje się siatka zbudowana z atomów węgla, która może wychwytywać i zatrzymywać przenikające jony litu.

Rozładowanie akumulatora przebiega w odwrotny sposób: gdy elektrony odpływają przez elektrodę ujemną, jony litu ponownie przemieszczają się przez membranę z powrotem do sieci żelazowo-fosforanowej. Są one ponownie przechowywane po stronie dodatniej, dopóki akumulator nie zostanie ponownie naładowany.

Jeśli naprawdę zwracałeś na to uwagę, teraz rozumiesz, że rysunek baterii po prawej stronie przedstawia baterię LFP, która jest prawie całkowicie rozładowana. Prawie wszystkie jony litu znajdują się po stronie elektrody dodatniej. W pełni naładowany akumulator miałby wszystkie jony litu zmagazynowane wewnątrz węgla elektrody ujemnej.

W prawdziwym świecie ogniwa litowo-jonowe zbudowane są z bardzo cienkich warstw naprzemiennych folii aluminiowo-polimerowo-miedzianych, na które naklejone są środki chemiczne. Często są zwijane jak bułka z galaretką i umieszczane w stalowym pojemniku, podobnie jak bateria AA. 12-woltowe akumulatory litowo-jonowe, które kupujesz, składają się z wielu takich ogniw, połączonych szeregowo i równolegle, aby zwiększyć napięcie i pojemność amperogodzin. Każde ogniwo ma napięcie około 3,3 V, więc 4 z nich połączone szeregowo dają 13,2 V. To jest właściwe napięcie do wymiany 12-woltowego akumulatora kwasowo-ołowiowego!

Ładowanie akumulatora LFP

Większość zwykłych regulatorów ładowania słonecznego nie ma problemów z ładowaniem akumulatorów litowo-jonowych. Wymagane napięcia są bardzo podobne do tych stosowanych w akumulatorach AGM (rodzaj szczelnego akumulatora kwasowo-ołowiowego). BMS również pomaga, upewniając się, że ogniwa akumulatora mają właściwe napięcie, nie ulegają przeładowaniu ani nadmiernemu rozładowaniu, równoważy ogniwa i zapewnia, że ​​temperatura ogniw podczas ładowania jest na rozsądnym poziomie.

Poniższy wykres przedstawia typowy profil ładowania akumulatora LiFePO4. Aby ułatwić odczytanie, napięcia zostały przeliczone na wartości, jakie widziałby akumulator 12 V LFP (4x napięcie jednoogniwowe).

Na wykresie pokazano szybkość ładowania 0,5 C, czyli połowę pojemności Ah, innymi słowy dla akumulatora 100 Ah byłaby to szybkość ładowania 50 A. Napięcie ładowania (na czerwono) tak naprawdę nie zmieni się zbytnio w przypadku wyższych lub niższych szybkości ładowania (na niebiesko), akumulatory LFP mają bardzo płaską krzywą napięcia.

Akumulatory litowo-jonowe ładuje się w dwóch etapach: po pierwsze, prąd jest utrzymywany na stałym poziomie lub przy użyciu fotowoltaiki, co ogólnie oznacza, że ​​staramy się przesłać do akumulatorów tyle prądu, ile jest dostępne ze słońca. W tym czasie napięcie będzie powoli rosło, aż osiągnie napięcie „absorpcji” wynoszące 14,6 V na powyższym wykresie. Po osiągnięciu absorpcji akumulator jest naładowany w około 90%, a do uzupełnienia reszty napięcie jest utrzymywane na stałym poziomie, podczas gdy prąd powoli maleje. Gdy prąd spadnie do około 5% – 10% wartości znamionowej Ah akumulatora, stan naładowania wynosi 100%.

Pod wieloma względami akumulator litowo-jonowy jest łatwiejszy do ładowania niż akumulator kwasowo-ołowiowy: ładuje się, dopóki napięcie ładowania jest wystarczająco wysokie, aby przenieść jony. Baterie litowo-jonowe nie przejmują się tym, że nie są w pełni naładowane w 100%, a jeśli tak nie jest, wytrzymują dłużej. Nie ma zasiarczania, nie ma wyrównywania, czas absorpcji nie ma większego znaczenia, nie można przeładować akumulatora, a BMS dba o to, aby wszystko mieściło się w rozsądnych granicach.

Jakie napięcie wystarczy, aby te jony się poruszały? Małe eksperymenty pokazują, że punktem odcięcia jest 13,6 V (3,4 V na ogniwo); poniżej tego dzieje się bardzo niewiele, natomiast powyżej tego poziomu bateria zostanie naładowana w co najmniej 95%, jeśli wystarczy wystarczająco dużo czasu. Przy napięciu 14,0 V (3,5 V na ogniwo) akumulator z łatwością ładuje się do ponad 95 procent przy kilkugodzinnym czasie absorpcji i ogólnie rzecz biorąc, różnica w ładowaniu między napięciem 14,0 lub wyższym jest niewielka, wszystko dzieje się nieco szybciej przy napięciu 14,2 Volt i więcej.

Napięcie zbiorcze/absorpcyjne

Podsumowując, ustawienie objętości/absorbcji pomiędzy 14,2 a 14,6 V będzie działać świetnie dla LiFePO4! Możliwe jest również niższe napięcie, do około 14,0 V, przy pomocy pewnego czasu absorpcji. Możliwe są nieco wyższe napięcia, BMS dla większości akumulatorów pozwoli na około 14,8 – 15,0 V przed odłączeniem akumulatora. Wyższe napięcie nie przynosi jednak żadnych korzyści, a zwiększa ryzyko odcięcia przez BMS i ewentualnego uszkodzenia.

Napięcie pływakowe

Akumulatory LFP nie wymagają pływania. Kontrolery ładowania mają tę funkcję, ponieważ akumulatory kwasowo-ołowiowe charakteryzują się tak wysokim stopniem samorozładowania, że ​​sensowne jest ciągłe ładowanie, aby były szczęśliwe. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych nie jest dobrze, jeśli akumulator stale znajduje się w wysokim stanie naładowania, więc jeśli kontroler ładowania nie może wyłączyć ładowania podładowującego, po prostu ustaw go na wystarczająco niskie napięcie, aby faktyczne ładowanie nie nastąpiło. Wystarczy dowolne napięcie 13,6 V lub mniejsze.

Wyrównaj napięcie

Ponieważ aktywnie odradza się napięcie ładowania powyżej 14,6 V, powinno być jasne, że w przypadku akumulatora litowo-jonowego nie należy wykonywać żadnego wyrównywania! Jeśli nie można wyłączyć korekcji, ustaw ją na 14,6 V lub mniej, aby stał się zwykłym cyklem ładowania absorpcyjnego.

Absorbuj czas

Można wiele powiedzieć na temat prostego ustawienia napięcia pochłaniania na 14,4 V lub 14,6 V, a następnie po prostu przerwać ładowanie, gdy akumulator osiągnie to napięcie! W skrócie zero (lub krótki) czas wchłaniania. W tym momencie bateria będzie naładowana w około 90%. Akumulatory LiFePO4 będą szczęśliwsze na dłuższą metę, jeśli nie będą zbyt długo pracować przy 100% SOC, więc ta praktyka wydłuży żywotność baterii. Jeśli koniecznie musisz mieć 100% SOC w baterii, absorber to zrobi! Oficjalnie jest to osiągane, gdy prąd ładowania spada do 5% – 10% wartości znamionowej Ah akumulatora, czyli 5 – 10 A dla akumulatora 100Ah. Jeśli nie możesz przestać absorbować na podstawie prądu, ustaw czas absorpcji na około 2 godziny i skończ z tym dniem.

Kompensacja temperatury

Akumulatory LiFePO4 nie wymagają kompensacji temperaturowej! Wyłącz tę opcję w kontrolerze ładowania, w przeciwnym razie napięcie ładowania znacznie spadnie, gdy będzie bardzo ciepło lub zimno.

Pamiętaj, aby sprawdzić ustawienia napięcia kontrolera ładowania względem faktycznie zmierzonych za pomocą dobrej jakości multimetru cyfrowego! Małe zmiany napięcia mogą mieć duży wpływ na ładowanie akumulatora litowo-jonowego! Zmień odpowiednio ustawienia ładowania!

Rozładowywanie akumulatora LFP

W przeciwieństwie do akumulatorów kwasowo-ołowiowych napięcie akumulatora litowo-jonowego pozostaje bardzo stałe podczas rozładowywania. Utrudnia to określenie stanu naładowania na podstawie samego napięcia. W przypadku akumulatora o umiarkowanym obciążeniu krzywa rozładowania wygląda następująco.

Przez większość czasu podczas rozładowywania napięcie akumulatora będzie wynosić około 13,2 V. Różni się zaledwie o 0,2 V od 99% do 30% SOC. Nie tak dawno temu bardzo złym pomysłem było zejście poniżej 20% SOC dla akumulatora LiFePO4. To się zmieniło i obecny zbiór akumulatorów LFP będzie całkiem przyjemnie rozładowywał się aż do 0% przez wiele cykli. Jednak jazda na rowerze na mniejszej głębokości ma zalety. Nie chodzi tylko o to, że jazda na rowerze do 30% SOC zapewni 1/3 cykli więcej w porównaniu z obniżeniem do 0%, ale bateria prawdopodobnie wytrzyma więcej cykli. Trudno znaleźć twarde liczby, ale zmniejszenie SOC do 50% wydaje się wykazywać około 3-krotnie dłuższą żywotność w porównaniu z 100% cyklem życia.

Poniżej znajduje się tabela przedstawiająca napięcie akumulatora dla zestawu akumulatorów 12 V w funkcji głębokości rozładowania. Weź te wartości napięcia z przymrużeniem oka, krzywa rozładowania jest tak płaska, że ​​naprawdę trudno jest określić SOC na podstawie samego napięcia. Niewielkie różnice w obciążeniu i dokładność woltomierza zaburzają pomiar.

Przechowywanie akumulatorów litowo-jonowych  

Bardzo niski stopień samorozładowania ułatwia przechowywanie akumulatorów LFP nawet przez dłuższy czas. Odłożenie akumulatora litowo-jonowego na rok nie stanowi problemu. Przed umieszczeniem go w magazynie upewnij się tylko, że jest w nim naładowany. Coś pomiędzy 50% – 70% jest w porządku, co zapewni akumulatorowi bardzo długi czas, zanim samorozładowanie doprowadzi napięcie do punktu niebezpiecznego.

Przechowywanie akumulatorów w temperaturze poniżej zera jest w porządku, nie zamarzają i nie przywiązują dużej wagi do temperatury. Staraj się unikać przechowywania ich w wysokich temperaturach (45 stopni Celsjusza i więcej) i staraj się unikać przechowywania ich całkowicie pełnych, jeśli to możliwe (lub prawie pustych).

Jeśli chcesz przechowywać akumulatory przez dłuższy czas, pamiętaj o odłączeniu od nich wszystkich przewodów. Dzięki temu nie będzie żadnych przypadkowych obciążeń, które powoli rozładowują akumulatory.

Koniec baterii litowo-jonowych

Słyszymy, jak sapiesz z przerażenia; myśl o tym, że Twój cenny zestaw akumulatorów LFP będzie już nie powoduje dreszczy po plecach! Niestety wszystko co dobre kiedyś musi się skończyć. Chcemy zapobiec przedwczesnemu końcowi, a aby to zrobić, musimy zrozumieć, w jaki sposób akumulatory litowo-jonowe umierają.

Producenci akumulatorów uważają akumulator za „zużyty”, gdy jego pojemność spada do 80% wartości, jaka powinna być. Zatem w przypadku akumulatora 100Ah jego koniec następuje, gdy jego pojemność spadnie do 80Ah. Istnieją dwa mechanizmy prowadzące do zniszczenia baterii: jazda na rowerze i starzenie się. Za każdym razem, gdy rozładowujesz i ponownie naładujesz baterię, powoduje to pewne uszkodzenia i tracisz trochę pojemności. Ale nawet jeśli umieścisz swoją cenną baterię w pięknej, oszklonej kapliczce, aby nigdy nie można jej było używać na rowerze, ona i tak dobiegnie końca. To ostatnie nazywa się życiem kalendarzowym.

Trudno jest znaleźć twarde dane dotyczące żywotności akumulatorów LiFePO4, jest ich bardzo niewiele. Przeprowadzono pewne badania naukowe dotyczące wpływu ekstremów (temperatury i SOC) na życie kalendarzowe, a te pomagają ustalić granice. Z naszych ustaleń wynika, że ​​jeśli nie nadużywasz swojego banku baterii, unikasz skrajności i ogólnie używasz baterii w rozsądnych granicach, górny limit okresu użytkowania wynosi około 20 lat.

Oprócz ogniw znajdujących się wewnątrz akumulatora istnieje również BMS, który składa się z części elektronicznych. Kiedy BMS ulegnie awarii, uszkodzi się także Twoja bateria. Baterie litowo-jonowe z wbudowanym systemem BMS są wciąż zbyt nowe i będziemy musieli się przekonać, ale ostatecznie system zarządzania baterią musi przetrwać tak długo, jak radzą sobie również ogniwa litowo-jonowe.

Procesy zachodzące wewnątrz akumulatora z biegiem czasu powodują powlekanie warstwy granicznej między elektrodami i elektrolitami związkami chemicznymi, które zapobiegają przedostawaniu się jonów litu do elektrod i ich opuszczaniu. Procesy te wiążą również jony litu w nowe związki chemiczne, dzięki czemu nie mogą już przemieszczać się z elektrody na elektrodę. Procesy te będą zachodzić niezależnie od tego, co zrobimy, ale w dużym stopniu zależą od temperatury! Trzymaj baterie w temperaturze poniżej 30 stopni Celsjusza, gdyż są bardzo wolne. Gdy przekroczysz 45 stopni Celsjusza, wszystko znacznie przyspieszy! Wróg publiczny nr. Zdecydowanie numerem 1 w przypadku akumulatorów litowo-jonowych jest ciepło!

Żywotność kalendarza i szybkość starzenia się baterii LiFePO4 to coś więcej: stan naładowania również ma z tym coś wspólnego. Chociaż wysokie temperatury są złe, te akumulatory naprawdę nie lubią siedzieć przy 0% SOC i bardzo wysokich temperaturach! Również złe, choć nie tak złe jak 0% SOC, jest siedzenie przy 100% SOC i wysokich temperaturach. Bardzo niskie temperatury mają mniejszy wpływ. Jak już wspomnieliśmy, nie można (i BMS ci na to nie pozwoli) ładować akumulatorów LFP poniżej temperatury zamarzania. Jak się okazuje, rozładowywanie ich poniżej temperatury zamarzania, o ile to możliwe, ma również przyspieszony wpływ na starzenie się. Nie jest to tak złe, jak pozostawienie akumulatora w wysokiej temperaturze, ale jeśli zamierzasz narazić akumulator na działanie ujemnych temperatur, lepiej to zrobić, gdy nie jest on ani ładowany, ani rozładowywany, a w zbiorniku znajduje się trochę gazu (choć nie pełny zbiornik). Mówiąc bardziej ogólnie, lepiej jest odkładać te baterie na około 50% – 60% SOC, jeśli wymagają dłuższego przechowywania.

Roztopiony akumulator

Jeśli naprawdę chcesz wiedzieć, co się dzieje, gdy akumulator litowo-jonowy zostanie naładowany poniżej zera, polega na tym, że metaliczny lit osadza się na elektrodzie ujemnej (węglowej). Nie w przyjemny sposób, rośnie w ostre, przypominające igły struktury, które ostatecznie przebijają membranę i powodują zwarcie w akumulatorze (prowadząc do spektakularnego zdarzenia szybkiego nieplanowanego demontażu, jak to nazywa NASA, obejmującego dym, ekstremalne ciepło i całkiem prawdopodobne, że również płomienie). Na szczęście dla nas jest to coś, przed czym BMS zapobiega.

Przechodzimy do życia rowerowego. Powszechne stało się uzyskiwanie tysięcy cykli, nawet przy pełnym 100% cyklu ładowania i rozładowania, z akumulatorów litowo-jonowych. Jest jednak kilka rzeczy, które możesz zrobić, aby zmaksymalizować żywotność cyklu.

Rozmawialiśmy o tym, jak akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy praca: Przenoszą jony litu pomiędzy elektrodami. Ważne jest, aby zrozumieć, że są to rzeczywiste, fizyczne cząstki, które mają odpowiedni rozmiar. Są one wyciągane z jednej elektrody i wpychane do drugiej przy każdym ładowaniu i rozładowywaniu akumulatora. Powoduje to uszkodzenie, w szczególności węgla elektrody ujemnej. Za każdym razem, gdy akumulator jest ładowany, elektroda nieco puchnie, a przy każdym rozładowaniu ponownie się zmniejsza. Z biegiem czasu powoduje to mikroskopijne pęknięcia. Z tego powodu ładowanie nieco poniżej 100% da więcej cykli, podobnie jak rozładowanie do nieco powyżej 0%. Pomyśl także o tych jonach jako o wywieraniu „ciśnienia”, a ekstremalne wartości stanu naładowania wywierają większe ciśnienie, powodując reakcje chemiczne, które nie są korzystne dla akumulatora. Właśnie dlatego akumulatory LFP nie lubią być odkładane przy 100% SOC lub ładowane pod napięciem przy (prawie) 100%.

To, jak szybko jony litu są przenoszone w różne miejsca, ma również wpływ na żywotność cyklu. W świetle powyższego nie powinno to być zaskoczeniem. Chwila akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy będzie rutynowo ładował i rozładowywał w temperaturze 1°C (tj. 100 A dla akumulatora 100Ah), zobaczysz więcej cykli rozładowywania akumulatora, jeśli ograniczysz to do bardziej rozsądnych wartości. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają limit około 20% wartości Ah, a utrzymanie się w tym zakresie w przypadku akumulatorów litowo-jonowych będzie również korzystne w postaci dłuższej żywotności baterii.

Ostatnim czynnikiem, o którym warto wspomnieć, jest napięcie, chociaż tak naprawdę BMS ma to kontrolować. Akumulatory litowo-jonowe mają wąskie okno napięcia, zarówno podczas ładowania, jak i rozładowywania. Bardzo szybkie wyjście za to okno skutkuje trwałymi uszkodzeniami, a w ostatecznym rozrachunku możliwym zdarzeniem RUD (rozmowa NASA, jak wspomniano wcześniej). Dla akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy to okno wynosi około 8,0 V (2,0 V na ogniwo) do 16,8 V (4,2 V na ogniwo). Wbudowany BMS powinien dbać o to, aby bateria utrzymywała się w tych granicach.

Lekcje na wynos

Teraz, gdy wiemy, jak działają akumulatory litowo-jonowe, co lubią, a czego nie i jak ostatecznie ulegają awariom, możemy wyciągnąć kilka wskazówek. Poniżej przygotowaliśmy małą listę. Jeśli nie masz zamiaru robić nic więcej, zwróć uwagę na dwa pierwsze, mają one zdecydowanie największy wpływ na całkowity czas, w którym będziesz mógł cieszyć się baterią litowo-jonową! Zwrócenie uwagi na inne rozwiązania również pomoże, dzięki czemu bateria będzie działać jeszcze dłużej.

Podsumowując, aby zapewnić długą i szczęśliwą żywotność baterii LFP, w kolejności od najważniejszej, należy pamiętać o następujących kwestiach:

● Utrzymuj temperaturę akumulatora poniżej 45 stopni Celsjusza (poniżej 30 stopni C, jeśli to możliwe) – to zdecydowanie najważniejsze!
● Utrzymuj prądy ładowania i rozładowania poniżej 0,5C (preferowane 0,2C)
● Jeśli to możliwe, utrzymuj temperaturę akumulatora powyżej 0 stopni Celsjusza podczas rozładowywania – to i wszystko poniżej nie jest tak ważne jak dwa pierwsze
● Nie jedź poniżej 10% – 15% SOC, chyba że naprawdę tego potrzebujesz
● Jeśli to możliwe, nie należy unosić akumulatora w stanie 100% SOC
● Nie ładuj do 100% SOC, jeśli tego nie potrzebujesz

To jest to! Teraz i Ty możesz znaleźć szczęście i spełnienie dzięki akumulatorom LiFePO4!