Kako najti srečo z baterijami LifePO4 (litij-ions)

Cene litij-ionskih baterij se počasi spreminja iz nespodobno dragega do le zmerno neprimernega, mi pa v BSLBATT opažamo stalno povečanje prodaje te vrste baterije.Zdi se, da jih večina uporabnikov dela v RVS, petih kolesih, taboriščnih in podobnih vozilih, nekateri pa v dejanske stacionarne sisteme zunaj omrežja.

Ta članek bo govoril o eni posebni kategoriji litij-ionskih baterij;Litij-železno-fosfat ali LifePO4 v svoji kemijski formuli, prav tako okrajšano kot LFP baterije.Te so nekoliko drugačne od tistega, kar imate v mobilnem telefonu in prenosniku, to so (večinoma) litijeve-kobaltne baterije.Prednost LFP je, da je veliko bolj stabilen in ni nagnjen k samo-zgorevanju.To ne pomeni, da baterija ne more zgorevati v primeru škode: obstaja veliko energije, shranjene v polni bateriji in v primeru nenačrtovanega izpusta lahko rezultati zelo hitro postanejo zelo zanimivi!LFP traja tudi dlje v primerjavi z litijevim-kobaltom in je bolj temperaturno stabilen.Od vseh različnih litijevih baterijskih tehnologij tam je to LFP najbolj primerno za aplikacije v globokem ciklu!

Domnevali bomo, da ima baterija BMS ali sistem za upravljanje baterije, saj skoraj vse LFP baterije, ki se prodajajo kot paket voltov 24/24/48.BMS skrbi za zaščito baterije;Ko se odvaja, odklopi baterijo ali grozi, da bo pretirano polnjen.BMS skrbi tudi za omejevanje tokov naboja in praznjenja, spremlja temperaturo celice (in po potrebi omeji naboj/izpust), večina pa bo uravnotežila celice vsakič, ko se opravi polni naboj (pomislite na uravnoteženje, saj bodo vse celice pripeljali znotraj Baterija na isto najsodobnejšo, podobno kot izenačenje za svinčeno kislinsko baterijo).Če ne želite živeti na robu, ne kupujte baterije brez BMS!

V nadaljevanju sledi znanje, ki je pridobljeno z branjem velikega števila spletnih člankov, strani na blogu, znanstvenih publikacij in razprav s proizvajalci LFP.Bodite previdni, v kaj verjamete, tam je veliko napačnih informacij!Medtem ko to, kar pišemo tukaj, nikakor ni mišljeno kot končni vodnik po LFP baterijah, upamo, da ta članek presega iztrebke govedin in daje trdne smernice, da kar najbolje izkoristite vaše litij-ionske baterije.

Zakaj litij-ion?

To je za LFP zelo drugače!Pravzaprav LFP raje sedi z delnim nabojem, namesto da bi bil popolnoma poln ali prazen, in za dolgo življenjsko dobo je bolje kolesariti baterijo ali jo pustiti, da sedi z delnim nabojem.

Ampak počakaj!Več jih je!

Litij-ionske baterije so skoraj skoraj sveti gral baterij: s pravim parametrom polnjenja skoraj lahko pozabite, da obstaja baterija.Ni vzdrževanja.BMS bo poskrbel za to in z veseljem lahko kolesarite!

Ampak počakaj!Še več je!(Vsaka podobnost z določenimi infomercialnimi je zgolj naključna in, odkrito povedano, zamerimo predlogu!)…) ...

LFP baterije lahko trajajo tudi zelo dolgo.Naš BSLBATT LFP baterije so ocenjeni na 3000 ciklih, s polnim 100 -odstotnim ciklom naboja/praznjenja.Če ste to storili vsak dan, je to več kot 8 let kolesarjenja!Zdržijo še dlje, če se uporabljajo v ciklih manj od 100%, pravzaprav za preprostost lahko uporabite linearno razmerje: 50% cikli praznjenja pomenijo dvakrat več ciklov, 33% ciklov praznjenja in lahko smiselno pričakujete trikrat več ciklov.

Ampak počakaj!Še več jih je!

Baterija LifePO4 tehta tudi manj kot 1/2 baterije s svinčeno kislino podobne zmogljivosti.Lahko se obnese velike polnilne tokove (100% ocene AH ni problem, poskusite s svinčeno kislino!), Kar omogoča hitro polnjenje, je zapečateno, tako da ni hlapov in ima zelo nizko stopnjo samoupraševanja ( 3% na mesec ali manj).

Velikost baterijske banke za LFP

Na to smo namignili zgoraj: litij-ionske baterije imajo 100-odstotno uporabno zmogljivost, medtem ko se svinčeva kislina res konča pri 80%.To pomeni, da lahko veliko banke LFP manjše od banke svinca-kisline in še vedno imate funkcionalno enako.Številke kažejo, da je LFP lahko 80% velikosti amp-urne velikosti svinčeve kisline.Kljub temu je za to še več.

Zaradi dolgoživosti baterijskih baterij ne bi smele biti velikosti, kjer redno vidijo odvajanje pod 50% SOC.Z LFP to ni problem!Energetska učinkovitost okroglih izletov za LFP je precej boljša od svinčeve kisline, kar pomeni, da je za napolnitev rezervoarja po določeni stopnji praznjenja potrebna manj energije.To ima za posledico hitrejše okrevanje na 100%, medtem ko smo že imeli manjšo baterijsko banko, ki je še bolj okrepila ta učinek.

Bistvo je, da bi bilo udobno, da bi velikosti litij-ionske baterijske banke s 75% velikosti enakovredne banke svinčene kisline in pričakujemo enako (ali boljše!).

Ampak počakaj malo!

Ali je litij-ion res rešitev za vse naše baterije?No, ne čisto ...

Tudi LFP baterije imajo svoje omejitve.Velika je temperatura: litij-ionske baterije ne morete napolniti pod zamrzovanje ali nič centigrade.Svinčena kislina tega ni mogla skrbeti manj.Še vedno lahko izpustite baterijo (začasno izgubo zmogljivosti), vendar polnjenje se ne bo zgodilo.BMS bi moral skrbeti za blokiranje polnjenja pri zamrzovalnih temperaturah, pri čemer se izognemo naključnim poškodbam.

Temperatura je tudi težava na visokem koncu.Do približno 30 centigradov ni težav.

Pri uporabi polnilnih virov, ki potencialno zagotavljajo visoko napetost, se lahko pojavi prikriva težava, ki se lahko pojavi pri uporabi polnilnih virov: ko se baterija polna, se napetost dvigne, razen če se polnilni vir ne ustavi.To je lahko težava z (slabimi) regulatorji napetosti avtomobilov, ki morajo vedno videti obremenitev ali pa se bo napetost povečala in diode bodo sprostile njihov čarobni dim.Pobegnejo lahko, ko baterija izgine.

Potem je tu strma, strma, začetna nakupna cena!

Toda stavimo, da si ga še vedno želite!

Kako deluje baterija LifePO4?

Litij-ionske baterije se imenujejo vrsta baterije "zibanje": v tem primeru premikajo ione, litijeve ione, od negativne do pozitivne elektrode, ko se odvajajo, in spet pri polnjenju.Risba na desni prikazuje, kaj se dogaja v notranjosti.Majhne rdeče kroglice so litijevi ioni, ki se premikajo naprej in nazaj med negativnimi in pozitivnimi elektrodami. Na levi strani je pozitivna elektroda, zgrajena iz litij-iron-fosfata (LifePO4).To bi moralo pomagati razložiti ime te vrste baterije!Ioni železa in fosfata tvorijo mrežo, ki ohlapno lovi litijeve ione.Ko se celica napolni, se ti litijevi ioni potegnejo skozi membrano na sredini, do negativne elektrode na desni.Membrana je narejena iz vrste polimera (plastike), v njem je veliko drobnih majhnih pore, kar omogoča enostavno skozi litijeve ione.Na negativni strani najdemo rešetko iz ogljikovih atomov, ki lahko ujamejo in držijo tiste litijeve ione, ki prečkajo.

Izpuščanje baterije naredi isto stvar v vzvratni strani: ko elektroni odtekajo skozi negativno elektrodo, se litijevi ioni spet odpravijo na premik, skozi membrano, nazaj do železov-fosfatne rešetke.

Če ste resnično pozorni, zdaj razumete, da risanje baterije na desni prikazuje baterijo LFP, ki je skoraj popolnoma izpuščena.Skoraj vsi litijevi ioni so na strani pozitivne elektrode.Popolnoma napolnjena baterija bi imela tiste litijeve ione, vse shranjene v ogljiku negativne elektrode.

V resničnem svetu so litij-ionske celice zgrajene iz zelo tankih plasti izmeničnih aluminijastih-polimernih-bakrenih folij, na njih pa so prilepljene kemikalije.Pogosto se zavihajo kot žele, in dajo v jekleni kanister, podobno kot baterija AA.12-voltno litij-ionske baterije, ki jih kupite, so narejene iz številnih teh celic, povezanih serij in vzporedno, da povečajo napetost in zmogljivost amp.Vsaka celica je približno 3,3 volta, zato jih 4 serije naredi 13,2 volta.To je ravno prava napetost za zamenjavo 12-voltne baterije svinca!

Polnjenje baterije LFP

Večina rednih krmilnikov sončnega polnjenja nima težav z polnjenjem litij-ionskih baterij.Potrebne napetosti so zelo podobne tistim, ki se uporabljajo za AGM baterije (vrsta zapečatene baterije s svinčeno kislino).BMS pomaga tudi pri zagotavljanju, da baterijske celice vidijo pravo napetost, ne bodo pretirano napolnjene ali pretirano razporejene, uravnoteži celice in zagotavlja, da je temperatura celice med polnjenjem.

Na grafu je prikazana hitrost polnjenja 0,5C ali polovica zmogljivosti AH, z drugimi besedami za 100ah baterijo, to bi bila stopnja polnjenja 50 amperjev.Napolnjena napetost (v rdeči barvi) se v resnici ne bo spremenila za višje ali nižje stopnje naboja (v modri barvi), LFP baterije imajo zelo ravno krivuljo napetosti.

Litij-ionske baterije se napolnijo v dveh stopnjah: najprej je tok konstanten ali s sončnim PV, kar na splošno pomeni, da poskušamo v baterije poslati toliko toka, kot so na voljo od sonca.V tem času se bo napetost počasi dvigala, dokler ne doseže napetosti "absorbira", 14,6 V v zgornjem grafu.Ko dosežemo absorp, je baterija približno 90% polna in da zapolni preostanek načina, kako se napetost ohranja konstantna, medtem ko tok počasi izklopi.Ko se tok spusti na približno 5%-10% ocene AH baterije, je na 100% najsodobnejši.

Litij-ionska baterija je v marsičem lažje napolniti kot baterija s svinčeno kislino: dokler je napetost polnjenja dovolj visoka, da premika ione, ki jih polni.Litij-ionske baterije ni vseeno, če niso v celoti stoodstotno zaračunane, pravzaprav trajajo dlje, če niso.Ni sulfinga, da ni izenačevanja, čas absorpja v resnici ni pomemben, baterije res ne morete pretiravati in BMS skrbi za ohranjanje stvari v razumnih mejah.

Torej, kakšna napetost je dovolj, da se ti ioni premikajo?Malo eksperimentiranja kaže, da je 13,6 volta (3,4 V na celico) mejna točka;Spodaj se to zelo malo zgodi, medtem ko bo baterija dobila vsaj 95% polno dovolj časa.Pri 14,0 volta (3,5 V na celico) baterija zlahka polni do 95+ odstotkov, pri čemer nekaj ur absorbira čas, za vse namene in namene Volt in zgoraj.

Napetost v razsutem stanju/absorp

Če povzamem to, bo nastavitev velikega/absorpja med 14,2 in 14,6 volt delovala odlično za LifePO4!Tudi nižja je mogoča, do približno 14,0 volta, s pomočjo časa absorbiranja.Nekoliko višje napetosti so možne, BMS za večino baterij bo omogočil približno 14,8 - 15,0 volta, preden bo baterijo odklopil.Kljub temu ni koristi za višjo napetost in večje tveganje, da bi ga BM -ji razrezali in morda škodo.

Plavajoča napetost

LFP baterij ni treba plavati.Krmilniki naboja imajo to, ker imajo baterije s svinčeno kislino tako visoko stopnjo samoplačenja, da je smiselno, da se še naprej ukvarjajo z večjim stroškom, da jih osrečujejo.Za litij-ionske baterije ni super, če baterija nenehno sedi na visokem najvišjem delu, tako da če vaš krmilnik naboja ne more onemogočiti float, ga nastavite na dovolj nizko napetost, da se ne bo zgodilo nobeno dejansko polnjenje.Vsaka napetost 13,6 volta ali manj bo.

Izenačiti napetost

Z napolnjenimi napetostmi nad 14,6 volt se aktivno odvrne, je treba jasno, da litij-ionske baterije ne smete izenačiti!Če izenačevanja ni mogoče onemogočiti, ga nastavite na 14,6V ali manj, tako da postane le reden cikel naboja.

Absorbira čas

Veliko je treba povedati za preprosto nastavitev napetosti absorp na 14,4V ali 14,6V, nato pa samo prenehajte polniti, ko baterija doseže to napetost!Skratka, nič (ali kratek) absorbira čas.V tistem trenutku bo vaša baterija približno 90% polna.Baterije LifePO4 bodo dolgoročno srečnejše, ko predolgo ne bodo sedeli na 100% SoC, zato bo ta praksa podaljšala življenjsko dobo baterije.Če morate imeti v bateriji 100% SOC, potem bo to storil absorb!Uradno je to doseženo, ko tok polnjenja pade na 5% - 10% ocene AH baterije, torej 5 - 10 amp za 100ah baterijo.Če ne morete prenehati absorbirati na podlagi toka, nato nastavite absorbiranje časa na približno 2 uri in ga pokličite na dan.

Kompenzacija temperature

Baterije LifePO4 ne potrebujejo kompenzacije temperature!Izklopite to v krmilniku naboja ali pa bo napetost naboja divje izklopljena, ko je zelo toplo ali hladno.

Bodite prepričani, da preverite nastavitve napetosti krmilnika naboja glede na tiste, ki so dejansko izmerjene s kakovostnim digitalnim multimetrom!Majhne spremembe napetosti imajo lahko velik vpliv pri polnjenju litij-ionske baterije!Ustrezno spremenite nastavitve polnjenja!

Izpustitev baterije LFP

Za razliko od baterij s svinčeno kislino, napetost litij-ionske baterije med praznjenjem ostane zelo konstantna.To otežuje božansko stanje samo iz napetosti.Za baterijo z zmerno obremenitvijo je krivulja praznjenja videti na naslednji način.

Večino časa med praznjenjem bo napetost akumulatorja znašala približno 13,2 volta.Spreminja se le za 0,2 volta vse od 99% do 30% SOC.Nedolgo nazaj je bilo zelo slaba ideja ™ pod 20% SOC za baterijo LifePO4.To se je spremenilo in trenutni pridelek baterij LFP se bo za številne cikle precej veselo odvajal vse do 0%.Vendar pa je pri kolesarjenju manj globoko korist.Ne samo, da vam bo kolesarjenje na 30% SOC prineslo še 1/3 ciklov v primerjavi s kolesarjenjem na 0%, vaša baterija bo verjetno živela za več ciklov kot to.Trde številke je težko priti, vendar se zdi, da kolesarjenje na 50% SoC kaže približno 3x cikla življenja v primerjavi s kolesarjenjem 100%.

Spodaj je tabela, ki prikazuje napetost akumulatorja za 12-voltno baterijo v primerjavi z globino odvajanja.Vzemite te napetostne vrednosti z zrnom soli, krivulja praznjenja je tako ravna, da je res težko določiti SOC samo iz napetosti.Majhne razlike v obremenitvi in ​​natančnost merilnika Volt bodo odvrgli meritev.

Shranjevanje litij-ionskih baterij  

Zelo nizka hitrost samoplačila olajša shranjevanje baterij LFP, tudi za daljša obdobja.Ni težav, da litij-ionsko baterijo odložite eno leto, le da se prepričajte, da je v njem nekaj napolnjenosti, preden jo postavite v skladišče.Nekaj ​​med 50%-70% je v redu, kar bo baterijo dalo zelo dolgo, preden bo samo-odvajanje pripeljalo napetost blizu nevarnosti.

Shranjevanje baterij pod zamrzovanjem je v redu, ne zamrznejo in ne skrbijo veliko za temperaturo.Poskusite se izogniti shranjevanju pri visokih temperaturah (45 centigradov in več) in se poskusite izogniti shranjevanju popolnoma polnih, če je mogoče (ali skoraj prazno).

Če morate baterije shranjevati daljša obdobja, ne pozabite preprosto odklopiti vseh žic iz njih.Tako ne more biti nobenih potepuških obremenitev, ki bi počasi izpraznili baterije.

Konec vaših litij-ionskih baterij

Slišimo, da se v grozi zadiha;Misel, da vaša dragocena banka baterije LFP ne bo več pošiljala drsenja po hrbtenici!Žal, vse dobre stvari se morajo sčasoma končati.Kar želimo preprečiti, je konec prezgodnje vrste in da moramo razumeti, kako umrejo litij-ionske baterije.

Proizvajalci baterij menijo, da je baterija "mrtva", ko njegova zmogljivost pade na 80% tega, kar bi moralo biti.Torej, za 100ah baterijo pride do konca, ko se njegova zmogljivost zmanjša na 80.Pri delu sta dva mehanizma za propad baterije: kolesarjenje in staranje.Vsakič, ko baterijo izpraznite in napolnite, naredite malo škode in izgubite malo zmogljivosti.Toda tudi če svojo dragoceno baterijo postavite v čudovito svetišče, zaprto na steklo, ki ga nikoli ne boste kolesarili, se bo še vedno končalo.Ta zadnji se imenuje koledarsko življenje.

Težko je najti trde podatke o koledarskem življenju za baterije LifePO4, tam je zelo malo.Nekatere znanstvene študije so bile izvedene o vplivu skrajnosti (v temperaturi in SOC) na koledarsko življenje in ti pomagajo določiti omejitve.Zbiramo, da če ne zlorabljate svoje baterijske banke, se izognete skrajnostim in na splošno samo uporabljate baterije znotraj razumnih meja, je zgornja meja približno 20 let v koledarski življenjski dobi.

Poleg celic znotraj akumulatorja je tudi BMS, ki je izdelan iz elektronskih delov.Ko BMS ne uspe, bo tudi vaša baterija.Litij-ionske a

Procesi znotraj akumulatorja se sčasoma zavežejo, da preobleko mejne plasti med elektrodami in elektroliti premažejo s kemičnimi spojinami, ki preprečujejo vstop litijevih ionov in zapuščajo elektrode.Procesi vežejo tudi litijeve ione v nove kemijske spojine, tako da niso več na voljo za premik iz elektrode na elektrodo.Ti procesi se bodo zgodili ne glede na to, kaj počnemo, vendar so zelo odvisni od temperature!BAKAIJSKE DEJATE NID 30 centigradov in so zelo počasne.Pojdite več kot 45 centigradov in stvari precej pospešijo!Javni sovražnik št.1 Za litij-ionske baterije je daleč toplota!

V koledarskem življenju je več in kako hitro se bo baterija LifePO4 starala: najsodobnejša ima tudi nekaj s tem.Medtem ko so visoke temperature slabe, te baterije resnično ne marajo sedeti na 0% SoC in zelo visoke temperature!Tudi slabe, čeprav ne tako slabe kot 0% SoC, je, da sedijo na 100% SoC in visoki temperaturi.Zelo nizke temperature imajo manj učinka.Kot smo razpravljali, ne morete (in BMS vam ne bo dovolil), da se baterije LFP pod zamrznijo.Kot kaže, jih izpustitev pod zamrznitvijo, čeprav je mogoče, pospeši tudi na staranje.Nikjer tako slabo, kot če pustite baterijo pri visoki temperaturi, če pa boste baterijo podvrgli zamrznitveni temperaturi celoten rezervoar).V splošnejšem smislu je bolje, da te baterije odložite na približno 50%-60% SoC, če potrebujejo dolgoročno skladiščenje.

Topljena baterija

Če resnično želite vedeti, kaj se zgodi, ko se litij-ionska baterija napolni pod zamrznitvijo, je, da se kovinski litij odloži na negativno (ogljikovo) elektrodo.Tudi na lep način ne raste v ostrih, iglah podobnih strukturah, ki sčasoma prebodijo membrano in kratko izpustijo baterijo (kar vodi do spektakularnega hitrega nenačrtovanega dogodka, kot ga imenuje NASA, ki vključuje dim, ekstremno vročino in verjetno verjetno tudi plameni).Na srečo za nas, to preprečuje, da bi se BMS zgodil.

Nadaljujemo s ciklom.Postalo je običajno, da dobimo na tisoče ciklov, tudi s polnim 100-odstotnim ciklom odpravljanja polnjenja, iz litij-ionskih baterij.Nekaj ​​stvari lahko storite, da maksimirate življenjsko dobo cikla.

Govorili smo o tem, kako delujejo baterije LifePO4: premikajo litijeve ione med elektrodami.Pomembno je razumeti, da so to dejanski, fizični delci, ki imajo velikost zanje.Izvlečejo jih iz ene elektrode in napolnjeni v drugo, vsakič, ko baterijo napolnite.To povzroči škodo, zlasti na ogljik negativne elektrode.Vsakič, ko se baterija napolni, se elektroda nekoliko nabrekne in vsak izpustitev se spet zmanjša.Sčasoma to povzroča mikroskopske razpoke.Zaradi tega vam bo polnjenje malo pod 100% dalo več ciklov, prav tako pa se bo izpraznilo na malo nad 0%.Prav tako pomislite na te ione, ki izvajajo "pritisk", in ekstremne najsodobnejše številke izvajajo večji pritisk, kar povzroča kemične reakcije, ki niso v korist baterije.Zato baterije LFP ne marajo odložiti na 100% SoC ali dati v plovno polnjenje pri (blizu) 100%.

Kako hitro se ti litijevi ioni vržejo od nje in Yon vpliva tudi na življenje v ciklu.Glede na zgoraj navedeno to ne bi smelo biti presenečenje.Medtem ko bodo LFP baterije rutinsko polnili in izpraznili pri 1C (tj. 100 Amp za 100ah baterijo), boste iz baterije videli več ciklov, če to omejite na bolj razumne vrednosti.Baterije s svinčenimi kislinami imajo omejitev približno 20% ocene AH, zato bi ostali v okviru tega za litij-ion koristi tudi za daljšo življenjsko dobo baterije.

Zadnji dejavnik, ki ga je vredno omeniti, je napetost, čeprav je to res tisto, kar je BMS zasnovan za preverjanje.Litij-ionske baterije imajo ozko napetostno okno, tako za polnjenje kot za odvajanje.Če gremo zunaj tega okna, zelo hitro povzročijo trajno škodo in na visokem koncu možen dogodek RUD (NASA-Talk, kot je bilo že omenjeno).Za LifePO4 je to okno približno 8,0V (2,0V na celico) do 16,8 volta (4,2 V na celico).BMS vgrajen BMS mora skrbeti, da bo baterija dobro v teh mejah.

Učne ure

Zdaj, ko vemo, kako delujejo litij-ionske baterije, kaj jim je všeč in ne marajo in kako na koncu ne uspejo, je treba odvzeti nekaj kazalcev.Spodaj smo naredili malo seznama.Če ne boste storili nič drugega, upoštevajte prve dve, da bodo daleč na najbolj učinek na celoten čas, ko boste uživali v svoji litij-ionski bateriji!Tudi upoštevanje drugih bo pomagalo, da bo baterija trajala še dlje.

Če povzamemo, za dolgo in srečno življenjsko dobo baterije LFP, glede na pomen, bi morali biti pozorni na naslednje:

● Temperaturo baterije naj bo pod 45 centigradi (pod 30C, če je mogoče) - to je daleč najpomembnejše !!
● Ohranite tokovi za naboj in praznjenje pod 0,5C (prednostno 0,2C)
● Če je mogoče, obdržite temperaturo baterije nad 0 centigrade, če je mogoče - to in vse spodaj ni tako pomembno kot prva dva
● Ne kolesarite pod 10% - 15% SOC, razen če res morate
● Ne plavajo baterije pri 100% SoC
● Ne zaračunajte 100% SOC, če ga ne potrebujete

To je to!Zdaj lahko tudi vi najdete srečo in izpolnjujete življenje s svojimi baterijami LifePO4!