วิธีค้นหาความสุขด้วยแบตเตอรี่ LiFePO4 (ลิเธียมไอออน)

ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กำลังค่อยๆ เปลี่ยนจากแพงอย่างหยาบคายไปเป็นจนไม่สามารถจ่ายได้ปานกลางเท่านั้น และพวกเราที่ BSLBATT ก็เห็นยอดขายแบตเตอรี่ประเภทนี้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผู้ใช้ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะให้พวกเขาทำงานในรถบ้าน, รถห้าล้อ, รถแคมป์ และยานพาหนะที่คล้ายกัน ในขณะที่บางคนใช้งานระบบนอกกริดแบบอยู่กับที่จริง

บทความนี้จะพูดถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ ลิเธียม-เหล็ก-ฟอสเฟตหรือ LiFePO4 ในสูตรทางเคมี หรือเรียกโดยย่อว่าแบตเตอรี่ LFP สิ่งเหล่านี้แตกต่างจากที่คุณมีในโทรศัพท์มือถือและแล็ปท็อปเล็กน้อย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ (ส่วนใหญ่) ข้อดีของ LFP คือมีเสถียรภาพมากกว่ามาก และไม่เสี่ยงต่อการเผาไหม้ในตัวเอง ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่จะไม่สามารถลุกไหม้ได้ในกรณีที่เกิดความเสียหาย: มีพลังงานจำนวนมากเก็บไว้ในแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้ว และในกรณีที่มีการคายประจุโดยไม่ได้วางแผนไว้ ผลลัพธ์ที่ได้จะน่าสนใจมากอย่างรวดเร็ว! LFP มีอายุการใช้งานนานกว่าเมื่อเทียบกับลิเธียมโคบอลต์ และมีความเสถียรต่ออุณหภูมิมากกว่า ในบรรดาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมต่างๆ ทั้งหมด ทำให้ LFP เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานรอบลึก!

เราจะถือว่าแบตเตอรี่มี BMS หรือระบบจัดการแบตเตอรี่ เนื่องจากแบตเตอรี่ LFP เกือบทั้งหมดที่ขายเป็นชุด 12/24/48 โวลต์มี BMS จะดูแลการปกป้องแบตเตอรี่ มันจะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เมื่อแบตเตอรี่หมดหรือขู่ว่าจะชาร์จไฟเกิน นอกจากนี้ BMS ยังดูแลการจำกัดกระแสประจุและคายประจุ ตรวจสอบอุณหภูมิของเซลล์ (และลดประจุ/คายประจุหากจำเป็น) และส่วนใหญ่จะปรับสมดุลเซลล์ทุกครั้งที่ชาร์จเต็ม (คิดว่าการปรับสมดุลคือการนำเซลล์ทั้งหมดเข้ามาภายใน ก้อนแบตเตอรี่จะมีสถานะการชาร์จเท่ากัน คล้ายกับการปรับสมดุลของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด) เว้นแต่คุณชอบการใช้ชีวิตแบบไร้ขอบ อย่าซื้อแบตเตอรี่ที่ไม่มี BMS!

สิ่งต่อไปนี้คือความรู้ที่รวบรวมได้จากการอ่านบทความบนเว็บ บล็อกเพจ สิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ และการหารือกับผู้ผลิต LFP จำนวนมาก ระวังสิ่งที่คุณเชื่อ มีข้อมูลที่ผิดมากมาย! แม้ว่าสิ่งที่เราเขียนในที่นี้ไม่ได้หมายความว่าเป็นคำแนะนำขั้นสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ LFP แต่เราหวังว่าบทความนี้จะเจาะลึกเรื่องอุจจาระของวัวและให้แนวทางที่ชัดเจนในการใช้ประโยชน์สูงสุดจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของคุณ

ทำไมต้องลิเธียมไอออน?

เราได้อธิบายไว้ในบทความเกี่ยวกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดของเราว่าจุดอ่อนของเคมีนั้นประจุไฟฟ้าเพียงบางส่วนนานเกินไปอย่างไร มันง่ายเกินไปที่จะแย่งแบตเตอรีตะกั่วกรดราคาแพงในเวลาเพียงไม่กี่เดือนโดยปล่อยให้แบตเตอรี่เหลือประจุเพียงบางส่วน นั่นแตกต่างมากสำหรับ LFP! คุณสามารถปล่อยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จบางส่วนได้ตลอดไปโดยไม่เกิดความเสียหาย ในความเป็นจริง LFP ชอบที่จะชาร์จทิ้งไว้เพียงบางส่วนมากกว่าที่จะชาร์จจนเต็มหรือหมด และเพื่อให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ควรหมุนเวียนแบตเตอรี่หรือปล่อยให้แบตเตอรี่เหลือเพียงบางส่วนจะดีกว่า

แต่เดี๋ยวก่อน! ยังมีอีก!

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแทบจะเป็นจอกศักดิ์สิทธิ์ของแบตเตอรี่: ด้วยพารามิเตอร์การชาร์จที่เหมาะสม คุณแทบจะลืมไปเลยว่ามีแบตเตอรี่อยู่ ไม่มีการบำรุงรักษา BMS จะดูแลมัน และคุณสามารถปั่นจักรยานออกไปได้อย่างมีความสุข!

แต่เดี๋ยวก่อน! ยังมีอีก! (ความคล้ายคลึงกับข้อมูลเชิงพาณิชย์บางอย่างเป็นเรื่องบังเอิญ และจริงๆ แล้ว เราไม่พอใจกับข้อเสนอแนะนี้!)...

แบตเตอรี่ LFP มีอายุการใช้งานยาวนานเช่นกัน ของเรา แบตเตอรี่ BSLBATT LFP ได้รับการจัดอันดับที่ 3000 รอบ ที่รอบการชาร์จ/คายประจุเต็ม 100% ถ้าคุณทำแบบนั้นทุกวัน มันก็จะทำให้การปั่นจักรยานยาวนานถึง 8 ปี! โดยจะมีอายุการใช้งานยาวนานยิ่งขึ้นเมื่อใช้ในรอบน้อยกว่า 100% จริงๆ แล้วเพื่อความเรียบง่าย คุณสามารถใช้ความสัมพันธ์เชิงเส้นได้: รอบการจ่ายออก 50% หมายถึงรอบการจ่าย 2 รอบ, รอบการคายประจุ 33% และคุณสามารถคาดหวังได้อย่างสมเหตุสมผลถึง 3 รอบ

แต่เดี๋ยวก่อน! ยังมีอีก!...

แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีน้ำหนักน้อยกว่า 1/2 ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่มีความจุใกล้เคียงกัน สามารถรองรับกระแสประจุขนาดใหญ่ได้ (พิกัด 100% Ah ไม่มีปัญหา ลองใช้กรดตะกั่ว!) ช่วยให้ชาร์จได้รวดเร็ว มีการปิดผนึกจึงไม่เกิดควัน และมีอัตราการคายประจุเองต่ำมาก ( 3% ต่อเดือนหรือน้อยกว่า)

ขนาดธนาคารแบตเตอรี่สำหรับ LFP

เราบอกเป็นนัยถึงสิ่งนี้ข้างต้น: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความจุที่ใช้งานได้ 100% ในขณะที่กรดตะกั่วจะสิ้นสุดที่ 80% นั่นหมายความว่าคุณสามารถปรับขนาดแบตเตอรีแบต LFP ให้เล็กกว่าแบตเตอรีกรดตะกั่วได้ และยังคงใช้งานได้เหมือนเดิม ตัวเลขแนะนำว่า LFP สามารถมีขนาดกรดตะกั่วได้ถึง 80% ต่อชั่วโมง ยังมีอะไรมากกว่านี้

สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ไม่ควรกำหนดขนาดแบตเตอรีเมื่อพบว่ามีการคายประจุต่ำกว่า 50% SOC เป็นประจำ ด้วย LFP นั่นไม่ใช่ปัญหา! ประสิทธิภาพการใช้พลังงานไป-กลับสำหรับ LFP ค่อนข้างดีกว่ากรดตะกั่วเล็กน้อยเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานน้อยลงในการเติมถังหลังจากปล่อยประจุออกไปในระดับหนึ่ง ซึ่งส่งผลให้ฟื้นตัวเร็วขึ้นเป็น 100% ในขณะที่เรามีแบตเตอรีสำรองที่เล็กลงอยู่แล้ว ซึ่งยิ่งตอกย้ำผลกระทบนี้มากยิ่งขึ้น

สิ่งสำคัญที่สุดคือ เราจะสบายใจที่จะกำหนดขนาดแบตเตอรีลิเธียมไอออนที่ 75% ของขนาดแบตเตอรีตะกั่วกรดที่เทียบเท่ากัน และคาดหวังประสิทธิภาพที่เท่าเดิม (หรือดีกว่า!) รวมถึงในวันที่มืดมนในฤดูหนาวที่แสงแดดไม่เพียงพอ

แต่เดี๋ยวก่อน!

ลิเธียมไอออนคือคำตอบสำหรับปัญหาแบตเตอรี่ทั้งหมดของเราจริงหรือ ก็ไม่เชิง...

แบตเตอรี่ LFP ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน สิ่งที่ยิ่งใหญ่คืออุณหภูมิ: คุณไม่สามารถชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งหรือเป็นศูนย์องศาเซนติเกรดได้ กรดตะกั่วไม่สามารถสนใจเรื่องนี้ได้น้อยลง คุณยังคงสามารถคายประจุแบตเตอรี่ได้ (เมื่อความจุลดลงชั่วคราว) แต่การชาร์จจะไม่เกิดขึ้น BMS ควรระมัดระวังในการปิดกั้นการชาร์จที่อุณหภูมิเยือกแข็ง หลีกเลี่ยงความเสียหายจากอุบัติเหตุ

อุณหภูมิยังเป็นปัญหาในระดับสูงอีกด้วย สาเหตุเดียวที่ใหญ่ที่สุดของการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่คือการใช้งานหรือแม้กระทั่งเพียงการจัดเก็บที่อุณหภูมิสูง สูงถึงประมาณ 30 องศาเซนติเกรดก็ไม่มีปัญหา แม้แต่อุณหภูมิ 45 องศาก็ไม่ต้องรับโทษมากเกินไป อะไรก็ตามที่สูงกว่านั้นจะช่วยเร่งการแก่ชราและท้ายที่สุดก็ทำให้แบตเตอรี่หมดในที่สุด ซึ่งรวมถึงการเก็บแบตเตอรี่เมื่อไม่ได้ปั่นจักรยานด้วย เราจะพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังเมื่อหารือเกี่ยวกับความล้มเหลวของแบตเตอรี่ LFP

มีปัญหาแอบแฝงที่อาจเกิดขึ้นเมื่อใช้แหล่งชาร์จที่อาจจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูง: เมื่อแบตเตอรี่เต็ม แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเว้นแต่แหล่งชาร์จจะหยุดชาร์จ หากเพิ่มขึ้นเพียงพอ BMS จะป้องกันแบตเตอรี่และถอดแบตเตอรี่ออก ปล่อยให้แหล่งชาร์จนั้นเพิ่มสูงขึ้นอีก! นี่อาจเป็นปัญหากับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของไดชาร์จรถยนต์ (ไม่ดี) ซึ่งจำเป็นต้องดูโหลดอยู่เสมอ ไม่เช่นนั้นแรงดันไฟฟ้าจะพุ่งสูงขึ้น และไดโอดจะปล่อยควันเวทย์มนตร์ออกมา นี่อาจเป็นปัญหากับกังหันลมขนาดเล็กที่ต้องอาศัยแบตเตอรี่เพื่อควบคุมกังหันลม พวกมันสามารถวิ่งหนีได้เมื่อแบตเตอรี่หมด

แล้วมีราคาซื้อเริ่มต้นที่สูงชัน ชันมาก!

แต่เราพนันได้เลยว่าคุณยังคงต้องการมัน!...

แบตเตอรี่ LiFePO4 ทำงานอย่างไร

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเรียกว่าแบตเตอรี่ประเภท 'เก้าอี้โยก' โดยจะย้ายไอออน ในกรณีนี้คือ ลิเธียมไอออน จากขั้วลบไปยังขั้วบวกเมื่อคายประจุ และกลับมาอีกครั้งเมื่อชาร์จ ภาพวาดทางด้านขวาแสดงสิ่งที่เกิดขึ้นภายใน ลูกบอลสีแดงเล็กๆ คือลิเธียมไอออนที่เคลื่อนที่ไปมาระหว่างขั้วไฟฟ้าลบและขั้วบวก ทางด้านซ้ายคืออิเล็กโทรดบวก ซึ่งสร้างจากลิเธียมเหล็ก-ฟอสเฟต (LiFePO4) น่าจะช่วยอธิบายชื่อแบตเตอรี่ประเภทนี้ได้นะ! ไอออนของเหล็กและฟอสเฟตจะสร้างกริดที่ดักจับลิเธียมไอออนอย่างหลวมๆ เมื่อเซลล์ได้รับประจุ ลิเธียมไอออนเหล่านั้นจะถูกดึงผ่านเมมเบรนที่อยู่ตรงกลางไปยังขั้วลบทางด้านขวา เมมเบรนทำจากโพลีเมอร์ชนิดหนึ่ง (พลาสติก) โดยมีรูพรุนเล็กๆ จำนวนมาก ทำให้ลิเธียมไอออนทะลุผ่านได้ง่าย ในด้านลบ เราพบโครงตาข่ายที่ทำจากอะตอมคาร์บอน ซึ่งสามารถดักจับและกักเก็บลิเธียมไอออนที่ข้ามผ่านได้

การคายประจุแบตเตอรี่จะทำสิ่งเดียวกันในทางกลับกัน เมื่ออิเล็กตรอนไหลออกไปผ่านอิเล็กโทรดลบ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่อีกครั้งผ่านเมมเบรน และกลับไปยังโครงตาข่ายเหล็ก-ฟอสเฟต พวกมันจะถูกเก็บไว้ที่ด้านบวกอีกครั้งจนกว่าแบตเตอรี่จะถูกชาร์จอีกครั้ง

หากคุณให้ความสนใจจริงๆ ตอนนี้คุณคงเข้าใจแล้วว่ารูปวาดแบตเตอรี่ทางด้านขวาแสดงแบตเตอรี่ LFP ที่คายประจุจนเกือบหมด ลิเธียมไอออนเกือบทั้งหมดอยู่ที่ด้านข้างของอิเล็กโทรดบวก แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วจะมีลิเธียมไอออนทั้งหมดเก็บไว้ภายในคาร์บอนของขั้วลบ

ในโลกแห่งความเป็นจริง เซลล์ลิเธียมไอออนถูกสร้างขึ้นจากฟอยล์อลูมิเนียม – โพลีเมอร์ – ทองแดงสลับชั้นบางมาก โดยมีสารเคมีวางอยู่ บ่อยครั้งที่พวกมันถูกม้วนเหมือนเยลลี่โรล และใส่ในกระป๋องเหล็ก เหมือนกับแบตเตอรี่ AA แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 12 โวลต์ที่คุณซื้อทำจากเซลล์จำนวนมาก เชื่อมต่อแบบอนุกรมและขนานเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและความจุแอมป์-ชั่วโมง แต่ละเซลล์จะมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 3.3 โวลต์ ดังนั้น 4 เซลล์ในซีรีส์นี้จะได้ 13.2 โวลต์ นั่นเป็นเพียงแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12 โวลต์!

การชาร์จแบตเตอรี่ LFP

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปส่วนใหญ่ไม่มีปัญหาในการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการจะคล้ายกันมากกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้สำหรับแบตเตอรี่ AGM (แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบปิดผนึกชนิดหนึ่ง) BMS ช่วยด้วยเช่นกัน เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์แบตเตอรี่เห็นแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง ไม่ถูกชาร์จเกินหรือคายประจุมากเกินไป โดยจะปรับสมดุลของเซลล์และทำให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของเซลล์อยู่ในเหตุผลขณะกำลังชาร์จ

กราฟด้านล่างแสดงโปรไฟล์ทั่วไปของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่กำลังชาร์จ เพื่อให้อ่านง่ายขึ้น แรงดันไฟฟ้าได้ถูกแปลงเป็นสิ่งที่ชุดแบตเตอรี่ LFP 12 โวลต์จะเห็น (4 เท่าของแรงดันไฟฟ้าเซลล์เดียว)

ที่แสดงในกราฟคืออัตราการชาร์จ 0.5C หรือครึ่งหนึ่งของความจุ Ah หรืออีกนัยหนึ่งสำหรับแบตเตอรี่ 100Ah จะเป็นอัตราการชาร์จ 50 แอมป์ แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ (สีแดง) จะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักสำหรับอัตราการชาร์จที่สูงขึ้นหรือต่ำลง (สีน้ำเงิน) แบตเตอรี่ LFP มีกราฟแรงดันไฟฟ้าที่แบนมาก

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จในสองขั้นตอน: ขั้นแรก กระแสไฟจะคงที่ หรือด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ PV ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่าเราพยายามส่งกระแสไฟไปยังแบตเตอรี่ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้จากดวงอาทิตย์ แรงดันไฟฟ้าจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นในช่วงเวลานี้ จนกระทั่งถึงแรงดันไฟฟ้า 'ดูดซับ' ซึ่งเป็น 14.6V ในกราฟด้านบน เมื่อถึงการดูดซับ แบตเตอรี่จะเต็มประมาณ 90% และเพื่อเติมเต็มส่วนที่เหลือ แรงดันไฟฟ้าจะคงที่ในขณะที่กระแสไฟฟ้าค่อยๆ ลดลง เมื่อกระแสไฟลดลงเหลือประมาณ 5% – 10% ของระดับ Ah ของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่จะอยู่ที่สถานะการชาร์จ 100%

ในหลาย ๆ ด้านแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จได้ง่ายกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด: ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จสูงพอที่จะทำให้ไอออนเคลื่อนที่ แบตเตอรี่ก็จะชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่สนใจว่าแบตเตอรี่จะชาร์จไม่เต็ม 100% จริงๆ แล้วแบตเตอรี่จะมีอายุการใช้งานนานกว่าหากไม่ได้ชาร์จ ไม่มีซัลเฟต ไม่มีการปรับสมดุล เวลาในการดูดซับไม่สำคัญ คุณไม่สามารถชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไปได้ และ BMS จะดูแลเรื่องต่างๆ ให้อยู่ในขอบเขตที่เหมาะสม

แรงดันไฟฟ้าเพียงพอที่จะทำให้ไอออนเหล่านั้นเคลื่อนที่ได้? การทดลองเล็กๆ น้อยๆ แสดงให้เห็นว่า 13.6 โวลต์ (3.4V ต่อเซลล์) เป็นจุดตัด ต่ำกว่านั้นเกิดขึ้นน้อยมาก ในขณะที่สูงกว่านั้นแบตเตอรี่จะเต็มอย่างน้อย 95% โดยให้เวลาเพียงพอ ที่ 14.0 โวลต์ (3.5V ต่อเซลล์) แบตเตอรี่จะชาร์จได้สูงถึง 95+ เปอร์เซ็นต์อย่างง่ายดายโดยใช้เวลาดูดซับเพียงไม่กี่ชั่วโมง และสำหรับจุดประสงค์และวัตถุประสงค์ทั้งหมด การชาร์จระหว่าง 14.0 หรือสูงกว่านั้นมีความแตกต่างเล็กน้อย แต่สิ่งต่างๆ จะเกิดขึ้นเร็วขึ้นเล็กน้อยที่ 14.2 โวลต์ขึ้นไป.

เป็นกลุ่ม/ดูดซับแรงดันไฟฟ้า

โดยสรุป การตั้งค่าปริมาณมาก/ดูดซับระหว่าง 14.2 ถึง 14.6 โวลต์จะใช้งานได้ดีกับ LiFePO4! ลดได้ด้วยเช่นกัน โดยลดลงเหลือประมาณ 14.0 โวลต์ โดยต้องอาศัยเวลาดูดซับด้วย แรงดันไฟฟ้าอาจสูงขึ้นเล็กน้อย BMS สำหรับแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะยอมให้ไฟประมาณ 14.8 – 15.0 โวลต์ก่อนที่จะถอดแบตเตอรี่ แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะไม่มีประโยชน์ และมีความเสี่ยงมากขึ้นที่จะถูกตัดโดย BMS และอาจเกิดความเสียหายได้

แรงดันไฟฟ้าลอย

ไม่จำเป็นต้องลอยแบตเตอรี่ LFP อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จมีสิ่งนี้เนื่องจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีอัตราการคายประจุในตัวเองสูง จึงสมเหตุสมผลที่จะปล่อยประจุให้มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อให้แบตเตอรี่มีความสุข สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะไม่ดีนักหากแบตเตอรี่มีสถานะการชาร์จสูงอยู่ตลอดเวลา ดังนั้นหากตัวควบคุมการชาร์จของคุณไม่สามารถปิดใช้งานโฟลตได้ ให้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำเพียงพอจนไม่มีการชาร์จจริงเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าใดๆ ที่ 13.6 โวลต์หรือน้อยกว่าก็สามารถใช้ได้

ปรับแรงดันไฟฟ้าให้เท่ากัน

เมื่อแรงดันไฟฟ้าชาร์จเกิน 14.6 โวลต์ไม่สนับสนุนอย่างมาก ควรชัดเจนว่าไม่ควรทำการปรับสมดุลให้กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน! หากไม่สามารถปิดใช้งานอีควอไลซ์ได้ ให้ตั้งค่าเป็น 14.6V หรือน้อยกว่า เพื่อให้กลายเป็นเพียงรอบการชาร์จแบบดูดซับปกติ

ดูดซับเวลา

มีหลายสิ่งที่ต้องกล่าวง่ายๆ เพียงตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าดูดซับเป็น 14.4V หรือ 14.6V แล้วหยุดชาร์จทันทีที่แบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้านั้น! กล่าวโดยสรุป คือ ระยะเวลาดูดซับเป็นศูนย์ (หรือสั้น) เมื่อถึงจุดนั้น แบตเตอรี่ของคุณจะเต็มประมาณ 90% แบตเตอรี่ LiFePO4 จะมีความสุขมากขึ้นในระยะยาวเมื่อไม่ได้อยู่ที่ SOC 100% นานเกินไป ดังนั้นแนวทางปฏิบัตินี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้ หากคุณต้องมี SOC 100% ในแบตเตอรี่ของคุณอย่างแน่นอน การดูดซับจะทำอย่างนั้น! จะบรรลุผลอย่างเป็นทางการเมื่อกระแสไฟชาร์จลดลงเหลือ 5% - 10% ของระดับ Ah ของแบตเตอรี่ ดังนั้น 5 - 10 แอมป์สำหรับแบตเตอรี่ 100Ah หากคุณไม่สามารถหยุดดูดซับตามกระแสได้ ให้ตั้งเวลาดูดซับไว้ที่ประมาณ 2 ชั่วโมงและเรียกเป็นรายวัน

การชดเชยอุณหภูมิ

แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่ต้องการการชดเชยอุณหภูมิ! โปรดปิดสวิตช์นี้ในตัวควบคุมการชาร์จ ไม่เช่นนั้นแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จจะดับลงอย่างมากเมื่อมีอุณหภูมิอุ่นหรือเย็นมาก

อย่าลืมตรวจสอบการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าของตัวควบคุมการชาร์จกับค่าที่วัดจริงด้วยมัลติมิเตอร์แบบดิจิทัลคุณภาพดี! การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยอาจส่งผลกระทบอย่างมากเมื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน! เปลี่ยนการตั้งค่าการชาร์จตามนั้น!

การคายประจุแบตเตอรี่ LFP

ต่างจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะคงที่มากในระหว่างการคายประจุ นั่นทำให้เป็นการยากที่จะทำนายสถานะการชาร์จจากแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว สำหรับแบตเตอรี่ที่มีโหลดปานกลาง เส้นโค้งการคายประจุจะเป็นดังนี้

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะอยู่ที่ประมาณ 13.2 โวลต์ โดยส่วนใหญ่ระหว่างคายประจุ มันเปลี่ยนแปลงเพียง 0.2 โวลต์ตลอดทางจาก 99% ถึง 30% SOC เมื่อไม่นานมานี้ เป็นความคิดที่แย่มาก™ ที่จะลด SOC ต่ำกว่า 20% สำหรับแบตเตอรี่ LiFePO4 สิ่งนี้เปลี่ยนไป และการครอบตัดของแบตเตอรี่ LFP ในปัจจุบันจะคายประจุอย่างสนุกสนานจนเหลือ 0% เป็นเวลาหลายรอบ อย่างไรก็ตาม มีประโยชน์ในการปั่นจักรยานให้ลึกน้อยลง ไม่ใช่แค่การขี่จักรยานไปที่ 30% SOC จะทำให้คุณได้รับรอบเพิ่มขึ้น 1/3 รอบ เทียบกับการปั่นจักรยานลงเหลือ 0% แบตเตอรี่ของคุณน่าจะใช้งานได้นานกว่านั้น ตัวเลขที่ยากนั้นก็ยากที่จะได้มา แต่การลดลงเหลือ 50% SOC ดูเหมือนว่าจะแสดงอายุการใช้งานของวงจรประมาณ 3 เท่าเทียบกับการปั่นจักรยาน 100%

ด้านล่างนี้เป็นตารางที่แสดงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่สำหรับชุดแบตเตอรี่ 12 โวลต์เทียบกับความลึกของการคายประจุ นำค่าแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ไปผสมกับเกลือเล็กน้อย เส้นโค้งการคายประจุจะแบนมากจนยากที่จะระบุ SOC จากแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว ความแปรผันเล็กน้อยของโหลด และความแม่นยำของโวลต์มิเตอร์จะทำให้การวัดล้มเหลว

การจัดเก็บแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน  

อัตราการคายประจุเองที่ต่ำมากทำให้ง่ายต่อการจัดเก็บแบตเตอรี่ LFP แม้จะใช้เวลานานกว่าก็ตาม การวางแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไว้เป็นเวลาหนึ่งปีไม่ใช่เรื่องยาก เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่มีประจุอยู่บ้างก่อนนำไปจัดเก็บ บางอย่างระหว่าง 50% - 70% ถือว่าใช้ได้ ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่ใช้งานได้นานมากก่อนที่จะคายประจุเองจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเข้าใกล้จุดอันตราย

การจัดเก็บแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งก็เป็นเรื่องปกติ โดยจะไม่เป็นน้ำแข็งและไม่สนใจอุณหภูมิมากนัก พยายามหลีกเลี่ยงการเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูง (45 องศาเซลเซียสขึ้นไป) และพยายามหลีกเลี่ยงการเก็บไว้จนเต็มถ้าเป็นไปได้ (หรือใกล้จะหมด)

หากคุณต้องการเก็บแบตเตอรี่ไว้เป็นเวลานาน อย่าลืมถอดสายไฟทั้งหมดออกจากแบตเตอรี่ ด้วยวิธีนี้จะไม่มีการหลงทางที่ทำให้แบตเตอรี่หมดอย่างช้าๆ

การสิ้นสุดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของคุณ

เราได้ยินคุณหายใจไม่ออกด้วยความสยดสยอง ความคิดที่ว่าแบตเตอรี LFP อันมีค่าของคุณจะไม่ทำให้คุณรู้สึกหนาวสั่นอีกต่อไป! อนิจจาทุกสิ่งที่ดีในที่สุดก็ต้องจบลง สิ่งที่เราต้องการป้องกันคือการสิ้นสุดของชนิดก่อนเวลาอันควร และเพื่อทำเช่นนั้น เราต้องเข้าใจว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนตายได้อย่างไร

ผู้ผลิตแบตเตอรี่พิจารณาว่าแบตเตอรี่ "หมด" เมื่อความจุลดลงเหลือ 80% ของที่ควรจะเป็น ดังนั้น สำหรับแบตเตอรี่ขนาด 100Ah แบตเตอรี่จะสิ้นสุดเมื่อความจุลดลงเหลือ 80Ah มีสองกลไกในการทำงานต่อการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ของคุณ: การปั่นจักรยานและการเสื่อมสภาพ แต่ละครั้งที่คุณคายประจุและชาร์จแบตเตอรี่ใหม่ มันจะสร้างความเสียหายเล็กน้อย และคุณจะสูญเสียความจุไปเล็กน้อย แต่แม้ว่าคุณจะใส่แบตเตอรี่อันมีค่าของคุณไว้ในศาลเจ้าที่ล้อมรอบด้วยกระจกที่สวยงาม และไม่เคยถูกปั่นจักรยาน แต่แบตเตอรี่ก็ยังจะสิ้นสุดลง อันสุดท้ายเรียกว่าชีวิตในปฏิทิน

เป็นเรื่องยากที่จะหาข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับอายุการใช้งานของปฏิทินสำหรับแบตเตอรี่ LiFePO4 แต่มีข้อมูลน้อยมาก มีการศึกษาทางวิทยาศาสตร์บางเรื่องเกี่ยวกับผลกระทบของอุณหภูมิสุดขั้ว (ในอุณหภูมิและ SOC) ที่มีต่อชีวิตในปฏิทิน และการศึกษาเหล่านั้นช่วยกำหนดขีดจำกัด สิ่งที่เรารวบรวมคือ หากคุณไม่ใช้แบตเตอรีของคุณในทางที่ผิด หลีกเลี่ยงการใช้งานแบบสุดขั้ว และโดยทั่วไปเพียงใช้แบตเตอรี่ของคุณภายในขอบเขตที่เหมาะสม จะมีขีดจำกัดสูงสุดประมาณ 20 ปีในชีวิตตามปฏิทิน

นอกจากเซลล์ที่อยู่ภายในแบตเตอรี่แล้ว ยังมี BMS ซึ่งทำจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย เมื่อ BMS ล้มเหลว แบตเตอรี่ของคุณก็จะล้มเหลวเช่นกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มี BMS ในตัวยังใหม่เกินไป และเราจะต้องตรวจสอบ แต่ท้ายที่สุดแล้ว ระบบการจัดการแบตเตอรี่จะต้องคงอยู่ได้ตราบเท่าที่เซลล์ลิเธียมไอออนยังทำได้เช่นกัน

กระบวนการภายในแบตเตอรี่สมคบคิดเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อเคลือบชั้นขอบเขตระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ด้วยสารประกอบทางเคมีที่ป้องกันไม่ให้ลิเธียมไอออนเข้าและออกจากอิเล็กโทรด นอกจากนี้ กระบวนการยังจับลิเธียมไอออนเข้ากับสารประกอบทางเคมีใหม่ ดังนั้นจึงไม่สามารถเคลื่อนย้ายจากอิเล็กโทรดไปยังอิเล็กโทรดได้อีกต่อไป กระบวนการเหล่านั้นจะเกิดขึ้นไม่ว่าเราจะทำอะไรก็ตาม แต่กระบวนการเหล่านั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก! รักษาแบตเตอรี่ของคุณให้ต่ำกว่า 30 องศาเซนติเกรด และแบตเตอรี่จะช้ามาก เกิน 45 องศาเซนติเกรดแล้วทุกอย่างก็เร็วขึ้นมาก! ศัตรูสาธารณะ # 1 สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือความร้อน!

อายุการใช้งานของปฏิทินยังมีอีกหลายอย่างและความเร็วของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่จะมีอายุ: สถานะการชาร์จก็มีส่วนเกี่ยวข้องเช่นกัน แม้ว่าอุณหภูมิสูงจะไม่ดี แต่จริงๆ แล้วแบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ชอบที่จะอยู่ที่ 0% SOC และอุณหภูมิสูงมาก! แย่เช่นกัน แม้ว่าจะไม่แย่เท่ากับ 0% SOC แต่สำหรับพวกเขาที่ต้องนั่งที่ 100% SOC และอุณหภูมิสูง อุณหภูมิที่ต่ำมากมีผลกระทบน้อย ตามที่เราได้พูดคุยไปแล้ว คุณไม่สามารถ (และ BMS จะไม่อนุญาตให้คุณ) ชาร์จแบตเตอรี่ LFP ที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ปรากฎว่าการปล่อยทิ้งไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (ในขณะที่เป็นไปได้) จะส่งผลต่อการแก่ชราอย่างรวดเร็วเช่นกัน ไม่มีที่ไหนเลวร้ายเท่ากับการปล่อยแบตเตอรี่ทิ้งไว้ที่อุณหภูมิสูง แต่ถ้าคุณต้องปล่อยให้แบตเตอรี่อยู่ในอุณหภูมิที่เย็นจัด ก็ควรทำเช่นนั้นในขณะที่ไม่ได้ชาร์จหรือคายประจุและมีก๊าซอยู่ในถัง (แม้ว่าจะไม่ใช่ เต็มถัง) โดยทั่วไปแล้ว ควรเก็บแบตเตอรี่เหล่านี้ไว้ที่ประมาณ 50% - 60% SOC หากต้องการจัดเก็บในระยะยาว

แบตเตอรี่ละลาย

หากคุณต้องการทราบจริงๆ จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประจุต่ำกว่าจุดเยือกแข็งก็คือลิเธียมที่เป็นโลหะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรดลบ (คาร์บอน) ไม่ใช่ในทางที่ดีเช่นกัน มันเติบโตในโครงสร้างที่แหลมคมเหมือนเข็ม ซึ่งในที่สุดจะเจาะเมมเบรนและทำให้แบตเตอรี่หมด (นำไปสู่เหตุการณ์การถอดแยกชิ้นส่วนอย่างรวดเร็วโดยไม่ได้กำหนดไว้อย่างน่าตื่นตาตื่นใจดังที่ NASA เรียกมันว่า เกี่ยวข้องกับควัน ความร้อนจัด และอาจเป็นไปได้ทีเดียว เปลวไฟด้วยเช่นกัน) โชคดีสำหรับเรา นี่คือสิ่งที่ BMS ป้องกันไม่ให้เกิดขึ้น

เรากำลังก้าวไปสู่วงจรชีวิต กลายเป็นเรื่องปกติที่จะต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลายพันรอบ แม้ว่าจะชาร์จจนเต็ม 100% แล้วก็ตาม มีบางสิ่งที่คุณสามารถทำได้เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของวงจรให้สูงสุด

เราคุยกันว่ายังไงบ้าง แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต งาน: พวกมันเคลื่อนย้ายลิเธียมไอออนระหว่างอิเล็กโทรด สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าสิ่งเหล่านี้เป็นอนุภาคทางกายภาพของจริงและมีขนาดตามนั้น พวกมันจะถูกดึงออกจากอิเล็กโทรดอันหนึ่งและยัดเข้าไปในอีกอิเล็กโทรด แต่ละครั้งที่คุณชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ สิ่งนี้ทำให้เกิดความเสียหาย โดยเฉพาะคาร์บอนของอิเล็กโทรดลบ แต่ละครั้งที่ชาร์จแบตเตอรี่ อิเล็กโทรดจะพองตัวเล็กน้อย และการคายประจุแต่ละครั้งก็จะเพรียวบางลงอีกครั้ง เมื่อเวลาผ่านไปทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กมาก ด้วยเหตุนี้การชาร์จต่ำกว่า 100% เล็กน้อยจะทำให้คุณมีรอบการทำงานมากขึ้น และทำให้การชาร์จเกิน 0% เล็กน้อย นอกจากนี้ ให้คิดว่าไอออนเหล่านั้นทำให้เกิด "แรงดัน" และตัวเลขสถานะการชาร์จที่รุนแรงจะออกแรงกดดันมากขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อแบตเตอรี่ นั่นคือสาเหตุที่แบตเตอรี่ LFP ไม่ชอบทิ้งที่ 100% SOC หรือชาร์จแบบลอยตัวที่ (ใกล้) 100%

ความเร็วของลิเธียมไอออนที่ถูกดึงมาที่นี่และยังส่งผลต่ออายุการใช้งานของวงจรด้วย จากที่กล่าวมาข้างต้น จึงไม่น่าแปลกใจเลย ในขณะที่ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต จะทำการชาร์จและการคายประจุที่อุณหภูมิ 1C เป็นประจำ (เช่น 100 แอมป์สำหรับแบตเตอรี่ขนาด 100Ah) คุณจะเห็นรอบการใช้แบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น หากคุณจำกัดค่านี้ไว้ที่ค่าที่สมเหตุสมผลมากขึ้น แบตเตอรี่กรดตะกั่วมีขีดจำกัดประมาณ 20% ของระดับ Ah และการคงอยู่ภายในระดับนี้สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีประโยชน์สำหรับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นเช่นกัน

ปัจจัยสุดท้ายที่ควรกล่าวถึงคือแรงดันไฟฟ้า แม้ว่านี่คือสิ่งที่ BMS ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมจริงๆ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าแคบสำหรับทั้งการชาร์จและการคายประจุ การออกไปนอกหน้าต่างนั้นอย่างรวดเร็วส่งผลให้เกิดความเสียหายถาวร และในระดับสูงอาจเกิดเหตุการณ์ RUD ที่เป็นไปได้ (การพูดคุยของ NASA ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้) สำหรับ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต หน้าต่างนั้นมีค่าประมาณ 8.0V (2.0V ต่อเซลล์) ถึง 16.8 โวลต์ (4.2V ต่อเซลล์) BMS ในตัวควรดูแลให้แบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตที่กำหนด

บทเรียนแบบนำกลับบ้าน

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร สิ่งที่พวกเขาชอบและไม่ชอบ และความล้มเหลวในที่สุด มีคำแนะนำบางประการที่ต้องคำนึงถึง เราได้จัดทำรายการเล็กๆ น้อยๆ ไว้ด้านล่างนี้ หากคุณจะไม่ทำอะไรอย่างอื่นเลย โปรดคำนึงถึงสองข้อแรก เนื่องจากสิ่งเหล่านี้มีผลกระทบมากที่สุดต่อเวลาโดยรวมที่คุณจะได้เพลิดเพลินกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของคุณ! การเอาใจใส่ผู้อื่นก็ช่วยได้เช่นกัน เพื่อให้แบตเตอรี่ของคุณใช้งานได้นานขึ้น

โดยสรุป เพื่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ LFP ที่ยาวนานและมีความสุข ตามลำดับความสำคัญ คุณควรคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้:

รักษาอุณหภูมิแบตเตอรี่ให้ต่ำกว่า 45 องศาเซนติเกรด (ต่ำกว่า 30C ถ้าเป็นไปได้) - นี่สำคัญที่สุด!!
เก็บกระแสประจุและคายประจุไว้ต่ำกว่า 0.5C (แนะนำ 0.2C)
รักษาอุณหภูมิแบตเตอรี่ให้สูงกว่า 0 องศาเซนติเกรดเมื่อคายประจุถ้าเป็นไปได้ - สิ่งนี้และทุกสิ่งด้านล่างไม่มีความสำคัญเท่ากับสองข้อแรก
อย่าหมุนเวียนต่ำกว่า 10% – 15% SOC เว้นแต่จำเป็นจริงๆ
อย่าลอยแบตเตอรี่ที่ 100% SOC หากเป็นไปได้
อย่าเรียกเก็บเงิน SOC 100% หากคุณไม่ต้องการ

แค่นั้นแหละ! ตอนนี้คุณก็สามารถค้นพบความสุขและเติมเต็มชีวิตด้วยแบตเตอรี่ LiFePO4 ของคุณได้เช่นกัน!