Як знайти щастя з акумуляторами LifePO4 (літій-іон)

Ціни літій-іонних батарей

Ця стаття розповість про одну конкретну категорію літій-іонних акумуляторів;Літій-залізо-фосфат або LifePO4 у його хімічній формулі, також скорочувались як батареї LFP.Вони трохи відрізняються від того, що у вас є у своєму мобільному телефоні та ноутбуці, це (здебільшого) літієві-кобальтові батареї.Перевага LFP полягає в тому, що він набагато стабільніший, а не схильний до самозабелення.LFP також триває довше порівняно з літієм-кобальтом і є більш стійким до температури.З усіх різних технологій літієвих акумуляторів там це робить LFP, що найкраще підходить для застосувань глибокого циклу!

Ми припустимо, що акумулятор має BMS або систему управління акумуляторами, як це роблять майже всі акумулятори LFP, які продаються у вигляді упаковки 12/24/48.BMS піклується про захист акумулятора;Він відключає акумулятор, коли його викидають, або загрожує перевищити зарядку.The BMS also takes care of limiting the charge and discharge currents, monitors cell temperature (and curtails charge/discharge if needed), and most will balance the cells each time a full charge is done (think of balancing as bringing all the cells inside the Акумуляторний пакет до того ж найсучаснішого, подібний до вирівнювання для свинцево-кислотної батареї).Якщо ви не любите жити на краю, не купуйте акумулятор без BMS!

Будьте обережні, що ви вірите, там багато дезінформації!

Чому літій-іон?

Ми пояснили в нашій статті акумулятора свинцю-кислоти, як ахіллова каблука цієї хімії занадто довго сидить за частковою зарядкою.Занадто легко подумати дорогий банк-кислотний батарея за місяцями, дозволяючи йому сидіти за частковою зарядкою.Це дуже інакше для LFP!Ви можете дозволити літій-іонним акумуляторам сидіти за частковим зарядом назавжди без пошкоджень.

Але почекай!Є більше!

Літій-іонні батареї-це майже святий Грааль акумуляторів: з правильними параметрами заряду ви майже можете забути, що є акумулятор.Технічне обслуговування немає.BMS подбає про це, і ви можете із задоволенням від'їхати!

Але почекай!Є ще більше!(Будь -яка схожість з певними рекламними роликами є суто випадковою, і, чесно кажучи, ми обурюємось пропозицією!) ...

Акумулятори LFP також можуть тривати дуже довго.наш BSLBATT LFP батареї оцінюються за 3000 циклів, при повному 100% циклу заряду/розряду.Якщо ви це робили щодня, це робить більше 8 років їзди на велосипеді!

Але почекай!Ще більше! ...

Акумулятор LilePO4 також важить менше 1/2 свинцево-кислотної акумулятора подібної ємності.It can handle large charge currents (100% of Ah rating is no problem, try that with lead-acid!), allowing for rapid charging, it is sealed so there are no fumes, and it has a very low self-discharge rate ( 3% на місяць або менше).

Розмір банку акумулятора для LFP

Ми натякнули на це вище: літій-іонні батареї мають 100% корисну ємність, тоді як свинцева кислота справді закінчується на 80%.Це означає, що ви можете розміщувати банк акумулятора LFP менше, ніж банк-кислотник, і все-таки його функціонально.Цифри говорять про те, що LFP може становити 80% розміру AMP-години свинцю.У цьому є більше.

Для акумуляторних батарей з довговічності не слід розміщувати, де вони регулярно бачать скидання нижче 50% SOC.З LFP це не проблема!Це призводить до швидшого відновлення до 100%, в той час як у нас вже був менший банк акумулятора, підкреслюючи цей ефект ще більше.

У тому числі в ті темні зимові дні, коли сонце не вистачає.

Але зачекайте хвилину!

Чи дійсно літій-іон є рішенням для всіх наших акумуляторів?Ну, не зовсім ...

Акумулятори LFP теж мають свої обмеження.Велика-це температура: ви не можете заряджати літій-іонний акумулятор нижче замерзання або нульового центри.Кислота свинцю не могла менше піклуватися про це.Ви все ще можете виписати акумулятор (при тимчасовій втраченні потужності), але зарядка не відбудеться.БМ повинні подбати про те, щоб заблокувати зарядку при заморожуванні температури, уникаючи випадкових пошкоджень.

Температура також є проблемою на високому кінці.Найбільшою причиною старіння батарей є використання або навіть просто зберігання при високих температурах.До приблизно 30 центів, проблем немає.Навіть 45 Centigrade не має занадто великого покарання.Все, що вище дійсно прискорює старіння і, зрештою, кінець акумулятора, хоча.Це включає зберігання акумулятора, коли він не їздить на велосипеді.Ми поговоримо про це детальніше пізніше, обговорюючи, як батареї LFP виходять з ладу.

Якщо він піднімається достатньо, BMS захистить акумулятор і відключіть його, залишивши це джерело зарядки, щоб ще більше піднятися!Це також може бути проблемою з невеликими вітрогенераторами, які покладаються на акумулятор, щоб тримати їх під контролем.Вони можуть втекти, коли акумулятор зникне.

Тоді є така крута, крута, початкова ціна покупки!

Але ми маємо об заклад, що ти все ще хочеш його! ...

Як працює акумулятор LifePO4?

Малюнок праворуч показує, що відбувається всередині.Маленькі червоні кульки - це іони літію, які рухаються вперед і назад між негативними та позитивними електродами. З лівого боку розташований позитивний електрод, побудований з літію-залізо-фосфату (LifePO4).Це повинно допомогти пояснити назву цього типу акумулятора!Іони заліза та фосфату утворюють сітку, яка вільно захоплює іони літію.Коли клітина заряджається, ці літієві іони протягуються через мембрану посередині, до негативного електрода праворуч.Мембрана виготовлена ​​з типу полімеру (пластику), з великою кількістю крихітних маленьких пор в ньому, що полегшує проходження іонів літію.З негативної сторони ми знаходимо решітку, виготовлені з атомів вуглецю, яка може вловити та утримувати ті іони літію, які перетинаються.

Викид акумулятора робить те саме в зворотному напрямку: коли електрони протікають через негативний електрод, іони літію знову йдуть на рух, через мембрану, назад до решітки залізо-фосфату.Вони знову зберігаються з позитивної сторони, поки акумулятор знову не заряджається.

Якщо ви дійсно звертали увагу, тепер ви розумієте, що малюнок акумулятора праворуч показує акумулятор LFP, який майже повністю виписаний.Майже всі іони літію знаходяться на стороні позитивного електрода.Повністю заряджений акумулятор мав би ці літієві іони, що зберігаються всередині вуглецю негативного електрода.

У реальному світі літій-іонні клітини побудовані з дуже тонких шарів чергування алюмінію-полімерних-мідних фольг, з хімічними речовинами, наклеєними на них.Часто вони згортаються, як желе-рол, і кладуть у сталеву каністру, як і акумулятор AA.12 вольт-літій-іонні батареї, які ви купуєте, виготовляються з багатьох з цих клітин, з'єднаних послідовно та паралельно для збільшення потужності напруги та години.Кожна комірка становить близько 3,3 вольту, тому 4 з них послідовно складають 13,2 вольт.Це лише права напруга для заміни 12-вольт-свинцево-кислотної батареї!

Заряджання акумулятора LFP

Більшість регулярних контролерів сонячних зарядів не мають проблем із зарядкою літій-іонних акумуляторів.Потрібні напруги дуже схожі на ті, що використовуються для акумуляторів AGM (тип герметичної свинцево-кислотної акумулятора).BMS також допомагає, переконавшись, що акумуляторні клітини бачать правильну напругу, не перезаряджаються або надмірно застеряжуються, він врівноважує клітини і гарантує, що температура клітин в межах їх заряджає.

На графіку нижче показано типовий профіль акумулятора LifePO4, який заряджається.Щоб полегшити читання напруги, було перетворено на те, що побачить 12-вольт-акумулятор LFP (4x одноклітинна напруга).

На графіку показано швидкість заряду 0,5 ° С або половина ємності AH, іншими словами для акумулятора 100AH, це було б швидкістю заряду 50 ампер.Напруга заряду (червоним кольором) насправді не зміниться на більш високу або нижчу частоту заряду (синій), акумулятори LFP мають дуже плоску криву напруги.

Літій-іонні батареї заряджаються на двох етапах: по-перше, струм зберігається постійним, або з сонячною ПВ, що, як правило, означає, що ми намагаємося і надсилаємо стільки ж струму в акумулятори, як доступні на сонці.Напруга буде повільно зростати протягом цього часу, поки вона не досягне напруги "поглинання", 14,6 В у графіку вище.Після досягнення вбиття акумулятор буде близько 90% наповненим, а для заповнення решти того, як напруга зберігається постійним, а струм повільно вимикається.Після того, як струм знизиться до приблизно 5%-10% рейтингу AH акумулятора, він знаходиться на 100% найсучаснішому.

Багато в чому літій-іонний акумулятор простіше заряджається, ніж акумулятор-кислота: до тих пір, поки напруга заряду достатньо висока для переміщення іонів, які вона заряджає.Літій-іонні батареї не хвилюються, чи вони не повністю на 100% заряджені, насправді вони тривають довше, якщо їх немає.Не існує сульфізації, що не вирівнюється, час поглинання насправді не має значення, ви насправді не можете переоцінити акумулятор, і BMS піклується про те, щоб утримувати речі в розумних межах.

То яка напруга достатньо, щоб ці іони рухалися?Трохи експерименту показує, що 13,6 вольт (3,4 В на клітину)-точка відсічення;Нижче цього дуже мало відбувається, в той час як акумулятор отримає щонайменше на 95%, враховуючи достатньо часу.При 14,0 вольт (3,5 В на комірку) акумулятор легко стягує до 95+ відсотків за кілька годин поглинання часу, а за всіма намірами та цілями є незначна різниця в зарядці між 14,0 або більшою напругою, речі просто трапляються трохи швидше на 14,2 Вольт і вище.

Напруга/поглинання напруги

Підсумовуючи це, настройка/поглинання між 14.2 та 14.6 Вольт буде чудово працювати для LifePO4!Нижче можливе теж, до приблизно 14,0 вольт, за допомогою певного часу поглинання.Трохи більші напруги можливі, BMS для більшості батарей дозволять приблизно 14,8 - 15,0 вольт перед відключенням акумулятора.Однак не має користі для більш високої напруги та більшого ризику скорочення BMS та, можливо, пошкодження.

Поплавкова напруга

Батареї LFP не повинні плавати.Контролери зарядки мають це, оскільки свинцеві акумулятори мають такий високий рівень самообанятості, що має сенс продовжувати плакати більше зарядки, щоб підтримувати їх щасливими.Для літій-іонних акумуляторів це не чудово, якщо акумулятор постійно сидить у високому найсучаснішому, тому якщо ваш контролер заряду не може відключити поплавок, просто встановіть його на досить низьку напругу, що фактична зарядка не відбудеться.Будь -яка напруга 13,6 вольт або менше.

Зрівняти напругу

Коли напруги заряду понад 14,6 вольт активно відлякують, слід зрозуміти, що не слід вирівняти з літій-іонною батареєю!Якщо вирівняти не можна відключити, встановіть його на 14,6 В або менше, тому він стає лише регулярним циклом заряду.

Поглинати час

Існує багато чого сказати для простого встановлення напруги Abrowb до 14,4 В або 14,6 В, а потім просто припиніть заряджати, як тільки акумулятор досягне цієї напруги!Коротше кажучи, нуль (або короткий) поглинає час.У цей момент ваш акумулятор буде близько 90%.Акумулятори LifePO4 будуть щасливішими в довгостроковій перспективі, коли вони не сидять на 100% SOC занадто довго, тому ця практика продовжить час роботи акумулятора.Якщо вам абсолютно доведеться мати 100% SOC у своєму акумуляторі, тоді поглинають це зроблять!Офіційно це досягається, коли струм заряду падає до 5% - 10% рейтингу AH акумулятора, тому 5 - 10 ампер для акумулятора 100AH.Якщо ви не можете зупинити поглинання на основі струму, тоді встановіть час поглинути час приблизно на 2 години і назвати його на день.

Компенсація температури

Батареї LifePO4 не потребують компенсації температури!Будь ласка, вимкніть це у своєму контролері заряду, інакше напруга заряду буде дико вимкнено, коли буде дуже тепло або холодно.

Не забудьте перевірити налаштування напруги контролера заряду проти тих, що фактично вимірюються за допомогою хорошої якості цифрового мультиметра!Невеликі зміни напруги можуть мати великий вплив при зарядці літій-іонного акумулятора!Змініть налаштування заряду відповідно!

Виписка акумулятора LFP

На відміну від свинцево-кислотних батарей, напруга літій-іонного акумулятора залишається дуже постійною під час розряду.Це ускладнює божественне сучасність лише від напруги.Для акумулятора з помірним навантаженням крива розряду виглядає наступним чином.

Більшу частину часу під час розряду напруга акумулятора буде близько 13,2 вольт.Він змінюється лише на 0,2 вольту на всьому протязі від 99% до 30% SOC.Не так давно було дуже поганою ідеєю ™ піднятися нижче 20% SOC для акумулятора LifePO4.Це змінилося, і поточний урожай акумуляторів LFP досить весело розрядиться аж до 0% протягом багатьох циклів.Однак є користь у їзді на велосипеді менш глибоко.Справа не лише в тому, що цикл до 30% SOC отримає на 1/3 більше циклів проти циклу до 0%, ваш акумулятор, ймовірно, буде жити більше циклів, ніж це.Важкі числа, ну, важко пройти, але, здається, на велосипеді до 50% SOC показує близько 3x цикл життя порівняно з велосипедом на 100%.

Нижче наведена таблиця, яка показує напругу акумулятора для 12-вольтового акумулятора проти глибини розрядження.Візьміть ці значення напруги з зерном солі, крива розряду настільки рівна, що насправді важко визначити СОК від напруги.Невеликі зміни навантаження та точність вольт -метра відкинуть вимірювання.

Зберігання літій-іонних батарей  

Дуже низька швидкість самообанктору дозволяє легко зберігати батареї LFP навіть протягом більш тривалих періодів.Немає проблеми відкласти літій-іонний акумулятор на рік, просто переконайтеся, що в ньому є певний заряд, перш ніж розміщувати його на зберігання.Щось між 50%-70%-це нормально, що дасть акумуляторію дуже довгий час, перш ніж саморозділ наблизить напругу до точки небезпеки.

Зберігання акумуляторів нижче замерзання - це добре, вони не замерзають і не дуже дбають про температуру.Постарайтеся уникати зберігання їх при високих температурах (45 сантиметрів і вище), і намагайтеся уникати зберігання їх повністю повним, якщо це можливо (або майже порожнім).

Якщо вам потрібно зберігати акумулятори довші періоди, не забудьте просто відключити від них усі дроти.Таким чином, не може бути бродячих навантажень, які повільно викидають батареї.

Кінець літій-іонних батарей

Ми чуємо, як ти з жахом задихаєшся;Думка про ваш дорогоцінний банк акумулятора LFP більше не посилає тремтіння вниз по хребту!На жаль, зрештою все хороші речі повинні закінчитися.Те, що ми хочемо запобігти,-це кінець передчасного виду, і зробити це, щоб ми розуміли, як гинуть літій-іонні батареї.

Виробники акумуляторів вважають акумулятор "мертвою", коли його ємність падає до 80% від того, що вона повинна бути.Отже, для акумулятора 100AH ​​його кінець настає, коли його ємність знизиться до 80AH.Існують два механізми, що працюють на смерть вашої батареї: їзди на велосипеді та старіння.Кожен раз, коли ви викидаєте та підзарядете акумулятор, він завдає трохи пошкодження, і ви втрачаєте трохи потужності.Але навіть якщо ви покладете свою дорогоцінну батарею в прекрасну скляну святиню, ніколи не проходити на велосипеді, вона все одно закінчиться.Останній називається календарним життям.

Важко знайти важкі дані про життя календаря для акумуляторів LifePO4, там дуже мало.Були проведені деякі наукові дослідження щодо впливу крайнощів (за температурою та СОК) на життя календаря, і ті, що допомагають встановити межі.Що ми збираємося, це те, що якщо ви не зловживаєте своїм акумуляторним банком, уникайте крайнощів і, як правило, просто використовуйте акумулятори в межах розумних меж, на термін експлуатації календаря є верхня межа.

Окрім комірок всередині акумулятора, є також BMS, які виготовлені з електронних деталей.Коли BMS виходить з ладу, так і ваш акумулятор.Літій-іонні акумулятори з BMS-вбудованими BM все ще занадто новими, і нам доведеться бачити, але в кінцевому підсумку система управління акумуляторами повинна виживати так, як це роблять також літій-іонні клітини.

Процеси всередині акумулятора з часом змовляються, щоб покрити прикордонний шар між електродами та електролітами з хімічними сполуками, які запобігають входу іонів літію та залишати електроди.Процеси також зв'язують іони літію в нові хімічні сполуки, тому вони більше не доступні для переходу від електрода до електрода.Ці процеси відбудуться незалежно від того, що ми робимо, але вони дуже залежать від температури!Зберігайте акумулятори під 30 сантиметром, і вони дуже повільні.Переходьте понад 45 Centigrade, і речі значно пришвидшиться!Громадський ворог №1 для літій-іонних батарей, на сьогоднішній день-тепло!

Є більше життя календаря, і як швидко старіє акумулятор LifePO4: найсучасніший також має щось спільне з цим.Хоча високі температури погані, ці акумулятори справді не люблять сидіти на 0% SOC і дуже високі температури!Також погано, хоч і не так вже й погано, як 0% SOC, це для них сидіти на 100% SOC та високі температури.Дуже низькі температури мають менший ефект.Як ми обговорювали, ви не можете (і BMS не дозволить вам) зарядити акумулятори LFP нижче замерзання.Як виявляється, скидання їх нижче замерзання, хоча це можливо, має прискорений вплив на старіння.Ніде не так вже й погано, як дозволити акумулятору сидіти на високій температурі, але якщо ви збираєтеся піддати акумулятор для замерзання температури, то краще це зробити, поки це не заряджається, ні звільнення та з деяким газом у резервуарі (хоча і не a повний танк).У більш загальному сенсі краще відкласти ці батареї приблизно на 50%-60% SOC, якщо їм потрібно довгострокове зберігання.

Розтоплений акумулятор

Якщо ви дійсно хочете знати, що відбувається, коли літій-іонний акумулятор заряджається нижче замерзання,-це те, що металевий літій осідає на негативному (вуглецевому) електроді.Також не по-справжньому, він росте в гострих, голкоподібних конструкціях, які врешті-решт проколюють мембрану і не знаходять акумулятор (призводять до вражаючої швидкої позапланової події розбирання, як називає це, залучаючи дим, надзвичайну спеку і, можливо, полум'я також).Пощастило нам, це те, що BMS заважає відбуватися.

Ми переходимо до циклу життя.Стали загальновизнаною тисячами циклів, навіть на повному 100% -ному циклі заряду, з літій-іонних акумуляторів.Є деякі речі, які ви можете зробити, хоча для максимізації життя циклу.

Ми говорили про те, як працюють батареї LifePO4: вони переміщують іони літію між електродами.Важливо розуміти, що це фактичні фізичні частинки, які мають для них розмір.Вони витягуються з одного електрода і набиваються в інший, кожен раз, коли ви заряджаєте акумулятор.Це спричиняє пошкодження, зокрема вуглецю негативного електрода.Кожен раз, коли акумулятор заряджається, електрод трохи набрякає, і кожен розряд він знову зменшується.З часом це викликає мікроскопічні тріщини.Саме через це зарядка трохи нижче 100% дасть вам більше циклів, як і викидання до трохи вище 0%.Крім того, подумайте про ці іони як проявлення "тиску", а надзвичайні числа сучасності чинять більший тиск, викликаючи хімічні реакції, які не мають користі акумулятора.Ось чому акумулятори LFP не люблять, щоб їх відбивали на 100% SOC або вкладати в поплавкову зарядку на (майже) на 100%.

Як швидко ці іони літію піднімаються туди, і Йон впливає і на цикловий термін експлуатації.У світлі вищезазначеного це не повинно бути здивуванням.У той час як акумулятори LFP регулярно робитимуть зарядку та розрядження при 1С (тобто 100 ампер для акумулятора 100AH), ви побачите більше циклів з акумулятора, якщо обмежити це більш розумними значеннями.Акумулятори свинцю-кислоти мають обмеження близько 20% рейтингу AH, і залишатися в рамках цього для літій-іонів матиме користь і для більш тривалого часу акумулятора.

Останній фактор, який варто згадати, - це напруга, хоча це дійсно те, що BMS призначений для перевірки.Літій-іонні батареї мають вузьке вікно напруги, як для зарядки, так і для розряду.Виходячи за межі цього вікна дуже швидко призводить до постійних пошкоджень і на високому кінці можливої ​​події RUD (NASA-Talk, як згадувалося раніше).Для LifePO4 це вікно становить приблизно 8,0 В (2,0 В на клітину) до 16,8 вольт (4,2 В на клітину).Будинки вбудову повинні подбати про те, щоб акумулятор добре в межах цих меж.

Уроки для дому

Тепер, коли ми знаємо, як працюють літій-іонні батареї, що їм подобається і не подобається, і як вони в кінцевому підсумку провалюються, є кілька покажчиків, які можна забрати.Ми склали невеликий список нижче.Якщо ви збираєтеся нічого робити, будь ласка, зверніть увагу на перші два, вони на сьогодні найбільше впливають на загальний час, коли ви отримаєте насолоду від літій-іонного акумулятора!Прислухатися до інших також допоможе, щоб ваш акумулятор тривав ще довше.

Підводячи підсумок, на тривалий та щасливий час роботи акумулятора LFP, у порядку, ви повинні пам’ятати про наступне:

● Зберігайте температуру акумулятора під 45 сантиметрів (якщо це можливо, до 30с) - це, безумовно, найважливіше !!
● Зберігайте струми заряду та розряду в рамках 0,5 ° С (перевагу 0,2С)
● Зберігайте температуру акумулятора вище 0 Centiglad
● Не кружляйте забирайте нижче 10% - 15% SoC, якщо вам справді не потрібно
● Не пливуть акумулятор на 100% SOC, якщо це можливо
● Не стягувати плату з 100% SOC, якщо вам це не потрібно

Це все!Тепер ви теж можете знайти щастя і виконати життя зі своїми батареями LifePo4!