Литиево-железен фосфатна батерия: характеристики, приложение

Съвременното оборудване ден след ден става все по-сложно и мощно. Високите стандарти на технологията поставят високи изисквания към батериите, които сега трябва да съчетават висока производителност, енергийна ефективност и увеличаване на доставките на електроенергия.

Въвеждането на нови видове електрооборудване в производството, ускоряването на технологичния процес - всичко това увеличава изискванията за източници на електроенергия, а съвременните батерии не винаги могат да ги задоволят. За да разрешат този проблем, производителите са следвали пътя за подобряване на литиево-йонната технология. По този начин, литиево-железен фосфат батерия (LiFePO4), Той е идеологическият потомък на литиево-йонните батерии.

Исторически контекст

LiFePO4, или LFP, - натурална минерална семейство оливин, за първи път е открита през 1996 г. от учени от Университета на Тексас, Джон Goodenough, който търси начини за подобряване на източниците на литиево-йонни електроцентрали. Забележително е фактът, че този минерал има по-малко токсичност и по-висока термична стабилност от всички известни електроди по онова време.

Освен това той се среща в природната среда и има по-ниски разходи. Основният недостатък на електродите, базирани на LiFePO4, е малък електрически капацитет, поради което литиево-желе-фосфатната батерия престава да се развива.

Изследванията в тази насока бяха възобновени през 2003 г. в Масачузетския технологичен институт. Екипът от учени работи върху създаването на фундаментално нови батерии, които по това време ще заменят най-модерните литиево-йонни батерии. Проектът се интересува от такива големи компании като Motorola и Qualcomm, които довеждат до появата на батерии с катодните елементи LiFePO4.

Батерия, базирана на LiFePO4

Този тип батерии използва същата технология за генериране на електричество като обикновени литиево-йонни клетки. Съществуват обаче редица значителни разлики между тях. На първо място, е да се използва собствената си вид BMS - система за управление, която защитава електрическа батерия от презареждане и дълбоководно заустване, подобрява издръжливостта и прави източник на енергия по-стабилна.

Второ, LiFePO4, за разлика от LiCoO2, е по-малко токсичен. Този факт даде възможност да се избегнат редица проблеми, свързани със замърсяването на околната среда. По-специално, за намаляване на емисиите на кобалт в атмосферата с неправилно изхвърляне на батериите.

И накрая, поради липсата на единни стандарти за LFP елементите имат различен химичен състав, което предизвиква вариация в техническите характеристики на моделите в широк диапазон. Освен това поддържането на тези източници на енергия е по-сложно и трябва да се извършва в съответствие с определени правила.

Технически спецификации

Твърди се, че литиево-железен фосфат батерия 48 волта, 36 волта и 60 волта се получават чрез последователно свързване на отделните клетки, защото максимално напрежение в един LFP сечение не може да надвишава 3,65 V. Следователно, ефективността на всяка батерия може значително се различават помежду си - всичко зависи от сглобяването и специфичния химически състав.

За анализа на техническите характеристики ние даваме номиналните стойности на една клетка.

Най-добрата реализация на възможностите на всяка отделна клетка е постигната в батерията Everexceed. Everexceed литиево-фосфатните батерии имат дълъг експлоатационен живот. Като цяло те са в състояние да издържат до 4 хиляди цикъла на зареждане с капацитет до 20%, а енергийният резерв се захранва за 12 минути. Като се има предвид това, може да се заключи, че батериите Everexceed са едни от най-добрите представители на елементите на LFP.

Предимства и недостатъци

Основното предимство, което благоприятно отличава литиево-железо-фосфатната батерия сред другите представители на акумулатора, е дълголетието. Този елемент може да издържи повече от 3 хиляди цикъла на зареждане, когато нивото на електроенергията падне до 30%, а повече от 2 хил. - при спад до 20%. Благодарение на това, средният живот на батерията е около 7 години.

Стабилният заряден ток е второто важно предимство на LFP-клетките. Изходното напрежение остава на 3,2 V, докато зарядът е напълно изчерпан. Това улеснява свързването, премахва необходимостта от регулатори на напрежението.

По-високият връх ток е третото им предимство. Това свойство на акумулатора позволява максимално захранване дори при изключително ниски температури. Тази функция подтикна автомобилните производители да използват литиево-железо-фосфатната батерия като основен източник на енергия при стартиране на бензинови и дизелови двигатели.

Заедно с всички представени предимства, LiFePO4 батериите имат един съществен недостатък - голяма маса и размер. Това ограничава тяхното използване в някои видове оборудване и електрическо оборудване.

Характеристики на операцията

Ако купувате готови литиево-фосфатни батерии, няма да имате никакви затруднения с поддръжката и работата. Всичко това благодарение на факта, че производителите изграждат такива елементи от табла BMS, които не позволяват претоварване и не допускат изпускането на клетката до възможно най-ниското ниво.

Но ако купувате отделни клетки (например батерии с пръсти), тогава трябва да следите нивото на зареждане сами. Ако зарядът падне под критичното ниво (под 2.00 V), капацитетът също ще падне бързо, което ще направи невъзможно зареждането на клетките. Ако, напротив, позволите презареждане (над 3,75 V), клетката просто ще се надуе заради освободените газове.

Ако използвате подобна батерия за електрическа кола, след 100% зареждане трябва да изключите зарядното устройство. В противен случай батерията ще се надуе поради прекомерен електрически ток.

Правила за работа

Ако се планира използването на литиево-фосфатни батерии в цикличен режим и в буфер, например, като източник на електрически прозорци или в комбинация с слънчева батерия, трябва да се грижи за понижаване на нивото на заряда да 3.40-3.45 V. справят с тази задача помага интелигентни зарядни устройства, които автоматично първия напълно компенсират за доставка на енергия, а след това по-ниско ниво на стрес.

По време на работа трябва да следите баланса на клетките или да използвате специални балансиращи карти (те вече са вградени в батерията на електрическото превозно средство). Дисбалансът на клетките е състояние, когато общото напрежение на устройството остава на номиналното ниво, но напрежението на клетките става различно.

Подобно явление възниква поради разликата в съпротивленията на отделните секции, лошия контакт между тях. Ако клетките имат различни напрежения, тогава те са неравномерно зареждани и разреждани, което значително намалява живота на батерията.

Пускане на батериите в действие

Преди употреба литиево-фосфорни батерии, събрани от отделни клетки, е необходимо да се внимава за балансиране на системата, тъй като секциите могат да имат различни нива на зареждане. За целта всички компоненти са свързани паралелно и се свързват към токоизправителя, зарядното устройство. Така свързаните клетки трябва да се зареждат до 3,6 V.

Използването на батерия, литиево-железен фосфат за електрически велосипед, вие вероятно сте забелязали, че в първите минути на батерията дава максималната мощност, а след това таксата е бързо падане на нивото на 3,3-3,0 V. Не се страхувайте от това, защото това е нормалната работа на батерията , Факт е, че основният му капацитет (около 90%) е точно в този диапазон.

заключение

Ефективността на литиево-фосфатните батерии е с 20-30% по-висока от тази на другите батерии. В същото време те обслужват 2-3 години по-дълго от другите източници на електроенергия и осигуряват стабилен ток през целия жизнен цикъл на операцията. Всичко това подчертава представените елементи в благоприятна светлина.

Въпреки това, повечето хора ще игнорират литиево-железни фосфатни батерии. Предимствата и недостатъците на батерията са затъмнени преди тяхната цена - тя е 5-6 пъти повече, отколкото в оловните киселинни елементи, които са обичайни за нас. Тази батерия за колата струва средно около 26 хил. Рубли.