Litija dzelzs fosfāta akumulatori EEMB – pietiek ar pusi no jaudas. Lifepo4 akumulatoru raksturojums Lādētāji un kā uzlādēt LiFePo4

Mūsdienu elektronika izvirza arvien augstākas prasības enerģijas avotu jaudai un jaudai. Kamēr niķeļa-kadmija un niķeļa-metāla hidrīda akumulatori tuvojas savām teorētiskajām robežām, litija jonu tehnoloģijas ir tikai sākumā

Li-Fe (litija fosfāta) akumulatori izceļas ne tikai ar lielo ietilpību, bet arī ar ātru uzlādi. Tikai 15 minūšu laikā jūs varat pilnībā uzlādēt akumulatoru. Turklāt šādi akumulatori pieļauj 10 reizes vairāk uzlādes-izlādes ciklu nekā parastie modeļi. Li-Fe akumulatora ideja ir aktivizēt litija jonu apmaiņu starp elektrodiem. Ar nanodaļiņu palīdzību bija iespējams attīstīt elektrodu apmaiņas virsmu un iegūt intensīvāku jonu plūsmu. Lai novērstu elektrodu pārāk lielu uzkaršanu un iespējamu eksploziju, izstrādes autori katodos litija/kobalta oksīda vietā izmantoja litija/dzelzs fosfātu. Jaunā materiāla nepietiekamā elektrovadītspēja tiek kompensēta ar alumīnija, mangāna vai titāna nanodaļiņu ievadīšanu.

Lai uzlādētu Li-Fe akumulatorus, jāizmanto speciāls lādētājs ar marķējumu, kas saka, ka šāda veida lādētājs spēj strādāt ar Li-Fe akumulatoriem, pretējā gadījumā jūs iznīcināsiet akumulatoru!

Priekšrocības

• Drošs, izturīgs korpuss, atšķirībā no Li-Po akumulatoru korpusiem
• Īpaši ātra uzlāde (ar strāvu 7A, pilna uzlāde 15 minūtēs!!!)
• Ļoti liela izejas strāva 60A - darba režīms; 132A - īstermiņa režīms (līdz 10 sekundēm)
• Pašizlāde 3% uz 3 gadiem
• Strādāt aukstumā (līdz -30 grādiem C), nezaudējot darba īpašības
• MTBF 1000 cikli (trīs reizes vairāk nekā niķeļa akumulatoriem)

Trūkumi

• Nepieciešams īpašs lādētājs (nav savietojams ar LiPo lādētājiem)
• Smagāks par Li-Po
  

Nedaudz vēstures

Litija jonu akumulatori ir divreiz lielāki nekā NiMH akumulatori pēc ietilpības un gandrīz trīs reizes lielāki pēc jaudas blīvuma. Litija jonu enerģijas blīvums ir trīs reizes lielāks nekā NiMH. Li-ion var izturēt ļoti lielas izlādes strāvas, ko NiMH akumulatori nevar izturēt pat teorētiski. NiMH nav piemēroti arī jaudīgiem pārnēsājamiem instrumentiem, kuriem raksturīga liela impulsa slodze, kuriem nepieciešams ilgs uzlādes laiks un parasti tie “dzīvo” ne vairāk kā 500 ciklus. NiMH uzglabāšana ir vēl viena svarīga problēma. Šīs baterijas cieš no ļoti augstas pašizlādes - līdz 20% mēnesī, kamēr Li-ion šis rādītājs ir tikai 2-5%. NiMH baterijas ir pakļautas tā sauktajam atmiņas efektam, kas raksturīgs arī NiCd baterijām.

Bet litija jonu akumulatoriem ir arī savi trūkumi. Tie ir ļoti dārgi, un tiem ir nepieciešama sarežģīta daudzlīmeņu elektroniskā vadības sistēma, jo tām ir tendence uz neatgriezenisku degradāciju, ja tās tiek izvadītas pārāk dziļi vai spontāni aizdegas pie lielas slodzes. Viņi to ir parādā galvenajam elektroda materiālam - litija kobaltātam (LiCoO2). Zinātnieki vairākus gadus ir cīnījušies, lai atrastu kobalta aizstājēju. Nākotnes galvenā elektrodu materiāla amata kandidāti ir dažādi litija savienojumi - manganāti, titanāti, stannāti, silikāti un citi. Taču mūsdienās par neapšaubāmu iecienītāko tiek uzskatīts litija ferofosfāts Li-Fe, ko 1996. gadā pirmo reizi ieguva Teksasas universitātes profesors Džons Gudenau. Ilgu laiku šī tēma krāja putekļus plauktā, jo Li-Fe nebija nekas izcils, izņemot to, ka bija lēts un tā potenciāls palika neizpētīts. Viss mainījās 2003. gadā, kad parādījās A123 Systems.

Li-Fe akumulatoru raksturojums

Tāpat kā visiem Li-Fe akumulatoriem, tam ir vairāki pamata elektriskie parametri:

Pilnībā uzlādētas šūnas spriegums: Li-Fe tas ir aptuveni 3,65 V Šīs tehnoloģijas īpatnību dēļ šie elementi nebaidās no pārlādēšanas (vismaz neizraisa aizdegšanos un sprādzienu, kā tas notiek ar elementiem, kuru pamatā ir litija kobalts Li-ion, Li-). pol) lai gan ražotāji Ļoti ieteicams nelādēt virs 3,9 V un tikai dažas uzlādes līdz 4,2 V visā elementa dzīves laikā.

Pilnībā izlādēta elementa spriegums:Šeit ražotāju ieteikumi nedaudz atšķiras, daži iesaka izlādēt elementus līdz 2,5 V, daži līdz 2,0 V. Bet jebkurā gadījumā, pamatojoties uz visu veidu akumulatoru darbināšanas praksi, ir konstatēts, ka jo mazāks ir izlādes dziļums, jo vairāk ciklu šis akumulators var izturēt, un enerģijas daudzums, kas nokrīt uz pēdējiem 0,5 V. izlāde (Li-Fe) ir tikai daži procenti no tā jaudas.

Viduspunkta spriegums:šīs tehnoloģijas elementiem dažādi ražotāji svārstās (apgalvo) no 3,2 V līdz 3,3 V. Viduspunkta spriegums ir spriegums, kas tiek aprēķināts, pamatojoties uz izlādes līkni, un ir paredzēts, lai aprēķinātu akumulatora kopējo jaudu, kas tiek izteikta Wh (vatstundās). Piemēram, jums ir šūna ar jaudu 1,1 Ah un spriegumu viduspunktā ir 3,3 V, tad tās kopējā jauda ir 3,3 * 1,1 = 3,65 Wh. (Daudzi cilvēki bieži sajauc viduspunkta spriegumu ar pilnībā uzlādētas šūnas spriegumu.)

Šajā sakarā vēlos vērst uzmanību uz akumulatoru darbības raksturlielumiem jeb precīzāk uz 36V un 48V Li-Fe akumulatoru viduspunkta spriegumu. Tātad, spriegumi 36V un 48V ir norādīti nosacīti attiecībā pret svina-skābes akumulatoru, kas daudziem ir vairāk pazīstams, vai, precīzāk, pret 3 vai 4 sērijveidā savienotu 12V svina-skābes akumulatoru viduspunkta spriegumu. 36V Li-Fe akumulatoram ir virknē savienotas 12 šūnas (elementi), kas ir 3,2*12=38,4V (48V akumulatoram 3,2*16=51,2V), kas ir nedaudz augstāks par svina-skābes akumulatoru vidējiem punktiem, t.i., ar vienādu jaudu (Ah) Li-Fe akumulatoram ir lielāka kopējā jauda nekā svina-skābes akumulatoram.

Šobrīd galvenā Li-Fe šūnu ražošanas bāze ir Ķīna. Ir gan pazīstamu firmu (A123System, BMI), gan nezināmu firmu rūpnīcas. Daudzi gatavo akumulatoru pārdevēji (kuri tos pārdod mazumtirdzniecībā) apgalvo, ka viņi ir arī paši elementu ražotāji, kas izrādās nepatiesi. Lielie elementu ražotāji, kas ražo miljoniem vienību gadā, nav ieinteresēti strādāt ar mazumtirdzniecības klientiem un vienkārši ignorē jautājumus par desmitiem elementu gabalu pārdošanu vai piedāvā veikt pirkumus vairāku tūkstošu vienību apjomos. Ir arī mazi uzņēmumi, kuros daļēji amatniecības elementi tiek ražoti nelielās partijās, taču šādu elementu kvalitāte ir ārkārtīgi zema, iemesls tam ir kvalitatīvu materiālu, aprīkojuma trūkums un zemā tehnoloģiskā disciplīna. Šādiem elementiem ir ļoti lielas jaudas un iekšējās pretestības atšķirības pat vienas partijas ietvaros. Arī gatavo akumulatoru montāžas tirgū ir lielo ražotāju ražotās šūnas, taču, tā kā tās pēc noteiktiem parametriem (ietilpība, iekšējā pretestība, sprieguma kritums glabāšanas laikā) nav izbrāķēti, tie tirgū nenonāk un ir jāpārstrādā. Šie elementi ir pamats bateriju montāžai mazos amatniecības uzņēmumos. Galvenā atšķirība starp šādiem elementiem un standarta kvalitātes elementiem, ko ražo lieli ražotāji, ir marķējuma trūkums uz katra elementa. Marķējums tiek uzlikts pie ražotāja gala testu laikā un kalpo kā ražotāja, izgatavošanas datuma un izmaiņu identifikators. Šī informācija ir nepieciešama lielajiem ražotājiem, lai turpmāk uzraudzītu elementu kvalitāti ekspluatācijas laikā un sūdzību gadījumā varētu atrast problēmas cēloni. Kā jūs pats saprotat, tiem, kas ražo elementus amatniecības apstākļos, šādai darbībai nav jēgas.
Izmantojot šīs saites, varat apskatīt slavenāko elementu ražotāju testus:

• http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php

Starp citu, interesanti ir tas, ka, pamatojoties uz pārbaužu rezultātiem, gandrīz visi ražotāji apgalvo, ka jauda ir lielāka par pieejamo (vienīgais izņēmums ir A123 sistēma), un Huanyu parasti ir par ceturtdaļu mazāka nekā deklarēta.

Negaidīts atklājums

A123 Systems ir neparasts uzņēmums. Sarunās tās darbinieki, sākot no parastiem inženieriem līdz prezidentam, bieži atkārto vienu frāzi, kuru mūsdienās bieži nedzirdat: “Mēs esam tikai ceļa sākumā. Izstaigājuši to līdz galam, mēs mainīsim pasauli!” A123 Systems vēsture aizsākās 2000. gada beigās Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) profesora Yet Min Chang laboratorijā. Čangs, kurš ilgu laiku strādāja pie litija jonu tehnoloģijas, gandrīz nejauši atklāja pārsteidzošu parādību. Ar zināmu ietekmi uz elektrodu materiālu koloidālo šķīdumu, akumulatora struktūra sāka atveidot sevi! Pievilkšanās un atgrūšanas spēki bija atkarīgi no daudziem faktoriem – pašu daļiņu izmēra, formas un skaita, elektrolīta īpašībām, elektromagnētiskā lauka un temperatūras. Čangs veica detalizētus elektrodu nanomateriālu fizikāli ķīmisko īpašību pētījumus un noteica pamatparametrus spontānas pašorganizēšanās procesa uzsākšanai. Iegūto akumulatoru īpatnējā jauda bija par vienu trešdaļu lielāka nekā parastajām litija kobalta akumulatoriem, un tās varēja izturēt simtiem uzlādes-izlādes ciklu. Dabiski izveidotā elektrodu mikrostruktūra ļāva par lielumu palielināt kopējo aktīvās virsmas laukumu un paātrināt jonu apmaiņu, kas savukārt palielināja akumulatora ietilpību un veiktspēju.

Pašorganizēšanās pēc Čanga metodes ir sekojoša: topošā akumulatora korpusā tiek ievietots kobalta oksīda un grafīta nanodaļiņu maisījums, pievienots elektrolīts un radīti nepieciešamie ārējie apstākļi - temperatūra, elektromagnētiskais lauks un spiediens. Kobalta oksīda daļiņas pievelk viena otru, bet atgrūž grafīta daļiņas. Process turpinās, līdz pievilkšanas un atgrūšanas spēki sasniedz līdzsvaru. Rezultātā veidojas anoda-katoda pāris, ko pilnībā atdala starpfāze - elektrolīts. Pateicoties identiskiem nanodaļiņu izmēriem, Chang laboratorijas apstākļos varēja izveidot bateriju paraugus ar norādītiem jaudas un veiktspējas parametriem. Šīs parādības tālāka izpēte un uz to balstītās ražošanas tehnoloģijas attīstība solīja fantastiskas perspektīvas. Pēc Čanga aprēķiniem, akumulatora ietilpību varētu dubultot, salīdzinot ar esošajiem analogiem, un izmaksas varētu samazināt uz pusi. Pašorganizācijas metode ļāva izveidot jebkuras formas baterijas, kas ir mazākas par sērkociņu galvu, tostarp tieši pašu pašreizējo patērētāju iekšpusē.

Ienāc lielajā biznesā

Tajā laikā elektroķīmiskais inženieris Bārts Railijs strādāja uzņēmumā American Semiconductor, kas ražoja plašu pusvadītāju klāstu. Ar Čanu viņam bija ilgstoša paziņa un kopīgas zinātniskas intereses. Kad Čangs pastāstīja Railijam par savu negaidīto atklājumu, ideja izveidot biznesu, kura pamatā būtu pašorganizācijas fenomens, radās gandrīz uzreiz. Taču nevienam no viņiem nebija ne jausmas, kā tiek radīti uzņēmumi. Trešais A123 Systems dibinātājs bija Riks Fulaps, uzņēmējs, kurš zina, kā labas idejas pārvērst lielā naudā. Līdz 26 gadu vecumam Fulap jau bija izveidojis piecus uzņēmumus no nulles un ieviesis tos lielā biznesā. Kādu dienu MIT zinātniskajā žurnālā Fulap atrada profesora Čanga rakstu par litija jonu tehnoloģiju. Nesapratis neko no lasītā, Riks uzsauca profesora tālruņa numuru. Atbildot uz piedāvājumu iesaistīties oglekļa nanošķiedras biznesā, Čangs atbildēja, ka viņam ir labāka ideja, un Fulaps nevarēja gulēt līdz rītam.

Pirmkārt, partneri varēja iegūt MIT licenci akumulatoru pašorganizācijas tehnikas rūpnieciskai izmantošanai un iegādāties tiesības uz Čanga laboratorijā iegūto katoda materiālu – litija dzelzs fosfātu. Viņam nebija nekāda sakara ar pašorganizācijas fenomenu, taču Fulaps nolēma, ka tiesības uz Li-Fe nenāks par ļaunu. Neļaujiet labestībai iet velti! Turklāt Čangs saņēma īpašu stipendiju, lai turpinātu Li-Fe izpēti. 2001. gada septembrī Riks Fulaps jau klīda pa riska fondiem, meklējot līdzekļus. Viņam izdevās radīt konkurenci investoru vidū, veicinot to ar arvien vairāk preses ziņām par fantastiskajām litija jonu akumulatoru tirgus izredzēm.

Jau 2001. gada decembrī kompānijas kontos tika ieskaitīti pirmie 8 miljoni ASV dolāru Četrus mēnešus pēc darba uzsākšanas pie projekta, 2002. gada aprīlī biznesā ienāca mobilās elektronikas tirgus līderi Motorola un Qualcomm, saskatot jaunajā tehnoloģijā milzīgu potenciālu. Bārts Railijs ar smaidu atceras, kā Fulaps konferencē pielēca pie Pola Džeikobsa, Qualcomm viceprezidenta. Minūtes laikā, gandrīz turēdams Džeikobsu aiz jakas atloka, Riks spēja Jēkabam skaidri izskaidrot A123 tehnoloģijas priekšrocības salīdzinājumā ar konkurentiem, un dažas sekundes vēlāk viņš strupi uzdeva jautājumu - ieguldi šodien, rīt būs. par vēlu! Un pēc pāris dienām Džeikobs pieņēma pareizo lēmumu. Drīzumā A123 investoru vidū bija slavenais uzņēmums Sequoia Capital, kura nauda savulaik radīja Google un Yahoo, General Electric, Procter & Gamble un daudzus citus lielus uzņēmumus.

Rezerves izpletnis

Līdz 2003. gada sākumam darbs bija apstājies. Izrādījās, ka daudzsološā tehnoloģija darbojas tikai daļēji – pašorganizēšanās process izrādījās nestabils. Nopietnas grūtības ir radušās, izmantojot tehnoloģiju, lai ražotu elektrodu nanomateriālu daļiņas, kurām ir vienāds izmērs un īpašības. Rezultātā produkta veiktspēja svārstījās no izcilas līdz nelietojamam. Iegūto bateriju kalpošanas laiks bija ievērojami zemāks par esošajiem analogiem elektrodu kristāliskā režģa vājuma dēļ. Tas vienkārši sabruka vairākos izlādes ciklos. Čans saprata, ka ideālu akumulatoru rūpniecisko tehnoloģiju izveide vēl ir ļoti tālu. Projekts plīst pa vīlēm...

Līdz tam laikam darbs pie litija ferofosfāta bija devis negaidītus rezultātus. Sākumā dzelzs fosfāta elektriskās īpašības izskatījās ļoti pieticīgas. Li-Fe priekšrocības salīdzinājumā ar LiCoO2 bija tā netoksiskums, zemās izmaksas un mazāka jutība pret karstumu. Pretējā gadījumā ferofosfāts bija ievērojami zemāks par kobaltu - par 20% enerģijas intensitātes, par 30% produktivitātes un darbības ciklu skaita ziņā. Tas nozīmē, ka akumulators ar katodu, kas izgatavots no primārā Li-Fe, nebija piemērots mobilajai elektronikai, kur kapacitāte ir ārkārtīgi svarīga. Ferofosfātam bija nepieciešama dziļa modifikācija. Čangs sāka eksperimentēt ar niobija un citu metālu pievienošanu elektrodu struktūrai un atsevišķu Li-Fe daļiņu izmēru samazināšanu līdz simts nanometriem. Un materiāls ir burtiski pārveidots! Pateicoties tūkstošiem reižu palielinātajam aktīvajam virsmas laukumam un uzlabotajai elektrovadītspējai, pateicoties zelta un vara ieviešanai, baterijas ar katodu, kas izgatavotas no nanostrukturēta Li-Fe, izlādes strāvās desmit reizes pārsniedza parastās kobalta baterijas. Elektrodu kristāliskā struktūra laika gaitā praktiski nenolietojās. Metālu piedevas to nostiprināja, tāpat kā armatūra stiprina betonu, tāpēc akumulatora darbības ciklu skaits palielinājās vairāk nekā desmitkārtīgi - līdz 7000! Faktiski šāds akumulators var izturēt vairākas tā darbināmo ierīču paaudzes. Turklāt nekas jauns ražošanas tehnoloģijā Li-Fe nebija jārada. Tas nozīmēja, ka Railija, Čanga un Fulapa izgatavotais produkts bija gatavs tūlītējai masveida ražošanai.

"Ja esat mazs uzņēmums ar ierobežotu finansējumu, jums ir tendence koncentrēties uz vienu lietu," saka Railijs. – Bet izrādījās, ka mums kabatā bija divas idejas! Investori pieprasīja turpināt darbu pie sākotnējās projekta tēmas un atstāt nanofosfātu līdz labākiem laikiem. Bet mēs to darījām savā veidā. Mēs nosūtījām nelielu inženieru komandu jaunajā virzienā. Viņiem tika dots konkrēts mērķis – izstrādāt katoda nanomateriālu rūpnieciskās ražošanas tehnoloģiju.” Kā vēlāk izrādījās, šis spītīgais lēmums paglāba visu projektu no sabrukuma. Pēc pirmajiem acīmredzamajiem panākumiem ar nanofosfātu turpmākais darbs pie pašorganizācijas tika atlikts, bet tas netika aizmirsts. Galu galā vēsture kādreiz var atkārtoties tieši pretēji.

Industriālais gigants

Burtiski mēnesi pēc tam A123 noslēdza liktenīgu līgumu ar slaveno uzņēmumu Black & Decker. Izrādījās, ka Black & Decker jau vairākus gadus izstrādāja jaunas paaudzes celtniecības elektroinstrumentus - mobilās un jaudīgās portatīvās ierīces. Bet jaunā produkta ieviešana aizkavējās piemērota strāvas avota trūkuma dēļ. NiMH un NiCd akumulatori nebija piemēroti uzņēmumam svara, izmēra un veiktspējas raksturlielumu ziņā. Parastie litija jonu akumulatori bija diezgan ietilpīgi, taču nenodrošināja lielu slodzes strāvu un, ātri izlādējoties, kļuva tik karsti, ka varēja aizdegties. Turklāt to uzlādēšanai nepieciešamais laiks bija pārāk ilgs, un portatīvajam instrumentam vienmēr jābūt gatavam. Šiem nolūkiem A123 akumulatori bija ideāli piemēroti. Tie bija ļoti kompakti, jaudīgi un absolūti droši. Uzlādes laiks līdz 80% jaudas bija tikai 12 minūtes, un pie maksimālās slodzes Li-Fe akumulatori attīstīja jaudu, kas pārsniedza elektroinstrumentu jaudu! Īsāk sakot, Black & Decker atrada tieši to, ko meklēja.

Līdz tam laikam A123 bija tikai prototipa akumulators, kura izmērs bija dimetānnaftalīns, un Black & Decker vajadzēja miljoniem īstu akumulatoru. Fulaps un Railijs veica milzīgu darbu, lai izveidotu savas ražotnes, un gada laikā pēc līguma parakstīšanas uzsāka komerciālo produktu sērijveida ražošanu Ķīnā. Fulapa enerģija un vēlme darījumā ar Black & Decker ļāva A123 ātri iekļūt lielajā industriālajā lokā. Mazāk nekā sešu gadu laikā Masačūsetsas uzņēmums no tīras idejas ir izaudzis par lielu pētniecības un ražošanas kompleksu ar sešām rūpnīcām un 900 darbinieku. Šobrīd uzņēmumam A123 Systems ir 120 patenti un patentu pieteikumi elektroķīmijas jomā, un tā litija jonu tehnoloģiju pētniecības centrs tiek uzskatīts par labāko Ziemeļamerikā.

Taču uzņēmums ar to neapstājas. Pēdējā pusotra gada laikā ir radikāli uzlabotas sākotnējā nanofosfāta īpašības un izstrādāti jauni elektrolītu veidi. Ir izveidotas modernākas un uzticamākas elektroniskās uzlādes kontroles sistēmas. Ir izstrādāti vairāku veidu akumulatoru bloku modeļi izmantošanai dažādās tehnoloģiju jomās. Taču galvenais solis uz priekšu, protams, ir akumulatora izstrāde topošajam Chevrolet Volt hibrīdauto.

Akumulatoru ražošanas tehnoloģijas nestāv uz vietas un Ni-Cd (niķeļa-kadmija) un Ni-MH (niķeļa-metāla hidrīda) akumulatori tirgū pamazām tiek aizstāti ar akumulatoriem...

Uzņēmumu saraksts, kas ražo litija jonu (Li-ion), litija polimēru (Li-Po), litija fosfāta (Li-Fe / LiFePO4) akumulatorus dažādās pasaules valstīs. Ražotāja nosaukums Atrašanās vieta...

Mūsdienu aprīkojums ar katru dienu kļūst sarežģītāks un jaudīgāks. Augstie tehnoloģiju standarti izvirza paaugstinātas prasības akumulatoriem, kuriem tagad jāapvieno augsta veiktspēja, energoefektivitāte un palielinātas enerģijas rezerves.

Jauna veida elektroiekārtu ieviešana ražošanā, tehnoloģiskā procesa paātrināšana - tas viss palielina prasības enerģijas avotiem, un mūsdienu akumulatori vairs ne vienmēr var tās izpildīt. Lai atrisinātu šo problēmu, ražotāji ir izvēlējušies litija jonu tehnoloģiju uzlabošanas ceļu. Tā radās litija dzelzs fosfāts, kas ir Li-ion akumulatoru idejiskais pēctecis.

Vēsturiska atsauce

LiFePO4 jeb LFP, dabā sastopamu olivīnu dzimtas minerālu, 1996. gadā pirmo reizi atklāja Teksasas Universitātes zinātnieks Džons Gudena, kurš meklēja veidus, kā uzlabot litija jonu enerģijas avotus. Ievērojams bija fakts, ka šim minerālam bija mazāka toksicitāte un augstāka termiskā stabilitāte nekā visiem tajā laikā zināmajiem elektrodiem.

Turklāt tas tika atrasts dabiskajā vidē, un tam bija zemākas izmaksas. LiFePO4 bāzes elektrodu galvenais trūkums bija to zemā elektriskā jauda, ​​tāpēc litija dzelzs fosfāta akumulators vairs netika izstrādāts.

Pētījumi šajā virzienā tika atsākti 2003. gadā. Zinātnieku komanda strādāja, lai radītu principiāli jaunas baterijas, kas aizstātu tajā laikā vismodernākās litija jonu baterijas. Par projektu ieinteresējās tādi lieli uzņēmumi kā Motorola un Qualcomm, kas tuvināja akumulatoru ar LiFePO4 katoda elementiem izskatu.

Akumulators uz LiFePO4 bāzes

Šis tips izmanto to pašu tehnoloģiju elektroenerģijas ražošanai, kā litija jonu elementi, pie kuriem mēs esam pieraduši. Tomēr starp tām ir vairākas būtiskas atšķirības. Pirmkārt, tā ir sava veida BMS izmantošana - vadības sistēma, kas aizsargā elektriskos akumulatorus no pārlādēšanas un smagas izlādes, palielina kalpošanas laiku un padara enerģijas avotu stabilāku.

Otrkārt, LiFePO4 atšķirībā no LiCoO2 ir mazāk toksisks. Šis fakts ļāva mums izvairīties no vairākām problēmām, kas saistītas ar vides piesārņojumu. Jo īpaši samaziniet kobalta emisijas atmosfērā nepareizas akumulatora utilizācijas dēļ.

Visbeidzot, vienotu LFP standartu trūkuma dēļ elementiem ir atšķirīgs ķīmiskais sastāvs, kā rezultātā modeļu tehniskie parametri atšķiras plašā diapazonā. Turklāt šo barošanas avotu apkalpošana ir sarežģītāka, un tai ir jāatbilst noteiktiem noteikumiem.

Specifikācijas

Vērts teikt, ka litija dzelzs fosfāta akumulatori 48 V, 36 V un 60 V tiek izgatavoti, savienojot virknē atsevišķas šūnas, jo maksimālais spriegums vienā LFP sekcijā nevar pārsniegt 3,65 V. Līdz ar to katra akumulatora tehniskie rādītāji var būtiski atšķirties. viens no otra - tas viss ir atkarīgs no montāžas un konkrētā ķīmiskā sastāva.

Lai analizētu tehniskos parametrus, mēs piedāvājam vienas atsevišķas šūnas nominālās vērtības.

Everexceed akumulatorā tika panākta vislabākā katras atsevišķas šūnas iespēju ieviešana. Everexceed litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir ilgs kalpošanas laiks. Kopumā tie spēj izturēt līdz 4 tūkstošiem uzlādes-izlādes ciklu ar jaudas zudumu līdz 20%, un enerģijas rezerve tiek papildināta 12 minūtēs. Ņemot to vērā, varam secināt, ka Everexceed akumulatori ir vieni no labākajiem LFP elementu pārstāvjiem.

Priekšrocības un trūkumi

Galvenā priekšrocība, kas litija dzelzs fosfāta akumulatoru atšķir no citiem akumulatoru veidiem, ir izturība. Šāds elements spēj izturēt vairāk nekā 3 tūkstošus uzlādes-izlādes ciklu, kad elektroenerģijas līmenis nokrītas līdz 30%, un vairāk nekā 2 tūkstošus, kad tas nokrītas līdz 20%. Pateicoties tam, vidējais akumulatora darbības laiks ir aptuveni 7 gadi.

Stabila uzlādes strāva ir otra svarīgā LFP elementu priekšrocība. Izejas spriegums paliek 3,2 V, līdz lādiņš ir pilnībā izlādējies. Tas vienkāršo elektroinstalācijas shēmu un novērš nepieciešamību izmantot sprieguma regulatorus.

Lielāka maksimālā strāva ir viņu trešā priekšrocība. Šī akumulatora īpašība ļauj tiem ražot maksimālu jaudu pat īpaši zemā temperatūrā. Šis īpašums ir mudinājis autoražotājus izmantot litija dzelzs fosfāta akumulatorus kā primāro enerģijas avotu, iedarbinot benzīna un dīzeļdzinējus.

Līdzās visām piedāvātajām priekšrocībām LiFePO4 akumulatoriem ir viens būtisks trūkums – liels svars un izmērs. Tas ierobežo to izmantošanu noteikta veida mašīnās un elektroiekārtās.

Darbības iezīmes

Ja jūs pērkat gatavus litija fosfāta akumulatorus, tad jums nebūs nekādu grūtību ar apkopi un darbību. Tas viss pateicoties tam, ka ražotāji tādos elementos iebūvē BMS plāksnes, kas novērš pārlādēšanu un neļauj elementam izlādēties līdz ārkārtīgi zemam līmenim.

Bet, ja iegādājaties atsevišķas šūnas (piemēram, pildspalvveida elementu baterijas), uzlādes līmenis būs jāuzrauga pašam. Kad uzlāde nokrītas zem kritiskā līmeņa (zem 2,00 V), jauda sāks strauji samazināties, kas padarīs neiespējamu elementu uzlādi. Ja, gluži pretēji, jūs pieļaujat pārlādēšanu (virs 3,75 V), šūna vienkārši uzbriest atbrīvoto gāzu dēļ.

Ja izmantojat līdzīgu akumulatoru elektriskajam transportlīdzeklim, tad pēc 100% uzlādes tas ir jāatvieno. Pretējā gadījumā akumulators uzbriest elektriskās strāvas pārsātinājuma dēļ.

Darbības noteikumi

Ja litija-fosfora akumulatorus plānojat izmantot nevis cikliskā, bet gan bufera režīmā, piemēram, kā UPS barošanas avotu vai kopā ar saules bateriju, tad jāparūpējas, lai uzlādes līmenis pazeminātu līdz 3,40. -3,45 V. Tikt galā ar šo uzdevumu palīdz “viedie” lādētāji, kas automātiskajā režīmā vispirms pilnībā papildina enerģijas padevi un tad pazemina sprieguma līmeni.

Darbības laikā ir jāuzrauga šūnu līdzsvars vai jāizmanto speciāli balansēšanas dēļi (tie jau ir iebūvēti elektromobiļa akumulatorā). Šūnu nelīdzsvarotība ir stāvoklis, kad kopējais ierīces spriegums paliek nominālā līmenī, bet šūnas spriegums kļūst atšķirīgs.

Šī parādība rodas atsevišķu sekciju pretestības atšķirības un slikta kontakta starp tām dēļ. Ja elementiem ir atšķirīgs spriegums, tad tie uzlādējas un izlādējas nevienmērīgi, kas būtiski samazina akumulatora kalpošanas laiku.

Akumulatora nodošana ekspluatācijā

Pirms litija-fosfora akumulatoru izmantošanas, kas samontēti no atsevišķiem elementiem, ir jārūpējas par sistēmas līdzsvarošanu, jo sekcijām var būt dažādi uzlādes līmeņi. Lai to izdarītu, visas sastāvdaļas ir savienotas paralēli viena otrai un savienotas ar taisngriezi un lādētāju. Šādā veidā savienotās šūnas jāuzlādē līdz 3,6 V.

Izmantojot litija dzelzs fosfāta akumulatoru elektriskajam velosipēdam, jūs droši vien ievērojāt, ka pirmajās darbības minūtēs akumulators ražo maksimālo jaudu, un pēc tam uzlāde strauji pazeminās līdz 3,3-3,0 V līmenim. Nebaidieties no tā, jo tā ir normāla akumulatora darbība. Fakts ir tāds, ka tā galvenā jauda (apmēram 90%) atrodas tieši šajā diapazonā.

Secinājums

Efektivitāte ir par 20-30% augstāka nekā citām baterijām. Tajā pašā laikā tie kalpo 2-3 gadus ilgāk nekā citi elektroenerģijas avoti, kā arī nodrošina stabilu strāvu visā darbības laikā. Tas viss labvēlīgā gaismā izceļ prezentētos elementus.

Tomēr lielākā daļa cilvēku turpinās ignorēt litija dzelzs fosfāta baterijas. Akumulatoru plusi un mīnusi nobāl salīdzinājumā ar to cenu – tas ir 5-6 reizes vairāk nekā mums ierastajām svina-skābes šūnām. Šāds akumulators automašīnai maksā vidēji aptuveni 26 tūkstošus rubļu.

Mūsdienu tirgus ir pārpildīts ar dažādām elektroniskām iekārtām. To darbībai tiek izstrādāti arvien progresīvāki barošanas avoti. Starp tiem īpašu vietu ieņem litija dzelzs fosfāta baterijas. Tie ir droši, tiem ir augsta elektriskā jauda, ​​praktiski neizdala toksīnus un ir izturīgi. Varbūt šīs baterijas drīz izspiedīs savus “brāļus” no ierīcēm.

Saturs

Kas ir litija dzelzs fosfāta akumulators

LiFePo4 akumulatori ir augstas kvalitātes un uzticami barošanas avoti ar augstu veiktspēju. Viņi aktīvi nomaina ne tikai novecojušos svina-skābes akumulatorus, bet arī modernos Li-ion akumulatorus. Mūsdienās šīs baterijas ir sastopamas ne tikai rūpnieciskajās iekārtās, bet arī sadzīves ierīcēs – no viedtālruņiem līdz elektriskajiem velosipēdiem.

LFP akumulatorus izstrādāja Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts 2003. gadā. To pamatā ir uzlabota Li-ion tehnoloģija ar modificētu ķīmisko sastāvu: anodam tiek izmantots litija kobaltāta vietā litija ferofosfāts. Baterijas ir kļuvušas plaši izplatītas, pateicoties tādiem uzņēmumiem kā Motorola un Qualcomm.

Kā tiek ražotas LiFePo4 baterijas

Galvenās sastāvdaļas LiFePo4 akumulatoru ražošanai tiek piegādātas rūpnīcai tumši pelēka pulvera veidā ar metālisku spīdumu. Anodu un katodu ražošanas shēma ir vienāda, taču maisīšanas komponentu nepieļaujamības dēļ visas tehnoloģiskās darbības tiek veiktas dažādās darbnīcās. Visa ražošana ir sadalīta vairākos posmos.

Pirmais solis. Elektrodu izveide. Lai to izdarītu, gatavo ķīmisko sastāvu no abām pusēm pārklāj ar metāla foliju (parasti alumīniju katodam un varu anodam). Folija ir iepriekš apstrādāta ar suspensiju, lai tā varētu darboties kā strāvas uztvērējs un vadošs elements. Gatavos elementus sagriež plānās sloksnēs un vairākas reizes saloka, veidojot kvadrātveida šūnas.

Otrais solis. Tieša akumulatora montāža. Katodi un anodi šūnu veidā tiek novietoti abās pusēs no poraina materiāla izgatavotam separatoram un cieši piestiprināti pie tā. Iegūtais bloks tiek ievietots plastmasas traukā, piepildīts ar elektrolītu un noslēgts.

Pēdējais posms. Akumulatora uzlādes/izlādes kontrole. Uzlāde tiek veikta, pakāpeniski palielinot elektriskās strāvas spriegumu, lai liela siltuma daudzuma izdalīšanās dēļ nenotiktu sprādziens vai aizdegšanās. Lai izlādētu, akumulators ir savienots ar jaudīgu patērētāju. Ja novirzes netiek konstatētas, gatavie elementi tiek nosūtīti klientam.

Litija dzelzs fosfāta akumulatora darbības princips un dizains

LFP baterijas sastāv no elektrodiem, kas abās pusēs ir cieši nospiesti pret porainu separatoru. Lai ierīces darbinātu, gan katods, gan anods ir savienoti ar strāvas kolektoriem. Visas sastāvdaļas ir ievietotas plastmasas korpusā un piepildītas ar elektrolītu. Uz korpusa ir uzlikts kontrolieris, kas regulē strāvas padevi uzlādes laikā.

LiFePo4 akumulatoru darbības princips ir balstīts uz litija ferofosfāta un oglekļa mijiedarbību. Pati reakcija notiek pēc formulas:

LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

Akumulatora uzlādes nesējs ir pozitīvi uzlādēts litija jons. Tam ir spēja iekļūt citu materiālu kristāliskajā režģī, veidojot ķīmiskās saites.

LiFePo4 akumulatoru tehniskie parametri

Neatkarīgi no ražotāja visām LFP šūnām ir vienādas tehniskās īpašības:

• maksimālais spriegums – 3,65 V;
• spriegums viduspunktā – 3,3 V;
• spriegums pilnībā izlādētā stāvoklī – 2,0 V;
• nominālais darba spriegums – 3,0-3,3 V;
• minimālais spriegums zem slodzes – 2,8 V;
• izturība - no 2 līdz 7 tūkstošiem uzlādes/izlādes ciklu;
• pašizlādēšanās 15-18 C temperatūrā – līdz 5% gadā.

Iesniegtie tehniskie parametri attiecas tieši uz LiFePo4 šūnām. Atkarībā no tā, cik daudz no tiem ir apvienoti ar vienu akumulatoru, akumulatoru parametri mainīsies.

Pašmāju kopijām ir šādas īpašības:

• jauda – līdz 2000 Ah;
• spriegums – 12v, 24v, 36v un 48v;
• ar darba temperatūru diapazonu - no -30 līdz +60 С о;
• ar uzlādes strāvu - no 4 līdz 30A.

Visas baterijas, uzglabājot 15 gadus, nezaudē savu kvalitāti, tām ir stabils spriegums un tām raksturīga zema toksicitāte.

Kādi ir LiFePo4 akumulatoru veidi?

Atšķirībā no mums ierastajām baterijām, kuras apzīmētas ar simboliem AA vai AAA, litija dzelzs fosfāta elementiem ir pavisam cits formas faktora marķējums – to izmēri ir šifrēti ar 5 ciparu skaitli. Tie visi ir parādīti tabulā.

Standarta izmērs	Izmēri, DxL (mm)
14430	14x43
14505	14 x 50
17335	17x33
18500	18x50
18650	18x65
26650	26x65
32600	32x60
32900	32x90
38120	38 x 120
40160	40 x 160
42120	42 x 120

Pat ja priekšā nav galda ar marķējumu, jūs varat viegli orientēties akumulatora izmēros. Pirmie divi koda cipari norāda diametru, pārējie norāda barošanas avota garumu (mm). Skaitlis 5 dažu standarta izmēru beigās atbilst pusmilimetram.

Litija dzelzs fosfāta akumulators: plusi un mīnusi

LFP akumulatoru pamatā ir Li-ion tehnoloģija, kas ļauj tiem absorbēt visas šo barošanas avotu priekšrocības un vienlaikus atbrīvoties no tiem raksturīgajiem trūkumiem.

Starp galvenajām priekšrocībām ir:

1. Izturība – līdz 7000 cikliem.
2. Augsta uzlādes strāva, kas samazina enerģijas papildināšanas laiku.
3. Stabils darba spriegums, kas nekrītas, līdz uzlāde nav pilnībā izlādējusies.
4. Augsts maksimālais spriegums - 3,65 volti.
5. Augsta nominālā jauda.
6. Viegls svars - līdz vairākiem kilogramiem.
7. Zems vides piesārņojuma līmenis likvidēšanas laikā.
8. Salizturība – iespējams strādāt temperatūrā no -30 līdz +60C.

Bet akumulatoriem ir arī trūkumi. Pirmais no tiem ir augstās izmaksas. 20 Ah elementa cena var sasniegt 35 tūkstošus rubļu. Otrais un pēdējais trūkums ir grūtības manuāli montēt akumulatoru, atšķirībā no litija jonu elementiem. Citi acīmredzami šo enerģijas avotu trūkumi vēl nav identificēti.

Lādētāji un kā uzlādēt LiFePo4

LiFePo4 akumulatoru lādētāji praktiski neatšķiras no parastajiem invertoriem. Jo īpaši jūs varat ierakstīt lielu izejas strāvu - līdz 30A, ko izmanto, lai ātri uzlādētu elementus.

Ja iegādājaties gatavu akumulatoru komplektu, jums nevajadzētu rasties grūtībām to uzlādēt. To konstrukcijā ir iebūvēta elektroniskā vadība, kas pasargā visas šūnas no pilnīgas izlādes un pārsātinājuma ar elektrību. Dārgās sistēmās tiek izmantots balansēšanas dēlis, kas vienmērīgi sadala enerģiju starp visām ierīces šūnām.

Ja izmantojat trešo pušu lādētājus, uzlādes laikā ir svarīgi nepārsniegt ieteicamo strāvas stiprumu. Tas samazinās akumulatora darbības laiku vairākas reizes vienā uzlādes reizē. Ja akumulators uzkarst vai uzbriest, strāvas stiprums pārsniedz pieļaujamās vērtības.

Kur tiek izmantotas LiFePo4 baterijas?

LFP akumulatoriem ir liela nozīme nozarē. Tos izmanto, lai uzturētu ierīču funkcionalitāti meteoroloģiskās stacijās un slimnīcās. Tie tiek ieviesti arī kā buferis vēja stacijās un tiek izmantoti, lai uzglabātu enerģiju no saules paneļiem.

Mūsdienu automašīnās ierasto svina-skābes elementu vietā sāk izmantot 12v akumulatorus. LiFePo4 konstrukcijas tiek uzstādītas kā galvenais barošanas avots elektriskajiem velosipēdiem un kvadracikliem, kā arī motorlaivām.

To nozīme ikdienā ir plaši izplatīta. Tie ir iebūvēti tālruņos, planšetdatoros un pat skrūvgriežos. Tomēr šādas ierīces cenas ziņā ievērojami atšķiras no tehnoloģiski mazāk attīstītajām ierīcēm. Tāpēc joprojām ir grūti tos atrast tirgū.

LiFePo4 uzglabāšanas, ekspluatācijas un iznīcināšanas noteikumi

Pirms LFP akumulatoru nosūtīšanas ilgstošai uzglabāšanai nepieciešams to uzlādēt līdz 40-60% un uzturēt šo uzlādes līmeni visu uzglabāšanas laiku. Akumulators jāglabā sausā vietā, kur temperatūra nenoslīd zem istabas temperatūras.

Ekspluatācijas laikā ir jāievēro ražotāja prasības. Ir svarīgi novērst akumulatora pārkaršanu. Ja pamanāt, ka darbības vai uzlādes laikā akumulators uzkarst nevienmērīgi, jums jāsazinās ar remonta centru - iespējams, ir sabojājusies kāda no šūnām, vai arī vadības blokā vai līdzsvara panelī ir darbības traucējumi. Tas pats jādara, ja parādās pietūkums.

Lai pareizi atbrīvotos no akumulatora, kura resursi ir pilnībā iztērēti, jums jāsazinās ar organizācijām, kas specializējas šajā jomā. Tā tu ne tikai rīkosies kā apzinīgs pilsonis, bet arī varēsi ar to pelnīt. Tomēr, ja jūs vienkārši nosūtīsit akumulatoru uz poligonu, nekas slikts nenotiks.

Jūs arī varētu interesēt

Miniatūras pogas formas baterijas tiek izmantotas daudzās ierīcēs. Dažādu ražotāju produkti var atšķirties

Jebkuras automašīnas dzinēja iedarbināšanas uzticamība lielā mērā ir atkarīga no izmantotā akumulatora kvalitātes. Viņam vajag

Katrai automašīnai ir svarīgi izvēlēties pareizo akumulatoru. Tas ievērojami pagarinās kalpošanas laiku

Kas ir LiFePO4 akumulators

LiFePO4 ir olivīnu dzimtas minerāls, kas sastopams dabā. Par LiFePO4 akumulatoru dzimšanas datumu tiek uzskatīts 1996. gads, kad Teksasas Universitātē pirmo reizi tika ierosināts izmantot LiFeP04 akumulatora elektrodā. Minerāls nav toksisks, salīdzinoši lēts un sastopams dabā.

LiFEPO4 ir litija akumulatoru apakškopa, un tajā tiek izmantota tāda pati enerģijas tehnoloģija kā litija akumulatoriem, tomēr tie nav 100% litija (litija jonu) akumulatori.

Sakarā ar to, ka tehnoloģija parādījās salīdzinoši nesen, nav vienota standarta LiFEPO4 akumulatoru kvalitātes novērtēšanai, kā arī tiešas analoģijas ar mums pazīstamo svina-skābes akumulatoru darbību.

Tā kā tirgū nav vienota standarta LFTP akumulatoriem, ir daudz dažādu LFP elementu un bateriju, kurās tās tiek izmantotas ar atšķirīgām īpašībām un iekšpusi, tās visas sauc par LFP vai litija baterijām, taču tās darbojas atšķirīgi. Nemēģinot aptvert milzīgo, mēs koncentrēsimies uz to, ko mūsu akumulatori garantē.

Aliant litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir šādas praktiskas priekšrocības:

liels uzlādes ciklu skaits, kas ir lielāks nekā litija jonu akumulatoriem un svina akumulatoriem,
akumulators var izturēt 3000 uzlādes ciklus no 70% izlādes stāvokļa un 2000 ciklus no 80% izlādes stāvokļa, kas nodrošina akumulatora darbības laiku līdz 7 gadiem, ALIANT akumulatoriem sniedzam beznosacījumu 2 gadu garantiju. Vidēji akumulators paredzēts 12 000 startera palaišanas reizēm.

liela startera griešanās strāva, pie -18C akumulators nodrošina starteri ar jaudu, kas atbilst vidēji jaunam svina akumulatoram, bet pie +23C starterim pievadāmā jauda ir divas reizes lielāka nekā svina akumulatoram. Lielā jauda ir jūtama uzreiz, iedarbinot dzinēju, starteris griežas ātri, kā uz svaiga svina akumulatora

svars - ALIANT akumulatori ir 5 reizes vieglāki par svina akumulatoriem

• Izmēri - akumulatori ir 3 reizes mazāki par svina analogiem, tāpēc tikai 3 akumulatori aptver visu motociklu modeļu klāstu

ātra uzlāde - vidēji akumulatori pirmo 2 minūšu laikā tiek uzlādēti par 50%, 30 minūšu laikā 100%, tas nozīmē, ka pēc 30 minūšu brauciena akumulators ir 100% uzlādēts, t.i. patiesībā jūsu akumulators vienmēr ir 100% uzlādēts

stabils izlādes spriegums - izlādes laikā akumulators līdz pēdējam brīdim uztur spriegumu tuvu 13,2V, tad pēc izlādes notiek straujš sprieguma kritums - akumulators ar atlikušo uzlādes līmeni 40% ātri pagriezīs starteri

stabils izlādes spriegums - izlādes laikā akumulators līdz beigām uztur spriegumu tuvu 13,2 V, tad pēc izlādes notiek straujš sprieguma kritums

• Akumulators pašizlādējas par mazāk nekā 0,05% dienā, t.i. var viegli stāvēt plauktā gadu bez uzlādēšanas un nezaudējot īpašības, iedarbināt dzinēju un pēc tam uzlādēt līdz stāvoklim tuvu 100%
• var būt izlādētā stāvoklī bez nopietnām sekām turpmākai darbībai, izlādes slieksnis ir 9,5 V, ja vien spriegums akumulatora spailēs nenoslīd zem 9,5 V - akumulatoru var uzlādēt un atgriezt sākotnējā stāvoklī

strādāt īpaši zemā temperatūrā. Mēs īpaši akcentējām akumulatora veiktspēju ļoti zemās temperatūrās, daži pieredzējuši motociklisti, kuri ir izmantojuši citu ražotāju LFP akumulatorus, ir pamanījuši, ka LFP akumulatoru veiktspēja strauji samazinās līdz ar temperatūru. Tātad pie +3 grādiem vairs nenotiek enerģiska startera griešanās, bet pie mīnusa akumulators “aizmieg” un pamodīsies tikai pēc uzsilšanas, jo izdalās enerģija. Pateicoties īpašajai ķīmijai, mūsu akumulatoriem nav šī trūkuma. Lai gan akumulatoru padotā jauda pie -18C krītas gandrīz 2 reizes, tomēr ar to pietiek, lai enerģiski pagrieztu starteri. Akumulators ir paredzēts darbam temperatūrā līdz -30C temperatūrā no -3 un augstāk, akumulatoriem ir pārmērīga jauda. Temperatūras diapazonā no -18 līdz -30C akumulators griezīs starteri, bet jutīsies kā pusizlādējies svina akumulators.

Darbojas jebkurā pozīcijā, akumulatorā nav šķidrumu, var lietot jebkurā pozīcijā, tāpat kā gēla baterijas

• vienmērīga visu 4 elementu uzlāde iekšpusē, izmantojot akumulatorā iebūvēto BMS (Battery Management System) kontrolieri. Akumulatora iekšpusē ir virknē savienoti 4 elementi, katrs 3.3V, nominālais spriegums 13.3V, tomēr akumulators tiek uzlādēts caur 2 spailēm. Šī uzlādes metode ir piemērota svina akumulatoriem, bet nav piemērota LFP - iekšējie elementi vienmēr paliek nepietiekami uzlādēti, kas palielina to atteices iespējamību. Lai LFP elementi sērijveidā uzlādētos vienmērīgi, ir iebūvēta elektroniskā shēma akumulators, kas vienmērīgi sadala lādiņu, kas nonāk 2 spailē uz 4 elementiem akumulatora iekšpusē

plašs temperatūras diapazons - no -30C līdz +60C

Būtiskās fiziskās atšķirības starp LiFePO4 akumulatoriem un svina analogiem

Kā minēts iepriekš, LiFePO4 akumulatoriem un svina akumulatoriem ir atšķirīga ķīmiskā sastāva, un, lai saprastu akumulatoru, jums jāzina, kādas ir atšķirības.

Galvenā atšķirība attiecas uz jaudu. Akumulatoru atšķirības var saprast, izmantojot piemēru: ja pievienojat starteri LiFEP04 akumulatoram un svina akumulatoram un sākat to griezt, tad tajā pašā laikā LiFEPO4 akumulators pagriezīs starteri gandrīz 1,5 reizes vairāk, praktiski nesamazinot. rotācijas ātrumu nekā svina skābes akumulators, ja Ja iepriekš esat lietojis svina skābes akumulatorus, tad līdz pēdējai minūtei radīsies iespaids, ka akumulatorā ir palicis daudz lādiņa, bet akumulators, patiesībā, var jau būt gandrīz izlādējies, griešanās ātruma kritums nenotiks vienmērīgi, kā svina-skābes akumulatora gadījumā, bet gan pēkšņi pēc sprieguma krituma zem 12V. Ja ņemat svina akumulatoru ar jaudu 7A/h un līdzīgas jaudas LiFEPO4 akumulatoru, tad startera apgriezienu skaits (būtībā slodze) līdz pilnīgai iztukšošanai pirmajās 10 minūtēs LiFEP04 būs daudz lielāks, bet vairāk nekā nākamajās 5 minūtēs akumulators būs izlādējies, savukārt svina akumulators var pagriezt starteri līdz 20 minūtēm. Tādējādi visos praktiskos dzīves gadījumos pie temperatūras no -18C LiFEPO4 akumulators pārspēj svina akumulatorus, izņemot gadījumu, kad ģenerators sabojājas. Šajā gadījumā bez ģeneratora svina akumulators var kalpot ilgāk nekā LiFePO4.

pārspriegums. Kad uzlādes spriegums pārsniedz pieļaujamo robežu, LiFEPO4 un svina-skābes akumulatori darbojas atšķirīgi. Svina-skābes akumulators sāk vārīties. LIFEPO4 akumulatoros notiek neatgriezeniskas ķīmiskas reakcijas. Tirgū nav neviena motocikla, kas nodrošinātu spriegumu, kas var sabojāt LIFEPO4 akumulatoru, tomēr ļoti retos gadījumos, kad regulatora relejs sabojājas tā, ka spriegums akumulatora spailēs ir robežās no 15 līdz 60 V, LIFEP04 akumulators tiks bojāts.

temperatūra. LIFEP04 akumulatoriem nepatīk zemas temperatūras, mūsu akumulatoros tiek izmantoti speciāli elementi, kas var darboties temperatūrā līdz -30C, tomēr pēc -18C LIFEPO4 akumulatora veiktspēja krītas tā, ka svina akumulators ražo vairāk enerģijas nekā mūsējais. . Ja nebūtu īpašās ķīmijas elementos, tad jau pie +4 grādiem LIFEPO4 akumulators zaudētu veiktspēju.

Uzdodiet jautājumu atbalstam: Šī e-pasta adrese ir aizsargāta no mēstuļu robotiem. Lai to skatītu, jums ir jābūt iespējotam JavaScript.

Mūsdienās ir liels skaits akumulatoru ar dažāda veida ķīmiju. Mūsdienās populārākās ir litija jonu baterijas. Šajā grupā ietilpst arī litija dzelzs fosfāta (ferofosfāta) baterijas. Ja visas šai kategorijai piederošās baterijas pēc tehniskajiem parametriem kopumā ir līdzīgas viena otrai, tad litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir savas unikālas īpašības, kas tās atšķir no citiem akumulatoriem, kas izgatavoti, izmantojot litija jonu tehnoloģiju.

Litija dzelzs fosfāta akumulatora atklāšanas vēsture

LiFePO4 akumulatora izgudrotājs ir Džons Gudena, kurš 1996. gadā strādāja Teksasas Universitātē, lai radītu jaunu katoda materiālu litija jonu akumulatoriem. Profesoram izdevās izveidot materiālu, kas ir lētāks, ar mazāku toksicitāti un augstu termisko stabilitāti. Viens no akumulatora trūkumiem, kurā tika izmantots jaunais katods, bija zemāka jauda.

Nevienu neinteresēja Džona Gudena izgudrojums, taču 2003. gadā kompānija A 123 Systems nolēma izstrādāt šo tehnoloģiju, uzskatot to par diezgan daudzsološu. Daudzas lielas korporācijas ir kļuvušas par investoriem šajā tehnoloģijā - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

LiFePO4 akumulatoru raksturojums

Ferofosfāta akumulatora spriegums ir tāds pats kā citiem ar litija jonu tehnoloģiju saistītiem akumulatoriem. Nominālais spriegums ir atkarīgs no akumulatora izmēriem (izmēra, formas faktora). Baterijām 18 650 tas ir 3,7 volti, 10 440 (mazo pirkstu akumulatoriem) - 3,2, 24 330 - 3,6.

Gandrīz visām baterijām izlādes laikā spriegums pakāpeniski samazinās. Viena no unikālajām īpašībām ir sprieguma stabilitāte, darbinot LiFePO4 akumulatorus. Šiem līdzīgi sprieguma raksturlielumi ir akumulatoriem, kas izgatavoti, izmantojot niķeļa tehnoloģiju (niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda).

Atkarībā no izmēra litija dzelzs fosfāta akumulators spēj nodrošināt no 3,0 līdz 3,2 voltiem līdz pilnīgai izlādei. Šī īpašība dod šīm baterijām vairāk priekšrocību, ja tās tiek izmantotas ķēdēs, jo tas praktiski novērš sprieguma regulēšanas nepieciešamību.

Pilnas izlādes spriegums ir 2,0 volti, kas ir zemākā reģistrētā litija tehnoloģijas akumulatora izlādes robeža. Šie akumulatori ir līderi kalpošanas laikā, kas atbilst 2000 uzlādes un izlādes cikliem. Pateicoties to ķīmiskās struktūras drošībai, LiFePO4 akumulatorus var uzlādēt, izmantojot īpašu paātrināto delta V metodi, kad akumulatoram tiek pievadīta liela strāva.

Daudzi akumulatori nevar izturēt uzlādi, izmantojot šo metodi, kas izraisa pārmērīgu uzkaršanu un bojājumus. Litija dzelzs fosfāta akumulatoru gadījumā šīs metodes izmantošana ir ne tikai iespējama, bet pat ieteicama. Tāpēc ir īpaši lādētāji, kas īpaši paredzēti šādu akumulatoru uzlādei. Protams, šādus lādētājus nevar izmantot akumulatoriem ar citu ķīmiju. Atkarībā no formas faktora litija dzelzs fosfāta akumulatorus uz šādiem lādētājiem var pilnībā uzlādēt 15-30 minūtēs.

Jaunākie sasniegumi LiFePO4 akumulatoru jomā piedāvā lietotājam akumulatorus ar uzlabotu darba temperatūras diapazonu. Ja litija jonu akumulatoru standarta diapazons ir darboties no -20 līdz +20 grādiem pēc Celsija, litija dzelzs fosfāta akumulatori var lieliski darboties diapazonā no -30 līdz +55. Akumulatora uzlāde vai izlāde temperatūrā, kas ir augstāka vai zemāka par aprakstīto, var nopietni sabojāt akumulatoru.

Litija dzelzs fosfāta baterijas ir daudz mazāk pakļautas novecošanās ietekmei nekā citas litija jonu baterijas. Novecošana ir dabisks jaudas zudums laika gaitā neatkarīgi no tā, vai akumulators tiek lietots vai atrodas plauktā. Salīdzinājumam, visas litija jonu baterijas katru gadu zaudē apmēram 10% no savas jaudas. Litija dzelzs fosfāts zaudē tikai 1,5%.

Viens no šo akumulatoru trūkumiem ir to zemākā ietilpība, kas ir par 14% mazāka (vai mazāk) nekā citiem litija jonu akumulatoriem.

Ferofosfāta akumulatora drošība

Šis akumulatoru veids tiek uzskatīts par vienu no drošākajiem starp visiem esošajiem akumulatoru veidiem. LiFePO4 ir ļoti stabila ķīmija, un tie labi iztur lielas slodzes izlādes (darbībā ar zemu pretestību) un uzlādes laikā (uzlādējot akumulatoru ar lielu strāvu).

Tā kā fosfāti ir ķīmiski droši, šīs baterijas ir vieglāk pārstrādāt pēc to kalpošanas laika beigām. Daudzām baterijām, kas satur bīstamas ķīmiskas vielas (piemēram, litija kobaltu), ir jāveic papildu pārstrādes procesi, lai samazinātu to bīstamību videi.

Litija dzelzs fosfāta akumulatoru uzlāde

Viens no iemesliem investoru komerciālajai interesei par ferofosfāta ķīmiju bija ātras uzlādes iespēja, kas izriet no tās stabilitātes. Uzreiz pēc tam, kad tika organizēta LiFePO4 akumulatoru montāžas līnija, tie tika novietoti kā ātri uzlādējami akumulatori.

Šim nolūkam sāka ražot īpašus lādētājus. Kā jau rakstīts iepriekš, šādus lādētājus nevar izmantot citiem akumulatoriem, jo ​​tas izraisīs to pārkaršanu un nopietnus bojājumus.

Īpaša ierīce šīm baterijām spēj tās uzlādēt 12-15 minūtēs. Ferofosfāta akumulatorus var uzlādēt arī ar parastajiem lādētājiem. Ir arī kombinētas lādētāja iespējas ar abiem uzlādes režīmiem. Labākais variants, protams, būtu izmantot viedos lādētājus ar daudzām iespējām, kas regulē uzlādes procesu.

Litija dzelzs fosfāta akumulatora dizains

Litija dzelzs fosfāta LiFePO4 akumulatoram nav īpašu iezīmju tās iekšējā struktūrā, salīdzinot ar tā ekvivalentiem ķīmiskajā tehnoloģijā. Tika mainīts tikai viens elements - katods, kas izgatavots no dzelzs fosfāta. Anoda materiāls ir litijs (visām litija jonu tehnoloģijas baterijām ir litija anods).

Jebkura akumulatora darbības pamatā ir ķīmiskās reakcijas atgriezeniskums. Pretējā gadījumā akumulatorā notiekošos procesus sauc par oksidācijas un reducēšanas procesiem. Jebkurš akumulators sastāv no elektrodiem - katoda (mīnus) un anoda (plus). Arī jebkura akumulatora iekšpusē ir separators - porains materiāls, kas piesūcināts ar īpašu šķidrumu - elektrolītu.

Kad akumulators izlādējas, litija joni pārvietojas caur separatoru no katoda uz anodu, atbrīvojot uzkrāto lādiņu (oksidāciju). Uzlādējot akumulatoru, litija joni pārvietojas pretējā virzienā no anoda uz katodu, uzkrājot lādiņu (samazinājumu).

Litija dzelzs fosfāta akumulatoru veidi

Visu šajā ķīmijā var iedalīt četrās kategorijās:

• Pilnas baterijas.
• Lielas šūnas paralēlskaldņu formā.
• Mazie elementi paralēlskaldņu formā (prizmatiski - 3,2 V LiFePO4 akumulatori).
• Mazie izlādējušies akumulatori (iepakojumi).
• Cilindriskās baterijas.

Litija dzelzs fosfāta baterijām un elementiem var būt dažādi sprieguma nomināli no 12 līdz 60 voltiem. Daudzējādā ziņā tie ir priekšā tradicionālajiem darba cikliem, daudz augstāki, svars ir vairākas reizes mazāks, un tie tiek uzlādēti vairākas reizes ātrāk.

Cilindriskās baterijas, kurās izmanto šo ķīmiju, tiek izmantotas gan atsevišķi, gan ķēdē. Šo cilindrisko bateriju izmēri ir ļoti dažādi: no 14 500 (pildspalvas tipa) līdz 32 650.

Litija dzelzs fosfāta baterijas

Īpašu uzmanību ir pelnījuši ferofosfāta akumulatori velosipēdiem un elektriskajiem velosipēdiem. Līdz ar jaunā dzelzs-fosfāta katoda izgudrošanu kopā ar cita veida akumulatoriem, kuru pamatā ir šī ķīmija, iznāca speciāli akumulatori, kurus uzlaboto īpašību un mazākā svara dēļ var ērti lietot pat uz parastajiem velosipēdiem. Šādas baterijas nekavējoties ieguva popularitāti velosipēdu modernizācijas cienītāju vidū.

Litija dzelzs fosfāta akumulatori spēj nodrošināt vairākas stundas bezrūpīgu braukšanu ar velosipēdu, kas padara tos par cienīgiem konkurentiem iekšdedzes dzinējiem, kas arī agrāk bieži tika uzstādīti uz velosipēdiem. Parasti šiem nolūkiem tiek izmantoti 48v LiFePO4 akumulatori, bet ir iespējams iegādāties 25, 36 un 60 voltu akumulatorus.

Ferofosfāta akumulatoru pielietojums

Akumulatora loma šajā ķīmijā ir skaidra bez komentāriem. Prizmatikas tiek izmantotas dažādiem mērķiem - LiFePO4 3,2 v akumulatori. Lielākas šūnas tiek izmantotas kā saules enerģijas un vēja turbīnu šūnas. Ferofosfāta akumulatori tiek aktīvi izmantoti elektrisko transportlīdzekļu projektēšanā.

Mazas, tukšas baterijas tiek izmantotas tālruņiem, klēpjdatoriem un planšetdatoriem. Dažādu formas faktoru cilindriskās baterijas tiek izmantotas elektroniskajām cigaretēm, radiovadāmiem modeļiem utt.