Liitiumraudfosfaatpatareid EEMB - piisab poolest mahust. LifePO4-patareid: liitiumferrumfosfaatakude omadused, omadused, tüübid
Kaasaegne varustus muutub päev-päevalt keerukamaks ja võimsamaks. Kõrged tehnilised standardid esitavad suurenenud nõudmisi patareidele, mis peavad nüüd ühendama suure jõudluse, energiatõhususe ja suurema energiavaru.
Uut tüüpi elektriseadmete kasutuselevõtt, tehnoloogilise protsessi kiirendamine - see kõik suurendab nõudmisi elektriallikatele ja tänapäevased akud ei suuda neid enam alati rahuldada. Selle probleemi lahendamiseks on tootjad liitiumioonioonitehnoloogia täiustamise teed läinud. Nii sündis liitium-raud-fosfaat, mis on liitiumioonakude ideoloogiline järeltulija.
Ajalooline viide
LiFePO4 ehk LFP on oliviinide perekonna looduslikult esinev mineraal, mille esmakordselt avastas Texase ülikooli teadlane John Goodenough 1996. aastal ja otsis võimalusi Li-iooni jõuallikate täiustamiseks. Tähelepanuväärne oli asjaolu, et sellel mineraalil oli vähem toksilisust ja kõrgem termiline stabiilsus kui kõigil tol ajal teadaolevatel elektroodidel.
Lisaks kohtus ta looduskeskkonnas ja tal olid madalamad kulud. LiFePO4-põhiste elektroodide peamine puudus oli väike elektriline võimsus, mistõttu liitium-raud-fosfaataku ei olnud enam välja töötatud.
Sellesuunalisi uuringuid jätkati 2003. aastal. Teadlaste meeskond töötas põhimõtteliselt uute patareide loomisel, mis asendaksid tol ajal kõige arenenumaid liitiumioonakusid. Projekti vastu hakkasid huvi tundma sellised suured ettevõtted nagu Motorola ja Qualcomm, mis lähendas LiFePO4 katoodelemendiga patareide välimust.
LiFePO4 aku
Seda tüüpi kasutatakse sama tehnoloogiat elektri tootmiseks kui liitiumioonakusid, millega oleme harjunud. Nende vahel on aga mitmeid olulisi erinevusi. Esiteks on see oma tüüpi BMS-i kasutamine - juhtimissüsteem, mis kaitseb elektriakusid ülelaadimise ja tugeva tühjenemise eest, pikendab kasutusiga ja muudab energiaallika stabiilsemaks.
Teiseks on LiFePO4 erinevalt LiCoO2-st vähem toksiline. See asjaolu võimaldas vältida mitmeid keskkonnareostusega seotud probleeme. Eelkõige koobalti heitmete vähendamiseks atmosfääri patareide ebaõige kõrvaldamise korral.
Lõpuks, ühtsete standardite puudumise tõttu on LFP elementidel erinev keemiline koostis, mis põhjustab mudelite tehniliste omaduste erinevusi laias vahemikus. Lisaks on nende toiteallikate hooldus keerukam ja see tuleb läbi viia vastavalt teatud reeglitele.
Spetsifikatsioonid
Tuleb öelda, et 48 V, 36 V ja 60 V liitium-raud-fosfaatpatareid valmistatakse üksikute lahtrite järjestikuse ühendamise teel, kuna maksimaalne pinge ühes LFP sektsioonis ei tohi ületada 3,65 V. Seetõttu võivad iga aku tehnilised näitajad oluliselt erinevad üksteisest - kõik sõltub kokkupanekust ja konkreetsest keemilisest koostisest.
Tehniliste omaduste analüüsimiseks esitame ühe raku nimiväärtused.
Iga elemendi võimaluste parim realiseerimine on saavutatud Everexceed aku abil. Everexceed liitium-raudfosfaatakud pakuvad pikka kasutusiga. Kokku suudavad nad taluda kuni 4 tuhat laadimis-tühjendamistsüklit, mille võimsuse kadu on kuni 20%, ja energiavarustus täidetakse 12 minutiga. Seda silmas pidades võime järeldada, et Everexceedi patareid on LFP-elementide seas parimate seas.
Eelised ja puudused
Peamine eelis, mis eristab liitium-raud-fosfaataku teistes aku esindajates soodsas valguses, on vastupidavus. Selline element on võimeline vastu pidama enam kui 3000 laadimis-tühjendamistsüklile, kui elektritase langeb 30% -ni, ja üle 2 tuhande - kui see langeb 20% -ni. Selle tulemuseks on keskmine aku kasutusaeg umbes 7 aastat.
Stabiilne laadimisvool on LFP-rakkude teine \u200b\u200bsuur eelis. Väljundpinge püsib 3,2 V juures, kuni laeng on täielikult tühjenenud. See lihtsustab juhtmestiku skeemi, kaotades vajaduse pinge regulaatorite järele.
Suurem tippvool on nende kolmas eelis. See aku omadus võimaldab neil anda maksimaalset energiat isegi äärmiselt madalatel temperatuuridel. See omadus on ajendanud autotootjaid bensiini- ja diiselmootorite käivitamisel kasutama liitium-raudfosfaadi akut peamise energiaallikana.
Kõigi pakutavate eeliste kõrval on LiFePO4 akudel üks oluline puudus - suur mass ja suurus. See piirab nende kasutamist teatud tüüpi tehnoloogias ja elektriseadmetes.
Töö omadused
Kui ostate valmis liitiumfosfaatpatareisid, pole teil hoolduse ja kasutamisega probleeme. Selle põhjuseks on asjaolu, et tootjad ehitavad BMS-plaate sellistesse elementidesse, mis ei võimalda ülelaadimist ega võimalda elementi tühjeneda äärmiselt madalale tasemele.
Kuid kui ostate üksikuid rakke (näiteks sõrme patareisid), peate laengutaset ise jälgima. Kui laeng langeb alla kriitilise piiri (alla 2,00 V), langeb ka võimsus kiiresti, mis muudab rakkude laadimise võimatuks. Kui lubate vastupidi ülelaadimist (üle 3,75 V), paisub rakk eralduvate gaaside tõttu lihtsalt.
Kui kasutate elektriauto jaoks sarnast akut, peate pärast 100% laadimist lahti ühendama, vastasel juhul paisub aku elektrivoolu üleküllastumise tõttu.
Tegevuseeskirjad
Kui kavatsete kasutada liitium-fosforpatareisid mitte tsüklilises režiimis, vaid puhverrežiimis, näiteks UPS-i toiteallikana või koos päikesepatareiga, peate hoolitsema laetuse taseme langetamise eest 3,40-3,45 V-ni. Selle ülesande täitmisel on abiks "nutikad" laadijad, mis automaatrežiimis täiendavad kõigepealt täielikult energiavarustust ja seejärel langetavad pinget.
Töö ajal peate jälgima elementide tasakaalu või kasutama spetsiaalseid tasakaalustuslaudu (need on juba elektrisõiduki aku sisse ehitatud). Elementide tasakaalustamatus on tingimus, kui seadme kogupinge jääb nominaalsele tasemele, kuid raku pinge muutub teistsuguseks.
Sarnane nähtus ilmneb üksikute sektsioonide takistuse erinevuse, nende vahelise halva kontakti tõttu. Kui rakkudel on erinev pinge, toimub nende laadimine-tühjendamine ebaühtlaselt, mis vähendab oluliselt aku kasutusaega.
Patareide kasutuselevõtmine
Enne üksikutest elementidest kokku pandud liitiumfosforpatareide kasutamist tuleb hoolitseda süsteemi tasakaalustamise eest, kuna sektsioonidel võib olla erinev laetuse tase. Selleks ühendatakse kõik komponendid üksteisega paralleelselt ja ühendatakse alaldi, laadijaga. Sel viisil ühendatud rakud peavad olema laetud 3,6 V-ni.
Kasutades elektriratta jaoks liitium-raud-fosfaatakut, märkasite ilmselt, et esimestel töö minutitel annab aku maksimaalse võimsuse ja seejärel langeb laeng kiiresti 3,3–3,0 V-le. Ärge muretsege, sest see on aku tavaline töö ... Fakt on see, et selle peamine võimsus (umbes 90%) asub täpselt selles vahemikus.
Järeldus
Efektiivsus on 20–30% kõrgem kui teistel patareidel. Veelgi enam, need töötavad 2-3 aastat kauem kui muud elektriallikad ja tagavad stabiilse voolu kogu tööperioodi vältel. Kõik see muudab esitletud elemendid soodsas valguses silma.
Kuid enamik inimesi eirab liitiumraudfosfaatpatareisid. Patareide plussid ja miinused on nende hinnaga võrreldes kahvatumad - see on 5–6 korda rohkem kui meil harjunud pliihappelementidel. Selline auto aku maksab keskmiselt umbes 26 tuhat rubla.
Valdkonna suurim laadimis-tühjendamistsüklite arv, pool võimsust pliihappega sama elektrilise jõudluse saavutamiseks, kiire laadimine suurte voolude ja stabiilse tühjenemispinge korral, parameetrite automaatne jälgimine - need on eelised liitium-raudfosfaatakud... Lai valik neid ettevõtte toodetud tooteid EEMB, mida kasutatakse mobiilside tugijaamade ja automaatsete ilmajaamade toiteallikas, päikeseenergiasüsteemides, avariitoiteallikad, tööstuslike elektriajamite ja elektritranspordi toide.
Viimastel aastatel pole mobiilsete energiaallikate täiustamise küsimus kunagi varem olnud aktuaalne. Isegi 10-15 aastat tagasi ei olnud see nii terav. Kuid parim on hea vaenlane ja linnaelaniku liikuvuse suurenemisega, s.t. koos üleminekuga lauaarvutilt sülearvutile, lihtsalt mobiiltelefonilt nutitelefonile on nõudlus mobiilsete energiaallikate järele dramaatiliselt kasvanud.
Tarbeelektroonika minimeerimisel peavad disainerid säilitama ühise suuna, vähendades toiteallikate suurust, suurendades samal ajal nende võimsust. Kuid tekib küsimus mitte ainult akude mahutavuse, vaid ka nende laadimise kiiruse ja vastupidavuse muutmise kohta. Lõppude lõpuks, kui aku taastab oma laadimise peaaegu koheselt, siis pole nii kriitiliselt oluline, mitu tundi seade ilma laadimiseta töötab.
Aku mahtuvus ja laetavus on olulised ka:
- autonoomsed seadmed, mis on kavandatud pikaajaliseks ilma hooldustoimeta tööks - meteoroloogiajaamad, mõõtmisjaamad, mullajaamad;
- alternatiivsed energiasüsteemid - päikese- ja tuulegeneraatorid;
- elektritransport - hübriidautod, kahveltõstukid, elektriautod.
Peaaegu kõigil ülaltoodud juhtudel töötavad patareid tingimustes, mis pole kaugeltki ideaalsed: madalatel temperatuuridel, optimaalsete või mittetäielike laadimistsüklite korral ning sügava tühjenemise tõenäosusega.
Liitium hõivab tänapäevaste patareide seas erilise koha. Liitiumil on tohutu energiasalvestuse ressurss, seega on liitiumioonakude kasutamine päikeseelektrijaamade ja muude taastuvate energiaallikate energiasalvestitena pliiakude või muud tüüpi patareidega võrreldes kõige soodsam. Liitiumioonakude seas on eriline koht liitiumraudfosfaadi (LiFePO4) patareidel.
Esimest korda kasutas LiFePO4 liitiumioonaku katoodina Texase ülikooli professor John Goodenough 1996. aastal. See materjal huvitas uurijat tõsiasjast, et võrreldes traditsioonilise LiCoO2-ga on selle hind palju madalam, vähem toksiline ja kuumuskindlam. Kuid selle puuduseks on madalam võimsus. Ja alles 2003. aastal ettevõte A123 süsteem professor Jiang Ye-Mingi juhendamisel hakkas ta uurima liitiumraudfosfaatpatareisid (LiFePO4).
Liitiumraudfosfaatpatareide peamised omadused
Liitiumraudfosfaadi (LiFePO4) patareid on liitiumioonakude alamtüüp, mis kasutavad katoodina raudfosfaati. Liialdamata võib neid nimetada elektriakude tehnoloogia tipuks. Seda tüüpi akud ületavad mõnes parameetris, eriti laadimis-tühjenemistsüklite arvu poolest, kõiki teisi.
Erinevalt teistest liitiumioonakudest on LiFePO4 patareidel, nagu ka nikkel, väga stabiilne tühjenemispinge. Väljundpinge jääb tühjenemise ajal 3,2 V lähedale, kuni aku on täielikult tühjenenud. See võib oluliselt lihtsustada või isegi kõrvaldada vooluahela pinge reguleerimise vajaduse.
Pideva 3,2 V väljundi tõttu saab neli patareid järjestikku ühendada, et saada nimiväljundpinge 12,8 V, mis on lähedane kuuelementse pliiakuga nimipingele. See teeb koos liitium-raudfosfaatakude heade ohutusomadustega head asenduspliiakuid sellistes tööstusharudes nagu autotööstus ja päikeseenergia.
- Korduvate laadimis- / tühjendustsüklite korral puudub mäluefekt üldse
- Liitiumraudfosfaatpatareidel on pikk kasutusiga (üle 4600 tsükli 80% tühjenemissügavusega)
- Neil on suur eritarbimine: energia tihedus ulatub 110 Wh / kg)
- Neid iseloomustab lai töötemperatuuri vahemik (-20 ... 60 ° С)
- Need patareid on hooldusvabad
- Akuid on võimalik kiiresti laadida: 15 minutiga - kuni 50%
- Liitiumraudfosfaatakude töökindlust ja ohutust kinnitavad rahvusvahelised sertifikaadid
- Neil on kõrge efektiivsus: käivitamisel 93% 30 ... 90%
- Lubatud on kõrge tühjenemiskiirus vooluga kuni 10 C (kümnekordne nimivool)
- Need patareid on keskkonnasõbralikud ega hävitamisel ohtu inimestele ega keskkonnale
- Erinevalt pliiakudest on liitium-raudfosfaatpatareid sama võimsusega kaks korda kergemad
Puudused pliiakudega võrreldes:
- suurem hind;
- spetsiaalse laengu-tühjenemise juhtimisahela vajadus.
Liitium-raud-fosfaatpatareid (LiFePO4) jäävad energiamahu poolest pisut alla liitium-polümeer patareidele (joonis 1). Kuid üks tugevusi on materjali stabiilsus, mis võimaldab teil luua korduvalt laetavaid / laadimistsükleid (üle 2000) vastu pidavaid laetavaid patareisid ja kiiret laadimist. Tänu nendele funktsioonidele kasutatakse neid akusid optimaalselt elektrisõidukites.
Venemaa turul on ettevõte liitiumioonidel põhinevate patareide tarnijate seas eriline koht EEMB... See toodab mitut liitium-raudfosfaatpatareide rühma (joonis 2), mis erinevad üksteisest elektriliste ja konstruktsiooniparameetrite poolest:
- moodulakusüsteemid;
- telekommunikatsiooniseadmete patareid;
- "targa kodu" energiaallikad;
- elektrisõidukite veoakud.
 |
 |
 |
 |
| a) moodulakusüsteemid | b) telekommunikatsiooniseadmete patareid | c) süsteemide patareid avariitoiteallikas ja autonoomne toitesüsteemid |
d) veoakud elektritransport |
Liitiumraudfosfaatpatareidel on tühjenemisel väga stabiilne väljundpinge, kuni element on täielikult tühjenenud. Siis pinge väheneb järsult.
Joonisel 3 on näidatud aku tühjenemiskõverad, mis on võetud erinevatel tühjendusvooludel (0,2 ... 2C) normaalsetes temperatuuritingimustes. Nagu graafikult näha, on liitium-raudfosfaataku eripära võimsuse nõrk sõltuvus tühjendusvoolu suurusest. Väikese vooluga (0,2 C) tühjendamisel ja suurenenud vooluga (2C) tühjendamisel aku maht praktiliselt ei muutu ja jääb võrdseks 10 A h (määratud aku nimivõimsus).
On väga oluline mitte lasta rakul tühjeneda alla 2,0 V tasemele, vastasel juhul toimuvad pöördumatud protsessid, mis toovad kaasa nimivõimsuse järsu kadumise. Selleks kasutatakse tühjendusregulaatorit. EEMB toodab patareisid koos kaitseahelaga või ilma. Tühjendus- ja ülepinge kaitselülituse olemasolu on nimes kodeeritud lühendiga PCM, näiteks: LP385590F-PCM.
Mõelgem laadimis-tühjendamistsüklite arvu sõltuvusele tühjendusvoolu väärtusest ja tühjendussügavusest. Joonisel 4 on toodud katseandmed. Neilt on näha, et täieliku tühjenemise korral väheneb aku maht 20%, kui tsüklite arv on vähemalt 2000 (tühjendusvool 1C). Kui tühjendamise sügavus on igas tsüklis piiratud 80% tasemega, siis umbes 1500 sellise tsükli läbiviimisel praktiliselt ei täheldatud aku mahtuvuse vähenemist algväärtusest (tühjendusvool 0,5C).
Uusima põlvkonna EEMB liitium-raudfosfaatpatareid, erinevalt olemasolevatest pliiakudest, ei vaja sagedast vahetamist ja hooldust. Reeglina on liitium-raudfosfaataku kaasaegne aku, mis peab vastu enam kui 2000 laadimis-tühjendamistsüklit ja on krooniliste alakoormusrežiimide suhtes absoluutselt tundetu. Enamasti on sellel sisseehitatud akuhaldussüsteemi plaat. Laadimine toimub pideva pinge ja konstantse vooluta ilma etappideta.
Tabelis 1 on toodud EEMB üherakuliste liitiumraud-fosfaatpatareide põhiparameetrid. Seda tüüpi patareide nimimaht jääb 600 ... 36000 mAh piiridesse (kaal - vastavalt 15 ... 900 grammi). Üherakulisi Li-FePO4 patareisid kasutatakse kõige sagedamini isetoitvates seadmetes. Need patareid võimaldavad suure voolu tühjenemist kuni 10 ° C. Pärast 2000 1C vooluga laadimis-tühjendamistsüklit on jääkvõimsus umbes 80%.
Tabel 1. Ühe elemendiga LiFePO4 patareid EEMB
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, mAh | Kaal, g |
| 3,2 | 600 | 15 | |
| 1250 | 31,25 | ||
| 2000 | 50 | ||
| 3500 | 87,5 | ||
| 5000 | 125 | ||
| 5000 | 125 | ||
| 7000 | 175 | ||
| 9000 | 225 | ||
| 22000 | 500 | ||
| 36000 | 900 |
Kasutades suurenenud mahutavusega üksikute elementidega moodulsüsteeme, mille parameetrid on toodud tabelis 2, on võimalik kokku panna nõutava võimsusega ja väljundpingega akupakk.
Tabel 2. Moodulsüsteemide põhiparameetrid Li-FePO4
Moodulsüsteemid on varustatud ka toitehaldussüsteemiga (BMS), mis võimaldab suure võimsusega tühjenemist ning millel on palju seire- ja kaitsefunktsioone. Integreeritud seiresüsteemiga moodulid tagavad kogu süsteemi ja keskkonna kõrge ohutustaseme. Soovitatavad rakendused:
- avarii- ja katkematu toiteallikasüsteemid;
- tugijaamad.
Telekommunikatsioonisüsteemid vajavad väikeseid patareisid, kergeid kaalu, suuri laadimistsükleid, suurt erimahtu, suurt töötemperatuuri vahemikku ja hoolduse lihtsust. Liitiumraudfosfaatpatareid vastavad neile nõuetele. Tabelis 3 on toodud telekommunikatsioonisüsteemide EEMB akude peamised parameetrid.
Tabel 3. Telekommunikatsioonisüsteemide patareid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, kg |
| 12 | 50 | 6 | |
| 12 | 100 | 22 | |
| 48 | 100 | 40 | |
| 48 | 200 | 78 |
Nomenklatuuriregistri näide: 4P5S - neli paralleelselt ühendatud sõlme (iga komplekt koosneb viiest järjestikku ühendatud patareist), P - paralleelne, paralleelühendus, S - seeria-, jadaühendus.
Põhimõtteliselt kasutatakse neid seeria patareisid:
- alalisvoolusüsteemid;
- katkematu toiteallika (UPS) seadmed;
- kõrgepinge alalisvoolusüsteemid (240/336 V).
Nutika kodu (UPS / UPS) katkematu toiteallika ja aku (UPS / UPS) akude omadused on toodud tabelis 4 ja välimus on toodud joonisel 3c.
Tabel 4. UPSi "nutikodu" akud
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, kg |
| 12 | 10 | 1,3 | |
| 12 | 20 | 2,5 | |
| 12 | 30 | 3,5 | |
| 24 | 20 | 4,5 | |
| 14,4 | 4,5 | 0,7 | |
| 14,4 | 7 | 0,9 | |
| U1 | 48 | 10 | 4 |
EEMB Super Energy SLM seeria liitiumraudfosfaatpatareid asendavad täielikult tavalised pliihappe- ja heeliumakud. Need on hooldusvabad, 80% kergemad ja viis korda vastupidavamad kui pliiakud ja nende analoogid.
Elektrisõidukite veoaku on laetav aku elektrisõidukitesse paigaldamiseks. Elektrisõidukite akude põhijooned on kerge kaal, kompaktne suurus ja kõrge energiaintensiivsus, mis võimaldab vähendada elektrisõiduki enda kaalu ja võimaldab kiiret laadimist.
EEMB pakub mitmesuguste kategooriate elektrisõidukite akusid (tabelid 5, 6).
Golfiautodes kasutatavate liitium-raudfosfaatakude ja GOLF CART-sarja sarnaste akude peamised parameetrid on toodud tabelis 5. Need akud võimaldavad rakkude paralleelset ja järjestikku ühendamist, nii et aku nimivõimsust ja pinget saab hõlpsasti muuta.
Tabel 5. GOLF CART-seeria laetavate patareide parameetrid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, kg |
| 6,4 | 10 | 0,5 | |
| 9,6 | 20 | 1,5 | |
| 12,8 | 30 | 3 | |
| 12,8 | 40 | 4 | |
| 25,6 | 10 | 2 | |
| 25,6 | 60 | 12 |
Elektriliste jalgrataste (E-jalgratta seeria) Li-FePO4 akude parameetrid on toodud tabelis 6.
Tabel 6. E-jalgratta seeria akude parameetrid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, kg |
| 24 | 10 | 2,5 | |
| 24 | 20 | 4,5 | |
| 24 | 40 | 9 | |
| 36 | 10 | 3,5 | |
| 36 | 20 | 6,5 | |
| 36 | 30 | 10 | |
| 48 | 20 | 9 |
Muid võimalusi saab teha vastavalt kliendi nõudmistele. Need akusarjad on saadaval ka komplektidena, kus üksikud elemendid on ühendatud järjestikku või paralleelselt. Selle seeria ühe montaažielemendi üldmõõtmed on 9,1x67,5x222 mm.
Tabelis 7 on toodud elektriliste tõukerataste ja elektriliste tööriistade liitium-raudfosfaatakude parameetrid. E-tõukeratta seeria patareid on väikese suurusega, suure lubatud tühjenemisvooluga, pika tööea, suure energiatihedusega, mäluefektita, mis muudab need akud populaarseks sobiva võimsusega seadmetes, kus on vaja elektrimootoreid iseseisvalt toita.
Tabel 7. E-rollerite akude parameetrid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, g |
| 9,6 | 1,4 | 150 | |
| 16 | 1,4 | 250 | |
| 19,2 | 7 | 1500 | |
| 22,4 | 8,4 | 2100 |
Tabelis 8 on toodud E-mootorrataste seeria elektriliste tõukerataste liitium-raudfosfaatakude parameetrid. Kõigi selle seeria akude nimipinge on 48 V. Minimaalne nimivõimsus on 9 Ah kaaluga 4 kg. Maksimaalne võimsus on 90 Ah kaaluga 40 kg. Ühe elemendi mõõtmed on 7,5x67x220 mm.
Tabel 8. E-mootorrataste seeria akude parameetrid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, Ah | Kaal, kg |
| 48 | 9 | 4 | |
| 48 | 36 | 16 | |
| 48 | 54 | 24 | |
| 48 | 90 | 40 |
LiFePO4 akude võrdlusomadused
Väikesemahulistes energiarajatistes pidevas tsüklirežiimis pakuvad liitium-raudfosfaatakud tänu sügava tühjenemise võimalusele ja suurele arvule laadimis-tühjendamistsüklitele käegakatsutavaid eeliseid objekti hooldamisel.
Aku moodulitel on sisseehitatud kaitse ülepinge, väikese laetuse, suurte voolude eest. Need ühilduvad kõigi seadmetega, sealhulgas pliiakudega töötavate inverterite ja laadijatega. Esialgu näib liitiumraudfosfaatpatareide hind olevat üsna kõrge. Ratta režiimis töötamiseks mõeldud aku võimsuse arvutamisel selgub, et LiFePO4 patareide kasutamise korral piisab umbes 2 ... 2,5 korda väiksemast pliiakude (sh plii-heelium) patareist. See on võimalik tänu sellele, et liitium-raudfosfaatakud võimaldavad laadimist suurema vooluga kui pliiakud (1C versus 0,1 ... 0,2C pliihappele). Selle tulemusel saab näiteks sama massiivi väljundvoolu ja vajaliku laadimisajaga päikeseelementide massiivi laadida liitium-raudfosfaadi akule, mis on vähem võimas kui pliihape. Väiksema võimsuse tühjendamise kohta kompenseerivad kiiremad laadimistsüklid, eriti kuna laadimis-tühjendamistsüklite ressurss on keskmiselt suurusjärgu võrra suurem. Sellele lisandub palju aeglasem võimsuse langus laadimistsüklite ajal.
Vaatame ühte näidet. Kui me kasutasime jalgratturežiimis varem pliiakut AGM / GEL 150 Ah, siis piisaks 60 Ah mahutavast LiFePO4 akust, et see ilma jõudluse kadumiseta välja vahetada. Õige arvutuse 1 kuni 2,5 korral on LiFePO4 aku maksumus vaid 25 … 35% rohkem kui pliiakud. Samal ajal on liitium-raudfosfaatpatareide jõudlus pliihappega võrreldes keskmiselt parem.
Akumuleerumise ja järgneva tühjenemise režiimis samade tühjendusvoolude korral võivad liitium-raudfosfaatakud anda võimsuse eelise 2,5 korda, mida on lihtne näitega näidata.
Reeglina valitakse aku võimsus põhivõimsuse puudumise võimaliku aja ja koormuse energiatarbimise põhjal.
Näiteks kui meil on vaja toita 2 kW koormust 1 tund, siis vajame vastavalt energiatarvet vähemalt 2 kWh. On vaja, et see süsteem saaks tsüklilises režiimis (päeval - laadimine, õhtul) normaalselt töötada - tühjendamine). 48 V väljundpingega aku või akupaki puhul on nõutav arvutusvõimsus umbes 42 Ah. Tühjendusvool on ligikaudu võrdne 1 C (42 A). Siiski tuleb meeles pidada, et meie näites ei tohiks tühjenemist pidada püsivaks vooluks, vaid pidevaks võimsuseks, samas kui aku tühjenemisel suureneb tühjendusvool. Püsiva võimsusega (2 kW) tühjendusrežiimis võib pliiaku (48 V / 40 Ah) töötada mitte rohkem kui 30 minutit (sügava tühjenemisega - kuni 40,8 V).
Selleks, et koormus saaks pliiakul ühe tunni jooksul enesekindlalt töötada, on selle maht umbes kaks korda suurem kui algselt arvutatud - umbes 85 Ah. Teisest küljest ei põhjusta 1 ° C või kõrgema vooluga rauafosfaatpatarei tühjenemine selle võimsuse olulist vähenemist - see jääb sisse nominaalne tase (joonis 3). Sellest on näha, et kahe tüüpi akude võimsuse erinevus saavutatakse kahel korral. Samuti tuleb arvestada, et kui pliiaku töötab ratturežiimis, väheneb selle võimsus juba 150 ... 200 laadimis-tühjendamistsükli korral 20% võrra, seetõttu peaksite selle kompenseerimiseks valima esialgu 20% suurema mahutavusega aku. Selgub, et varem seatud ülesande tingimused täidetakse esimese 6 kuu jooksul pliiakude mahuga 102 Ah. kahe akutüübi vahel on umbes 2,5 korda.
Liitium-raudfosfaatakud aktsepteerivad kergesti võimsaid laadimisvoolusid. Seega, olles laadinud neile kolm korda võimsama (pliiakude suhtes) päikesepatareide massiivi, saate neid laadida lühikese aja jooksul, mis võrdub 2 ... 4 tunniga. Võttes arvesse tundetust sügava tühjenemise ja kroonilise alakoormuse suhtes, on need patareid talvel hädavajalikud, eriti kui arvestada tõsiasja, et liitium-raudfosfaatpatareide efektiivsus on suurem kui 95% (pliiakude puhul 80%), ja see tähendab, et pilves ja vihmase ilmaga laadivad need akud kiiremini (tabel 9).
Tabel 9. Liitiumraudfosfaadi ja pliiakude võrdlus
| Parameeter | Liitiumraudfosfaat toiteallikas |
Tavapärane süsteem pliiakudega sügav tühjendus |
LiFePO4 eelised |
| Efektiivsete tsüklite tööarv | \u003e 6000 80% -lise tühjenemise korral | ~500 | Tsüklite arv on palju suurem |
| Rakkude tasakaalustamise süsteem | Esitage laadimise ja tühjendamise ajal | Puudub | Automaatne kontroll iga lahtri oleku üle |
| Kaitse ülelaadimise / sügava laadimise eest raku tasandil | 100% mitmetasandiline kontroll | ||
| Aku kaitse süsteemi rikete korral | 100% (katkestatud laadimis- ja tühjendusvool) | ||
| Aku energiavaru täpne arvutamine pinge, voolu, temperatuuri ja elemendi takistuse andurite andmete põhjal | Pidev arvutamine reaalajas | ||
| Kiire laadimisvõimalus | Jah (umbes 15 minutit) | Ei | |
| Vajadus aku hooldada laetud |
Ei | Jah, muidu - plaatide sulfaatimine | Laadimist pole vaja hoida, säästes hooldust |
| Hinnanguline tööiga igapäevase täisrattasõiduga 70% LiFePO4 ja 50% pliiakude puhul (ideaalsetes tingimustes), aastat | 15 | ~4 | Vähemalt 4 korda kõrgem |
| Töötemperatuuri vahemik, ° С | -20…60 | Soovitatav temperatuur: 20 ° C | Elektrisüsteemi on võimalik paigaldada kütmata ruumidesse |
| Kõrgendatud temperatuuri (30 ° C ja kõrgem) mõju | Lubatud töötada töötemperatuuri vahemiku ülemise piirini | Kiire lagunemine | Akuelemendid taluvad oluliselt kõrgemat temperatuuri |
| Kalendri eluiga (puhverrežiim või salvestusrežiim) | Pole piiratud | Piiratud, kuna plaadid nagunii lagunevad | Oluline kasu |
| Võime olemasolevale kogumisühikule võimsust lisada | Jah | Ei soovitata, kuna see viib tasakaalustamatuseni | Võimalus järk-järgult uuendada ja laiendada ilma lisakuludeta |
| Võimalus asendada üks / mitu kahjustatud rakku patareisõlmes | Jah, kuna on olemas tasakaalustussüsteem | ||
Järeldus
Jalgrattasõidurežiimides on liitium-raud-fosfaatpatareide kasutamine tasuvam, kuna energia- ja tööparameetrite saavutamiseks piisab umbes kaks korda väiksemast pliiakudest. Mitte vähem väärtuslikud on tundetus alakoormuse suhtes, suurenenud efektiivsus ja kiirendatud laadimine suure vooluga.
Liitium-raudfosfaatpatareisid on soovitatav kasutada päikeseelektrisüsteemides, mis töötavad lühikese päevavalguse tingimustes, mis on eriti oluline Venemaa keskosas, põhjapoolsetes piirkondades ja mägipiirkondades. Liitium-raudfosfaatakude pikk kasutusiga (suur arv laadimis- ja tühjenemistsükleid) võib oluliselt vähendada nende hooldamise ja väljavahetamise kulusid, mis on oluline näiteks automaatsete ilmaseirejaamade ja mobiilside tugijaamade avariitoitesüsteemide puhul. Kavandatud patareide vahetamise vahelise ajavahemiku suurenemine toob kaasa hooldekomando tööjõukulude kokkuhoiu, samuti sõidukulude kokkuhoiu (eriti kui seadmed on paigaldatud raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse). Vähendatud hoolduskulud kompenseerivad enam kui liitium-raudfosfaadi aku suhteliselt suured kulud.
Seda tüüpi patareisid saab edukalt kasutada ka telekommunikatsioonitehnikas (põhilised telekommunikatsiooniseadmed ja mobiilseadmed), katkematu toiteallikas, avariitoiteallikas, elektriajamite toiteallikas ja elektritranspordis.
Aku tootja - EEBM - teostab toote kvaliteedi ranget kontrolli ja tal on võimalus kohandada aku komplekte vastavalt kliendi nõudmistele.
Kirjandus
- http://www.eemb.com.
- http://www.eemb.com/products/rechargeable_battery/lifepo4_battery/lifepo4_battery.html.
Kaasaegne elektroonika esitab energiaallikate võimsusele ja võimsusele üha suuremaid nõudmisi. Kui nikkel-kaadmium- ja nikkel-metallhüdriidakud on oma teoreetilise piiri lähedal, siis liitium-ioontehnoloogiad on alles reisi alguses.
Li-Fe (liitiumfosfaat) akusid ei erista mitte ainult nende suur maht, vaid ka kiire laadimine. Aku saab täis laadida vaid 15 minutiga. Lisaks võimaldavad need akud 10 korda rohkem laadimis-tühjenemistsükleid kui tavalised mudelid. Li-Fe aku idee on aktiveerida liitium-ioonivahetus elektroodide vahel. Nanoosakeste abil oli võimalik arendada elektroodide vahetuspinda ja saada intensiivsem ioonivoog. Elektroodide liiga tugeva kuumutamise ja võimaliku plahvatuse välistamiseks kasutasid arenduse autorid katoodides liitium / koobaltoksiidi asemel liitium / raudfosfaati. Uue materjali ebapiisav elektrijuhtivus kompenseeritakse alumiiniumi, mangaani või titaani nanoosakeste kasutuselevõtuga.
Li-Fe akude laadimiseks tuleb kasutada spetsiaalset laadijat koos märgistusega, millele on kirjutatud, et seda tüüpi laadija on võimeline töötama Li-Fe patareidega, muidu hävitate aku!
Eelised
- Turvaline ja vastupidav korpus, erinevalt Li-Po aku kestadest
- Ülikiire laadimine (voolutugevusel 7A, täislaadimine 15 minutiga !!!)
- Väga kõrge tagasilöögivool 60A - töörežiim; 132A - lühiajaline režiim (kuni 10 sekundit)
- Isetühjenemine 3% 3 aasta jooksul
- Nad töötavad külmas (kuni -30 kraadi C) ilma tööomaduste kadumiseta
- MTBF 1000 tsüklit (kolm korda suurem kui nikkelakudel)
puudused
- Nõuab spetsiaalset laadijat (ei ühildu LiPo laadijatega)
- Raskem kui Li-Po
Natuke ajalugu
Liitiumioonakud on mahult kaks korda suuremad kui NiMH analoogid ja erivõimsuse poolest peaaegu kolm korda suuremad. Li-iooni energiatihedus on kolm korda suurem kui NiMH-l. Liitiumioon peab vastu väga suurtele tühjendusvooludele, millega NiMH akud teoreetiliselt hakkama ei saa. Samuti on NiMH-st vähe kasu võimsate kaasaskantavate tööriistade jaoks, mida iseloomustavad suured impulsskoormused, laadimine kestab kaua ja tavaliselt "elab" mitte rohkem kui 500 tsüklit. NiMH ladustamine on veel üks suur probleem. Need patareid kannatavad väga suure isetühjenemise tõttu - kuni 20% kuus, samas kui liitiumioonide puhul on see näitaja vaid 2–5%. NiMH patareidele kehtib nn mäluefekt, mis on iseloomulik ka NiCd akudele.
Kuid liitiumioonakudel on ka oma puudused. Need on väga kallid ja vajavad keerukat mitmetasandilist elektroonilist juhtimissüsteemi, kuna kalduvus pöördumatule lagunemisele, kui tühjendus on liiga sügav, või iseeneslik põlemine suurte koormuste korral. Nad võlgnevad selle peamisele elektroodimaterjalile - liitiumkobaltaadile (LiCoO2). Teadlased on mitu aastat näinud vaeva koobaltile asendaja leidmisega. Erinevad liitiumühendid - manganaadid, titanaadid, stannaadid, silikaadid jt - kandideerivad tuleviku peamise elektroodimaterjali kohale. Kuid absoluutseks lemmikuks peetakse tänapäeval liitiumferfosfaati Li-Fe, mille esimest korda omandas 1996. aastal Texase ülikooli professor John Goodenough. Pikka aega kogus see teema riiulil tolmu, kuna Li-Fe ei erinenud milleski muus kui odavus ja selle potentsiaal jäi uurimata. Kõik muutus 2003. aastal ettevõtte A123 Systems tulekuga.
Li-Fe patareide omadused
Nagu kõigil akudel, on ka Li-Fe-l mitu elektrilist põhiparameetrit:
Täielikult laetud elemendi pinge: Li-Fe-l on umbes 3,65 V. Selle tehnoloogia iseärasuste tõttu ei karda need elemendid ülelaadimist väga (vähemalt ei põhjusta see tulekahju ja plahvatust, nagu juhtub liitiumkoobalt-liitiumioonil, Li-pol põhinevatel elementidel), kuigi tootjad Kõrgemaid kui 3,9 V laadimisi ei soovitata ja raku kogu eluea jooksul on ainult üksikuid kuni 4,2 V laadimisi.
Täielikult tühjenenud elemendi pinge: Siin erinevad tootjate soovitused mõnevõrra, mõned soovitavad rakke tühjendada 2,5 V, mõned 2,0 V. Kuid igal juhul on igat tüüpi patareide kasutamise tava kohaselt kindlaks tehtud, et mida madalam on tühjendussügavus, seda rohkem tsükleid see aku suudab ellu jääda ja viimasele 0,5 V tühjenemisele langev energiahulk (Li-Fe puhul) on vaid paar protsenti selle mahust.
Keskpunkti pinge: erinevate tootjate selle tehnoloogia elemendid varieeruvad (deklareeritakse) vahemikus 3,2 V kuni 3,3 V. Keskpunktpinge on pinge, mis arvutatakse tühjenduskõvera põhjal ja mis on ette nähtud aku üldise võimsuse arvutamiseks, mida väljendatakse selleks Wh (vatt-tundides), korrutades keskpunkti pinge praeguse võimsusega, st näiteks teil on element, mille maht on 1,1 Ah ja pinge keskpunkt 3,3 V, siis on selle üldine võimsus 3,3 * 1,1 \u003d 3,65Wh. (Paljud inimesed ajavad keskpunkti pinge sageli segi täislaetud raku pingega.)
Sellega seoses tahaksin juhtida teie tähelepanu patareide tööomadustele või pigem 36V ja 48V Li-Fe patareide keskpunkti pingele. Niisiis on 36V ja 48V pinge näidatud tingimuslikult paljude jaoks tuttavama pliiakuga või pigem järjestikku ühendatud 12 või kolme 12V pliiakuga 3 või 4 pliiakude keskpunkti pingega. 36 V Li-Fe patareil on järjestikku ühendatud 12 rakku (rakku), mis on 3,2 * 12 \u003d 38,4 V (48 V aku 3,2 * 16 \u003d 51,2 V), mis on veidi kõrgem kui pliiakude keskmised punktid, st võrdse võimsusega ( Ah) Li-Fe aku üldine maht on suurem kui pliiakul.
Praegu on Hiina Li-Fe rakkude tootmise peamine tootmisbaas. Seal on nii tuntud ettevõtete (A123System, BMI) kui ka tundmatute ettevõtete tehaseid. Paljud valmis patareide müüjad (müües neid jaemüügis) väidavad, et nad on ise elementide tootjad, mis tegelikult osutub tõeks. Suured elementide tootjad, kes toodavad neid ringluses miljoneid tükke aastas, ei ole huvitatud jaeklientidega koostööst ja lihtsalt eiravad küsimusi kümnete elementide müügi kohta või pakuvad ostu teha mitu tuhat tükki või rohkem. On ka väikeettevõtteid, kus elemente valmistatakse väikeste partiidena poolkäsitööna, kuid selliste elementide kvaliteet on äärmiselt madal, selle põhjuseks on kvaliteetsete materjalide, seadmete ja madala tehnoloogilise distsipliini puudumine. Selliste elementide mahtuvus ja sisetakistus varieeruvad isegi ühes partiis väga erinevalt. Ka juba valmis patareide kokkupaneku turul on elemente, mis on välja antud suurte tootjate poolt, kuid kuna neid ei ole teatud parameetrite (mahtuvus, sisetakistus, pinge langus ladustamise ajal) tõttu tagasi lükatud, ei sisene need turule ja need tuleb ringlusse võtta. Need elemendid on aluseks väikeste käsitööettevõtete patareide kokkupanekule. Peamine erinevus selliste elementide ja suurte tootjate toodetud standardkvaliteedi elementide vahel on igal elemendil pole märgistust... Märgistust rakendatakse tehases viimaste katsete ajal ning see on tootja, kuupäeva ja tootmise muutmise tunnus. See teave on vajalik suurtele tootjatele, et töö ajal ja väidete korral elementide kvaliteeti veelgi jälgida, et oleks võimalik probleemi põhjus leida. Nagu te ise mõistate, pole nende jaoks, kes toodavad elemente käsitöölistes tingimustes, sellisel operatsioonil mõtet.
Neid linke saab kasutada kõige kuulsamate elementide tootjate testide vaatamiseks:
- http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php
Muide, mis on huvitav, kontrollide tulemuste kohaselt deklareerivad peaaegu kõik tootjad võimsust suuremaks, kui see on saadaval (ainus erand on A123 süsteemis), samas kui Huanyu on üldjuhul veerand madalam kui deklareeritud.
Ootamatu avastus
A123 Systems on ebatavaline ettevõte. Vestlustes kordavad selle töötajad tavalisest insenerist presidendini ühte lauset, mida tänapäeval sageli ei kuule: „Oleme alles tee alguses. Pärast selle lõpuni läbimist pöörame maailma! " A123 Systemsi ajalugu algas 2000. aasta lõpus Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) professor Yet Min Changi laboris. Pikka aega Li-ioontehnoloogiaga tegelenud Chang avastas peaaegu kogemata jahmatava nähtuse. Teatud mõjul elektroodimaterjalide kolloidlahusele hakkas aku struktuur ennast taastootma! Atraktsiooni- ja tõukejõud sõltusid paljudest teguritest - osakeste enda suurusest, kujust ja arvust, elektrolüüdi omadustest, elektromagnetväljast ja temperatuurist. Chang viis läbi elektroodide nanomaterjalide füüsikalis-keemiliste omaduste üksikasjalikud uuringud ja määras põhiparameetrid spontaanse enesekorraldusprotsessi alustamiseks. Saadud patareide erimaht oli kolmandiku võrra suurem kui tavalistel liitiumkobaltaatpatareidel ja need pidid vastu sadadele laadimis-tühjendamistsüklitele. Loomulikul viisil loodud elektroodide mikrostruktuur võimaldas suurendada kogu aktiivpinda suurusjärgu võrra ja kiirendada ioonivahetust, mis omakorda suurendas aku mahtu ja tootlikkust.
Enesekorraldus vastavalt Chang-meetodile on järgmine: tulevase patarei korral pannakse koobaltoksiidi ja grafiidi nanoosakeste segu, lisatakse elektrolüüt ja luuakse vajalikud välistingimused - temperatuur, elektromagnetväli ja rõhk. Koobaltoksiidi osakesed tõmbuvad üksteise poole, kuid tõrjuvad grafiidi osakesi. Protsess jätkub seni, kuni külgetõmbe- ja tõukejõud jõuavad tasakaalu. Selle tulemusena moodustub anood-katoodpaar, mis on täielikult eraldatud faaside - elektrolüüdiga. Nanoosakeste sama suuruse tõttu õnnestus Changil laboris luua kindlaksmääratud võimsuse ja jõudlusega parameetritega patareid. Selle nähtuse edasine uurimine ja sellel põhinev tootmistehnoloogia areng tõotasid fantastilisi väljavaateid. Changi arvutuste kohaselt võiks patareide mahtu võrreldes olemasolevate analoogidega kahekordistada ja omahinna poole võrra vähendada. Enesekorraldusmeetod võimaldas luua mis tahes kujuga patareidest väiksemaid patareisid, sealhulgas otse praeguste tarbijate endi sees.
Astu suurde ärisse
Sel ajal töötas American Semiconductis elektrokeemiainsener Bart Riley või see tootis laia valikut pooljuhte. Tal oli Changiga pikem tutvus ja teaduslikud huvid. Kui Chang Rileyle oma ootamatust leiust rääkis, sündis idee luua iseorganiseerumise fenomenil põhinev äri peaaegu kohe. Kuid ei ühel ega teisel polnud aimugi, kuidas ettevõtted loodi. A123 Systems'i kolmas asutaja oli Rick Fulup, ettevõtja, kes suudab headest ideedest teha suure raha. 26. eluaastaks oli Fulup juba nullist loonud viis ettevõtet ja käivitanud suurettevõtluse. Ühel päeval sattus Fulup teadusajakirjas MIT professor Chang'i artiklile liitiumioonioonitehnoloogia kohta. Saamata aru, mida ta loeb, valis Rick professori telefoninumbri. Kui talle paluti alustada süsinik-nanokiudäri, vastas Chang, et tal on parem idee ja Fulp ei saanud enne hommikut magada.
Kõigepealt õnnestus partneritel hankida MITilt luba patareide isekorralduse tehnika tööstuslikuks kasutamiseks ja välja osta õigused Chang'i laboris saadud katoodimaterjalile - liitium-raudfosfaadile. Tal polnud isetegemise fenomeniga midagi pistmist, kuid Fulup otsustas, et õigused Li-Fe-le ei sekku. Ärge raisake head! Lisaks sai Chang eritoetust Li-Fe uurimise jätkamiseks. 2001. aasta septembris rändas Rick Fulup juba riskikapitalifondides ringi, et otsida vahendeid. Tal õnnestus investorite seas konkurentsi tekitada, toites seda ajakirjanduses üha uute sõnumitega liitiumioonakude fantastiliste turuväljavaadete kohta.
Juba detsembris 2001 laekusid ettevõtte kontodele esimesed 8 miljonit dollarit. Neli kuud pärast projekti algust, 2002. aasta aprillis, liitusid äriga elektroonika turu juhid Motorola ja Qualcomm, nähes uues tehnoloogias tohutut potentsiaali. Bart Riley meenutab naeratades, kuidas mingil konverentsil hüppas Fulup Qualcommi asepresidendi Paul Jacobsi juurde. Minutiga suutis Rick peaaegu Jacobsi jakist reversist kinni hoides selgeks teha A123 tehnoloogia eeliseid konkurentide ees ja paar sekundit hiljem esitas ta küsimuse - tooge täna, homme on juba hilja! Ja paari päeva pärast tegi Jacobs õige otsuse. Varsti olid A123 investorite hulgas: kuulus ettevõte Sequoia Capital, mille rahale asutati Google ja Yahoo, General Electric, Procter & Gamble ning paljud teised suured ettevõtted.
Varu langevari
2003. aasta alguseks oli töö jõudnud ummikusse. Selgus, et paljulubav tehnoloogia töötab ainult osaliselt - enesekorraldusprotsess osutus ebastabiilseks. Ühtlase suuruse ja omadustega elektroodnanomaterjalide saamise tehnoloogiaga on tekkinud tõsiseid raskusi. Selle tulemusena on toote jõudlus hõljunud silmapaistvast heast. Saadud patareide tööiga oli elektroodide kristallvõre nõrkuse tõttu olemasolevatest analoogidest oluliselt madalam. See kukkus mitme tühjendustsükli jooksul lihtsalt kokku. Chang taipas, et tööstuses on ideaalse akutehnoloogia väljatöötamiseni jäänud veel pikk tee. Projekt murdus õmblustel ...
Selleks ajaks oli liitiumferrofosfaadiga töötamine andnud ootamatuid tulemusi. Esialgu tundusid raudfosfaadi elektrilised omadused väga tagasihoidlikud. Li-Fe eelisteks LiCoO2 ees olid selle mittetoksilisus, madal hind ja madalam tundlikkus kuumuse suhtes. Ülejäänud osas jäi ferrofosfaat koobaltile oluliselt alla - 20% energiatarbimise, 30% tootlikkuse ja töösüklite arvu poolest. Seetõttu ei sobinud primaarse Li-Fe katoodiga aku mobiilsele elektroonikale, kus võimsus on esmatähtis. Ferrofosfaat vajas sügavat modifitseerimist. Chang hakkas katsetama nioobiumi ja muude metallide lisamisega elektroodi struktuurile ja üksikute Li-Fe osakeste suuruse vähendamisele saja nanomeetrini. Ja materjal on sõna otseses mõttes muutunud! Tuhandekordselt suurenenud aktiivpinna ja elektrijuhtivuse paranemise tõttu sissepritsitud kulla ja vase tõttu ületasid nanostruktureeritud Li-Fe katoodiga patareid tühjendusvooludes tavapäraseid koobaltakusid kümme korda. Elektroodide kristallstruktuur ei olnud aja jooksul praktiliselt kulunud. Metallide lisamine tugevdas seda, nagu armatuur tugevdab betooni, nii et aku töötamistsüklite arv on kasvanud üle kümnekordse - 7000-ni! Tegelikult on selline aku võimeline üle elama mitu põlvkonda seadmeid, mida see toidab. Lisaks ei loodud Li-Fe jaoks midagi uut tootmistehnoloogias. See tähendas, et Riley, Changi ja Fulupi valmistatud toode oli koheseks masstootmiseks valmis.
"Kui teil on väike ettevõte ja piiratud rahastamine, keskendute tavaliselt ühele asjale," ütleb Riley. - Kuid selgus, et meil on taskus kaks tervet ideed! Investorid nõudsid jätkata projekti algteema kallal töötamist ja jätta nanofosfaat parematesse aegadesse. Kuid tegime oma asju. Viskasime väikese inseneride meeskonna uude suunda. Neile seati konkreetne eesmärk - katoodnanomaterjalide tööstusliku tootmise tehnoloogia väljatöötamine ”. Nagu hiljem selgus, päästis see visa otsus kogu projekti varisemisest. Pärast esimest ilmset edu nanofosfaadi osas lükati edasine töö enesekorrastamise osas edasi, kuid seda ei unustatud. Lõppude lõpuks võib ajalugu kunagi end korrata vastupidiselt.
Tööstushiiglane
Sõna otseses mõttes kuu aega hiljem sõlmis A123 saatusliku lepingu kuulsa Black & Deckeri ettevõttega. Selgus, et Black & Decker oli juba mitu aastat välja töötanud uue põlvkonna ehitustööriistu - mobiilseid ja võimsaid kaasaskantavaid seadmeid. Kuid uudsuse kasutuselevõtt viibis sobiva vooluallika puudumise tõttu. NiMH ja NiCd akud ei sobinud ettevõttele kaalu, suuruse ja jõudluse poolest. Tavapärased liitium-ioonakud olid piisavalt suured, kuid ei andnud suurt koormusvoolu ja kiiresti tühjenedes kuumenesid nad nii palju, et võisid süttida. Lisaks oli nende laadimiseks kuluv aeg liiga pikk ja kaasaskantav tööriist peab alati valmis olema. A123 patareid olid selleks otstarbeks ideaalsed. Need olid väga kompaktsed, võimsad ja täiesti ohutud. Laadimisaeg 80% -lise võimsuseni oli vaid 12 minutit ja tippkoormusel arendasid Li-Fe akud võrgutööriistade võimsust suuremaks! Lühidalt, Black & Decker leidis täpselt selle, mida ta otsis.
Selleks ajaks oli A123-l vaid peenraha suurune prototüüp ja Black & Decker vajas miljoneid päris patareisid. Fulup ja Riley tegid hiiglasliku töö oma tootmisrajatiste loomiseks ja aasta pärast lepingu allkirjastamist alustasid nad Hiinas kommertstoodete masstootmist. Fulupi energia ja jõud Black & Deckeriga sõlmitud tehingus võimaldasid A123-l kiiresti siseneda suurde tööstuspuuri. Vähem kui kuue aastaga on Massachusettsis asuv ettevõte kasvanud puhtast ideest kuue tehase ja 900 töötajaga suureks uurimis- ja arenduskompleksiks. Tänapäeval omab A123 Systems 120 patenti ja patenditaotlust elektrokeemia jaoks ning selle liitiumioonioonitehnoloogia uurimiskeskust peetakse parimaks Põhja-Ameerikas.
Kuid ettevõte ei peatu sellega. Viimase pooleteise aasta jooksul on algse nanofosfaadi omadused radikaalselt paranenud ja välja töötatud uut tüüpi elektrolüüdid. Loodud on täiustatud ja usaldusväärsed elektroonilised laadimissüsteemid. Erinevates tehnoloogiavaldkondades kasutamiseks on välja töötatud mitut tüüpi akupakettide kujundused. Kuid suur samm edasi on muidugi tulevase Chevrolet Volt pistikhübriidi aku väljatöötamine.
Patareide tootmise tehnoloogiad ei seisa paigal ja järk-järgult asendatakse Ni-Cd (nikkel-kaadmium) ja Ni-MH (nikkel-metallhüdriid) patareid patareidega ...
Loetelu ettevõtetest, mis toodavad liitiumioon (Li-ioon), liitiumpolümeer (Li-Po), liitiumfosfaat (Li-Fe / LiFePO4) patareisid erinevates maailma riikides. Tootja nimi Asukoht ...
Mis on LiFePO4 aku
LiFePO4 on looduslikult esinev mineraal oliviinide perekonnast. LiFePO4 patareide sünnikuupäevaks loetakse 1996. aastat, kui Texase ülikool tegi esmakordselt ettepaneku kasutada LiFeP04 aku elektroodis. Mineraal on mittetoksiline, suhteliselt odav ja esineb looduslikult.
LiFEPO4 on liitiumpatarei ja kasutab sama energiatehnoloogiat nagu liitiumpatareid, kuid need pole siiski 100% liitiumpatareid.
Tulenevalt asjaolust, et tehnoloogia ilmus suhteliselt hiljuti, pole LiFEPO4 patareide kvaliteedi hindamiseks ühtset standardit, samuti on meile teada otsesed analoogiad pliiakude näitajatega.
LFTP-akude ühtse standardi puudumise tõttu on turul palju LFP-rakkude sorte ja akusid, millel on sees erinevad omadused ja keemia, nimetatakse neid kõiki LFP- või liitiumpatareideks, kuid need töötavad erineval viisil. Püüdmata mõista tohutut suurust, keskendume sellele, mida meie patareid garanteerivad.
Aliant liitiumraudfosfaatpatareid pakuvad järgmisi praktilisi eeliseid:
- mõõtmed - akud on 3 korda väiksemad kui plii analoogid, seega katavad kogu mootorrataste mudelivalikut vaid 3 akut
- aku tühjeneb iseenesest vähem kui 0,05% päevas, st. suudab aasta aega ohutult riiulil seista ilma laadimiseta ja omadusi kaotamata, käivitada mootor ja seejärel laadida 100% lähedale
- võib olla tühjenenud olekus ilma tõsiste tagajärgedeta hilisemale jõudlusele, tühjenemisläve on 9,5 V, kuni aku klemmide pinge langeb alla 9,5 V - akut saab laadida ja taastada algsesse olekusse
- laadige ühtlaselt kõik 4 elementi, kasutades akusse sisseehitatud kontrollerit BMS (Batery Management System). Aku sees on 4 järjestikku ühendatud lahtrit, igaüks 3,3 V nimipingel, nimipinge 13,3 V, kuid akut laetakse 2 klemmi kaudu. See laadimismeetod sobib pliiakude jaoks, kuid ei sobi LFP-le - sisemised elemendid on alati alalaetud, mis suurendab nende rikke tõenäosust, nii et seeriaühenduses olevad LFP-rakud laetakse ühtlaselt, akusse on sisse ehitatud elektrooniline vooluring, mis jaotab 2-le laetuse. 4 aku võrra ühtlaselt aku sees
tohutu arv laadimistsükleid, rohkem kui liitiumioonakuid ja pliiakusid,
aku peab vastu 3000 laadimistsüklit 70% tühjenemise korral ja 2000 tsüklit 80% tühjenemise korral, mis tagab aku kestvuse kuni 7 aastat, pakume ALIANT patareidele tingimusteta 2-aastase garantii. Keskmiselt on aku hinnatud 12 000 starteri jaoks.
starteri suur pöörlemisvool, -18C juures annab aku starterile keskmise keskmise pliiakuga võrdse võimsuse, kuid + 23C juures on starterile tarnitav võimsus kaks korda suurem kui pliiaku. Suur võimsus on mootori käivitamisel kohe tunda, starter pöörleb kiiresti nagu värske pliiaku
kaal - ALIANT patareid on 5 korda kergemad kui pliiakud
kiire laadimine - keskmiselt laetakse akusid 50% esimese 2 minuti jooksul, 100% 30 minuti jooksul, mis tähendab, et pärast 30-minutilist sõitu on aku 100% laetud, s.t. tegelikult on teie aku alati 100% laetud
stabiilne tühjenemispinge - tühjendamise ajal hoiab aku kuni viimase pinge 13,2 V lähedal, seejärel toimub pärast tühjenemist järsk pingelangus, - aku, kuhu on jäänud 40% laadimisest, keerab starterit kiiresti
stabiilne tühjenemispinge - tühjendamise ajal hoiab aku viimast pinget 13,2 V lähedal, siis pärast tühjenemist tekib järsk pingelangus
töötada ülimadalatel temperatuuridel. Oleme erilist rõhku pannud akude toimimisele ülimadalatel temperatuuridel, mõned kogenud sõitjad, kes juhtusid kasutama teiste tootjate LFP-akusid, on märganud, et LFP-akude jõudlus langeb temperatuuri juures dramaatiliselt. Nii et +3 kraadi juures ei ole starteri jõulisemat pöörlemist ja miinuse korral aku "magab" ja ärkab alles pärast soojendamist, kuna energia vabaneb. Tänu spetsiaalsele keemiale on meie patareid sellest puudusest vabad. Ehkki patareide väljundvõimsus -18 ° C juures langeb peaaegu 2 korda, piisab siiski starteri rõõmsaks keeramiseks. Aku on mõeldud töötama temperatuuril kuni -30C, temperatuuril -3 ja üle selle, akudel on liiga palju energiat. Temperatuurivahemikus -18 kuni -30C pöörab aku starterit, kuid tundub, et see on pooleldi tühi.
töötage igas asendis, patareides pole vedelikke, seda saab kasutada igas asendis, nagu geelakusid
lai temperatuurivahemik - -30C kuni + 60C
Põhilised füüsilised erinevused LiFePO4 akude ja plii analoogide vahel
Nagu varem öeldud, on LiFePO4 patareidel ja pliiakudel erinevad keemilised omadused ning aku mõistmiseks peate teadma, kus on erinevused.
peamine erinevus puudutab võimsust. Patareide erinevustest saate aru näite abil: kui ühendate starteri LiFEP04 aku ja pliiakuga ning hakkate seda keerama, siis samal ajal keerab LiFEPO4 aku starterit veel peaaegu 1,5 võrra rohkem, praktiliselt ilma pöörlemiskiirust vähendamata kui pliiakuga, kui olete varem kasutanud pliiakut, siis kuni viimase ajani jääb mulje, et akudesse on palju laetud, kuid tegelikult võib aku juba peaaegu tühjeneda, pöörlemiskiiruse langus ei toimu sujuvalt, nagu pliiaku puhul, vaid toimub järsult pärast seda. pinge langeb alla 12V. Kui võtame pliiaku 7A / h ja sarnase mahutavusega LiFEPO4 aku, siis on starteri pöörete arv (tegelikult koormus), kuni see on LiFEP04 esimese 10 minuti jooksul täielikult tühjenenud, palju suurem, kuid järgmise 5 minuti jooksul tühjeneb aku, samas kui pliiaku saab keerake starterit kuni 20 minutiks. Seega ületab LiFEPO4 aku kõigil praktilistel juhtudel elu temperatuuril -18 ° C pliiakudest, välja arvatud juhul, kui generaator ei tööta. Sellisel juhul võib pliiaku ilma generaatorita töötada kauem kui LiFePO4.
ülepinge. Laadimispinge ületamisel käituvad LiFEPO4 ja pliiakud erinevalt. Pliiakude aku hakkab keema. Pöördumatud keemilised reaktsioonid toimuvad LIFEPO4 patareides. Turul pole ühtegi mootorratast, mis annaks pinget, mis võiks kahjustada LIFEPO4 akut, kuid väga harvadel juhtudel, kui regulaatori relee rikub nii, et aku klemmide pinge on vahemikus 15 kuni 60 V - aku LIFEP04 kahjustatud.
temperatuur. LIFEP04 patareidele ei meeldi madal temperatuur, meie patareides kasutame spetsiaalseid rakke, mis suudavad töötada temperatuuril kuni -30C, sellegipoolest langeb pärast -18C LIFEPO4 aku jõudlus nii, et pliiaku annab välja rohkem energiat kui meie oma. Kui rakkudes poleks spetsiaalset keemiat, siis kaotaks aku juba +4 kraadi LIFEPO4 juures jõudluse.
Esitage toetamiseks küsimus: see e-posti aadress on spämmirobotite eest kaitstud. Selle vaatamiseks peate lubama JavaScripti.
Kaasaegne turg on täis mitmesuguseid elektroonikaseadmeid. Nende toimimiseks töötatakse välja üha arenenumaid toiteallikaid. Nende hulgas on eriline koht liitiumraudfosfaatpatareidel. Need on ohutud, suure elektrilise võimsusega, praktiliselt ei eralda toksiine ja on vastupidavad. Võib-olla vahetatakse varsti need patareid nende "kaaslaste" seadmetest välja.
Ohjeldamine
Mis on liitiumraudfosfaadi aku
LiFePo4 patareid on kvaliteetsed ja töökindlad ning suure jõudlusega toiteallikad. Nad asendavad aktiivselt mitte ainult vananenud pliiakusid, vaid ka kaasaegseid liitiumioonakusid. Tänapäeval leitakse akuandmeid mitte ainult tööstusseadmetest, vaid ka kodumasinatest - alates nutitelefonidest kuni elektriratasteni.
LFP patareid töötas välja Massachusettsi tehnoloogiainstituut 2003. aastal. Need põhinevad muudetud keemilise koostisega täiustatud liitiumioontehnoloogial: liitiumkobaltaadi asemel kasutatakse anoodi jaoks liitiumferrofosfaati. Akude laialdane kasutamine on tingitud sellistest ettevõtetest nagu Motorola ja Qualcomm.
Kuidas toodetakse LiFePo4 patareisid
LiFePo4 patareide valmistamise peamised komponendid tarnitakse tehasesse tumehalli pulbrina, millel on metallist läige. Anoodide ja katoodide tootmise skeem on sama, kuid komponentide segamise lubamatuse tõttu tehakse kõik tehnoloogilised toimingud erinevates töökodades. Kogu tootmine on jagatud mitmeks etapiks.
Esimene samm. Elektroodide loomine. Selleks kaetakse valmis keemiline koostis mõlemalt poolt metallfooliumiga (tavaliselt katoodi jaoks alumiinium ja anoodi jaoks vask). Foolium töödeldakse eelnevalt suspensiooniga, et see saaks toimida voolu vastuvõtja ja juhtiva elemendina. Valmis elemendid lõigatakse õhukesteks ribadeks ja volditakse mitu korda ruudukujuliste rakkude moodustamiseks.
Teine samm. Aku otsene kokkupanek. Lahtrite kujul olevad katoodid ja anoodid asetatakse poorsest materjalist valmistatud separaatori mõlemale küljele, tihedalt selle külge kinnitatud. Saadud plokk pannakse plastanumasse, täidetakse elektrolüüdiga ja suletakse.
Viimane etapp. Kontrollige aku laadimist / tühjenemist. Laadimine toimub elektrivoolu pinge järkjärgulise suurenemisega, nii et suure hulga soojuse eraldumise tõttu ei toimu plahvatust ega süttimist. Tühjendamiseks on aku ühendatud võimsa tarbijaga. Hälbeid paljastamata saadetakse kliendile valmis asjad.
Liitiumraudfosfaadi aku tööpõhimõte ja seade
LFP patareid koosnevad elektroodidest, mis on mõlemalt poolt tihedalt vastu poorset separaatorit surutud. Seadmete toitmiseks on nii katood kui ka anood ühendatud voolukollektoritega. Kõik komponendid asetatakse plastkorpusesse ja täidetakse elektrolüüdiga. Kerele pannakse regulaator, mis reguleerib laadimise ajal voolu pakkumist.
LiFePo4 akude tööpõhimõte põhineb liitiumferrofosfaadi ja süsiniku koostoimel. Reaktsioon ise kulgeb vastavalt valemile:
LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6
Aku laengu kandjaks on positiivselt laetud liitiumioon. Sellel on võime tungida teiste materjalide kristallvõre, moodustades keemilisi sidemeid.
LiFePo4 aku spetsifikatsioonid
Sõltumata tootjast on kõigil LFP-rakkudel samad tehnilised omadused:
- tipppinge - 3,65 V;
- keskpunkti pinge - 3,3 V;
- täielikult tühjenenud pinge - 2,0 V;
- nimipinge - 3,0-3,3 V;
- minimaalne koormuspinge - 2,8 V;
- vastupidavus - 2–7 tuhat laadimis- / tühjendamistsüklit;
- iselaadiv temperatuuril 15-18 C o - kuni 5% aastas.
Esitatud tehnilised omadused viitavad konkreetselt LiFePo4 rakkudele. Sõltuvalt sellest, kui palju neist on ühendatud ühe patareiga, varieeruvad ka patareide parameetrid.
Kodumaisel tootmisel on järgmised omadused:
- võimsus - kuni 2000 Ah;
- pinge - 12 v, 24v, 36v ja 48v;
- töötemperatuuri vahemikuga -30 kuni +60 C o;
- laadimisvooluga - 4 kuni 30 A.
Kõik patareid ei kaota oma kvaliteeti, kui neid hoitakse 15 aastat, neil on stabiilne pinge ja neid eristatakse madala toksilisusega.
Mis on LiFePo4 patareid?
Erinevalt meie jaoks tavalistest patareidest, mis on tähistatud sümbolitega AA või AAA, on liitiumraudfosfaatelementidel täiesti erinev vormitegur - nende suurused on krüptitud viiekohalise numbriga. Kõik need on toodud tabelis.
| Standard suurus | Mõõtmed, DxL (mm) |
|---|---|
| 14430 | 14 x 43 |
| 14505 | 14 x 50 |
| 17335 | 17 x 33 |
| 18500 | 18 x 50 |
| 18650 | 18 x 65 |
| 26650 | 26 x 65 |
| 32600 | 32 x 60 |
| 32900 | 32 x 90 |
| 38120 | 38 x 120 |
| 40160 | 40 x 160 |
| 42120 | 42 x 120 |
Isegi ilma teie ees oleva märgistusega tabelita saate hõlpsalt navigeerida aku mõõtmetes. Koodi kaks esimest numbrit tähistavad läbimõõtu, ülejäänud - toiteallika pikkus (mm). Mõne suuruse lõpus olev number 5 vastab poolele millimeetrile.
Liitium-raudfosfaataku: plussid ja miinused
LFP-patareid põhinevad liitiumioontehnoloogial, mis võimaldas neil neis toiteallikates ära kasutada kõiki eeliseid ja vabaneda samal ajal neile omastest puudustest.
Peamised eelised on järgmised:
- Vastupidavus - kuni 7000 tsüklit.
- Kõrge laadimisvool, mis lühendab energia täiendamise aega.
- Stabiilne tööpinge, mis ei lange enne, kui laeng on täielikult ammendatud.
- Kõrge tipppinge - 3,65 volti.
- Kõrge nimivõimsus.
- Väike kaal - kuni mitu kilogrammi.
- Madal keskkonna saastatuse tase kõrvaldamise ajal.
- Külmakindlus - töö on võimalik temperatuuril -30 kuni + 60C o.
Kuid patareidel on ka puudusi. Esimene on kõrge hind. Elemendi hind 20 Ah võib ulatuda 35 tuhande rubla juurde. Teine ja viimane puudus on akupanga kokkupanemise raskus oma kätega, erinevalt liitiumioonakudest. Nende toiteallikate muid ilmseid puudusi pole veel kindlaks tehtud.
Laadijad ja kuidas laadida LiFePo4
LiFePo4 akulaadijaid ei saa praktiliselt eristada tavalistest inverteritest. Eelkõige saab salvestada suure väljundvoolu - kuni 30A, mida kasutatakse rakkude kiireks laadimiseks.
Valmis akupaki ostmisel ei tohiks nende laadimisega probleeme tekkida. Nende disain on sisse ehitatud elektroonilise juhtimisega, mis kaitseb kõiki rakke elektri täieliku tühjenemise ja üleküllastumise eest. Kallites süsteemides kasutatakse tasakaalustusplaati, mis jaotab voolu seadme kõigi rakkude vahel ühtlaselt.
Kui kasutate kolmanda osapoole laadijaid, ei tohi laadimisel soovitatavat voolu ületada. See vähendab aku kasutusaega mitu korda laadimise kohta. Kui aku kuumeneb või paisub, ületatakse voolutugevus.
Kus kasutatakse LiFePo4 patareisid?
LFP akud on tööstusele väga olulised. Neid kasutatakse seadmete jõudluse säilitamiseks ilmajaamades, haiglates. Neid kasutatakse ka puhvritena tuuleparkides ja neid kasutatakse päikesepaneelide energia salvestamiseks.
12v patareisid hakatakse tänapäevastes autodes kasutama tavapäraste pliiakude asemel. LiFePo4 disainilahendused on paigaldatud peamiseks jõuallikaks e-jalgratastele ja ATV-dele, mootorpaatidele.
Nende tähendus on igapäevaelus laialt levinud. Need on sisse ehitatud telefonidesse, tahvelarvutitesse ja isegi kruvikeerajatesse. Sellised seadmed erinevad aga hinna poolest oluliselt vähem tehnoloogiliselt arenenud analoogidest. Seetõttu on neid endiselt keeruline turult leida.
LiFePo4 ladustamise, kasutamise ja kõrvaldamise reeglid
Enne LFP-aku pikaajaliseks ladustamiseks saatmist tuleb see laadida 40–60% -ni ja säilitada see laadimistase kogu ladustamisaja jooksul. Hoidke akut kuivas kohas, kus temperatuur ei lange toatemperatuurist madalamale.
Töö ajal tuleb järgida tootja nõudeid. Oluline on akut mitte üle kuumeneda. Kui märkate, et aku kuumeneb töötamise või laadimise ajal ebaühtlaselt, peaksite pöörduma remondikeskuse poole - võib-olla on üks elementidest korrast ära või juhtseadmes või tasakaalustusplaadis on tõrkeid. Sama tuleks teha ka turse ilmnemisel.
Täielikult tühjenenud aku nõuetekohaseks kõrvaldamiseks pöörduge spetsialiseeritud organisatsiooni poole. Nii et te ei käitu mitte ainult kohusetundliku kodanikuna, vaid saate ka sellega raha teenida. Kui aga saadate aku lihtsalt prügimäele, siis midagi hullu ei juhtu.
Samuti võite olla huvitatud
Tabletikujulisi miniatuurseid patareisid kasutatakse paljudes seadmetes. Erinevate tootjate tooted võivad olla
Iga auto mootori käivitamise usaldusväärsus sõltub suuresti kasutatud aku kvaliteedist. Ta peab
Oluline on valida igale sõidukile sobiv aku. See pikendab kasutusiga märkimisväärselt.
