Lifepo4 akude tehnilised andmed. EEMB liitiumraudfosfaatpatareid – poole mahutavusest piisab Lifepo4 akudest
Kaasaegne turg on täis mitmesuguseid elektroonikaseadmeid. Nende toimimiseks töötatakse välja üha arenenumaid toiteallikaid. Nende hulgas on erilise koha hõivanud liitiumraudfosfaatpatareid. Need on ohutud, suure elektrivõimsusega, praktiliselt ei eralda toksiine ja on vastupidavad. Võib-olla varsti surutakse need akud oma "vendade" seadmetest välja.
Hooldus
Mis on liitiumraudfosfaadi aku
LiFePo4 akud on kvaliteetsed ja töökindlad suure jõudlusega toiteallikad. Nad asendavad aktiivselt mitte ainult vananenud plii-happe, vaid ka kaasaegseid liitiumioonakusid. Tänapäeval ei leidu neid akusid mitte ainult tööstusseadmetes, vaid ka koduseadmetes - nutitelefonidest elektrijalgratasteni.
LFP akud töötas välja Massachusettsi Tehnoloogiainstituut 2003. aastal. Need põhinevad täiustatud liitiumioontehnoloogial, mille keemiline koostis on muudetud: liitiumferrofosfaati kasutatakse liitiumkobaltaadi asemel anoodiks. Patareid on laialt levinud tänu sellistele ettevõtetele nagu Motorola ja Qualcomm.
Kuidas LiFePo4 akusid toodetakse
LiFePo4 akude valmistamise põhikomponendid tarnitakse tehasesse metallilise läikega tumehalli pulbrina. Anoodide ja katoodide valmistamise 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 (katoodi jaoks tavaliselt alumiinium, anoodi jaoks vask). Foolium on eelnevalt töödeldud suspensiooniga, et see saaks toimida voolu vastuvõtja ja juhtiva elemendina. Valmis elemendid lõigatakse õhukesteks ribadeks ja volditakse mitu korda, moodustades ruudukujulised rakud.
Teine samm. Aku otsene kokkupanek. Katoodid ja anoodid elementide kujul asuvad poorsest materjalist separaatori mõlemal küljel ja on sellele tihedalt kinnitatud. Saadud plokk asetatakse plastmahutisse, täidetakse elektrolüüdiga ja suletakse.
Viimane etapp. Aku laadimise/tühjenemise juhtimine. Laadimine tekitab elektrivoolu pinge järkjärgulise suurenemise, nii et suure soojushulga eraldumise tõttu ei toimu plahvatust ega süttimist. Tühjenemiseks ühendatakse aku võimsa tarbijaga. Ilma kõrvalekaldeid paljastamata saadetakse valmis esemed kliendile.
Liitiumraudfosfaataku tööpõhimõte ja seade
LFP akud koosnevad elektroodidest, mis on mõlemalt poolt tihedalt vastu poorset eraldajat surutud. Seadmete toiteks ühendatakse nii katood kui ka anood voolukollektoritega. Kõik komponendid asetatakse elektrolüüdiga täidetud plastikust korpusesse. Korpusele on asetatud kontroller, mis reguleerib laadimise ajal vooluvarustust.
LiFePo4 akude tööpõhimõte põhineb liitiumferrofosfaadi ja süsiniku vastasmõjul. Reaktsioon ise kulgeb järgmise valemi järgi:
LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6
Aku laengukandjaks on positiivselt laetud liitiumioon. Seda saab keemiliste sidemete moodustumisega viia teiste materjalide kristallvõresse.
LiFePo4 akude tehnilised andmed
Sõltumata tootjast on kõigil LFP-elementidel samad tehnilised omadused:
- tipppinge - 3,65 V;
- pinge keskpunktis - 3,3 V;
- pinge täielikult tühjendatud olekus - 2,0 V;
- nimitööpinge - 3,0-3,3 V;
- minimaalne pinge koormuse all - 2,8 V;
- vastupidavus - 2 kuni 7 tuhat laadimis- / tühjendustsüklit;
- iselaadimine temperatuuril 15-18 C o - kuni 5% aastas.
Esitatud tehnilised kirjeldused viitavad konkreetselt LiFePo4 rakkudele. Olenevalt sellest, kui palju neist on ühendatud üks aku, erinevad ka akude parameetrid.
Kodumaise toodangu koopiatel on järgmised omadused:
- võimsus - kuni 2000 Ah;
- pinge - 12v, 24v, 36v ja 48v;
- töötemperatuuride vahemikus -30 kuni +60 С o;
- laadimisvooluga - 4 kuni 30A.
Kõik akud ei kaota oma kvaliteeti 15-aastase ladustamise ajal, neil on stabiilne pinge ja neid iseloomustab madal toksilisus.
Mis on LiFePo4 akud
Erinevalt meile tuttavatest patareidest, mis on tähistatud sümbolitega AA või AAA, on liitiumraudfosfaatelemendid hoopis teistsuguse vormiteguri märgistusega – nende mõõdud on krüpteeritud 5-kohalise numbriga. Kõik need on esitatud tabelis.
| Suurus | Mõõdud, DxL (mm) |
|---|---|
| 14430 | 14x43 |
| 14505 | 14x50 |
| 17335 | 17x33 |
| 18500 | 18x50 |
| 18650 | 18x65 |
| 26650 | 26x65 |
| 32600 | 32x60 |
| 32900 | 32x90 |
| 38120 | 38x120 |
| 40160 | 40x160 |
| 42120 | 42x120 |
Isegi ilma teie ees oleva märgistuse tähisega lauata saate aku mõõtmetes hõlpsalt navigeerida. Koodi kaks esimest numbrit näitavad läbimõõtu, ülejäänud - toiteallika pikkust (mm). Mõne suuruse lõpus olev number 5 vastab poolele millimeetrile.
Liitiumraudfosfaadi aku: plussid ja miinused
LFP akud põhinevad liitiumioontehnoloogial, mis võimaldas neil neelata kõiki nende toiteallikate eeliseid ja samal ajal vabaneda nendele omastest puudustest.
Peamiste eeliste hulgas on järgmised:
- Vastupidavus - kuni 7000 tsüklit.
- Suur laadimisvool, mis vähendab energia täiendamise aega.
- Stabiilne tööpinge, mis ei lange enne laengu täielikku ammendumist.
- Kõrge tipppinge - 3,65 volti.
- Suur nimivõimsus.
- Kerge kaal - kuni mitu kilogrammi.
- Madal keskkonnasaaste kõrvaldamise ajal.
- Külmakindlus - töö on võimalik temperatuuril -30 kuni + 60 ° C.
Kuid akudel on ka puudusi. Esimene on kõrge hind. 20 Ah elemendi hind võib ulatuda 35 tuhande rublani. Teine ja viimane puudus on erinevalt liitiumioonelementidest oma kätega akupanga kokkupanemise raskus. Nende jõuallikate muid ilmselgeid puudusi pole veel tuvastatud.
Laadijad ja kuidas laadida LiFePo4
LiFePo4 akude laadijad praktiliselt ei erine tavapärastest inverteritest. Eelkõige saate salvestada suure väljundvoolu - kuni 30A, mida kasutatakse elementide kiireks laadimiseks.
Valmis akupakki ostes ei tohiks nende laadimisega raskusi tekkida. Nende konstruktsioonil on sisseehitatud elektrooniline juhtimine, mis kaitseb kõiki elemente täieliku tühjenemise ja elektriga üleküllastumise eest. Kallites süsteemides kasutatakse tasakaalustusplaati, mis jaotab energia ühtlaselt kõigi seadme rakkude vahel.
Kui kasutate kolmanda osapoole laadijaid, on oluline mitte ületada laadimisel soovitatavat voolu. See vähendab aku kasutusaega mitu korda laadimise kohta. Kui aku kuumeneb või paisub, ületab voolutugevus lubatud väärtusi.
Kus LiFePo4 akusid kasutatakse?
LFP akud on tööstusele väga olulised. Neid kasutatakse seadmete jõudluse säilitamiseks ilmajaamades, haiglates. Neid võetakse kasutusele ka tuuleparkide puhvrina ja päikesepaneelidest saadava energia salvestamiseks.
Kaasaegsetes autodes hakatakse tavaliste plii-happeelementide asemel kasutama 12v akusid. LiFePo4 konstruktsioonid paigaldatakse peamise toiteallikana elektrijalgratastele ja ATV-dele, mootorpaatidele.
Laialdaselt nende väärtus igapäevaelus. Need on sisse ehitatud telefonidesse, tahvelarvutitesse ja isegi kruvikeerajatesse. Kuid sellised seadmed erinevad oluliselt oma vähem tehnoloogilistest kolleegidest. Seetõttu on neid endiselt turult raske leida.
LiFePo4 ladustamise, kasutamise ja kõrvaldamise reeglid
Enne LFP aku pikaajalisele ladustamisele saatmist tuleb see laadida 40-60% ja hoida seda laetust kogu säilitusperioodi vältel. Hoidke akut kuivas kohas, kus temperatuur ei lange alla toatemperatuuri.
Töötamise ajal tuleb järgida tootja juhiseid. Oluline on akut mitte üle kuumeneda. Kui märkate, et aku kuumeneb töötamise või laadimise ajal ebaühtlaselt, võtke ühendust remondikeskusega - võib-olla on mõni elementidest rikkis või juhtseadmes või tasakaalupaneelis on tõrkeid. Sama tuleks teha turse ilmnemisega.
Täielikult ammendunud aku nõuetekohaseks kõrvaldamiseks võtke ühendust sellele spetsialiseerunud organisatsiooniga. Nii et te mitte ainult ei käitu kohusetundliku kodanikuna, vaid saate sellega ka raha teenida. Kui aga aku lihtsalt prügimäele saata, siis midagi hullu ei juhtu.
Samuti võite olla huvitatud
Tahvelarvutikujulisi miniakusid kasutatakse paljudes seadmetes. Erinevate tootjate tooted võivad
Iga auto mootori käivitamise usaldusväärsus sõltub suuresti kasutatava aku kvaliteedist. Ta peab
Iga auto jaoks on oluline valida õige aku. See pikendab oluliselt kasutusiga
Tööstuse kõrgeimad laadimis-tühjenemise tsüklid, poole väiksem mahtuvus pliihappega võrreldes sama elektrilise jõudluse saavutamiseks, suure vooluga kiirlaadimine ja stabiilne tühjenduspinge, automaatne parameetrite juhtimine on eelised liitiumraudfosfaatpatareid. Lai valik neid ettevõtte toodetud tooteid EEMB, mida kasutatakse mobiilside tugijaamade ja automaatsete ilmajaamade toitesüsteemides, päikeseenergiasüsteemides, avarii elektrisüsteemid, tööstuslike elektriajamite ja elektritranspordi toiteallikas.
Viimastel aastatel on mobiilsete energiaallikate täiustamise teema aktuaalsem kui kunagi varem. Isegi 10-15 aastat tagasi polnud see nii äge. Aga parim on hea vaenlane ja linlase mobiilsuse suurenemisega s.t. Üleminekul lauaarvutilt sülearvutile, lihtsast mobiiltelefonist nutitelefonile, on nõudlus mobiilsete energiaallikate järele hüppeliselt kasvanud.
Tarbeelektroonika miniaturiseerimisega peavad tarbeelektroonika disainerid üldise trendiga kaasas käima, vähendades toiteallikate suurust, suurendades samal ajal nende võimsust. Tekib aga küsimus, kuidas muuta mitte ainult akude mahutavust, vaid ka nende laadimise kiirust ja vastupidavust. Lõppude lõpuks, kui aku taastab laetuse peaaegu kohe, siis pole enam nii kriitiline, mitu tundi suudab seade ilma laadimiseta töötada.
Aku mahutavus, samuti selle võime mitu korda laadida, on samuti oluline:
- autonoomsed seadmed, mis on keskendunud pikaajalisele tööle ilma hoolduseta - ilmajaamad, hüdropostid, pinnasejaamad;
- alternatiivsed energiasüsteemid - päikese- ja tuulegeneraatorid;
- elektritransport - hübriidautod, laadurid, elektriautod.
Peaaegu kõigil neil juhtudel töötavad akud tingimustes, mis pole kaugeltki ideaalsed: madalatel temperatuuridel, ebaoptimaalsetel või mittetäielikel laadimistsüklitel ja suure tõenäosusega sügavtühjenemine.
Kaasaegsete akude hulgas on liitium erilisel kohal. Liitiumil on tohutu energiasalvestusressurss, seega on liitiumioonakude kasutamine päikeseelektrijaamade ja muude taastuvate energiaallikate energiasalvestitena võrreldes pliiakude või muud tüüpi akudega kõige tulusam. Liitiumioonidel põhinevate akude hulgas on eriline koht liitiumraudfosfaatpatareidel (LiFePO4).
LiFePO4 kasutas esimest korda liitiumioonaku katoodina 1996. aastal Texase ülikooli professor John Goodenough. See materjal huvitas teadlast, kuna võrreldes traditsioonilise LiCoO2-ga on selle maksumus oluliselt madalam, see on vähem toksiline ja termiliselt stabiilsem. Kuid selle puuduseks on väiksem mahutavus. Ja alles 2003. aastal ettevõte A123 süsteem professor Jiang Ye-Mingi juhendamisel alustas ta liitiumraudfosfaatpatareide (LiFePO4) uurimist.
Liitiumraudfosfaatpatareide peamised omadused
Liitiumraudfosfaat (LiFePO4) akud on teatud tüüpi liitiumioonakud, mis kasutavad katoodina raudfosfaati. Liialdamata võib neid nimetada akutehnoloogia tipuks. Seda tüüpi akud ületavad mõne parameetri, eriti laadimis-tühjenemise tsüklite arvu poolest kõiki teisi.
Erinevalt teistest liitiumioonakudest on LiFePO4 akudel, nagu nikli akudel, väga stabiilne tühjenduspinge. Väljundpinge tühjenemise ajal jääb 3,2 V lähedale, kuni aku on täielikult laetud. See võib oluliselt lihtsustada või isegi kaotada vajaduse ahelates pinge reguleerimise järele.
Konstantse 3,2 V väljundpinge tõttu saab neli akut järjestikku ühendada, et saada 12,8 V nimiväljundpinge, mis on ligilähedane kuueelemendiliste pliiakude nimipingele. See koos liitiumraudfosfaatpatareide heade ohutusomadustega muudab need heaks potentsiaalseks pliiakude asenduseks sellistes tööstusharudes nagu autotööstus ja päikeseenergia.
- Korduvate laadimis- / tühjendustsüklite korral puudub mäluefekt üldse
- Liitiumraudfosfaat akudel on pikk kasutusiga (üle 4600 tsükli 80% tühjenemissügavusel
- Neil on kõrge erienergia intensiivsus: energiatihedus ulatub 110 Wh/kg)
- Neid iseloomustab lai töötemperatuurivahemik (-20 ... 60 ° C)
- Need akud on hooldusvabad
- Akusid on võimalik kiiresti laadida: 15 minutiga - kuni 50%
- Liitiumraudfosfaatpatareide töökindlust ja ohutust kinnitavad rahvusvahelised sertifikaadid
- Need on väga tõhusad: 93% käivitamisel 30…90%
- Lubatud suur tühjendusvool kuni 10 C (kümnekordne nimivool)
- Need akud on keskkonnasõbralikud ega kujuta utiliseerimisel ohtu inimestele ega keskkonnale.
- Erinevalt pliiakudest on liitiumraudfosfaatakud kaks korda kergemad ja sama mahutavusega
Puudused võrreldes pliiakudega:
- kõrgem hind;
- vajadus spetsiaalse laadimis-tühjenemise juhtahela järele.
Liitiumraudfosfaatpatareid (LiFePO4) on energiaintensiivsuse poolest pisut madalamad kui liitiumpolümeerakud (joonis 1). Kuid üks tugevaid külgi on materjali stabiilsus, mis võimaldab luua akusid, mis taluvad palju rohkem tühjenemis-/laadimistsüklit (üle 2000) ja kiiret laadimist. Nende omaduste tõttu kasutatakse neid akusid optimaalselt elektrisõidukites.
Venemaa turul on liitiumioonidel põhinevate akude tarnijate seas eriline koht ettevõttel. EEMB. See toodab mitut rühma liitiumraudfosfaatpatareisid (joonis 2), mis erinevad üksteisest elektriliste ja konstruktsiooniparameetrite poolest:
- modulaarsed akusüsteemid;
- Sideseadmete akud;
- "targa kodu" energiaallikad;
- veoakud elektrisõidukitele.
 |
 |
 |
 |
| a) modulaarsed akusüsteemid | b) telekommunikatsiooniseadmete patareid | c) süsteemide patareid avariitoiteallikas ja autonoomne toitesüsteemid |
d) veoakud elektritransport |
Tühjenemisel on liitiumraudfosfaatpatareidel väga stabiilne väljundpinge kuni elemendi täieliku tühjenemiseni. Siis väheneb pinge järsult.
Joonisel 3 on näidatud aku tühjenemise kõverad, mis on võetud erinevate tühjendusvoolude juures (0,2 ... 2C) tavatemperatuuri tingimustes. Nagu graafikult näha, on liitiumraudfosfaataku eripäraks võimsuse nõrk sõltuvus tühjendusvoolu suurusest. Madala vooluga (0,2C) ja suurenenud vooluga (2C) tühjendamisel aku mahutavus praktiliselt ei muutu ja jääb võrdseks 10 Ah-ga (määratud aku nimivõimsus).
Väga oluline on mitte lasta rakul tühjeneda alla 2,0 V, vastasel juhul tekivad pöördumatud protsessid, mis põhjustavad nimivõimsuse järsu kaotuse. Selleks kasutatakse tühjenduskontrollerit. EEMB toodab akusid kaitselülitusega või ilma. Tühjenemise ja ülelaadimispinge vastase kaitseahela olemasolu on nimetuses kodeeritud näiteks lühendiga PCM lõpus, näiteks LP385590F-PCM.
Mõelge "laadimis-tühjenemise" tsüklite arvu sõltuvusele tühjendusvoolu suurusest ja tühjenemise sügavusest. Joonisel 4 on näidatud katseandmed. Nendest on näha, et täieliku tühjenemise korral väheneb aku mahutavus 20% tsüklite arvuga vähemalt 2000 (tühjenemisvool 1C). Kui tühjenemise sügavus on igas tsüklis piiratud 80% tasemega, siis ligikaudu 1500 sellise tsükli jooksul aku mahutavus algväärtusest (tühjenemisvool 0,5C) praktiliselt ei vähenenud.
Viimase põlvkonna EEMB liitiumraudfosfaatakud ei vaja erinevalt olemasolevatest pliiakudest sagedast vahetamist ja hooldust. Liitium-raudfosfaataku on reeglina kaasaegne aku, mis talub enam kui 2000 laadimis-tühjenemistsüklit, olles absoluutselt tundetu krooniliste alalaadimisrežiimide suhtes. Enamasti on sellel sisseehitatud akuhaldussüsteem (Battery Management System). Laadimine toimub pideva pinge ja konstantse vooluga ilma astmeteta.
Tabelis 1 on toodud EEMB üheelemendiliste liitiumraudfosfaatpatareide peamised parameetrid. Seda tüüpi akude nimimaht jääb vahemikku 600 ... 36000 mAh (kaal vastavalt 15 ... 900 grammi). Üheelemendilisi Li-FePO4 akusid kasutatakse kõige sagedamini isetoitega seadmetes. Need akud võimaldavad suure voolu tühjenemist kuni 10C. Pärast 2000 laadimis-tühjenemistsüklit vooluga 1C on jääkvõimsus umbes 80%.
Tabel 1. EEMB üheelemendilised LiFePO4 akud
| 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 üksikute suurenenud võimsusega elementidega moodulsüsteeme, mille parameetrid on toodud tabelis 2, on võimalik kokku panna vajaliku mahutavuse ja väljundpingega akupakett.
Tabel 2. Li-FePO4 moodulsüsteemide peamised parameetrid
Moodulsüsteemid on varustatud ka toitehaldussüsteemiga (BMS), mis võimaldab suure võimsusega tühjenemist ning millel on palju juhtimis- ja kaitsefunktsioone. Integreeritud seiresüsteemiga moodulid tagavad kogu süsteemi ja keskkonna kõrge turvalisuse. Soovitatavad rakendused:
- avarii- ja katkematu toitesüsteemid;
- tugijaamad.
Telekommunikatsiooni toitesüsteemid nõuavad, et akud oleksid väikese suurusega, kerged, suure laadimistsüklite arvuga, suure erivõimsusega, laia töötemperatuuri vahemikuga ja hõlpsasti hooldatavatega. Liitiumraudfosfaatpatareid vastavad neile nõuetele üsna hästi. Tabelis 3 on toodud telekommunikatsioonisüsteemide EEMB akude peamised parameetrid.
Tabel 3. Telekommunikatsiooni toitesüsteemide akud
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, ah | Kaal, kg |
| 12 | 50 | 6 | |
| 12 | 100 | 22 | |
| 48 | 100 | 40 | |
| 48 | 200 | 78 |
Nomenklatuurikirje näide: 4P5S – neli paralleelselt ühendatud sõlme (iga agregaat koosneb viiest järjestikku ühendatud akust), P – Paralleel-, paralleelühendus, S – Jada-, jadaühendus.
Neid akusid kasutatakse peamiselt:
- Alalisvoolusüsteemid;
- katkematu toiteallikad (UPS);
- kõrgepinge alalisvoolusüsteemid (240/336 V).
Katkematu toiteallikate ja targa kodu (UPS / UPS) süsteemide laetavate akude omadused on näidatud tabelis 4 ja välimus on näidatud joonisel 3c.
Tabel 4. Nutika kodu UPS-i 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 liitiumraudfosfaatakud asendavad täielikult tavapärased plii-happe- ja geellakud. Need on hooldusvabad, 80% kergemad ja viis korda vastupidavamad kui pliiakud ja nende ekvivalendid.
Elektrisõidukite veoakud on laetavad akud elektrisõidukitesse paigaldamiseks. Elektrisõidukite akude põhiomadused on kerge kaal, kompaktne suurus ja suur energiamahutavus, mis vähendab elektrisõiduki enda kaalu ja võimaldab kiiret laadimist.
EEMB pakub akusid erinevate kategooriate elektrisõidukitele (tabelid 5, 6).
Golfiautodes ja sarnastes GOLF CART seeria akudes kasutatavate liitium-raudfosfaat akude peamised parameetrid on toodud tabelis 5. Need akud võimaldavad elementide paralleelset ja järjestikku ühendamist, et saaksite hõlpsasti muuta aku nimimahtuvust ja pinget. .
Tabel 5. GOLF CART akude 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 |
Elektrijalgrataste (E-bike seeria) Li-FePO4 akude parameetrid on toodud tabelis 6.
Tabel 6. E-jalgratta seeria aku 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 |
Tellimuse alusel saab teha ka muid valikuid vastavalt kliendi nõudmistele. Need akud 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 elektritööriistade liitiumraudfosfaatpatareide parameetrid. E-tõukeratta seeria akud on väikese suurusega, suure lubatud tühjenemisvooluga, pika tööeaga, suure energiatihedusega, mäluefektita, mistõttu on need akud populaarsed sobiva võimsusega seadmetes, kus on vaja elektrimootoreid autonoomselt toita.
Tabel 7. E-tõukeratta seeria aku 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 elektritõukerataste liitiumraudfosfaatakude parameetrid. Kõigi selle seeria akude nimipinge on 48 V. Minimaalne nimivõimsus on 9 Ah kaaluga 4 kg. Maksimaalne mahutavus on 90 Ah ja kaal 40 kg. Ühe elemendi mõõdud on 7,5x67x220 mm.
Tabel 8. E-mootorratta seeria aku parameetrid
| Nimi | Pinge, V | Mahutavus, ah | Kaal, kg |
| 48 | 9 | 4 | |
| 48 | 36 | 16 | |
| 48 | 54 | 24 | |
| 48 | 90 | 40 |
LiFePO4 akude võrdlusomadused
Väikestes võimsusrajatistes, mis on pidevas tsüklirežiimis, pakuvad liitiumraudfosfaatakud tänu sügavtühjenemise võimalusele ja suurele arvule laadimis-tühjenemistsüklitele rajatise teenindamisel käegakatsutavaid eeliseid.
Akumoodulitel on sisseehitatud kaitse ülepinge, madala laetuse, kõrge voolu eest. Need ühilduvad kõigi seadmetega, sealhulgas inverterite ja laadijatega, mis töötavad pliiakudega. Esialgu tundub liitiumraudfosfaatpatareide hind üsna kõrge. Kui aga arvutada aku mahtuvust rattarežiimis töötamiseks, siis selgub, et LiFePO4 akude kasutamise korral on umbes 2 ... 2,5 korda väiksema mahutavusega aku kui pliiakudel (sh plii-heelium) on piisav. See on võimalik tänu sellele, et liitium-raudfosfaatakud võimaldavad laadida suurema vooluga kui pliiakud (1C versus 0,1 ... 0,2C tüüpiline pliiakudele). Selle tulemusel saab näiteks massiivi päikesepaneelide massiivi, millel on massiivi sama väljundvool ja nõutav laadimisaeg, laadida vähem mahukale kui plii-happe liitiumraudfosfaat-akule. Väiksema võimsuse tühjenemise kohta kompenseeritakse kiiremate laadimistsüklitega, eriti kuna laadimis-tühjenemise tsüklite ressurss on keskmiselt suurusjärgu võrra suurem. Sellele lisandub palju aeglasem võimsuse langus laadimistsüklite ajal.
Kaaluge näidet. Kui varem kasutasime rattarežiimis pliiakut AGM / GEL 150 Ah, siis selle vahetamiseks ilma jõudlust kaotamata piisab LiFePO4 akust mahuga 60 Ah. Õige arvutuse korral 1 kuni 2,5 on maksumus LiFePO4 aku on ainult 25…35% rohkem kui pliiakud. Samal ajal on liitium-raud-fosfaatakudel pliiakudega võrreldes keskmiselt paremad jõudlusnäitajad.
Akumulatsiooni ja sellele järgneva tühjenemise režiimis samade tühjendusvoolude juures võivad liitiumraudfosfaatpatareid anda 2,5-kordse mahueelise, mida on lihtne näitega näidata.
Reeglina valitakse aku mahutavus põhienergia võimaliku puudumise aja ja koormuse energiatarbimise alusel.
Näiteks kui meil on vaja 1 tund toita 2 kW koormust, siis vastavalt sellele vajame energiavaru vähemalt 2 kWh. On vaja, et see süsteem saaks tsüklilises režiimis normaalselt töötada rohkem kui 6 kuud (laeng päeval, õhtul - auaste). 48 V väljundpingega aku või akude komplekti puhul on nõutav projekteerimisvõimsus ligikaudu 42 Ah. Tühjendusvool on ligikaudu 1C (42 A). Siiski tuleb märkida, et meie näites tuleks tühjendust käsitleda mitte konstantse vooluna, vaid konstantse võimsusena, samas kui aku tühjenemisel tühjenemisvool suureneb. Konstantse võimsusega (2 kW) tühjendusrežiimis võib pliiaku (48 V / 40 Ah) töötada kuni 30 minutit (sügavtühjenemisega - kuni 40,8 V).
Selleks, et pliiaku koormus töötaks ühe tunni jooksul kindlalt, on selle võimsus ligikaudu kaks korda suurem kui algselt arvutatud - umbes 85 Ah. Seevastu raudfosfaataku tühjendamine vooluga 1C või rohkem ei too kaasa selle võimsuse olulist vähenemist - see jääb nominaaltasemele (joonis 3). Sellest on näha, et kahte tüüpi akude mahtuvuse erinevus võib olla kahekordne. Samuti on vaja arvestada, et pliiaku kasutamisel jalgrattarežiimis väheneb selle võimsus 20% juba 150 ... Selgub, et eelnevalt püstitatud ülesande tingimused on täidetud esimese 6 kuu jooksul pliiaku mahutavusega 102 Ah. Kahe tüüpi akude vahel on ca 2,5 korda.
Liitiumraudfosfaatakud võtavad kergesti vastu võimsa laadimisvoolu. Seega, laadides need kolm korda võimsama (võrreldes pliiakudega) päikesepatareidega, saate neid laadida lühikese ajaga, mis võrdub 2 ... 4 tunniga. Ja võttes arvesse tundlikkust sügavtühjenemise ja kroonilise alalaadimise suhtes, on need akud talvel asendamatud, eriti arvestades asjaolu, et liitiumraudfosfaatpatareide efektiivsus on suurem, 95% (erinevalt 80% pliiakude puhul) ja see tähendab, et pilvise ja vihmase ilmaga laetakse need akud kiiremini (tabel 9).
Tabel 9. Liitiumraudfosfaat- ja pliiakude võrdlus
| Parameeter | Liitium raudfosfaat toitesüsteem |
tavapärane süsteem pliiakudega sügav tühjenemine |
LiFePO4 eelised |
| Efektiivsete tsüklite arv | > 6000 80% tühjenemisel | ~500 | Tsüklite arv on palju suurem |
| Rakkude tasakaalustamise süsteem | Laadimisel ja tühjendamisel kohal | Puudub | Iga raku oleku automaatne juhtimine |
| Elementaarse ülelaadimise/sügavlaadimise kaitse | 100% mitmetasandiline juhtimine | ||
| Aku kaitse süsteemi rikke korral | 100% (keela laadimis- ja tühjendusvool) | ||
| Aku energiavaru täpne arvutamine pinge-, voolu-, temperatuuri- ja elemendi takistusandurite andmete põhjal | Pidev reaalajas arvutamine | ||
| Kiire laadimise võimalus | Jah (umbes 15 minutit) | Mitte | |
| Vajadus akut hooldada laetud olekus |
Mitte | Jah, muidu - plaadi sulfatsioon | Laadimist pole vaja säilitada, säästate hoolduselt |
| Eeldatav kasutusiga igapäevase täistsükliga 70% LiFePO4 ja 50% pliiakude puhul (ideaalsetes tingimustes), aastat | 15 | ~4 | Vähemalt 4 korda kõrgem |
| Töötemperatuuri vahemik, °С | -20…60 | Soovitatav temperatuur: 20°C | Kütmata ruumidesse on võimalik paigaldada toitesüsteem |
| Kõrgendatud temperatuuri mõju (30°C ja üle selle) | Lubatud töötamine kuni töötemperatuuri vahemiku ülemise piirini | Kiire lagunemine | Akuelemendid taluvad oluliselt kõrgemaid temperatuure |
| Kalendri eluiga (puhverrežiim või ooterežiim) | Ei ole piiratud | Piiratud, kuna plaadid niikuinii lagunevad | Märkimisväärne võit |
| Võimalus olemasolevale akumulatsiooniüksusele võimsust lisada | Jah | Ei ole soovitatav, kuna see põhjustab tasakaalustamatust | Järkjärgulise moderniseerimise ja skaleerimise võimalus ilma lisakuludeta |
| Võimalus asendada üks/mitu kahjustatud elementi akusõlmes | Jah, sest seal on tasakaalustussüsteem | ||
Järeldus
Jalgrattarežiimides on liitium-raud-fosfaat-akude kasutamine kasulikum, kuna energia- ja tööparameetrite saavutamiseks piisab pliiakudega võrreldes ligikaudu poolest mahust. Sama väärtuslikud on tundlikkus alalaadimise suhtes, suurenenud efektiivsus ja kiirendatud laadimine suure vooluga.
Liitiumraudfosfaatpatareisid soovitatakse kasutada lühikese päevavalguse ajal töötavates päikeseenergiasüsteemides, mis on eriti oluline Kesk-Venemaa, põhjapoolsete piirkondade ja mägipiirkondade jaoks. Liitiumraudfosfaatpatareide pikk kasutusiga (suur hulk "laadimis-tühjenemise" tsükleid) võib märkimisväärselt vähendada nende hooldus- ja asendamiskulusid, mis on oluline näiteks automaatsete ilmaseirejaamade ja mobiilside avariitoitesüsteemide jaoks. tugijaamad. Plaaniliste akuvahetuste vahelise aja pikendamine annab kokkuhoidu nii hooldusmeeskonna palkadelt kui ka reisikuludelt (eriti kui seadmed on paigaldatud raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse). Madalam hoolduskulu kompenseerib enam kui liitiumraudfosfaataku suhteliselt kõrge hinna.
Seda tüüpi akusid saab edukalt kasutada ka (telekommunikatsiooni põhiseadmed ja mobiilseadmed), katkematute toiteallikate, avariitoitesüsteemide, elektriajamite ja elektrisõidukite toitesüsteemides.
Akutootja EEBM järgib ranget tootekvaliteedi kontrolli ja suudab valmistada kohandatud akukomplekte vastavalt kliendi nõudmistele.
Kirjandus
- http://www.eemb.com.
- http://www.eemb.com/products/rechargeable_battery/lifepo4_battery/lifepo4_battery.html.
Kaasaegsed seadmed muutuvad iga päevaga keerukamaks ja võimsamaks. Tehnoloogia kõrged standardid seavad akudele suuremaid nõudmisi, mis peavad nüüd ühendama suure jõudluse, energiatõhususe ja suurema elektrivarustuse.
Uut tüüpi elektriseadmete kasutuselevõtt tootmisse, tehnoloogilise protsessi kiirendamine – kõik see suurendab nõudeid elektriallikatele ning kaasaegsed akud ei suuda neid enam alati rahuldada. Selle probleemi lahendamiseks on tootjad võtnud ette liitiumioontehnoloogia täiustamise. Nii sündis liitium-raud-fosfaat, mis on liitium-ioonakude ideoloogiline järglane.
Ajaloo viide
LiFePO4 ehk LFP, oliviinide perekonda kuuluva loodusliku mineraali, avastas esmakordselt 1996. aastal Texase ülikooli teadlane John Goodenough, kes otsis võimalusi liitiumioonjõuallikate täiustamiseks. Tähelepanuväärne oli, et sellel mineraalil oli vähem toksilisust ja kõrgem termiline stabiilsus kui kõigil tol ajal tuntud elektroodidel.
Lisaks kohtus ta looduskeskkonnas ja tal oli väiksem kulu. LiFePO4-l põhinevate elektroodide peamiseks puuduseks oli väike elektriline võimsus, mistõttu liitium-raud-fosfaat-akut enam ei arendatud.
Sellesuunalisi uuringuid jätkati 2003. aastal. Teadlaste meeskond töötas põhimõtteliselt uute akude loomise kallal, mis asendaksid tol ajal kõige arenenumad liitiumioonakud. Projekti vastu hakkasid huvi tundma suured ettevõtted, nagu Motorola ja Qualcomm, mis kiirendas LiFePO4 katoodelementidega akude ilmumist.
LiFePO4 baasil aku
See tüüp kasutab elektri tootmiseks sama tehnoloogiat nagu meile tuttavad liitiumioonelemendid. Siiski on nende vahel ka mitmeid olulisi erinevusi. Esiteks on see oma tüüpi BMS-i kasutamine - juhtimissüsteem, mis kaitseb elektriakusid ülelaadimise ja tõsise 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 selleks, et vähendada koobalti eraldumist atmosfääri patareide ebaõige kõrvaldamise korral.
Lõpuks, ühtsete standardite puudumise tõttu on LFP elementide keemiline koostis erinev, mis põhjustab mudelite tehniliste omaduste varieerumist laias vahemikus. Lisaks on nende toiteallikate hooldus keerulisem ja peab järgima teatud reegleid.
Tehnilised andmed
Tasub öelda, et 48-voldised, 36-voldised ja 60-voldised liitium-raud-fosfaat-akud valmistatakse üksikute elementide järjestikku ühendamisel, sest maksimaalne pinge ühes LFP sektsioonis ei tohi ületada 3,65 V. Seetõttu võivad iga aku tehnilised näitajad erinevad üksteisest oluliselt - kõik sõltub koost ja konkreetsest keemilisest koostisest.
Tehniliste omaduste analüüsimiseks esitame ühe üksiku lahtri nimiväärtused.
Everexceedi akudes on saavutatud iga üksiku elemendi võimete parim rakendamine. Everexceedi liitiumraudfosfaatpatareidel on pikk kasutusiga. Kokku suudavad nad taluda kuni 4 tuhat laadimis-tühjenemistsüklit kuni 20% mahukaoga ja energiareservi täiendamine toimub 12 minutiga. Seda arvestades võime järeldada, et Everexceed akud on ühed parimad LFP elementide esindajad.
Eelised ja miinused
Peamine eelis, mis eristab liitium-raud-fosfaatakut soodsas valguses teistest akude esindajatest, on vastupidavus. Selline element suudab taluda rohkem kui 3 tuhat laadimis-tühjenemistsüklit, kui elektritase langeb 30% -ni ja rohkem kui 2 tuhat - kui see langeb 20% -ni. Selle tulemuseks on aku keskmine eluiga umbes 7 aastat.
Stabiilne laadimisvool on LFP elementide teine oluline eelis. Väljundpinge jääb 3,2 V tasemele kuni laengu täieliku tühjenemiseni. See lihtsustab elektriskeemi ja kaob vajadus pingeregulaatorite järele.
Kõrgem tippvool on nende kolmas eelis. See aku omadus võimaldab neil pakkuda maksimaalset võimsust isegi ülimadalatel temperatuuridel. See omadus on ajendanud autotootjaid kasutama bensiini- ja diiselmootorite käivitamisel esmase energiaallikana liitiumraudfosfaatakut.
Lisaks kõigile esitatud eelistele on LiFePO4 akudel üks oluline puudus - suur mass ja suurus. See piirab nende kasutamist teatud tüüpi masinates ja elektriseadmetes.
Toimimisfunktsioonid
Kui ostate valmis liitiumfosfaatpatareid, ei teki teil hoolduse ja kasutamisega raskusi. Selle põhjuseks on asjaolu, et tootjad ehitavad BMS-plaadid sellistesse elementidesse, mis ei võimalda ülelaadimist ega lase elementi tühjendada äärmiselt madalale tasemele.
Kuid kui ostate eraldi elemendid (näiteks AA-patareid), peate laadimise taset ise jälgima. Kui laeng langeb alla kriitilise taseme (alla 2,00 V), hakkab ka võimsus kiiresti langema, mis muudab elementide laadimise võimatuks. Kui lubate vastupidi ülelaadimist (üle 3,75 V), siis eralduvate gaaside tõttu paisub element lihtsalt paisuma.
Kui kasutad sarnast akut elektriauto jaoks, siis peale 100% laadimist tuleb see lahti ühendada.Vastasel juhul paisub aku elektrivoolu üleküllastumise tõttu.
Tegevusreeglid
Kui kavatsete kasutada liitiumfosforakusid mitte tsüklilises, vaid puhverrežiimis, näiteks UPS-i toiteallikana või koos päikesepatareiga, peate hoolitsema selle eest, et laadimisaste langeks 3,40-ni. 3,45 V. Selle ülesandega toime tulla aitavad "nutikad" laadijad, mis automaatrežiimis täidavad esmalt täielikult energiavaru ja seejärel alandavad pingetaset.
Töötamise ajal tuleb jälgida elementide tasakaalu või kasutada spetsiaalseid tasakaalustusplaate (elektriauto jaoks on need juba aku sisse ehitatud). Rakkude tasakaalustamatus on seisund, kui seadme üldine pinge jääb nimitasemele, kuid elementide pinge muutub erinevaks.
Sarnane nähtus ilmneb üksikute sektsioonide takistuse erinevuse, nendevahelise halva kontakti tõttu. Kui elemendid on erineva pingega, siis laetakse ja tühjeneb need ebaühtlaselt, mis vähendab oluliselt aku tööiga.
Akude kasutuselevõtt
Enne üksikutest elementidest kokkupandud liitium-fosforpatareide kasutamist tuleb hoolitseda süsteemi tasakaalustamise eest, kuna sektsioonide laetuse tase võib olla erinev. Selleks ühendatakse kõik komponendid paralleelselt üksteisega ja ühendatakse alaldi, laadijaga. Sel viisil ühendatud elemendid tuleb laadida 3,6 V-ni.
Elektrijalgratta liitium-raud-fosfaat-akut kasutades märkasite ilmselt, et esimestel tööminutitel toodab aku maksimaalset võimsust ja seejärel langeb laeng kiiresti tasemele 3,3-3,0 V. Ärge kartke seda, sest see on normaalne aku töö. Fakt on see, et selle põhivõimsus (umbes 90%) jääb just selles vahemikus.
Järeldus
Kasutegur on 20-30% kõrgem kui teistel akudel. Samal ajal teenivad need 2-3 aastat kauem kui muud elektriallikad ja pakuvad ka stabiilset voolu kogu tööperioodi jooksul. Kõik see tõstab esitatud elemendid soodsas valguses esile.
Enamik inimesi ignoreerib siiski liitiumraudfosfaatpatareisid. Akude plussid ja miinused kahvatuvad nende hinna ees – seda on 5-6 korda rohkem kui meile tuttavate plii-happeelementide oma. Selline auto aku maksab keskmiselt umbes 26 tuhat rubla.
Kaasaegne elektroonika seab energiaallikate võimsusele ja võimsusele üha kõrgemaid nõudmisi. Kui nikkel-kaadmium ja nikkel-metallhüdriid akud on oma teoreetilise piiri lähedal, siis liitiumioontehnoloogiad on alles teekonna alguses.
Li-Fe (liitiumfosfaat) akud eristuvad mitte ainult suure mahutavuse, vaid ka kiire laadimise poolest. Vaid 15 minutiga saate aku täielikult laadida. Lisaks võimaldavad sellised akud 10 korda rohkem laadimis-tühjenemistsükleid kui tavamudelid. Li-Fe aku idee on aktiveerida elektroodide vaheline liitiumioonvahetus. Nanoosakeste abil oli võimalik arendada elektroodide vahetuspinda ja saada intensiivsem ioonivoog. Et vältida liiga tugevat kuumenemist ja elektroodide võimalikku plahvatust, kasutasid arenduse autorid katoodides liitium/koobaltoksiidi asemel liitium/raudfosfaati. Uue materjali ebapiisav elektrijuhtivus kompenseeritakse alumiiniumi, mangaani või titaani nanoosakeste lisamisega.
Li-Fe akude laadimiseks tuleb kasutada spetsiaalset laadijat, millel on märgistus, mis ütleb, et seda tüüpi laadija on võimeline töötama Li-Fe akudega, muidu hävitate aku!
Eelised
- Ohutu ja vastupidav ümbris, erinevalt Li-Po akukestest
- Ülikiire laadimine (7A vooluga, täislaadimine 15 minutiga!!!)
- Väga suur väljundvool 60A - töörežiim; 132A - lühiajaline režiim (kuni 10 sekundit)
- Isetühjenemine 3% 3 aastaks
- Töötage külmas (kuni -30 kraadi C) tööomadusi kaotamata
- MTBF 1000 tsüklit (kolm korda rohkem kui nikkelakud)
Puudused
- Vajab spetsiaalset laadijat (ei ühildu LiPo laadijatega)
- Raskem kui Li-Po
Natuke ajalugu
Liitiumioonakud on mahult kaks korda suuremad kui NiMH analoogid ja võimsustiheduse poolest peaaegu kolm korda suuremad. Li-iooni energiatihedus on kolm korda suurem kui NiMH-l. Liitium-ioon talub väga suuri tühjendusvoolusid, millega NiMH akud isegi teoreetiliselt hakkama ei saa. Samuti on NiMH-st vähe kasu võimsate kaasaskantavate tööriistade jaoks, mida iseloomustavad suured impulsskoormused, laadimine võtab kaua aega ja tavaliselt ei ole see "elav" üle 500 tsükli. Teine suur probleem on NiMH säilitamine. Need akud kannatavad väga suure isetühjenemise all - kuni 20% kuus, samal ajal kui Li-ion puhul on see näitaja vaid 2-5%. NiMH akud alluvad nn mäluefektile, mis on omane ka NiCd akudele.
Kuid liitiumioonakudel on ka omad miinused. Need on väga kallid, nõuavad keerulist mitmetasandilist elektroonilist juhtimissüsteemi, kuna neil on kalduvus liiga sügavale tühjendamisel pöördumatult laguneda või suurel koormusel isesüttida. Nad võlgnevad selle peamisele elektroodi materjalile, liitiumkobaltaadile (LiCoO2). Teadlased on aastaid võidelnud koobalti asendaja leidmisega. Tuleviku peamise elektroodimaterjali positsioonile kandideerivad mitmesugused liitiumiühendid – manganaadid, titanaadid, stannaadid, silikaadid jt. Kuid tänapäeval on absoluutne lemmik liitiumferrofosfaat Li-Fe, mille sai esimest korda 1996. aastal Texase ülikooli professor John Goodenough. Pikka aega kogus see teema riiulil tolmu, kuna Li-Fe ei erinenud millegi silmapaistva poolest, välja arvatud odavus, ja selle potentsiaal jäi avastamata. Kõik muutus 2003. aastal A123 Systemsi tulekuga.
Li-Fe akude omadused
Nagu kõigil akudel, on ka Li-Fe-l mitu põhilist elektrilist parameetrit:
Täielikult laetud elemendi pinge: Li-Fe on umbes 3,65 V. Selle tehnoloogia iseärasuste tõttu ei karda need elemendid väga ülelaadimist (vähemalt ei põhjusta see tulekahju ja plahvatust, nagu juhtub liitiumkobaltaadil põhinevate elementidega Li-ion, Li-pol ), kuigi tootjad ei soovita kogu elemendi eluea jooksul laadida üle 3,9 V ja vaid üksikuid laadimisi kuni 4,2 V.
Täielikult tühjenenud elemendi pinge: Siin on tootjate soovitused mõnevõrra erinevad, mõned soovitavad tühjendada elemendid 2,5 V, mõned 2,0 V. Kuid igal juhul on igat tüüpi akude kasutamise praktika kohaselt kindlaks tehtud, et mida väiksem on tühjenemise sügavus, seda rohkem tsükleid suudab see aku vastu pidada ja energiahulk, mis langeb viimasele 0,5 V tühjenemisele ( Li-Fe jaoks) on vaid paar protsenti selle võimsusest.
Keskpunkti pinge: erinevate tootjate selle tehnoloogia elementide puhul varieerub (deklareeritud) 3,2 V kuni 3,3 V. Keskpunkti pinge on pinge, mis arvutatakse tühjenemiskõvera alusel ja on mõeldud aku kogumahtuvuse arvutamiseks, mida väljendatakse Wh (vatt-tundides) selleks, keskpunkti pinge korrutatakse vooluvõimsusega, st. Näiteks kui teil on 1,1Ah võimsusega element ja pinge keskpunkt 3,3V, siis selle kogumaht on 3,3*1,1=3,65Wh. (Paljud inimesed ajavad sageli keskpunkti pinge segamini täislaetud elemendi pingega.)
Sellega seoses tahaksin pöörata tähelepanu akude tööomadustele või õigemini 36V ja 48V Li-Fe akude keskpunkti pingele. Nii et 36V ja 48V pinge näidatakse tinglikult paljudele tuttavama pliiaku või pigem 3 või 4 järjestikku ühendatud 12V pliiaku keskpunkti pinge suhtes. 36 V Li-Fe akul on 12 järjestikku ühendatud elementi (elementi), mis on 3,2 * 12 = 38,4 V (48 V aku puhul 3,2 * 16 = 51,2 V), mis on veidi kõrgem pliiakude keskmisest punktist, st võrdse võimsusega (Ah) Li-Fe aku kogumaht on suurem kui pliiakul.
Hetkel on Li-Fe elementide valmistamise põhiliseks tootmisbaasiks Hiina. Seal on nii tuntud firmade tehased (A123System, BMI) kui ka tundmatute firmade tehased. Paljud valmis akude müüjad (kes müüvad neid jaemüügis) väidavad, et nad on ka ise elementide tootjad, mis tegelikult osutub valeks. Suured elementide tootjad, kes toodavad neid miljoneid tükke aastas, ei ole huvitatud koostööst jaeklientidega ja lihtsalt ignoreerivad küsimusi kümnete elementide müügi kohta või pakuvad ostu sooritamist mitme tuhande tüki kaupa. On ka väikeettevõtteid, kus poolkäsitööna valmistatakse elemente väikeste partiidena, kuid selliste elementide kvaliteet on ülimalt madal, põhjuseks kvaliteetsete materjalide, seadmete puudumine ja madal tehnoloogiline distsipliin. Selliste elementide mahtuvus ja sisetakistus on isegi ühe partii piires väga erinevad. Ka valmis akude kokkupanemise turul on suurtootjate toodetud elemente, kuid kuna neid ei ole teatud parameetrite osas (mahtuvus, sisetakistus, pingelangus ladustamisel) tagasi lükatud, siis need turule ei jõua ja peavad utiliseerida. Need elemendid on väikeste käsitööettevõtete patareide kokkupanemise aluseks. Peamine erinevus selliste elementide ja suurte tootjate toodetud standardkvaliteediga elementide vahel on igal elemendil pole märgistusi. Märgistus rakendatakse tehases viimaste katsete ajal ja see on tootja tehase, kuupäeva ja valmistamise muudatuse identifikaator. See teave on suurtootjatele vajalik selleks, et elementide kvaliteeti töö ajal veelgi jälgida ja pretensioonide korral leida probleemi põhjus. Nagu te ise aru saate, pole neil, kes toodavad elemente käsitöölistes tingimustes, sellisel toimingul mõtet.
Järgige neid linke, et näha kuulsaimate elementide tootjate teste:
- http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php
Muide, mis on kontrollide tulemuste põhjal huvitav, peaaegu kõik tootjad deklareerivad, et võimsus on suurem, kui see saadaval on (ainsaks erandiks on A123 süsteem), samas kui Huanyul on see üldiselt veerandi võrra väiksem kui deklareeritud.
ootamatu avastus
A123 Systems on ebatavaline ettevõte. Selle töötajad, alates tavalisest insenerist kuni presidendini, kordavad vestlustes sageli üht lauset, mida tänapäeval sageli ei kuule: „Oleme alles tee alguses. Seda lõpuni järgides pöörame maailma pea peale!” A123 Systemsi ajalugu sai alguse 2000. aasta lõpus Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) professor Yeet Ming Changi laboris. Chang, kes oli pikka aega Li-ion tehnoloogia kallal töötanud, avastas peaaegu kogemata jahmatava nähtuse. Teatud mõjul elektroodide materjalide kolloidlahusele hakkas aku struktuur end taastootma! Tõmbe- ja tõukejõud sõltusid paljudest teguritest – osakeste endi suurusest, kujust ja arvust, elektrolüüdi omadustest, elektromagnetväljast ja temperatuurist. Chang viis läbi elektroodide nanomaterjalide füüsikalis-keemiliste omaduste üksikasjalikud uuringud ja määras kindlaks põhiparameetrid spontaanse iseorganiseerumise protsessi käivitamiseks. Saadud akude erimahutavus oli kolmandiku võrra suurem kui tavalistel liitiumkobaltaatakudel ja pidas vastu sadu laadimis-tühjenemise tsükleid. Elektroodide loomulikul teel loodud mikrostruktuur võimaldas suurendada kogu aktiivset pinda suurusjärgu võrra ja kiirendada ioonivahetust, mis omakorda suurendas aku mahtuvust ja jõudlust.
Iseorganiseerumine Changi meetodi järgi on järgmine: tulevase aku korpusesse pannakse koobaltoksiidi ja grafiidi nanoosakeste segu, lisatakse elektrolüüti ja luuakse vajalikud välistingimused - temperatuur, elektromagnetväli ja rõhk. Koobaltoksiidi osakesed tõmbuvad üksteise poole, grafiidiosakesed aga tõrjuvad. Protsess jätkub seni, kuni tõmbe- ja tõukejõud saavutavad tasakaalu. Selle tulemusena moodustub anoodi-katoodi paar, mis on täielikult eraldatud faasidevahelise elektrolüüdiga. Nanoosakeste identse suuruse tõttu suutis Chang luua laboris kindlaksmääratud mahu- ja jõudlusparameetritega akuproove. Selle nähtuse edasine uurimine ja sellel põhineva tootmistehnoloogia arendamine tõotas fantastilisi väljavaateid. Changi arvutuste kohaselt võiks akude mahtuvust olemasolevate analoogidega võrreldes kahekordistada ning maksumust poole võrra vähendada. Iseorganiseerumismeetod võimaldas luua tikupeast väiksema kujuga patareisid, sealhulgas otse praeguste tarbijate endi sees.
Astuge suurde ärisse
Sel ajal töötas elektrokeemiainsener Bart Riley ettevõttes American Semiconductor, mis tootis laias valikus pooljuhte. Changiga sidusid teda pikaajaline tutvus ja ühised teaduslikud huvid. Kui Chang Rileyle oma ootamatust avastusest rääkis, sündis peaaegu kohe idee luua iseorganiseerumise fenomenil põhinev ettevõte. Kuid ei ühel ega teisel polnud õrna aimugi, kuidas ettevõtteid luuakse. A123 Systemsi kolmas asutaja oli Rick Fulap, ettevõtja, kes oskas häid ideid suureks rahaks muuta. 26. eluaastaks on Fulap suutnud nullist luua viis ettevõtet ja käivitada suuräri avarustesse. Ühel päeval sattus Fulap MIT-i teadusajakirjas professor Changi artiklile liitiumioontehnoloogia kohta. Kuna Rick ei saanud millestki loetust aru, valis ta professori telefoninumbri. Vastuseks pakkumisele minna süsiniknanokiudude ärisse, vastas Chang, et tal on parem idee ja Fulap ei saanud hommikuni magada.
Esiteks õnnestus partneritel hankida MIT-lt litsents aku iseorganiseerumistehnika tööstuslikuks kasutamiseks ning lunastada õigused Changi laboris saadud katoodmaterjalile – liitiumraudfosfaadile. Tal polnud iseorganiseerumise fenomeniga midagi pistmist, kuid Fulap otsustas, et Li-Fe õigused ei teeks haiget. Ära raiska head! Lisaks sai Chang eritoetuse Li-Fe uurimise jätkamiseks. 2001. aasta septembris rändas Rick Fulap juba riskikapitalifondides, otsides raha kogumiseks vahendeid. Tal õnnestus tekitada investorite seas konkurents, õhutades seda üha uute pressiteadetega liitiumioonakude fantastiliste turuväljavaadete kohta.
Juba detsembris 2001 laekus ettevõtte kontodele esimesed 8 miljonit dollarit.Neli kuud pärast projektiga töötamise algust, 2002. aasta aprillis, sisenesid ärisse mobiilse elektroonika turu liidrid Motorola ja Qualcomm, kes nägid uues tehnoloogias tohutut potentsiaali. . Bart Riley meenutab naeratades, kuidas Fulap ühel konverentsil Qualcommi asepresidendi Paul Jacobsi juurde hüppas. Minuti jooksul, hoides Jacobsi peaaegu jope reväärist kinni, suutis Rick talle arusaadavalt selgitada A123 tehnoloogia eeliseid konkurentide ees ja mõne sekundi pärast esitas ta küsimuse – investeeri täna, homme saab. liiga hilja! Ja paari päeva pärast tegi Jacobs õige otsuse. Peagi olid A123 investorite hulgas: kuulus firma Sequoia Capital, mille rahaga loodi kunagi Google ja Yahoo, General Electric, Procter & Gamble ja paljud teised suurettevõtted.
varu langevari
2003. aasta alguseks oli töö seiskunud. Selgus, et paljutõotav tehnoloogia töötab vaid osaliselt – iseorganiseerumisprotsess osutus ebastabiilseks. Tõsised raskused tekkisid osakeste suuruse ja omadustega elektroodide nanomaterjalide saamise tehnoloogiaga. Selle tulemusena "hõljus" toote jõudlus silmapaistvast väärtusetuni. Saadud patareide kasutusiga oli elektroodide kristallvõre nõrkuse tõttu olemasolevatest analoogidest oluliselt madalam. See lihtsalt kukkus mitme tühjendustsükli jooksul kokku. Chang mõistis, et ideaalsete akude jaoks on tööstustehnoloogia loomine veel väga kaugel. Projekt purunes õmblustest...
Selleks ajaks oli liitiumferrofosfaadiga tehtud töö andnud ootamatuid tulemusi. Algul tundusid raudfosfaadi elektrilised omadused väga tagasihoidlikud. Li-Fe eelised LiCoO2 ees olid selle mittetoksilisus, madal hind ja väiksem kuumustundlikkus. Ülejäänud osas jäi ferrofosfaat kobaltaadile oluliselt alla – energiakulu poolest 20%, tootlikkuse ja töötsüklite arvu poolest 30%. See tähendab, et primaarse Li-Fe katoodiga aku ei sobinud mobiilsesse elektroonikasse, kus mahutavus on ülimalt oluline. Ferrofosfaat vajas sügavat modifitseerimist. Chang hakkas katsetama nioobiumi ja teiste metallide lisamist elektroodi struktuuri ning üksikute Li-Fe osakeste suuruse vähendamist saja nanomeetrini. Ja materjal on sõna otseses mõttes muutunud! Tänu tuhandeid kordi suurenenud aktiivpinnale ning kulla ja vase kasutuselevõtuga elektrijuhtivuse paranemisele ületasid nanostruktureeritud Li-Fe katoodiga akud tühjendusvooludes tavalisi koobalti akusid kümnekordselt. Elektroodide kristallstruktuur aja jooksul praktiliselt ei kulunud. Metallilisandid tugevdasid seda, kuna armatuur tugevdab betooni, seega suurenes akutsüklite arv enam kui kümme korda - kuni 7000-ni! Tegelikult suudab selline aku ellu jääda mitu põlvkonda seadmeid, mida see toidab. Lisaks ei pidanud Li-Fe jaoks midagi uut tootmistehnoloogias looma. See tähendas, et Riley, Changi ja Fulapi toodetud toode oli kohe masstootmiseks valmis.
"Kui olete piiratud rahastamisega väikeettevõte, keskendute tavaliselt ühele asjale, " ütleb Riley. – Aga selgus, et meil oli taskus kaks ideed! Investorid nõudsid projekti algse teemaga tööd jätkamist ja nanofosfaadi jätmist paremateks aegadeks. Aga me tegime oma asju. Saatsime väikese inseneride meeskonna uude suunda. Neile anti konkreetne eesmärk – töötada välja tehnoloogia katoodnanomaterjalide tööstuslikuks tootmiseks. Nagu hiljem selgus, päästis see kangekaelne otsus kogu projekti kokkuvarisemisest. Pärast esimesi ilmseid edusamme nanofosfaadi vallas jäi edasine iseorganiseerumistöö riiulile, kuid seda ei unustatud. Lõppude lõpuks võib ajalugu korduda täpselt vastupidiselt.
tööstushiiglane
Sõna otseses mõttes kuu aega pärast seda sõlmis A123 saatusliku lepingu kuulsa Black & Deckeri ettevõttega. Selgus, et Black & Decker oli juba mitu aastat arendanud uue põlvkonna ehituslikke elektritööriistu – mobiilseid ja võimsaid kaasaskantavaid seadmeid. Kuid uute esemete kasutuselevõtt viibis sobiva vooluallika puudumise tõttu. NiMH ja NiCd akud ei sobinud ettevõttele oma kaalu, suuruse ja jõudluse poolest. Tavalised liitiumioonakud olid piisavalt mahukad, kuid ei andnud suurt koormusvoolu ning kiirelt tühjenemisel läksid nii kuumaks, et võisid süttida. Lisaks oli nende laadimiseks kuluv aeg liiga pikk ja kaasaskantav tööriist pidi alati valmis olema. A123 akud olid selleks otstarbeks ideaalsed. Need olid väga kompaktsed, võimsad ja täiesti ohutud. Laadimisaeg 80% võimsuseni oli vaid 12 minutit ja tippkoormusel arendasid Li-Fe akud võimsust, mis ületas võrku ühendatud tööriistade võimsuse! Lühidalt öeldes leidis Black & Decker täpselt selle, mida nad otsisid.
Selleks ajaks oli A123-l vaid peenraha suurune prototüüpaku ja Black & Decker vajas miljoneid tegelikke akusid. Fulap ja Riley tegid oma tootmisrajatiste loomisel suurepärast tööd ning aasta pärast lepingu allkirjastamist alustasid nad Hiinas turustatavate toodete masstootmist. Fulapi energia ja pealehakkamine lepingus Black & Deckeriga võimaldas A123-l võimalikult lühikese ajaga siseneda suurde tööstusklippi. Vähem kui kuue aastaga on Massachusettsis asuv ettevõte kasvanud puhtast ideest suureks kuue tehase ja 900 töötajaga uurimis- ja tootmiskompleksiks. Tänapäeval on A123 Systemsil 120 elektrokeemia valdkonna patenti ja patenditaotlust ning selle liitiumioontehnoloogia uurimiskeskust peetakse Põhja-Ameerika parimaks.
Kuid ettevõte ei piirdu sellega. Viimase pooleteise aasta jooksul on esialgse nanofosfaadi omadusi radikaalselt parandatud ja välja on töötatud uut tüüpi elektrolüüte. Loodud on täiustatud ja töökindlamad elektroonilised laadimisjuhtimissüsteemid. Erinevates tehnoloogiavaldkondades kasutamiseks on välja töötatud mitu akupakettide kujundust. Kuid peamine samm edasi on loomulikult tulevase Chevrolet Volt hübriidauto aku väljatöötamine.
Akude tootmise tehnoloogiad ei seisa paigal ning järk-järgult asendatakse turul Ni-Cd (nikkel-kaadmium) ja Ni-MH (nikkel-metallhüdriid) akud akudega, ...
Nimekiri ettevõtetest, mis toodavad liitiumioon (Li-ion), liitiumpolümeer (Li-Po), liitiumfosfaat (Li-Fe / LiFePO4) akusid erinevates maailma riikides. Tootja nimi Asukoht...
