Літый-жалеза-фасфатнага акумулятар: характарыстыкі, прымяненне

Сучаснае абсталяванне з кожным днём становіцца ўсё больш складаным і магутным. Высокія стандарты тэхнікі прад'яўляюць павышаныя патрабаванні да акумулятарным батарэяў, якія зараз павінны спалучаць у сабе высокую прадукцыйнасць, энергаэфектыўнасць і валодаць павялічаным запасам электраэнергіі.

Укараненне новых тыпаў электраабсталявання ў вытворчасць, паскарэнне тэхналагічнага працэсу - усё гэта павышае патрабаванні да крыніц электраэнергіі, і сучасныя акумулятарныя батарэі ўжо не заўсёды могуць ім задавальняць. Для вырашэння гэтай праблемы вытворцы пайшлі па шляху ўдасканалення літый-іённай тэхналогіі. Так з'явіўся на свет літый-жалеза-фасфатнага акумулятар (LiFePO4), які з'яўляецца ідэйным нашчадкам Li-ion батарэй.

Гістарычная даведка

LiFePO4, або LFP, - натуральны мінерал сямейства оливин, упершыню быў выяўлены ў 1996 годзе навукоўцы з Тэхаскага універсітэта Джонам Гуденафом, які шукаў шляху ўдасканалення Li-ion крыніц электраэнергіі. Характэрным стаў той факт, што дадзены мінерал валодаў меншай таксічнасцю і больш высокай тэрмічнай устойлівасцю, чым усе вядомыя на той момант электроды.

Да таго ж ён сустракаўся ў натуральным асяроддзі і валодаў меншым коштам. Галоўным недахопам электродаў на базе LiFePO4 стала невялікая электраёмістасць, з-за чаго літый-жалеза-фасфатнага акумулятар перастаў распрацоўвацца.

Даследаванні ў гэтым кірунку былі адноўленыя ў 2003 годзе ў Масачусецкім тэхналагічным інстытуце. Каманда навукоўцаў працавала над стварэннем прынцыпова новых АКБ, якія б сталі заменай самых прагрэсіўных на той момант Li-ion батарэй. Праектам зацікавіліся такія буйныя кампаніі, як Motorola і Qualcomm, што наблізіла з'яўленне батарэй з LiFePO4 катоднымі элементамі.

АКБ на аснове LiFePO4

Дадзены тып акумулятарных батарэй выкарыстоўвае тую ж тэхналогію атрымання электраэнергіі, што і звыклыя для нас літый-іённыя элементы. Аднак паміж імі маецца і шэраг істотных адрозненняў. Па-першае, гэта выкарыстанне ўласнага тыпу BMS - сістэмы кіравання, якая абараняе электрычныя акумулятары ад перазарадзіць і моцнай разрадкі, падвышае тэрмін службы і робіць крыніца энергіі больш стабільным.

Па-другое, LiFePO4, у адрозненне ад LiCoO2, менш таксічны. Гэты факт дазволіў пазбегнуць шэрагу праблем, звязаных з забруджваннем навакольнага асяроддзя. У прыватнасці скараціць выкіды кобальту ў атмасферу пры няправільнай ўтылізацыі АКБ.

Нарэшце, з-за адсутнасці адзіных стандартаў LFP элементы валодаюць розным хімічным складам, што абумоўлівае вар'іраванне тэхнічных характарыстык мадэляў у шырокім дыяпазоне. Акрамя таго, абслугоўванне дадзеных крыніц харчавання больш складанае і павінна адбывацца з захаваннем вызначаных правілаў.

Тэхнічныя характарыстыкі

Варта сказаць, што літый-жалеза-фасфатныя акумулятары 48 Вольт, 36 Вольт і 60 Вольт вырабляюць шляхам паслядоўнага злучэння паміж сабой асобных вочак, бо максімальнае напружанне ў адной LFP-секцыі не можа перавышаць 3,65 В. Таму тэхнічныя паказчыкі кожнай АКБ могуць істотна адрознівацца паміж сабой - усё залежыць ад зборкі і канкрэтнага хімічнага складу.

Для аналізу тэхнічных характарыстык прывядзем намінальныя значэння адной асобна ўзятай вочка.

Найлепшая рэалізацыя магчымасцяў кожнай асобнай ячэйкі была дасягнутая ў АКБ Everexceed. Літый-жалеза-фасфатныя акумулятары Everexceed адрозніваюцца працяглым тэрмінам службы. За ўсё яны здольныя вытрымаць да 4 тыс. Цыклаў зарадкі-разрадкі з стратай ёмістасці да 20%, а папаўненне запасу энергіі адбываецца за 12 хвілін. Улічваючы гэта, можна зрабіць выснову, што батарэі Everexceed з'яўляюцца аднымі з лепшых прадстаўнікоў LFP-элементаў.

Перавагі і недахопы

Асноўным перавагай, якое ў выгадным святле вылучае літый-жалеза-фасфатнага акумулятар сярод іншых прадстаўнікоў АКБ, з'яўляецца даўгавечнасць. Такі элемент здольны вытрымаць больш за 3 тыс. Цыклаў зарадкі-разрадкі пры падзенні ўзроўню электраэнергіі да 30%, і больш за 2 тыс. - пры падзенні да 20%. Дзякуючы гэтаму сярэдні тэрмін службы батарэй складае каля 7 гадоў.

Стабільны ток зарада з'яўляецца другім важным перавагай LFP-элементаў. Напружанне на выхадзе застаецца роўным 3,2 У да таго часу, пакуль зарад не будзе цалкам вычарпаны. Гэта дазваляе спрасціць схему падлучэння, ліквідуе неабходнасць выкарыстання рэгулятараў напругі.

Больш высокі пікавы ток - трэцяе іх перавага. Гэта ўласцівасць АКБ дазваляе ім выдаваць максімальную магутнасць нават пры звышнізкіх тэмпературах. Дадзеная ўласцівасць заахвоціла аўтамабілебудаўнікоў выкарыстоўваць літый-жалеза-фасфатнага акумулятар ў якасці першаснай крыніцы энергіі пры запуску бензінавых і дызельных рухавікоў.

Нароўні з усімі прадстаўленымі перавагамі, LiFePO4 батарэі валодаюць адным істотным недахопам - вялікая маса і памеры. Гэта абмяжоўвае іх выкарыстанне ў некаторых відах тэхнікі і электраабсталявання.

Асаблівасці эксплуатацыі

Калі вы купляеце гатовыя літыева-фасфатныя акумулятары, то складанасцяў з абслугоўваннем і эксплуатацыяй у вас не ўзнікне. Усё дзякуючы таму, што вытворцы ўбудоўваюць у такія элементы платы BMS, якія не дапускаюць перазарадзіць і не даюць разрадзіцца элементу да гранічна нізкага ўзроўню.

Але калі вы набываеце асобныя вочкі (пальчыкавыя батарэйкі, напрыклад), то вам давядзецца сачыць за ўзроўнем зараду самастойна. Пры падзенні зарада ніжэй крытычнага ўзроўню (ніжэй 2,00 У) пачне імкліва падаць і ёмістасць, што зробіць немагчымым падзарадку элементаў. Калі ж вы, наадварот, дапусціце перезаряд (вышэй 3,75 У), вочка проста ўспушыцца з-за вылучыліся газаў.

Калі вы карыстаецеся падобны акумулятар для электрамабіля, то пасля 100% зарадкі вам неабходна адлучыць зарадная прылада. У адваротным выпадку батарэя набракне з-за перанасычэння электрычным токам.

правілы эксплуатацыі

Калі вы плануеце выкарыстоўваць літыева-фосфарныя батарэі не ў цыклічным рэжыме, а ў буферным, напрыклад, у якасці крыніцы харчавання КБС або сумесна з сонечнай батарэяй, то вам неабходна паклапаціцца аб паніжэнні ўзроўню зараду да 3,40-3,45 В. Справіцца з гэтай задачай дапамагаюць «разумныя» зарадныя прылады, якія ў аўтаматычным рэжыме спачатку цалкам папаўняюць запас энергіі, а затым паніжаюць узровень напружання.

Падчас эксплуатацыі вам неабходна сачыць за балансам вочак або выкарыстоўваць спецыяльныя балансавальных платы (у акумулятар для электрамабіля яны ўжо ўбудаваныя). Дысбалансам вочак называюць такі стан, калі агульнае напружанне прылады застаецца на намінальным ўзроўні, а вось напружанне вочак становіцца розным.

Падобная з'ява адбываецца з-за рознасці супраціваў асобных секцый, дрэннага кантакту паміж імі. Калі вочка валодаюць розным напругай, то і нераўнамерна адбываецца іх зарадка-разрадка, што істотна зніжае тэрмін службы АКБ.

Ўвод батарэй ў эксплуатацыю

Перад выкарыстаннем літыева-фосфарных батарэй, сабраных з асобных вочак, неабходна паклапаціцца аб балансаванні сістэмы, так як секцыі могуць мець розны ўзровень зарада. Для гэтага ўсе кампаненты паралельна злучаюцца паміж сабой і падключаюцца да выпрамніка, зараднай прылады. Злучаныя такім чынам ячэйкі трэба зарадзіць да 3,6 В.

Выкарыстоўваючы акумулятар літый-жалеза-фасфатнага для электравеласіпедаў, вы, напэўна, заўважылі, што ў першыя хвіліны працы АКБ выдае максімальную магутнасць, а затым зарад імкліва падае да ўзроўню 3,3-3,0 В. Не варта гэтага пужацца, бо гэта нармальная праца батарэі . Справа ў тым, што асноўная яе ёмістасць (каля 90%) ляжыць менавіта ў гэтым дыяпазоне.

заключэнне

ККД літыева-фасфатных батарэй на 20-30% вышэй, чым у іншых акумулятараў. Пры гэтым яны служаць на 2-3 гады даўжэй, чым іншыя крыніцы электраэнергіі, а таксама забяспечваюць стабільным токам на працягу ўсяго перыяду эксплуатацыі. Усё гэта вылучае прадстаўленыя элементы ў выгадным святле.

Аднак большасць людзей так і будуць ігнараваць літый-жалеза-фасфатныя акумулятары. Плюсы і мінусы АКБ цьмянеюць перад іх цаной - яна ў 5-6 разоў больш, чым у звыклых для нас свінцова-кіслотных элементаў. Такі акумулятар для аўтамабіля ў сярэднім каштуе каля 26 тыс. Рублёў.