Что лучше литий титанат или литий железо фосфат автозвук

Обновлено: 09.01.2025

Привет!
Как известно, хорошее питание AV (audio&video)-системы крайне необходимая вещь!
Поэтому, еще в первой своей инсталляции был заменен штатный аккумулятор 65 A*ч на АГМ 120 A*ч.

Подробно писал об этом в своем бортовике еще давным давно. К слову сказать, Стингер прослужил 6 лет без проблем при нещадной эксплуатации и был заменен на аналогичный перед соревновательным сезоном летом в 2017 году.
Сейчас в моей системе множество потребителей, в среднем, потребляется 25-35 А в час. И иногда вопрос своевременной зарядки стоит остро.
А учитывая, что в скором времени, система будет потреблять в 2 раза больше, то емкость аккумулятора уже не будет хватать более чем на час.
Соответсвенно, нужен аккумулятор еще большей емкости.
Думали над несколькими вариантами:
1. добавить такой же аккумулятор в подкапотное пространство, убрав воздушный фильтр — получил бы 240 А*ч от АГМ аккумуляторов.
2. Много место в ногах задних пассажиров — собрать кирпичиками из АГМ секций слева и справа — набрали бы порядочно.
3. Поставить к АГМ аккумулятору секции литий железо фосфата (LiFePO4) под ноги задним пассажирам.
4. Тоже, что и 3, но вместо LiFePO4 — литий титанат (LTO66160).
5. Поставить LiFePO4 или LTO66160 сразу в подкапотное пространство.

Взвесив за и против, вместе с Саней Martyanov ым, также проконсультировавшись с Дмитрием Бекреневым boombox61 и Виталием, аka dedvitos решили ставить железофосфат сразу в подкапотное пространство. Место там у аутлендера полным полно! Особенно, если убрать штатный воздушный фильтр и заменить его холодным впуском, либо применить более компактные воздушные фильтра — например от Honda CRX.
Почему решили остановиться именно на железофосфате, а не на титанате, ведь сейчас идет поголовное увлечение SPL-щиков титанатом, тем более он дешев и обладает колоссальной токоотдачей и легко переносит морозы:
1. LiFePO4 работает в морозы, просто падает токоотдача, в сети полно графиков, кто хочет, тот найдет. Я буду ставить секцию 500 А*ч — если, он не разряжен, то его за глаза хватит, чтобы завезти машину ВСЕГДА.
2. Мне нужна емкость, а не скорость отдачи — поэтому LiFePO4.
3. LiFePO4 занимает существенно меньше места, чем LTO66160, так как титанат собирается из цилиндрических банок. А теперь представтье сколько места будет занимать LTO66160 550 А*ч — это 60 банок размерами 66*320 мм.
4. LTO66160 — температура эксплуатации не более 60гр. по Цельсию, LiFePO4 — 80 гр. — это критично для установки в подкапотное пространство, особенно летом в жару и в пробках.
5. LTO66160 — титанат горит, и очень хорошо, хотя железо фосфат тоже. Но LiFePO4 имеет прочные секции, а банки LTO66160 имеют синюю термоусадку снаружи, и не дай Бог, банки перетрутся друг об друга — будет пожар, который не потушишь. Соотвествено, титанат очень требователен к сборке.
Рекомендую к просмотру краш тест банки титаната.

Мог бы и более развернуто написать про плюсы и минусы использования LiFePO4 и LTO66160.
Но ограничимся, как раз повод для обсуждения в комментариях)))
Кстати, кому интересно — по ссылке FAQ по использованию литий-титаната LTO66160.
А я же прошу посмотреть парочку видео, как искал пространство для аккумуляторной батареи — это забавно!) Рекомендую слушать в наушниках, так слышно лучше.

Литий-титанатные аккумуляторы – это разновидность привычных всем литий-ионных батарей. Выделяются в отдельную группу они потому, что их положительный электрод, анод, выполняется из специального сплава, титаната лития (Li4Ti5O12). Материал имеет некристаллическую структуру, увеличивающую поверхность соприкосновения с электролитом: один грамм имеет площадь 1002 метров, что выгодно отличает его от углерода с 32 метрами. Новое вещество обеспечивает высокую плотность тока. Это важнейший параметр для источника питания.

Плюсы и минусы

Причиной поиска новых путей развития технологии стало несовершенство имевшихся свинцовых, литий-железо-фосфатных и литий-ионных батарей. Они недостаточно безопасны, недолговечны и способны полноценно работать в узком диапазоне температур.

Проводились исследования соединений лития и титана. Как наиболее перспективное вещество был выделен титанат.

обеспечивает большую удельную емкость батарей, до 60 %;
предельный ток заряда 10С, при котором аккумулятор заряжается до 80 % за 5 минут, а лучшие модели за 1 минуту;
недорог и долговечен;
электроды, выполненные на его основе, значительно сокращают время заряда;
отличается высокими ионной и электронной проводимостью.

Характеристики соответствующих аккумуляторов очень высоки. Так, количество циклов зарядки-разрядки превышает 10 000. Емкость со временем снижается мало: на 20 % – при токе разряда 0,5С* после 10 миллионов циклов, а при токе разряда 3С после 10 тысяч.

Прямым следствием электрохимической и механической устойчивости структуры материала являются и показатели пожаро- и взрывобезопасности, которые несравнимо ниже, чем у литий-ионных элементов.

Еще одно преимущество связано со способностью электроемкостей с электродами из Li4Ti5O12 работать в широком диапазоне температур от -40 до +55 ˚C без потери функциональности.

Российские и зарубежные в производстве придерживаются схожих стандартов:

номинал напряжения – от нижней границы 2 V до 2,4 V (чаще 2,3 V);
предельное разрядное напряжение – от 1,5 V до 1,7 V;
удельная мощность при максимальной нагрузке – от 3000 до 5000 Вт/кг;
энергоемкость – от 30 до 110 Вт/кг;
низкое внутреннее сопротивление;
плотность заряда – до 115 Вт*ч/л.

Эффективность заряда-разряда колеблется пропорционально силе тока и составляет от 85 до 95 процентов. После 10 тысяч циклов она падает до 90, а после 20 – до 80 процентов.

Из недостатков стоит отметить невысокое напряжение и относительную малораспространенность технологии и незначительные объемы производства.

Первую проблему решают добором активных элементов, и она не является серьезной в свете меньшего их веса по сравнению с литий-ионными. А вот второе обстоятельство более весомо: литий-титанатные все еще имеют большую стоимость, чем другие виды аккумуляторов.

Немного истории

Технология начала проходить обкатку еще в 2011 году. Lp-TO аккумуляторы были установлены в городских автобусах Японии, на самых протяженных маршрутах.

К 2016 году экспериментальный транспорт суммарно преодолел более 700 000 километров. За это время у самых первых машин количество циклов перезарядки достигло 2 000 при падении емкости в 3 %.

Напряжение этих батарей равно 560 В, а емкость – 100 ампер-часов. Зарядка происходит посредством 400-киловаттного выпрямителя на специально оборудованных станциях.

Сейчас титанатный аккумулятор встречается уже и в электромобилях и электробайках. Хороший пример таких транспортных средств – Mitsubishi i-MiEV или Honda Fit EV.

Устройство и механизм работы

Именно анод определяет длительность жизненного цикла и уровень безопасности аккумулятора.

На подложку методом осаждения наносятся атомарные слои оксида титана толщиной менее 15 нанометров. После обжига они приобретают объемную полую структуру, состоящую из большого количества полых лент и больших полостей высотой до 30 и шириной до 150 нанометров.

Трехмерная поверхность имеет огромную площадь и рассчитана так, чтобы внутрь легко проникал электролит, взаимодействуя со всей поверхностью материала и осуществляя транспорт положительно заряженных ионов лития.

Формула протекающей электрохимической реакции такова:

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- Li7Ti5O12

Катод обычно изготавливается из соединения кобальта LiCoO2. Взаимодействуя с кислородом, катода ионы лития отдают заряд и становятся нейтральными, вновь осаждаясь на аноде.

Внешне титановый аккумулятор выглядит стандартно. Для упаковки всех элементов используется пластик, композиты или цветной металл. Корпуса имеют форму призмы с прямыми углами или цилиндра. Для улучшения контакта и упрощения соединения многие модели снабжены клеммами.

Применение

Используют титанатные АКБ не только в электротранспорте в качестве основного источника энергии, но и в бензиновых автомобилях как замену обычному аккумулятору для стартера, освещения и автозвука.

Имеется значительный спрос на технологию и в сферах кораблестроения, авиастроения.

Применяют такие элементы питания также и в устройствах, для которых важна как бесперебойность работы, так и высокая степень автономности или мобильности: в светофорах, в телекоммуникационном и связном оборудовании, в резервных цепях питания.

Еще одна область применения – организация освещения в сочетании с солнечными батареями. Таким способом возможно обеспечить электроэнергией как улицу, так и внутренние помещения.

Постепенно литий-титанатные накопители проникают и в бытовые устройства: нередки теперь оснащенные ими телефоны, планшеты, ноутбуки, фотоаппараты, видеокамеры, мобильное медицинское оборудование и даже велосипеды.

Особенности эксплуатации и утилизация

В эксплуатацию литий-титанатные аккумуляторы поступают уже готовыми для подключения к нагрузке, так как первоначальный заряд обусловлен электрохимической реакцией между электродами плюса и минуса.

Зарядка производится специальным устройством постоянного тока.

Согласно приказу № 511 Министерства природных ресурсов от 15.06.2001 различают 5 классов опасности отходов. Отработанные аккумуляторы относятся ко второму классу, что предполагает специальную процедуру утилизации.

Фирмы-производители и предлагаемый ассортимент

Новизной технологии объясняется ее нераспространенность.

На рынке литий-титанатные аккумуляторы представлены небольшим количеством производителей, среди которых явно лидирует японский концерн Toshiba. Маркетинговое название соответствующей продукции – Super Charge Ion Battery, или сокращенно SCiB.

емкость – от 2,9 до 23 А/ч;
цикл заряд-разряд – до 40 тысяч с падением емкости не более 70 %;
возможность буферного режима работы: время, затрачиваемое на заряд, – от 1 до 6 минут.

Литий-титанат с добавкой позволяет заряжать аккумуляторы за 5 минут до 90 %. Их удельная емкость вдвое выше титанатных, что позволяет уменьшить размер элементов питания и приблизить их по удельной энергии к литий-полимерным.

Для своих наручных кинетических часов производит батареи малого размера и Seiko, заменив ими конденсаторы.

Не отстают и швейцарцы. Компания Leclanché, которая с 1939 года выпускает аккумуляторы, освоила передовой техпроцесс после приобретения в 2006 году немецкой фирмы Bullith AG. Их продукт называется TiBox и представляет собой многоразовые источники питания с литий- титанатным анодом, мощностью 3,2 кВт и ресурсом работы до 20 тысяч циклов.

Американская компания из Невады Altairnano выпускает линейку элементов питания Nanosafe для электромобилей. Их титанат и производимые АКБ по официальным заявлениям готовы установить под капот многие производители автомобилей. Это английская фирма Lightning Car Company, известная своими спорткарами.

Также американская студия Phoenix Motorcars, которая переделывает корейские авто от SsangYong в электромобили. И, наконец, калифорнийская фирма Proterra, в своем микроавтобусе EcoRide BE35.

Выпускают литий-титановые аккумуляторы и в Китае. Компания YABO Power Technology выпустила первый экземпляр еще в 2012 году. Изделия преимущественно применяются в автотранспорте.

Типичный представитель – батарея YB-LITE2344, рассчитанная на штатное напряжение 2,4 V и емкость 15 ампер-часов.

Где купить

Самая популярная емкость для титанат-батарей, используемых в различных АКБ, – 40 АЧ. Чаще всего такие модели имеют стандартное количество циклов перезаряда (20 700) и годятся для последовательного соединения в банки больших размеров.

Купить источники питания можно в интернет-магазинах. По отзывам, качественный товар приобрести проще на eBay (иБэй), а на Aliexpress (Алиэкспресс) весь ассортимент дешевле.

Перед покупкой стоит убедиться в добросовестности продавца. Иногда под видом новых продают списанные аккумуляторы.

Быстро найти необходимый ассортимент на сайтах торговых площадок можно по поисковому запросу LTO или Lithium-Titanate.

Помимо стандартных и распространенных типоразмеров присутствуют и более нишевые: в виде плоских гибких или защищенных жесткими листами ячеек, в форме стандартных батареек. Есть также уже готовые собранные аккумуляторы и блоки питания в корпусах.

Там же нетрудно найти и специальные зарядные устройства, рассчитанные на постоянный ток, нужные напряжение и силу тока.

Сколько стоит конкретный титанат-литиевый аккумулятор, зависит еще и от цены доставки: продавцы пользуются услугами различных почтовых организаций и курьерских служб. Поэтому стоимость в итоге может серьезно отличаться.

Заключение

Потенциальный рынок литий-титанатных аккумуляторов велик. Поэтому перспективы развития данной технологии более чем обнадеживающие. Продукция уже выпускается серийно, становится доступнее, так как цена на нее снижается. Растет и ассортимент.

Литий-титанатные «банки» – это относительно новый подвид Li-ion элементов питания, анод которых производится из титаната лития (Li4Ti5O12). Этот материал имеет нанокристаллическую структуру и увеличивает эффективную площадь поверхности анода до 100 м 2 /г, в то время как у углеродных анодов этот параметр равен 3 м 2 /г. Применение литий-титаната увеличивает удельную емкость аккумуляторов на 60%,обеспечивает стабильность поверхности, отличную проводимость и высокую плотность тока.

Литий-титанатные аккумуляторы быстро заряжаются, имеют огромный циклический ресурс (порядка 20 000 циклов), малое внутреннее сопротивление и широкий диапазон рабочих температур. У них малый саморазряд, высокий уровень взрыво- и пожаробезопасности. Все эти качества обеспечивают LTO аккумуляторам растущую популярность и интерес покупателей. Сфера их применения постепенно расширяется, и все чаще LTO батареи используются в бытовой технике, персональном электротранспорте и различных энергосистемах.

Характеристики LTO аккумуляторов

Планируя использовать литий-титанат вместо штатной АКБ, примите во внимание отличия в характеристиках:

Критерий сравнения

Li-ion

LiFePO4

2,3 В (бывает от 2 до 2,4 В)

Максимальное напряжение (в заряженном состоянии)

4,2 В, у высоковольтных моделей – до 4,4 В

Минимальное напряжение (в разряженном состоянии)

2,5 В, у высоковольтных моделей – до 3 В

около 30–110 Вт·ч/кг

Более 20 000 циклов

Около 1000 циклов

Более 3000 циклов

Длительность быстрой подзарядки

15 минут – до 50%

около 1,6% в месяц

Допустимые токи разряда относительно емкости С

до 10С, кратковременно – до 30С

Оптимальный – до 1С;

постоянный – до 5С;

импульсный – до 50С.

Диапазон рабочих температур

От −20 до +50 C при зарядке,

от −40 до +60 C при разрядке.

От −20 до +60 C (оптимально +23 C). Зарядка – только при плюсовых температурах.

От −30 до +55 C. Зарядка – только при плюсовых температурах.

Пожаро- и взрывобезопасность

Сравнение характеристик

По допустимым токовым нагрузкам и стабильности работы в проблематичных метеоусловиях LTO аккумуляторы сопоставимы с литий-железо-фосфатными элементами и выигрывают у остальных Li-ion моделей. По циклическому ресурсу, скорости зарядки и температурному диапазону литий-титанат значительно превосходит конкурентов. Он даже допускает возможность подзарядки на морозе, что недопустимо для остальных Li-ion элементов.

С другой стороны, литий-титанат уступает остальным литий-ионным аккумуляторам по рабочему напряжению и удельной энергоемкости. Поэтому для сборки аккумуляторной батареи с идентичными значениями вольтажа и емкости LTO элементов потребуется больше (по объему и весу), чем LiFePO4 или Li-ion других типов.

Использование LTO аккумуляторов вместо штатных

Литий-титанатные АКБ можно использовать вместо штатных батарей в различных сферах, особенно – когда к источникам питания выдвигаются строгие требования по надежности и безопасности. В частности, LTO батареи используются для хранения, накопления и отдачи энергии, обеспечивая питание:

электромобилей;
велосипедов, скутеров, мотоциклов, автобусов и других видов транспорта на электротяге;
катеров, яхт, лодок с подвесным электромотором;
мобильных медицинских устройств и оборудования;
метеостанций;
электроинструмента;
солнечных электростанций;
энергосистем с интенсивной работой в циклическом режиме;
светофоров, прожекторов, рекламных щитов и других осветительных систем, используемых в сложных метеоусловиях;
переносного промышленного оборудования.

При сборке батареи используется схема, соответствующая необходимым значениям напряжения и емкости. Для суммирования напряжения аккумуляторы соединяются последовательно. Так, для получения вольтажа 24 В нужно последовательно соединить 10 LTO аккумуляторов номинальным напряжением 2,4 В (схема сборки 10S), для получения АКБ на 36 В – 15 таких элементов (схема 15S), для получения батареи на 48 В – 20 аккумуляторов (схема 20S).

Резюме

Литий-титанатные АКБ способны стать выгодной заменой штатных батарей во многих сферах. Но из-за низкого рабочего напряжения и меньшей удельной энергии (по сравнению с обычными Li-ion элементами) они не подходят для вариантов использования, в которых на первый план выходит снижение объема и массы элементов питания. В частности, литий-титанат проблематично использовать для оснащения электротехники, ноутбуков и смартфонов.

В предыдущей статье нашего блога рассмотрены возможные причины, почему не заряжается литий-ионный аккумулятор.

На рынке сегодня присутствует не малое количество разновидностей литиевых накопителей электроэнергии, и особое место среди них занимает литий-железо-фосфатное (LiFePO4 или LFP) исполнение. Чем оно выгодно отличается от «соплеменников» и каковы его особенности? Вот именно об этом мы будем говорить в данной теме.

Содержание:

История появления.
Преимущества LiFePO4 электронакопителей.
Сравнение LiFePO4 и Li-ion — что лучше?
Применение LFP аккумуляторов.
Как правильно эксплуатировать LFP батареи.
Правила хранения и утилизации LiFePo4.

История появления

Итак, LiFePO4 был открыт давненько, в 1996-ом году, профессором Техасского университета Джоном Гуденафом. Материал играл роль катода для обычного Li-ion накопителя. Отличался LFP тем, что по сравнению с традиционными литий-кобальтовыми источниками энергии, имел значительное преимущество в цене, был менее токсичным и более термоустойчивым. Однако у LiFePO4 имел место и один значимый недостаток — меньшая ёмкость.

До 2003-го года разработка практически не продвигалась вперёд, пока она не попала в руки специалистов представляющих фирму A123 Systems. Кроме того, серьёзный толчок делу дали такие инвесторы как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital, благодаря которым технология была доведена до ума.

Первая промышленная партия изделий была выпущена в 2006-ом году и с тех пор, LFP позиционируются как лучшие из силовых электронакопителей.

LiFePO4 обходят конкурентов по таким параметрам:

1. Улучшенные характеристики.

2. Более высокий показатель КПД.

3. Повышенный уровень безопасности.

LiFePO4 предлагают пользователю более продолжительный срок службы, по сравнению со своими Li-ion собратьями. Применение фосфатов даёт возможность избежать расхода кобальта и связанных с этим экологических проблем.

Что мы имеем по техническим характеристикам LiFePO4?

Номинальное напряжение LFP — 3,0-3,3 V, нижний порог напряжения — 2 V. Полностью заряженный накопитель выдаёт 3,6-вольтовое напряжение. Аппаратура может функционировать в диапазоне -30. +60, что является весьма приемлемым результатом для сторонников круглогодичной эксплуатации индивидуального электрического транспорта.

Время зарядки LFP-батареи — 4 часа. Масса аккумулятора с характерстиками 36 V 12 Ah – 5,5 килограмма, разрядной ток — до 35 A, мощность — до 1260 Ватт, пиковая — 2160 Ватт.

Что нам предлагает ближайший конкурент LFP, традиционный Li-ion?

Номинальное напряжение тут уже повыше — 3,6-3,75 V. Нижний порог напряжения — 3 V, а для ёмких Li-ion АКБ нижний показатель — 2,5 V. Полностью заряженный агрегат выдаёт 4,25 V, у более ёмких батареек — 4,35 V. Работают при температуре -20. +60 градусов, но тут нужно учесть, что оптимальный температурный режим для литий-ионного источника энергии — +20. +25 градусов.

Время зарядки Li-ion батареи — 8 часов. Масса аккумулятора с характеристиками 36 V 12 Ah – 3 килограмма, разрядный ток — до 12 A, выдаваемая мощность — до 432 Ватт, пиковая — 864 Ватта.

Преимущества LiFePO4 электронакопителей

Скорее всего, вас не вдохновит показатель напряжения LiFePO4, но не стоит из-за этого сбрасывать данную разновидность литиевых источников питания со счетов. У них есть ряд преимуществ, которые могут заинтересовать очень многих юзеров.

1. В таких АКБ разработчики используют структуру оливина, высокотемпературного материала, который способен выдерживать температуру до 1900 градусов.

2. Продолжительный срок эксплуатации. Такая аппаратура может выдержать от двух до семи тысяч циклов. При этом, ёмкость снизится всего на 20%. А вот обычный литий-ион столько не потянет: его потенциал 500-1000 циклов разряда/заряда.

3. Срок хранения. По этому параметру LFP изделия также долгоиграющими являются. Хранить их можно 12-15 лет, а вот Li-ion — всего 3-5 лет, потом начинается деградация.

4. Повышенная плотность энергии и стойкость к низким температурным режимам. К примеру LiFePO4 модели ANR26650M1-B от A123 Systems, может работать при заявленном производителем температурном диапазоне -30. +55 градусов, а хранить её можно при -40. +60 градусах. У литий-ионной продукции просадки составляют порядка 3-4 V при нагрузке, а ёмкость снижается в два-три раза при минусовой температуре окружающей среды.

5. Устойчивость к переразряду. Если напряжение преодолеет допустимое значение, LFP грозят лишь несущественные повреждения, при которых девайс сохранит свою работоспособность. А вот Li-ion, при критическом уровне напряжения, становится весьма опасным предметом — происходит разгерметизация из-за которой в атмосферу выбрасывается литий. В этом случае вполне можно ожидать взрыва!

6. LFP не загораются при повреждении компонентов. Они в такой ситуации будут только нагреваться и испускать дым. Li-ion же при повреждении взрываются и могут напугать юзера появлением яркого пламени.

7. 3,2-вольтовое постоянное напряжение на выходе, даёт возможность соединить последовательно две пары аккумуляторов, для получения 12,8-вольтового номинального напряжения на выходе. Это приближено к напряжению свинцово-кислотных АКБ (SLA) с 6-ю ячейками. Данное обстоятельство, параллельно с достойной безопасностью источников питания LFP, делает их отличной возможной заменой SLA во многих отраслях. К примеру, автомобильная промышленность и солнечная энергетика. Тут возможно применение 3,2-вольтовых накопителей стандартного типоразмера 14500/10440, вместо пары гальванических элементов либо АКБ типоразмеров АА/ААА 1,5 V. Для это применяется один LFP электронакопитель, а на место второго компонента устанавливается вставка-проводник с идентичными размерами.

8. Если сравнивать LFP-батареи с другими литиевыми исполнениями, то они обладают довольно стабильным разрядным напряжением. На выходе напряжение остаётся близко к 3,2 V во время разряда, пока энергия аккумуляторной батареи не иссякнет на сто процентов. Это может существенно упростить корректировку напряжения в цепях или даже исключить надобность в ней.

9. LFP источники питания, обладают пониженной скоростью разряда, по сравнению с Li-ion и SLA электронакопителями.

10. LiFePO4 батареи можно встретить в формате 18650, что очень удобно. Это даёт возможность пользователям собрать источник питания практически любой формы, разместив компоненты наиболее удобным способом. Однако при одном и том же напряжении, LFP изделия будут несколько тяжелее и больше по размерам, поскольку в распоряжении ячеек разное номинальное напряжение.

11. Упрощённая система управления батареей и не сложное зарядное устройство. Большой допуск перезаряда и характеристика самобалансировки LFP-батареи, дают возможность упростить защиту аккумулятора и сбалансировать печатные платы, снизив их себестоимость. Одноступенчатый процесс зарядки позволяет применять более простой, обыкновенный источник питания для зарядки LiFePO4, чего не скажешь о литий-ионном электронакопителе, для которого требуется сложное и дорогое зарядное оборудование.

Сравнение LiFePO4 и Li-ion — что лучше?

Выше в теме я привёл основные характеристики этих разновидностей батарей, но, для большего понимания ситуации, стоит углубиться в подробности.

Сразу скажу: тут стоит отдать должное Li-ion источникам питания, так как именно они чаще всего становятся для потребителя оптимальным выбором.

Стоят они меньше, меньше у них и масса, а при щадящем режиме работы, Li-ion могут предложить юзеру около тысячи циклов. Однако если вам предстоит эксплуатировать индивидуальный электротранспорт в жёстких условиях, к примеру, ездить на электрифицированном велосипеде при минусовых температурах, то стоит отдать приоритет LiFePO4. Такие источники питания совмещают в себе все плюсы Li-ion, но у них отсутствуют их негативные стороны.

Пиковые токи нагрузки и заряда не наносят вреда ресурсу LFP аккумулятора. Кроме того, электронакопители такого типа имеют меньшую склонность к естественной деградации, предлагают минимальный саморазряд и весьма широкий диапазон рабочих температур. Обладателя LFP аккумулятора, порадует и то, что изделие может выдержать более 2000 циклов при утрате ёмкости на 20%. Так что, по выносливости и долговечности LFP-батареи переигрывают остальные литиевые исполнения. В то же время нужно учитывать, что LiFePO4 весят больше чем Li-ion и вдобавок они габаритнее.

В общем, суть такова: перед выбором литиевого энергонакопителя, чётко определитесь со своими приоритетами и условиями дальнейшего использования АКБ.

Применение LFP аккумуляторов

Системы автономного электроснабжения, в состав которых входят ветрогенераторы и солнечные батареи — вот где LFP активно используется как буферный накопитель. LiFePO4 оборудуется складская техника, поломоечные машины, гольфкары, водный транспорт, электрические велосипеды, электрические скутера, электрические автобусы и электромобили. LFP-накопители также обслуживают телефоны, планшеты и шуруповёрты.

Как правильно эксплуатировать LFP батареи

Не превышайте дозволенные параметры

Любые Li-ion электронакопители, в том числе и новые LFP изделия, довольно быстро вырабатывают свой ресурс, если разряжать их по максимуму либо длительное время удерживать на зарядке. В том случае, если источник энергии часто разряжается ниже допустимого предела, он начнёт утрачивать в ёмкости и по прошествии некоторого времени, электронакопитель будет разряжаться в ускоренном темпе. Также, от перезарядки может случиться такое недоразумение как вздутие девайса, по причине того, что внутри ячеек скапливается газ, а итогом является неприятный всем выход из строя.

Для продления срока эксплуатации LiFePO4, заряжать его рекомендуются до 3,65 V (пик 3,7 V), а разряжать не ниже показателя 2,5 V (пик 2 V).

Применяйте систему управления батареей (BMS)

Аккумуляторные батареи мобильных устройств и электрокаров, как правило, заряжаются на 100%, а затем сразу идут в работу. Однако если не отключить зарядную аппаратуру после полной «заправки», электронакопитель разбухнет и откажется продолжать дальнейшую работу. Думаете нужно в обязательном порядке тщательно следить за напряжением АКБ, чтобы она не разряжалась до минимального значения и не достигала излишнего заряда? Реально, делать это необязательно — разработчики давно решили данную проблему! Они начали ставить на каждую аккумуляторную батарею специальную защитную плату, так называемую BMS. Деталь контролирует показатели источника электроэнергии, от которого заряжается LiFePO4. Она полностью отвечает за зарядку/разрядку АКБ.

Если LFP-батарея начнёт подвергаться зарядке сверх нормы, BMS организует равномерное распределение нагрузки по ячейкам. Если электронакопитель разрядится в значительной степени, контрольная плата прекратит подачу электроэнергии потребителям.

Если вы приобретаете не целую батарею, а только ячейки и игнорируете внедрение BMS, то распределение напряжения при зарядке АКБ будет неравномерным. К примеру, в вашем распоряжении аккумуляторная батарея состоящая из двух пар ячеек LFP. По ходу дела три ячейки достигают примерно одинакового уровня заряда, где-то на 3,5 V. А вот четвёртая ячейка по заряду выходит значительно выше — 4,25 V. Чем чревата такая разность? Тем, что четвёртая ячейка начнёт заряжаться сверх допустимого и даст сбой. При этом, общее напряжение при зарядке остаётся в пределах дозволенных значений.

Может случиться так, что установить BMS по каким либо причинам будет невозможно и возникает вопрос — а что делать в этом случае? Поставьте хотя бы балансировочные платы, которые помогут удерживать напряжение сбалансированным.

Но в то же время, «балансиры» ничем не помогут накопителю энергии, если все ячейки разрядятся до критического уровня либо начнут перезаряжаться. Кроме того, если расхождение в заряде ячеек будет значительным, балансировочная деталь не будет выравнивать напряжение.

Хотите по максимуму защитить LiFePO4 электронакопитель? Лучший способ сделать это, установить плату BMS, которая будет прекрасно справляться со своими прямыми обязанностями избавляя вас при этом от лишней головной боли.

Режим работы

Любую аккумуляторную батарею можно эксплуатировать в двух режимах: буферном и циклическом. Начнём с циклического режима. Вы пользуетесь мобильным устройством целый день, затем устанавливаете его на зарядку, а когда аккумулятор заряжен на сто процентов — продолжаете использовать девайс. А вот что касается буферного режима, то это когда электронакопитель постоянно подзаряжается. Буферный режим встречается в бесперебойных источниках питания. При нём напряжение аккумуляторной батареи редко снижается до критических показателей, по этой причине он проработает дольше, чем если будет функционировать в циклическом режиме.

Если хотите дополнительно продлить срок эксплуатации электронакопителя, понизьте напряжение заряда. Как правило, для LFP-батарей, это 3,40-3,45 V. Однако самый лучший вариант — свериться с теми значениями, которые рекомендует изготовитель АКБ.

Балансировка ячеек

Если вы предпочли собирать LFP-накопитель собственными силами, то перед сборкой нужно в обязательном порядке отбалансировать ячейки — 3,2-вольтовые. Ячейки не всегда являются заряженными в одинаковой степени, поэтому перед применением устройства, его рекомендуется предварительно отбалансировать. Для этого потребуется параллельно соединить каждую ячейку: «+» с «+» и «-» с «-» каждой ячейки. После состыковки зарядите ячейки до 3,65 V.

Если одна либо несколько ячеек продемонстрируют разность сопротивлений, в процессе балансировки будет происходить выравнивание напряжений между компонентами.

Для сбережения ресурса LiFePo4 важно:

1. Применять специальные ЗУ, которые предназначены для аккумуляторов LFP с обозначением конечного напряжения. Зарядки для литиевых АКБ других типов, для LiFePo4 изделий не годятся, так как у LFP более низкое рабочее напряжение.

2. Не следует оставлять источник энергии разряженным. Если последующий саморазряд повлечёт за собой критическое снижение напряжения хотя бы на одном элементе АКБ, это отрицательно скажется на ёмкости всего электронакопителя. Поэтому, если LiFePo4 почти разрядилась, её нужно как можно быстрее установить на зарядку и довести до номинального напряжения, а это 3,2 V на компонент.

3. Не допускайте разряда аккумулятора до его отключения посредством BMS и заряжайте гаджет после каждого применения. LiFePo4 не страдают от эффекта памяти, а полные циклы разряда будут только негативным образом сказываться на ресурсе девайса.

4. Заряжайте агрегат при температуре корпуса приближённой к комнатной. Если накопитель энергии был перед зарядкой на холоде, нужно сначала нагреть его до комнатной температуры. Для этого потребуется 4-5 часов пребывания в тёплом помещении.

5. Для зарядки LiFePo4 лучшим вариантом будут «умные» ЗУ либо контроллеры. Они обеспечивают подзарядку систем напряжением 12-14,6 V, а по прошествии 10-20 минут снижают напряжение до 13,6–13,8 V, то есть, до 3,4–3,45 V на каждый отдельный элемент.

Правила хранения и утилизации LiFePo4

Когда ваша аккумуляторная батарея полностью отработает своё, следует обратиться в специальную организацию, занимающуюся утилизацией подобного оборудования. Если вы поступите подобным образом, то можете даже заработать на этом. Но в то же время, если вы просто выбросите источник энергии LFP на свалку, ничего страшного не будет.

Заключение

Чтобы вам легче было усвоить всю информацию изложенную в статье, я приведу далее несколько пунктов, которые нужно обязательно запомнить:

1. Следите за тем, чтобы напряжение LiFePo4 не опускалось ниже 2 V и не заходило за отметку 3,7 V. Что касается идеального диапазона, то это 2,5-3,65 V.

2. Если будете собирать батарею LFP самостоятельно, не забудьте про BMS.

3. Если используете АКБ в буферном режиме, понизьте её напряжение. Рекомендуемые параметры — 3,4-3,45 V.

4. Заряжать LFP нужно специальной зарядкой.

5. Перед самостоятельной сборкой электронакопителя, отбалансируйте ячейки, чтобы выровнять напряжение.

Основные преимущества LFP:

1. Продолжительный срок эксплуатации — 2000-7000 циклов заряда/разряда. При этом потеря ёмкости составляет 20%.

2. Срок хранения — 12-15 лет.

3. Может работать при широком диапазоне температур — -30. +60 градусов. Из этого можно сделать простой вывод: LFP хорошо подходят для использования зимой.

4. Не воспламеняется при повреждении компонентов.

5. Устойчивость к переразряду.

Естественно, не обошлось и без недостатков: это бОльшая по сравнению с Li-ion масса и себестоимость. Хотя уже можно обзавестись на Али.

Литий-ионные аккумуляторы включают элементы питания с разными типами химии: с содержанием кобальта, марганца, никеля, алюминия, оксида титана, фосфата железа. Самые распространенные типы Li-ion аккумуляторов – литий-кобальтовые, литий-марганцевые и литий-никель-марганец-кобальтовые (NMC). Достойную конкуренцию им составляют литий-железо-фосфатные элементы питания (LiFePO4).

Они также относятся к литиевым аккумуляторам, но из-за значительных отличий от остальных Li-ion элементов питания часто рассматриваются как отдельная категория. Сегодня мы сравним аккумуляторы LiFePO4 и Li-ion, сопоставим их преимущества и недостатки, дадим рекомендации по использованию в зависимости от поставленных задач и условий использования.

Особенности литий-ионных аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы содержат электроды, пористый сепаратор, электролит и контакты. Отрицательные пластины создаются из графита, электролит – обычно из смеси LiPF6 и карбоната. В роли катода применяются различные материалы: кобальтат лития (LiCoO2), литий-марганцевая или литий-кобальт-марганцевая шпинель (LiMn2O4, LiNiCoMnO2) и др. Технология производства Li-ion элементов постоянно совершенствуется, в результате чего повышается безопасность их эксплуатации, и улучшаются характеристики.

Li-ion элементы питания имеют высокую удельную энергоемкость, что позволяет вмещать в АКБ меньших размеров и массы больше энергии. Также они отличаются высокой токоотдачей и имеют следующие особенности:

чувствительность к глубокому разряду и перезаряду;
диапазон рабочих температур от -20 до +60 °С;
низкий саморазряд – <10% в месяц;
легкий вес в сочетании с высокой емкостью;
незначительное снижение емкости при хранении и эксплуатации – до 10% в год;
ресурс с сохранением 80% емкости – 500–1000 полных циклов заряд-разряд;
допустимое напряжение в процессе работы – от 2,8 до 4,2 В, номинальное – 3,6 или 3,7 В.

Особенности элементов питания LiFePO4

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы в роли материала катода используются литий-феррофосфат LiFePO4. Они тяжелее, чем остальные литий-ионные модели идентичной емкости. Также они имеют меньшее номинальное напряжение – 3–3,3 В. Главными их преимуществами выступает большее число рабочих циклов заряд-разряд (свыше 2000), химическая и термическая стабильность, способность без проблем работать на морозе, меньшее время заряда и повышенная безопасность эксплуатации.

С момента выпуска первой промышленной партии в 2006 году они считаются лучшими из силовых аккумуляторов. Принцип их действия базируется на применении электродов нано-масштаба и обмене ионами между электродами, который обеспечивается путем увеличения их активной поверхности.

Диапазон допустимых температур у элементов питания типа LiFePO4 составляет от-30 до +50 °С, саморазряд – до 3% в год. Удельная энергоемкость у них на 14% ниже, чем у моделей класса Li-ion. Напряжение в процессе разряда остается практически неизменным. Поэтому по техническим характеристикам аккумы типа LiFePO4 считаются лучшим выбором. Но они не подходят для использования в ситуациях, когда первостепенную роль играет минимизация веса и размеров аккумуляторной батареи.

Сравниваем LiFePO4 и Li-ion, что лучше

Для наглядного сравнения Li-ion и LiFePO4 аккумуляторов рассмотрим и сопоставим их основные характеристики. В таблице приведены их усредненные значения. Точные характеристики элементов питания зависят от бренда производителя и указаны в технических паспортах (datasheet).

Читайте также: