Liitiumraud fosfaatpatareid EEMB – poole mahutavusest piisab. A123 LiFePO4 (Li-Fe) liitiumfosfaatpatareid Ferrofosfaatakude ohutus

Kaasaegne turg on täis mitmesuguseid elektroonikaseadmeid. Nende tööks töötatakse välja üha arenenumaid jõuallikaid. Nende hulgas on erilisel kohal liitiumraudfosfaatpatareid. Need on ohutud, suure elektrivõimsusega, praktiliselt ei eralda toksiine ja on vastupidavad. Võib-olla tõrjuvad need akud peagi oma "vennad" seadmetest välja.

Sisu

Mis on liitiumraudfosfaadi aku

LiFePo4 akud on kvaliteetsed ja usaldusväärsed suure jõudlusega toiteallikad. Nad asendavad aktiivselt mitte ainult vananenud pliiakusid, 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 ja muudetud keemilise koostisega: anoodiks kasutatakse liitiumkobaltaadi asemel liitiumferrofosfaati. 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 tootmisskeem 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 (enamasti katoodiks alumiinium ja anoodiks 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 asetatakse poorsest materjalist eraldaja mõlemale küljele ja kinnitatakse selle külge tihedalt. Saadud plokk asetatakse plastmahutisse, täidetakse elektrolüüdiga ja suletakse.

Viimane etapp. Aku laadimise/tühjenemise juhtimine. Laadimine toimub elektrivoolu pinge järkjärgulise suurendamisega, nii et suure soojushulga eraldumise tõttu ei toimuks plahvatust ega süttimist. Tühjenemiseks ühendatakse aku võimsa tarbijaga. Kui kõrvalekaldeid ei tuvastata, saadetakse valmis elemendid kliendile.

Liitiumraudfosfaadi aku tööpõhimõte ja disain

LFP akud koosnevad elektroodidest, mis on mõlemalt poolt tihedalt vastu poorset eraldajat surutud. Seadmete toiteks ühendatakse nii katood kui anood voolukollektoritega. Kõik komponendid asetatakse plastkarpi ja täidetakse elektrolüüdiga. 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. Sellel on võime tungida teiste materjalide kristallvõresse, moodustades keemilisi sidemeid.

LiFePo4 akude tehnilised omadused

Olenemata tootjast on kõigil LFP-elementidel samad tehnilised omadused:

• tipppinge – 3,65 V;
• pinge keskpunktis – 3,3 V;
• pinge täielikult tühjenenud 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 – kuni 5% aastas.

Esitatud tehnilised omadused viitavad konkreetselt LiFePo4 rakkudele. Sõltuvalt sellest, kui palju neist on kombineeritud ühe akuga, on akude parameetrid erinevad.

Kodumaistel koopiatel on järgmised omadused:

• mahutavus – kuni 2000 Ah;
• pinge – 12v, 24v, 36v ja 48v;
• töötemperatuuride vahemikus -30 kuni +60 С о;
• laadimisvooluga - 4 kuni 30A.

Kõik akud ei kaota oma kvaliteeti 15-aastase ladustamise ajal, neil on stabiilne pinge ja neid iseloomustab madal toksilisus.

Mis tüüpi LiFePo4 akusid on olemas?

Erinevalt meile harjumuspärastest patareidest, mis on tähistatud sümbolitega AA või AAA, on liitiumraudfosfaatelemendid hoopis teistsuguse vormiteguri märgistusega – nende suurused on krüpteeritud 5-kohalise numbriga. Kõik need on esitatud tabelis.

Isegi ilma, et teie ees oleks märgistustega tabel, saate aku mõõtmetes hõlpsalt navigeerida. Koodi kaks esimest numbrit näitavad läbimõõtu, ülejäänud näitavad toiteallika pikkust (mm). Mõne standardsuuruse lõpus olev number 5 vastab poolele millimeetrile.

Liitiumraudfosfaadi aku: plussid ja miinused

LFP akud põhinevad liitiumioontehnoloogial, mis võimaldab neil neelata kõiki nende toiteallikate eeliseid ja samal ajal vabaneda nendele omastest puudustest.

Peamiste eeliste hulgas on järgmised:

1. Vastupidavus – kuni 7000 tsüklit.
2. Suur laadimisvool, mis vähendab energia täiendamise aega.
3. Stabiilne tööpinge, mis ei lange enne, kui laeng on täielikult tühjenenud.
4. Kõrge tipppinge - 3,65 volti.
5. Kõrge nimivõimsus.
6. Kerge kaal - kuni mitu kilogrammi.
7. Madal keskkonnasaaste kõrvaldamise ajal.
8. Külmakindlus – võimalik töötada temperatuuridel -30 kuni +60C.

Kuid akudel on ka puudusi. Esimene neist on kõrge hind. 20 Ah elemendi hind võib ulatuda 35 tuhande rublani. Teine ja viimane puudus on erinevalt liitiumioonelementidest akupanga käsitsi kokkupanemise raskus. Nende jõuallikate muid ilmseid puudusi pole veel tuvastatud.

Laadijad ja kuidas LiFePo4 laadida

LiFePo4 akude laadijad praktiliselt ei erine tavapärastest inverteritest. Eelkõige saate salvestada suure väljundvoolu - kuni 30A, mida kasutatakse elementide kiireks laadimiseks.

Kui ostate valmis aku, ei tohiks teil selle laadimisega raskusi tekkida. Nende konstruktsioonil on sisseehitatud elektrooniline juhtseade, 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 laadimisel oluline mitte ületada soovitatavat voolutugevust. See vähendab aku kasutusaega mitu korda laadimise kohta. Kui aku kuumeneb või paisub, ületab voolutugevus lubatud väärtusi.

Kus kasutatakse LiFePo4 akusid?

LFP akud on tööstusele väga olulised. Neid kasutatakse seadmete funktsionaalsuse säilitamiseks ilmajaamades ja haiglates. Neid rakendatakse ka tuuleparkide puhvrina ja päikesepaneelide energia salvestamiseks.

Kaasaegsetes autodes hakatakse tavaliste plii-happeelementide asemel kasutama 12v akusid. LiFePo4 konstruktsioonid paigaldatakse peamise toiteallikana elektrijalgratastele ja ATV-dele ning mootorpaatidele.

Nende tähendus on igapäevaelus laialt levinud. Need on sisse ehitatud telefonidesse, tahvelarvutitesse ja isegi kruvikeerajatesse. Kuid sellised seadmed erinevad oluliselt oma tehnoloogiliselt vähem arenenud kolleegidest. Seetõttu on neid endiselt turult raske leida.

LiFePo4 ladustamise, kasutamise ja kõrvaldamise reeglid

Enne LFP aku pikaajaliseks säilitamiseks saatmist tuleb see laadida 40-60% ja hoida seda laetust kogu hoiuperioodi vältel. Akut tuleb hoida kuivas kohas, kus temperatuur ei lange alla toatemperatuuri.

Töötamise ajal tuleb järgida tootja nõudeid. Oluline on vältida aku ülekuumenemist. Kui märkate, et aku kuumeneb töötamise või laadimise ajal ebaühtlaselt, võtke ühendust remondikeskusega – võib-olla on mõni akudest rikkis või juhtseadmes või tasakaalupaneelis on rike. Sama tuleks teha turse ilmnemisel.

Oma ressursi täielikult ammendanud aku nõuetekohaseks kõrvaldamiseks peaksite võtma ühendust sellele spetsialiseerunud organisatsioonidega. Nii ei käitu sa mitte ainult kohusetundliku kodanikuna, vaid saad sellega ka raha teenida. Kui aga aku lihtsalt prügimäele saata, siis midagi hullu ei juhtu.

Samuti võite olla huvitatud

Miniatuursed nupukujulised patareid on kasutusel paljudes seadmetes. Erinevate tootjate tooted võivad erineda

Iga auto mootori käivitamise usaldusväärsus sõltub suuresti kasutatava aku kvaliteedist. Ta peab

Oluline on valida igale autole sobiv aku. See pikendab oluliselt kasutusiga

Tööstuse maksimaalne laadimis-tühjenemistsüklite arv, poole väiksem võimsus plii-happega võrreldes samade elektriliste omaduste saavutamiseks, kiire laadimine suure voolu ja stabiilse tühjenemispingega, parameetrite automaatse juhtimise võimalus – need on eelised liitiumraudfosfaatpatareid. Lai valik neid ettevõtte toodetud tooteid EEMB, mida kasutatakse mobiilside tugijaamade ja automaatsete ilmajaamade toitesüsteemides, päikeseenergiasüsteemides, avariitoitesüsteemid, tööstuslike elektriajamite ja elektritranspordi toiteallikas.

Viimastel aastatel pole mobiilsete energiaallikate täiustamise küsimus kunagi aktuaalsem olnud. Veel 10-15 aastat tagasi ei olnud see nii terav. Aga parim on hea vaenlane ja linlase liikuvuse suurenemisega, s.o. Üleminekul lauaarvutilt sülearvutile, lihtsast mobiiltelefonist nutitelefonile on nõudlus mobiilsete energiaallikate järele järsult kasvanud.

Tarbeelektroonika miniaturiseerimisega peavad elektroonikadisainerid järgima suundumust vähendada toiteallikate suurust, suurendades samal ajal nende võimsust. Küsimus tekib aga mitte ainult aku mahutavuse, vaid ka nende laadimiskiiruse ja vastupidavuse muutmises. Lõppude lõpuks, kui aku taastab oma laetuse peaaegu hetkega, siis pole enam nii kriitilise tähtsusega, mitu tundi seade ilma laadimiseta töötada suudab.

Aku mahutavus, samuti selle võime mitu korda laadida, on samuti oluline:

• autonoomsed seadmed, mis on ette nähtud pikaajaliseks tööks ilma hoolduseta - ilmajaamad, mõõtmisjaamad, pinnasejaamad;
• alternatiivsed energiasüsteemid - päikese- ja tuulegeneraatorid;
• elektritransport – hübriidautod, tõstukid, elektriautod.

Peaaegu kõigil ülalnimetatud juhtudel töötavad akud tingimustes, mis pole kaugeltki ideaalsed: madalatel temperatuuridel, ebaoptimaalsetel või mittetäielikel laadimistsüklitel ja suure tõenäosusega sügavtühjenemine.

Kaasaegsete patareide hulgas on liitiumakud erilisel kohal. Liitiumil on tohutu energiasalvestusressurss, mistõttu on liitiumioonakude kasutamine päikeseelektrijaamade ja muude taastuvate energiaallikate energiasalvestitena võrreldes pliiakude või muud tüüpi akudega kõige tulusam. Liitiumioonidel põhinevate akude seas 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 see oluliselt odavam, vähem toksiline ja kuumakindlam. Kuid selle puuduseks on väiksem mahutavus. Ja alles 2003. aastal ettevõte A123 süsteem professor Jiang Ye-Mingi juhtimisel alustas ta liitiumraudfosfaatpatareide (LiFePO4) uurimist.

Liitiumraudfosfaatpatareide põhiomadused

Liitiumraudfosfaatpatareid (LiFePO4) on liitiumioonakude alatüüp, mis kasutab katoodina raudfosfaati. Liialdamata võib neid nimetada akutehnoloogia tipuks. Seda tüüpi aku on mõne parameetri, eriti laadimis-tühjenemise tsüklite arvu poolest kõigist teistest parem.

Erinevalt teistest liitiumioonakudest on LiFePO4 akudel, nagu nikli akudel, väga stabiilne tühjenduspinge. Väljundpinge tühjenemise ajal jääb 3,2 V lähedale, kuni aku laetus on täielikult tühjenenud. See võib oluliselt lihtsustada või isegi kaotada vajaduse vooluahelates pinget reguleerida.

Pideva 3,2 V väljundpinge tõttu saab neli akut järjestikku ühendada, et saada nimiväljundpinge 12,8 V, mis on lähedane kuueelemendiliste pliiakude nimipingele. See koos liitiumraudfosfaatpatareide heade ohutusomadustega muudab need heaks potentsiaalseks pliiakude asenduseks sellistes tööstusharudes nagu autotööstus ja päikeseenergia.

• Korduvate laadimis-/tühjenemistsüklite korral puudub mäluefekt täielikult
• Liitiumraudfosfaatakudel on pikk kasutusiga (üle 4600 tsükli 80% tühjenemissügavusel)
• Neil on kõrge erienergia intensiivsus: energiatihedus ulatub 110 W h/kg)
• Neid iseloomustab lai töötemperatuuri vahemik (-20…60°C)
• Need akud ei vaja hooldust
• 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 on suur tühjenemiskiirus vooluga kuni 10 C (kümnekordne nimivool)
• Need akud on keskkonnasõbralikud ega kujuta utiliseerimisel ohtu inimestele ega keskkonnale.
• Erinevalt pliiakudest on liitiumraudfosfaatakud sama mahutavuse juures poole väiksemad

Puudused võrreldes pliiakudega:

• kõrgem hind;
• vajadus spetsiaalse laadimis-tühjenemise juhtimisahela järele.

Liitiumraudfosfaatpatareid (LiFePO4) on energiaintensiivsuse poolest veidi madalamad kui liitiumpolümeerakud (joonis 1). Kuid üks tugevusi on materjali stabiilsus, mis võimaldab luua akusid, mis taluvad palju rohkem tühjenemis-/laadimistsükleid (üle 2000), ja kiiret laadimist. Tänu nendele omadustele kasutatakse neid akusid optimaalselt elektrisõidukites.

Venemaa turul on ettevõttel liitiumioonidel põhinevate akude tarnijate seas eriline koht EEMB. See toodab mitut rühma liitiumraudfosfaatpatareisid (joonis 2), mis erinevad elektriliste ja konstruktsiooniparameetrite poolest:

• modulaarsed akusüsteemid;
• telekommunikatsiooniseadmete patareid;
• targa kodu energiaallikad;
• veoakud elektrisõidukitele.

a) modulaarsed akusüsteemid	b) telekommunikatsiooniseadmete patareid	c) süsteemide patareid avariitoide 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 erinevatel tühjendusvooludel (0,2...2C) tavatemperatuuri tingimustes. Nagu graafikult näha, on liitiumraudfosfaataku eripäraks võimsuse nõrk sõltuvus tühjendusvoolust. Madala vooluga (0,2C) ja suure vooluga (2C) tühjendamisel aku maht 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 kaitseahelaga või ilma. Tühjenemis- ja ülelaadimispinge vastase kaitseahela olemasolu on nimetuses kodeeritud, mille lõpus on lühend PCM, näiteks LP385590F-PCM.

Vaatleme laadimis-tühjenemise tsüklite arvu sõltuvust tühjendusvoolu suurusest ja tühjenemise sügavusest. Joonisel 4 on näidatud katseandmed. Nendest on näha, et täieliku tühjenemise korral väheneb aku võimsus 20% võrra, kui tsüklite arv on vähemalt 2000 (tühjenemisvool 1C). Kui tühjenemissügavus on igas tsüklis piiratud 80%-ga, siis ligikaudu 1500 sarnase tsükli järel aku mahutavus algväärtusest (tühjenemisvool 0,5C) praktiliselt ei vähenenud.

EEMB toodetud uusima põlvkonna liitiumraudfosfaatakud ei vaja erinevalt olemasolevatest pliiakudest sagedast vahetamist ja hooldust. Liitiumraudfosfaataku on reeglina kaasaegne aku, mis peab vastu enam kui 2000 laadimis-tühjenemistsüklit ja on absoluutselt tundetu krooniliste alalaadimistingimuste suhtes. Enamasti on sellel sisseehitatud akuhaldusplaat (Battery Management System). Laadimine toimub konstantse pinge ja konstantse vooluga ilma etappideta.

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. Üheelemendilised LiFePO4 akud EEMB

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 ohutuse. Soovitatavad rakendused:

• avarii- ja katkematu toitesüsteemid;
• tugijaamad.

Telekommunikatsiooni toitesüsteemide jaoks on vaja akusid, mis on väikesed, kerged, suure laadimistsüklite arvuga, suure erivõimsusega, laia töötemperatuuri vahemikuga ja kergesti hooldatavad. Liitiumraudfosfaatpatareid vastavad neile nõuetele täielikult. Tabelis 3 on toodud telekommunikatsioonisüsteemide EEMB akude peamised parameetrid.

Tabel 3. Telekommunikatsiooni toitesüsteemide akud

Nomenklatuurikirje näide: 4P5S – neli paralleelselt ühendatud sõlme (iga komplekt koosneb viiest järjestikku ühendatud akust), P – Paralleel-, paralleelühendus, S – Jada-, järjestikune ühendus.

Nende seeriate akusid kasutatakse peamiselt:

• Alalisvoolusüsteemid;
• Katkematu toiteallika seadmed (UPS);
• kõrgepinge alalisvoolusüsteemid (240/336 V).

Targa kodu (UPS/UPS) allikate ja katkematu toitesüsteemide (UPS/UPS) taaslaetavate akude omadused on toodud tabelis 4 ja välimus on näidatud joonisel 3c.

Tabel 4. Targa kodu UPS-i akud

EEMB Super Energy SLM seeria liitiumraudfosfaatakud asendavad täielikult tavapärased plii-happe- ja geellakud. Need ei vaja hooldust, on 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.

Ettevõte EEMB pakub akusid erinevate kategooriate elektrisõidukitele (tabelid 5, 6).

Golfiautodes ja GOLF CART seeria sarnastes akudes kasutatavate liitiumraudfosfaat akude peamised parameetrid on toodud tabelis 5. Need akud võimaldavad elementide paralleel- ja jadaühendusi, mistõttu on lihtne muuta aku nimimahtuvust ja pinget.

Tabel 5. GOLF CART seeria akude parameetrid

Elektrijalgrataste (E-bike seeria) Li-FePO4 akude parameetrid on toodud tabelis 6.

Tabel 6. E-bike seeria akude parameetrid

Muid valikuid saab tellida vastavalt kliendi soovile. Need akude seeriad 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-scooter seeria akud on väikese suurusega, suure lubatud tühjendusvooluga, pika tööeaga, suure energiatihedusega ja mäluefektita, mistõttu on need akud populaarsed sobiva võimsusega seadmetes, kus on vaja iseseisvalt elektrit toita. mootorid.

Tabel 7. E-tõukeratta seeria akude parameetrid

Tabelis 8 on toodud E-mootorrataste seeria elektritõukerataste liitiumraudfosfaatakude parameetrid. Kõigi selle seeria akude nimipinge on 48 V. Minimaalne nimivõimsus on 9 Ah 4 kg kaaluga. Maksimaalne võimsus on 90 Ah ja kaal 40 kg. Ühe elemendi mõõdud on 7,5x67x220 mm.

Tabel 8. E-mootorratta seeria akude parameetrid

LiFePO4 akude võrdlusomadused

Väikestes energiarajatistes, mis on pidevas tsüklirežiimis, pakuvad liitiumraudfosfaatakud tänu sügavtühjenemise võimalusele ja suurele arvule laadimis-tühjenemistsüklitele rajatise hooldamisel käegakatsutavaid eeliseid.

Akumoodulitel on sisseehitatud kaitse ülepinge, madala laetuse ja suure 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 aku, mille mahutavus on ligikaudu 2...2,5 korda väiksem kui pliiakudel (sh plii-heelium). ) on piisav. See on võimalik tänu sellele, et liitiumraudfosfaatakusid saab laadida suurema vooluga kui pliiakusid (1C versus pliiakude tüüpiline 0,1...0,2C). Selle tulemusel saab liitiumraudfosfaadi akule, mis on pliihappega võrreldes väiksema mahutavusega, laadida näiteks sama massiivi väljundvoolu ja nõutava laadimisajaga päikesepaneelide massiivi. 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.

Vaatame näidet. Kui varem kasutasime rattarežiimis pliiakut AGM/GEL 150 Ah, siis selle vahetamiseks ilma tööomadusi kaotamata piisab LiFePO4 akust mahuga 60 Ah. Õige arvutuse korral 1 kuni 2,5, LiFePO4 aku maksumus on vaid 25 ...35% suurem kui pliiakudel. Samal ajal on liitium-raudfosfaatpatareidel keskmiselt paremad jõudlusnäitajad kui plii-happeakudel.

Akumulatsiooni- ja järgneval tühjenemisrežiimil samade tühjendusvoolude juures võivad liitiumraudfosfaatpatareid anda 2,5-kordse mahueelise, mida on lihtne näitega näidata.

Reeglina valitakse aku mahutavus lähtuvalt võimalikust põhienergia puudumise ajast ja koormuse energiatarbimisest.

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 üle 6 kuu (laadimine päeval, õhtul laadige - auaste). 48 V väljundpingega aku või akude komplekti puhul on nõutav arvestuslik võimsus ligikaudu 42 Ah. Tühjendusvool on ligikaudu 1C (42 A). Siiski tuleb arvestada, et meie näites tuleks tühjendust käsitleda mitte konstantse vooluna, vaid konstantse võimsusena, samas kui aku tühjenemisel tühjenemisvool suureneb. Pideva võimsusega tühjenemise režiimis (2 kW) võib pliiaku (48 V/40 Ah) töötada kuni 30 minutit (sügaval tühjenemisega - kuni 40,8 V).

Selleks, et pliiaku koormus töötaks ühe tunni jooksul usaldusväärselt, on selle võimsus ligikaudu kaks korda suurem kui algselt arvutatud – umbes 85 Ah. Seevastu raudfosfaataku tühjendamine voolutugevusega 1C või rohkem seda ei tee. põhjustada selle võimsuse märkimisväärset vähenemist - see jääb nominaaltasemele (joonis 3). Sellest on näha, et kahte tüüpi akude mahtuvuse erinevust on võimalik saavutada kahekordselt. Arvestada tuleb ka sellega, et pliiaku rattarežiimil töötamisel väheneb selle maht juba 150...200 laadimis-tühjenemistsükli korral 20%, seetõttu tuleks selle kompenseerimiseks esialgu valige 20% suurema mahutavusega aku. Selgub, et eelnevalt püstitatud ülesande tingimused täidetakse esimese 6 kuu jooksul pliiaku mahutavusega 102 Ah. Seevastu raudfosfaataku võimsuse nõrk sõltuvus võimaldab saama hakkama praktiliselt arvestusliku võimsusega 42 Ah Nagu näeme, on kahe akutüübi nõutava mahu erinevus ca 2,5 kordne.

Liitiumraudfosfaatakud võtavad kergesti vastu võimsa laadimisvoolu. Seega, laadides need kolm korda võimsama päikesepatareidega (võrreldes pliiakudega), saate neid laadida lühikese 2…4 tunniga. Ja võttes arvesse tundlikkust sügavtühjenemise ja kroonilise alalaadimise suhtes, on need akud talvel asendamatud, eriti võttes arvesse asjaolu, et liitiumraudfosfaatakude efektiivsus on suurem, 95% (erinevalt 80% pliiakude puhul). , ja See tähendab, et pilvise ja vihmase ilmaga laevad need akud kiiremini (tabel 9).

Tabel 9. Liitiumraudfosfaat- ja pliiakude võrdlus

Järeldus

Rattarežiimides on liitiumraudfosfaatakude kasutamine tulusam, kuna energia- ja tööparameetrite saavutamiseks piisab ligikaudu poolest pliiakude mahutavusest. Sama väärtuslikud on tundlikkus alalaadimise suhtes, suurenenud efektiivsus ja kiirendatud laadimine suure vooluga.

Liitiumraudfosfaatpatareisid soovitatakse kasutada päikeseenergiasüsteemides, mis töötavad lühikese päevavalgusega, mis on eriti oluline Kesk-Venemaa, põhjapoolsete piirkondade ja mägipiirkondade jaoks. Liitiumraudfosfaatpatareide pikk kasutusiga (suur arv laadimis-tühjenemistsükleid) võib oluliselt vähendada nende hooldus- ja vahetuskulusid, mis on oluline näiteks automaatsete ilmaseirejaamade ja mobiilside tugijaamade avariitoitesüsteemide jaoks. . Plaaniliste akuvahetuste vahelise aja pikendamine toob kaasa kokkuhoidu nii hooldusmeeskonna palkadelt kui ka reisikuludelt (eriti kui seadmed on paigaldatud raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse). Hoolduskulude vähendamine kompenseerib enam kui liitiumraudfosfaataku suhteliselt kõrge hinna.

Seda tüüpi akusid saab edukalt kasutada ka telekommunikatsiooniseadmetes (telekommunikatsiooni põhiseadmed ja mobiilseadmed), katkematutes toiteallikates, avariitoitesüsteemides, elektriajamite ja elektrisõidukite toitesüsteemides.

Akutootja EEBM teostab hoolikat tootekvaliteedi kontrolli ja suudab toota kohandatud akukomplekte vastavalt kliendi nõudmistele.

Kirjandus

1. http://www.eemb.com.
2. http://www.eemb.com/products/rechargeable_battery/lifepo4_battery/lifepo4_battery.html.

Kaasaegne elektroonika seab energiaallikate võimsusele ja võimsusele üha kõrgemaid nõudmisi. Kui nikkel-kaadmium- ja nikkel-metallhüdriidakud on lähenemas oma teoreetilistele piiridele, siis liitiumioontehnoloogiad on alles 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 ioonvoog. Et vältida liigset kuumenemist ja elektroodide võimalikku plahvatust, kasutasid arenduse autorid katoodides liitium/koobaltoksiidi asemel liitium/raudfosfaati. Uue materjali ebapiisav elektrijuhtivus kompenseeritakse alumiiniumi, mangaani või titaani nanoosakeste sissetoomisega.

Li-Fe akude laadimiseks tuleb kasutada spetsiaalset laadijat, millel on märge, mis ütleb, et seda tüüpi laadija on võimeline töötama Li-Fe akudega, vastasel juhul hävitate aku!

Eelised

• Ohutu ja vastupidav korpus, erinevalt Li-Po akukorpustest
• Ülikiire laadimine (vooluga 7A, 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 võimsustiheduselt peaaegu kolm korda suuremad. Li-iooni energiatihedus on kolm korda suurem kui NiMH-l. Liitium-ioon talub väga suuri tühjendusvoolusid, millele NiMH akud isegi teoreetiliselt vastu ei pea. NiMH ei sobi ka võimsatele kaasaskantavatele instrumentidele, mida iseloomustavad suured impulsikoormused, laadimine võtab kaua aega ja tavaliselt ei ela need üle 500 tsükli. NiMH säilitamine on veel üks oluline probleem. Need akud kannatavad väga suure isetühjenemise all - kuni 20% kuus, samas 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 oma puudused. Need on väga kallid ja nõuavad keerulist mitmetasandilist elektroonilist juhtimissüsteemi, kuna neil on kalduvus pöördumatult laguneda, kui tühjeneb liiga sügavalt või isesüttimisel suure koormuse korral. Nad võlgnevad selle peamisele elektroodi materjalile – liitiumkobaltaadile (LiCoO2). Teadlased on mitu aastat võidelnud koobalti asendaja leidmisega. Tuleviku peamise elektroodimaterjali positsioonile kandideerivad erinevad liitiumiühendid - manganaadid, titanaadid, stannaadid, silikaadid jt. Kuid tänapäeval peetakse vaieldamatuks lemmikuks liitiumferrofosfaati Li-Fe, mille hankis esmakordselt 1996. aastal Texase ülikooli professor John Goodenough. See teema kogus pikka aega riiulil tolmu, kuna Li-Fe polnud midagi silmapaistvat peale selle, et oli odav ja selle potentsiaal jäi avastamata. Kõik muutus 2003. aastal A123 Systemsi tulekuga.

Li-Fe akude omadused

Nagu kõigil Li-Fe akudel, on sellel mitu põhilist elektrilist parameetrit:

Täielikult laetud elemendi pinge: Li-Fe puhul on see umbes 3,65 V. Selle tehnoloogia iseärasuste tõttu ei karda need elemendid väga ülelaadimist (vähemalt see ei põhjusta tulekahju ja plahvatust, nagu juhtub liitiumkobaltaat Li-ion, Li- pol) kuigi tootjad Kogu elemendi eluea jooksul on tungivalt soovitatav mitte laadida üle 3,9 V ja ainult paar laadimist kuni 4,2 V.

Täielikult tühjenenud elemendi pinge: Siin on tootjate soovitused mõnevõrra erinevad; mõned soovitavad tühjendada elemente 2,5 V, mõned 2,0 V. Kuid igal juhul on igat tüüpi akude kasutamise praktika põhjal kindlaks tehtud, et mida madalam on tühjenemise sügavus, seda rohkem tsükleid suudab see aku vastu pidada ja energiahulk, mis langeb aku viimasele 0,5 V-le. tühjenemine (Li-Fe puhul) on vaid paar protsenti selle mahust.

Keskpunkti pinge: selle tehnoloogia elementide puhul varieeruvad erinevad tootjad (väidetavalt) 3,2 V kuni 3,3 V. Keskpunkti pinge on pinge, mis arvutatakse tühjenemiskõvera alusel ja mis on mõeldud aku kogumahtuvuse arvutamiseks, mida väljendatakse Wh-des (vatt-tundides), selleks korrutatakse keskpunkti pinge vooluvõimsusega, s.t. Näiteks kui teil on 1,1Ah võimsusega element, mille keskpunkti pinge on 3,3V, siis selle koguvõimsus on 3,3*1,1=3,65Wh. (Paljud inimesed ajavad sageli keskpunkti pinge segamini täislaetud elemendi pingega.)

Sellega seoses juhin tähelepanu akude tööomadustele ehk täpsemalt 36V ja 48V Li-Fe akude keskpingele. Niisiis on pinged 36V ja 48V näidatud tinglikult paljudele tuttava pliiaku või täpsemalt 3 või 4 järjestikku ühendatud 12V pliiaku keskpunkti pinge suhtes. 36V Li-Fe akul on 12 järjestikku ühendatud elementi (elementi), mis on 3,2*12=38,4V (48V aku puhul 3,2*16=51,2V), mis on veidi kõrgem pliiakude keskmisest punktist, st võrdse võimsusega (Ah) Li-Fe aku kogumaht on suurem kui pliiakul.

Hetkel on Li-Fe elementide tootmise 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 aga ei vasta tõele. Suured elementide tootjad, kes toodavad miljoneid tükke aastas, ei ole huvitatud koostööst jaeklientidega ja lihtsalt ignoreerivad küsimusi kümnete elementide müügi kohta või pakuvad oste mitme tuhande tüki mahus. On ka väikeettevõtteid, kus poolkäsitööelemente toodetakse väikeste partiidena, kuid selliste elementide kvaliteet on äärmiselt madal, põhjuseks kvaliteetsete materjalide, seadmete puudumine ja madal tehnoloogiline distsipliin. Sellistel elementidel on isegi ühe partii piires väga suur võimsuse ja sisemise takistuse kõikumine. Ka valmis akude kokkupanemise turul on suurtootjate toodetud elemendid, kuid kuna neid ei ole teatud parameetrite järgi (mahtuvus, sisetakistus, pingelangus ladustamisel) tagasi lükatud, siis need turule ei jõua ning tuleb taaskasutada. Need elemendid on väikeste käsitööettevõtete patareide kokkupanemise aluseks. Peamine erinevus selliste elementide ja suurte tootjate toodetud standardkvaliteediga elementide vahel on märgistuse puudumine igal elemendil. Märgistus kantakse tootjale lõppkatsete ajal ja see on tootja, valmistamise kuupäeva ja muudatuse identifikaator. See teave on vajalik suurtootjatele elementide kvaliteedi edasiseks jälgimiseks töö ajal ja kaebuste korral, et leida probleemi põhjus. Nagu te ise aru saate, pole neil, kes toodavad elemente käsitöölistes tingimustes, sellisel toimingul mõtet.
Nende linkide abil saate vaadata kuulsaimate elementide tootjate teste:

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

Muide, huvitav on see, et kontrollide tulemuste põhjal väidavad peaaegu kõik tootjad saadaolevast suuremat võimsust (ainsaks erandiks on A123 süsteem) ja Huanyu oma on üldiselt veerandi võrra väiksem kui deklareeritud.

Ootamatu avastus

A123 Systems on ebatavaline ettevõte. Vestlustes kordavad selle töötajad tavalistest inseneridest presidendini sageli üht fraasi, mida tänapäeval sageli ei kuule: „Oleme alles tee alguses. Olles sellest lõpuni kõndinud, muudame maailma!” A123 Systemsi ajalugu sai alguse 2000. aasta lõpus Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) professor Yet Min Changi laboris. Chang, kes oli pikka aega Li-ion tehnoloogia kallal töötanud, avastas hämmastava nähtuse peaaegu juhuslikult. Teatud mõjul elektroodide materjalide kolloidlahusele hakkas aku struktuur ennast 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 erimahtuvus oli kolmandiku võrra suurem kui tavalistel liitiumkobaltaatakudel ja talus sadu laadimis-tühjenemise tsükleid. Looduslikult loodud elektroodide mikrostruktuur võimaldas suurendada kogu aktiivset pinda suurusjärgu võrra ja kiirendada ioonivahetust, mis omakorda suurendas aku mahtuvust ja jõudlust.

Iseorganiseerumine Changi meetodi järgi käib järgmiselt: tulevase aku korpusesse asetatakse koobaltoksiidi ja grafiidi nanoosakeste segu, lisatakse elektrolüüti ja luuakse vajalikud välistingimused - temperatuur, elektromagnetväli ja rõhk. Koobaltoksiidi osakesed tõmbuvad üksteise poole, kuid tõrjuvad grafiidiosakesi. Protsess jätkub seni, kuni tõmbe- ja tõukejõud saavutavad tasakaalu. Selle tulemusena moodustub anoodi-katoodi paar, mis on täielikult eraldatud interfaasiga - elektrolüüdiga. Nanoosakeste identse suuruse tõttu suutis Chang luua laboritingimustes kindlaksmääratud mahu- ja jõudlusparameetritega akuproove. Selle nähtuse edasine uurimine ja sellel põhineva tootmistehnoloogia arendamine tõotas fantastilisi väljavaateid. Changi arvutuste kohaselt võiks aku 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. Tal oli Changiga pikaajaline tutvus ja ühised teaduslikud huvid. Kui Chang Rileyle oma ootamatust avastusest rääkis, sündis peaaegu kohe idee luua iseorganiseerumise fenomenil põhinev ettevõte. Kuid kummalgi polnud õrna aimugi, kuidas ettevõtteid luuakse. Kolmas A123 Systemsi asutaja oli Rick Fulap, ettevõtja, kes teab, kuidas head ideed suureks rahaks muuta. 26. eluaastaks oli Fulap juba nullist loonud viis ettevõtet ja viinud need suurärisse. 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 osta õigused Changi laboris saadud katoodmaterjalile – liitiumraudfosfaadile. Tal polnud iseorganiseerumise fenomeniga midagi pistmist, kuid Fulap otsustas, et Li-Fe õigused ei teeks haiget. Ärge laske headusel raisku minna! Lisaks sai Chang eritoetuse Li-Fe uurimise jätkamiseks. Septembris 2001 rändas Rick Fulap juba riskifondide vahel ringi ja otsis fonde. Tal õnnestus tekitada investorite seas konkurents, õhutades seda üha uute ajakirjanduslike teadetega liitiumioonakude fantastiliste turuväljavaadete kohta.

Juba 2001. aasta detsembris kanti ettevõtte kontodele esimesed 8 miljonit dollarit.Neli kuud pärast projekti kallal töö algust, aprillis 2002, astusid ärisse mobiilse elektroonika turuliidrid Motorola ja Qualcomm, kes nägid uues tehnoloogias tohutut potentsiaali. Bart Riley meenutab naeratusega, kuidas Fulap ühel konverentsil Qualcommi asepresidendi Paul Jacobsi juurde hüppas. Minuti jooksul, hoides Jacobsi peaaegu jope reväärist kinni, suutis Rick Jacobile selgelt selgitada A123 tehnoloogia eeliseid konkurentide ees ja paar sekundit hiljem esitas ta otse küsimuse – investeeri täna, homme saab. liiga hilja! Ja paari päeva pärast tegi Jacobs õige otsuse. Varsti olid A123 investorite hulgas kuulus ettevõte Sequoia Capital, kelle rahaga lõid korraga Google ja Yahoo, General Electric, Procter & Gamble ja paljud teised suured ettevõtted.

Varu langevari

2003. aasta alguseks oli töö seiskunud. Selgus, et paljutõotav tehnoloogia töötab vaid osaliselt – iseorganiseerumisprotsess osutus ebastabiilseks. Ühtse suuruse ja omadustega elektroodide nanomaterjali osakeste tootmise tehnoloogiaga on tekkinud tõsiseid raskusi. Selle tulemusena ulatus toote jõudlus silmapaistvast kasutuskõlbmatuni. Saadud patareide kasutusiga oli elektroodide kristallvõre nõrkuse tõttu oluliselt madalam olemasolevatest analoogidest. See lihtsalt kukkus mitme tühjendustsükli jooksul kokku. Chang mõistis, et ideaalsete akude tööstustehnoloogia loomine on veel väga kaugel. Projekt lõhkeb...

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. Muidu oli ferrofosfaat koobaltaadist oluliselt madalam – 20% energiaintensiivsuse, 30% tootlikkuse ja töötsüklite arvu poolest. See tähendab, et primaarsest Li-Fe-st valmistatud katoodiga aku ei sobinud mobiilsesse elektroonikasse, kus võimsus on ülima tähtsusega. 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 aktiivsele pinnale ning tänu kulla ja vase kasutuselevõtule paranenud elektrijuhtivusele ületasid nanostruktureeritud Li-Fe katoodiga akud tühjendusvooludes tavalisi koobaltipatareisid kümnekordselt. Elektroodide kristallstruktuur aja jooksul praktiliselt ei kulunud. Metallilisandid tugevdasid seda, nagu armatuur tugevdab betooni, nii et aku töötsüklite arv suurenes enam kui kümnekordselt - 7000-ni! Tegelikult võib selline aku ellu jääda mitu põlvkonda seadmeid, mida see toidab. Lisaks ei pidanud Li-Fe jaoks midagi uut tootmistehnoloogias looma. See tähendas, et toode, mille Riley, Changi ja Fulap olid valmistanud, 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 töö jätkamist projekti algse teemaga ja nanofosfaadi jätmist parematesse aegadesse. Aga me tegime seda omal moel. 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 nanofosfaadiga 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 ettevõttega Black & Decker. Selgus, et Black & Decker oli juba mitu aastat arendanud uue põlvkonna ehituslikke elektritööriistu – mobiilseid ja võimsaid kaasaskantavaid seadmeid. Kuid uue toote kasutuselevõtt viibis sobiva vooluallika puudumise tõttu. NiMH ja NiCd akud ei sobinud ettevõttele oma kaalu, suuruse ja tööomaduste poolest. Tavalised liitiumioonakud olid küll üsna mahukad, kuid ei andnud suurt koormusvoolu ning läksid kiiresti tühjenemisel nii kuumaks, et võisid süttida. Lisaks oli nende laadimiseks kuluv aeg liiga pikk ning kaasaskantav tööriist peab alati valmis olema. A123 patareid 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 juhtmega tööriistade oma! Lühidalt, Black & Decker leidis täpselt selle, mida otsis.

Selleks ajaks oli A123-l vaid peenraha suurune prototüüpaku ja Black & Decker vajas miljoneid ehtsaid akusid. Fulap ja Riley tegid tohutult tööd, et luua oma tootmisrajatised ning aasta jooksul pärast lepingu allkirjastamist alustasid Hiinas kommertstoodete seeriatootmist. Fulapi energia ja pealehakkamine lepingus Black & Deckeriga võimaldas A123-l võimalikult lühikese ajaga siseneda suurde tööstusringkonda. Vähem kui kuue aastaga on Massachusettsi 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 mitut tüüpi akupakette. Kuid peamine samm edasi on loomulikult tulevase Chevrolet Volt hübriidauto aku väljatöötamine.

Testisin aku pinget karbist välja võttes:

Jõudluskatse:
Kontrollin endal olevate XML-T6 taskulampide patareide tööd.

Aku on standardsuuruses, sobib ideaalselt taskulambisse:

XML-T6-l põhinevates taskulampides ei seganud disainifunktsioon (eendi puudumine plusspoolel) tööd:

tänu vedru olemasolule:

Aku lihtsalt ei jõua positiivse kontaktini:

Tekkis mingi modifikatsioon, kõigepealt tahtsin akupesa lahti keerates kruvid lahti keerates, aga kruvid ei keeranud lahti, pidin selle katki tegema ja liimima:

Mis on LiFePo4?
Wikipedia artiklis esitletakse LiFePo4-d kui imelast, kellel on suurepärased omadused: laadimiskiirus 15 minutit 7A juures, külmakindlus kuni -30C, tohutud tagasilöögivoolud kuni 60A, pikaealine, vastupidav. Täpsemalt leiab LiFe tõlgitud artiklist rcdesign, kus võrreldakse liitiumpolümeeri ja liitiumfosfaate.

Liigume edasi LiFePo4 testimise juurde:
IMAX B6 koos elurežiimi toega:

Esimene aku test – tühjenemine
Akut laetakse karbist välja, tühjendame selle vooluga 0,5A (mis vastab ligikaudu 0,5C-le), tulemuseks on umbes 1055mAh.

Suurim väärtus 3-st, kuigi ülejäänud tühjendasin/laadisin vooludega kuni 1A (vool 1A ja FastCharge režiim 1A).
Tühjenemise graafik, mis on saadud kasutades LogView v2.7.5, seaded on võetud Habri artikli IMAX B6 eelseadistusest:

Esimene aku test – laadige
Laadige IMAX B6, kasutades FastCharge 1A meetodit:

Testi kirjelduse leiate pealdisest.

JÄRELDUSED
Tegin enda jaoks järgmised järeldused:
Plussid:
* Külmakindel,
* Kiirlaadimine 1C.
Miinused:
* Väike mahutavus (1000mAh) ja vastavalt tööaeg.
Omapära:
* Nõuab spetsiaalset laadimist (mul on IMAX B6, nii et ma ei arvesta seda miinusena).
* UPD - LiFePo4 pinged on oluliselt madalamad kui LiIonil (3,2 versus 3,6). Mõned taskulambid säravad oluliselt vähem eredalt.

* UPD 2 (2013.03.09) – tuleb kasutada otseajamiga tuledega, millel on madal minimaalne pingekatkestus (2,7 V).

Vasakpoolne taskulamp särab LiFePo4-l vähem eredalt kui LiIonil, parempoolne taskulamp ei kaota nii palju heledust.

Värskendus 2013.03.09 Tühjenemise graafikud negatiivsetel temperatuuridel:

Külmakindel aku LiFePo4 18650 1000mAh (otseajamiga taskulampidele)
Paljud on juba ostnud endale “võimsad” taskulambid patareidega 18650. Tavaline LiIon aku sellistel puhkudel ei tööta madalal temperatuuril ja isegi kui töötab, ei kesta see kuigi kaua, kuid

Tere tulemast projekti „21st Century Battery” duplikaatlehele. Vista Battery"

Müüdud akude ja VistaBattery klientide andmed (need, mis on draivil)

Lühike valik omadusi, mis eristavad neid akusid teistest.
Peamised eelised:
- Hea kasutegur (annab 80% võimsusest 1V pingeerinevuse korral)
- Suured tagasilöögivoolud, kui pinge langeb alla 1 V; plii puhul peetakse starteri väntamist 9 V juures normaalseks, kuid alla 12 V ei näe midagi
-Nõrk isetühjenemine (laadimiskadu 5% 3 aasta jooksul)
-Kiirlaadimine (aku täitmine 0-80% umbes 15-20 minutiga sõltub generaatorist ja aku enda võimsusest)
-Madal kaal (näiteks 1,8 kg versus 15 kg samade tagasilöögivooludega)
-2000 täielikku laadimis-tühjenemistsüklit (tühjenemine nullini ja uuesti täis, ja nii edasi 2000 korda ilma võimsust kaotamata!)
- Külmakindlus. Töötada temperatuuritingimustes kuni -25C

Kuid on ka puudusi:
-Kulu (elemendid on Ameerika ja ostetud välismaalt)
-Suutmatus töötada koos pliihappega (nagu ma eespool kirjutasin, pinge erinevuse tõttu 12,3 plii - 13,5 ferrofosfaat)
-Vee all töötamise võimatus (lahendatud segusse valades) lahendati üleminekuga plastikust suletud korpustele

Omadused:
Drift, ralli, ring, igapäevane kasutus:
4,4 Ah – 190*170*60 mm, 1,2 kg, 260A nimivõimsus, tipp 475A
8 Ah – 190*170*60 mm, 1,5 kg, nimivõimsus 260 A, tipp 510 A
20 Ah – 280 * 230 * 100 mm, 3 kg, 300 A nimivõimsus, tipp 500 A
Trofee, autoheli, ekspeditsioonid:
40 Ah - 280 * 230 * 100 mm, 5 kg, 600 A nimivõimsus, tipp 1000 A
80 Ah – 280 * 230 * 160 mm, 10 kg, 1000 A nimivõimsus, tipp 5000 A

Võimalikud on ka kõik võimsuse, korpuste ja juhtmete variatsioonid, et olemasolevasse projekti kõige mugavamalt paigaldada.

Operatsioon trofees:
Nagu praktika on näidanud – kergel maasturil nagu Jimnik – tundub 20A/h suurepärane. Ekstreemsetele ja raskematele kategooriatele soovitaksin siiski 40A/h, kus kindlasti ei pea end nii palju seisma ja luikuma kui soovid. Jõudlusreserv on väga hea. 20Ah = 55Ah optimaalne
80Ah = üle 300Ah plii

Hind
4,4 Ah - 15 000 r
20 Ah - 25 000 r
40 Ah - 40 000 r
80 Ah - 60 000 r
160 Ah - 110 000 r

Vastavalt garantiile ja kasutusajale:
-Minu garantii on üks aasta, küsimusi ei esitata.
-5-aastane tehniline tugi (elementide testimine, seisukorra jälgimine, hooldus)
- kasutusiga alates 10 aastast. Kuna nende masstootmine algas alles 2006. aastal, pole keegi veel vanadusse surnud.

Tarnitakse täielik valmistoode. Valmistamine lepitakse kokku tellijaga (kasutamise laad, nõuded armeeritud siinide, juhtmete, klemmide, õhurõhuliitmike sisend ja muud nõuded). Kõik akud tarnitakse põrutuskindlates, suletud, TÕESTATUD IP67 klassi ümbristes

Üks klient – ​​üks lahendus. See ei ole masstootmine, vaid individuaalne lähenemine.
#VistaAku

Vladekin › Blogi › LiFePo4 patareid
Kasutaja Vladekini ajaveeb saidil DRIVE2. Tere tulemast projekti „21st Century Battery” duplikaatlehele. VistaBattery", Niisiis on peamine testitsükkel lõppenud. Selle tehnoloogia abil valmistatud akusid on testitud erinevates tingimustes ja olukordades. Lühike valik teste: - Egor2 väikseima aku test - Labori aku test...

Väidetavalt hakati meile sageli akusid tooma kokkupanekuks ja diagnostikaks LiFePO4, ostetud väga odavalt. Paljud inimesed palusid pärast selliseid juhtumeid, et me kirjutaksime sellel teemal artikli, et olla sellistest lõksudest teadlikud. See võib olla kahju, kui ostsite aku, mis ei võimalda teil seeria mootorirattaid juhtida Magic Pie (1500 W) täisvõimsusel.

Selles artiklis võrdleme patareisid LiFePo4-48V-10Ah firmalt Golden Motor Koos madala kvaliteediga patareid(mõnikord peidab see nimi lihtsalt tavalist Liitium-ioon).

Parameeter

LiFePo4-48V-10 Ah

kvaliteet

LiFePo4-48V-10Ah

madala kvaliteediga

(või võlts)

Mõõtmed

36,0 X 15 X 8,4 cm

36,0 X 14 X 7,4 cm

See on mõlemalt poolt 1 cm väiksem ja tundub ostja seisukohast pluss - see võtab vähem ruumi.

Füüsika seisukohalt: maht on 17% väiksem, samade jõudlusnäitajatega, s.o. valmistatud erinevast materjalist.

1 kg kergem ja tundub ostja seisukohalt pluss, sest... kaalub vähem.

Pidev tühjenemisvool, A

20A on 1000 W, 25A-1200 W – vähendatud omadused

Tühjendusvõimsus (konstantne)

750, 1000, 1200 W

Madala võimsusega reitingud

Maksimaalne tühjendusvool, A

Madalad tippvoolud

Maksimaalne tühjendusvõimsus

750, 1500, 1700 W

Madal tippvõimsus

Laadimispinge

Laadijal erinev pinge.

54 volti on Li-ion/Li-Po- ole ettevaatlik!

Laadimisvool

Aeglane laadimine, et vältida suure sisetakistusega rakkude tapmist.

Laadimis-tühjenemise tsüklid

Rakkudel on lühem eluiga

Mõelgem selliste akude müüjatele. Nagu ülaltoodud tabelist juba näidatud, võite juba ise järeldada – kas need on just need omadused, mida vajate?

Mis puudutab selliste müüjate asukohta: neil pole sageli püsivat asukohta:

1) „Tellimusele saate järele tulla ainult eelneval kokkuleppel aadressil. " Kas olete kindel, et nad töötavad seal ega sõida teiega kohtuma?

2) "Aadress: Venemaa, Moskva." Sellise sõnastusega võite kohtuda kõikjal, isegi Punasel väljakul. Tavaliselt kohtute metroo lähedal, autos. Autos istudes, akut (ilma igasuguste identifitseerimiskleebisteta) käes hoides, mõtled, et ei taha neid otsida, siis lähed kuhugi ja ometi oled juhusele lootes nõus need ära ostma. Kas olete kindel, et leiate need kindlasti, kui midagi läheb valesti? Ja kui teil ikka veel kviitungit pole, kuidas saate ostu tõendada?

Kuidas tuvastada hoolimatuid müüjaid:

1. Otsige arvustusi Yandexist: „Saidi_nime ülevaated” ja „Juriidilise isiku arvustuste nimi”.
2. Otsige arvustusi Google'ist: „Site_name reviews” ja „Name of Juridi entity reviews”.
3. Otsige arvustusi tööstuse foorumitest (elektrisõidukid, rattapoed).
4. Kontrollige domeeni - kui see on registreeritud.

Kõige sagedamini ei kirjuta sellised müüjad garantiist (tegelikult ei luba nad teile midagi). Või 2-nädalane garantii - isegi kui Li-ioon on sisse libisenud, ei ole neil selle perioodi jooksul aega laguneda, isegi kui töötate üle lubatud voolu. Nad võivad ka 1 aastase garantii kirjutada (kui leiate). Mõned müüjad isegi ei tea, mida nad müüvad! Küsi garantiikaarti!

Lisaks lugege LiFePO4 elementide tüüpide kohta, millest aku on kokku pandud. Kõige sagedamini on prismaatilised elemendid 10Ah, 12Ah jaoks. LiFePO4-13Ah pole olemas! Kui nad kirjutavad sellise mahu, tähendab see seda kindlasti mitte LiFePO4, ja nad üritavad teile odavalt müüa Liitium-ioon. Kui akul pole ristkülikukujulist veidrat kuju, siis mõelge, kuidas saaksid tootjad ristkülikukujulisi elemente sellesse tihedalt pigistada?

Inimesed on nendega juba meie juurde tulnud - allpool on võrdluseks foto (ostja oli kindel, et tal on LiFePO4, kuid akul pole HIT keemiat puudutavaid kleebiseid, on ainult nimipinge ja -võimsus):

Ja mõned inimesed saavad sellest teada libises Li-ion pärast selliseid juhtumeid (isesüttimine sõidu ajal - põlevad silindrilised elemendid on nähtavad):

Lisaks on Hiinas kasutatud akude ostjaid, nad sorteerivad neid, head hea hinnaga, keskmised on odavamad ja surnud akud müüakse vanarauaks. Teised ostjad ostavad need kokku ja koguvad garaažis akusid ning müüvad rahulikult Aliexpressis (see on meie Yandex-Marketi analoog, tavaline agregaator), keegi ei kontrolli seal nende kvaliteeti, peaasi, et maksate aastamaksu paigutamiseks. Mõnikord tulete (nagu arvate suurde tehasesse) ja seal on lihtsalt kõnekeskus, palute minna tehasesse, öeldakse, et 7-10 päeva on vaja passi hankida (nad teavad, et te ei oota seda igatsen seda).

Kasutatud rakke on võimalik tuvastada ainult sisemist takistust mõõtes. Mida rohkem kasutatakse, seda suurem on sisetakistus. Aga kes seda mõõdab ja teile näitab?

Kokkuvõte: Ettehoiatus on eeskätt. Odava ostu rõõm annab kiiresti koha pettumusest tingitud kibestumisele. Nautige ostlemist!

Lõksud LiFePO4 akude ostmisel
Artiklis käsitletakse LiFePO4 (liitiumraudfosfaat) akude ostmisel tekkivaid lõkse, vigu ja nüansse. Omaduste tabel. Milline on parim viis ostmisel vigade vältimiseks?

Tänapäeval on suur hulk erinevat tüüpi keemiaga patareisid. Tänapäeval on kõige populaarsemad liitiumioonakud. Sellesse rühma kuuluvad ka liitiumraudfosfaat (ferrofosfaat) akud. Kui üldiselt on kõik sellesse kategooriasse kuuluvad akud tehnilistelt omadustelt sarnased, siis liitiumraudfosfaatakudel on oma unikaalsed omadused, mis eristavad neid teistest liitiumioontehnoloogial valmistatud akudest.

Liitiumraudfosfaatpatarei avastamise ajalugu

LiFePO4 aku leiutaja on John Goodenough, kes töötas 1996. aastal Texase ülikoolis liitiumioonakude jaoks uue katoodmaterjali loomisel. Professoril õnnestus luua materjal, mis on odavam, vähem mürgine ja kõrge termilise stabiilsusega. Uut katoodi kasutanud aku puuduste hulgas oli väiksem mahutavus.

John Goodenoughi leiutis ei huvitanud kedagi, kuid 2003. aastal otsustas ettevõte A 123 Systems selle tehnoloogia välja töötada, pidades seda üsna paljutõotavaks. Paljud suured korporatsioonid on sellesse tehnoloogiasse investeerinud – Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola.

LiFePO4 akude omadused

Ferrofosfaataku pinge on sama, mis teistel liitiumioontehnoloogiaga seotud akudel. Nimipinge sõltub aku mõõtmetest (suurus, kujutegur). Akude 18 650 puhul on see 3,7 volti, 10 440 (väikese sõrme patarei) puhul - 3,2, 24 330 - 3,6 volti.

Peaaegu kõigi akude puhul langeb pinge tühjenemise ajal järk-järgult. Üks unikaalseid omadusi on pinge stabiilsus LiFePO4 akude kasutamisel. Nendele sarnaste pingeomaduste poolest on akud, mis on valmistatud nikkeltehnoloogial (nikkel-kaadmium, nikkel-metallhüdriid).

Sõltuvalt suurusest on liitiumraudfosfaatpatarei võimeline andma 3,0–3,2 volti kuni täieliku tühjenemiseni. See omadus annab neile akudele vooluahelates kasutamisel rohkem eeliseid, kuna see välistab praktiliselt vajaduse pinge reguleerimise järele.

Täislahenduspinge on 2,0 volti, mis on kõigi liitiumtehnoloogia akude madalaim registreeritud tühjenemise piir. Need akud on kasutusea poolest liidrid, mis võrdub 2000 laadimis- ja tühjendustsükliga. Tänu oma keemilise struktuuri ohutusele saab LiFePO4 akusid laadida spetsiaalse kiirendatud delta V meetodiga, kui akule suunatakse suur vool.

Paljud akud ei talu seda meetodit kasutades laadimist, mis põhjustab liigset kuumenemist ja kahjustusi. Liitiumraudfosfaatpatareide puhul pole selle meetodi kasutamine mitte ainult võimalik, vaid isegi soovitatav. Seetõttu on selliste akude laadimiseks spetsiaalsed laadijad. Loomulikult ei saa selliseid laadijaid kasutada muu keemiaga akudel. Olenevalt vormitegurist saab selliste laadijate liitiumraudfosfaatakusid täis laadida 15-30 minutiga.

Viimased arengud LiFePO4 akude vallas pakuvad kasutajale täiustatud töötemperatuurivahemikuga akusid. Kui liitium-ioonakude standardne töövahemik on -20 kuni +20 kraadi Celsiuse järgi, siis liitiumraudfosfaatakud võivad ideaalselt töötada vahemikus -30 kuni +55. Aku laadimine või tühjendamine temperatuuril, mis on kõrgem või madalam kui kirjeldatud, kahjustab akut tõsiselt.

Liitiumraudfosfaatakud on palju vähem vastuvõtlikud vananemismõjudele kui teised liitiumioonakud. Vananemine on loomulik võimsuse vähenemine aja jooksul, olenemata sellest, kas aku on kasutusel või seisab riiulil. Võrdluseks, kõik liitiumioonakud kaotavad igal aastal umbes 10% oma mahust. Liitiumraudfosfaat kaotab vaid 1,5%.

Nende akude üks puudusi on nende väiksem mahutavus, mis on 14% väiksem (või nii) kui teistel liitiumioonakudel.

Ferrofosfaatpatareide ohutus

Seda tüüpi akut peetakse kõigi olemasolevate akutüüpide seas üheks ohutumaks. LiFePO4-l on väga stabiilne keemia ja nad taluvad hästi suuri koormusi tühjenemisel (madala takistusega töörežiimil) ja laadimisel (aku laadimisel suure vooluga).

Tänu sellele, et fosfaadid on keemiliselt ohutud, on neid akusid lihtsam taaskasutada pärast nende kasutusaja lõppemist. Paljud ohtlikke kemikaale (nt liitium-koobaltit) sisaldavad akud peavad läbima täiendava ringlussevõtu protsessi, et vähendada nende keskkonnaohtu.

Liitium-raudfosfaat akude laadimine

Üks investorite ärihuvi põhjusi ferrofosfaatkeemia vastu oli selle stabiilsusest tulenev kiirlaadimise võimalus. Kohe pärast LiFePO4 akude konveieritootmise korraldamist positsioneeriti need akudeks, mida saab kiiresti laadida.

Selleks hakati tootma spetsiaalseid laadijaid. Nagu eespool juba kirjutatud, ei saa selliseid laadijaid kasutada teiste akude puhul, kuna see põhjustab nende ülekuumenemist ja kahjustab neid tõsiselt.

Spetsiaalne seade nende akude jaoks suudab neid laadida 12-15 minutiga. Ferrofosfaatakusid saab laadida ka tavaliste laadijatega. Samuti on kombineeritud laadimisvõimalused mõlema laadimisrežiimiga. Parim variant oleks muidugi kasutada nutikaid laadijaid, millel on palju laadimisprotsessi reguleerivaid võimalusi.

Liitiumraudfosfaadi aku disain

Liitiumraudfosfaat LiFePO4 akul ei ole oma sisestruktuuris erilisi omadusi võrreldes keemiatehnoloogia kolleegidega. Muudeti ainult ühte elementi - raudfosfaadist valmistatud katood. Anoodi materjaliks on liitium (kõik liitiumioontehnoloogia akud on liitiumianoodiga).

Iga aku töö põhineb keemilise reaktsiooni pöörduvusel. Vastasel juhul nimetatakse aku sees toimuvaid protsesse oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsessideks. Iga aku koosneb elektroodidest - katoodist (miinus) ja anoodist (pluss). Ka iga aku sees on eraldaja - spetsiaalse vedelikuga - elektrolüüdiga immutatud poorne materjal.

Kui aku tühjeneb, liiguvad liitiumioonid läbi separaatori katoodilt anoodile, vabastades kogunenud laengu (oksüdatsioon). Aku laadimisel liiguvad liitiumioonid anoodilt katoodile vastupidises suunas, kogudes laengut (vähenemist).

Liitiumraudfosfaatpatareide tüübid

Kõik selles keemias võib jagada nelja kategooriasse:

• Täis akud.
• Suured rakud rööptahukate kujul.
• Väikesed elemendid rööptahukate kujul (prismaatilised - 3,2 V LiFePO4 akud).
• Väikesed tühjad akud (paketid).
• Silindrilised patareid.

Liitiumraudfosfaatpatareidel ja -elementidel võib olla erinev pinge vahemikus 12 kuni 60 volti. Paljuski on need traditsioonilistest töötsüklitest ees, palju kõrgemad, kaal on mitu korda väiksem ja neid laetakse mitu korda kiiremini.

Seda keemiat kasutavaid silindrilisi akusid kasutatakse nii eraldi kui ka ahelas. Nende silindriliste patareide mõõtmed on väga erinevad: 14 500 (sõrme tüüpi) kuni 32 650.

Liitium raudfosfaat akud

Erilist tähelepanu väärivad jalgrataste ja elektrirataste ferrofosfaatakud. Uue raudfosfaatkatoodi leiutamisega tulid koos teist tüüpi sellel keemial põhinevate akudega välja ka spetsiaalsed akud, mida tänu oma paranenud omadustele ja väiksemale kaalule saab mugavalt kasutada ka tavalistel jalgratastel. Sellised akud saavutasid jalgrataste uuendamise fännide seas kohe populaarsuse.

Liitiumraudfosfaatakud on võimelised pakkuma mitu tundi muretut rattasõitu, mis teeb neist väärilised konkurendid sisepõlemismootoritele, mida varem sageli ka jalgratastele paigaldati. Tavaliselt kasutatakse selleks 48v LiFePO4 akusid, kuid on võimalik osta 25-, 36- ja 60-voldised akud.

Ferrofosfaatpatareide kasutamine

Aku roll selles keemias on ilma kommentaarideta selge. Prismaatikuid kasutatakse erinevatel eesmärkidel - LiFePO4 3,2 v akud. Suuremaid elemente kasutatakse päikeseenergia ja tuuleturbiinide elementidena. Ferrofosfaatakusid kasutatakse aktiivselt elektrisõidukite projekteerimisel.

Väikesi tühje akusid kasutatakse telefonide, sülearvutite ja tahvelarvutite jaoks. Erinevate kujuteguritega silindrilisi akusid kasutatakse elektrooniliste sigarettide, raadio teel juhitavate mudelite jms jaoks.