LiFePO4 i litowo-jonowy

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Indywidualny LiFePO4 ogniwa mają napięcie nominalne około 3,2V lub 3,3V. Używamy wielu ogniw połączonych szeregowo (zwykle 4), aby stworzyć zestaw akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych.

• Użycie czterech ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych w szeregu daje nam około 12,8-14,2 woltów, gdy są pełne. Jest to najbliższa rzecz, jaką znajdziemy, do tradycyjnego akumulatora kwasowo-ołowiowego lub AGM.
• Ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe mają większą gęstość komórek niż kwas ołowiowy, przy ułamku masy.
• Ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe mają mniejszą gęstość komórek niż jon litu. Dzięki temu są mniej lotne, bezpieczniejsze w użyciu i oferują prawie jeden do jednego zamiennika pakietów AGM.
• Aby osiągnąć taką samą gęstość jak ogniwa litowo-jonowe, musimy układać równolegle ogniwa z fosforanu litu i żelaza, aby zwiększyć ich pojemność. Tak więc akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe o tej samej pojemności co ogniwo litowo-jonowe będą większe, ponieważ do osiągnięcia tej samej pojemności potrzeba więcej ogniw równolegle.
• Ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe mogą być używane w środowiskach o wysokiej temperaturze, w których ogniwa litowo-jonowe nigdy nie powinny być używane powyżej +60 Celsjusza.
• Typowa szacowana żywotność baterii litowo-żelazowo-fosforanowej to 1500-2000 cykli ładowania przez maksymalnie 10 lat.
• Zwykle opakowanie z fosforanem litowo-żelazowym będzie działać przez 350 dni.
• ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe mają czterokrotnie (4x) większą pojemność niż akumulatory kwasowo-ołowiowe.

Litowo-jonowa

Indywidualny Litowo-jonowa ogniwa mają zwykle napięcie nominalne 3,6 V lub 3,7 wolta. Używamy wielu ogniw połączonych szeregowo (zwykle 3), aby utworzyć pakiet akumulatorów litowo-jonowych ~12 V.

• Aby użyć ogniw litowo-jonowych do banku mocy 12 V, umieszczamy je 3 szeregowo, aby uzyskać pakiet 12,6 V. Jest to najbliższe napięcie znamionowe szczelnego akumulatora kwasowo-ołowiowego, jakie możemy uzyskać przy zastosowaniu ogniw litowo-jonowych
• Ogniwa litowo-jonowe mają większą gęstość niż fosforan litowo-żelazowy, o którym mówiliśmy powyżej. Oznacza to, że używamy ich mniej dla pożądanej wydajności. Wyższa gęstość komórek wiąże się z kosztem większej lotności.
• Podobnie jak w przypadku fosforanu litu i żelaza, możemy również układać równolegle ogniwa litowo-jonowe, aby zwiększyć pojemność naszych pakietów.
• Typowa szacowana żywotność baterii litowo-jonowej wynosi od dwóch do trzech lat lub od 300 do 500 cykli ładowania.
• Zazwyczaj pakiet litowo-jonowy wytrzymuje 300 dni.

Napięcia paczek

Dodam tę sekcję na podstawie opinii jednego z naszych obserwujących na Facebooku.
Powodem, dla którego używamy 3 ogniw szeregowo do akumulatorów litowo-jonowych, jest napięcie. Akumulator litowo-jonowy 4S ma zbyt wysokie napięcie (~16,8 V), gdy jest pełny. W przeciwieństwie do tego, istnieją radia, które wymagają większego napięcia niż niska strona 3-sekundowego pakietu litowo-jonowego, który może zapewnić na końcu swojej krzywej napięcia. Jeśli nadal chcemy używać pakietu litowo-jonowego 4S, musimy zintegrować regulator DC DC, aby zarządzać napięciem wyjściowym. Lub, jak wspomniałem w drugim akapicie, możemy również użyć ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych, które mają w pełni naładowane 14,2-14,4 V. Jest to całkowicie w porządku dla większości radiotelefonów, ale przeczytaj wymagania dotyczące napięcia dla twojego radia.

Ładowanie

Ładowanie ogniw litowo-żelazowych + litowo-jonowe jest bardzo podobne. Oba wykorzystują do ładowania stały prąd, a następnie stałe napięcie. Jeśli mówimy o jednym z zestawów akumulatorów DIY z kanału, ładowanie słoneczne lub stacjonarne odbywa się zwykle za pomocą dwóch elementów sprzętu.

• Najpierw mamy źródło napięcia i prądu. Może to być na przykład regulowany dolnik lub panel słoneczny.
• Następnie mamy kontroler ładowania. To reguluje napięcie i prąd wychodzące z naszego źródła napięcia / prądu, zasilające BMS.
• Wreszcie BMS wysyła stabilizowane napięcie do pakietu. Wydziela również napięcie z ogniw, które mają wyższe napięcie niż inne. To daje innym szansę na nadrobienie zaległości. Pomimo tego, co mówi Bioenno, nigdy nie podłączaj bezpośrednio nieuregulowanego źródła do baterii (BMS lub nie!).

Zimna pogoda

Podobnie jak w przypadku wszystkich akumulatorów, zimno wpływa na ładowanie ogniw litowo-jonowych lub fosforanu litowo-żelazowego. Musimy więc coś zrobić, aby bateria nie spadła poniżej zera. Ładowanie baterii jest jednym z powodów, dla których rozstawiam schronienie podczas zimnej pogody. Relatywnie łatwo jest utrzymać temperaturę wewnątrz schronu powyżej zera, podczas gdy energia słoneczna lub generator pozostają na zewnątrz namiotu. Jedną ze sztuczek wykorzystywanych do utrzymania tych komórek w temperaturze powyżej zamarzania jest trzymanie ich i sprzętu radiowego wewnątrz obudowy. Wszystkie radia nagrzewają się, więc ograniczając (do pewnego stopnia) wentylację, ciepło z radia znacznie ogrzeje przestrzeń wokół baterii. Inną sztuczką jest użycie chemicznych ogrzewaczy do rąk w pobliżu lub wewnątrz komory baterii. Chodzi o to, aby kierować się zdrowym rozsądkiem. Ponieważ wiemy, że nie powinniśmy ładować akumulatorów poniżej zera, prosta zmiana praktyk operacyjnych może z łatwością temu zaradzić.

Balansowy

Jeśli budujesz pakiet z więcej niż jednym ogniwem połączonym szeregowo, musisz zrównoważyć ogniwa w pakiecie lub w ładowarce.
Ważne jest, aby zwrócić uwagę tylko na to, że ktoś może zrobić film na YouTube lub blog pokazujący, jak zbudować pakiet, niekoniecznie oznacza, że dokładnie wie, co robi.
Podsumowując, musisz albo ręcznie zrównoważyć swoje komórki, albo aktywnie zrównoważyć komórki. jeśli tworzysz jeden z moich projektów dotyczących akumulatorów ORAZ zamierzasz używać tego pakietu jednocześnie go ładując i rozładowując, najlepszym rozwiązaniem jest aktywne równoważenie. Z drugiej strony, jeśli używasz tego pakietu tylko do rozładowywania, zabierając je na pole w celu rozładowania, a następnie ładując po powrocie do domu, technicznie rzecz biorąc, nie potrzebujesz żadnego równoważenia podczas rozładowywania pakietu. Jeśli zamierzasz ładować ogniwa jako kompletny pakiet 4 lub 3 s, będziesz potrzebować ładunku wyrównawczego lub ładować je indywidualnie. Oczywiście, jeśli używasz akumulatorów 18650, a Twoja ładowarka umożliwia ładowanie więcej niż jednej komórki naraz, wszystko jest w porządku!

Wybór BMS

Poniższy akapit dotyczy tylko tych z Was, którzy chcieliby zbudować kompletny zestaw baterii. Po przeczytaniu powyższych akapitów rozumiesz, że napięcia między jonami litu a fosforanem litowo-żelazowym są wyjątkowe. Oznacza to również, że BMS używane do akumulatorów są specyficzne dla jonów litu lub fosforanu litu i żelaza. W projektach na kanale można znaleźć wiele różnych tablic równoważących. Deski równoważące dobieramy ze względu na możliwości, których od nich wymagamy. Przed wyborem deski musimy wiedzieć:

• Ile amperów chcemy przeciągnąć przez tablicę
• Ile komórek jest połączonych szeregowo
• Czy będą używane ogniwa litowo-jonowe lub litowo-żelazowo-fosforanowe
• Czy płyta oferuje równoważenie komórek (jeśli używasz BMS, zawsze kup taki z równoważeniem komórek)

Gdy masz te numery, możesz ich użyć do wybrania odpowiedniego BMS od dostawcy. Nie powinieneś nawet patrzeć na cenę, dopóki nie zrozumiesz swoich wymagań. Należy również uważać na sprzedawców w serwisie eBay i Alibaba. Często błędnie opisują płyty BMS o znacznie większych możliwościach, niż zapewniają. Więc kieruj się zdrowym rozsądkiem. Jeśli wiem, że będę pobierać 15 amperów z BMS, zwykle kupuję jeden z eBay, który jest oceniany na 30 amperów.
Po co jeszcze możesz chcieć zintegrować BMS ze swoim projektem? Dobry BMS oferuje również następujące funkcje:

• Ochrona przed wysokim napięciem
• Ochrona pod napięciem
• Zabezpieczenie przed zwarciem
• Balansowy

Kiedy ludzie mówią ci, abyś nie korzystał z BMS lub równoważenie nie jest wymagane, robią to bez zrozumienia dodatkowej ochrony, jaką zapewnia BMS. Do przemyślenia!

Wykres rozładowania litu vs SLA

Czasami, bez względu na to, jak bardzo się staram, operatorzy wciąż mają złudzenie, że szczelny akumulator kwasowo-ołowiowy o tej samej pojemności nie różni się ani nawet lepszy niż pakiet litowo-jonowy lub fosforanowo-litowo-żelazowy. Zwykle zależy to od ceny. To kompletny nonsens!
Oto kilka faktów.

• Głównym powodem nieużywania akumulatora kwasowo-ołowiowego jest waga. Pakiety litowo-żelazowo-fosforanowe stanowią ułamek wagi, oferując jednocześnie większą gęstość komórek. Przekłada się to na dłuższy czas pracy, czy też możliwość znacznie dłuższego zasilania naszego sprzętu w terenie, bez zwiększania gabarytów / wagi.
• Małe, szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe mają ekstremalny spadek napięcia pod dużym obciążeniem. Nigdy nie zostały zaprojektowane do zastosowań o wysokim natężeniu prądu. W rzeczywistości małe, szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe zostały zaprojektowane tak, aby miały małe obciążenie przez długi okres czasu. Stosując typowe 15 do 20 amperów z nowoczesnego 100-watowego radia, doświadczamy znacznego spadku napięcia. Prawidłowo zbudowany pakiet litowo-jonowy lub litowo-żelazowo-fosforanowy nie wykazuje takiego samego spadku napięcia, jak akumulator kwasowo-ołowiowy. W rzeczywistości pod obciążeniem napięcie jest stosunkowo płaskie podczas rozładowywania pakietów litowo-jonowych i fosforanu litowo-żelazowego.
• Jedną z iluzji na temat akumulatorów litowo-jonowych lub akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych jest to, że „są one trudne do naładowania”. W rzeczywistości pakiety litowo-jonowe i litowo-żelazowo-fosforanowe są łatwiejsze do naładowania niż szczelny akumulator kwasowo-ołowiowy, jeśli tylko otworzymy na to nasze umysły. Musimy tylko wiedzieć, ile ogniw mamy połączonych szeregowo i jakie są napięcie poszczególnych ogniw w pakiecie. Następnie użyj tej liczby, aby przyłożyć do pakietu stały prąd o stałym napięciu. To jest podstawowa matematyka! Podczas ładowania pakietów litu lub fosforanu litowo-żelazowego nie występuje napięcie buforowe ani żadne stopnie. Tylko stałe napięcie, prąd stały. Gdy bateria osiągnie szczyt krzywej napięcia, jest pełna. Żadnego unoszenia się lub absorpcji ... jest pełny, gdy osiąga szczyt krzywej napięcia.

W Internecie jest więc wiele błędnych informacji. W YouTube jest jeszcze więcej, napędzanych przez YouTuberów, którzy albo nie wiedzą, albo nie przeprowadzili badań. Nie trzaskanie nimi, ale ważne jest, aby każdy z nas przeprowadził własne badania. Zgodziłbym się, że pozornie akumulator kwasowo-ołowiowy byłby tańszy w zakupie niż pakiet litowo-jonowy lub fosforan litowo-żelazowy. Jest tak wiele innych rzeczy, na które warto zwrócić uwagę poza ceną, które dają nam prawdziwą odpowiedź na to pytanie. Nie rozważam już nawet wykorzystania akumulatorów kwasowo-ołowiowych w żadnym z moich projektów. Więc pozostawia jony litu i fosforan litowo-żelazowy. Którego powinieneś użyć w projekcie? Oto jak wybieram.

• Jeśli próbuję jechać ultralekko, podróżując dość daleko na piechotę, litowo-jonowy jest prawdopodobnie lepszym sposobem. Większa gęstość komórek zapewnia dłuższy czas pracy w mniejszym opakowaniu niż fosforan litowo-żelazowy,
• Jeśli szukam czegoś łatwego do pracy, większej ilości watogodzin w porównaniu z 3S Li-Ion, gdzie tradycyjnie używałem baterii SLA, LiFePO4 jest lepszym wyborem.
• Jeśli szukam najlepszej inwestycji w akumulatory w zewnętrznym generatorze słonecznym, 1500-2000 cykli, zerowa konserwacja i 10 lub więcej lat brzmi całkiem niesamowicie.

Jak wszystko na świecie, wyniki naszych projektów opierają się na badaniach, które prowadzimy. Często spotykam się z krytyką, że nie publikuję tak wielu filmów, ale kiedy prowadzisz badania i pracujesz w tle, nie można codziennie wyrzucić starego, kiepskiego filmu. Więc ludzie z badań. W końcu będzie to bardzo satysfakcjonujące.

Podróżowanie z bateriami litowymi

Zasady zmieniają się z jednej jurysdykcji na drugą tak łatwo, jak dzień zamienia się w noc. W tej chwili wydaje się, że najcięższe ograniczenia dotyczące baterii litowych dotyczą latania do lub z Ameryki Północnej. Według stron internetowych FAA i TSA, baterie litowe o mocy ponad 100 watogodzin mogą być dozwolone w torbach podręcznych za zgodą linii lotniczych, ale są ograniczone do dwóch zapasowych baterii na pasażera. Luźne baterie litowe są zabronione w bagażu rejestrowanym. Ani FAA, ani TSA nie robią żadnej różnicy między jonami litu a fosforanem litowo-żelazowym.