LiFePO4 e ión de litio

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individual LiFePO4 as celas teñen unha tensión nominal de aproximadamente 3,2 V ou 3,3 V. Usamos varias celas en serie (normalmente 4) para facer unha batería de fosfato de ferro e litio.

• O uso de catro células de fosfato de ferro de litio en serie ofrécenos un paquete de aproximadamente 12.8-14.2 voltios cando está cheo. Este é o máis próximo que atoparemos cunha batería de plomo-ácido ou AGM tradicional.
• As fraccións do peso de fosfato de litio teñen maior densidade celular que o ácido de plomo, nunha fracción do peso.
• As células de fosfato de ferro de litio teñen menos densidade celular que o ión de litio. Isto fai que sexan menos volátiles, máis seguros de usar, e ofrece case unha substitución individual a paquetes AGM.
• Para alcanzar a mesma densidade que as células de ións de litio, necesitamos amorear paralelamente as células de fosfato de ferro para aumentar a súa capacidade. Así, os paquetes de batería de fosfato de ferro de litio coa mesma capacidade dunha célula de ión de litio serán maiores, xa que require máis células en paralelo para acadar a mesma capacidade.
• As células de fosfato de ferro de litio poden usarse en ambientes de alta temperatura, onde as células de ións de litio nunca se deben usar por encima de + 60 centígrados.
• A vida estimada típica dunha batería de fosfato de ferro de litio é de 1500-2000 ciclos de carga ata 10 anos.
• Normalmente, un paquete de fosfato de ferro litio estará a cargo durante 350 días.
• As células de fosfato de ferro de litio teñen catro veces (4x) a capacidade das baterías de chumbo.

Ión de litio

Individual Ión de litio as células adoitan ter unha tensión nominal de 3,6 V ou 3,7 voltios. Usamos varias celas en serie (xeralmente 3) para facer unha batería de iones de litio de ~12 voltios.

• Para usar células de ións de litio para un banco de enerxía de 12v, colocámolas 3 en serie para obter un paquete de 12,6 voltios. Este é o máis próximo que podemos chegar á tensión nominal dunha batería de ácido de chumbo sellado, usando células de ión de litio
• As células de ións de litio teñen unha densidade celular maior que o fosfato de ferro de litio do que falamos anteriormente. Isto significa que empregamos menos deles para a capacidade desexada. A maior densidade celular é a caro dunha maior volatilidade.
• Do mesmo xeito que co fosfato de ferro de litio, tamén podemos apilar células de ións de litio en paralelo para aumentar a capacidade dos nosos paquetes.
• A vida estimada típica dunha batería de iones de litio é de dous a tres anos ou de 300 a 500 ciclos de carga.
• Normalmente, un paquete de ión de litio manterá a súa carga durante 300 días.

Tensións do paquete

Engadirei esta sección a partir dos comentarios dun dos nosos seguidores de Facebook.
A razón pola que usamos 3 celas en serie para paquetes de baterías de iones de litio é a tensión. Un paquete de iones de litio 4S ten unha tensión demasiado alta (~16,8 V) cando está cheo. Pola contra, hai algunhas radios que requiren máis voltaxe da que pode proporcionar o lado baixo dun paquete de ión-litio de 3 segundos ao final da súa curva de tensión. Se aínda queremos usar un paquete de iones de litio 4S, necesitamos integrar un regulador de CC CC, para xestionar a saída de voltaxe. Ou, como aludín no segundo parágrafo, tamén podemos usar pilas de fosfato de ferro de litio, que teñen 14,2-14,4v totalmente cargadas. Isto está perfectamente ben para a maioría das radios, pero lea os requisitos de tensión da súa radio.

Cargando

a carga de fosfato de ferro de litio + células de ión de litio é moi similar. Ambos usan corrente constante e logo tensión constante para a carga. Se estamos falando dun dos paquetes de baterías DIY da canle, a carga solar ou de escritorio adoita facerse con dúas pezas de engrenaxe.

• Primeiro temos a tensión e a fonte de corrente. Este pode ser un foro axustable ou un panel solar por exemplo.
• A continuación temos o controlador de carga. Isto regula a tensión e a corrente que saen da nosa fonte de tensión / corrente, alimentando o BMS.
• Finalmente, o BMS envía a tensión regulada ao paquete. Tamén desangra tensión das células que teñen unha tensión máis alta que as outras. Isto dálles a oportunidade aos demais de poñerse ao día. A pesar do que di Bioenno, nunca conecte directamente unha fonte non regulada á súa batería (BMS ou non!).

Tempo frío

Como en todas as baterías, o frío afecta á capacidade de carga de células de ión de litio ou fosfato de litio. Entón, cómpre facer algo para garantir que a batería non caia baixo a conxelación. A carga da batería é unha das razóns polas que eu implemento un refuxio durante o clima frío. É relativamente fácil manter a temperatura dentro do refuxio por encima da conxelación, mentres que a súa enerxía solar ou xerador permanece fóra da tenda. Un truco usado para manter estas células por riba de conxelación, é mantelas e o equipo de radio dentro dun recinto. Todas as radios fan calor, polo que se restrinxe (ata certo punto) a ventilación, a calor da radio quentará significativamente o espazo que hai ao redor da batería. Outro truco é usar quentadores de man químicos preto ou dentro do compartimento da batería. A cuestión é empregar o sentido común. Dado que sabemos que non debemos cargar as pilas por debaixo da conxelación, un simple cambio das prácticas de funcionamento pode rectificarse facilmente.

Equilibrio

Se está a construír un paquete con máis dunha cela en serie, terá que equilibrar as celas do paquete ou do cargador.
É importante salientar só porque alguén pode facer un vídeo ou blog en YouTube amosándolle como crear un paquete, non significa necesariamente que sabe exactamente o que está a facer.
A liña de fondo, necesitas equilibrar manualmente as celas ou equilibrar activamente as celas. Se estás a construír un dos meus proxectos de baterías, e vas a usar ese paquete ao cargalo e descargalo ao mesmo tempo, o balance activo é o camiño a seguir. Por outra banda, se está a empregar ese paquete para a descarga só, levándoos ao campo para ser descargados, despois de cargar unha vez que volvas a casa, técnicamente non necesitas ningún equilibrio ao descargar o paquete. Se vas cargar as celas como paquete completo de 4 ou 3s, necesitarás un saldo ou cobralas individualmente. Por suposto, se estás a usar 18650 pilas e o teu cargador pode cargar máis dunha cela á vez, estás ben!

Elixir un BMS

O seguinte parágrafo refírese só a aqueles que desexen construír un paquete de baterías completo. Agora que leste os parágrafos anteriores, entende que as tensións entre o ión de litio e o fosfato de ferro de litio son únicas. Isto tamén significa que o BMS que utiliza para a súa batería é específico para ión de litio ou fosfato de ferro de litio. Podes atopar diversas táboas de balance nos proxectos da canle. Eliximos as placas de balance polas capacidades que precisamos deles. Antes de elixir un consello, debemos saber:

• Cantos amplificadores queremos tirar polo taboleiro
• Cantas células hai en serie
• Se se empregarán células de fosfato de ión de litio ou de litio
• A tarxeta ofrece o balance de celas (se estás a usar un BMS sempre obtén un con balance de celas)

Cando teña estes números, pode utilizalos para escoller o BMS adecuado do seu provedor. Non debería nin mirar o prezo ata que non entenda as túas necesidades. Tamén debería coidar os vendedores de eBay e Alibaba. Moitas veces etiquetan incorrectamente placas BMS con capacidades moito maiores do que realmente proporcionan. Entón usa o teu sentido común. Se sei que vou tirar 15 amperios dun BMS, normalmente compre un de eBay, que é de 30 amp.
Por que máis podes querer integrar un BMS no teu proxecto? Un bo BMS tamén ofrece estas características:

• Protección contra sobretensión
• Protección de baixa tensión
• Protección contra curtocircuíto
• Equilibrio

Cando a xente está dicíndolle que non use un BMS ou non é necesario equilibrar, farano sen entender a protección adicional que lle brinda un BMS. Comida para o pensamento!

Gráfico de descargas Lithium vs SLA

Ás veces, por moito que o intento, os operadores seguen coa ilusión de que unha batería de ácido de plomo selada da mesma capacidade non é diferente ou mesmo mellor que un paquete de ión de litio ou fosfato de ferro de litio. Normalmente baséase no prezo. Isto é un despropósito!
Aquí tes algúns datos.

• A razón número un para non usar unha batería de ácido chumbo é o peso. Os paquetes de fosfato de litio e litio son unha fracción do peso e ofrecen maior densidade celular. Isto tradúcese nun maior tempo de funcionamento ou a capacidade de alimentar a nosa engrenaxe durante moito máis tempo no campo, sen un aumento do tamaño / peso.
• As pequenas baterías de ácido chumbo seladas teñen unha caída de tensión extrema baixo carga. Nunca foron deseñadas para aplicacións de alto amperaje. De feito, as pequenas pilas de ácido chumbo seladas foron deseñadas para ter unha pequena carga sobre elas durante un longo período de tempo. Aplicando os típicos 15 a 20 amperios dunha radio moderna de 100 vatios, experimentamos unha caída de tensión significativa. Un paquete de ión de litio ou fosfato de ferro de litio correctamente construído non mostra a mesma caída de tensión que unha batería de ácido chumbo. De feito, baixo carga, a tensión é relativamente plana mentres se descargan paquetes de ións de litio e fosfato de ferro de litio.
• Unha das ilusións sobre os iones de litio ou os baterías de fosfato de ferro de litio é que "son difíciles de cargar". De feito, os paquetes de ións de litio e fosfato de litio son máis fáciles de cargar que unha batería de ácido de chumbo selado, se só nos abrimos. Todo o que precisamos é cantas células temos en serie e a tensión das células individuais do paquete. A continuación, use ese número para aplicar corrente constante de tensión ao paquete. Isto é matemática básica. Non hai tensión flotante nin etapas cando se cargan paquetes de fosfato de litio ou de litio. A tensión constante é a corrente constante. Cando a batería chega á parte superior da curva de tensión, está chea. Non hai flotación, nin absorción ... só está cheo cando chega á parte superior da súa curva de tensión.

Así, hai moita desinformación en internet. Hai aínda máis en YouTube, impulsado por YouTubers que ou non saben ou non fixeron a investigación. Non golpealos, pero é importante que cada un de nós faga as nosas propias investigacións. Estaría de acordo en que na superficie parece que unha batería de chumbo sería máis barata de mercar que o de litio-ion ou o paquete de fosfato de ferro de litio. Hai tantas outras cousas que mirar máis alá do prezo, que nos dan a resposta real a esa pregunta. Nin sequera considero o uso de baterías de chumbo en ningún dos meus proxectos. Así que deixa ión de litio e fosfato de ferro de litio. Cal empregar nun proxecto? Ben, aquí é como elixo.

• Se estou a intentar ir en ultralleira viaxando a bastante distancia a pé, o ión de litio é probablemente o mellor camiño. A maior densidade de células dá un tempo de execución máis longo no paquete menor que o fosfato de ferro de litio,
• Se busco algo doado de traballar, unha cantidade maior de horas de vatios sobre o Li-Ion 3S, onde tradicionalmente usara en baterías SLA, LiFePO4 é a mellor opción.
• Se estou a buscar o mellor investimento para o almacenamento de baterías nun xerador solar fóra da rede, 1500-2000 ciclos, mantemento cero e 10 ou máis anos soa bastante sorprendente.

Como calquera cousa no mundo, os resultados dos nosos proxectos baséanse na investigación que facemos. A miúdo recibo críticas por non publicar tantos vídeos, pero cando fas a investigación e os antecedentes, é imposible tirar todos os vellos video crujientes todos os días. O mesmo que os investigadores. Ao final, será moi gratificante.

Viaxe con baterías de litio

As regras cambian dunha xurisdición a outra tan facilmente como o día volve á noite. Polo momento, parece que as restricións máis pesadas ás baterías de litio atópanse voando dentro e fóra de América do Norte. Segundo os sitios web de FAA e TSA, pode que se permitan baterías de litio con máis de 100 vatios en bolsas portátiles con aprobación da compañía aérea, pero limítanse a dúas baterías de recambio por pasaxeiro. As pilas soltas de litio están prohibidas en sacos controlados. Nin a FAA nin a TSA marcan diferenzas entre ión de litio ou fosfato de ferro de litio.