Литий-темір-фосфат батареясы: сипаттамалары, қолдану

Қазіргі заманғы жабдықтар күн сайын күрделі және күшті болып келеді. Технологияның жоғары стандарттары жоғары өнімділікті, энергияны үнемдеуді және электр қуатының жеткізілімінің артуын қамтамасыз ететін батареяларға жоғары талаптар қояды.

Электр техникасының жаңа түрлерін өндіріске енгізу, технологиялық үдерісті жеделдету - бұл электр қуаты көздеріне қойылатын талаптарды арттырады, ал қазіргі заманғы батареялар әрқашан оларды қанағаттандыра алмайды. Бұл мәселені шешу үшін өндірушілер литий-ион технологиясын жетілдіру жолымен жүрді. Осылайша Li-ион батареяларының идеологиялық ұрпағы болып табылатын литий-темір-фосфат батареясы (LiFePO4) дүниеге келді.

Тарихи негіз

Оливин отбасының табиғи минералы LiFePO4 немесе LFP алғаш рет 1996 жылы Техас университетінің ғалымы Джон Джоуэнуфтан табылды, ол Лионионның электр қуатын жақсарту жолдарын іздестірді. Белгілі болғандай, бұл минерал уақыттың барлық белгілі электродтарына қарағанда әлдеқайда уыттылық пен жоғары термиялық тұрақтылыққа ие болды.

Сонымен қатар, ол табиғи ортада кездесіп, құны арзан болды. LiFePO4 негізіндегі электродтардың негізгі кемшілігі кішігірім электрлік сыйымдылық болып табылады, сондықтан литий-темір-фосфат батареясының дамуы тоқтатылды.

Осы бағытта зерттеулер 2003 жылы Массачусетс технологиялық институтында жаңартылды. Ғалымдар ұжымы сол кездегі ең озық Лион-ионды аккумуляторларды алмастыратын түбегейлі жаңа батареяларды жасауға тырысты. Жоба Motorola және Qualcomm сияқты ірі компанияларға қызығушылық білдірді, олар LiFePO4 катодты элементтері бар аккумуляторларды пайда болды.

LiFePO4 негізіндегі батарея

Батареяның бұл түрі әдеттегі литий-иондық жасушалар сияқты электр энергиясын өндіру үшін бірдей технологияны қолданады. Алайда, олардың арасындағы айтарлықтай айырмашылықтар бар. Біріншіден, бұл БМС-дің өзіндік типін пайдалану, электрлік аккумуляторларды шамадан тыс зарядтаудан және қатты разрядтан қорғайтын басқару жүйесі, қызмет мерзімін ұзартады және энергия көзін тұрақты етеді.

Екіншіден, LiCoO2-ден айырмашылығы LiFePO4 кем уытты болып табылады. Бұл факт қоршаған ортаны ластаумен байланысты бірқатар проблемаларды болдырмауға мүмкіндік берді. Атап айтқанда, атмосферадағы кобальт шығарындыларын батареяларды тиісті түрде қоқысқа тастаумен азайту.

Ақыр соңында, LFP элементтерінің бірыңғай стандарттары болмағандықтан, түрлі үлгілердегі техникалық сипаттамалардың өзгеруіне әкелетін түрлі химиялық құрамы бар. Сонымен қатар, осы қуат көздерін пайдалану күрделі және белгілі бір ережелерге сәйкес орындалуы керек.

Техникалық сипаттама

Айта кету керек, литий-фосфат батареялары 48 Вольт, 36 Вольт және 60 Вольт жекелеген жасушалардың дәйекті өзара байланысы арқылы өндіріледі, өйткені бір LFP-секциядағы максималды кернеу 3,65 В аспауы керек. Сондықтан әр батареяның техникалық көрсеткіштері Бір-бірінен ерекшеленеді - бұл құрастыру мен нақты химиялық құрамға байланысты.

Техникалық сипаттамаларды талдау үшін бір жеке ұяшықтың номиналды мәндерін береміз.

Әрбір жеке ұяшықтың мүмкіндіктерін жақсы іске асыруға «Everexceed» аккумуляторында қол жеткізілді. Литий-фосфат батареяларын ұзақ уақыт қызмет ету мерзімі бар. Жалпы алғанда, олар қуаты 20% -ға дейін жоғалтқан 4 мың зарядтау циклына төтеп бере алады, ал энергетикалық резерв 12 минут ішінде толтырылады. Осыны ескере отырып, LFP-элементтерінің ең үздік өкілдерінің бірі болып табылатын «Батареяларды үнемдеу» деп атауға болады.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Батареяның басқа өкілдері арасында литий-темір-фосфат батареясын жақсы ажырататын басты артықшылығы - бұл ұзақ уақыт. Мұндай элемент электр қуатының деңгейі 30% -ға, ал 2 мыңнан астам - 20% -ға дейін төмендеген кезде зарядсыздандырудың 3 мыңнан астам циклына төтеп беруге қабілетті. Осының арқасында батареяның орташа мерзімі 7 жылға жуық.

Тұрақты ток заряды - LFP элементтерінің екінші маңызды артықшылығы. Шығу кернеуі заряд толықтай жойылғанша 3,2 В деңгейінде қалады. Бұл электр схемасын жеңілдетуге мүмкіндік береді, кернеу реттегіштерін пайдалану қажеттілігін жояды.

Үшінші артықшылығы жоғары шыңы ток. Аккумулятордың бұл қасиеті өте төмен температураларда да максималды қуат беруге мүмкіндік береді. Бұл функция автомобиль өндірушілерге литий-темір-фосфат батареясын бензин мен дизельді қозғалтқышты іске қосу кезінде негізгі энергия көзі ретінде пайдалануға мүмкіндік берді.

Барлық ұсынылған артықшылықтармен қатар, LiFePO4 батареяларының бір үлкен кемшілігі бар - үлкен массасы мен көлемі. Бұл оларды жабдықтардың және электр жабдықтардың жекелеген түрлерінде пайдалануын шектейді.

Жұмыс ерекшеліктері

Егер дайын литий-фосфат батареяларын сатып алсаңыз, онда сіз техникалық қызмет көрсету және пайдалану кезінде ешқандай қиындықтарыңыз болмайды. Өндірушілер БМС карталарының элементтерінде құрастырған фактілердің арқасында, артық толтыруға мүмкіндік бермейді және элементті ең төмен деңгейге шығаруға мүмкіндік бермейді.

Бірақ жеке ұяшықтарды (мысалы, саусақ батареяларын) алсаңыз, заряд деңгейін өзіңіз бақылауыңыз керек. Егер заряд өте төмен деңгейден төмен түссе (2.00 В-дан төмен болса), сыйымдылық тез өтіп кетеді, бұл ұяшықтарды зарядтау мүмкін болмайды. Егер, керісінше, қайта зарядтауға мүмкіндік берсеңіз (3.75 В жоғары болса), клетка шығарылған газдарға байланысты жай ғана шатасады.

Электромобиль үшін ұқсас батареяны пайдалансаңыз, 100% зарядталғаннан кейін зарядтағышты ажыратыңыз. Әйтпесе, батарея шамадан тыс электр тоғының салдарынан шаршайды.

Пайдалану ережелері

Егер сіз литий фосфор батареяларын циклдік режимде емес, сонымен қатар буферлік режимде, мысалы, UPS қуат көзі ретінде немесе күн батареясымен бірге пайдалануды жоспарласаңыз, заряд деңгейін 3,40-3,45 В деңгейіне дейін төмендету керек. Бұл міндет автоматтық режимде бірінші кезекте энергия қорын толтырып, кернеу деңгейін төмендететін «ақылды» зарядтағыштармен қамтамасыз етіледі.

Операция кезінде сіз ұяшықтардың балансын бақылап отыруыңыз немесе арнайы теңгерімдеу карталарын (электромонтер үшін орнатылған батареяда) пайдалануыңыз керек. Клетканың теңгерімсіздігі - құрылғының жалпы кернеуі номиналды деңгейде қалатын болса, бірақ жасушалардың кернеуі әр түрлі болады.

Мұндай құбылыс жекелеген секциялардың кедергісі мен олардың арасындағы нашар байланыстың айырмашылығынан туындайды. Егер жасушалар әртүрлі кернеулерге ие болса, онда олар бірдей зарядталған және зарядсыздандырылған, бұл батареяның қызмет мерзімін едәуір қысқартады.

Батареяларды пайдалануға енгізу

Жекелеген ұяшықтардан жиналған литий-фосфор батареяларын қолданар алдында, жүйенің теңгерімін қамтамасыз ету керек, себебі бөліктер зарядтың әртүрлі деңгейлеріне ие болуы мүмкін. Ол үшін барлық компоненттер параллель қосылған және түзеткішті, зарядтағышты қосыңыз. Қосылған клеткалар 3,6 В дейін зарядталуы керек.

Электрлік велосипедке арналған литий-темір-фосфат батареясын қолданғанда, жұмыс істеген алғашқы минуттарда батарея максималды қуат береді, содан кейін заряд зарядталмайды 3.3-3.0 В деңгейіне дейін төмендейді, себебі бұл батареяның қалыпты жұмысы . Оның негізгі сыйымдылығы (шамамен 90%) дәл осы диапазонда жатыр.

Қорытынды

Литий-фосфат батареяларының тиімділігі басқа батареяларға қарағанда 20-30% жоғары. Бұл жағдайда олар басқа электр энергия көздеріне қарағанда 2-3 жылға ұзағырақ қызмет етеді, сондай-ақ операцияның барлық мерзімінде тұрақты ток береді. Осының бәрі ұсынылған элементтерді қолайлы жарықта көрсетеді.

Дегенмен, көптеген адамдар литий-темір-фосфат батареяларын елемейді. Аккумулятордың артықшылықтары мен кемшіліктері олардың бағасынан бұрын күңгірттелген - бұл біз үшін қалыпты қорғасын-қышқыл элементтеріне қарағанда 5-6 есе көп. Бұл аккумулятордың орташа құны шамамен 26 мың рубльді құрайды.