Akumulatory Lifepo4 – Baterie Litowo-Fosforanowo-Żelazowe

 

Chemia w poszczególnych bateriach litowych różni się między sobą. Większość konsumentów, poza entuzjastami elektroniki, zna tylko ograniczoną gamę rozwiązań litowych. Najbardziej powszechne wersje są zbudowane z formuł tlenku kobaltu, tlenku manganu i tlenku niklu.

 

Po pierwsze, cofnijmy się w czasie. Akumulatory litowo-jonowe są znacznie nowszą innowacją i istnieją dopiero od 25 lat. W tym czasie technologie litowe zyskały na popularności, ponieważ okazały się wartościowe w zasilaniu mniejszych urządzeń elektronicznych – takich jak laptopy i telefony komórkowe. Jednak, jak można się domyślić z wiadomości z ostatnich lat, akumulatory litowo-jonowe zyskały również reputację baterii zapalających się. Do niedawna był to jeden z głównych powodów, dla których lit nie był powszechnie używany do tworzenia dużych banków baterii.

 

Ale wtedy pojawił się chemia fosforanowo żelazowo-litowa (LiFePO4). Ten nowszy typ roztworu litu jest z natury niepalny, ale pozwala na nieco mniejszą gęstość energii.

Akumulatory LiFePO4 są nie tylko bezpieczniejsze, ale mają wiele zalet w porównaniu z innymi chemiami litowymi, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużej mocy.

 

Chociaż akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4) nie są nowością, dopiero teraz zdobywają popularność na światowych rynkach komercyjnych. Oto krótki opis tego, co odróżnia LiFePO4 od innych rozwiązań w zakresie baterii litowych:

 

Bezpieczeństwo i stabilność

Akumulatory LiFePO4 są najbardziej znane z wysokiego profilu bezpieczeństwa, będącego wynikiem niezwykle stabilnej chemii. Akumulatory na bazie fosforanów charakteryzują się doskonałą stabilnością termiczną i chemiczną, co zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych wykonanych z innych materiałów katodowych. Ogniwa litowo-fosforanowe znacznie trudniej zapalić, co jest ważną cechą w przypadku niewłaściwego obchodzenia się z nimi podczas ładowania lub rozładowywania. Da się je zapalić przebijając je fizycznie, ale będzie to znacznie mniej spektakularny płomień niż w przypadku Li-Ion czy LiPo.

Są one również odporne na trudne warunki, takie jak mróz, palący upał czy trudny teren. Uściślając, mogą działać w temperaturze do -20 stopni, ale nie powinno się ich ładować w temperaturze poniżej zera.

 

W przypadku niebezpiecznych zdarzeń, takich jak zderzenie lub zwarcie, nie wybuchają ani nie zapalają się, co znacznie zmniejsza ryzyko powstania obrażeń. Jeśli wybierają Państwo baterię litową i przewidują jej użycie w niebezpiecznych lub niestabilnych środowiskach, LiFePO4 jest prawdopodobnie najlepszym wyborem.

 

Wydajność

Wydajność jest głównym czynnikiem decydującym o tym, jakiego typu baterię należy użyć w danym zastosowaniu. Długa żywotność, wolne tempo samorozładowania i mniejsza waga sprawiają, że akumulatory litowo-żelazowe są atrakcyjną opcją, dodatkowo oczekuje się, że będą miały dłuższy okres trwałości niż akumulatory litowo-jonowe. Żywotność zwykle wynosi pięć do dziesięciu lat lub więcej, a czas pracy znacznie przewyższa akumulatory kwasowo-ołowiowe i inne baterie litowe. Czas ładowania akumulatora jest również znacznie krótszy, co stanowi kolejny dogodny atut. Tak więc, jeśli szukasz akumulatora, który wytrzyma próbę czasu i szybko się naładuje, LiFePO4 jest odpowiedzią.

 

Efektywność przestrzenna

Warto również wspomnieć o właściwościach LiFePO4 związanych z oszczędnością miejsca. Przy jednej trzeciej wagi większości akumulatorów kwasowo-ołowiowych i prawie połowie wagi popularnego tlenku manganu, LiFePO4 zapewnia skuteczny sposób na wykorzystanie przestrzeni i wagi. Dzięki temu Państwa produkt jest bardziej wydajny.

 

Wpływ na środowisko

Akumulatory LiFePO4 są nietoksyczne, nie zanieczyszczają środowiska i nie zawierają metali ziem rzadkich, co sprawia, że są przyjazne dla środowiska. Akumulatory litowe ołowiowo-kwasowe i niklowo-tlenkowe niosą ze sobą znaczne ryzyko dla środowiska (zwłaszcza kwasowo-ołowiowe, ponieważ wewnętrzne substancje chemiczne degradują strukturę wewnętrzną i ostatecznie powodują wycieki).

W porównaniu do akumulatorów ołowiowo-kwasowych i innych akumulatorów litowych, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe oferują znaczące korzyści, w tym lepszą wydajność rozładowywania i ładowania, dłuższą żywotność i możliwość głębokiego cyklu przy zachowaniu wydajności. Akumulatory LiFePO4 często mają wyższą cenę, ale znacznie lepsze koszty w całym okresie użytkowania produktu, minimalna konserwacja i rzadka wymiana sprawiają, że są one opłacalną inwestycją i opłacalnym rozwiązaniem długoterminowym.

Jakie są zalety lifepo4?

 

ŻYWOTNOŚĆ LIFEPO4

 

2000+ “deklarowanych” cykli do 100% DOD (głębokiego rozładowania). Jeśli porównasz najlepsze akumulatory AGM z LFP, przekonasz się, że renomowani producenci, deklarują zaledwie 400 cykli do 80% DOD. Trzeba zrozumieć, że tak jak w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych, testy te nie są przeprowadzane w rzeczywistym środowisku. W testach cyklicznych LFP nigdy nie są unoszone na wodzie, nie są nadmiernie absorbowane, nie są utrzymywane na wysokim poziomie SOC przez długi czas, nie są nadmiernie rozładowywane, nie są narażone na starzenie i są poddawane cyklom w górę i w dół w zautomatyzowanym, komfortowym środowisku testowym o temperaturze od 10 do 25 stopni Celsjusza.

Jeśli zmienisz którykolwiek z tych parametrów, wyniki mogą nie być takie same. Kiedy ogniw, które kupiłem do Vincent vana zostały zakupione, Winston twierdził, że można je przetestować po 2000 cyklach do osiągnięcia 80% DOD. Dzisiaj twierdzą, że 5000 cykli przy 80% DOD. Przesadzone twierdzenia? Nie jestem w stanie tego stwierdzić, poza tym, że zwiększyli to o 1000 cykli. Mając dość dobre rozeznanie w sposobie działania chińskich producentów akumulatorów pod względem marketingowym, podejrzewam, że jeden z konkurentów zasugerował 5000 cykli dla 80% DOD, więc Winston też tak zrobił. Czy było to poparte testami? Firma Winston nie chce powiedzieć, ani dostarczyć żadnych danych, o które wielokrotnie pytałem pocztą elektroniczną.

Przeciętny akumulator ołowiowo-kwasowy na łodziach jest często martwy na długo przed 150-200 cyklami i rzadko, jeśli w ogóle, zbliża się do cykli “laboratoryjnych”. Zazwyczaj są one martwe na długo przed upływem 50% cykli znamionowych. Zrób obliczenia na własnym banku, bądź szczery i sprawdź, ile cykli miałeś do 50% SOC, zanim bank wymagał wymiany. Większość właścicieli łodzi jest zszokowana po wykonaniu tych obliczeń.

Nigdy nie widzieliśmy, aby jakakolwiek bateria akumulatorów kwasowo-ołowiowych osiągnęła swoje wartości laboratoryjne w środowisku morskim, a zwłaszcza na łodziach turystycznych, i nadal była powyżej 80% wartości znamionowej dla nowego akumulatora w momencie określonym przez BCI jako EOL lub koniec życia. Liczby laboratoryjne dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych to bajkowe oceny, gdy stosuje się je do rzeczywistego zachowania podczas cykli. Akumulatory na łodziach po prostu nie są używane w taki sam sposób, w jaki testują je fabryki kwasów ołowiowych lub LFP. W testach cyklicznych zarówno ołowiowych, jak i LFP nie dopuszcza się do przebywania akumulatorów w gorących maszynowniach, nie absorbuje się ich nadmiernie i nigdy nie unosi się ich w powietrzu podczas testowania żywotności.

Bateria, którą mam w vanie  przekroczyła 2000 cykli, z czego większość do 80%DoD i wciąż dostarcza 100% swojej wartości znamionowej.

 

ZAKRES POJEMNOŚCI UŻYTKOWEJ LIFEPO4:

 

Około 80% pojemności akumulatora Lifepo4 jest w pełni użyteczne, podczas cykli od 20% DOD do 100% SOC. W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych często uzyskuje się tylko 30-35% pojemności użytkowej (od 50% SOC do 80-85% SOC) z powodu ograniczenia prądu ładowania. W przypadku systemów solarnych lub alternatywnych systemów energetycznych na kwasie ołowiowym można uzyskać większą dzienną pojemność użytkową, ale wymaga to dużej powierzchni fotowoltaicznej, aby wcisnąć się w ograniczenie prądu akceptacji ładowania. W przypadku ogniw LFP ograniczenie prądu ładowania lub ogranicznik akceptacji jest bardzo, bardzo krótki w czasie, nawet przy stosunkowo niskim nominalnym napięciu ładowania pakietu 12V wynoszącym 13,8V – 14,0V (3,45VPC do 3,5VPC) czas ten może być tak krótki jak 10-30 minut w zależności od szybkości ładowania. Po zwiększeniu napięcia pakietu do 3,6 VPC czas CV prawie całkowicie zanika.

 

SZYBKOŚĆ ŁADOWANIA LIFEPO4:

 

Bardzo krótki spadek prądu nawet przy dużych źródłach prądu. Przy ładowaniu prądem o niskim natężeniu, np. z baterii słonecznych, można naładować akumulator do pełna, zanim jeszcze osiągnie on napięcie CV/absorpcji. Jest to oczywiście całkowicie zależne od napięcia ładowania i źródła prądu. Na mojej łodzi ładuję bank 400Ah LFP prądem ok. 145A do napięcia 13,8V, a spadek napięcia trwa tylko 30-35 minut. Porównaj to z godzinami ładowania przy ograniczonym prądzie przy użyciu źródła 145A dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych o pojemności 400Ah. Przy niewielkim źródle prądu ładowania, takim jak mała instalacja fotowoltaiczna lub wiatr, można osiągnąć ponad 99% SOC przed osiągnięciem fazy stałego napięcia (CV) lub przed wystąpieniem jakiegokolwiek ograniczenia prądu. Oznacza to 100% wskaźnik akceptacji aż do 99% + SOC. Mój bank 400 Ah musi być dosłownie pełny, zanim bateria słoneczna zdoła doprowadzić go do napięcia 13,8 V. Akumulatory te mogą pobierać ogromny prąd i ładować się bardzo szybko, ale naprawdę dobrze radzą sobie z prądem ładowania od 0,3 do 0,5C.

 

ROZMIAR, GĘSTOŚĆ ENERGII W LIFEPO4

 

Mniej niż połowa wagi ołowiu, w stosunku Ah do Ah, i prawie zawsze bardziej kompaktowe. Przedstawiony w tym artykule bank o pojemności 400 Ah waży o 60 kg mniej niż bank ołowiowo-kwasowy o pojemności 400 Ah. Jednakże, aby zrównać się z pojemnością użytkową banku 400Ah Lifepo w kamperze, potrzebowałbym około 900Ah akumulatorów kwasowo-ołowiowych. To sprawia, że akumulator 400Ah Lifepo4 jest o około 181 kg lżejszy od akumulatora kwasowo-ołowiowego o takiej samej pojemności użytkowej.

 

STABILNE NAPIĘCIE W LIFEPO4

 

Banki baterii Lifepo4 mają bardzo płaską krzywą ładowania i rozładowania z bardzo stromym i szybkim wzrostem lub spadkiem na obu końcach. Końce te nazywane są “kolanami”. Ogniwa LFP utrzymują napięcia znacznie wyższe niż jakikolwiek w pełni naładowany bank kwasowo-ołowiowy, pozostają bardzo blisko nominalnego poziomu napięcia 3,3VPC / 13,2V i utrzymują dość stabilne napięcia, z umiarkowanymi zmianami, prawie przez cały czas aż do 80% DOD. Utrzymują bardzo wąski zakres napięć nawet przy “normalnym/typowym” obciążeniu domu. Grzejniki, lodówki, ekspresy do wody itp. będą działały lepiej. Sprzęt lubi wyższe napięcia. Nawet pompy zęzowe będą pompować więcej wody. Prawie całkowicie wyeliminowano skoki napięcia, które mogą wyłączać elektronikę podczas używania dziobowego steru strumieniowego lub windy.

 

SPRAWNOŚĆ ŁADOWANIA LIFEPO4

 

Sprawność ładowania jest również określana jako sprawność Coulomba. Te akumulatory mają blisko 100% sprawności. Wyjmij 200 Ah i włóż 200 Ah z powrotem, a uzyskasz napięcie i prąd akceptowalny netto na poziomie prawie dokładnie takim samym jak ilość Ah na wyjściu do ilości Ah na wejściu. Do czasu LFP nigdy nie spotkałem się z czymś takim, nawet w przypadku najlepszych akumulatorów AGM. Sprawność akumulatorów kwasowo-ołowiowych waha się od 70% do nawet 90% +/-, ale nadal trzeba włożyć z powrotem 10-30% więcej niż się wyjęło, i to w przypadku “zdrowych” akumulatorów kwasowo-ołowiowych. W miarę ich zasiarczania sprawność ładowania, czyli sprawność Coulomba, pogarsza się jeszcze bardziej.

 

NIE POTRZEBUJESZ DOŁADOWANIA DO 100% SoC W LIFEPO4:

 

Wiemy, że piętą achillesową akumulatorów kwasowo-ołowiowych na jachtach turystycznych jest prawie zawsze zasiarczenie. Aby przeciwdziałać efektom zasiarczenia, musimy ładować je do 100% SoC tak często, jak to możliwe. Okazuje się to bardzo trudne dla wielu żeglarzy, chyba że łódź po każdym użyciu stoi w doku lub cumuje przy odpowiednim systemie solarnym. Akumulatory LFP nie muszą często osiągać 100% SoC, tak jak ma to miejsce w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. W rzeczywistości utrzymywanie ogniw LiFePO4 na poziomie 100% SoC może negatywnie wpłynąć na żywotność cyklu. Brak konieczności rutynowego powrotu do 100% SoC to duża zaleta akumulatorów LFP. Kiedy wracamy z rejsu, a nasza bateria ma 50% SoC, nie przejmuję się tym. Po prostu wyłączam łódź i baterie słoneczne i wracam do domu. Akumulatory LFP wolą mieć SoC na poziomie 30-65% niż 100%. Jak wspomniałem wcześniej, jest to zmiana paradygmatu mentalnego, którą właściciele akumulatorów LFP będą musieli przezwyciężyć w naszym ludzkim zachowaniu/myśleniu o naszych akumulatorach. Najlepiej będzie przeprogramować mentalność kwasowo-ołowiową, która często wymaga 100% SoC lub ciągłego przebywania w górnym rejestrze SoC.

 

ZASIARCZENIE, CO TO JEST?

 

Zasiarczenie jest zdecydowanie rakiem i zabójcą nr 1 dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych na jachtach turystycznych. Akumulatory LFP nie ulegają zasiarczeniu, więc nie ma potrzeby ani zmartwień, aby stale doprowadzać je do 100% SOC przed opuszczeniem łodzi. Akumulatory LFP wolą być pozostawione w średnim zakresie SOC niż w pełnym. Ciesz się żeglugą do domu bez silnika.

 

LIFEPO 4 JEST NAJBEZPIECZNIEJSZĄ TECHNOLOGIĄ LITOWO-JONOWĄ

 

Bez wątpienia LIFEPO4 jest jednym z najbezpieczniejszych formatów akumulatorów Li-Ion. Wielu twierdzi, a argumenty te są z pewnością dobrze wyartykułowane, że LiFePO4 jest równie bezpieczny lub bezpieczniejszy niż kwasowo-ołowiowy. Wszystkie akumulatory są niebezpieczne, nie zapominajmy o tym.

Jeśli chodzi o technologię Li-Ion, LiFePO4 jest obecnie jedną z najbezpieczniejszych. Pamiętajmy, że na co dzień otaczają nas o wiele bardziej niestabilne technologie litowo-jonowe w komputerach, iPadach, iPodach, tabletach, grach wideo, telefonach komórkowych, a nawet narzędziach bezprzewodowych. LFP jest mniej gęsty energetycznie niż inne bardziej lotne formaty Li-Ion, ale w porównaniu z kwasem ołowiowym wszystko wygląda na gęste energetycznie. Na łodziach nie potrzebujemy gęstości energii na poziomie “dream-linera”, dlatego zwykle stosujemy znacznie bezpieczniejszą technologię LiFePO4/LFP, a nie LiCoO2, jak w przypadku Boeinga. Jeśli uważasz, że chemia Li-Ion LiCoO2 i LiFePO4 jest na tym samym poziomie ryzyka, sugerowałbym, abyś pozostał przy kwasie ołowiowym, dopóki nie przeprowadzisz większej ilości badań.

 

Wady baterii Lifepo4

 

PRZEŁADOWANIE LIFEPO4

 

Akumulatory LFP mogą ulec szybkiemu uszkodzeniu, zmniejszeniu pojemności lub nawet zniszczeniu w przypadku nadmiernego naładowania. W przeciwieństwie do akumulatorów ołowiowych, nadmierne ładowanie nie tylko powoduje wypłukiwanie elektrolitu, który można wymienić, ale może dosłownie zniszczyć akumulator. Akumulator kwasowo-ołowiowy dozna pewnej trwałej utraty pojemności w wyniku chronicznego przeładowania, ale może to przetrwać, natomiast akumulator LFP zazwyczaj nie przetrwa tego bez pewnej utraty pojemności. Oznacza to prawidłowe ładowanie i system BMS na poziomie ogniw, który zapewnia, że nadmierne ładowanie ogniw nie może mieć miejsca. Należy jednak pamiętać, że przeładowanie to nie tylko kwestia napięcia.

 

CZAS TRWANIA ŁADOWANIA PRZY NAPIĘCIU DOCELOWYM (nadmierna absorpcja):

 

Jednym z obszarów, w którym ludzie często mylą się, jest myślenie, że niższe napięcie ładowania oznacza, że jest ono w 100% bezpieczne dla akumulatora LFP. Może tak nie być. Jeśli źródła ładowania nie są odpowiednie, mogą one potencjalnie przeładować akumulator poprzez zbyt długie utrzymywanie fazy stałego napięcia (absorpcji). Nadmierna absorpcja, nawet przy napięciu pakietu tak niskim jak 13,68 V, może spowodować naładowanie do 100% SOC. Kontynuowanie ładowania po przekroczeniu punktu, w którym jony litowo-jonowe przestają się przemieszczać z katody do anody, jest uważane za ładowanie ponad potrzebę. Ładowanie wysokimi napięciami, po przekroczeniu stanu pełnego naładowania banku, może prowadzić do zjawiska znanego jako galwanizacja litu. Jeżeli etap CV (stałego napięcia) ładowarki jest utrzymywany wystarczająco długo, ogniwo LFP może być w pełni naładowane przy napięciu tak niskim jak 3,42VPC.

Czytając w sieci informacje sugerujące takie rzeczy, jak “13,8 V to tylko 80% SoC dla akumulatora LFP o napięciu nominalnym 12 V”, zrób sobie przysługę i potraktuj te bzdury z przymrużeniem oka. Ogniwo LFP osiągnie 100% SoC przy napięciu znacznie poniżej 3,6 V, jeśli napięcie będzie utrzymywane wystarczająco długo, jak to ma miejsce w wielu ładowarkach kwasowo-ołowiowych!

Większość ładowarek kwasowo-ołowiowych może utrzymywać napięcie absorpcyjne na tyle długo, że może to spowodować długotrwałe uszkodzenie lub skrócić żywotność drogich ogniw LFP. Niektórzy producenci ogniw LFP zaczynają rozumieć ten fakt, sprzedając je w środowisku ładowarek kwasowo-ołowiowych, i odpowiednio obniżyli zalecane maksymalne napięcia ładowania. Oczywiście, inni tego nie zrobili. Jakość ogniw zastosowanych w akumulatorze również odgrywa istotną rolę w tym, jak dobrze radzą sobie one z utrzymywaniem stałego napięcia dłużej niż to konieczne.

Ostatnio miałem w sklepie cztery ogniwa pryzmatyczne, przysłane przez pana, który założył, że ustawienie GEL w ładowarce jest bezpieczne. Podjął taką decyzję na podstawie specyfikacji napięcia Winstona. Założył, że skoro było to tylko 14,2V lub 3,55VPC, a więc w granicach specyfikacji, to 14,2V jest bezpieczne dla nominalnego banku 12V. Jednak, jak wspomniałem wcześniej, napięcie nie jest jedynym czynnikiem, który należy brać pod uwagę. Należy również wziąć pod uwagę napięcie, czas pracy przy docelowym napięciu i szybkość ładowania.

Ogniwa LiFePO4 są optymalnie ładowane do 100% SoC, a następnie ładowanie jest kończone, zatrzymywane lub obniżane do poziomu napięcia, które nie spowoduje długotrwałych uszkodzeń. Takie było pierwotne założenie tej chemii. Nie dzieje się tak w przypadku zbyt wielu ładowarek ołowiowo-kwasowych, więc jako właściciel musisz wybierać źródła ładowania, które można starannie zaprogramować, aby ograniczyć czas trwania stałego napięcia.

Problem z instalacją ustawiającą GEL dotyczył CZASU trwania ładowania, a nie napięcia. Napięcie 14,2 V jest całkowicie bezpiecznym napięciem ładowania LFP. Problemem był czas, jaki ogniwa spędzały przy napięciu 14,2V. Przy napięciu 14,2 V czas trwania absorpcji wynosił 4 godziny, bez możliwości zmiany długości cyklu absorpcji – timera. Oprócz 4-godzinnej absorpcji, szybkość ładowania ładowarki, która była bardzo niska w porównaniu z pojemnością banków Ah, jego ogniwa osiągały 100% SoC, zanim jeszcze napięcie osiągnęło 14,2V. Kontynuowanie ładowania po przekroczeniu 100% SoC może prowadzić do platerowania litu.

Innymi słowy, technicznie rzecz biorąc, przeładował on swój bank, zanim jeszcze osiągnął napięcie 14,2 V, ponieważ szybkość ładowania również odgrywa rolę. Gdy bank osiągnął napięcie 14,2 V, ładowarka kontynuowała ładowanie przez kolejne cztery godziny za każdym razem, gdy osiągał 100% SoC. Na dodatek jego tak zwana “inteligentna ładowarka” była w rzeczywistości dość głupia i potrafiła zresetować licznik czasu absorpcji, gdy tylko duże obciążenie spowodowało chwilowy spadek napięcia poniżej wartości wyzwalającej ponowną absorpcję. Nadal miał też aktywny obwód kompensacji temperatury, co absolutnie nie jest korzystne dla LFP.

W zaledwie 150 +/- cyklach jego ogniwa 180Ah ledwo dawały 96Ah i były nadęte jak balony. 2000 cykli? Jego drogie ogniwa Winston LFP zostały poważnie uszkodzone w mniej niż 150 cyklach przy użyciu ustawień GEL, o których tak często czytamy, że są “bezpieczne” dla LFP. Gdyby jego ładowarka przestała ładować, gdy ogniwa osiągnęły 100% SoC, byłoby to znacznie lepsze dla ogniw, 14,2V lub nawet 14,6V to bezpieczny punkt “zatrzymania ładowania”, ale zamiast tego ładowała jeszcze przez ponad 4 godziny po zapełnieniu banku. Zbyt łatwo można go było również ponownie uruchomić w kolejnym 4-godzinnym cyklu absorpcji, gdy włączyło się obciążenie domu. Biorąc pod uwagę, że łódź spędzała dużo czasu w doku, nie można określić, przez ile godzin utrzymywano napięcie 14,2 V/3,55 VPC.

Porównaj powyższy scenariusz z badaniami przeprowadzonymi na uniwersytecie z użyciem dokładnie tych samych ogniw pryzmatycznych. Ogniwa naładowano do napięcia 4,0 V, a następnie rozładowano do 0% i powtarzano tę czynność przez 950 cykli. Ogniwa przetrwały 950 pełnych, 100% cykli rozładowania i ładowania. Różnica polega na tym, że ładowanie zostało w 100% zakończone/zatrzymane po osiągnięciu napięcia 4,00VPC, a prąd rozładowania został automatycznie włączony. Oznacza to, że ogniwa znajdowały się powyżej 3,45 VPC tylko przez bardzo, bardzo krótki okres w każdym cyklu i nigdy nie były utrzymywane w sposób ciągły na poziomie 100% SoC.

Zależność między napięciem docelowym, czasem trwania przy napięciu docelowym + prądem ładowania jest punktem, w którym może dojść do uszkodzenia. Podczas konfigurowania systemu LFP nie można ignorować tych trzech czynników;

  • Docelowe napięcie ładowania
  • Czas utrzymywania/utrzymywania napięcia docelowego przez źródło ładowania
  • Szybkość ładowania

Te trzy elementy idą w parze z LIFEPO4.

Ładowanie LFP jest proste – ładuj do napięcia docelowego, a następnie zakończ ładowanie.

 

NADMIERNE ROZŁADOWANIE LIFEPO4:

 

Podobnie jak nadmierne ładowanie, nadmierne rozładowanie może spowodować odwrócenie polaryzacji i zniszczenie ogniw. Akumulator kwasowo-ołowiowy może doznać trwałej utraty pojemności, ale łatwo to przetrwa, natomiast akumulator LFP nie. Jest to kolejny powód, dla którego system LFP powinien być zaprojektowany i zainstalowany jako “system”.

 

ŁADOWANIE LIFEPO4 PONIŻEJ TEMPERATURY ZAMARZANIA:

 

Ogniw LFP naprawdę nie należy ładować w temperaturze poniżej 0C. Ponownie, jest to kolejny błąd, który może prowadzić do platerowania litu. Ogniwa LiFePo4 mogą być rozładowywane poniżej punktu zamarzania, ale nie powinny być ładowane z typową szybkością.

Istnieje pewne zamieszanie wokół ogniw LiFeYPo4 Winston lub Voltronics. Winston twierdzi, że dodatek itru pozwala na “ładowanie” ogniw w temperaturach ujemnych. Wielokrotnie prosiłem Winstona za pośrednictwem poczty elektronicznej, o dostarczenie lub podanie nazwy jakichkolwiek testów przeprowadzonych przez strony trzecie, które potwierdzają, że ładowanie ogniw LiFeYPo4 w temperaturach poniżej 0ºC jest bezpieczne. Wszystko co otrzymałem to martwa cisza. Biorąc pod uwagę przeszłość Winstona Chunga, mogę jedynie powiedzieć, że podchodzę ostrożnie do niektórych jego twierdzeń. Jeżeli planujecie ładować akumulatory w temperaturze poniżej 0ºC, proszę, odróbcie własną pracę domową na ten temat. Voltronics, który używa Winstona do produkcji swoich ogniw LiFeYPo4, sugeruje, aby nie ładować ich poniżej 0ºC.

Dopóki nie zobaczę zweryfikowanych i uzasadnionych testów przeprowadzonych przez stronę trzecią lub Uniwersytet na poziomie poniżej 0ºC, będę stał na stanowisku, że należy unikać tego zakresu temperatur podczas ładowania. Jeśli ktoś ma materiały na temat ładowania ogniw LiFeYPO4 w niskich temperaturach, którą przeoczyłem, proszę o jej udostępnienie.

 

BALANSOWANIE OGNIW LIFEPO4:

 

Utrzymywanie ogniw LPF w stanie równowagi jest bardzo ważne, ponieważ to wysokie lub niskie napięcia mogą zniszczyć ogniwa LFP. W ogniwach LFP mamy coś, co nazywamy “górnym kolanem” i “dolnym kolanem”.

Co to jest “kolano”?

Górne i dolne kolano to miejsca, w których ogniwo osiąga stan pełny/pusty i trend napięcia zmienia się gwałtownie w górę, w stylu kija hokejowego, lub opada jak kamień. Nadmierne rozładowywanie i nadmierne ładowanie niezrównoważonego pakietu jest przyczyną zniszczenia wielu ogniw LFP. W jednej chwili bank dostarcza lub odbiera ogromne ilości prądu, a w następnej ogniwo jest pod napięciem lub nad napięciem, a ogniwo ma kształt kija hokejowego lub spada z klifu, zanim zrobią to inne ogniwa.

Jeśli jedno z ogniw zostanie wytrącone z równowagi lub pakiet został zbudowany ze źle dobranych ogniw, jedno z ogniw może osiągnąć pełną moc zanim zrobią to pozostałe ogniwa i to ogniwo może zostać uszkodzone lub zniszczone. Równoważenie ogniw jest najbardziej krytyczne przy stosowaniu wysokich napięć ładowania, np. 3,60 – 3,65 VPC lub gdy nie znasz oporu wewnętrznego lub pojemności ogniw w banku zbudowanym przez majsterkowicza. Z mojego doświadczenia wynika, że przy prawidłowo dobranych ogniwach LFP, te wysokie napięcia ładowania są po prostu zbędne w przypadku korzystania z banku frakcyjnego C / domowego. Ładowanie tych ogniw do napięcia wyższego niż 14,0V, gdy są one właściwie dobrane, jest naprawdę niepotrzebne i prowadzi tylko bliżej strefy zagrożenia, szczególnie jeśli ogniwa miałyby dryfować lub zostać wytrącone z równowagi.

Dryft ogniw jest powodem, dla którego monitorowanie napięcia na poziomie pojedynczych ogniw jest niezbędne w dobrym projekcie pakietu. Samo napięcie pakietu nie mówi nic o przedwczesnym wyłączeniu się pojedynczego ogniwa, a jedynie o ogólnym napięciu pakietu. Dobry system BMS (system zarządzania akumulatorem) odetnie ładowanie na długo przed uszkodzeniem pojedynczego ogniwa.

Monitorowanie napięcia na poziomie pakietu może być mylące:
14,6V = 3,65V + 3,65V + 3,65V + 3,65V

Ale

14,6 V = 4,2 V + 3,6 V + 3,45 V + 3,35 V

 

ŁADOWANIE FLOATING:

 

Float Charging – stałe napięcie ładowania stosowane do akumulatora, które jest wyższe niż jego naturalne napięcie spoczynkowe 100% SoC.

Akumulatory LFP nie są akumulatorami kwasowo-ołowiowymi i nie zostały zaprojektowane ani przeznaczone do “ładowania floating”, w typowym dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych znaczeniu (definicja powyżej). Niewiele jest danych na temat ładowania ogniw LFP metodą floating. W CMI przeprowadziliśmy dwa lata testów ogniw LFP w trybie gotowości (patrz poniżej) i niestety zebrane dane są rozbieżne. Mamy kilka markowych, cylindrycznych ogniw LFP 18650, które nie wykazały żadnych zmian pojemności po utrzymywaniu napięcia 3,400V (13,6V dla banku o nominalnym napięciu 12V) 24/7, nieprzerwanie przez sześć miesięcy, ale mamy również przypadki utraty pojemności przy tym samym napięciu na podróbkach i cylindrycznych ogniwach LFP no-name przekraczające 16%. Mamy również 11% spadek pojemności na niektórych ogniwach pryzmatycznych CALB SE po pozostawieniu ich przy 100% SOC i odstawieniu na 12 miesięcy. Innymi słowy, dane są w najlepszym wypadku mylące, a nasze testy żywotności w warunkach floating nadal trwają.

 

Brak definicji “floating” LFP?

 

Niestety, nie istnieje prawdziwa definicja ustawienia napięcia, które nie utrzymuje akumulatora LFP przy napięciu powyżej naturalnego punktu 100% SoC, tak jak ma to miejsce w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. W rzeczywistości istnieją dwa rodzaje napięć niezbędnych dla LFP;

Napięcie magazynowania – ustawienie napięcia, zwykle zaprogramowane przy użyciu ustawienia napięcia pływającego w prostowniku ołowiowo-kwasowym, które powoduje rozładowanie akumulatora do około 50% SoC (lub średniego SoC) i utrzymanie go w tym stanie. Idealnie byłoby stosować napięcie przechowywania zawsze wtedy, gdy akumulatory nie będą używane przez okres dłuższy niż kilka tygodni lub dłużej.

Napięcie gotowości – ustawienie napięcia, zwykle programowane przy użyciu ustawień napięcia pływającego w ładowarce kwasowo-ołowiowej. Napięcie to powinno być takie, które powoduje rozładowanie akumulatora do poziomu nieco poniżej punktu pełnego naładowania lub 90% SoC do 98% SoC i utrzymanie go w tym stanie.

Jak widać, “float” może być skomplikowany w przypadku akumulatorów LFP. Akumulatory LFP idealnie potrzebują dwóch różnych typów napięć: magazynowania i gotowości, ale nie “float”, w sensie kwasu ołowiowego, gdzie celowo utrzymujemy akumulator powyżej punktu 100% SoC.

Spójrz na tablety, telefony komórkowe, urządzenia iDevice itp. i wszystkie one kończą ładowanie, gdy bateria jest pełna. Wszystkie one kończą ładowanie, gdy bateria jest pełna. Odcinają ładowanie, gdy napięcie na zaciskach baterii spadnie do zadanego poziomu, ale nie utrzymują wysokiego napięcia na pełnej baterii.

Floating LFP to z pewnością złożony temat z niewielką ilością danych. Najważniejsze jest to, aby w miarę możliwości unikać ładowania floating baterii LFP, ale można zastosować ustawienie napięcia w trybie gotowości lub przechowywania. W przypadku typowego napięcia spoczynkowego najlepiej byłoby, gdyby wynosiło ono poniżej 13,6 V lub 3,400 VPC. Niektórzy twierdzą, że stałe napięcie w trybie gotowości 3,35 VPC lub niższe (13,4 V dla banku o nominalnym napięciu 12 V) nie jest szkodliwe w dłuższej perspektywie, ale może być, więc należy rozważyć napięcie przechowywania jako opcję długoterminową.

Należy pamiętać, że napięcie poniżej punktu 100% SoC akumulatora LFP nie jest uważane za napięcie “floating”. Jeśli używasz napięcia gotowości, powiedzmy 3,35 V na ogniwo, prąd w akumulatorze będzie wynosił 0 A i będzie nieco poniżej punktu 100% SoC.

Niestety nie dysponujemy wystarczającą ilością danych dotyczących wszystkich ogniw, aby potwierdzić jakiekolwiek straty pojemności wynikające z zastosowania napięcia spoczynkowego utrzymywanego na poziomie 100% SoC lub w jego pobliżu. Istnieje bardzo mało badań i literatury na temat utrzymywania LiFePo4 w 100% lub blisko 100% SoC. Jeśli napięcie gotowości jest wystarczająco wysokie, utrzymuje Cię w górnym zakresie SoC przez długi okres czasu, a te akumulatory, według każdego znanego nam producenta ogniw LFP, wolą, gdy nie są używane, mieć SoC w średnim zakresie. Tu właśnie pojawia się kwestia napięcia przechowywania. Ogniwa te zostały pierwotnie zaprojektowane do aktywnej pracy cyklicznej.

 

(źródło: https://marinehowto.com/)

Konfiguracja ogniw Lifepo4

Co oznacza 4S?

4S oznacza po prostu cztery ogniwa 3,2V połączone szeregowo w celu uzyskania nominalnego pakietu 12V.

W rzeczywistości taki pakiet/bank jest bliższy pakietowi 13,3V, ponieważ napięcie spoczynkowe i nominalne napięcie tych ogniw wynosi około 13,2V – 13,35V.

Jeśli chcesz zastosować konfigurację inną niż 4S, ogniwa są zazwyczaj łączone najpierw równolegle, a następnie szeregowo. Łączenie równoległe jest stosowane po to, aby monitorować napięcie tylko 4 ogniw dla pakietu o nominalnym napięciu 12V. Ogniwa połączone równolegle pozostają naturalnie zbalansowane, co oznacza, że często można zastosować tańszy system BMS. W przypadku wyboru trybu szeregowego wymagany jest większy monitoring na poziomie ogniw. Najczęściej spotykany system nazewnictwa dla akumulatorów o napięciu nominalnym 12V jest następujący;

4S = cztery ogniwa szeregowe

2P4S = dwa ogniwa równoległe – cztery ogniwa szeregowe

3P4S = Trzy ogniwa równoległe – cztery ogniwa szeregowe

4P4S = Cztery ogniwa równoległe -cztery ogniwa szeregowe

i tak dalej

Istnieje wiele sposobów konfiguracji ogniw LiFePO4 w układzie szeregowym lub równoległym/szeregowym. Jeśli to możliwe, preferuję prostą konfigurację 4S, jeśli taki rozmiar ogniw jest odpowiedni dla pożądanej pojemności Ah. 4S wymaga mniejszej liczby połączeń i mniej pracy przy równoważeniu ogniw. Niektórzy twierdzą, że jeśli ogniwo w banku 2P4S jest zepsute, można je przerobić i użyć pozostałych ogniw. Choć wszystko jest możliwe, osobiście wolę prostotę banku rezerwowego lub startowo-rezerwowego niż całkowitą rekonfigurację LFP.

Jak nie zepsuć Akumulatora Lifepo4

Na poniższym filmie nagrałem zasady obsługi baterii z tą chemią

Jak z ich długowiecznością?

Na poniższym filmie pokazuję, że nawet po 3 latach używania akumlatora w kamperze ma nadal pojemność taką, jak na początku.

Jak złożyć baterię Lifepo4 samodzielnie z chińskich ogniw z Aliexpress

Wyjaśniam to w poniższym filmie:

Gotowa do użycia bateria Lifepo4 150Ah

Akumulator Lifepo4 gotowy

Gotowa do użycia bateria Lifepo4 200Ah z Chin (tania, ale długi czas doręcznia)

Lifepo4 Litokaala 200ah z Chin

Ogniwa Lifepo4 280Ah do złożenia

Ogniwa Lifepo4 120Ah do złożenia

ogniwa baterii Litowo-fosforanowo-żelaznej o pojemności 120Ah

BMS do samodzielnego złożenia baterii Lifepo4

System zarządzania baterią Lifepo4 - BMS Daly