LiFePO4 & ιόντων λιθίου

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Ατομο LiFePO4 τα κύτταρα έχουν ονομαστική τάση περίπου 3,2V ή 3,3V. Χρησιμοποιούμε πολλαπλά κελιά σε σειρά (συνήθως 4) για να δημιουργήσουμε μια μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου.

• Χρησιμοποιώντας τέσσερις κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου σε σειρά, μας δίνει περίπου ~ 12,8-14,2 βολτ πακέτο όταν είναι γεμάτο. Αυτό είναι το πιο κοντινό πράγμα που θα βρούμε σε μια παραδοσιακή μπαταρία μολύβδου-οξέος ή AGM.
• Τα κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν μεγαλύτερη κυτταρική πυκνότητα από το οξύ μολύβδου, σε κλάσμα του βάρους.
• Τα κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν μικρότερη πυκνότητα κυττάρου από το ιόν λιθίου. Αυτό τους καθιστά λιγότερο πτητικούς, ασφαλέστερους στη χρήση, προσφέρει σχεδόν μια αντικατάσταση ενός προς ένα για πακέτα AGM.
• Για να φτάσουμε στην ίδια πυκνότητα με τα κύτταρα ιόντων λιθίου, πρέπει να στοιβάζουμε παράλληλα τα κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου για να αυξήσουμε την χωρητικότητά τους. Έτσι, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου με την ίδια χωρητικότητα μιας κυψέλης ιόντων λιθίου, θα είναι μεγαλύτερες, καθώς απαιτεί περισσότερα κύτταρα παράλληλα για να επιτευχθεί η ίδια χωρητικότητα.
• Τα κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, όπου τα κύτταρα ιόντων λιθίου δεν πρέπει ποτέ να χρησιμοποιούνται πάνω από +60 Κελσίου.
• Η τυπική εκτιμώμενη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι 1500-2000 κύκλοι φόρτισης για έως και 10 χρόνια.
• Συνήθως, ένα πακέτο φωσφορικού σιδήρου λιθίου διατηρεί τη φόρτιση του για 350 ημέρες.
• Τα κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν τέσσερις φορές (4x) χωρητικότητα μπαταριών μολύβδου οξέος.

Ιόντων λιθίου

Ατομο Ιόντων λιθίου τα κύτταρα έχουν συνήθως ονομαστική τάση 3,6V ή 3,7 volt. Χρησιμοποιούμε πολλαπλά κελιά σε σειρά (συνήθως 3) για να δημιουργήσουμε μια μπαταρία ιόντων λιθίου ~ 12 volt.

• Για να χρησιμοποιήσουμε κυψέλες ιόντων λιθίου για μια τράπεζα ισχύος 12v, τα τοποθετούμε 3 σε σειρά για να πάρουμε ένα πακέτο 12,6 volt. Αυτό είναι το πιο κοντινό που μπορούμε να φτάσουμε στην ονομαστική τάση μιας σφραγισμένης μπαταρίας μολύβδου οξέος, χρησιμοποιώντας κύτταρα ιόντων λιθίου
• Τα κύτταρα ιόντων λιθίου έχουν υψηλότερη πυκνότητα κυττάρου από το φωσφορικό σίδηρο λιθίου για το οποίο μιλήσαμε παραπάνω. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιούμε λιγότερα από αυτά για την επιθυμητή χωρητικότητα. Η υψηλότερη πυκνότητα κυττάρων έρχεται στο ακριβότερο της μεγαλύτερης πτητικότητας.
• Όπως και με το φωσφορικό σίδηρο λιθίου, μπορούμε επίσης να στοιβάζουμε παράλληλα κύτταρα ιόντων λιθίου για να αυξήσουμε την χωρητικότητα των πακέτων μας.
• Η τυπική εκτιμώμενη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι δύο έως τρία χρόνια ή 300 έως 500 κύκλοι φόρτισης.
• Συνήθως ένα πακέτο λιθίου-ιόντων θα διατηρήσει τη φόρτιση του για 300 ημέρες.

Τάσεις συσκευασίας

Θα προσθέσω αυτήν την ενότητα με βάση τα σχόλια ενός από τους οπαδούς μας στο Facebook.
Ο λόγος που χρησιμοποιούμε 3 κελιά σε σειρά για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η τάση. Ένα πακέτο ιόντων λιθίου 4S έχει πολύ υψηλή τάση (~ 16,8v) όταν είναι γεμάτο. Αντίθετα, υπάρχουν μερικά ραδιόφωνα που απαιτούν περισσότερη τάση από ό, τι η χαμηλή πλευρά ενός πακέτου ιόντων λιθίου 3s μπορεί να παρέχει στο τέλος της καμπύλης τάσης. Εάν εξακολουθούμε να θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε ένα πακέτο ιόντων λιθίου 4S, πρέπει να ενσωματώσουμε έναν ρυθμιστή DC DC, για να διαχειριστούμε την έξοδο τάσης. Ή, όπως αναφέρθηκα στη δεύτερη παράγραφο, μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε κύτταρα φωσφορικού σιδήρου λιθίου, τα οποία έχουν φορτιστεί πλήρως 14,2-14,4v. Αυτό είναι πολύ καλό για τα περισσότερα ραδιόφωνα, αλλά διαβάστε τις απαιτήσεις τάσης για το ραδιόφωνο σας.

Φόρτιση

Η φόρτιση φωσφορικού σιδήρου λιθίου + κυττάρων ιόντων λιθίου είναι πολύ παρόμοια. Και οι δύο χρησιμοποιούν σταθερή τάση και στη συνέχεια σταθερή τάση για φόρτιση. Εάν μιλάμε για ένα από τα πακέτα μπαταριών DIY από το κανάλι, η φόρτιση με ηλιακό ή επιτραπέζιο υπολογιστή γίνεται συνήθως από δύο κομμάτια εργαλείων.

• Πρώτα έχουμε την τάση και την τρέχουσα πηγή. Αυτό μπορεί να είναι ένα ρυθμιζόμενο buck, ή ένα ηλιακό πάνελ για παράδειγμα.
• Στη συνέχεια έχουμε τον ελεγκτή φόρτισης. Αυτό ρυθμίζει την τάση και το ρεύμα που βγαίνει από την πηγή τάσης / ρεύματος, τροφοδοτώντας το BMS.
• Τέλος, το BMS στέλνει τη ρυθμιζόμενη τάση στη συσκευασία. Εξαερίζει επίσης τάση από κύτταρα που έχουν υψηλότερη τάση από τα άλλα. Αυτό δίνει στους άλλους την ευκαιρία να καλύψουν τη διαφορά. Παρά τα όσα λέει η Bioenno, μην συνδέετε ποτέ απευθείας μια μη ρυθμιζόμενη πηγή στην μπαταρία σας (BMS ή όχι!).

Κρύος καιρός

Όπως συμβαίνει με όλες τις μπαταρίες, το κρύο επηρεάζει την ικανότητα φόρτισης κυττάρων ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Επομένως, πρέπει να κάνουμε κάτι για να διασφαλίσουμε ότι η μπαταρία δεν πέφτει κάτω από το πάγωμα. Η φόρτιση της μπαταρίας είναι ένας από τους λόγους που χρησιμοποιώ καταφύγιο κατά τη διάρκεια κρύου καιρού. Είναι σχετικά εύκολο να διατηρήσετε τη θερμοκρασία μέσα στο καταφύγιο πάνω από το πάγωμα, ενώ η ηλιακή σας ενέργεια ή η γεννήτρια σας παραμένει έξω από τη σκηνή. Ένα τέχνασμα που χρησιμοποιείται για να διατηρήσει αυτά τα κελιά πάνω από την κατάψυξη, είναι η διατήρηση αυτών και του ραδιοεξοπλισμού, μέσα σε ένα περίβλημα. Όλα τα ραδιόφωνα προκαλούν θερμότητα, περιορίζοντας έτσι (σε κάποιο βαθμό) τον εξαερισμό, η θερμότητα από το ραδιόφωνο θα θερμαίνει σημαντικά τον χώρο γύρω από την μπαταρία. Ένα άλλο κόλπο είναι η χρήση χημικών θερμαντήρων χειρός κοντά ή μέσα στο χώρο της μπαταρίας. Το θέμα είναι να χρησιμοποιήσουμε την κοινή λογική. Εφόσον γνωρίζουμε ότι δεν πρέπει να φορτίζουμε μπαταρίες κάτω από το πάγωμα, μια απλή αλλαγή των πρακτικών λειτουργίας μπορεί εύκολα να το διορθώσει.

Εξισορρόπηση

Εάν δημιουργείτε ένα πακέτο με περισσότερα από ένα κελιά σε σειρά, θα πρέπει να εξισορροπήσετε τα κελιά της συσκευασίας ή του φορτιστή.
Είναι σημαντικό να επισημάνετε μόνο και μόνο επειδή κάποιος μπορεί να δημιουργήσει ένα βίντεο ή ιστολόγιο YouTube που να σας δείχνει πώς να φτιάξετε ένα πακέτο, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι ξέρει ακριβώς τι κάνουν.
Η ουσία, είτε πρέπει να ισορροπήσετε με μη αυτόματο τρόπο τα κελιά σας, είτε να ισορροπήσετε ενεργά τα κελιά σας. εάν δημιουργείτε ένα από τα έργα της μπαταρίας μου, ΚΑΙ θα χρησιμοποιήσετε αυτό το πακέτο ενώ ταυτόχρονα φορτίζετε και αποφορτίζετε, η ενεργή εξισορρόπηση είναι ο τρόπος να πάτε. Από την άλλη πλευρά, εάν χρησιμοποιείτε αυτό το πακέτο για εκφόρτιση μόνο, βγάζοντάς το στο πεδίο για εκφόρτιση και, στη συνέχεια, φορτίστε μόλις επιστρέψετε στο σπίτι, τεχνικά δεν χρειάζεστε εξισορρόπηση κατά την εκφόρτωση της συσκευασίας. Εάν πρόκειται να φορτίσετε τα κελιά ως πλήρες πακέτο 4s ή 3s, θα χρειαστείτε μια χρέωση υπολοίπου ή να τα φορτίσετε ξεχωριστά. Φυσικά αν χρησιμοποιείτε 18650 μπαταρίες και ο φορτιστής σας μπορεί να φορτίζει περισσότερες από μία κυψέλες κάθε φορά, είστε όλοι καλοί!

Επιλέγοντας ένα BMS

Η ακόλουθη παράγραφος αναφέρεται μόνο σε εσάς που θέλετε να δημιουργήσετε μια πλήρη μπαταρία. Τώρα που έχετε διαβάσει τις παραπάνω παραγράφους, καταλαβαίνετε ότι οι τάσεις μεταξύ ιόντων λιθίου και φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι μοναδικές. Αυτό σημαίνει επίσης ότι το BMS που χρησιμοποιείτε για τις μπαταρίες σας είναι ειδικά για ιόντα λιθίου ή φωσφορικό σίδηρο λιθίου. Μπορείτε να βρείτε μια ποικιλία από διαφορετικούς πίνακες εξισορρόπησης στα έργα του καναλιού. Επιλέγουμε πίνακες ζυγοστάθμισης με βάση τις δυνατότητες που απαιτούνται από αυτούς. Πριν επιλέξουμε έναν πίνακα πρέπει να γνωρίζουμε:

• Πόσους ενισχυτές θέλουμε να τραβήξουμε μέσω του πίνακα
• Πόσα κελιά είναι σε σειρά
• Είτε θα χρησιμοποιηθούν κύτταρα ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου
• Το διοικητικό συμβούλιο προσφέρει κυτταρική εξισορρόπηση (αν χρησιμοποιείτε BMS πάντα να το παίρνετε με κυτταρική εξισορρόπηση)

Όταν έχετε αυτούς τους αριθμούς, μπορείτε να τους χρησιμοποιήσετε για να επιλέξετε το σωστό BMS από τον προμηθευτή σας. Δεν πρέπει καν να κοιτάζετε την τιμή μέχρι να καταλάβετε τις απαιτήσεις σας. Θα πρέπει επίσης να προσέχετε τους πωλητές eBay και Alibaba. Συχνά επισημαίνουν λανθασμένα BMS πίνακες με πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες από ό, τι πραγματικά παρέχουν. Χρησιμοποιήστε λοιπόν την κοινή σας λογική. Αν ξέρω ότι θα βγάλω 15 αμπέρ από ένα BMS, συνήθως αγοράζω ένα από το eBay το οποίο έχει βαθμολογία 30 αμπέρ.
Γιατί αλλού να θέλετε να ενσωματώσετε ένα BMS στο έργο σας; Ένα καλό BMS προσφέρει επίσης αυτά τα χαρακτηριστικά:

• Προστασία από υπερβολική τάση
• Προστασία υπό τάση
• Προστασία βραχυκυκλώματος
• Εξισορρόπηση

Όταν οι άνθρωποι σας λένε να μην χρησιμοποιήσετε BMS ή δεν απαιτείται εξισορρόπηση, το κάνουν χωρίς να κατανοήσουν την πρόσθετη προστασία που παρέχει το BMS. Τροφή για σκέψη!

Γράφημα εκφόρτισης λιθίου έναντι SLA

Μερικές φορές, ανεξάρτητα από το πόσο σκληρά προσπαθώ, οι χειριστές εξακολουθούν να διατηρούν την ψευδαίσθηση ότι μια σφραγισμένη μπαταρία μολύβδου οξέος της ίδιας χωρητικότητας δεν είναι διαφορετική ή ακόμη καλύτερη από μια συσκευασία ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Αυτό βασίζεται συνήθως στην τιμή. Αυτό είναι απολύτως ανοησία!
Εδώ είναι μερικά γεγονότα.

• Ο νούμερο ένα λόγος για τη μη χρήση μπαταρίας μολύβδου οξέος είναι το βάρος. Οι συσκευασίες λιθίου και σιδήρου λιθίου είναι ένα κλάσμα του βάρους ενώ προσφέρουν μεγαλύτερη πυκνότητα κυττάρων. Αυτό μεταφράζεται σε μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας ή στην ικανότητα τροφοδοσίας της ταχύτητάς μας για πολύ περισσότερο χρόνο στο πεδίο, χωρίς αύξηση του μεγέθους / βάρους.
• Οι μικρές σφραγισμένες μπαταρίες μολύβδου οξέος έχουν υπερβολική πτώση τάσης κάτω από βαρύ φορτίο. Δεν σχεδιάστηκαν ποτέ για εφαρμογές υψηλής έντασης. Στην πραγματικότητα, οι μικρές σφραγισμένες μπαταρίες μολύβδου οξέος σχεδιάστηκαν για να έχουν μικρό φορτίο σε αυτές για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εφαρμόζοντας τα τυπικά 15 έως 20 αμπέρ από ένα σύγχρονο ραδιόφωνο 100 watt, αντιμετωπίζουμε σημαντική πτώση τάσης. Μια σωστά κατασκευασμένη συσκευασία ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου δεν δείχνει την ίδια πτώση τάσης με μια μπαταρία μολύβδου οξέος. Στην πραγματικότητα υπό φορτίο, η τάση είναι σχετικά επίπεδη κατά την εκφόρτωση πακέτων ιόντων λιθίου και φωσφορικού σιδήρου λιθίου.
• Μία από τις Ψευδαισθήσεις σχετικά με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου, είναι «είναι δύσκολο να φορτιστούν». Στην πραγματικότητα, οι συσκευασίες ιόντων λιθίου και φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι πιο εύκολο να φορτιστούν από μια σφραγισμένη μπαταρία μολύβδου οξέος, εάν ανοίξουμε το μυαλό μας. Το μόνο που πρέπει να γνωρίζουμε είναι πόσα κελιά έχουμε στη σειρά και η τάση των μεμονωμένων κυττάρων στη συσκευασία. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε αυτόν τον αριθμό για να εφαρμόσετε σταθερό ρεύμα σταθερής τάσης στη συσκευασία. Αυτό είναι βασικό μαθηματικό! Δεν υπάρχει τάση επίπλευσης ή στάδια κατά τη φόρτιση πακέτων φωσφορικών λιθίου ή σιδήρου λιθίου. Μόνο σταθερή τάση σταθερού ρεύματος. Όταν η μπαταρία φτάσει στην κορυφή της καμπύλης τάσης, είναι γεμάτη. Χωρίς πλωτή, ή απορρόφηση, .. είναι γεμάτο μόλις φτάσει στην κορυφή της καμπύλης τάσης.

Υπάρχει λοιπόν μεγάλη παραπληροφόρηση στο Διαδίκτυο. Υπάρχουν ακόμη περισσότερα στο YouTube, με γνώμονα τους YouTubers που είτε δεν γνωρίζουν είτε δεν έχουν κάνει την έρευνα. Δεν τους χτυπάμε, αλλά είναι σημαντικό για εμάς να κάνουμε τη δική μας έρευνα. Θα συμφωνούσα ότι στην επιφάνεια φαίνεται ότι μια μπαταρία μολύβδου οξέος θα ήταν φθηνότερη στην αγορά, από το ιόν λιθίου ή τη συσκευασία φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Υπάρχουν τόσα πολλά άλλα πράγματα που πρέπει να δούμε πέρα από την τιμή, τα οποία μας δίνουν την πραγματική απάντηση σε αυτήν την ερώτηση. Δεν σκέφτομαι καν να χρησιμοποιώ μπαταρίες μολύβδου οξέος σε κανένα από τα έργα μου πια. Έτσι αφήνει ιόντα λιθίου και φωσφορικό σίδηρο λιθίου. Ποιο θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε σε ένα έργο; Λοιπόν εδώ είναι πώς επιλέγω.

• Αν προσπαθώ να πάω πολύ ελαφριά, με τα πόδια, το ιόν λιθίου είναι ίσως ο καλύτερος τρόπος να πάει. Μεγαλύτερη πυκνότητα κυττάρων δίνει μεγαλύτερο χρόνο εκτέλεσης στη μικρότερη συσκευασία από το φωσφορικό σίδηρο λιθίου,
• Αν ψάχνω για κάτι εύκολο να δουλέψω, μεγαλύτερη ποσότητα watt σε σχέση με το 3S Li-Ion, όπου παραδοσιακά χρησιμοποιούσα μπαταρία SLA, το LiFePO4 είναι η καλύτερη επιλογή.
• Αν ψάχνω για καλύτερη επένδυση για μπαταρίες αποθήκευσης σε μια ηλιακή γεννήτρια εκτός δικτύου, 1500-2000 κύκλοι, μηδενική συντήρηση και 10 ή περισσότερα χρόνια ακούγεται αρκετά εκπληκτικό.

Όπως και οτιδήποτε στον κόσμο, τα αποτελέσματα των έργων μας βασίζονται στην έρευνα που κάνουμε. Συχνά δέχομαι κριτική για το ότι δεν δημοσιεύω τόσα πολλά βίντεο, αλλά όταν κάνετε την έρευνα και το παρασκήνιο, είναι αδύνατο να πετάτε καθημερινά κανένα παλιό βίντεο. Το ίδιο κάνουν και οι ερευνητές. Στο τέλος θα είναι πολύ ικανοποιητικό.

Ταξιδεύοντας με μπαταρίες λιθίου

Οι κανόνες αλλάζουν από τη μία δικαιοδοσία στην άλλη τόσο εύκολα όσο η μέρα γίνεται νύχτα. Προς το παρόν φαίνεται ότι οι βαρύτεροι περιορισμοί στις μπαταρίες λιθίου βρέθηκαν να πετούν προς ή από τη Βόρεια Αμερική. Σύμφωνα με τους ιστότοπους FAA και TSA, ενδέχεται να επιτρέπονται μπαταρίες λιθίου με πάνω από 100 watt ώρες σε αποσκευές με έγκριση από την αεροπορική εταιρεία, αλλά περιορίζονται σε δύο εφεδρικές μπαταρίες ανά επιβάτη. Απαγορεύονται οι χαλαρές μπαταρίες λιθίου σε ελεγμένες σακούλες. Ούτε το FAA ή το TSA δεν κάνουν καμία διαφορά μεταξύ ιόντων λιθίου ή φωσφορικού σιδήρου λιθίου.