Литий феррум фосфатный аккумулятор рабочее напряжение

Преимущества и характеристики литий железо фосфатного аккумулятора

Чтобы электронное оборудование работало без нареканий и как можно дольше, производители изобретают новые источники питания. Отдельное место занимают литий ферум фосфатные аккумуляторы. Такие АКБ безопаснее, малотоксичнее, долговечнее. К тому же, у них большая электроемкость, нежели чем у «коллег».

Что такое LiFePo4

Литий железо фосфатный аккумулятор – высокопроизводительное и надежное устройство. Отодвигает на второй план не только никелевые, но и литий-ионные батареи. Аккумуляторы на основе феррофосфатной начинки используются в промышленности, в последних моделях смартфонов и электровелосипедах.

В основе – модернизированная схема литиевых источников питания. Железофосфатные аккумуляторы используют в своем химическом составе феррум-фосфат лития взамен литий-кобальта. Японская корпорация А123 первая исследовала бустер, а Qualcomm и Motorola распознали преимущества нового продукта и способствовали его распространению на рынке.

Как создается LiFePo4

Вещества для изготовления литий феррофосфатных аккумуляторов поступают на производство в качестве порошка, цвета серого металлика. Технический процесс изготовления катодов и анодов идентичен, но в целях чистоты производственной схемы вынесен в разные цеха.

Создание железофосфатной батареи занимает несколько ступеней:

  1. Изготовление контактов. В процессе совокупность химических элементов покрывается металлической пленкой из меди или алюминия, в зависимости от предназначения. Металл покрывается тонким слоем токопроводящей суспензии. Сформированные катоды и аноды нарезаются на полосы, которые при сворачивании становятся ячейками.
  2. Компоновка. Готовые катоды и аноды размещают по бокам отсеивателя и фиксируются на нем. Конструкцию размещают в емкости из пластика, залитой электролитом и герметично закрывают.
  3. Проверка на заряд-разряд. Батарею заряжают, поэтапно наращивая напряжение подаваемого тока, во избежание детонации и самовоспламенения. Разряжают изделие подключив к прибору с большой энергопотребностью.
  4. Проверка внутреннего сопротивления и напряжения. Производится при помощи уравнения Нернста.
  5. Продукция, не получившая нареканий в Отделе Технического Контроля завода, отгружается покупателю.

Принципы устройства АКБ

В составе литий железофосфатных аккумуляторов присутствуют контакты вокруг сепаратора, подключенные к токосъемникам, окруженным электролитом и упакованный в герметичный контейнер. Контроллер, подключенный к емкости, отвечает за регулировку токоподачи в процессе восполнения энергии аккумуляторной батарейки.

Работа железо фосфатных АКБ основывается на гидроксиде калия литиевого железного фосфата. Заряд батареи несет ион лития с положительным зарядом. Ввиду специфических свойств он встраивается в атомарную решетку материала, создавая новую химическую связь.

Технические характеристики LFP

Свойства ячейки будут стабильно идентичны, вне зависимости от производства:

  • напряжение в пике – 3.65В;
  • среднее напряжение – 3.3В;
  • минимум – 2В;
  • рабочее напряжение – от 3 до 3.3 вольт;
  • удельная плотность: 320-498Дж/г;
  • объемная плотность: 790кДж/дм3;
  • заряд-разряд циклов для потери емкости: 7000;
  • Срок хранения без потери емкости: 15 лет;
  • Рабочий диапазон температуры: -30°C/+55°C

Ферум фосфатный элемент питания выпускается с различной емкостью: от 12в – для питания пульта управления «умным домом» или шуруповертом, до 72v – для питания лодочных электромоторов.

Изготавливаются они посредством поочередного соединения отсеков в связи с тем, что пиковые напряжения одной секции не будут более 3,65В. По этой причине, элементы с одинаковой емкостью количества ампер и напряжением, будут отличаться габаритами относительно применения в электромобиле или для бесперебойного питания системы оповещения.

Плюсы и минусы

LiFePO4 емкости – вершина творения инженеров в технологии строения аккумуляторов. По многим параметрам они превосходят многих своих конкурентов. Взяв от предшественников, использующих никель в составе, способность к стабильному напряжению при разрядке, он превзошел литий-ионные в долговечности, лишь немного уступив полимерным АКБ в энергоемкости.

  • полностью лишен «эффекта запоминания»;
  • долгий срок службы при правильной эксплуатации;
  • высокая удельная емкость;
  • диапазон рабочих температур;
  • не обслуживаемые;
  • возможна быстрая зарядка емкости до 100 % за 30 минут;
  • высокоэффективны;
  • экологически чистые.
  • габариты и масса внушительны;
  • обязательно следовать методике эксплуатации для сохранения свойств;
  • сложность при самостоятельной сборке.

Самым существенным недостатком является цена: по отзывам владельцев, аккумулятор на автомобиль может стоять на витрине с ценником в 26800 руб. Купить аналог из Китая не имеет большого смысла: на алиэкспресс стоимость стартует с 700 долларов.

Эксплуатация

Особенности использования

При покупке готовых изделий, трудностей с использованием возникнуть не должно.

Встроенный регулятор напряжения отслеживает емкостность и предупреждает как перезаряд, так и критический разряд.

Как только заряд упадет ниже минимального значения, начнет страдать емкость самой батареи, которую уже не получится восполнить до прежних значений. Если допустить чрезмерный заряд – батарейка может вздуться.

Правила использования

При использовании LFP в качестве источника бесперебойного питания или в тандеме с солнечной батареей, стоит понизить заряд до 3.4В. Помочь в подобном деле смогут ЗУ с встроенным датчиком регулировки заряда.

Необходимо отслеживать балансировку составляющих элементов АКБ во избежание разности напряжения в ячейках. Подобная асинхронность сильно уменьшает срок службы аккумулятора.

Перед началом использования

Перед началом использования LiFePO4, собранных посредством последовательного соединения ячеек, обязательно нужно балансировать систему для исключения разности заряда. Все составляющие требуется параллельно подключить к выпрямителю напряжения и зарядить до 3.6В.

Коэффициент полезности у LiFePO4-аккумуляторов на 30% больше, чем у батарей другого химического состава. Выдают стабильный ток и срок службы при грамотной эксплуатации даст фору другим источникам. Единственным фактором, мешающим его повсеместному использованию, становится цена, которая в несколько раз выше привычной.

Источник

Литий-железофосфатные АКБ EEMB – достаточно в два раза меньшей емкости

Максимальное в отрасли количество циклов заряда-разряда, в два раза меньшая емкость для достижения тех же электрических характеристик по сравнению со свинцово-кислотными, быстрый заряд большими токами и стабильное напряжение разряда, возможность автоматического контроля параметров – вот преимущества литий-железофосфатных аккумуляторов. Широкая линейка этих изделий, выпускаемых компанией EEMB, применяется в системах электропитания базовых станций сотовой связи и автоматических метеостанций, солнечных энергосистемах, системах аварийного энергоснабжения, питания промышленных электроприводов и электротранспорта.

В последние годы вопрос по усовершенствованию мобильных источников энергии как никогда актуален. Еще 10-15 лет назад он не стоял столь остро. Но лучшее – враг хорошего, и с повышением мобильности городского жителя, т.е. с переходом от стационарного компьютера к ноутбуку, от простого мобильного телефона к смартфону, запросы к мобильным источникам энергии резко возросли.

Читайте также:  Линейное напряжение обозначение буквой

С миниатюризацией бытовой электроники ее разработчики должны выдерживать общее направление, уменьшая размеры источников питания и при этом увеличивая их емкость. Однако возникает вопрос об изменении не только емкости батарей, но и скорости их перезарядки и долговечности. Ведь если батарея будет восстанавливать заряд почти мгновенно, то уже не так критически важно, сколько часов без подзарядки может работать устройство.

Емкость аккумулятора, а также его способность к многократной перезарядке также важна для:

  • автономных устройств, ориентированных на длительную работу без обслуживания – метеостанций, гидропостов, почвенных станций;
  • систем альтернативной энергетики – солнечных и ветрогенераторов;
  • электротранспорта – гибридных автомобилей, погрузчиков, электрокаров.

Практически во всех перечисленных случаях аккумуляторы эксплуатируются в условиях, далеких от идеальных: при низких температурах, неоптимальных или неполных циклах заряда, высокой вероятности глубокого разряда.

Среди современных аккумуляторов особое место занимают литиевые. Литий обладает огромным ресурсом хранения энергии, поэтому использование литий-ионных аккумуляторов в роли накопителей энергии для солнечных электростанций и других источниках ВИЭ является наиболее выгодным, по сравнению с кислотно-свинцовыми аккумуляторами или другими типами АКБ. Особое место среди аккумуляторов на основе ионов лития занимают литий-железофосфатные аккумуляторы (LiFePO4).

Впервые LiFePO4 в качестве катода для литий-ионного аккумулятора был применен в 1996 году профессором Джоном Гуденафом из Техасского Университета. Данный материал заинтересовал исследователя тем, что в сравнении с традиционным LiCoO2 он обладает значительно меньшей стоимостью, является менее токсичным и более термоустойчивым. Но недостаток его – меньшая емкость. И только в 2003 году компания A123 System под руководством профессора Цзян Йе-Мина занялась исследованием литий-железофосфатных аккумуляторов (LiFePO4).

Основные свойства литий-железофосфатных аккумуляторов

Литий-железофосфатные аккумуляторы (LiFePO4) являются подвидом литий-ионных батарей, в котором в качестве катода используется фосфат железа. Их без преувеличения можно назвать вершиной технологии силовых аккумуляторов. Данный тип аккумуляторов по некоторым параметрам, в частности, по количеству циклов зарядки-разрядки, превосходит все прочие.

В отличие от других литий-ионных, аккумуляторы LiFePO4, как и никелевые, имеют очень стабильное напряжение разряда. Напряжение на выходе во время разряда остается близко к 3,2 В, пока заряд аккумулятора не будет исчерпан полностью. Это может значительно упростить или даже устранить необходимость регулирования напряжения в цепях.

В связи с постоянным напряжением 3,2 В на выходе четыре аккумулятора могут быть соединены последовательно для получения номинального напряжения на выходе 12,8 В, что приближается к номинальному напряжению свинцово-кислотных аккумуляторов с шестью ячейками. Это, наряду с хорошими характеристиками безопасности литий-железофосфатных аккумуляторов, делает их хорошей потенциальной заменой для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в таких отраслях как автомобилестроение и солнечная энергетика.

  • При повторных циклах заряда/разряда полностью отсутствует эффект памяти
  • Литий-железофосфатные аккумуляторы имеют длительный срок службы (свыше 4600 циклов при глубине разряда 80%)
  • Они обладают высокой удельной энергоемкостью: плотность энергии достигает 110 Вт•ч/кг)
  • Им свойственен широкий температурный диапазон эксплуатации (-20…60°С)
  • Эти аккумуляторы не требуют обслуживания
  • Имеется возможность быстрого заряда аккумуляторов: за 15 минут – до 50%
  • Надежность и безопасность литий-железофосфатных аккумуляторных батарей подтверждены международными сертификатами
  • Они обладают высокой эффективностью: 93% при запуске 30…90%
  • Допускается высокая скорость разряда током до 10 С (десятикратный номинальный ток)
  • Эти аккумуляторы экологичны и не представляют опасности для человека и окружающей среды при утилизации
  • В отличие от свинцовых аккумуляторов, литий-железофосфатные в два раза легче при той же емкости

Недостатки по сравнению со свинцово-кислотными батареями:

  • более высокая стоимость;
  • необходимость специальной схемы контроля заряда-разряда.

Литий-железофосфатные аккумуляторы (LiFePO4) немного проигрывают литий-полимерным по энергоемкости (рисунок 1). Но одной из сильных сторон является стабильность материала, что позволяет создавать аккумуляторные батареи, выдерживающие гораздо больше циклов разряда/заряда (более 2000), и быстрая зарядка. Благодаря этим особенностям данные аккумуляторы оптимально использовать в электрическом транспорте.

Рис. 1. Удельная энергоемкость аккумуляторов различных типов

На российском рынке особое место среди поставщиков аккумуляторов на основе ионов лития занимает компания EEMB [1]. Она выпускает несколько групп литий-железофосфатных аккумуляторов (рисунок 2), различающихся между собой по электрическим и конструктивным параметрам [2]:

  • модульные системы аккумуляторов;
  • аккумуляторы для телекоммуникационных устройств;
  • источники энергии для «умного дома»;
  • тяговые аккумуляторы для электротранспорта.
а) модульные системы аккумуляторов б) аккумуляторы для телекоммуникационного оборудования в) аккумуляторы для систем
аварийного питания и автономных
систем электроснабжения
г) тяговые аккумуляторы для
электротранспорта

Литий-железофосфатные аккумуляторы при разряде имеют очень стабильное выходное напряжение до тех пор, пока элемент не разрядится полностью. Затем напряжение резко уменьшается.

На рисунке 3 приведены разрядные кривые аккумулятора LP8867220F, снятые на различных токах разряда (0,2…2С) при нормальных температурных условиях. Как видно из графика, особенностью литий-железофосфатного аккумулятора является слабая зависимость емкости от величины тока разряда. При разряде малым током (0,2С) и при разряде повышенным током (2С) емкость аккумулятора практически не меняется и остается равной 10 А•ч (номинальная емкость указанного аккумулятора).

Очень важно не допускать разряда ячейки до уровня менее 2,0 В, иначе произойдут необратимые процессы, которые приведут к резкой потере номинальной емкости. Для этого служит контроллер разряда. Компания EEMB производит аккумуляторы как с наличием, так и с отсутствием защитной схемы. Наличие схемы защиты от разряда и превышения напряжения заряда кодируется в наименовании аббревиатурой PCM в конце, например, LP385590F-PCM.

Рассмотрим зависимости количества циклов «заряд-разряд» от величины разрядного тока и глубины разряда. На рисунке 4 приведены экспериментальные данные. Из них видно, что при полном разряде потеря емкости аккумулятора на 20% происходит при количестве циклов не менее 2000 (ток разряда 1C). Если глубину разряда ограничить уровнем 80% в каждом цикле, то при проведении примерно 1500 подобных циклов снижения емкости аккумулятора от первоначальной величины практически не наблюдалось (ток разряда 0,5С).

Рис. 4. Количество циклов «заряд-разряд» Li-FePO4-аккумуляторов

Последнее поколение литий-железофосфатных АКБ производства компании EEMB в отличие от существующих свинцово-кислотных аккумуляторов не требует частой замены и обслуживания. Как правило, литий-железофосфатный АКБ – современный аккумулятор, выдерживающий более 2000 циклов заряда-разряда, абсолютно нечувствительный к режимам хронического недозаряда. В большинстве случаев он имеет встроенную плату управления аккумуляторной батареей (Battery Management System). Заряд осуществляется постоянным напряжением и постоянным током без стадий.

Читайте также:  Напряжение в харлей дэвидсон

В таблице 1 показаны основные параметры одноэлементных литий-железофосфатных аккумуляторов компании EEMB. Номинальная емкость этого типа аккумуляторов находится в пределах 600…36000 мА•ч (вес – 15…900 грамм соответственно). Одноэлементные Li-FePO4-аккумуляторы чаще всего применяются в приборах с автономным питанием. Эти аккумуляторы допускают разряд высоким током до 10С. После 2000 циклов заряда-разряда током 1С остаточная емкость составляет около 80%.

Таблица 1. Одноэлементные LiFePO4-аккумуляторы EEMB

Наименование Напряжение, В Емкость, мА•ч Вес, г
LP603449F 3,2 600 15
LP385590F 1250 31,25
LP4558110F 2000 50
LP7851119F 3500 87,5
LP8553140F 5000 125
LP55103122F 5000 125
LP75103122F 7000 175
LP8867220F 9000 225
LP60255205F 22000 500
LP90255205F 36000 900

Используя модульные системы с отдельными ячейками, обладающими повышенной емкостью, параметры которых приведены в таблице 2, можно собрать аккумуляторный блок необходимой емкости и выходного напряжения.

Таблица 2. Основные параметры модульных систем Li-FePO4

напряжение, В Емкость, А•ч Размеры, мм Вес, кг Толщина Ширина Высота 3,2 В, 100 А•ч 3,2 100 60 165 280 3,75 3,2 В, 40 А•ч 3,2 40 60 95 280 2

Также модульные системы оснащены системой управления питанием (BMS), которая допускает разряд высокой мощности и обладает множеством контрольных и защитных функций. Модули с интегрированной системой мониторинга обеспечивают высокий уровень безопасности всей системы и окружающей среды. Рекомендованные области применения:

  • системы аварийного и бесперебойного питания;
  • базовые станции.

Телекоммуникационные системы питания требуют от аккумуляторов небольших размеров, малого веса, большого количества циклов перезарядки, высокой удельной емкости, широкого диапазона рабочих температур и простоты в обслуживании. Литий-железофосфатные аккумуляторы вполне соответствуют этим требованиям. В таблице 3 приведены основные параметры аккумуляторов EEMB для телекоммуникационных систем.

Таблица 3. Аккумуляторы для телекоммуникационных систем питания

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, кг
LP8867220F-4S5P 12 50 6
LP8867220F-4S10P 12 100 22
LP8867220F-16S10P 48 100 40
LP8867220F-16S20P 48 200 78

Пример номенклатурной записи: 4P5S – четыре параллельно включенных сборки (каждая сборка состоит из пяти последовательно включенных аккумуляторов), P – Parallel, параллельное включение, S – Serial, последовательное включение.

В основном аккумуляторы данных серий применяются в:

  • системах питания постоянного тока;
  • устройствах обеспечения бесперебойного питания (UPS);
  • высоковольтных системах питания постоянного тока (240/336 В).

Характеристики аккумуляторных батарей для источников и систем бесперебойного питания для «умного дома» (UPS/ИБП) приведены в таблице 4, а внешний вид изображен на рисунке 3в.

Таблица 4. Аккумуляторы для ИБП «умного дома»

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, кг
LP8867220F-4S 12 10 1,3
LP8867220F-4S2P 12 20 2,5
LP8867220F-4S3P 12 30 3,5
LP8867220F-8S2P 24 20 4,5
SLF5H12-L 14,4 4,5 0,7
SLF7H12-L 14,4 7 0,9
U1 48 10 4

Литий-железофосфатные аккумуляторы EEMB Super Energy серии SLM полностью заменяют обычные свинцово-кислотные и гелиевые аккумуляторы. Они не требуют обслуживания, на 80% легче и в пять раз долговечнее свинцово-кислотных аккумуляторов и их аналогов.

Тяговые аккумуляторы для электромобилей — это перезаряжаемая батарея для установки в автомобилях на электрической тяге. Ключевыми особенностями аккумуляторов для электромобилей являются малый вес, компактный размер и большая энергоемкость, что позволяет уменьшить вес самого электромобиля и дает возможность быстрой зарядки.

Компания EEMB предлагает ассортимент аккумуляторов для электротранспорта различных категорий (таблицы 5, 6).

Основные параметры литий-железофосфатных аккумуляторов, применяемых в автомобилях для гольфа, и аналогичных аккумуляторов серии GOLF CART приведены в таблице 5. Эти аккумуляторы допускают параллельное и последовательное соединение ячеек, благодаря чему можно легко изменять номинальную емкость и напряжение аккумулятора.

Таблица 5. Параметры аккумуляторных батарей серии GOLF CART

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, кг
LP8867220F-2S 6,4 10 0,5
LP8867220F-2P3S 9,6 20 1,5
LP8867220F-3P4S 12,8 30 3
LP8867220F-4P4S 12,8 40 4
LP8867220F-8S 25,6 10 2
LP8867220F-6P8S 25,6 60 12

Параметры аккумуляторов Li-FePO4 для электровелосипедов (серия E-bike) приведены в таблице 6.

Таблица 6. Параметры аккумуляторных батарей серии E-bike

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, кг
LP8867220F-8S 24 10 2,5
LP8867220F-2P8S 24 20 4,5
LP8867220F-4P8S 24 40 9
LP8867220F-12S 36 10 3,5
LP8867220F-2P12S 36 20 6,5
LP8867220F-3P12S 36 30 10
LP8867220F-2P16S 48 20 9

По требованиям клиента под заказ могут быть изготовлены и другие варианты. Данные серии аккумуляторов также выпускаются в сборках, где одиночные элементы соединены последовательно или параллельно-последовательно. Габаритные размеры одного элемента сборки этой серии составляют 9,1х67,5х222 мм.

В таблице 7 приведены параметры литий-железофосфатных аккумуляторов для электрических скутеров и электроинструментов. Аккумуляторы серии E-scooter обладают небольшими размерами, имеют высокий допустимый ток разряда, большой срок службы, высокую плотность энергии, отсутствие эффекта памяти, что обеспечивает популярность этих аккумуляторов в подходящих по мощности приборах, где необходимо автономно питать электродвигатели.

Таблица 7. Параметры аккумуляторных батарей серии E-scooter

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, г
LIP18650-3S 9,6 1,4 150
LIP18650-5S 16 1,4 250
LIP18650-5P6S 19,2 7 1500
LIP18650-6P7S 22,4 8,4 2100

В таблице 8 приведены параметры литий-железофосфатных аккумуляторов для электромотороллеров серии E-motorcycle. Номинальное напряжение всех аккумуляторов этой серии составляет 48 В. Минимальное значение номинальной емкости – 9 А•ч при весе 4 кг. Максимальное значение емкости – 90 А•ч при весе 40 кг. Размеры одного элемента – 7,5х67х220 мм.

Таблица 8. Параметры аккумуляторных батарей серии E-motorcycle

Наименование Напряжение, В Емкость, А•ч Вес, кг
LP7567220F-16S 48 9 4
LP7567220F-4P16S 48 36 16
LP7567220F-6P16S 48 54 24
LP7567220F-10P16S 48 90 40

Сравнительные характеристики LiFePO4-аккумуляторов

На объектах малой энергетики в режимах постоянного циклирования литий-железофосфатные аккумуляторы за счет возможности глубокого разряда и большого количества циклов заряда-разряда дают ощутимые преимущества в обслуживании объекта.

Аккумуляторные модули имеют встроенную защиту от перенапряжений, низкого заряда, повышенных токов. Они совместимы со всеми приборами, в том числе – инверторами и зарядными устройствами, работающими со свинцово-кислотными аккумуляторами. Изначально цена на литий-железофосфатные АКБ кажется достаточно высокой. Однако при расчете емкости АКБ для работы в режиме циклирования выясняется, что в случае применения LiFePO4-аккумуляторов достаточно АКБ примерно в 2…2,5 раза меньшей емкости, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов (включая свинцово-гелиевые). Это возможно за счет того, что литий-железофосфатные аккумуляторы допускают зарядку более высокими токами, чем свинцово-кислотные (1С против типовых для свинцово-кислотных 0,1…0,2С). Вследствие этого массив солнечных панелей, например, при том же выходном токе массива и требуемом времени заряда, можно нагружать на менее емкий, чем свинцово-кислотный, литий-железофосфатный аккумулятор. Меньшая емкость на разряд будет компенсироваться более быстрыми циклами заряда, тем более что ресурс по циклам «заряд-разряд» в среднем на порядок больше. Сюда же добавляется намного более медленное падение емкости при циклах перезарядки.

Читайте также:  Eh1 ошибка реле напряжения

Рассмотрим пример. Если мы ранее использовали свинцово-кислотный АКБ AGM/GEL 150 А•ч в режиме циклирования, то для его замены без потери эксплуатационных характеристик будет достаточно АКБ типа LiFePO4 емкостью 60 А•ч. При верном расчете 1 к 2,5 стоимость АКБ LiFePO4 всего на 25…35% больше, чем свинцово-кислотных АКБ. При этом литий-железофосфатные АКБ в среднем будут иметь лучшие эксплуатационные характеристики в сравнении со свинцово-кислотными.

В режиме накопления и последующего разряда при одинаковых разрядных токах литий-железофосфатные аккумуляторы могут дать преимущество в емкости в 2,5 раза, что легко показать на примере.

Как правило, емкость аккумулятора выбирается исходя из возможного времени отсутствия основной энергии и потребляемой мощности нагрузки.

Например, если нам нужно запитать нагрузку 2 кВт в течение 1 часа, то, соответственно, нужен запас энергии, как минимум, в 2 кВт•ч. Необходимо, чтобы эта система могла нормально функционировать более 6 месяцев в циклическом режиме (днем – заряд, вечером – разряд). Для аккумулятора или набора аккумуляторов с выходным напряжением 48 В требуемая расчетная емкость составит примерно 42 А•ч. Ток при разряде будет примерно равен 1С (42 А). Однако следует учесть, что в нашем примере следует считать разряд не постоянным током, а постоянной мощностью, при этом при разряде АКБ ток разряда будет увеличиваться. В режиме разряда постоянной мощностью (2 кВт) свинцово-кислотный АКБ (48 В/40 А•ч) способен проработать не более 30 минут (при глубоком разряде – до 40,8 В).

Чтобы нагрузка уверенно отработала один час на свинцовом аккумуляторе, потребуется его емкость примерно в два раза больше изначально рассчитанной – порядка 85 А•ч. С другой стороны, разряд железо-фосфатного аккумулятора током 1С или выше не приводит к существенному снижению его емкости – она остается на уровне номинальной (рисунок 3). Из этого видно, что может быть достигнуто различие в емкости двух типов АКБ в два раза. Также необходимо принять во внимание, что при работе свинцово-кислотного АКБ в режиме циклирования его емкость снизится на 20% уже при 150…200 циклах заряда-разряда, поэтому, чтобы это скомпенсировать, следует изначально выбрать аккумулятор с емкостью на 20% выше. Получается, что условия ранее поставленной задачи будут выполнены в течение первых 6 месяцев при емкости свинцово-кислотного АКБ в 102 А•ч. С другой стороны, слабая зависимость емкости железофосфатного АКБ позволит обойтись практически расчетной емкостью 42 А•ч. Как видим, разница в требуемой емкости между двумя типами АКБ составляет около 2,5 раз.

Рис. 3. Разрядные кривые Li-FePO4-аккумулятора LP8867220F

Литий-железофосфатные аккумуляторы легко принимают мощный зарядный ток. Поэтому, нагрузив на них втрое более мощный (относительно свинцово-кислотных АКБ) массив солнечных батарей, можно зарядить их за короткое время, равное 2…4 часам. А принимая во внимание нечувствительность к глубокому разряду и хроническому недозаряду, эти батареи незаменимы в зимний период, особенно с учетом того факта, что литий-железофосфатные АКБ имеют более высокое КПД 95% (в отличие от 80% у свинцово-кислотных АКБ), а значит, в пасмурную и дождливую погоду эти АКБ заряжаются быстрее (таблица 9).

Таблица 9. Сравнение литий-железофосфатных и свинцово-кислотных аккумуляторов

500

4

Параметр Литий-железофосфатная
система электроснабжения
Обычная система
со свинцовыми АКБ
глубокого разряда
Преимущества LiFePO4
Рабочее количество эффективных циклов > 6000 при разряде 80% Количество циклов значительно выше
Система балансировки ячеек Присутствует при заряде и разряде Отсутствует Автоматический контроль за состоянием каждой ячейки
Защита от перезаряда/глубокого заряда на уровне ячеек 100% многоуровневый контроль
Защита АКБ при сбоях в системе 100% (отключение тока заряда и разряда)
Точный расчет запаса энергии в АКБ на основании данных от датчиков напряжения, тока, температуры и сопротивления ячеек Постоянный расчет в реальном времени
Возможность быстрой зарядки Да (около 15 минут) Нет
Необходимость поддержания АКБ
в заряженном состоянии
Нет Да, иначе — сульфатация пластин Нет необходимости поддерживать заряд, экономия на обслуживании
Расчетный срок службы при ежедневном полном цикловании 70% для LiFePO4 и 50% для свинцовых АКБ (при идеальных условиях), лет 15 Минимум в 4 раза выше
Диапазон рабочих температур, °С -20…60 Рекомендуемая температура: 20°С Возможна установка системы питания в неотапливаемых помещениях
Влияние повышенной температуры (30°С и выше) Допустима работа вплоть до верхнего предела рабочего диапазона температур Быстрая деградация Аккумуляторные ячейки выдерживают значительно более высокие температуры
Календарный срок службы (буферный режим или режим хранения) Не ограничен Ограничен, так как пластины деградируют в любом случае Значительный выигрыш
Возможность добавлять емкость в существующий блок аккумуляции Да Не рекомендуется, так как приведет к разбалансировке Возможность постепенной модернизации и масштабирования без лишних затрат
Возможность замены одной/нескольких испорченных ячеек в аккумуляторной сборке Да, поскольку есть система балансировки

Заключение

В режимах циклирования использование литий-железофосфатных аккумуляторов более выгодно, так как для достижения энергетических и эксплуатационных параметров достаточно примерно в два раза меньшей емкости, чем у свинцово-кислотных. Не меньшую ценность представляют нечувствительность к недозаряду, повышенный КПД и ускоренный заряд большими токами.

Литий-железофосфатные аккумуляторы рекомендуется использовать в солнечных энергосистемах, работающих в условиях короткого светового дня, что особенно актуально для средней полосы России, северных регионов, а также горных районов. Длительный срок службы (большое количество циклов «заряд-разряд») литий-железофосфатных аккумуляторов позволяет существенно сократить расходы на их обслуживание и замену, что актуально, например, для автоматических станций наблюдения за погодными условиями и систем аварийного питания базовых станций сотовой связи. Увеличение периода времени между плановой сменой аккумуляторов приводит к экономии на оплате труда бригады обслуживания, а также на дорожных расходах (особенно в том случае, если оборудование установлено в труднодоступных местах). Снижение накладных расходов на обслуживание будет с лихвой компенсировать относительно высокую стоимость литий-железофосфатного аккумулятора.

Аккумуляторы данного типа также могут быть успешно применены в телекоммуникационной технике (базовое телекоммуникационное оборудование и мобильные устройства), источниках бесперебойного питания, системах аварийного энергоснабжения, системах питания электроприводов и электротранспорта.

Изготовитель аккумуляторов – компания EEBM – осуществляет тщательный контроль качества продукции и имеет возможность выполнения аккумуляторных сборок на заказ по требованиям клиента.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector