Batteria al litio ferro-fosfato: caratteristiche, applicazione

Le attrezzature moderne di giorno in giorno diventano più complesse e potenti. Gli elevati standard tecnologici hanno messo grandi richieste sulle batterie, che ora devono combinare elevate prestazioni, efficienza energetica e aumentare l'offerta di energia elettrica.

L'introduzione di nuovi tipi di apparecchiature elettriche nella produzione, l'accelerazione del processo tecnologico – tutto ciò aumenta i requisiti per le fonti di energia elettrica e le batterie moderne non possono sempre soddisfarle. Per risolvere questo problema, i produttori hanno seguito la strada per migliorare la tecnologia agli ioni di litio. Così è nata una batteria al litio-ferro-fosfato (LiFePO4), che è il discendente ideologico delle batterie agli ioni di litio.

Priorità bassa storica

LiFePO4, o LFP, un minerale naturale della famiglia olivina, fu scoperto per la prima volta nel 1996 da uno scienziato dell'Università del Texas, John Goodenough, che cercava modi per migliorare le fonti di energia elettrica di Li-ion. Notevole è il fatto che questo minerale aveva meno tossicità e maggiore stabilità termica di tutti gli elettrodi noti all'epoca.

Inoltre, si è incontrato nell'ambiente naturale e ha avuto un costo inferiore. Lo svantaggio principale degli elettrodi basati su LiFePO4 è una piccola capacità elettrica, ecco perché la batteria al litio-ferro-fosfato cessa di essere sviluppata.

La ricerca in questa direzione è stata ripresa nel 2003 presso il Massachusetts Institute of Technology. Il team di scienziati ha lavorato alla creazione di batterie fondamentalmente nuove che sostituire le più avanzate batterie agli ioni di quel tempo. Il progetto è stato interessato a grandi aziende come Motorola e Qualcomm, che hanno portato l'aspetto delle batterie con gli elementi di catodo LiFePO4.

Batteria basata su LiFePO4

Questo tipo di batteria utilizza la stessa tecnologia per generare elettricità come le solite batterie agli ioni di litio. Tuttavia, esistono diverse differenze significative tra di loro. In primo luogo, è l'uso del proprio tipo di BMS, un sistema di controllo che protegge gli accumulatori elettrici da sovraccarico e scarico forte, aumenta la durata e rende la fonte di energia più stabile.

In secondo luogo, LiFePO4, a differenza di LiCoO2, è meno tossico. Questo fatto ha permesso di evitare una serie di problemi legati all'inquinamento ambientale. In particolare, per ridurre le emissioni di cobalto nell'atmosfera con smaltimento improprio delle batterie.

Infine, a causa della mancanza di standard unificati per gli elementi LFP hanno composizioni chimiche diverse, che provoca variazioni nelle caratteristiche tecniche dei modelli in un'ampia gamma. Inoltre, la manutenzione di questi alimentatori è più complessa e deve essere eseguita in conformità a determinate regole.

Specifiche tecniche

Si noti che le batterie di litio-fosfato 48 volt, 36 volt e 60 volt sono prodotte per interconnessione consecutiva di singole celle, poiché la tensione massima in una sezione LFP non può superare i 3,65 V. Quindi, gli indicatori tecnici di ciascuna batteria possono significativamente Diversi l'uno dall'altro – tutto dipende dall'assemblaggio e dalla composizione chimica specifica.

Per l'analisi delle caratteristiche tecniche, forniamo i valori nominali di una singola cella.

La migliore realizzazione delle capacità di ogni singola cella è stata raggiunta nella batteria Everexceed. Le batterie al litio-fosfato Everexceed hanno una lunga durata. In totale, sono in grado di sopportare fino a 4 mila cicli di carica-scarica con una perdita di capacità fino al 20% e la riserva di energia viene riempita in 12 minuti. Dato questo, si può concludere che le batterie Everexceed sono tra i migliori rappresentanti degli elementi LFP.

Vantaggi e svantaggi

Il vantaggio principale, che distingue favorevolmente la batteria al litio-ferro-fosfato tra altri rappresentanti della batteria, è la longevità. Tale elemento è in grado di sopportare più di 3 mila cicli di carica-scarica quando il livello di elettricità scende al 30% e più di 2mila – con una caduta al 20%. Di conseguenza, la durata media della batteria è di circa 7 anni.

La corrente di carica stabile è il secondo vantaggio importante degli elementi LFP. La tensione di uscita rimane a 3,2 V finché la carica è completamente esaurita. Ciò consente di semplificare lo schema elettrico, eliminando la necessità di utilizzare regolatori di tensione.

Una corrente di picco più elevata è il loro terzo vantaggio. Questa proprietà della batteria consente loro di dare la massima potenza anche a temperature estremamente basse. Questa funzionalità ha indotto i produttori di auto a utilizzare la batteria al litio-ferro-fosfato come fonte primaria di energia quando si avvia motori a benzina e diesel.

Oltre a tutti i vantaggi presentati, le batterie LiFePO4 hanno un inconveniente significativo: una grande massa e dimensioni. Ciò limita il loro utilizzo in determinati tipi di apparecchiature e apparecchiature elettriche.

Caratteristiche del funzionamento

Se si acquista batterie litio-fosfato pronto, allora non avrai difficoltà a manutenzione e funzionamento. Tutto grazie al fatto che i costruttori costruiscono in tali elementi di schede BMS che non consentono di sovraccaricare e non consentono di scaricare l'elemento al livello più basso possibile.

Ma se si ottiene celle individuali (ad esempio batterie di dita), allora è necessario monitorare il livello di carica da soli. Se la carica scende al di sotto del livello critico (inferiore a 2,00 V), anche la capacità diminuirà rapidamente, il che renderà impossibile ricaricare le celle. Se, al contrario, si consente una ricarica (superiore a 3,75 V), la cella semplicemente gonfia a causa dei gas liberati.

Se si utilizza una batteria simile per un'automobile elettrica, dopo la carica del 100% è necessario scollegare il caricabatterie. In caso contrario, la batteria si gonfia a causa della eccessiva corrente elettrica.

Regole di funzionamento

Se si prevede di utilizzare batterie al fosforo di litio non in modalità ciclica, ma in una modalità di tampone, ad esempio, come fonte di alimentazione UPS o insieme ad una batteria solare, è necessario prestare attenzione a abbassare il livello di carica a 3,40-3,45 V. Per far fronte a Questo compito è aiutato da caricabatterie "intelligenti", che in modalità automatica prima riempiono completamente la riserva di energia e quindi abbassano il livello di tensione.

Durante il funzionamento, è necessario monitorare l'equilibrio delle celle o utilizzare speciali schede di bilanciamento (nella batteria per l'auto elettrica già incorporata). Uno squilibrio delle cellule è lo stato quando la tensione totale del dispositivo rimane a livello nominale, ma la tensione delle cellule diventa diversa.

Un fenomeno simile si verifica a causa della differenza nelle resistenze di singole sezioni, un cattivo contatto tra loro. Se le celle hanno tensioni diverse, allora sono caricate e scaricate in modo inequivocabile, riducendo notevolmente la durata della batteria.

Mettere le batterie in esercizio

Prima di utilizzare batterie al litio-fosforo assemblate da celle separate, occorre prestare attenzione a bilanciare il sistema, poiché le sezioni possono avere livelli diversi di carica. Per fare questo, tutti i componenti sono collegati in parallelo e collegati al raddrizzatore, caricabatterie. Le celle così collegate devono essere caricate fino a 3,6 V.

Utilizzando una batteria al litio-ferro-fosfato per una bici elettrica, probabilmente avete notato che nei primi minuti di funzionamento la batteria offre la massima potenza e poi la carica scende rapidamente a un livello di 3,3-3,0 V. Non siate spaventati perché questo è il normale funzionamento della batteria . Il fatto è che la sua capacità principale (circa il 90%) si trova proprio in questa gamma.

conclusione

L'efficienza delle batterie al litio-fosfato è del 20-30% superiore a quella delle altre batterie. In questo caso, servono 2-3 anni più a lungo rispetto ad altre fonti di energia elettrica e forniscono anche una corrente stabile per tutta la durata dell'operazione. Tutto ciò evidenzia gli elementi presentati in una luce favorevole.

Tuttavia, la maggior parte delle persone ignorerà le batterie al litio ferro-fosfato. I vantaggi e gli svantaggi della batteria sono ridotti prima del loro prezzo: è 5-6 volte più rispetto agli elementi di acido piombo che sono abituali per noi. Questa batteria per l'auto in media costa circa 26 mila rubli.