A123 lifepo4 li fe литий фосфатные аккумуляторы. Что такое LiFePO4 АКБ. Литий железо фосфатный аккумулятор: плюсы и минусы

Протестировал напряжение аккумуляторов «из коробки»:

Тестирование работоспособности:
Проверю работу аккумуляторов в имеющихся у меня фонариках на XML-T6.

Аккумулятор стандартных размеров, отлично помещается в фонарике:

В фонариках на XML-T6, особенность конструкции (отсутствие выступа на плюсе) работе не помешало:

благодаря наличию пружины:

Аккумулятор банально не достаёт до положительного контакта:

Без доработки не обошлось, сначала хотел разобрать батарейный отсек, открутив винтики, но винтики не раскручивались, пришлось ломать и клеить:

Так что же такое LiFePo4?
Статья на Википедии представляет LiFePo4 этакой вундервафлей с отличными характеристиками: скорость заряда 15 мин на 7А, морозостойкость до -30С, огромные токи отдачи до 60А, долгоживущие, прочные. Более детально можно LiFe можно ознакомиться из переводной статьи на rcdesign, в которой сравнивают литий полимер и литий фосфаты.

Перейдём к тестированию LiFePo4:
IMAX B6 с поддержкой режима LiFe:

Тест первого аккумулятора - Разряд
Аккумулятор «из коробки» дозаряжен, выполняем разряд током 0.5А (что примерно соответствует 0.5С), в результате получилось около 1055mAh.

Наибольшее значение из 3х, правда остальные я разряжал/заряжал токами до 1А (током 1А и режимом FastCharge 1A).
График разряда, полученный с помощью LogView v2.7.5, настройки взяты из пресета из статьи хабра про IMAX B6:

Тест первого аккумулятора - Заряд
Заряд IMAX B6 методом FastCharge 1A:

Описание теста смотрите в подписи.

ВЫВОДЫ
Для себя сделал следующие выводы
Плюсы:
* Морозостойкий,
* Быстрая зарядка 1С.
Минусы:
* Небольшая ёмкость (1000mAh), и соответственно время работы.
Особенность:
* Требует специальную зарядку (у меня есть IMAX B6, поэтому за минус не считаю).
* UPD - напряжения LiFePo4 существенно ниже чем у LiIon (3.2 против 3.6). Некоторые фонари светят существенно менее ярко.

* UPD 2 (2013.03.09) - Нужно использовать с фонарями типа директдрайв с низкой отсечкой по минимальному напряжению (2.7В).

Фонарик слева светит менее ярко на LiFePo4, чем на LiIon, фонарик справа - не теряет столько яркости.

Update 2013.03.09 Графики разряда при отрицательных температурах:

Морозостойкий аккумулятор LiFePo4 18650 1000mAh с (для фонариков с директдрайвом)
Многие уже купили себе «мощные» фонари на аккумуляторах 18650. Обычный в таких случаях LiIon аккумулятор не работает при отрицательных температурах, а если и работает то крайне не долго, при этом

Добро пожаловать на дублирующую страницу проекта “Аккумулятор 21 века. VistaBattery”

Записи о проданных аккумуляторах и клиентах VistaBattery(те, что есть на драйве)

Краткая подборка характеристик, того что отличает эти акб от остальных.
Основные достоинства:
-Хороший КПД (отдает 80% емкости при разности напряжения в 1В)
-Высокие токи отдачи при просадке напряжения менее 1В, у свинца прокрутка стартера при 9В считается нормой, тут же ниже 12В вы не увидите
-Слабый саморазряд (потеря заряда 5% за 3 года)
-Быстрая зарядка (наполнение аккумулятора с 0 до 80% примерно за 15-20 минут зависит от генератора и емкости самого аккумулятора)
-Маленький вес (для примера 1,8 кг против 15 кг при одинаковых токах отдачи)
-2000 полных циклов заряд-разряд (разрядите в ноль и снова до полного, и так 2000 раз без потери емкости!)
-Морозостойкость. Работа в температурных режимах до -25С

Но есть и минусы:
-Стоимость (элементы Америка и покупаются за бугром)
-Невозможность работы совместно со свинцово-кислотными (как писал выше, из-за разности напряжений 12.3 свинец - 13.5 феррофорсат)
-Невозможность работы под водой (решается заливкой в компаунд) решено переходом на пластиковые герметичные корпуса

Характеристики:
Дрифт, ралли, кольцо, ежедневная эксплуатация:
4.4 Ач - 190*170*60мм, 1.2кг, 260А номинал, пик 475А
8 Ач - 190*170*60мм, 1.5кг, 260А номинал, пик 510А
20 Ач - 280*230*100мм, 3кг, 300А номинал, пик 500А
Трофи, автозвук, экспедиции:
40 Ач - 280*230*100мм, 5кг, 600А номинал, пик 1000А
80 Ач - 280*230*160мм, 10кг, 1000 А номинал, пик 5000А

Так же возможны любые вариации с емкостью, корпусами, выводами для наиболее комфортной инсталяции в уже имеющийся проект.

Эксплуатация в трофи:
Как показала практика - на легком внедорожнике вроде Джимника - прекрасно себя чувствует 20А/ч. Для экстрима и более тяжелых категорий, я бы все- таки рекомендовал 40А/ч там точно не придется себя останавливать и лебедиться сколько влезет. Запас по характеристикам очень хороший. 20Ач = 55Ah оптима
80Ач= свыше 300Ач свинца

Стоимость
4.4 Ач - 15.000р
20 Ач - 25.000р
40 Ач - 40.000р
80 Ач - 60.000р
160 Ач - 110.000р

По гарантии и сроку службы:
-Моя гарантия год без всяких вопросов
-5 лет техническая поддержка(тест элементов, контроль их состояния, техническое обслуживание)
-срок службы от 10 лет. Поскольку их массовое производство началось только в 2006 году, ни один еще от старости не умер.

Поставляется целиком готовое изделие. Изготовление согласовывается с заказчиком (характер использования, требования в виде усиленных шин, проводов, клемм, ввода фитингов подпора воздуха и прочих требований). Все акб поставляются в ударопрочных, герметичных, ПРОВЕРЕННЫХ корпусах класса IP67

Один клиент - одно решение. Это не массовое производство, а индивидуальный подход.
#VistaBattery

Vladekin › Блог › Аккумуляторы LiFePo4
Блог пользователя Vladekin на DRIVE2. Добро пожаловать на дублирующую страницу проекта ",Аккумулятор 21 века. VistaBattery", Итак, основной цикл тестов завершен. Аккумуляторы сделанные по данной технологии обкатилась в разных условиях и ситуациях. Краткая подборка тестов: -Тест самой маленькой батарейки от Егор2 -Лабораторный тест акку…

К нам стали часто приносить на сборку и диагностику батареи, якобы LiFePO4 , купленные очень дёшево. Многие просили после таких случаев, чтобы мы написали статью по этому поводу, чтобы знать о таких подводных камнях. Бывает обидно, когда купили АКБ, которая не позволяет эксплуатировать мотор-колёса серии Magic Pie (1500 Вт) в полную мощность.

В этой статье сравним АКБ LiFePo4-48В-10Ач от Golden Motor с низкокачественными АКБ (иногда под этим названием просто скрывают обычный Li-ion ).

Параметр

LiFePo4-48В -10Ач

качественные

LiFePo4-48В-10Ач

низкокачественные

(или подделка)

Размеры

36.0 Х 15 Х 8.4 см

36.0 Х 14 Х 7.4 см

С двух сторон меньше на 1 см и вроде с точки зрения покупателя плюс – занимает меньше места.

С точки зрения физики: объём меньше на 17%, при тех же ТТХ, т.е. сделаны из другого материала.

На 1 кг легче и вроде с точки зрения покупателя плюс, т.к. меньше весит.

Непрерывный ток разряда, А

20А – это 1000 Вт , 25А-1200 Вт – заниженные характеристики

Мощность разряда (постоянная)

750, 1000, 1200 Вт

Заниженные показатели мощности

Максимальный ток разряда, А

Низкие пиковые токи

Максимальная мощность разряда

750, 1500, 1700Вт

Низкая пиковая мощность

Напряжение заряда

Разное напряжение на зарядном устройстве.

54 Вольт – это Li-ion/Li-Po – будьте осторожны!

Ток заряда

Медленная зарядка, чтобы не убить ячейки с высоким внутренним сопротивлением.

Циклов зарядаразряда

Ячейки обладают меньшей продолжительностью жизни

Рассмотрим продавцов таких АКБ. Как уже приведено в таблице выше, Вы уже сами можете сделать вывод – это точно те характеристики, которые Вам нужны?

Касательно месторасположения таких продавцов: зачастую они не имеют постояенного места дислокации:

1) “Забрать свой заказ можно только по предварительному согласованию по адресу. ”. Вы уверены, что они там работают, а не подъедут к месту для встречи с Вами?

2) “Адрес: Россия, г.Москва”. С такой формулировкой, можно встретиться в любом месте, хоть на Красной Площади. Обычно, встречаетесь рядом с метро, в машине. Сидя в машине, держа АКБ (без каких-либо опознавательных наклеек) в руках, думаете, что не хочется еще их искать, потом куда-то ехать и всё-таки, уповая на авось, соглашаетесь купить. Вы уверены, что их точно найдёте, если что не так? А если ещё без чека – чем докажете покупку?

Как выявить недобросовестных продавцов:

1. Поискать отзывы в Яндексе: “Название_сайта отзывы” и “Название_юр.лица отзывы”.
2. Поискать отзывы в Гугле: “Название_сайта отзывы” и “Название_юр.лица отзывы”.
3. Поискать отзывы отраслевых форумах (электротранспорт, вело-магазины).
4. Проверить домен – когда он зарегистрирован.

Чаще всего такие продавцы не пишут о гарантии (собственно, они изначально ничего вам и не обещают). Либо гарантия 2 недели – даже если подсунут Li-ion, за этот срок они ещё не успеют деградировать, даже если будете эксплуатировать сверх разрешённых токов. Могут писать и гарантия – 1 год (если их найдёте). Некоторые продавцы даже сами не знают что продают! Спрашивайте гарантийный талон!

Кроме того, почитайте какие бывают ячейки LiFePO4, из которых собирают батарею. Чаще всего встречаются призматические элементы на 10Ач, 12Ач. Не существует LiFePO4- 13Ач! Если пишут такую ёмкость, значит это точно не LiFePO4 , и вам пытаются подсунуть дешёвый Li-ion . Если АКБ имеет не прямоугольную, причудливую форму, то подумайте, как производители могли плотно втиснуть в неё прямоугольные элементы?

К нам уже с такими приходили – ниже фото для сравнения (покупатель был уверен, что у него LiFePO4 , но на АКБ нет никаких наклеек, касательно химии ХИТ, только номинальное напряжение и ёмкость):

А некоторые узнают о том, что подсунули Li-ion после таких случаев (самовозгорание во время езды – видны горящие цилиндрические элементы):

Кроме того бывают скупщики в Китае бу батарей, они их сортируют, хорошие по хорошей цене, средние подешевле, а мёртвые ячейки – на металлолом. Другие скупщики их скупают и собирают батареи в гараже, и преспокойно продают на Алиэксперссе (это аналог нашего Яндекс-Маркет, обычный агрегатор), качество их там никто не проверяет, главное заплатить годовую плату за размещение. Иногда приезжаешь (как ты думаешь на крупный завод), а там просто колл-центр, просишь поехать на завод, они говорят 7-10 дней надо пропуск делать (знают что ты не не будешь столько ждать ради этого).

Выявить бу ячейки можно только если замерить внутренне сопротивление. Чем больше использовалось, тем выше внутренне сопротивление. Но кто же вам его замерит и покажет?

Резюме : Предупреждён – значит вооружён. Радость дешёвой покупки быстро сменяется горечью от разочарования. Удачных покупок!

Подводные камни при покупке LiFePO4 аккумуляторов
В статье рассмотрены подводные камни, ошибки, нюансы при покупке LiFePO4 (литий-железо-фосфатных) аккумуляторов. Таблица характеристик. Какой не ошибиться при покупке?

Современная электроника предъявляет все более высокие требования к мощности и емкости источников энергии. В то время как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы вплотную приблизились к своему теоретическому пределу, литий-ионные технологии находятся только в начале пути

Li-Fe (литий фосфатные) аккумуляторы отличаются не только большой емкостью, но и быстротой зарядки. Всего за 15 минут можно полностью зарядить аккумулятор. К тому же такие аккумуляторы допускают в 10 раз больше циклов зарядки-разрядки, чем обычные модели. Идея Li-Fe аккумулятора заключается в активизации литиево-ионного обмена между электродами. С помощью наночастиц удалось развить обменную поверхность электродов и получить более интенсивный ионный поток. Чтобы исключить слишком сильное нагревание и возможный взрыв электродов, авторы разработки применили в катодах вместо лития/оксида кобальта литий/фосфат железа. Недостаточная электропроводность нового материала компенсируется введением наночастиц алюминия, марганца или титана.

Для заряда Li-Fe аккумуляторов должно применяться специальное зарядное устройство с маркировкой, на которой написано, что данный тип зарядного устройства способен работать с Li-Fe аккумуляторами, в противном случае вы погубите аккумулятор!

Достоинства

• Безопасный прочный корпус, в отличие от оболочек Li-Po аккумуляторов
• Сверхбыстрый заряд (при токе 7А полный заряд за 15 мин!!!)
• Очень большой ток отдачи 60А — рабочий режим; 132А — кратковременный режим (до 10-ти секунд)
• Саморазряд 3% за 3 года
• Работают на холоде (до -30 гр. С) без потери рабочих свойств
• Наработка на отказ 1000 циклов (в трое больше, чем у никелевых аккумуляторов)

Недостатки

• Требуют специального зарядного устройства (не совместимы с LiPo зарядниками)
• Тяжелее, чем Li-Po
  

Немного истории

Li-ion аккумуляторы вдвое превосходят NiMH аналоги по емкости и почти в три раза – по удельной мощности. Плотность энергии Li-ion втрое выше, чем у NiMH. Li-ion выдерживает очень высокие токи разряда, которые NiMH батареи не способны держать даже теоретически. Также NiMH малопригодны для мощных переносных инструментов, для которых характерны высокие импульсные нагрузки, долго заряжаются и «живут» обычно не более 500 циклов. Хранение NiMH – еще одна серьезная проблема. Эти аккумуляторы страдают от очень высокого саморазряда – до 20% в месяц, а у Li-ion этот показатель равен всего 2–5%. NiMH аккумуляторы подвержены так называемому эффекту памяти, свойственному также NiCd батареям.

Но и у Li-ion батарей есть свои недостатки. Они очень дороги, требуют сложной многоуровневой электронной системы управления из-за склонности к необратимой деградации при слишком глубоком разряде или самовозгоранию при высоких нагрузках. Этим они обязаны основному электродному материалу – кобальтату лития (LiCoO2). Ученые уже несколько лет бьются над поисками замены для кобальта. В качестве кандидатов на должность главного электродного материала будущего выступают различные соединения лития – манганаты, титанаты, станнаты, силикаты и другие. Но безусловным фаворитом на сегодняшний день считается феррофосфат лития Li-Fe, полученный впервые еще в 1996 году профессором Джоном Гуденафом из Техасского университета. Долгое время эта тема пылилась на полке, так как Li-Fe ничем выдающимся, кроме дешевизны, не отличался и его потенциал оставался неизученным. Все изменилось в 2003 году с появлением компании A123 Systems .

Характеристики Li-Fe аккумуляторов

Как и все аккумуляторы Li-Fe имеет несколько основных электрических параметров:

Напряжение полностью заряженного элемента: У Li-Fe составляет порядка 3.65В, В связи с особенностями данной технологии эти элементы не сильно боятся перезаряда (по крайней мере он не вызывает возгорание и взрыв как это происходит с элементами на основе кобальтата лития Li-ion, Li-pol) хотя производители крайне не рекомендуют заряд выше 3.9В и только несколько зарядов до 4.2В за всё время жизни элемента.

Напряжение полностью разряженного элемента: Здесь рекомендации производителей несколько расходятся, некоторые рекомендуют разряжать элементы до 2,5В, некоторые до 2,0В. Но в любом случае по практике эксплуатации всех типов аккумуляторов установлено что чем меньше глубина разряда тем больше циклов этот аккумулятор может пережить, а количество энергии которое приходится на последние 0,5В разряда (для Li-Fe) составляет лишь несколько процентов от его емкости.

Напряжение средней точки: у элементов данной технологии у разных производителей варьируется (заявляется) от 3.2В до 3.3В. Напряжение средней точки это напряжение которое вычисляется на основании кривой разряда и предназначено для вычисления габаритной ёмкости аккумулятора которая выражается в Wh (ватт часы) для этого напряжение средней точки умножают на ёмкость по току т.е например у вас имеется элемент имеющий ёмкость 1.1Ач и напряжение средней точки 3.3В то его габаритная ёмкость равна 3.3*1.1=3.65Wh. (Многие часто путают напряжение средней точки с напряжением полностью заряженного элемента.)

В связи с этим хотелось бы обратить внимание на ТТХ батарей, а точнее на напряжение средней точки 36В и 48В Li-Fe батареи. Так вот напряжение в 36В и 48В указанны условно в привязке к более привычной для многих свинцово-кислотной батарее, а точнее к напряжению средней точки 3 или 4 свинцово-кислотных батарей на 12В соединённых последовательно. У Li-Fe батареи на 36В последовательно подключены 12 ячеек (элементов) что составляет 3.2*12=38.4В (для 48В батареи 3.2*16=51.2В) что несколько выше средних точек свинцово-кислотных батарей, т.е при равных ёмкостях (в Ач) Li-Fe батарея имеет бОльшую габаритную емкость, чем свинцово-кислотная батарея.

На данный момент основной производственной базой по изготовлению Li-Fe элементов является Китай. Там расположены заводы как известных фирм (A123System, BMI), так и заводы никому неизвестных компаний. Многие продавцы готовых батарей (торгующих ими в розницу) заявляют, что они являются и изготовителями самих элементов, что на поверку оказывается неправдой. Крупные производители элементов производящие их тиражами в миллионы штук в год не заинтересованны в работе с розничными клиентами и просто игнорируют вопросы о продаже десятков штук элементов, или предлагают сделать закупку в объёмах, от нескольких тысяч штук. Так же есть небольшие предприятия на которых полукустарным способом изготавливают элементы небольшими партиями, но качество подобных элементов крайне низкое, причина тому: отсутствие высококачественных материалов, оборудования и низкая технологическая дисциплина. Такие элементы имеют очень большой разброс по ёмкости и внутреннему сопротивлению в пределах даже одной партии. Так же на рынке сборки готовых батарей присутствуют элементы выпущенные крупными производителями, но в силу того, что они не прошли отбраковку по определённым параметрам (ёмкость, внутреннее сопротивление, падение напряжения при хранении), они не попадают на рынок и должны пройти утилизацию. Вот эти элементы и являются основой для сборки батарей мелкими кустарными предприятиями. Основное отличие подобных элементов от элементов кондиционного качества выпущенного крупными производителями — это отсутствие маркировки на каждом элементе . Маркировка наносится на заводе изготовителе при финальных тестах и служит идентификатором завода изготовителя, даты и смены изготовления. Эта информация необходима для крупных производителей, чтобы в дальнейшем отслеживать качество элементов при эксплуатации и в случае претензий, иметь возможность найти причину проблемы. Как вы сами понимаете для тех, кто выпускает элементы в кустарных условиях, смысла в подобной операции нет.
По этим ссылкам можно посмотреть тесты наиболее известных производителей элементов:

• http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php

Кстати что интересно по результатам проверок почти все производители заявляют ёмкость больше, чем она есть в наличии (исключение только у A123 system), а у Huanyu вообще на четверть ниже заявленной.

Неожиданное открытие

A123 Systems – необычная компания. В разговорах ее сотрудники, от рядового инженера до президента, частенько повторяют одну фразу, которую не часто услышишь в наши дни: «Мы находимся только в начале дороги. Пройдя по ней до конца, мы перевернем мир!» История A123 Systems началась в конце 2000 года в лаборатории профессора Йет Мин Чанга из Массачусетсского технологического института (MIT). Чанг, долгое время работавший над Li-ion технологиями, почти случайно обнаружил потрясающий феномен. При определенном воздействии на коллоидный раствор электродных материалов структура батареи начинала самовоспроизводиться! Силы притяжения и отталкивания зависели от множества факторов – размеров, формы и количества самих частиц, свойств электролита, электромагнитного поля и температуры. Чанг провел детальные исследования физико-химических свойств электродных наноматериалов и определил базовые параметры запуска процесса спонтанной самоорганизации. Полученные батареи обладали удельной емкостью, на треть превышающей емкость обычных батарей на основе кобальтата лития, и выдерживали сотни циклов заряда-разряда. Микроструктура электродов, созданная естественным путем, позволяла на порядок увеличить общую площадь активной поверхности и ускорить ионообмен, что в свою очередь повышало емкость и производительность батареи.

Самоорганизация по методу Чанга выглядит следующим образом: смесь наночастиц оксида кобальта и графита помещается в корпус будущей батареи, добавляется электролит и создаются необходимые внешние условия – температура, электромагнитное поле и давление. Частицы оксида кобальта притягиваются друг к другу, но отталкивают частицы графита. Процесс длится до тех пор, пока силы притяжения и отталкивания не достигнут равновесия. В результате образуется пара анод–катод, полностью разделенная интерфазой – электролитом. За счет одинакового размера наночастиц Чангу в лабораторных условиях удалось создать образцы батарей с заданными параметрами емкости и производительности. Дальнейшее изучение этого феномена и разработка технологии производства на его основе сулили фантастические перспективы. По расчетам Чанга, емкость аккумуляторов можно было бы удвоить в сравнении с существующими аналогами, а себестоимость – снизить наполовину. Метод самоорганизации позволял создавать батареи любой формы размером меньше спичечной головки, в том числе непосредственно внутри самих потребителей тока.

Шаг в большой бизнес

В то время инженер-электрохимик Барт Райли работал в компании American Semiconduct or, выпускавшей широкую номенклатуру полупроводников. С Чангом его связывали давнее знакомство и общие научные интересы. Когда Чанг рассказал Райли о своей неожиданной находке, идея создания бизнеса на основе феномена самоорганизации родилась практически сразу. Но ни тот, ни другой не имели понятия, как создаются компании. Третьим основателем А123 Systems стал Рик Фулап, предприниматель, умеющий превращать хорошие идеи в большие деньги. К своим 26 годам Фулап успел создать с нуля и запустить на просторы большого бизнеса уже пять компаний. Однажды в научном журнале MIT Фулап наткнулся на статью профессора Чанга, посвященную литий-ионным технологиям. Не поняв ничего из прочитанного, Рик набрал телефонный номер профессора. В ответ на предложение заняться бизнесом по производству углеродных нановолокон Чанг ответил, что у него есть идея получше, и Фулап не смог уснуть до утра.

Первым делом компаньоны сумели получить лицензию от MIT на промышленное использование методики самоорганизации батарей и выкупить права на полученный в лаборатории Чанга катодный материал – литийфосфат железа. Он не имел никакого отношения к феномену самоорганизации, но Фулап решил, что права на Li-Fe не помешают. Не пропадать же добру! К тому же Чанг получил специальный грант для продолжения исследований по Li-Fe. В сентябре 2001 года Рик Фулап уже мотался по венчурным фондам в поисках подъемных средств. Ему удалось создать конкуренцию среди инвесторов, подогревая ее все новыми и новыми сообщениями в прессе о фантастических рыночных перспективах Li-ion батарей.

Уже в декабре 2001 года на счета компании поступили первые $8 млн. Через четыре месяца после начала работы над проектом, в апреле 2002 года, в дело вошли лидеры рынка мобильной электроники Motorola и Qualcomm, увидевшие в новой технологии громадный потенциал. Барт Райли с улыбкой вспоминает, как на какой-то конференции Фулап подскочил к Полу Джекобсу, вице-президенту Qualcomm. В течение минуты, чуть ли не держа Джекобса за лацкан пиджака, Рик сумел доходчиво объяснить тому преимущества технологии A123 перед конкурентами, а еще через несколько секунд поставил вопрос ребром – инвестируйте сегодня, завтра будет поздно! И через пару дней Джекобс принял верное решение. Вскоре в числе инвесторов A123 оказались: знаменитая компания Sequoia Capital, на деньги которой в свое время были созданы Google и Yahoo, General Electric, Procter & Gamble и многие другие крупные компании.

Запасной парашют

К началу 2003 года работа зашла в тупик. Оказалось, что многообещающая технология работает только отчасти – процесс самоорганизации оказался неустойчивым. Возникли серьезные сложности с технологией получения однородных по размеру и свойствам частиц электродных наноматериалов. Как следствие, рабочие характеристики продукта «плавали» в диапазоне от выдающихся до никуда не годных. Срок службы полученных батарей значительно уступал имеющимся аналогам из-за слабости кристаллической решетки электродов. Она попросту разрушалась за несколько циклов разряда. Чанг понял, что до создания промышленной технологии идеальных аккумуляторов еще очень далеко. Проект затрещал по швам…

К тому времени работа над феррофосфатом лития дала неожиданные результаты. Поначалу электрические свойства фосфата железа выглядели весьма скромно. Преимуществами Li-Fe над LiCoO2 были его нетоксичность, дешевизна и меньшая чувствительность к нагреву. В остальном же феррофосфат значительно уступал кобальтату – на 20% по энергоемкости, на 30% по производительности и по количеству рабочих циклов. А значит, батарея с катодом из первичного Li-Fe не годилась для мобильной электроники, где емкость имеет первостепенное значение. Феррофосфат требовал глубокой модификации. Чанг начал экспериментировать с добавлением ниобия и других металлов в структуру электрода и уменьшением размеров отдельных частиц Li-Fe до ста нанометров. И материал буквально преобразился! Благодаря возросшей в тысячи раз площади активной поверхности и улучшению электропроводности за счет введенных золота и меди батареи с катодом из наноструктурированного Li-Fe превосходили обычные кобальтовые по токам разряда в десять раз. Кристаллическая структура электродов со временем практически не изнашивалась. Добавки металлов усиливали ее, как арматура усиливает бетон, поэтому количество рабочих циклов батареи возросло более чем в десять раз – до 7000! Фактически такая батарея способна пережить несколько поколений приборов, которые она питает. Кроме того, ничего нового в технологии производства создавать под Li-Fe не пришлось. Это означало, что продукт, который сделали Райли, Чанг и Фулап, готов к немедленному массовому производству.

«Если у вас небольшая компания и ограниченное финансирование, обычно вы фокусируетесь на чем-нибудь одном, – говорит Райли. – Но оказалось, что у нас в кармане целых две идеи! Инвесторы требовали продолжать работу над первоначальной темой проекта, а нанофосфат оставить до лучших времен. Но мы поступили по-своему. На новое направление мы бросили небольшую команду инженеров. Перед ними была поставлена конкретная цель – разработка технологии промышленного производства катодного наноматериала». Как оказалось впоследствии, это упрямое решение спасло весь проект от краха. После первых очевидных успехов по нанофосфату дальнейшие работы по самоорганизации были отложены в долгий ящик, но не забыты. Ведь история когда-нибудь может повториться с точностью до наоборот.

Индустриальный гигант

Буквально через месяц после этого A123 заключила судьбоносный контракт со знаменитой компанией Black & Decker. Оказалось, что Black & Decker уже несколько лет вела разработку нового поколения строительного электроинструмента – мобильных и мощных переносных устройств. Но внедрение новинки задерживалось из-за отсутствия подходящего источника тока. NiMH и NiCd батареи не подходили компании по весу, размеру и рабочим характеристикам. Обычные Li-ion аккумуляторы были достаточно емкими, но не обеспечивали высокий ток нагрузки и при быстром разряде так нагревались, что могли загореться. Кроме того, время, нужное для их заряда, было слишком велико, а переносной инструмент должен быть всегда наготове. Аккумуляторы А123 идеально подходили для этих целей. Они были очень компактны, мощны и абсолютно безопасны. Время заряда до 80% емкости составляло всего 12 минут, а при пиковых нагрузках Li-Fe батареи развивали мощность, превышающую мощность сетевых инструментов! Одним словом, Black & Decker нашел именно то, что искал.

К тому времени у А123 был только опытный образец батареи размером с десятицентовую монету, а Black & Decker нуждался в миллионах реальных аккумуляторов. Фулап и Райли провели гигантскую работу по созданию собственных производственных мощностей и уже через год после подписания контракта начали серийный выпуск товарной продукции в Китае. Энергия и напор Фулапа в сделке с Black & Decker позволили A123 в кратчайшие сроки войти в большую индустриальную обойму. За неполные шесть лет компания из Массачусетса выросла из чистой идеи до крупного научно-производственного комплекса с шестью заводами и штатом из 900 сотрудников. Сегодня A123 Systems является обладателем 120 патентов и патентных заявок в области электрохимии, а ее исследовательский центр по литий-ионным технологиям считается самым лучшим в Северной Америке.

Но компания не останавливается на достигнутом. За последние полтора года были радикально улучшены свойства исходного нанофосфата и разработаны новые виды электролитов. Созданы более совершенные и надежные электронные системы управления зарядом. Разработаны несколько видов дизайна пакетов батарей для применения в различных областях техники. Но главный шаг вперед – это, конечно же, разработка аккумулятора для будущего гибридного автомобиля Chevrolet Volt.

Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в...

Список компаний, которые выпускают литий-ионные (Li-ion), литий-полимерные (Li-Po), литий-фосфатные (Li-Fe / LiFePO4) аккумуляторы в различных странах мира. Название производителя Местоположение...

Современное оборудование день ото дня становится все более сложным и мощным. Высокие стандарты техники предъявляют повышенные требования к аккумуляторным батареям, которые теперь должны сочетать в себе высокую производительность, энергоэффективность и обладать увеличенным запасом электроэнергии.

Внедрение новых типов электрооборудования в производство, ускорение технологического процесса - все это повышает требования к источникам электроэнергии, и современные аккумуляторные батареи уже не всегда могут им удовлетворять. Для решения этой проблемы производители пошли по пути усовершенствования литий-ионной технологии. Так появился на свет литий-железо-фосфатный являющийся идейным потомком Li-ion батарей.

Историческая справка

LiFePO4, или LFP, - естественный минерал семейства оливин, впервые был обнаружен в 1996 году ученым из Техасского университета Джоном Гуденафом, который искал пути усовершенствования Li-ion источников электроэнергии. Примечательным стал тот факт, что данный минерал обладал меньшей токсичностью и более высокой термической устойчивостью, чем все известные на тот момент электроды.

К тому же он встречался в естественной среде и обладал меньшей стоимостью. Главным недостатком электродов на базе LiFePO4 стала небольшая электроемкость, из-за чего литий-железо-фосфатный аккумулятор перестал разрабатываться.

Исследования в этом направлении были возобновлены в 2003 году в Команда ученых работала над созданием принципиально новых АКБ, которые бы стали заменой самых прогрессивных на тот момент Li-ion батарей. Проектом заинтересовались такие крупные компании, как Motorola и Qualcomm, что приблизило появление батарей с LiFePO4 катодными элементами.

АКБ на основе LiFePO4

Данный тип использует ту же технологию получения электроэнергии, что и привычные для нас литий-ионные элементы. Однако между ними имеется и ряд существенных отличий. Во-первых, это использование собственного типа BMS - системы управления, которая защищает электрические аккумуляторы от перезаряда и сильной разрядки, повышает срок службы и делает источник энергии более стабильным.

Во-вторых, LiFePO4, в отличие от LiCoO2, менее токсичен. Этот факт позволил избежать ряда проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. В частности сократить выбросы кобальта в атмосферу при неправильной утилизации АКБ.

Наконец, из-за отсутствия единых стандартов LFP элементы обладают разным химическим составом, что обуславливает варьирование технических характеристик моделей в широком диапазоне. Кроме того, обслуживание данных источников питания более сложное и должно происходить с соблюдением определенных правил.

Технические характеристики

Стоит сказать, что литий-железо-фосфатные аккумуляторы 48 Вольт, 36 Вольт и 60 Вольт изготавливают путем последовательного соединения между собой отдельных ячеек, ибо максимальное напряжение в одной LFP-секции не может превышать 3,65 В. Поэтому технические показатели каждой АКБ могут существенно отличаться между собой - все зависит от сборки и конкретного химического состава.

Для анализа технических характеристик приведем номинальные значения одной отдельно взятой ячейки.

Наилучшая реализация возможностей каждой отдельной ячейки была достигнута в АКБ Everexceed. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы Everexceed отличаются продолжительным сроком службы. Всего они способны выдержать до 4 тыс. циклов зарядки-разрядки с потерей емкости до 20%, а восполнение запаса энергии происходит за 12 минут. Учитывая это, можно сделать вывод, что батареи Everexceed являются одними из лучших представителей LFP-элементов.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом, которое в выгодном свете выделяет литий-железо-фосфатный аккумулятор среди других представителей АКБ, является долговечность. Такой элемент способен выдержать более 3 тыс. циклов зарядки-разрядки при падении уровня электроэнергии до 30%, и более 2 тыс. - при падении до 20%. Благодаря этому средний срок службы батарей составляет около 7 лет.

Стабильный ток заряда является вторым важным преимуществом LFP-элементов. Напряжение на выходе остается равным 3,2 В до тех пор, пока заряд не будет полностью исчерпан. Это позволяет упростить схему подключения, устраняет необходимость использования регуляторов напряжения.

Более высокий пиковый ток - третье их преимущество. Это свойство АКБ позволяет им выдавать максимальную мощность даже при сверхнизких температурах. Данное свойство побудило автомобилестроителей использовать литий-железо-фосфатный аккумулятор в качестве первичного источника энергии при запуске бензиновых и дизельных двигателей.

Наряду со всеми представленными преимуществами, LiFePO4 батареи обладают одним существенным недостатком - большая масса и размеры. Это ограничивает их использование в некоторых видах техники и электрооборудования.

Особенности эксплуатации

Если вы покупаете готовые литиево-фосфатные аккумуляторы, то сложностей с обслуживанием и эксплуатацией у вас не возникнет. Все благодаря тому, что производители встраивают в такие элементы платы BMS, которые не допускают перезаряда и не дают разрядиться элементу до предельно низкого уровня.

Но если вы приобретаете отдельные ячейки (пальчиковые батарейки, например), то вам придется следить за уровнем заряда самостоятельно. При падении заряда ниже критического уровня (ниже 2,00 В) начнет стремительно падать и емкость, что сделает невозможным подзарядку элементов. Если же вы, наоборот, допустите перезаряд (выше 3,75 В), ячейка просто вздуется из-за выделившихся газов.

Если вы используете подобный аккумулятор для электромобиля, то после 100% зарядки вам необходимо отсоединить В противном случае батарея разбухнет из-за перенасыщения электрическим током.

Правила эксплуатации

Если вы планируете использовать литиево-фосфорные батареи не в циклическом режиме, а в буферном, например, в качестве источника питания ИБП или совместно с солнечной батареей, то вам необходимо позаботиться о понижении уровня заряда до 3,40-3,45 В. Справиться с этой задачей помогают «умные» зарядные устройства, которые в автоматическом режиме сначала полностью восполняют запас энергии, а затем понижают уровень напряжения.

Во время эксплуатации вам необходимо следить за балансом ячеек или использовать специальные балансировочные платы (в аккумулятор для электромобиля они уже встроены). Дисбалансом ячеек называют такое состояние, когда общее напряжение устройства остается на номинальном уровне, а вот напряжение ячеек становится разным.

Подобное явление происходит из-за разности сопротивлений отдельных секций, плохого контакта между ними. Если ячейки обладают разным напряжением, то и неравномерно происходит их зарядка-разрядка, что существенно снижает срок службы АКБ.

Ввод батарей в эксплуатацию

Перед использованием литиево-фосфорных батарей, собранных из отдельных ячеек, необходимо позаботиться о балансировке системы, так как секции могут иметь разный уровень заряда. Для этого все компоненты параллельно соединяются между собой и подключаются к выпрямителю, зарядному устройству. Соединенные таким образом ячейки надо зарядить до 3,6 В.

Используя аккумулятор литий-железо-фосфатный для электровелосипеда, вы наверняка замечали, что в первые минуты работы АКБ выдает максимальную мощность, а затем заряд стремительно падает до уровня 3,3-3,0 В. Не стоит этого пугаться, ведь это нормальная работа батареи. Дело в том, что основная ее емкость (около 90%) лежит именно в этом диапазоне.

Заключение

КПД на 20-30% выше, чем у других аккумуляторов. При этом они служат на 2-3 года дольше, чем другие источники электроэнергии, а также обеспечивают стабильным током на протяжении всего периода эксплуатации. Все это выделяет представленные элементы в выгодном свете.

Однако большинство людей так и будут игнорировать литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Плюсы и минусы АКБ меркнут перед их ценой - она в 5-6 раз больше, чем у привычных для нас свинцово-кислотных элементов. Такой аккумулятор для автомобиля в среднем стоит около 26 тыс. рублей.

Современный рынок пестрит разнообразным электронным оборудованием. Для их функционирования разрабатываются все более совершенные источники питания. Среди них особое место занимают литий железо фосфатные аккумуляторы. Они безопасны, обладают большой электроемкостью, практически не выделяют токсины, долговечны. Возможно, скоро эти батареи вытеснят из устройств своих «собратьев».

Содрежание

Что такое литий железо фосфатный аккумулятор

LiFePo4 аккумуляторы – это высококачественные и надежные источники питания с высокой производительностью. Они активно вытесняют не только морально устаревшие свинцово-кислотные, но и современные Li-ion батареи. Сегодня данные АКБ встречаются не только в промышленном оборудовании, но и в бытовых устройствах – от смартфонов до электровелосипедов.

LFP аккумуляторы были разработаны Массачусетским Технологическим Университетом в 2003 году. Их основа – усовершенствованная технология Li-ion с измененным химическим составом: для анода используется лития феррофосфат вместо кобальтата лития. Широкое распространение АКБ получили благодаря таким компаниям, как Motorola и Qualcomm.

Как осуществляется производство LiFePo4 аккумуляторов

Основные компоненты для изготовления LiFePo4 батарей поставляются на завод в виде темно-серого порошка с металлическим блеском. Схема производства анодов и катодов одинакова, но из-за недопустимости смешивания компонентов все технологические операции выполняются на разных цехах. Все производство делится на несколько этапов.

Первый шаг. Создание электродов. Для этого готовый химический состав покрывается с обеих сторон металлической фольгой (как правило, алюминиевой для катода, а медной для анода). Фольга предварительно обрабатывается суспензией, чтобы она могла выступать в роли приемника тока и токопроводящего элемента. Готовые элементы нарезаются на тонкие полоски и сворачиваются несколько раз, образуя квадратные ячейки.

Второй шаг. Непосредственно сборка батареи. Катоды и аноды в форме ячеек располагают по обе стороны сепаратора из пористого материала, плотно закрепляют на нем. Полученный блок помещают в пластиковый контейнер, заливают электролитом и запечатывают.

Заключительный этап. Контрольная зарядка/разрядка батареи. Зарядка производит с постепенным нарастанием напряжения электротока, чтобы не случился взрыв или воспламенение из-за выделения большого количества тепла. Для разрядки аккумулятор подключают к мощному потребителю. Не выявив отклонений, готовые элементы отправляются к заказчику.

Принцип работы и устройство литий железо фосфатного АКБ

LFP батареи состоят из электродов, плотно прижатых к пористому сепаратору с обеих сторон. Для питания устройств и катод, и анод подключаются к токосъемникам. Все компоненты помещены в пластиковый корпус, залиты электролитом. На корпус помещается контролер, который регулирует подачу тока во время зарядки.

Принцип работы LiFePo4 аккумуляторов основан на взаимодействии литий феррофосфата и углерода. Сама реакция протекает по формуле:

LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

Переносчиком заряда АКБ выступает положительно заряженный ион лития. Он имеет способность внедряться в кристаллическую решетку других материалов, с образованием химических связей.

Технические характеристики LiFePo4 аккумуляторов

Вне зависимости от производителя все LFP ячейки имеют одинаковые технические характеристики:

• пиковое напряжение – 3,65 V;
• напряжение в средней точке – 3,3 V;
• напряжение в полностью разряженном состоянии – 2,0 V;
• номинальное рабочее напряжение – 3,0-3,3 V;
• минимальное напряжение под нагрузкой – 2,8 V;
• долговечность – от 2-х до 7 тыс. циклов заряда/разряда;
• самозаряд при температуре 15-18 С о – до 5% в год.

Представленные технические характеристики относятся именно к LiFePo4 ячейкам. В зависимости от того, сколько их объединено одной батареей, будут варьироваться и параметры аккумуляторов.

Экземпляры отечественного производства имеют следующие характеристики:

• емкостью – до 2000 Ач;
• напряжением – 12 v, 24v, 36v и 48v;
• с диапазоном рабочих температур – от -30 до +60 С о;
• с током заряда – от 4 до 30А.

Все аккумуляторы не теряют свои качества при хранении на протяжении 15 лет, имеют стабильное напряжение и отличаются низкой токсичностью.

Какие бывают LiFePo4 батареи

В отличие от привычных для нас батарей, которые маркируются символами АА или ААА, литий железо фосфатные элементы имеют совершенно иную маркировку форм-фактора – их размеры шифруются 5-значным номером. Все они представлены в таблице.

Типоразмер	Габариты, DxL (мм)
14430	14 x 43
14505	14 x 50
17335	17 x 33
18500	18 x 50
18650	18 x 65
26650	26 x 65
32600	32 x 60
32900	32 x 90
38120	38 x 120
40160	40 x 160
42120	42 x 120

Даже не имея перед собой таблицу с обозначением маркировки, можно легко сориентироваться в габаритах батареи. Первый две цифры кода обозначают диаметр, остальные – длину источника питания (мм). Число 5 на конце некоторых типоразмеров соответствует половине миллиметра.

Литий железо фосфатный аккумулятор: плюсы и минусы

LFP батареи основаны на технологии Li-ion, что позволило им вобрать в себя все плюсы данных источников питания, и одновременно избавиться от присущих им недостатков.

Среди главных достоинств выделяют:

1. Долговечность – до 7 000 циклов.
2. Высокий ток заряда, что сокращает время восполнения энергии.
3. Стабильное рабочее напряжение, которое не падает до полного исчерпания заряда.
4. Высокое пиковое напряжение – 3,65 Вольта.
5. Высокая номинальная емкость.
6. Небольшой вес – до нескольких килограммов.
7. Низкий уровень загрязнения окружающей среды при утилизации.
8. Морозостойкость – работа возможна при температуре от -30 до +60С о.

Но у аккумуляторов выделяют также и минусы. Первый из них – это высокая стоимость. Цена элемента на 20 Ач может достигать 35 тыс. рублей. Второй и последний недостаток – сложность собственноручной сборки банки батарей, в отличие от литий-ионных элементов. Других явных минусов у этих источников питания пока не выявлено.

Зарядные устройства и как заряжать LiFePo4

Зарядные устройства для LiFePo4 аккумуляторов практически ничем не отличаются от обычных инверторов. В особенности можно записать большая сила тока на выходе – до 30А, что используется для быстрой подзарядки элементов.

Покупая готовый блок батарей трудностей с их зарядкой возникнуть не должно. В их конструкции встроено электронное управление, которое защищает все ячейки от полного разряда и перенасыщения электроэнергией. Дорогие системы используют балансирную плату, которая равномерно распределяет энергию между всеми ячейками устройства.

Важно при подзарядке не превышать рекомендуемую силу тока, если вы используете сторонние ЗУ. Это снизит срок службы батареи в несколько раз за одну подзарядку. Если батарея нагревается или вздувается, то сила тока превышает допустимые значения.

Где применяются LiFePo4 аккумуляторы

LFP батареи имеют большое значение для промышленности. Их используют для поддержания работоспособности устройств на метеостанциях, больницах. Они также внедряются в качестве буфера на ветряные электростанции и применяют для накопления энергии от солнечных панелей.

Аккумуляторы на 12v начинают использоваться в современных автомобилях вместо привычных свинцово-кислотных элементов. LiFePo4 конструкции устанавливаются в качестве главного источника питания на электровелосипедах и квадроциклах, моторных лодках.

Широко их значение и в быту. Они встраиваются в телефоны, планшеты, и даже в шуруповерты. Однако такие устройства значительно отличаются по цене от своих менее технологичных собратьев. Поэтому встретить их на рынке пока сложно.

Правила хранения, эксплуатации и утилизации LiFePo4

Прежде чем отправить LFP аккумулятор на длительное хранение, необходимо его зарядить до 40-60% и поддерживать этот уровень заряда на протяжении всего срока консервации. Держать АКБ следует в сухом месте, где температура не отпускается ниже комнатных значений.

Во время эксплуатации следует выполнять требования производителя. Важно не допускать перегрева батареи. Если вы заметили, что аккумулятор во время работы или подзарядки нагревается неравномерно, то следует обратиться в ремонтный центр – возможно одна из ячеек вышла из строя, либо присутствуют неисправности блока управления или балансирной платы. Так же следует поступить и при появлении вздутий.

Для правильной утилизации полностью исчерпавшей свой ресурс батареи следует обратиться в специализирующиеся на этом организации. Так вы не только поступите как сознательный гражданин, но и сможете на этом заработать. Однако если вы просто отправите АКБ на свалку, то ничего страшного не произойдет.

Вам так же может быть интересно

Миниатюрные батарейки в форме таблетки используются во многих устройствах. Изделия различных производителей могут по

Надежность запуска мотора любого автомобиля во многом зависит от качества применяемого аккумулятора. Он должен

Для каждого автомобиля важно правильно подбирать аккумуляторную батарею. Это позволит значительно продлить срок службы

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.

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.

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

• 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 , 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).

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.

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
	3,2	600	15
		1250	31,25
		2000	50
		3500	87,5
		5000	125
		5000	125
		7000	175
		9000	225
		22000	500
		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

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
	12	50	6
	12	100	22
	48	100	40
	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
	12	10	1,3
	12	20	2,5
	12	30	3,5
	24	20	4,5
	14,4	4,5	0,7
	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
	6,4	10	0,5
	9,6	20	1,5
	12,8	30	3
	12,8	40	4
	25,6	10	2
	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
	24	10	2,5
	24	20	4,5
	24	40	9
	36	10	3,5
	36	20	6,5
	36	30	10
	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
	9,6	1,4	150
	16	1,4	250
	19,2	7	1500
	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
	48	9	4
	48	36	16
	48	54	24
	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.

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.

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

Параметр	Литий-железофосфатная система электроснабжения	Обычная система со свинцовыми АКБ глубокого разряда	Преимущества LiFePO4
Рабочее количество эффективных циклов	> 6000 при разряде 80%	~500	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	~4	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.

Литература

1. http://www.eemb.com.
2. http://www.eemb.com/products/rechargeable_battery/lifepo4_battery/lifepo4_battery.html.