LiFePO4 e íon de lítio

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individual LiFePO4 as células têm uma voltagem nominal de cerca de 3,2 V ou 3,3 V. Usamos várias células em série (geralmente 4) para formar uma bateria de fosfato de ferro e lítio.

• Usando quatro células de fosfato de ferro-lítio em série, nos dá um pacote de aproximadamente 12,8-14,2 volts quando cheio. Esta é a coisa mais próxima que vamos encontrar de uma bateria tradicional de chumbo-ácido ou AGM.
• As células de fosfato de ferro e lítio têm maior densidade celular do que o ácido de chumbo, em uma fração do peso.
• As células de fosfato de ferro e lítio têm menos densidade celular do que o íon de lítio. Isso os torna menos voláteis, mais seguros de usar e oferece quase uma substituição individual para os pacotes AGM.
• Para atingir a mesma densidade das células de íon-lítio, precisamos empilhar células de fosfato de ferro-lítio em paralelo para aumentar sua capacidade. Portanto, as baterias de fosfato de ferro-lítio com a mesma capacidade de uma célula de íon de lítio serão maiores, pois requerem mais células em paralelo para atingir a mesma capacidade.
• As células de fosfato de ferro e lítio podem ser usadas em ambientes de alta temperatura, onde as células de íons de lítio nunca devem ser usadas acima de +60 Celsius.
• A vida útil estimada típica de uma bateria de fosfato de ferro-lítio é de 1.500 a 2.000 ciclos de carga por até 10 anos.
• Normalmente, um pacote de fosfato de ferro-lítio mantém sua carga por 350 dias.
• As células de fosfato de ferro e lítio têm quatro vezes (4x) a capacidade das baterias de chumbo-ácido.

Íon-lítio

Individual Íon-lítio as células geralmente têm uma tensão nominal de 3,6 V ou 3,7 volts. Usamos várias células em série (geralmente 3) para formar uma bateria de íon de lítio de ~ 12 volts.

• Para usar células de íon-lítio para um banco de energia de 12v, nós as colocamos 3 em série para obter um pacote de 12,6 volts. Este é o mais próximo que podemos chegar da voltagem nominal de uma bateria de chumbo-ácido selada, usando células de íon de lítio
• As células de íon de lítio têm uma densidade celular mais alta do que o fosfato de lítio e ferro de que falamos acima. Isso significa que usamos menos deles para a capacidade desejada. Maior densidade celular tem o custo de maior volatilidade.
• Assim como acontece com o fosfato de ferro-lítio, também podemos empilhar células de íon-lítio em paralelo para aumentar a capacidade de nossas embalagens.
• A vida útil estimada típica de uma bateria de íon de lítio é de dois a três anos ou 300 a 500 ciclos de carga.
• Normalmente, uma embalagem de íon de lítio mantém sua carga por 300 dias.

Pack Voltages

Adicionarei esta seção com base no feedback de um de nossos seguidores no Facebook.
O motivo pelo qual usamos 3 células em série para baterias de íon de lítio é a voltagem. Um pacote de íons de lítio 4S tem voltagem muito alta (~ 16,8 V) quando cheio. Em contraste, existem alguns rádios que requerem mais voltagem do que o lado baixo de uma bateria de íons de lítio 3s pode fornecer no final de sua curva de voltagem. Se ainda quisermos usar um pacote de íons de lítio 4S, precisamos integrar um regulador DC DC, para gerenciar a saída de tensão. Ou, como aludi no segundo parágrafo, também podemos usar células de fosfato de ferro-lítio, que têm 14,2-14,4 V totalmente carregadas. Isso é perfeitamente adequado para a maioria dos rádios, mas leia os requisitos de tensão do seu rádio.

Carregando

carregar células de fosfato de ferro e lítio + íons de lítio é muito semelhante. Ambos usam corrente constante e voltagem constante para carregar. Se estivermos falando sobre uma das baterias DIY do canal, o carregamento solar ou de desktop geralmente é feito por duas peças de engrenagem.

• Primeiro temos a fonte de tensão e corrente. Isso pode ser um dólar ajustável ou um painel solar, por exemplo.
• Em seguida, temos o controlador de carga. Isso regula a tensão e a corrente que saem de nossa fonte de tensão / corrente, alimentando o BMS.
• Finalmente, o BMS envia a tensão regulada para o pacote. Ele também remove a voltagem das células que possuem uma voltagem mais alta do que as outras. Isso dá aos outros uma chance de alcançá-los. Apesar do que diz a Bioenno, nunca conecte diretamente uma fonte não regulamentada à sua bateria (BMS ou não!).

Tempo frio

Como acontece com todas as baterias, o frio afeta a capacidade das células de íon de lítio ou de fosfato de ferro-lítio serem carregadas. Portanto, precisamos fazer algo para garantir que a bateria não caia abaixo de zero. O carregamento da bateria é uma das razões pelas quais implanto um abrigo durante o tempo frio. É relativamente fácil manter a temperatura dentro do abrigo acima de zero, enquanto sua energia solar ou gerador permanece fora da barraca. Um truque utilizado para manter essas células acima do congelamento é mantê-las, junto com o equipamento de rádio, dentro de um invólucro. Todos os rádios geram calor, portanto, restringindo (até certo ponto) a ventilação, o calor do rádio aquece significativamente o espaço ao redor da bateria. Outro truque é usar aquecedores químicos para as mãos perto ou dentro do compartimento da bateria. A questão é usar o bom senso. Como sabemos que não devemos carregar baterias abaixo de zero, uma simples mudança nas práticas operacionais pode facilmente corrigir isso.

Equilíbrio

Se você estiver construindo um pacote com mais de uma célula em série, precisará equilibrar as células do pacote ou do carregador.
É importante ressaltar que só porque alguém pode fazer um vídeo ou blog no YouTube mostrando como construir um pacote, não significa necessariamente que saiba exatamente o que está fazendo.
Resumindo, você precisa equilibrar manualmente suas células ou equilibrá-las ativamente. se você está construindo um dos meus projetos de bateria E vai usar essa bateria enquanto carrega e descarrega simultaneamente, o equilíbrio ativo é o caminho a percorrer. Por outro lado, se você estiver usando esse pacote apenas para descarregar, levando-os para o campo para descarregar e, em seguida, recarregar quando estiver de volta para casa, tecnicamente você não precisa de nenhum equilíbrio ao descarregar o pacote. Se você for carregar as células como um pacote 4s ou 3s completo, precisará de uma carga de equilíbrio ou carregá-las individualmente. É claro que se você estiver usando baterias 18.650 e seu carregador permitir o carregamento de mais de uma célula por vez, tudo bem!

Escolhendo um BMS

O parágrafo a seguir se refere apenas àqueles que desejam construir uma bateria completa. Agora que você leu os parágrafos acima, você entende que as tensões entre o íon de lítio e o fosfato de ferro e lítio são únicas. Isso também significa que os BMS que você usa para as baterias são específicos para íons de lítio ou fosfato de ferro-lítio. Você pode encontrar uma variedade de placas de balanceamento diferentes nos projetos do canal. Escolhemos as placas de balanceamento pelas capacidades que exigimos delas. Antes de escolher uma prancha, precisamos saber:

• Quantos amperes queremos extrair da placa
• Quantas células estão em série
• Se células de íon de lítio ou de fosfato de ferro-lítio serão usadas
• O conselho oferece balanceamento de células (se você estiver usando um BMS, sempre obtenha um com balanceamento de células)

Quando você tiver esses números, poderá usá-los para escolher o BMS certo de seu fornecedor. Você não deve nem mesmo olhar para o preço até entender suas necessidades. Você também deve tomar cuidado com os vendedores do eBay e Alibaba. Eles freqüentemente rotulam incorretamente as placas BMS com recursos muito maiores do que realmente fornecem. Portanto, use seu bom senso. Se eu sei que vou extrair 15 amperes de um BMS, geralmente compro um no eBay, que é classificado para 30 amperes.
Por que mais você deseja integrar um BMS em seu projeto? Um bom BMS também oferece estes recursos:

• Proteção contra sobretensão
• Proteção contra subtensão
• Proteção contra curto-circuito
• Equilíbrio

Quando as pessoas dizem para você não usar um BMS ou o balanceamento não é necessário, elas o fazem sem entender a proteção adicional que um BMS oferece. Alimento para o pensamento!

Gráfico de descarga de lítio x SLA

Às vezes, não importa o quanto eu tente, os operadores ainda mantêm a ilusão de que uma bateria de chumbo-ácido selada com a mesma capacidade não é diferente ou até melhor do que um íon de lítio ou um pacote de fosfato de ferro e lítio. Isso geralmente é baseado no preço. Isso é um total absurdo!
Aqui estão alguns fatos.

• A razão número um para não usar uma bateria de chumbo-ácido é o peso. Os pacotes de fosfato de lítio e ferro-lítio são uma fração do peso, enquanto oferecem maior densidade celular. Isso se traduz em maior tempo de operação ou a capacidade de alimentar nosso equipamento por muito mais tempo no campo, sem um aumento no tamanho / peso.
• Baterias pequenas de chumbo-ácido seladas apresentam queda extrema de tensão sob carga pesada. Eles nunca foram projetados para aplicações de alta amperagem. Na verdade, pequenas baterias seladas de chumbo-ácido foram projetadas para receber uma pequena carga por um longo período de tempo. Aplicando os típicos 15 a 20 amperes de um rádio moderno de 100 watts, experimentamos uma queda de tensão significativa. Um pacote de íon de lítio ou fosfato de ferro-lítio adequadamente construído não mostra a mesma queda de tensão que uma bateria de ácido de chumbo. Na verdade, sob carga, a tensão é relativamente baixa durante a descarga de íons de lítio e pacotes de fosfato de ferro e lítio.
• Uma das ilusões sobre as baterias de íon-lítio ou de fosfato de ferro-lítio é que “são difíceis de carregar”. Na verdade, pacotes de íon de lítio e fosfato de ferro lítio são mais fáceis de carregar do que uma bateria de chumbo-ácido selada, se apenas abrirmos nossas mentes para isso. Tudo o que precisamos saber é quantas células temos em série e a voltagem das células individuais na embalagem. Em seguida, use esse número para aplicar tensão constante-corrente constante ao pacote. Isso é matemática básica! Não há tensão flutuante ou quaisquer estágios ao carregar pacotes de lítio ou fosfato de ferro-lítio. Apenas tensão constante-corrente constante. Quando a bateria atinge o topo de sua curva de tensão, ela está cheia. Sem flutuação ou absorção ... ele só está cheio quando atinge o topo de sua curva de tensão.

Portanto, há muita desinformação na Internet. Há ainda mais no YouTube, impulsionado por YouTubers que não sabem ou não fizeram a pesquisa. Não batê-los, mas é importante que cada um de nós faça sua própria pesquisa. Eu concordaria que, superficialmente, parece que uma bateria de chumbo-ácido seria mais barata de comprar do que a embalagem de íon-lítio ou fosfato de ferro-lítio. Existem tantas outras coisas para olhar além do preço, que nos dão a verdadeira resposta a essa pergunta. Eu nem considero mais usar baterias de chumbo-ácido em nenhum dos meus projetos. Então sobra o íon de lítio e o fosfato de ferro e lítio. Qual você deve usar em um projeto? Bem, aqui está como eu escolho.

• Se estou tentando fazer um ultraleve viajando uma distância considerável a pé, o íon de lítio é provavelmente o melhor caminho a percorrer. Maior densidade celular dá um tempo de execução mais longo no pacote menor do que o fosfato de ferro e lítio,
• Se procuro algo fácil de trabalhar, uma quantidade maior de watt-hora em relação ao 3S Li-Ion, onde tradicionalmente usava bateria SLA, LiFePO4 é a melhor escolha.
• Se estou procurando o melhor investimento para baterias de armazenamento em um gerador solar fora da rede, 1500-2000 ciclos, manutenção zero e 10 ou mais anos parece bastante incrível.

Como tudo no mundo, os resultados de nossos projetos são baseados nas pesquisas que fazemos. Costumo receber críticas por não publicar tantos vídeos, mas quando você faz a pesquisa e o trabalho de fundo, é impossível jogar fora qualquer vídeo velho e ruim todos os dias. Assim como os caras da pesquisa. No final, será muito gratificante.

Viajar com baterias de lítio

As regras mudam de uma jurisdição para outra com a mesma facilidade com que o dia se transforma em noite. No momento, parece que as maiores restrições às baterias de lítio são encontradas voando para dentro ou fora da América do Norte. De acordo com os sites da FAA e da TSA, baterias de lítio com mais de 100 watts-hora podem ser permitidas em malas de mão com aprovação da companhia aérea, mas são limitadas a duas baterias sobressalentes por passageiro. Baterias de lítio soltas são proibidas em malas despachadas. Nem o FAA nem o TSA fazem qualquer diferença entre o íon de lítio ou o fosfato de ferro-lítio.