LiFePO4 & Lithium-ion

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individuel LiFePO4 celler har en nominel spænding på ca. 3,2V eller 3,3V. Vi bruger flere celler i serie (normalt 4) til at udgøre en lithium-jernphosphat-batteripakke.

• Brug af fire lithiumjernfosfatceller i serie giver os nogenlunde ~ 12,8-14,2 volt pakning, når den er fuld. Dette er det tætteste, vi finder et traditionelt bly-syre- eller AGM-batteri.
• Lithiumjernfosfatceller har større celletæthed end blysyre ved en brøkdel af vægten.
• Lithiumjernfosfatceller har mindre celletæthed end lithiumion. Dette gør dem mindre flygtige, sikrere at bruge og giver næsten en en-til-en-erstatning for AGM-pakker.
• For at nå den samme densitet som lithium-ion-celler, er vi nødt til at stakke lithium-jernfosfatceller parallelt for at øge deres kapacitet. Så litiumjernfosfatbatteripakker med den samme kapacitet som en lithiumioncelle, vil være større, da det kræver flere celler parallelt for at opnå den samme kapacitet.
• Lithium-jernfosfatceller kan bruges i miljøer ved høj temperatur, hvor lithium-ion-celler aldrig bør bruges over +60 Celsius.
• Den typiske estimerede levetid for et litiumjernfosfatbatteri er 1500-2000 opladningscyklusser i op til 10 år.
• En lithiumjernfosfatpakke holder typisk sin opladning i 350 dage.
• lithiumjernfosfatceller har fire gange (4x) kapaciteten af blybatterier.

Lithium-ion

Individuel Lithium-ion celler har normalt en nominel spænding på 3,6 V eller 3,7 volt. Vi bruger flere celler i serie (normalt 3) til at udgøre en ~ 12 volt lithium-ion batteripakke.

• For at bruge lithium-ion-celler til en 12V strømbank, placerer vi dem 3 i serie for at få en 12,6 volt pakke. Dette er det tætteste vi kan komme til den nominelle spænding for et forseglet blybatteri ved hjælp af lithiumionceller
• Lithium-ion-celler har en højere celletæthed end lithium-jernfosfat, vi talte om ovenfor. Det betyder, at vi bruger færre af dem til den ønskede kapacitet. Højere celletæthed kommer på det dyre med større flygtighed.
• Som med lithium-jernfosfat kan vi også stabile Lithium-ion-celler parallelt for at øge kapaciteten på vores pakker.
• Den typiske estimerede levetid for et Lithium Ion-batteri er to til tre år eller 300 til 500 opladningscyklusser.
• En litium-ion-pakke holder typisk sin opladning i 300 dage.

Pakspændinger

Jeg tilføjer dette afsnit baseret på feedback fra en af vores Facebook-følgere.
Årsagen til, at vi bruger 3 celler i serie til lithium-ion batteripakker er spændingen. En 4S lithium-ion-pakke har for høj spænding (~ 16,8 v), når den er fuld. Derimod er der nogle radioer, der kræver mere spænding, end den lave side af en 3s lithium-ion-pakke kan levere i slutningen af dens spændingskurve. Hvis vi stadig vil bruge en 4S lithium-ion-pakke, er vi nødt til at integrere en DC DC-regulator for at styre spændingsoutput. Eller som vi antydede i andet afsnit, kan vi også bruge lithiumjernphosphatceller, som har 14,2-14,4v fuldt opladede. Dette er helt fint for de fleste radioer, men læs spændingskravene til din radio.

Opladning

opladning af lithiumjernfosfat + lithiumionceller er meget ens. Begge bruger konstant strøm og derefter konstant spænding til opladning. Hvis vi taler om en af DIY-batteripakker fra kanalen, udføres sol- eller desktopopladning normalt med to gearstykker.

• Først har vi spænding og strømkilde. Dette kan være en justerbar bukke eller for eksempel et solcellepanel.
• Dernæst har vi ladestyringen. Dette regulerer spændingen og strømmen, der kommer ud af vores spænding / strømkilde ved at føre BMS.
• Endelig sender BMS den regulerede spænding til pakken. Det blæser også spænding fra celler, der har en højere spænding end de andre. Dette giver de andre en chance for at indhente. Trods hvad Bioenno siger, skal du aldrig direkte tilslutte en ureguleret kilde til dit batteri (BMS eller ej!).

Koldt vejr

Som med alle batterier påvirker kulden muligheden for, at lithiumion- eller lithiumjernfosfatceller oplades. Så vi er nødt til at gøre noget for at sikre, at batteriet ikke falder under frysepunktet. Batteriopladning er en af grundene til, at jeg indsætter et husly under koldt vejr. Det er relativt let at holde temperaturen inde i husly over frysepunktet, mens din solenergi eller generator forbliver uden for teltet. Et trick, der bruges til at holde disse celler over frysepunktet, er at holde dem og radioudstyret inde i et kabinet. Alle radioer producerer varme, så begrænsning (til en vis grad) ventilation, varme fra radioen vil opvarme rummet omkring batteriet markant. Et andet trick er at bruge kemiske håndvarmere nær eller inde i batterirummet. Pointen er at bruge sund fornuft. Da vi ved, at vi ikke bør oplade batterier under frysning, kan en simpel ændring af driftspraksis let rette op på dette.

Balancing

Hvis du bygger en pakke med mere end en celle i serie, skal du afbalancere cellerne i pakken eller i opladeren.
Det er vigtigt at påpege, bare fordi nogen kan lave en YouTube-video eller blog, der viser dig, hvordan du bygger en pakke, betyder ikke nødvendigvis, at de ved nøjagtigt, hvad de laver.
Den nederste linje, du enten har brug for at balancere dine celler manuelt eller aktivt afbalancere dine celler. Hvis du bygger et af mine batteripakkeprojekter, OG du vil bruge denne pakke, mens du samtidig oplader og aflade den, er aktiv balancering vejen at gå. På den anden side, hvis du kun bruger denne pakke til udladning, tager dem ud til marken for udladning, og derefter oplades, når du er hjemme, teknisk set behøver du ikke nogen balance, når du tømmer pakken. Hvis du vil oplade cellerne som en komplet 4s eller 3s pack, skal du bruge en balanceopladning eller oplade dem individuelt. Selvfølgelig, hvis du bruger 18650 batterier, og din oplader kan rumme mere end en celle ad gangen, er du alt sammen god!

Valg af en BMS

Følgende afsnit vedrører kun dem af jer, der gerne vil bygge en komplet batteripakke. Nu, hvor du har læst ovenstående afsnit, forstår du, at spændingerne mellem litiumion og lithiumjernfosfat er unikke. Dette betyder også, at den BMS, du bruger til dine batteripakker, er specifik for lithium-ion eller lithium-jernfosfat. Du kan finde en række forskellige balancebalancer i projekterne på kanalen. Vi vælger afbalanceringstavler efter de muligheder, vi har brug for fra dem. Før vi vælger et bord, skal vi vide:

• Hvor mange forstærkere vi ønsker at trække gennem brættet
• Hvor mange celler er i serie
• Uanset om der anvendes lithiumion eller lithium iron phosphate celler
• Tilbyder bestyrelsen cellebalancering (hvis du bruger en BMS får du altid en med cellebalancering)

Når du har disse numre, kan du bruge dem til at vælge den rigtige BMS fra din leverandør. Du skal ikke engang se på prisen, før du forstår dine krav. Du skal også passe på eBay- og Alibaba-sælgere. De mærker ofte forkert BMS-kort med meget større kapacitet, end de faktisk giver. Så brug din sunde fornuft. Hvis jeg ved, at jeg vil trække 15 ampere ud af en BMS, køber jeg normalt en fra eBay, der er vurderet til 30 ampere.
Hvorfor ellers ønsker du måske at integrere en BMS i dit projekt? En god BMS tilbyder også disse funktioner:

• Overspændingsbeskyttelse
• Underspændingsbeskyttelse
• Kortslutningsbeskyttelse
• Balancing

Når folk fortæller dig, at du ikke skal bruge en BMS, eller det ikke er nødvendigt at balancere, gør de det uden at forstå den ekstra beskyttelse, som en BMS giver. Mad til tanke!

Lithium vs SLA-afladningsgraf

Nogle gange uanset hvor hårdt jeg prøver, holder operatører stadig på illusionen om, at et forseglet blybatteri med samme kapacitet ikke er anderledes eller endda bedre end en lithiumion eller lithiumjernfosfatpakke. Dette er normalt baseret på prisen. Det er fuldstændig vrøvl!
Her er et par fakta.

• Årsagen til nummer 1 for ikke at bruge et blybatteri er vægt. Lithium- og lithiumjernfosfatpakker er en brøkdel af vægten, mens de giver større celletæthed. Dette resulterer i større driftstid eller evnen til at drive vores gear meget længere i marken uden en stigning i størrelse / vægt.
• Små forseglede blybatterier har et ekstremt spændingsfald under tung belastning. De var aldrig designet til applikationer med høj strømstyrke. Faktisk var små forseglede blybatterier designet til at have en lille belastning på dem over en lang periode. Ved anvendelse af de typiske 15 til 20 ampere fra en moderne 100 watt radio oplever vi et betydeligt spændingsfald. En korrekt bygget lithiumion- eller lithiumjernfosfatpakke viser ikke det samme spændingsfald som et blybatteri. Faktisk under belastning er spændingen relativt flad, mens lithium-ion- og lithium-jernfosfatpakker tømmes.
• En af illusionerne om lithium-ion eller lithium-jernphosphat-batteripakker, er "de er vanskelige at oplade". Faktisk er lithium-ion- og lithium-jernfosfatpakker lettere at oplade end et forseglet blybatteri, hvis vi bare åbner vores sind for det. Alt hvad vi behøver at vide er, hvor mange celler vi har i serie, og spændingen for de enkelte celler i pakken. Brug derefter dette nummer til at anvende konstant spænding konstant strøm på pakken. Dette er grundlæggende matematik! Der er ingen flyderspænding eller nogen trin, når der oplades litium- eller lithiumjernfosfatpakker. Bare konstant spænding konstant strøm. Når batteriet når toppen af sin spændingskurve, er det fuldt. Intet flydende eller absorption, .. det er bare fuldt, når det når toppen af sin spændingskurve.

Så der er en masse forkert information på Internettet. Der er endnu mere på YouTube, drevet af YouTubers, som enten ikke kender eller ikke har foretaget forskningen. Ikke smækker dem, men det er vigtigt for hver af os at gøre vores egen research. Jeg er enig i, at det på overfladen ser ud som om et blybatteri ville være billigere at købe end lithium-ion eller lithium-jernfosfatpakken. Der er så mange andre ting at se på ud over prisen, som giver os det rigtige svar på det spørgsmål. Jeg overvejer ikke engang at bruge blybatterier i nogen af mine projekter. Så det efterlader lithium-ion og lithium-jernfosfat. Hvilken skal du bruge i et projekt? Nå, her er hvordan jeg vælger.

• Hvis jeg prøver at gå ultralette med at rejse ganske langt til fods, er lithiumion sandsynligvis den bedre vej at gå. Større celletæthed giver en længere driftstid i den mindre pakke end lithiumjernfosfat,
• Hvis jeg leder efter noget let at arbejde med, en større mængde watt timer i løbet af 3S Li-Ion, hvor jeg traditionelt havde brugt i SLA-batteri, er LiFePO4 det bedre valg.
• Hvis jeg leder efter den bedste investering til opbevaring af batterier i en solenergi fra off-grid, lyder 1500-2000 cykler, nul vedligeholdelse og 10 eller flere år temmelig forbløffende.

Som alt andet i verden er resultaterne af vores projekter baseret på den forskning, vi udfører. Jeg får ofte kritik af ikke at offentliggøre så mange videoer, men når du laver research og baggrundsarbejdet, er det umuligt at smide nogen gammel crummy video hver dag. Så gør forskerne fyre. I sidste ende vil det være meget givende.

Rejser med litiumbatterier

Regler skifter fra en jurisdiktion til en anden så let som dagen bliver til natten. I øjeblikket ser det ud til, at de hårdeste restriktioner for litiumbatterier findes, der flyver ind eller ud af Nordamerika. Ifølge både FAA- og TSA-webstederne kan litiumbatterier med mere end 100 watt timer være tilladt i bæreposer med luftfartsgodkendelse, men er begrænset til to ekstra batterier pr. Passager. Løse litiumbatterier er forbudt i kontrollerede poser. Hverken FAA eller TSA gør nogen forskel mellem lithium-ion eller lithium-jernfosfat.