LiFePO4 & litiumjon

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Enskild LiFePO4 celler har en nominell spänning på cirka 3,2V eller 3,3V. Vi använder flera celler i serie (vanligtvis 4) för att bilda ett litiumjärnfosfatbatteripaket.

• Genom att använda fyra litiumjärnfosfatceller i serie ger vi oss ungefär ~ 12,8-14,2 volt när de är fulla. Det här är det närmaste vi hittar ett traditionellt bly-syra- eller AGM-batteri.
• Litiumjärnfosfatceller har större celldensitet än blysyra, vid en bråkdel av vikten.
• Litiumjärnfosfatceller har mindre celldensitet än litiumjon. Detta gör dem mindre flyktiga, säkrare att använda, och erbjuder nästan en-till-en ersättning för AGM-paket.
• För att nå samma densitet som litiumjonceller måste vi stapla litiumjärnfosfatceller parallellt för att öka deras kapacitet. Så litiumjärnfosfatbatterier med samma kapacitet som en litiumjoncell kommer att bli större eftersom det kräver fler celler parallellt för att uppnå samma kapacitet.
• Litiumjärnfosfatceller kan användas i högtemperaturmiljöer, där litiumjonceller aldrig ska användas över +60 Celsius.
• Den typiska uppskattade livslängden för ett litiumjärnfosfatbatteri är 1500-2000 laddningscykler i upp till 10 år.
• Typiskt kommer ett litiumjärnfosfatförpackning att hålla sin laddning i 350 dagar.
• litiumjärnfosfatceller har fyra gånger (4x) kapaciteten för blybatterier.

Litiumjon

Enskild Litiumjon celler har vanligtvis en nominell spänning på 3,6 V eller 3,7 volt. Vi använder flera celler i serie (vanligtvis 3) för att bilda ett ~ 12 volt litiumjonbatteripaket.

• För att använda litiumjonceller för en 12V kraftbank placerar vi dem 3 i serie för att få ett 12,6 volt paket. Detta är det närmaste vi kan komma till nominell spänning för ett förseglat blybatteri med litiumjonceller
• Litiumjonceller har en högre celldensitet än litiumjärnfosfat som vi talade om ovan. Det betyder att vi använder färre av dem för önskad kapacitet. Högre celltäthet kommer dyra med större volatilitet.
• Som med litiumjärnfosfat kan vi också stapla litiumjonceller parallellt för att öka kapaciteten i våra förpackningar.
• Den typiska uppskattade livslängden för ett litiumjonbatteri är två till tre år eller 300 till 500 laddningscykler.
• Vanligtvis kommer ett litium-jon-paket att hålla sin laddning i 300 dagar.

Packspänningar

Jag lägger till detta avsnitt baserat på feedback från en av våra Facebook-följare.
Anledningen till att vi använder 3 celler i serie för litiumjonbatteripaket är spänningen. Ett 4S litiumjonpaket har för hög spänning (~ 16,8 v) när det är fullt. Däremot finns det några radioapparater som kräver mer spänning än den nedre sidan av ett 3s litiumjonpaket kan ge i slutet av sin spänningskurva. Om vi fortfarande vill använda ett 4S litiumjonpaket måste vi integrera en DC DC-regulator för att hantera spänningsutgången. Eller, som jag antydde i andra stycket, kan vi också använda litiumjärnfosfatceller, som har 14,2-14,4v fulladdade. Detta är helt bra för de flesta radioapparater, men läs spänningskraven för din radio.

laddning

laddning av litiumjärnfosfat + litiumjonceller är mycket lika. Båda använder konstant ström och sedan konstant spänning för laddning. Om vi pratar om ett av DIY-batteripaketen från kanalen görs solenergi eller stationär laddning vanligtvis med två växlar.

• Först har vi spänningen och strömkällan. Detta kan vara en justerbar dollar eller till exempel en solpanel.
• Nästa har vi laddningskontrollen. Detta reglerar spänningen och strömmen som kommer ut från vår spänning / strömkälla och matar BMS.
• Slutligen skickar BMS den reglerade spänningen till paketet. Det avluftar också spänningen från celler som har en högre spänning än de andra. Detta ger de andra en chans att komma ikapp. Trots vad Bioenno säger, anslut aldrig en oreglerad källa direkt till ditt batteri (BMS eller inte!).

Kallt väder

Som med alla batterier påverkar kylan möjligheten att ladda litiumjon eller litiumjärnfosfatceller. Så vi måste göra något för att säkerställa att batteriet inte sjunker under frysning. Batteriladdning är ett av anledningarna till att jag använder ett skydd under kallt väder. Det är relativt enkelt att hålla temperaturen inne i skyddsrummet över frysning, medan din solenergi eller generator förblir utanför tältet. Ett trick som används för att hålla dessa celler över frysning, är att hålla dem och radioutrustningen, inuti ett hölje. Alla radioapparater skapar värme, så begränsande (till viss del) ventilation, värme från radion värmer utrymmet runt batteriet avsevärt. Ett annat trick är att använda kemiska handvärmare nära eller inuti batterifacket. Poängen är att använda sunt förnuft. Eftersom vi vet att vi inte bör ladda batterier under frysning, kan en enkel ändring av driftsmetoder enkelt korrigera detta.

Balansering

Om du bygger ett paket med mer än en cell i serie måste du balansera cellerna i paketet eller i laddaren.
Det är viktigt att påpeka bara för att någon kan skapa en YouTube-video eller blogg som visar dig hur du bygger ett paket, betyder inte nödvändigtvis att de vet exakt vad de gör.
Du måste antingen balansera dina celler manuellt eller aktivt balansera dina celler. Om du bygger ett av mina batteriprojekt, OCH du kommer att använda det paketet samtidigt som du laddar och laddar ur det, är aktiv balansering vägen att gå. Å andra sidan, om du använder det paketet bara för att ladda ut, ta dem ut till fältet för urladdning, laddar sedan när du är hemma, tekniskt behöver du inte balansera när du laddar ur paketet. Om du kommer att ladda cellerna som ett komplett 4- eller 3-pack, behöver du en balansavgift eller ladda dem individuellt. Naturligtvis om du använder 18650 batterier, och din laddare rymmer laddning av mer än en cell åt gången, är du alla bra!

Att välja en BMS

Följande stycke avser bara de av er som vill bygga ett komplett batteripaket. Nu när du har läst punkterna ovan förstår du spänningarna mellan litiumjon och litiumjärnfosfat är unika. Detta betyder också att BMS som du använder för dina batteripaket är specifika för litiumjon eller litiumjärnfosfat. Du kan hitta en mängd olika balanseringskort i projekten på kanalen. Vi väljer balanstavlor efter de kapaciteter som vi kräver av dem. Innan vi väljer ett styrelse måste vi veta:

• Hur många förstärkare vi vill dra igenom brädet
• Hur många celler finns i serie
• Oavsett om litiumjon eller litiumjärnfosfatceller kommer att användas
• Erbjuder styrelsen cellbalansering (om du använder en BMS får du alltid en med cellbalansering)

När du har dessa nummer kan du använda dem för att välja rätt BMS från din leverantör. Du bör inte ens titta på priset förrän du förstår dina krav. Du bör också ta hand om eBay- och Alibaba-säljare. De märker ofta felaktigt BMS-kort med mycket större kapacitet än de faktiskt ger. Så använd din sunt förnuft. Om jag vet att jag kommer att dra 15 ampere från en BMS, köper jag vanligtvis en från eBay som är rankad för 30 ampere.
Varför skulle du annars kunna integrera en BMS i ditt projekt? En bra BMS erbjuder också dessa funktioner:

• Överspänningsskydd
• Underspänningsskydd
• Kortslutningsskydd
• Balansering

När människor säger att du inte ska använda en BMS eller balansering inte krävs, gör de det utan att förstå det ytterligare skydd som BMS ger. Något att tänka på!

Litium vs SLA-urladdningsdiagram

Ibland oavsett hur hårt jag försöker håller operatörerna fortfarande på illusionen att ett förseglat blybatteri med samma kapacitet inte är annorlunda eller till och med bättre än ett litiumjon eller litiumjärnfosfatförpackning. Detta är vanligtvis baserat på priset. Det är fullständigt nonsens!
Här är några fakta.

• Det första skälet för att inte använda ett blybatteri är vikten. Litium- och litiumjärnfosfatförpackningar är en bråkdel av vikten medan de ger större celldensitet. Detta innebär högre driftstid eller förmågan att driva vår redskap mycket längre i fältet utan en ökning i storlek / vikt.
• Små förseglade blybatterier har ett extremt spänningsfall under tung belastning. De var aldrig utformade för applikationer med hög strömstyrka. I själva verket var små förseglade blybatterier konstruerade för att ha en liten belastning på dem under en lång tid. Genom att använda de typiska 15 till 20 ampere från en modern radio på 100 watt, upplever vi ett betydande spänningsfall. Ett ordentligt byggt litiumjon- eller litiumjärnfosfatförpackning visar inte samma spänningsfall som ett blybatteri. I själva verket under belastning är spänningen relativt plan medan litiumjon- och litiumjärnfosfatförpackningar tappas ut.
• En av illusionerna om litiumjon eller litiumjärnfosfatbatterier är "de är svåra att ladda". Faktum är att litiumjon- och litiumjärnfosfatförpackningar är lättare att ladda än ett förseglat blysyrabatteri, om vi bara öppnar våra tankar för det. Allt vi behöver veta är hur många celler vi har i serie, och spänningen för de enskilda cellerna i förpackningen. Använd sedan det numret för att applicera konstant spänning konstantström på förpackningen. Detta är grundläggande matematik! Det finns ingen flottörspänning eller några steg när du laddar litium- eller litiumjärnfosfatförpackningar. Bara konstant spänning konstantström. När batteriet når toppen av sin spänningskurva är det fullt. Ingen flytande, eller absorption, ... den är bara full när den når toppen av sin spänningskurva.

Så det finns mycket felinformation på internet. Det finns ännu mer på YouTube som drivs av YouTubers som antingen inte vet eller inte har gjort forskningen. Inte smälter dem, men det är viktigt för var och en av oss att göra vår egen forskning. Jag håller med om att det på ytan verkar som om ett blysyrabatteri skulle vara billigare att köpa än litiumjon eller litiumjärnfosfatförpackning. Det finns så många andra saker att titta på utöver priset, som ger oss det verkliga svaret på den frågan. Jag överväger inte ens att använda blybatterier i något av mina projekt längre. Så det lämnar litiumjon och litiumjärnfosfat. Vilken ska du använda i ett projekt? Nåväl här är hur jag väljer.

• Om jag försöker gå ultralätt och färdas ganska långt till fots är litiumjon förmodligen det bättre sättet att gå. Större celltäthet ger en längre körtid i den mindre förpackningen än litiumjärnfosfat,
• Om jag letar efter något lätt att arbeta med, en större mängd wattimmar över 3S Li-Ion, där jag traditionellt använde ett SLA-batteri, är LiFePO4 det bättre valet.
• Om jag letar efter bästa investeringar för lagring av batterier i en solenergi utanför nätet, låter 1500-2000 cykler, nollunderhåll och 10 eller fler år ganska fantastiskt.

Precis som i världen, är resultaten från våra projekt baserade på den forskning vi gör. Jag får ofta kritik för att inte publicera så många videor, men när du gör forskning och bakgrunden är det omöjligt att slänga ut någon gammal skummelvideo varje dag. Så gör forskarna. Till slut kommer det att vara mycket givande.

Reser med litiumbatterier

Regler ändras från en jurisdiktion till en annan så lätt som dagen vänder sig till natten. För tillfället verkar det som att de tyngsta begränsningarna för litiumbatterier flyger in i eller ut ur Nordamerika. Enligt både FAA och TSA: s webbplatser kan litiumbatterier med mer än 100 watt timmar tillåtas i påsar med flygbolagets godkännande, men är begränsade till två reservbatterier per passagerare. Lösa litiumbatterier är förbjudna i kontrollerade påsar. Varken FAA eller TSA gör någon skillnad mellan litiumjon eller litiumjärnfosfat.