LiFePO4 en lithium-ion

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individueel LiFePO4 cellen hebben een nominale spanning van ongeveer 3,2 V of 3,3 V. We gebruiken meerdere cellen in serie (meestal 4) om een lithium-ijzerfosfaatbatterijpak te vormen.

• Als we vier lithium-ijzerfosfaatcellen in serie gebruiken, krijgen we ongeveer ~ 12,8-14,2 volt pakket als ze vol zijn. Dit komt het dichtst in de buurt van een traditionele loodzuur- of AGM-accu.
• Lithium-ijzerfosfaatcellen hebben een grotere celdichtheid dan loodzuur, tegen een fractie van het gewicht.
• Lithium-ijzerfosfaatcellen hebben een lagere celdichtheid dan lithiumionen. Dit maakt ze minder vluchtig, veiliger in gebruik en biedt bijna een een-op-een vervanging voor AGM-pakketten.
• Om dezelfde dichtheid te bereiken als lithium-ioncellen, moeten we lithiumijzerfosfaatcellen parallel stapelen om hun capaciteit te vergroten. Dus lithium-ijzerfosfaatbatterijen met dezelfde capaciteit van een lithium-ioncel, zullen groter zijn, omdat er meer cellen parallel nodig zijn om dezelfde capaciteit te bereiken.
• Lithium-ijzerfosfaat-cellen kunnen worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen, waar lithium-ion-cellen nooit boven +60 Celsius mogen worden gebruikt.
• De typische geschatte levensduur van een lithium-ijzerfosfaatbatterij is 1500-2000 oplaadcycli tot 10 jaar.
• Typisch zal een lithiumijzerfosfaatpakket zijn lading 350 dagen vasthouden.
• lithium-ijzerfosfaatcellen hebben vier keer (4x) de capaciteit van loodzuuraccu's.

Lithium-ion

Individueel Lithium-ion cellen hebben meestal een nominale spanning van 3,6 V of 3,7 volt. We gebruiken meerdere cellen in serie (meestal 3) om een lithium-ionbatterij van ~ 12 volt te vormen.

• Om lithium-ion cellen te gebruiken voor een 12v powerbank, plaatsen we ze 3 in serie om een 12,6 volt pack te krijgen. Dit komt het dichtst in de buurt van de nominale spanning van een verzegelde loodzuuraccu met lithiumioncellen
• Lithium-ioncellen hebben een hogere celdichtheid dan lithiumijzerfosfaat waarover we hierboven spraken. Dit betekent dat we er minder van gebruiken voor de gewenste capaciteit. Een hogere celdichtheid gaat ten koste van een grotere vluchtigheid.
• Net als bij lithiumijzerfosfaat kunnen we ook lithium-ioncellen parallel stapelen om de capaciteit van onze packs te vergroten.
• De typische geschatte levensduur van een lithiumionenbatterij is twee tot drie jaar of 300 tot 500 oplaadcycli.
• Meestal houdt een lithium-ion-pakket zijn lading 300 dagen vast.

Verpak spanningen

Ik zal deze sectie toevoegen op basis van feedback van een van onze Facebook-volgers.
De reden dat we 3 cellen in serie gebruiken voor lithium-ionbatterijen is de spanning. Een 4S lithium-ionpakket heeft een te hoge spanning (~ 16,8 V) als deze vol is. Daarentegen zijn er enkele radio's die meer spanning nodig hebben dan de lage kant van een lithium-ionpakket van 3s aan het einde van de spanningscurve kan leveren. Als we nog steeds een 4S lithiumionenpakket willen gebruiken, moeten we een DC DC-regelaar integreren om de spanningsoutput te beheren. Of, zoals ik al zei in de tweede alinea, we kunnen ook lithiumijzerfosfaatcellen gebruiken, die 14,2-14,4 V volledig opgeladen hebben. Dit is prima voor de meeste radio's, maar lees de spanningsvereisten voor uw radio.

Opladen

het opladen van lithiumijzerfosfaat + lithiumioncellen lijkt erg op elkaar. Beide gebruiken constante stroom en vervolgens constante spanning om op te laden. Als we het hebben over een van de doe-het-zelf-batterijpakketten van het kanaal, wordt opladen via zonne-energie of desktop meestal gedaan door twee versnellingen.

• Eerst hebben we de spannings- en stroombron. Dit kan een verstelbare bok zijn, of bijvoorbeeld een zonnepaneel.
• Vervolgens hebben we de laadregelaar. Dit regelt de spanning en stroom die uit onze spannings- / stroombron komen en het GBS voeden.
• Ten slotte stuurt het BMS de gereguleerde spanning naar het pakket. Het voert ook de spanning af van cellen die een hogere spanning hebben dan de andere. Dit geeft de anderen een kans om bij te praten. Ondanks wat Bioenno zegt, sluit nooit een ongereguleerde bron rechtstreeks aan op uw batterij (BMS of niet!).

Koud weer

Zoals bij alle batterijen, beïnvloedt de kou het vermogen van lithiumion- of lithiumijzerfosfaatcellen om te worden opgeladen. We moeten dus iets doen om ervoor te zorgen dat de batterij niet onder het vriespunt komt. Het opladen van de batterij is een van de redenen waarom ik een schuilplaats inzet tijdens koud weer. Het is relatief eenvoudig om de temperatuur in de tent boven het vriespunt te houden, terwijl je zonne-energie of generator buiten de tent blijft. Een truc die wordt gebruikt om deze cellen boven het vriespunt te houden, is om ze en de radioapparatuur in een behuizing te houden. Alle radio's maken warmte, dus het beperken van (tot op zekere hoogte) ventilatie, warmte van de radio zal de ruimte rond de batterij aanzienlijk opwarmen. Een andere truc is om chemische handwarmers bij of in het batterijcompartiment te gebruiken. Het punt is om gezond verstand te gebruiken. Omdat we weten dat we batterijen niet onder het vriespunt moeten opladen, kan een eenvoudige wijziging van de bedieningsmethoden dit gemakkelijk verhelpen.

Balanceren

Als u een pakket met meer dan één cel in serie bouwt, moet u de cellen in het pakket of in de oplader in evenwicht brengen.
Het is belangrijk om erop te wijzen, alleen omdat iemand een YouTube-video of blog kan maken die je laat zien hoe je een pakket samenstelt, betekent niet noodzakelijk dat ze precies weten wat ze doen.
Het komt erop neer dat u ofwel uw cellen handmatig moet balanceren, of uw cellen actief moet balanceren. als je een van mijn accu-projecten bouwt, EN je gaat dat pack gebruiken en tegelijkertijd opladen en ontladen, dan is actief balanceren de juiste keuze. Aan de andere kant, als u dat pakket alleen gebruikt om te ontladen, ze naar het veld brengt om te ontladen en vervolgens op te laden zodra u weer thuis bent, heeft u technisch gezien geen balans nodig tijdens het ontladen van het pakket. Als je de cellen gaat opladen als een compleet pakket van 4 of 3, heb je een balanslading nodig of laad ze afzonderlijk op. Als u 18650-batterijen gebruikt en uw oplader geschikt is voor het opladen van meer dan één cel tegelijk, bent u natuurlijk helemaal goed!

Een BMS kiezen

De volgende paragraaf heeft alleen betrekking op degenen onder u die een compleet batterijpakket willen bouwen. Nu je de bovenstaande paragrafen hebt gelezen, begrijp je dat de spanningen tussen lithiumionen en lithiumijzerfosfaat uniek zijn. Dit betekent ook dat het GBS dat u voor uw batterijpak gebruikt, specifiek is voor lithiumionen of lithiumijzerfosfaat. Je kunt een verscheidenheid aan verschillende balanceerborden vinden in de projecten op het kanaal. We kiezen evenwichtsborden op basis van de mogelijkheden die we van hen verlangen. Voordat we een bord kiezen, moeten we weten:

• Hoeveel versterkers willen we door het bord halen
• Hoeveel cellen zijn er in serie
• Of er lithiumion- of lithiumijzerfosfaatcellen worden gebruikt
• Biedt het bord celbalancering (als u een BMS gebruikt, neem er dan altijd een met celbalancering)

Wanneer u deze nummers heeft, kunt u deze gebruiken om de juiste BMS van uw leverancier te kiezen. U moet niet eens naar de prijs kijken voordat u uw vereisten begrijpt. Je moet ook letten op eBay- en Alibaba-verkopers. Ze labelen vaak ten onrechte BMS-borden met veel grotere mogelijkheden dan ze in werkelijkheid bieden. Gebruik dus uw gezond verstand. Als ik weet dat ik 15 ampère uit een BMS ga halen, koop ik er meestal een op eBay die geschikt is voor 30 ampère.
Waarom zou u anders een BMS in uw project willen integreren? Een goed BMS biedt ook deze eigenschappen:

• Overspanningsbeveiliging
• Onderspanningsbeveiliging
• Kortsluitingsbeveiliging
• Balanceren

Wanneer mensen u vertellen om geen GBS te gebruiken of balancering niet vereist is, doen ze dit zonder de extra bescherming te begrijpen die een GBS biedt. Stof tot nadenken!

Grafiek voor lithium versus SLA-ontlading

Soms, hoe hard ik ook mijn best doe, operators houden nog steeds vast aan de illusie dat een verzegelde loodzuuraccu met dezelfde capaciteit niet anders of zelfs beter is dan een lithiumion- of lithiumijzerfosfaatpakket. Dit is meestal gebaseerd op de prijs. Dat is onzin!
Hier zijn een paar feiten.

• De belangrijkste reden om geen loodzuuraccu te gebruiken, is het gewicht. Lithium- en lithiumijzerfosfaatpakketten zijn een fractie van het gewicht en bieden een grotere celdichtheid. Dit vertaalt zich in een langere bedrijfstijd, of de mogelijkheid om onze uitrusting veel langer in het veld aan te drijven, zonder een toename in grootte / gewicht.
• Kleine verzegelde loodzuuraccu's hebben een extreme spanningsval onder zware belasting. Ze zijn nooit ontworpen voor toepassingen met hoge stroomsterkte. In feite zijn kleine verzegelde loodzuurbatterijen ontworpen om gedurende een lange periode een kleine belasting te hebben. Door de typische 15 tot 20 ampère van een moderne 100 watt radio toe te passen, ervaren we een aanzienlijke spanningsval. Een goed gebouwd lithium-ion- of lithiumijzerfosfaatpakket vertoont niet dezelfde spanningsval als een loodzuuraccu. In feite is de spanning onder belasting relatief laag tijdens het ontladen van lithiumion- en lithiumijzerfosfaatpakketten.
• Een van de illusies over lithium-ion of de lithium-ijzerfosfaatbatterijen is "ze zijn moeilijk op te laden". In feite zijn lithiumionen en lithiumijzerfosfaatpakketten gemakkelijker op te laden dan een verzegelde loodzuurbatterij, als we er maar voor openstaan. Het enige dat we moeten weten, is hoeveel cellen we in serie hebben en het voltage van de afzonderlijke cellen in het pakket. Gebruik vervolgens dat nummer om een constante spanning met constante stroom op het pakket toe te passen. Dit is eenvoudige wiskunde! Er is geen float-spanning of fasen bij het opladen van lithium- of lithiumijzerfosfaatpakketten. Gewoon constante spanning constante stroom. Wanneer de batterij de top van zijn spanningscurve bereikt, is hij vol. Geen zwevende of absorptie, .. hij is gewoon vol wanneer hij de top van zijn spanningscurve bereikt.

Er is dus veel verkeerde informatie op internet. Er is nog meer op YouTube, aangestuurd door YouTubers die het onderzoek niet weten of niet hebben gedaan. Ze niet dichtslaan, maar het is belangrijk dat we allemaal ons eigen onderzoek doen. Ik ben het ermee eens dat het aan de oppervlakte lijkt alsof een loodzuurbatterij goedkoper in aanschaf zou zijn dan het lithium-ion- of het lithiumijzerfosfaatpakket. Er zijn zoveel andere dingen om naar te kijken dan de prijs, die ons het echte antwoord op die vraag geven. Ik overweeg niet eens meer om loodzuurbatterijen in mijn projecten te gebruiken. Dus dat laat lithiumion en lithiumijzerfosfaat over. Welke moet je gebruiken in een project? Nou, hier is hoe ik kies.

• Als ik ultralight probeer te gaan en een behoorlijke afstand te voet reis, is lithium-ion waarschijnlijk de betere manier om te gaan. Een grotere celdichtheid geeft een langere looptijd in de kleinere verpakking dan lithiumijzerfosfaat,
• Als ik op zoek ben naar iets dat gemakkelijk is om mee te werken, een groter aantal watturen ten opzichte van de 3S Li-Ion, waar ik traditioneel in SLA-batterij had gebruikt, is LiFePO4 de betere keuze.
• Als ik op zoek ben naar de beste investering voor opslagbatterijen in een off-grid zonnegenerator, klinkt 1500-2000 cycli, geen onderhoud en 10 of meer jaar best verbazingwekkend.

Zoals alles ter wereld zijn de resultaten van onze projecten gebaseerd op het onderzoek dat we doen. Ik krijg vaak kritiek over het feit dat ik niet zoveel video's publiceer, maar als je het onderzoek doet en het achtergrondwerk doet, is het onmogelijk om elke dag een oude crummy video weg te gooien. Dus doe de onderzoekers. Uiteindelijk zal het erg lonend zijn.

Reizen met lithiumbatterijen

Regels veranderen net zo gemakkelijk van het ene rechtsgebied naar het andere als de dag in de nacht verandert. Op dit moment lijkt het erop dat de zwaarste beperkingen voor lithiumbatterijen worden aangetroffen bij het vliegen naar of uit Noord-Amerika. Volgens zowel de FAA- als de TSA-websites mogen lithiumbatterijen met meer dan 100 wattuur worden toegestaan in handbagage met goedkeuring van de luchtvaartmaatschappij, maar deze zijn beperkt tot twee reservebatterijen per passagier. Losse lithiumbatterijen zijn verboden in ingecheckte tassen. Noch de FAA of TSA maakt enig verschil tussen lithiumion of lithiumijzerfosfaat.