Acum, bateriile reîncărcabile cu litiu alimentează multe dintre tehnologiile pe care ne bazăm în fiecare zi. Sunt utilizate pe scară largă în sistemele de stocare a energiei, vehicule electrice, biciclete electrice, stații electrice portabile și electronice de larg consum.
Cu toate acestea, alegerea bateriei potrivite nu este întotdeauna simplă. Mulți cumpărători nu sunt siguri de diferențele dintre bateriile standard cu litiu-ion, cum ar fi NMC și LCO, și bateriile cu litiu fier fosfat, cunoscute și sub denumirea de baterii LiFePO4 sau LFP.
Utilizatorii au, de asemenea, întrebări despre siguranța încărcării, durata de viață a bateriei, stocarea și compatibilitatea încărcătorului.
Echipa Blumoti a pregătit acest ghid pe baza principiilor electrochimice, proiectarea sistemului de management al bateriei și experiența practică în inginerie. Acesta explică cum funcționează bateriile reîncărcabile cu litiu, cum să le încărcați în siguranță și cum să le prelungiți durata de viață.
Cuprins
1. Principalele componente chimice ale bateriilor reîncărcabile cu litiu: Li-Ion vs. LiFePO4
2. Cum funcționează bateriile reîncărcabile cu litiu
3. Încărcare CC/CV și protecție BMS
4. Cum să prelungești durata de viață a bateriei reîncărcabile cu litiu
5. Siguranța încărcării și selectarea încărcătorului
6. Întrebări frecvente
7. Personalizarea bateriei Blumoti și suport pentru proiecte
1. Principalele componente chimice ale bateriilor reîncărcabile cu litiu: Li-Ion vs. LiFePO4
Atunci când alegeți o baterie reîncărcabilă cu litiu, chimia bateriei este unul dintre cei mai importanți factori.
Cele mai comune două categorii sunt:
- Baterii standard litiu-ion, inclusiv NMC și LCO
- Baterii cu litiu fier fosfat, numite și baterii LiFePO4 sau LFP
|
Specificație cheie |
Baterie standard Litiu-Ion, Li-Ion / NMC |
Baterie litiu cu fosfat de fier, LiFePO4 / LFP |
|
Tensiunea nominală a celulei |
3.6V–3.7V |
3.2V |
|
Densitatea energetică |
Ridicat, aproximativ 150–250Wh/kg |
Moderat, aproximativ 100–170Wh/kg |
|
Ciclu de viață la 80% DoD |
Aproximativ 500-1.000 de cicluri |
Aproximativ 2.000–6,000+ cicluri |
|
Durată de viață tipică |
2–5 ani |
10–15 ani |
|
Debutul fugar termic |
Aproximativ 210 grade / 310 grade F |
Peste 270 grade -500 grade |
|
Aplicații tipice |
Smartphone-uri, scule electrice, drone |
Depozitare solară, RV-uri, sisteme off-rețea |
Densitatea și greutatea energiei
Bateriile standard NMC litiu-ion oferă o densitate mare de energie. Sunt o alegere puternică atunci când greutatea redusă și dimensiunea compactă sunt priorități.
Aplicațiile tipice includ:
- Electronice portabile
- Drones
- Unelte electrice fără fir
- Produse ușoare de mobilitate electrică
Siguranță și ciclu lung de viață
Bateriile LiFePO4 oferă o stabilitate termică mai bună și un ciclu de viață mai lung.
Sunt potrivite pentru:
- Stocarea energiei solare
- Stocarea energiei rezidentiale
- RV și sisteme marine
- Putere din-rețea
- Putere de rezervă
- Aplicații cu ciclu profund-
Pentru proiectele care necesită cicluri frecvente, durată lungă de viață și un nivel ridicat de stabilitate termică, LiFePO4 este adesea alegerea mai practică.
Referinţă:Tranzacții IEEE privind conversia energiei
Blumoti dezvoltă baterii reîncărcabile cu litiu pentru o gamă largă de cerințe de tensiune, capacitate, carcasă și aplicații.
2. Cum funcționează bateriile reîncărcabile cu litiu
2.1 Intercalarea-ionului de litiu și de-intercalarea
O baterie reîncărcabilă cu litiu stochează și eliberează energie prin mișcarea ionilor de litiu între catod și anod.
Anodul este de obicei realizat din grafit.
În timpul încărcării
Ionii de litiu părăsesc catodul.
Se deplasează prin electrolit și separator, apoi intră în structura de grafit a anodului.
Energia electrică este transformată în energie chimică stocată.
În timpul Descărcării
Ionii de litiu părăsesc anodul și revin la catod.
În același timp, electronii circulă prin circuitul extern și furnizează energie sarcinii conectate.
Acest proces este reversibil, ceea ce permite încărcarea și descărcarea bateriei de mai multe ori.
3. Încărcare CC/CV și protecție BMS
Un încărcător de baterie cu litiu proiectat corespunzător utilizează în mod normal un profil de încărcare CC/CV.
CC/CV înseamnă:
- Curent constant
- Tensiune constantă
Etapa-actuală constantă
În timpul fazei de-curent constant, încărcătorul furnizează un curent fix.
Tensiunea bateriei crește treptat.
Aproximativ 70%-80% din capacitatea bateriei este de obicei restabilită în această etapă.
Etapă de-tensiune constantă
Odată ce bateria atinge tensiunea maximă de încărcare, încărcătorul menține tensiunea la un nivel fix.
Tensiunile maxime tipice ale celulei includ:
- Aproximativ 4,2 V pentru multe celule standard cu ioni de litiu-
- Aproximativ 3,65 V pentru celulele LiFePO4
Apoi, curentul de încărcare scade treptat.
Încărcarea se termină atunci când curentul scade la nivelul de întrerupere a încărcătorului, care este adesea în jur de 0,02C–0,05C.
Un sistem de management al bateriei, sau BMS, este o parte critică a unui pachet de baterii reîncărcabile cu litiu.
BMS monitorizează bateria și o protejează de condiții de funcționare nesigure.
Referință: IEC 62619 standard de siguranță pentru bateriile industriale cu litiu.
Protecție la supraîncărcare
BMS ajută la prevenirea creșterii tensiunii celulei peste limita de siguranță.
Tensiunea excesivă poate crește generarea de căldură și poate provoca descompunerea electroliților.
Protecție peste-descărcări
BMS previne scăderea tensiunii celulei sub nivelul minim de siguranță.
Pentru unele celule cu litiu, supra-{0}}descărcarea severă sub aproximativ 2,5 V poate provoca daune permanente.
Echilibrarea celulelor
Celulele conectate în serie nu îmbătrânesc întotdeauna în același ritm.
Echilibrarea celulelor ajută la reducerea diferențelor de tensiune și capacitate dintre celulele individuale.
Protecție la supratemperatură
BMS monitorizează temperatura bateriei.
Poate întrerupe încărcarea sau descărcarea atunci când temperatura depășește intervalul permis.
Protecție la scurt{0}circuit
BMS-ul poate deconecta bateria atunci când este detectat un curent excesiv sau un scurtcircuit.
Această protecție poate răspunde în milisecunde.
4. Cum să extindeți durata de viață a bateriei reîncărcabile cu litiu
Degradarea bateriei cu litiu este ireversibilă.
Cu toate acestea, bunele practici de încărcare, descărcare și stocare pot încetini pierderea capacității și pot prelungi durata de viață a bateriei.
4.1 Urmați regula 20%–80% privind starea-de-încărcare
- Evitați să rulați bateria până la 0% ori de câte ori este posibil.
- Descărcările profunde frecvente cresc stresul mecanic și electrochimic din interiorul celulei.
- Pentru utilizarea zilnică, menținerea bateriei între aproximativ 20% și 80% stare de încărcare poate reduce stresul asupra materialelor electrozilor.
- Acest lucru este util în special atunci când timpul maxim de rulare nu este necesar în fiecare zi.
Referință: Battery University, BU-808.
Recomandare practica
- Reîncărcați bateria când starea de încărcare scade la aproximativ 20%-30%.
- Pentru utilizare de rutină, opriți încărcarea la aproximativ 80%–90% atunci când echipamentul permite limite de încărcare reglabile.
- O încărcare completă de 100% este încă utilă atunci când este necesar un timp maxim de funcționare.
- Cu toate acestea, menținerea unei baterii cu litiu la încărcare completă pentru perioade lungi poate accelera îmbătrânirea calendarului.
4.2 Controlați rata de încărcare
Rata de încărcare este adesea exprimată ca o rată C-.
De exemplu:
- O rată de încărcare de 0,5 C pentru o baterie de 100 Ah este egală cu 50 A
- O rată de încărcare de 0,25 C pentru o baterie de 100 Ah este egală cu 25 A
Pentru multe aplicații, o rată de încărcare între 0,25C și 0,5C oferă un echilibru practic între viteza de încărcare, generarea de căldură și durata de viață a bateriei.
Costul încărcării rapide
- Încărcarea la 1C sau mai mult poate scurta timpul de încărcare.
- Cu toate acestea, un curent mai mare creează și mai multă căldură internă.
- În condiții necorespunzătoare, încărcarea agresivă poate crește riscul de placare cu litiu și poate accelera degradarea bateriei.
- Curentul de încărcare corect trebuie să respecte specificațiile celulei, ratingul BMS și instrucțiunile producătorului bateriei.
4.3 Nu încărcați sub îngheț
Încărcarea unei baterii cu litiu sub 0 grade sau 32 grade F poate cauza placarea cu litiu.
Acest lucru este deosebit de important pentru bateriile LiFePO4.
La temperaturi scăzute, ionii de litiu pot să nu se deplaseze eficient în anodul de grafit.
În schimb, pe suprafața anodului se poate forma litiu metalic.
Acest lucru poate cauza:
- Pierderea permanentă a capacității
- Rezistență internă mai mare
- Ciclu de viață redus
- Risc de scurt{0}}circuit intern
Referinţă:Jurnalul Societății Electrochimice
Pentru aplicații pe vreme rece-, utilizați o baterie cu protecție la-încărcare la temperatură scăzută sau un sistem integrat de auto-încălzire.
Blumoti poate dezvolta soluții de auto-încălzire pentru baterii cu litiu pentru proiecte cu-temperatura scăzută.
4.4 Reguli-de stocare pe termen lung
Când depozitați o baterie reîncărcabilă cu litiu pentru mai mult de trei luni, urmați aceste practici de bază:
- Depozitați bateria la aproximativ 40%–60% stare de încărcare
- Păstrați-l într-un loc uscat și răcoros
- Temperatura de depozitare recomandată: 5 grade -20 grade sau 41 grade F-68 grade F
- Deconectați sarcinile și cablurile externe
- Preveniți curentul de așteptare să descarce lent bateria
- Verificați bateria la fiecare trei până la șase luni
- Reîncărcați-l când tensiunea sau starea de încărcare devin prea scăzute
Evitați depozitarea bateriilor cu litiu în lumina directă a soarelui, lângă surse de căldură sau în locuri cu umiditate ridicată.
5. Siguranța încărcării și selectarea încărcătorului
5.1 Se poate folosi un încărcător cu plumb-acid pentru o baterie cu litiu?
În general, nu este recomandată utilizarea unui încărcător standard de baterie cu plumb-acid sigilat pentru o baterie cu litiu.
Profilurile de încărcare sunt diferite.
Un încărcător care este potrivit pentru o baterie AGM, GEL sau plumb-acid inundat poate să nu fie potrivit pentru o baterie litiu-ion sau LiFePO4.
Modul de desulfatare
Unele încărcătoare cu plumb-acid utilizează un mod de desulfatare sau reparare.
Acest mod poate genera impulsuri de-tensiune înaltă, uneori atingând 16V–20V sau mai mult într-un sistem nominal de 12V.
Aceste impulsuri de tensiune pot declanșa BMS-ul bateriei cu litiu sau pot deteriora componentele electronice interne.
Încărcare flotantă
Bateriile cu plumb-acid sunt adesea menținute la o tensiune de plutire după ce s-au încărcat complet.
În mod normal, bateriile cu litiu nu necesită încărcare continuă în același mod.
Menținerea unei baterii cu litiu la o tensiune ridicată pentru perioade lungi de timp poate crește stresul electrochimic și poate accelera îmbătrânirea.
Un încărcător de baterie cu litiu dedicat ar trebui să utilizeze profilul CC/CV corect și tensiunea finală de încărcare corectă.
Referință: Ghid UL 1973 pentru bateriile de putere auxiliare staționare și motrice.
5.2 Opt reguli de siguranță pentru încărcarea bateriilor cu litiu
1. Folosiți încărcătorul corect
Utilizați un încărcător proiectat pentru chimia bateriei.
O baterie standard litiu-ion și o baterie LiFePO4 pot necesita tensiuni de încărcare diferite.
2. Evitați încărcarea nesupravegheată
Nu lăsați o încărcare a bateriei deteriorată, neverificată sau neconformă fără supraveghere.
Păstrați o alarmă de fum funcțională lângă zona de încărcare, atunci când este cazul.
3. Încărcați într-o locație sigură
Așezați bateria pe o suprafață stabilă,{0}}rezistentă la căldură.
Țineți-l departe de hârtie, țesături, combustibil și alte materiale inflamabile.
Asigurați o ventilație adecvată.
4. Monitorizați temperatura bateriei
O mică creștere a temperaturii poate fi normală.
Opriți încărcarea imediat dacă bateria devine neobișnuit de fierbinte.
5. Inspectați regulat bateria
Nu mai utilizați bateria dacă observați:
- Umflare
- Bombat
- Crăpături
- Deformare
- Scurgere
- Miros neobișnuit
- Terminale deteriorate
- Cablaj topit
Contactați un furnizor de servicii calificat sau o unitate de reciclare.
6. Păstrați bateria uscată
Protejați bateria de apă, condens, coroziune și umiditate excesivă.
Păstrați terminalele curate și uscate.
7. Preveniți scurtcircuitele externe
Nu permiteți uneltelor metalice, cablurilor sau obiectelor conductoare să conecteze bornele pozitive și negative.
Folosiți capace de borne și izolație adecvată.
8. Nu deschideți și nu perforați bateria
Nu dezasamblați, zdrobiți, găuriți sau perforați celulele cu litiu sau acumulatorii.
Componentele interne pot rămâne active electric și chimic chiar și atunci când bateria pare descărcată.
Întrebări frecvente despre bateriile reîncărcabile cu litiu
Î1: Toate bateriile cu litiu sunt reîncărcabile?
Nu.
Bateriile cu litiu se împart în două mari categorii.
Bateriile primare cu litiu nu sunt reîncărcabile. O celulă monedă CR2032 cu dioxid de litiu și mangan este un exemplu comun.
Bateriile secundare cu litiu sunt reîncărcabile. Acestea includ:
- baterii litiu-ion
- Baterii cu litiu polimer
- baterii LiFePO4
Î2: Ce se întâmplă în interiorul unei baterii cu litiu când este reîncărcată?
Încărcătorul furnizează energie electrică bateriei.
Ionii de litiu părăsesc catodul, se deplasează prin electrolit și intră în structura de grafit a anodului.
Bateria stochează energia electrică ca energie chimică.
Î3: De câte ori poate fi reîncărcată o baterie cu litiu?
Depinde de chimia bateriei, temperatura de funcționare, adâncimea de descărcare, rata de încărcare și calitatea celulei.
O baterie standard NMC litiu-ion poate oferi aproximativ 500–1.000 de cicluri.
O baterie LiFePO4 de{0}}înaltă calitate poate oferi aproximativ 2.000–6.000 de cicluri sau mai multe la o adâncime de descărcare de 80%.
Ciclul de viață declarat de producător ar trebui să fie întotdeauna revizuit împreună cu condițiile sale de testare.
Î4: Bateriile reîncărcabile cu litiu au nevoie de un încărcător special?
Da.
Bateriile reîncărcabile cu litiu necesită un încărcător cu profilul CC/CV, limita de tensiune și curentul de încărcare corecte.
Utilizarea unui încărcător greșit poate cauza încărcare incompletă, oprire BMS, supraîncălzire sau deteriorarea bateriei.
Î5: Când ar trebui să reîncărcați o baterie litiu-ion?
Pentru utilizare de rutină, reîncărcați bateria când atinge o stare de încărcare de aproximativ 20%-30%.
Nu este nevoie să așteptați până când bateria ajunge la 0%.
Încărcarea și descărcarea superficială pot ajuta la reducerea stresului bateriei.
Î6: Sunt sigure bateriile reîncărcabile litiu-ion?
Bateriile reîncărcabile cu litiu pot fi utilizate în siguranță atunci când sunt proiectate, fabricate, instalate și încărcate corespunzător.
Bateria ar trebui să includă un BMS adecvat și să îndeplinească standardele necesare pentru aplicarea și piața sa.
Documentele și certificările comune pot include:
- UN38.3
- CE
- UL
- Standardele IEC
Chimia LiFePO4 oferă, în general, o stabilitate termică mai mare decât multe chimii convenționale cu ioni de litiu-.
Î7: Cât durează bateriile reîncărcabile cu litiu?
Durata de viață depinde de chimie și de condițiile de funcționare.
Bateriile cu litiu utilizate în electronicele de larg consum pot dura aproximativ doi până la trei ani.
Bateriile LiFePO4 utilizate în sistemele de RV, solare și de stocare a energiei pot asigura o viață calendaristică de 10-15 ani în condiții adecvate.
Viața reală depinde de:
- Temperatură
- Tensiune de încărcare
- Intervalul-de-încărcare
- Adâncimea de descărcare
- Curent de încărcare și descărcare
- Condiții de depozitare
- Calitatea celulei
- Configurare BMS
Î8: Care este diferența dintre o baterie cu litiu și o baterie cu litiu-ion?
„Baterie cu litiu” este un termen larg.
Se poate referi atât la baterii reîncărcabile, cât și la baterii ne-reîncărcabile care utilizează chimie pe bază de litiu-.
O baterie litiu-ion este o baterie reîncărcabilă care stochează energie prin deplasarea ionilor de litiu între catod și anod.
Bateriile primare cu litiu metalic nu sunt de obicei reîncărcabile.
Î9: Puteți lăsa o baterie cu litiu încărcată peste noapte?
Un încărcător proiectat corespunzător și un BMS ar trebui să oprească sau să limiteze încărcarea atunci când bateria ajunge la încărcare completă.
Cu toate acestea, nu este recomandat să lăsați nesupravegheat încărcarea bateriei pentru perioade lungi, mai ales atunci când încărcătorul, starea bateriei sau calitatea instalării sunt incerte.
Utilizați echipament aprobat și urmați instrucțiunile producătorului.
Î10: Este mai bine să încărcați o baterie cu litiu la 80% sau 100%?
Încărcarea la aproximativ 80%-90% poate ajuta la reducerea-de stresul pe termen lung a bateriei.
Încărcarea la 100% oferă o durată maximă de funcționare.
Cea mai bună alegere depinde de modul în care este utilizată bateria.
Pentru funcționarea zilnică, o limită de încărcare de 80%–90% poate susține o durată de viață mai lungă a bateriei.
Pentru călătorii, alimentare de rezervă sau alte situații în care este necesară capacitatea maximă, încărcarea la 100% poate fi adecvată.
Î11: Ar trebui să se descarce complet o baterie litiu-ion înainte de încărcare?
Nu.
Bateriile cu litiu-ion nu au același efect de memorie asociat cu bateriile mai vechi cu nichel-cadmiu.
Nu este necesară o descărcare completă.
Descărcările profunde frecvente pot crește uzura bateriei.
Î12: De ce bateriile reîncărcabile cu litiu se degradează în timp?
Degradarea bateriei are mai multe cauze.
Mecanismele comune includ:
- Creșterea interfazei de electrolit solid sau a stratului SEI
- Pierderea litiului activ
- Defalcarea materialelor electrozilor
- Oxidarea electroliților
- Expunere la temperatură{0}înaltă
- Placare cu litiu
- Solicitari mecanice repetate în timpul pedalării
Atât utilizarea, cât și stocarea contribuie la îmbătrânirea bateriei.
Î13: Cum ar trebui să fie eliminate sau reciclate bateriile cu litiu?
Nu aruncați bateriile cu litiu în gunoiul menajer obișnuit.
Acoperiți bornele expuse cu bandă izolatoare.
Duceți bateria la un centru de reciclare a bateriilor aprobat, la o unitate de reciclare a electronicelor sau la un punct de colectare a deșeurilor periculoase.
Respectați reglementările locale de reciclare și transport.
Î14: Bateriile cu litiu-ion pot lua foc în timpul încărcării?
O baterie cu litiu se poate supraîncălzi sau se poate evapora termic atunci când este expusă la condiții grave de abuz sau defecțiune.
Cauzele posibile includ:
- Un încărcător incompatibil
- Scurtcircuit intern
- Scurtcircuit extern
- Puncție fizică
- Defecte de fabricatie
- Supraîncărcare severă
- Căldură excesivă
- Daune cauzate de apă
- Electronică de protecție eșuată
Un BMS proiectat corespunzător, o carcasă adecvată, un încărcător compatibil și o certificare de siguranță verificată pot reduce semnificativ aceste riscuri.
Î15: Care este cea mai bună temperatură pentru depozitarea bateriilor reîncărcabile cu litiu?
O temperatură de depozitare între 5 grade și 20 grade, sau 41 grade F și 68 grade F, este în general potrivită.
Evitați depozitarea bateriei la peste 30 de grade pentru perioade lungi de timp.
Temperatura ridicată este una dintre principalele cauze ale îmbătrânirii accelerate ale calendarului și ale pierderii permanente a capacității.
Î16: Cum puteți testa dacă o baterie reîncărcabilă cu litiu este încă în stare bună?
Un multimetru poate fi folosit pentru a verifica tensiunea-circuitului deschis.
Cu toate acestea, tensiunea singură nu oferă o evaluare completă a stării de sănătate a bateriei.
Un test de capacitate este mai util.
Un tester profesionist de capacitate a bateriei poate descărca bateria în condiții controlate și poate măsura capacitatea reală în amperi-oră sau watt-oră.
Se consideră adesea că o baterie care păstrează mai puțin de aproximativ 80% din capacitatea sa nominală inițială a atins un prag comun de sfârșit de viață--.
Testele suplimentare pot include:
- Măsurarea rezistenței interne
- Comparația tensiunii celulei
- Revizuirea codului-de eroare BMS
- Monitorizarea temperaturii de încărcare și descărcare
- Testare de sarcină
- Testarea izolației
7. Alegerea bateriei reîncărcabile cu litiu Blumoti potrivite
Înțelegerea chimiei bateriei este primul pas către o funcționare sigură și fiabilă.
Pentru a îmbunătăți performanța bateriei și durata de viață:
- Utilizați încărcătorul corect de baterie cu litiu
- Evitați scurgerile profunde frecvente
- Păstrați bateria într-un interval de-stare de-încărcare moderată
- Evitați încărcarea sub îngheț
- Limitați expunerea la temperaturi ridicate
- Respectați limitele de curent și tensiune ale producătorului
- Depozitați bateria la o încărcare parțială
- Utilizați un BMS configurat corespunzător
Blumoti furnizează soluții de baterii reîncărcabile cu litiu pentru stocarea energiei, putere motrică, RV, marine, energie de rezervă și aplicații pentru echipamente personalizate.
Opțiunile de proiect disponibile pot include:
- Pachete de baterii LiFePO4
- Tensiune și capacitate personalizate
- Dimensiuni personalizate ale bateriei
- Integrare inteligentă BMS
- Comunicare CAN și RS485
- Monitorizare Bluetooth
- Protecție la-temperatură scăzută
- Sisteme de auto{0}încălzire
- Carcase personalizate
- Brandul OEM
- Conectori și terminale specifice-proiectului
- Documentație legată de UN38.3, CE și UL-
Pentru evaluarea proiectului, vă rugăm să furnizați:
- Aplicație
- Tensiunea necesară
- Capacitate necesară
- Curent continuu
- Curent de vârf
- Metoda de încărcare
- Temperatura de functionare
- Spatiu de instalare
- Protocol de comunicare
- Piața de destinație
- Cantitatea estimată de comandă
Vizitați site-ul Blumoti lawww.blumoti-battery.compentru a discuta despre o soluție personalizată de baterie reîncărcabilă cu litiu pentru proiectul dvs.
