Piles LiFePO4. Qu'est-ce que la batterie LiFePO4 batterie au lithium lifepo4

L'électronique moderne exige de plus en plus la puissance et la capacité des sources d'énergie. Alors que les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique sont proches de leur limite théorique, les technologies lithium-ion n'en sont qu'au début du voyage.

Les batteries Li-Fe (phosphate de lithium) se distinguent non seulement par leur grande capacité, mais aussi par leur charge rapide. En seulement 15 minutes, vous pouvez recharger complètement la batterie. De plus, de telles batteries permettent 10 fois plus de cycles de charge-décharge que les modèles conventionnels. L'idée d'une batterie Li-Fe est d'activer l'échange lithium-ion entre les électrodes. A l'aide de nanoparticules, il a été possible de développer la surface d'échange des électrodes et d'obtenir un flux ionique plus intense. Pour éviter un échauffement trop fort et une éventuelle explosion des électrodes, les auteurs du développement ont utilisé du phosphate de lithium/fer à la place de l'oxyde de lithium/cobalt dans les cathodes. La conductivité électrique insuffisante du nouveau matériau est compensée par l'introduction de nanoparticules d'aluminium, de manganèse ou de titane.

Pour charger des batteries Li-Fe, il faut utiliser un chargeur spécial avec un marquage, qui indique que ce type de chargeur est capable de fonctionner avec des batteries Li-Fe, sinon vous détruisez la batterie !

Avantages

• Boîtier sûr et durable, contrairement aux coques de batterie Li-Po
• Charge ultra-rapide (à un courant de 7A, une charge complète en 15 minutes !!!)
• Courant de sortie très élevé 60A - mode de fonctionnement ; 132A - mode court terme (jusqu'à 10 secondes)
• Auto-décharge 3% pendant 3 ans
• Travailler dans le froid (jusqu'à -30 degrés C) sans perte de propriétés de travail
• MTBF 1000 cycles (trois fois plus que les batteries au nickel)

désavantages

• Nécessite un chargeur dédié (non compatible avec les chargeurs LiPo)
• Plus lourd que Li-Po
  

Un peu d'histoire

Les batteries Li-ion sont deux fois plus grandes que leurs homologues NiMH en termes de capacité et presque trois fois en termes de densité de puissance. La densité d'énergie du Li-ion est trois fois supérieure à celle du NiMH. Le Li-ion supporte des courants de décharge très élevés, que les batteries NiMH ne sont même théoriquement pas capables de supporter. De plus, NiMH est peu utile pour les outils portables puissants, qui se caractérisent par des charges d'impulsion élevées, prennent beaucoup de temps à charger et ne «vivent» généralement pas plus de 500 cycles. Le stockage du NiMH est un autre problème majeur. Ces batteries souffrent d'une autodécharge très élevée - jusqu'à 20 % par mois, alors que pour le Li-ion, ce chiffre n'est que de 2 à 5 %. Les batteries NiMH sont sujettes à ce que l'on appelle l'effet mémoire, qui est également caractéristique des batteries NiCd.

Mais les batteries Li-ion ont aussi leurs inconvénients. Ils sont très coûteux, nécessitent un système de contrôle électronique complexe à plusieurs niveaux en raison de la tendance à se dégrader de manière irréversible lorsqu'ils sont déchargés trop profondément ou à s'enflammer spontanément à des charges élevées. Ils le doivent au matériau principal de l'électrode, le cobaltate de lithium (LiCoO2). Les scientifiques luttent depuis des années pour trouver un substitut au cobalt. Divers composés de lithium - manganates, titanates, stannates, silicates et autres - sont des candidats pour la position du principal matériau d'électrode du futur. Mais le favori absolu aujourd'hui est le ferrophosphate de lithium Li-Fe, obtenu pour la première fois en 1996 par le professeur John Goodenough de l'Université du Texas. Pendant longtemps, ce sujet a pris la poussière sur l'étagère, car Li-Fe ne différait en rien d'exceptionnel, à l'exception de son bon marché, et son potentiel restait inexploré. Tout a changé en 2003 avec l'avènement d'A123 Systems.

Caractéristiques des batteries Li-Fe

Comme toutes les batteries, le Li-Fe possède plusieurs paramètres électriques de base :

Tension de cellule complètement chargée : Li-Fe est d'environ 3,65 V. En raison des particularités de cette technologie, ces éléments n'ont pas très peur de la surcharge (au moins cela ne provoque pas d'incendie et d'explosion, comme c'est le cas avec les éléments à base de cobaltate de lithium Li-ion, Li-pol ), bien que les fabricants déconseillent fortement de charger au-dessus de 3,9 V et seulement quelques charges jusqu'à 4,2 V sur toute la durée de vie de la cellule.

Tension de cellule entièrement déchargée : Ici, les recommandations des fabricants diffèrent quelque peu, certains recommandent de décharger les cellules à 2,5 V, d'autres à 2,0 V. Mais dans tous les cas, selon la pratique consistant à faire fonctionner tous les types de batteries, il a été établi que plus la profondeur de décharge est petite, plus cette batterie peut survivre à des cycles et la quantité d'énergie qui tombe sur la dernière décharge de 0,5 V ( pour Li-Fe) n'est que de quelques pourcents de sa capacité.

Tension médiane : pour les éléments de cette technologie de différents fabricants varie (déclaré) de 3,2V à 3,3V. La tension médiane est la tension qui est calculée à partir de la courbe de décharge et est destinée à calculer la capacité globale de la batterie, qui s'exprime en Wh (wattheures) pour cela, la tension médiane est multipliée par la capacité actuelle, c'est-à-dire pour Par exemple, vous avez une cellule avec une capacité de 1,1 Ah et une tension médiane de 3,3 V, alors sa capacité globale est de 3,3*1,1=3,65Wh. (Beaucoup de gens confondent souvent la tension médiane avec la tension d'une cellule complètement chargée.)

À cet égard, je voudrais prêter attention aux caractéristiques de performance des batteries, ou plutôt à la tension du point médian des batteries Li-Fe 36V et 48V. Ainsi, la tension de 36V et 48V est indiquée conditionnellement par rapport à la batterie au plomb plus familière à beaucoup, ou plutôt à la tension médiane de 3 ou 4 batteries au plomb de 12V connectées en série. Une batterie Li-Fe 36V a 12 cellules (éléments) connectées en série, soit 3,2 * 12 = 38,4V (pour une batterie 48V 3,2 * 16 = 51,2V) ce qui est légèrement supérieur aux points moyens des batteries plomb-acide, c'est-à-dire qu'à capacités égales (en Ah), la batterie Li-Fe a une capacité globale supérieure à celle d'une batterie au plomb.

À l'heure actuelle, la principale base de production pour la fabrication d'éléments Li-Fe est la Chine. Il existe des usines de sociétés bien connues (A123System, BMI) et des usines de sociétés inconnues. De nombreux vendeurs de batteries finies (qui les vendent au détail) affirment qu'ils sont également les fabricants des cellules eux-mêmes, ce qui s'avère en fait faux. Les grands fabricants d'éléments qui les produisent en millions de pièces par an ne sont pas intéressés à travailler avec des clients de détail et ignorent simplement les questions sur la vente de dizaines de pièces d'éléments, ou proposent d'acheter en volumes de plusieurs milliers de pièces. Il existe également de petites entreprises où les éléments sont fabriqués en petits lots de manière semi-artisanale, mais la qualité de ces éléments est extrêmement faible, la raison en est le manque de matériaux, d'équipements de haute qualité et une faible discipline technologique. De tels éléments ont une très grande variation de capacité et de résistance interne au sein même d'un lot. Également sur le marché de l'assemblage de batteries finies, il existe des éléments produits par de grands fabricants, mais du fait qu'ils n'ont pas été rejetés pour certains paramètres (capacité, résistance interne, chute de tension pendant le stockage), ils n'entrent pas sur le marché et doivent être éliminé. Ces éléments sont à la base de l'assemblage de batteries par de petites entreprises artisanales. La principale différence entre ces éléments et les éléments de qualité standard produits par les grands fabricants est aucun marquage sur chaque élément. Le marquage est appliqué en usine lors des tests finaux et sert d'identifiant de l'usine du fabricant, de la date et du changement de fabrication. Ces informations sont nécessaires pour les grands fabricants afin de surveiller davantage la qualité des éléments pendant le fonctionnement et, en cas de réclamation, être en mesure de trouver la cause du problème. Comme vous le comprenez vous-même, pour ceux qui produisent des éléments dans des conditions artisanales, une telle opération ne sert à rien.
Suivez ces liens pour voir les tests des fabricants d'éléments les plus connus :

• http://www.zeva.com.au/tech/LiFePO4.php

Soit dit en passant, ce qui est intéressant selon les résultats des vérifications, presque tous les fabricants déclarent que la capacité est supérieure à celle disponible (la seule exception est le système A123), tandis que Huanyu a généralement un quart de moins que celui déclaré.

découverte inattendue

A123 Systems est une entreprise atypique. Dans les conversations, ses employés, du simple ingénieur au président, répètent souvent une phrase qu'on n'entend plus souvent de nos jours : « Nous ne sommes qu'au début du chemin. En le suivant jusqu'au bout, nous allons bouleverser le monde !" L'histoire d'A123 Systems a commencé fin 2000 dans le laboratoire du professeur Yeet Ming Chang du Massachusetts Institut de Technologie(MIT). changé, Longtemps travaillant sur les technologies Li-ion, a découvert presque accidentellement un phénomène étonnant. Avec un certain impact sur la solution colloïdale des matériaux d'électrode, la structure de la batterie a commencé à se reproduire ! Les forces d'attraction et de répulsion dépendaient de nombreux facteurs - la taille, la forme et le nombre des particules elles-mêmes, les propriétés de l'électrolyte, Champ électromagnétique et la température. Chang a fait des études détaillées proprietes physiques et chimiques nanomatériaux d'électrode et déterminé paramètres de base commencer le processus d'auto-organisation spontanée. Les batteries résultantes avaient une capacité spécifique supérieure d'un tiers à celle des batteries au cobalt de lithium conventionnelles et ont résisté à des centaines de cycles de charge-décharge. La microstructure des électrodes, créée de manière naturelle, a permis d'augmenter la surface active totale d'un ordre de grandeur et d'accélérer l'échange d'ions, ce qui a augmenté la capacité et les performances de la batterie.

L'auto-organisation selon la méthode Chang est la suivante: un mélange de nanoparticules d'oxyde de cobalt et de graphite est placé dans le boîtier de la future batterie, un électrolyte est ajouté et les conditions externes nécessaires sont créées - température, champ électromagnétique et pression. Les particules d'oxyde de cobalt sont attirées les unes vers les autres, mais les particules de graphite sont repoussées. Le processus se poursuit jusqu'à ce que les forces d'attraction et de répulsion atteignent l'équilibre. En conséquence, une paire anode-cathode est formée, complètement séparée par l'interphase-électrolyte. En raison de la taille identique des nanoparticules, Chang a pu créer des échantillons de batterie avec des paramètres de capacité et de performance spécifiés en laboratoire. Une étude plus approfondie de ce phénomène et le développement d'une technologie de production basée sur celui-ci promettaient des perspectives fantastiques. Selon les calculs de Chang, la capacité des batteries pourrait être doublée par rapport aux analogues existants, et le coût pourrait être réduit de moitié. La méthode d'auto-organisation a permis de créer des batteries de toute forme plus petite qu'une tête d'allumette, y compris directement à l'intérieur des consommateurs actuels eux-mêmes.

Entrez dans la grande entreprise

À cette époque, l'ingénieur électrochimiste Bart Riley travaillait pour American Semiconductor, qui produisait une large gamme de semi-conducteurs. Il était lié à Chang par une longue connaissance et des intérêts scientifiques communs. Lorsque Chang a fait part à Riley de sa découverte inattendue, l'idée de créer une entreprise basée sur le phénomène de l'auto-organisation est née presque immédiatement. Mais ni l'un ni l'autre n'avaient la moindre idée de la manière dont les entreprises sont créées. Le troisième fondateur d'A123 Systems était Rick Fulap, un entrepreneur capable de transformer bonnes idées en gros sous. Par ses 26 ans, Fulap a réussi à créer de toutes pièces et à se lancer dans les grands espaces grosse affaire déjà cinq entreprises. Un jour, dans la revue scientifique du MIT, Fulap tombe sur un article du professeur Chang sur la technologie lithium-ion. Ne comprenant rien à ce qu'il lisait, Rick composa le numéro de téléphone du professeur. En réponse à une offre de se lancer dans le commerce des nanofibres de carbone, Chang a répondu qu'il avait une meilleure idée et que Fulap n'a pas pu dormir jusqu'au matin.

Tout d'abord, les partenaires ont réussi à obtenir une licence du MIT pour l'utilisation industrielle de la technique d'auto-organisation de la batterie et à racheter les droits sur le matériau cathodique obtenu dans le laboratoire de Chang - le phosphate de fer au lithium. Il n'avait rien à voir avec le phénomène d'auto-organisation, mais Fulap a décidé que les droits sur Li-Fe ne feraient pas de mal. Ne gaspillez pas le bien ! De plus, Chang a reçu une subvention spéciale pour poursuivre ses recherches sur le Li-Fe. En septembre 2001, Rick Fulap parcourait déjà des fonds de capital-risque à la recherche de fonds pour lever des fonds. Il a réussi à créer une concurrence entre les investisseurs, l'alimentant avec de plus en plus d'articles de presse sur les fantastiques perspectives de marché des batteries Li-ion.

Déjà en décembre 2001, les comptes de l'entreprise avaient reçu les premiers 8 millions de dollars. Quatre mois après le début des travaux sur le projet, en avril 2002, les leaders du marché de l'électronique mobile Motorola et Qualcomm sont entrés dans l'entreprise, voyant un énorme potentiel dans la nouvelle technologie. . Bart Riley se souvient avec un sourire comment, lors d'une conférence, Fulap a sauté sur Paul Jacobs, vice-président de Qualcomm. En une minute, tenant presque Jacobs par le revers de sa veste, Rick a pu lui expliquer de manière intelligible les avantages de la technologie A123 par rapport aux concurrents, et après quelques secondes, il a posé la question à blanc - investissez aujourd'hui, demain ce sera trop tard! Et après quelques jours, Jacobs a pris la bonne décision. Bientôt, parmi les investisseurs d'A123 se trouvaient: la célèbre société Sequoia Capital, avec l'argent de laquelle Google et Yahoo ont été créés à un moment donné, General Electric, Procter & Gamble et bien d'autres grandes entreprises.

parachute de secours

Au début de 2003, les travaux étaient au point mort. Il s'est avéré que la technologie prometteuse ne fonctionne que partiellement - le processus d'auto-organisation s'est avéré instable. De sérieuses difficultés sont apparues avec la technologie d'obtention de nanomatériaux d'électrode uniformes en taille et en propriétés de particules. En conséquence, les performances du produit "ont flotté" dans la gamme allant d'exceptionnel à sans valeur. La durée de vie des batteries obtenues était nettement inférieure à celle des analogues disponibles en raison de la faiblesse du réseau cristallin des électrodes. Il s'est simplement effondré en plusieurs cycles de décharge. Chang s'est rendu compte que la création d'une technologie industrielle pour des batteries idéales était encore très loin. Le projet craquait aux coutures...

À cette époque, les travaux sur le ferrophosphate de lithium avaient donné des résultats inattendus. Au début, les propriétés électriques du phosphate de fer semblaient très modestes. Les avantages du Li-Fe par rapport au LiCoO2 étaient sa non-toxicité, son faible coût et sa moindre sensibilité à la chaleur. Dans le reste, le ferrophosphate était nettement inférieur au cobaltate - de 20% en termes de consommation d'énergie, de 30% en termes de productivité et de nombre de cycles de travail. Cela signifie qu'une batterie avec une cathode Li-Fe primaire n'était pas adaptée à l'électronique mobile, où la capacité est d'une importance primordiale. Le ferrophosphate a nécessité une modification profonde. Chang a commencé à expérimenter en ajoutant du niobium et d'autres métaux à la structure de l'électrode et en réduisant la taille des particules Li-Fe individuelles jusqu'à une centaine de nanomètres. Et le matériau a littéralement changé ! En raison de l'augmentation de la surface active de milliers de fois et de l'amélioration de la conductivité électrique due à l'introduction d'or et de cuivre, les batteries avec une cathode en Li-Fe nanostructuré ont dépassé de dix fois les courants de décharge conventionnels en cobalt. La structure cristalline des électrodes ne s'est pratiquement pas usée avec le temps. Les ajouts de métal l'ont renforcé, comme le renforcement renforce le béton, de sorte que le nombre de cycles de batterie a été multiplié par plus de dix - jusqu'à 7000 ! En fait, une telle batterie est capable de survivre à plusieurs générations d'appareils qu'elle alimente. De plus, rien de nouveau dans la technologie de production n'a dû être créé pour le Li-Fe. Cela signifiait que le produit fabriqué par Riley, Chang et Fulap était prêt pour une production de masse immédiate.

« Si vous êtes une petite entreprise avec un financement limité, vous vous concentrez généralement sur une chose », explique Riley. – Mais il s'est avéré que nous avions deux idées en poche ! Les investisseurs ont exigé de continuer à travailler sur le thème initial du projet et de laisser le nanophosphate jusqu'à des temps meilleurs. Mais nous avons fait notre propre truc. Nous avons envoyé une petite équipe d'ingénieurs à la nouvelle direction. On leur a donné un objectif précis - le développement de la technologie production industrielle nanomatériau cathodique. Comme il s'est avéré plus tard, cette décision obstinée a sauvé l'ensemble du projet de l'effondrement. Après les premiers succès évidents sur le nanophosphate, d'autres travaux sur l'auto-organisation ont été abandonnés, mais pas oubliés. Après tout, l'histoire peut un jour se répéter exactement le contraire.

géant industriel

Littéralement un mois plus tard, A123 a conclu un contrat fatidique avec la célèbre société Black & Decker. Il s'est avéré que Black & Decker développait depuis plusieurs années une nouvelle génération d'outils électriques de construction - des appareils portables mobiles et puissants. Mais l'introduction de nouveaux éléments a été retardée en raison de l'absence d'une source de courant appropriée. Les batteries NiMH et NiCd ne convenaient pas à l'entreprise en termes de poids, de taille et de performances. Les batteries Li-ion ordinaires étaient suffisamment volumineuses, mais ne fournissaient pas un courant de charge élevé et, lorsqu'elles étaient déchargées rapidement, elles devenaient si chaudes qu'elles pouvaient prendre feu. De plus, le temps nécessaire pour les recharger était trop long, et un outil portatif devait être toujours prêt. Les batteries A123 étaient idéales à cet effet. Ils étaient très compacts, puissants et absolument sûrs. Le temps de charge à 80 % de la capacité n'était que de 12 minutes et, lors des pics de charge, les batteries Li-Fe développaient une puissance supérieure à celle des outils en réseau ! Bref, Black & Decker a trouvé exactement ce qu'il cherchait.

À ce moment-là, l'A123 n'avait qu'un prototype de batterie de la taille d'un centime, et Black & Decker avait besoin de millions de batteries réelles. Fulap et Riley ont fait un travail gigantesque pour créer leur propre capacité de production et un an après la signature du contrat, ils ont commencé la production en série de produits commercialisables en Chine. L'énergie et le dynamisme de Fulap dans un accord avec Black & Decker ont permis à l'A123 d'entrer dans le grand clip industriel dans les plus brefs délais. En moins de six ans, l'entreprise basée dans le Massachusetts est passée d'une idée pure à un grand complexe de recherche et de production avec six usines et un effectif de 900 employés. Aujourd'hui, A123 Systems détient 120 brevets et demandes de brevets dans le domaine de l'électrochimie, et son centre de recherche en technologie lithium-ion est considéré comme le meilleur en Amérique du Nord.

Mais l'entreprise ne s'arrête pas là. Au cours de la dernière année et demie, les propriétés du nanophosphate original ont été radicalement améliorées et de nouveaux types d'électrolytes ont été développés. Créé plus avancé et fiable systèmes électroniques gestion des charges. Plusieurs conceptions de batteries ont été développées pour être utilisées dans divers domaines La technologie. Mais la principale avancée est bien sûr le développement d'une batterie pour la future voiture hybride Chevrolet Volt.

Les technologies de production de batteries ne s'arrêtent pas et progressivement les batteries Ni-Cd (nickel-cadmium) et Ni-MH (nickel-hydrure métallique) sont remplacées sur le marché par des batteries, en ...

Liste des entreprises qui produisent des batteries lithium-ion (Li-ion), lithium-polymère (Li-Po), lithium-phosphate (Li-Fe / LiFePO4) dans divers pays du monde. Nom du fabricant Emplacement...

Le marché moderne est plein de divers équipement électronique. Pour leur fonctionnement, de plus en plus sources parfaites la nutrition. Parmi eux, une place particulière est occupée par les batteries au lithium fer phosphate. Ils sont sûrs, ont une capacité électrique élevée, n'émettent pratiquement pas de toxines et sont durables. Peut-être que bientôt ces batteries seront chassées de leurs appareils "frères".

Maintenance

Qu'est-ce qu'une batterie lithium fer phosphate

Les batteries LiFePo4 sont des sources d'alimentation de haute qualité et fiables avec des performances élevées. Ils remplacent activement non seulement les batteries plomb-acide obsolètes, mais également les batteries Li-ion modernes. Aujourd'hui, ces batteries se trouvent non seulement dans équipement industriel, mais aussi dans les appareils ménagers - des smartphones aux vélos électriques.

Les batteries LFP ont été développées par le Massachusetts Université technologique en 2003. Ils sont basés sur une technologie Li-ion avancée avec une composition chimique modifiée : le ferrophosphate de lithium est utilisé pour l'anode à la place du cobaltate de lithium. Les batteries se sont généralisées grâce à des sociétés telles que Motorola et Qualcomm.

Comment les batteries LiFePo4 sont produites

Les principaux composants pour la fabrication des batteries LiFePo4 sont livrés à l'usine sous la forme d'une poudre gris foncé à reflets métalliques. Le schéma de production des anodes et des cathodes est le même, mais en raison de l'inadmissibilité du mélange de composants, toutes les opérations technologiques sont effectuées dans différents ateliers. Toute la production est divisée en plusieurs étapes.

Premier pas. Création d'électrodes. Pour ce faire, la composition chimique finie est recouverte des deux côtés d'une feuille métallique (généralement de l'aluminium pour la cathode et du cuivre pour l'anode). La feuille est prétraitée avec une suspension afin qu'elle puisse agir comme un récepteur de courant et un élément conducteur. Les éléments finis sont coupés en fines bandes et pliés plusieurs fois, formant des cellules carrées.

Deuxième étape. Assemblage direct de la batterie. Des cathodes et des anodes sous forme de cellules sont situées des deux côtés du séparateur en matériau poreux, solidement fixées dessus. Le bloc résultant est placé dans Un récipient en plastique, rempli d'électrolyte et scellé.

L'étape finale. Contrôler la charge/décharge de la batterie. La charge se produit avec une augmentation progressive de la tension du courant électrique, de sorte qu'une explosion ou une inflammation ne se produise pas en raison du dégagement d'une grande quantité de chaleur. Pour la décharge, la batterie est connectée à un puissant consommateur. Sans révéler les écarts, les articles finis sont envoyés au client.

Le principe de fonctionnement et le dispositif d'une batterie lithium fer phosphate

Les batteries LFP sont constituées d'électrodes pressées étroitement contre un séparateur poreux des deux côtés. Pour alimenter les appareils, la cathode et l'anode sont connectées à des collecteurs de courant. Tous les composants sont placés dans un boîtier en plastique rempli d'électrolyte. Un contrôleur est placé sur le boîtier, qui régule l'alimentation en courant pendant la charge.

Le principe de fonctionnement des batteries LiFePo4 repose sur l'interaction du ferrophosphate de lithium et du carbone. La réaction elle-même se déroule selon la formule :

LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

Le porteur de charge de la batterie est l'ion lithium chargé positivement. Il a la capacité d'être introduit dans le réseau cristallin d'autres matériaux, avec la formation de liaisons chimiques.

Spécifications des batteries LiFePo4

Quel que soit le fabricant, toutes les cellules LFP ont les mêmes caractéristiques techniques :

• tension de crête - 3,65 V;
• tension au point médian - 3,3 V;
• tension à l'état complètement déchargé - 2,0 V;
• tension de fonctionnement nominale - 3,0-3,3 V;
• tension minimale sous charge - 2,8 V;
• durabilité - de 2 à 7 000 cycles de charge / décharge;
• auto-charge à une température de 15-18 C o - jusqu'à 5% par an.

Les spécifications techniques présentées se réfèrent spécifiquement aux cellules LiFePo4. Selon le nombre d'entre eux combinés par une batterie, les paramètres des batteries varient également.

Les copies de la production nationale présentent les caractéristiques suivantes :

• capacité - jusqu'à 2000 Ah;
• tension - 12v, 24v, 36v et 48v;
• avec une gamme de températures de fonctionnement - de -30 à +60 С o;
• avec courant de charge - de 4 à 30A.

Toutes les batteries ne perdent pas leur qualité pendant le stockage pendant 15 ans, ont une tension stable et se caractérisent par une faible toxicité.

Que sont les batteries LiFePo4

Contrairement aux batteries qui nous sont familières, qui sont marquées des symboles AA ou AAA, les cellules au lithium fer phosphate ont un marquage de facteur de forme complètement différent - leurs dimensions sont cryptées avec un nombre à 5 chiffres. Tous sont présentés dans le tableau.

Taille	Dimensions, PxL (mm)
14430	14x43
14505	14x50
17335	17x33
18500	18x50
18650	18x65
26650	26x65
32600	32x60
32900	32x90
38120	38x120
40160	40x160
42120	42x120

Même sans tableau avec une désignation de marquage devant vous, vous pouvez facilement naviguer dans les dimensions de la batterie. Les deux premiers chiffres du code indiquent le diamètre, le reste - la longueur de la source d'alimentation (mm). Le chiffre 5 à la fin de certaines tailles correspond à un demi-millimètre.

Batterie lithium fer phosphate : avantages et inconvénients

Les batteries LFP sont basées sur la technologie Li-ion, ce qui leur a permis d'absorber tous les avantages de ces sources d'alimentation, tout en se débarrassant de leurs inconvénients inhérents.

Parmi les principaux avantages, citons :

1. Durabilité - jusqu'à 7 000 cycles.
2. Courant de charge élevé, ce qui réduit le temps de reconstitution de l'énergie.
3. Tension de fonctionnement stable qui ne chute pas tant que la charge n'est pas complètement épuisée.
4. Tension de crête élevée - 3,65 Volts.
5. Capacité nominale élevée.
6. Poids léger - jusqu'à plusieurs kilogrammes.
7. Faible pollution environnement lors du recyclage.
8. Résistance au gel - le travail est possible à des températures de -30 à + 60 ° C.

Mais les batteries ont aussi des inconvénients. Le premier est le coût élevé. Le prix d'un élément pour 20 Ah peut atteindre 35 000 roubles. Le deuxième et dernier inconvénient est la difficulté d'assembler un banc de batteries de vos propres mains, contrairement aux cellules lithium-ion. D'autres inconvénients évidents de ces sources d'énergie n'ont pas encore été identifiés.

Chargeurs et comment charger LiFePo4

Les chargeurs pour batteries LiFePo4 ne sont pratiquement pas différents des onduleurs conventionnels. En particulier, vous pouvez enregistrer un courant de sortie important - jusqu'à 30 A, qui est utilisé pour recharger rapidement les éléments.

Lors de l'achat d'une batterie prête à l'emploi, il ne devrait y avoir aucune difficulté à la charger. Leur conception a un contrôle électronique intégré, qui protège toutes les cellules d'une décharge complète et d'une sursaturation en électricité. Les systèmes coûteux utilisent une carte d'équilibrage, qui répartit uniformément l'énergie entre toutes les cellules de l'appareil.

Il est important de ne pas dépasser le courant recommandé lors de la recharge si vous utilisez des chargeurs tiers. Cela réduira la durée de vie de la batterie de plusieurs fois par charge. Si la batterie chauffe ou gonfle, l'intensité du courant dépasse les valeurs autorisées.

Où sont utilisées les batteries LiFePo4 ?

Les batteries LFP sont d'une grande importance pour l'industrie. Ils sont utilisés pour maintenir les performances des appareils dans les stations météorologiques, les hôpitaux. Ils sont également introduits comme tampon pour les parcs éoliens et utilisés pour stocker l'énergie des panneaux solaires.

Les batteries 12v commencent à être utilisées dans les voitures modernes à la place des piles plomb-acide habituelles. Les conceptions LiFePo4 sont installées comme source d'alimentation principale sur les vélos électriques et les VTT, les bateaux à moteur.

Largement leur valeur dans la vie quotidienne. Ils sont intégrés dans les téléphones, les tablettes et même les tournevis. Cependant, ces appareils diffèrent considérablement en prix de leurs homologues moins technologiques. Par conséquent, il est encore difficile de les trouver sur le marché.

Règles de stockage, de fonctionnement et d'élimination du LiFePo4

Avant d'envoyer la batterie LFP pour un stockage à long terme, il est nécessaire de la charger à 40-60% et de maintenir ce niveau de charge pendant toute la période de conservation. Conservez la batterie dans un endroit sec où la température ne descend pas en dessous de la température ambiante.

Pendant le fonctionnement, les instructions du fabricant doivent être suivies. Il est important de ne pas surchauffer la batterie. Si vous remarquez que la batterie chauffe de manière inégale pendant le fonctionnement ou la recharge, vous devez contacter le centre de réparation - peut-être que l'une des cellules est en panne ou qu'il y a des dysfonctionnements dans l'unité de commande ou le tableau d'équilibre. La même chose devrait être faite avec l'apparition d'un gonflement.

Pour une élimination appropriée d'une batterie qui a complètement épuisé sa durée de vie, contactez un organisme spécialisé dans ce domaine. Ainsi, non seulement vous agirez en citoyen consciencieux, mais vous pourrez également gagner de l'argent grâce à cela. Cependant, si vous envoyez simplement la batterie dans une décharge, rien de grave ne se produira.

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Cycles de charge-décharge à la pointe de l'industrie, la moitié de la capacité pour obtenir les mêmes performances électriques par rapport à l'acide de plomb, une charge rapide à courant élevé et une tension de décharge stable, le contrôle automatique des paramètres sont les avantages batteries lithium fer phosphate. Une large gamme de ces produits fabriqués par l'entreprise EEMB, utilisé dans les systèmes d'alimentation stations de base communications cellulaires et stations météorologiques automatiques, systèmes d'énergie solaire, systèmes d'alimentation de secours, alimentation électrique pour entraînements électriques industriels et transport électrique.

Ces dernières années, la question de l'amélioration des sources d'énergie mobiles est plus que jamais d'actualité. Même il y a 10-15 ans, ce n'était pas si aigu. Mais le mieux est l'ennemi du bien, et avec l'augmentation de la mobilité du citadin, c'est-à-dire avec le passage d'un ordinateur de bureau à un ordinateur portable, d'un simple téléphone portable au smartphone, la demande d'énergie mobile a explosé.

Avec miniaturisation électronique grand public ses concepteurs doivent suivre l'orientation générale en réduisant la taille des alimentations tout en augmentant leur capacité. Cependant, la question se pose de changer non seulement la capacité des batteries, mais aussi la vitesse de leur recharge et leur durabilité. Après tout, si la batterie rétablit la charge presque instantanément, le nombre d'heures pendant lesquelles l'appareil peut fonctionner sans recharge n'est plus aussi critique.

La capacité de la batterie, ainsi que sa capacité à être rechargée plusieurs fois, est également importante pour :

• dispositifs autonomes axés sur un fonctionnement à long terme sans maintenance - stations météorologiques, hydropostes, stations au sol ;
• systèmes énergie alternative– générateurs solaires et éoliens ;
• transport électrique - voitures hybrides, chargeuses, voitures électriques.

Dans la quasi-totalité de ces cas, les batteries fonctionnent dans des conditions loin d'être idéales : basses températures, cycles de charge sous-optimaux ou incomplets, forte probabilité de décharge profonde.

Parmi les batteries modernes, le lithium occupe une place à part. Le lithium a une énorme ressource de stockage d'énergie, donc l'utilisation de batteries lithium-ion comme dispositifs de stockage d'énergie pour centrales solaires et d'autres sources d'énergie renouvelable est la plus rentable, par rapport aux batteries au plomb ou à d'autres types de batteries. Une place particulière parmi les batteries à base d'ions lithium est occupée par les batteries lithium fer phosphate (LiFePO4).

LiFePO4 a été utilisé pour la première fois comme cathode pour une batterie lithium-ion en 1996 par le professeur John Goodenough de l'Université du Texas. Ce matériau a intéressé le chercheur car, comparé au LiCoO2 traditionnel, il a un coût nettement inférieur, est moins toxique et plus stable thermiquement. Mais son inconvénient est sa plus petite capacité. Et ce n'est qu'en 2003 que l'entreprise Système A123 sous la direction du professeur Jiang Ye-Ming, elle a commencé ses recherches sur les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4).

Les principales propriétés des batteries lithium fer phosphate

Les batteries lithium-fer-phosphate (LiFePO4) sont un type de batterie lithium-ion qui utilise du phosphate de fer comme cathode. Sans exagération, on peut les appeler le summum de la technologie des batteries de puissance. Ce type de batteries dans certains paramètres, en particulier dans le nombre de cycles de charge-décharge, surpasse tous les autres.

Contrairement aux autres batteries lithium-ion, les batteries LiFePO4, comme celles au nickel, ont une tension de décharge très stable. La tension de sortie pendant la décharge reste proche de 3,2 V jusqu'à ce que la batterie soit complètement chargée. Cela peut grandement simplifier ou même éliminer le besoin de régulation de tension dans les circuits.

En raison de la tension de sortie constante de 3,2 V, quatre batteries peuvent être connectées en série pour obtenir une tension de sortie nominale de 12,8 V, ce qui se rapproche de la tension nominale des batteries plomb-acide à six cellules. Ceci, ainsi que les bonnes caractéristiques de sécurité des batteries au lithium fer phosphate, en font un bon remplacement potentiel des batteries au plomb dans des industries telles que l'automobile et l'énergie solaire.

• Avec des cycles de charge/décharge répétés, il n'y a aucun effet mémoire
• Les batteries lithium fer phosphate ont une longue durée de vie (plus de 4600 cycles à une profondeur de décharge de 80%)
• Ils ont une intensité énergétique spécifique élevée : la densité énergétique atteint 110 Wh/kg)
• Ils se caractérisent par une large plage de température de fonctionnement (-20 ... 60 ° C)
• Ces batteries sont sans entretien
• Il est possible de charger rapidement les batteries : en 15 minutes - jusqu'à 50 %
• La fiabilité et la sécurité des batteries au lithium fer phosphate sont confirmées par des certificats internationaux
• Ils sont très performants : 93% au démarrage 30…90%
• Courant de décharge élevé autorisé jusqu'à 10 C (dix fois le courant nominal)
• Ces piles sont respectueuses de l'environnement et ne présentent aucun danger pour l'homme et l'environnement lorsqu'elles sont éliminées.
• Contrairement aux batteries au plomb, les batteries au lithium fer phosphate sont deux fois plus légères avec la même capacité

Inconvénients par rapport aux batteries au plomb :

• coût plus élevé ;
• la nécessité d'un circuit de contrôle de charge-décharge spécial.

Les batteries lithium fer phosphate (LiFePO4) sont légèrement inférieures aux batteries lithium polymère en termes d'intensité énergétique (Figure 1). Mais l'un des forces c'est la stabilité du matériau, qui permet de créer des batteries rechargeables pouvant supporter beaucoup plus de cycles de décharge/charge (plus de 2000), et une charge rapide. En raison de ces caractéristiques, ces batteries sont utilisées de manière optimale dans les véhicules électriques.

Sur le Marché russe une place particulière parmi les fournisseurs de batteries à base d'ions lithium est occupée par l'entreprise EEMB. Elle produit plusieurs groupes de batteries au lithium fer phosphate (Figure 2), qui diffèrent les unes des autres par leurs paramètres électriques et de conception :

• systèmes de batteries modulaires;
• accumulateurs pour appareils de télécommunication;
• sources d'énergie pour "maison intelligente" ;
• batteries de traction pour véhicules électriques.

a) systèmes de batteries modulaires	b) batteries pour équipements de télécommunications	c) batteries pour systèmes alimentation de secours et autonome systèmes d'alimentation	d) batteries de traction pour transport électrique

Les batteries au lithium fer phosphate, lorsqu'elles sont déchargées, ont une tension de sortie très stable jusqu'à ce que la cellule soit complètement déchargée. Ensuite, la tension diminue fortement.

La figure 3 montre les courbes de décharge de la batterie, prises à différents courants de décharge (0,2 ... 2C) dans des conditions de température normales. Comme on peut le voir sur le graphique, une caractéristique d'une batterie au lithium fer phosphate est une faible dépendance de la capacité à l'amplitude du courant de décharge. Lors de la décharge avec un courant faible (0,2C) et lors de la décharge avec un courant accru (2C), la capacité de la batterie ne change pratiquement pas et reste égale à 10 Ah (la capacité nominale de la batterie spécifiée).

Il est très important de ne pas laisser la cellule se décharger à un niveau inférieur à 2,0 V, sinon des processus irréversibles se produiront qui entraîneront une forte perte de capacité nominale. Pour cela, le contrôleur de décharge est utilisé. EEMB fabrique des batteries avec ou sans circuit de protection. La présence d'un circuit de protection contre les décharges et les surtensions est codée dans le nom par l'abréviation PCM à la fin, par exemple, LP385590F-PCM.

Considérez la dépendance du nombre de cycles "charge-décharge" sur l'amplitude du courant de décharge et la profondeur de la décharge. La figure 4 montre les données expérimentales. On peut en déduire qu'avec une décharge complète, une perte de capacité de la batterie de 20% se produit avec un nombre de cycles d'au moins 2000 (courant de décharge 1C). Si la profondeur de décharge est limitée au niveau de 80% dans chaque cycle, alors pendant environ 1500 cycles de ce type, il n'y a pratiquement pas eu de diminution de la capacité de la batterie par rapport à la valeur initiale (courant de décharge 0,5C).

La dernière génération de batteries lithium fer phosphate EEMB, contrairement aux batteries plomb-acide existantes, ne nécessite pas de remplacement et d'entretien fréquents. En règle générale, une batterie au lithium-phosphate de fer est une batterie moderne qui peut supporter plus de 2000 cycles de charge-décharge, absolument insensible aux modes de sous-charge chroniques. Dans la plupart des cas, il dispose d'un système de gestion de batterie intégré (Battery Management System). La charge s'effectue à tension constante et courant constant sans paliers.

Le tableau 1 montre les principaux paramètres des batteries lithium fer phosphate à cellule unique EEMB. La capacité nominale de ce type de batteries est de l'ordre de 600 ... 36000 mAh (poids - 15 ... 900 grammes, respectivement). Les batteries Li-FePO4 unicellulaires sont le plus souvent utilisées dans les appareils auto-alimentés. Ces batteries permettent une décharge à courant élevé jusqu'à 10C. Après 2000 cycles de charge-décharge avec un courant de 1C, la capacité résiduelle est d'environ 80%.

Tableau 1. Batteries LiFePO4 unicellulaires EEMB

Nom	Tension, V	Capacité, mAh	Poids, grammes
	3,2	600	15
		1250	31,25
		2000	50
		3500	87,5
		5000	125
		5000	125
		7000	175
		9000	225
		22000	500
		36000	900

En utilisant des systèmes modulaires avec des cellules individuelles à capacité accrue, dont les paramètres sont indiqués dans le tableau 2, il est possible d'assembler un bloc-batterie de la capacité et de la tension de sortie requises.

Tableau 2. Paramètres principaux des systèmes modulaires Li-FePO4

Les systèmes modulaires sont également équipés d'un système de gestion de l'alimentation (BMS), qui permet une décharge à haute puissance et possède de nombreuses fonctions de contrôle et de protection. Les modules avec un système de surveillance intégré fournissent haut niveau la sécurité de l'ensemble du système et de l'environnement. Applications recommandées :

• systèmes d'alimentation de secours et sans interruption;
• stations de base.

Les systèmes d'alimentation de télécommunications exigent que les batteries soient de petite taille, légères, aient un nombre élevé de cycles de recharge, une capacité spécifique élevée, une large plage de températures de fonctionnement et une maintenance facile. Les batteries au lithium fer phosphate répondent assez bien à ces exigences. Le tableau 3 montre les principaux paramètres des batteries EEMB pour les systèmes de télécommunication.

Tableau 3. Batteries pour systèmes d'alimentation de télécommunications

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids (kg
	12	50	6
	12	100	22
	48	100	40
	48	200	78

Exemple d'entrée de nomenclature : 4P5S - quatre ensembles connectés en parallèle (chaque ensemble est composé de cinq batteries connectées en série), P - Parallèle, connexion parallèle, S - Série, connexion série.

Ces batteries sont principalement utilisées dans :

• systèmes d'alimentation CC;
• alimentations sans interruption (UPS);
• systèmes d'alimentation CC à haute tension (240/336 V).

Les spécifications de batterie pour les alimentations et systèmes d'alimentation sans coupure (UPS/UPS) pour maison intelligente sont présentées dans le tableau 4, et apparence illustré à la figure 3c.

Tableau 4. Batteries de l'onduleur Smart Home

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids (kg
	12	10	1,3
	12	20	2,5
	12	30	3,5
	24	20	4,5
	14,4	4,5	0,7
	14,4	7	0,9
U1	48	10	4

Les batteries EEMB Super Energy SLM Lithium Fer Phosphate remplacent complètement les batteries plomb-acide et gel conventionnelles. Elles sont sans entretien, 80 % plus légères et cinq fois plus durables que les batteries plomb-acide et leurs équivalents.

Les batteries de traction pour véhicules électriques sont des batteries rechargeables destinées à être installées dans des véhicules électriques. Principales caractéristiques les batteries pour véhicules électriques sont légères, de taille compacte et à haute capacité énergétique, ce qui réduit le poids du véhicule électrique lui-même et permet une charge rapide.

EEMB propose une gamme de batteries pour véhicules électriques diverses catégories(tableaux 5, 6).

Les principaux paramètres des batteries au lithium fer phosphate utilisées dans les voitures de golf et les batteries similaires de la série GOLF CART sont indiqués dans le tableau 5. Ces batteries permettent une connexion en parallèle et en série des cellules, de sorte que vous pouvez facilement modifier la capacité nominale et la tension de la batterie. .

Tableau 5. Paramètres des batteries GOLF CART

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids (kg
	6,4	10	0,5
	9,6	20	1,5
	12,8	30	3
	12,8	40	4
	25,6	10	2
	25,6	60	12

Les paramètres des batteries Li-FePO4 pour vélos électriques (série E-bike) sont présentés dans le tableau 6.

Tableau 6. Paramètres de la batterie de la série E-bike

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids (kg
	24	10	2,5
	24	20	4,5
	24	40	9
	36	10	3,5
	36	20	6,5
	36	30	10
	48	20	9

D'autres options peuvent être faites selon les exigences du client sous la commande. Ces séries de batteries sont également disponibles en assemblages, où les cellules individuelles sont connectées en série ou en parallèle-série. Les dimensions hors tout d'un élément d'assemblage de cette série sont de 9,1x67,5x222 mm.

Le tableau 7 montre les paramètres des batteries au lithium fer phosphate pour les scooters électriques et les outils électriques. Les batteries de la série E-scooter sont de petite taille, ont un courant de décharge admissible élevé, une longue durée de vie, une densité d'énergie élevée, aucun effet mémoire, ce qui rend ces batteries populaires dans les appareils de puissance appropriée, où il est nécessaire d'alimenter de manière autonome les moteurs électriques.

Tableau 7. Paramètres de la batterie de la série E-scooter

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids, grammes
	9,6	1,4	150
	16	1,4	250
	19,2	7	1500
	22,4	8,4	2100

Le tableau 8 montre les paramètres des batteries au lithium fer phosphate pour les scooters électriques de la série E-moto. La tension nominale de toutes les batteries de cette série est de 48 V. La capacité nominale minimale est de 9 Ah avec un poids de 4 kg. La valeur de capacité maximale est de 90 Ah avec un poids de 40 kg. Les dimensions d'un élément sont de 7,5x67x220 mm.

Tableau 8. Paramètres de la batterie de la série de motos électriques

Nom	Tension, V	Capacité, Ah	Poids (kg
	48	9	4
	48	36	16
	48	54	24
	48	90	40

Caractéristiques comparatives des batteries LiFePO4

Dans les petites installations électriques en mode de cyclage constant, les batteries au lithium-phosphate de fer, en raison de la possibilité de décharge profonde et d'un grand nombre de cycles de charge-décharge, offrent des avantages tangibles pour l'entretien de l'installation.

Les modules de batterie ont une protection intégrée contre les surtensions, les faibles charges et les courants élevés. Ils sont compatibles avec tous les appareils, y compris les onduleurs et les chargeurs qui fonctionnent avec des batteries au plomb. Au départ, le prix des batteries lithium fer phosphate semble assez élevé. Cependant, lors du calcul de la capacité de la batterie pour un fonctionnement en mode cyclage, il s'avère que dans le cas de l'utilisation de batteries LiFePO4, une batterie d'environ 2 ... 2,5 fois moins de capacité suffit que pour les batteries au plomb (y compris le plomb- hélium). Ceci est possible grâce au fait que les batteries au lithium-fer-phosphate permettent de charger avec des courants plus élevés que les batteries au plomb (1C contre 0,1 ... 0,2C typique pour les batteries au plomb). En conséquence, un réseau de panneaux solaires, par exemple, avec le même courant de sortie du réseau et le temps de charge requis, peut être chargé sur une batterie au plomb-acide et au lithium-phosphate de fer de moins grande capacité. La moindre capacité par décharge sera compensée par des cycles de charge plus rapides, d'autant plus que la ressource pour les cycles de charge-décharge est en moyenne d'un ordre de grandeur supérieure. A cela s'ajoute une baisse de capacité beaucoup plus lente lors des cycles de recharge.

Prenons un exemple. Si nous utilisions auparavant une batterie plomb-acide AGM/GEL 150 Ah en mode cyclage, alors une batterie LiFePO4 d'une capacité de 60 Ah suffira à la remplacer sans perte de performances.Avec un calcul correct de 1 à 2,5, le coût d'une batterie LiFePO4 n'est que de 25 à 35 % supérieure à celle des batteries au plomb. Dans le même temps, les batteries au lithium-fer-phosphate auront, en moyenne, de meilleures caractéristiques de performance par rapport aux batteries au plomb.

Dans le mode d'accumulation et de décharge ultérieure aux mêmes courants de décharge, les batteries au lithium fer phosphate peuvent fournir un avantage de capacité de 2,5 fois, ce qui est facile à montrer par exemple.

En règle générale, la capacité de la batterie est sélectionnée en fonction du temps d'absence possible de l'énergie principale et de la consommation électrique de la charge.

Par exemple, si nous avons besoin d'alimenter une charge de 2 kW pendant 1 heure, alors, en conséquence, nous avons besoin d'une réserve d'énergie d'au moins 2 kWh. Il est nécessaire que ce système puisse fonctionner normalement pendant plus de 6 mois en mode cyclique. (charge le jour, le soir - rang). Pour une batterie ou un ensemble de batteries avec une tension de sortie de 48 V, la capacité de conception requise sera d'environ 42 Ah. Le courant de décharge sera d'environ 1C (42 A). Cependant, il convient de noter que dans notre exemple, la décharge doit être considérée non pas comme un courant constant, mais comme une puissance constante, alors que lorsque la batterie est déchargée, le courant de décharge va augmenter. En mode de décharge à puissance constante (2 kW), une batterie au plomb (48 V / 40 Ah) ne peut pas fonctionner plus de 30 minutes (avec une décharge profonde - jusqu'à 40,8 V).

Pour que la charge fonctionne en toute confiance pendant une heure sur une batterie au plomb, sa capacité sera environ le double de celle initialement calculée - environ 85 Ah. D'autre part, décharger une batterie fer-phosphate avec un courant de 1C ou plus n'entraîne pas de diminution significative de sa capacité - elle reste au niveau nominal (Figure 3). De cela, on peut voir qu'une différence de capacité de deux types de batteries par un facteur de deux peut être obtenue. Il faut également tenir compte du fait que lorsqu'une batterie au plomb fonctionne en mode cyclage, sa capacité diminuera de 20% déjà à 150 ... 200 cycles de charge-décharge, donc, pour compenser cela, vous il faut dans un premier temps choisir une batterie d'une capacité 20% supérieure Il s'avère que les conditions de la tâche précédemment fixée seront remplies pendant les 6 premiers mois avec une capacité de batterie au plomb de 102 Ah entre deux types de batteries soit environ 2,5 fois.

Les batteries lithium fer phosphate acceptent facilement un courant de charge puissant. Par conséquent, en les chargeant avec un réseau de batteries solaires trois fois plus puissant (par rapport aux batteries au plomb), vous pouvez les charger en un temps court égal à 2 ... 4 heures. Et compte tenu de l'insensibilité aux décharges profondes et aux sous-charges chroniques, ces batteries sont indispensables en hiver, d'autant plus que les batteries lithium fer phosphate ont un rendement supérieur de 95% (contre 80% pour les batteries plomb-acide), et cela signifie que par temps nuageux et pluvieux, ces batteries se chargent plus rapidement (tableau 9).

Tableau 9. Comparaison des batteries lithium fer phosphate et plomb acide

Paramètre	Phosphate de fer au lithium système d'alimentation	système conventionnel avec des batteries au plomb décharge profonde	Avantages de LiFePO4
Nombre de cycles effectifs de fonctionnement	> 6000 à 80% de décharge	~500	Le nombre de cycles est beaucoup plus élevé
Système d'équilibrage des cellules	Présent lors de la charge et de la décharge	Est absent	Contrôle automatique de l'état de chaque cellule
Protection contre les surcharges/charges profondes au niveau des cellules	Contrôle multi-niveaux à 100 %
Protection de la batterie en cas de panne du système	100 % (désactiver le courant de charge et de décharge)
Calcul précis de la réserve d'énergie dans la batterie sur la base des données des capteurs de tension, de courant, de température et de résistance des cellules	Calcul en temps réel constant
Capacité de charge rapide	Oui (environ 15 minutes)	Pas
La nécessité d'entretenir la batterie dans un état chargé	Pas	Oui, sinon - sulfatation des plaques	Pas besoin de maintenir la charge, économie d'entretien
Durée de vie estimée avec un cycle complet quotidien de 70 % pour LiFePO4 et 50 % pour les batteries au plomb (dans des conditions idéales), années	15	~4	Au moins 4 fois supérieur
Plage de température de fonctionnement, °C	-20…60	Température recommandée : 20°C	Il est possible d'installer un système d'alimentation électrique dans des pièces non chauffées
Influence de la température élevée (30°C et plus)	Fonctionnement admissible jusqu'à la limite supérieure de la plage de température de fonctionnement	Dégradation rapide	Les cellules de batterie résistent à des températures nettement plus élevées
Durée de vie calendaire (mode tampon ou mode maintien)	Non limité	Limité car les plaques se dégradent de toute façon	Victoire significative
Possibilité d'ajouter de la capacité à une unité d'accumulation existante	Oui	Non recommandé car cela entraînerait un déséquilibre	Possibilité de modernisation progressive et de mise à l'échelle sans surcoût
Possibilité de remplacer une/plusieurs cellules endommagées dans l'ensemble batterie	Oui, car il y a un système d'équilibrage

Conclusion

En mode cyclage, l'utilisation de batteries lithium-fer-phosphate est plus avantageuse, car environ deux fois moins de capacité que les batteries plomb-acide est suffisante pour atteindre les paramètres énergétiques et opérationnels. Tout aussi précieux sont l'insensibilité à la sous-charge, une efficacité accrue et une charge accélérée avec des courants élevés.

Les batteries au lithium fer phosphate sont recommandées pour une utilisation dans les systèmes d'énergie solaire fonctionnant pendant de courtes heures de clarté, ce qui est particulièrement important pour le centre de la Russie, les régions du nord et les régions montagneuses. La longue durée de vie (un grand nombre de cycles «charge-décharge») des batteries au lithium fer phosphate peut réduire considérablement le coût de leur maintenance et de leur remplacement, ce qui est pertinent, par exemple, pour les stations d'observation météorologique automatiques et les systèmes d'alimentation de secours pour les téléphones cellulaires. stations de base de communication. L'allongement de la durée entre les changements de batterie programmés entraîne des économies sur les salaires des équipes de maintenance ainsi que sur les frais de déplacement (surtout si l'équipement est installé dans des endroits difficiles d'accès). La réduction des frais généraux de maintenance compensera largement le coût relativement élevé d'une batterie au lithium fer phosphate.

Les batteries de ce type peuvent également être utilisées avec succès dans la technologie des télécommunications (équipements de télécommunication de base et appareils mobiles), alimentations sans interruption, systèmes d'alimentation de secours, systèmes d'alimentation pour entraînements électriques et véhicules électriques.

Le fabricant de batteries, EEBM, maintient un contrôle strict de la qualité des produits et a la capacité de fabriquer des assemblages de batteries personnalisés selon les exigences du client.

Littérature

1. http://www.eemb.com.
2. http://www.eemb.com/products/rechargeable_battery/lifepo4_battery/lifepo4_battery.html.

Les équipements modernes deviennent de jour en jour plus complexes et plus puissants. Les normes élevées de la technologie imposent des exigences accrues aux batteries, qui doivent désormais combiner haute performance, l'efficacité énergétique et disposent d'un approvisionnement accru en électricité.

Introduction de nouveaux types d'équipements électriques en production, accélération processus technologique- tout cela augmente les besoins en sources d'électricité, et les batteries modernes ne peuvent plus toujours les satisfaire. Pour résoudre ce problème, les constructeurs ont pris la voie de l'amélioration de la technologie lithium-ion. C'est ainsi qu'est né le lithium-fer-phosphate, qui est le descendant idéologique des batteries Li-ion.

Référence historique

LiFePO4, ou LFP, un minéral naturel de la famille de l'olivine, a été découvert pour la première fois en 1996 par le scientifique de l'Université du Texas, John Goodenough, qui cherchait des moyens d'améliorer les sources d'énergie Li-ion. Il était à noter que ce minéral avait moins de toxicité et une stabilité thermique plus élevée que toutes les électrodes connues à l'époque.

De plus, il se rencontrait en milieu naturel et avait un moindre coût. Le principal inconvénient des électrodes à base de LiFePO4 était une faible capacité électrique, c'est pourquoi la batterie lithium-fer-phosphate n'a plus été développée.

Les recherches dans ce sens ont repris en 2003. Une équipe de scientifiques a travaillé à la création de batteries fondamentalement nouvelles qui remplaceraient les batteries Li-ion les plus avancées de l'époque. De grandes entreprises telles que Motorola et Qualcomm se sont intéressées au projet, ce qui a accéléré l'apparition de batteries à cellules cathodiques LiFePO4.

Batterie à base de LiFePO4

Ce type utilise la même technologie pour générer de l'électricité que les cellules lithium-ion qui nous sont familières. Cependant, il existe également un certain nombre de différences significatives entre eux. Premièrement, c'est l'utilisation de son propre type de BMS - un système de contrôle qui protège les batteries électriques contre les surcharges et les décharges sévères, augmente la durée de vie et rend la source d'énergie plus stable.

Deuxièmement, LiFePO4, contrairement à LiCoO2, est moins toxique. Ce fait a permis d'éviter un certain nombre de problèmes liés à la pollution de l'environnement. En particulier, pour réduire les émissions de cobalt dans l'atmosphère en cas d'élimination inappropriée des batteries.

Enfin, en raison de l'absence de normes unifiées, les éléments LFP ont une composition chimique différente, ce qui entraîne la variation des caractéristiques techniques des modèles sur une large gamme. De plus, la maintenance de ces alimentations est plus complexe et doit respecter certaines règles.

Caractéristiques

Il convient de dire que les batteries au lithium-phosphate de fer de 48 volts, 36 volts et 60 volts sont fabriquées en connectant des cellules individuelles en série, car la tension maximale dans une section LFP ne peut pas dépasser 3,65 V. Par conséquent indicateurs techniques chaque batterie peut différer considérablement l'une de l'autre - tout dépend de l'assemblage et de la composition chimique spécifique.

Pour analyser les caractéristiques techniques, nous présentons les valeurs nominales d'une cellule individuelle.

La meilleure mise en œuvre des capacités de chaque cellule individuelle a été réalisée dans les batteries Everexceed. Les batteries Everexceed Lithium Fer Phosphate ont une longue durée de vie. Au total, ils sont capables de supporter jusqu'à 4 000 cycles de charge-décharge avec une perte de capacité allant jusqu'à 20%, et la reconstitution de la réserve d'énergie se produit en 12 minutes. Compte tenu de cela, nous pouvons conclure que les batteries Everexceed sont l'un des meilleurs représentants des cellules LFP.

Avantages et inconvénients

Le principal avantage qui distingue une batterie lithium-fer-phosphate des autres représentants de batterie sous un jour favorable est la durabilité. Un tel élément est capable de supporter plus de 3 000 cycles de charge-décharge lorsque le niveau d'électricité tombe à 30%, et plus de 2 000 - lorsqu'il tombe à 20%. Cela se traduit par une durée de vie moyenne de la batterie d'environ 7 ans.

Un courant de charge stable est le deuxième avantage important des cellules LFP. La tension de sortie reste à 3,2 V jusqu'à ce que la charge soit complètement épuisée. Cela simplifie le schéma de câblage et élimine le besoin de régulateurs de tension.

Un courant de crête plus élevé est leur troisième avantage. Cette propriété des batteries leur permet d'émettre Puissance maximum même à des températures extrêmement basses. Cette propriété a incité les constructeurs automobiles à utiliser la batterie au lithium fer phosphate comme principale source d'énergie pour le démarrage des moteurs à essence et diesel.

Outre tous les avantages présentés, les batteries LiFePO4 présentent un inconvénient important: une masse et une taille importantes. Cela limite leur utilisation dans certains types de machines et d'équipements électriques.

Caractéristiques de fonctionnement

Si vous achetez des batteries au lithium phosphate prêtes à l'emploi, vous n'aurez aucune difficulté d'entretien et de fonctionnement. Cela est dû au fait que les fabricants intègrent des cartes BMS dans de tels éléments qui ne permettent pas de surcharge et ne permettent pas à l'élément d'être déchargé à un niveau extrêmement bas.

Mais si vous achetez des piles séparées (piles AA, par exemple), vous devrez surveiller vous-même le niveau de charge. Lorsque la charge tombe en dessous d'un niveau critique (en dessous de 2,00 V), la capacité commencera également à chuter rapidement, ce qui rendra impossible la recharge des cellules. Si au contraire vous autorisez une surcharge (supérieure à 3,75 V), la cellule va simplement gonfler à cause des gaz dégagés.

Si vous utilisez une batterie similaire pour une voiture électrique, après une charge à 100%, vous devez la déconnecter, sinon la batterie gonflera en raison d'une sursaturation du courant électrique.

Règles de fonctionnement

Si vous envisagez d'utiliser des batteries au lithium phosphore non pas en mode cyclique, mais en mode tampon, par exemple, comme source d'alimentation UPS ou en conjonction avec une batterie solaire, vous devez alors veiller à abaisser le niveau de charge à 3,40- 3,45 V. Faire face à cette tâche est assisté par des chargeurs "intelligents", qui en mode automatique reconstituent d'abord complètement la réserve d'énergie, puis abaissent le niveau de tension.

Pendant le fonctionnement, vous devez surveiller l'équilibre des cellules ou utiliser des planches d'équilibrage spéciales (elles sont déjà intégrées à la batterie d'une voiture électrique). Le déséquilibre des cellules est une condition dans laquelle la tension globale de l'appareil reste au niveau nominal, mais la tension des cellules devient différente.

Un phénomène similaire se produit en raison de la différence de résistance des sections individuelles, d'un mauvais contact entre elles. Si les cellules ont des tensions différentes, elles sont chargées et déchargées de manière inégale, ce qui réduit considérablement la durée de vie de la batterie.

Mise en service des batteries

Avant d'utiliser des batteries au lithium-phosphore assemblées à partir de cellules individuelles, il faut prendre soin d'équilibrer le système, car les sections peuvent avoir niveau différent charger. Pour ce faire, tous les composants sont connectés en parallèle les uns aux autres et connectés à un redresseur, chargeur. Les cellules ainsi connectées doivent être chargées à 3,6 V.

En utilisant une batterie lithium-fer-phosphate pour vélo électrique, vous avez probablement remarqué que dans les premières minutes de fonctionnement, la batterie produit une puissance maximale, puis la charge chute rapidement à un niveau de 3,3-3,0 V. N'ayez pas peur de ceci, car il s'agit d'un fonctionnement normal de la batterie. Le fait est que sa capacité principale (environ 90%) se situe précisément dans cette plage.

Conclusion

L'efficacité est de 20 à 30 % supérieure à celle des autres batteries. Dans le même temps, ils durent 2 à 3 ans de plus que les autres sources d'électricité et fournissent également un courant stable pendant toute la durée de fonctionnement. Tout cela met en valeur les éléments présentés sous un jour favorable.

Cependant, la plupart des gens continueront d'ignorer les batteries au lithium fer phosphate. Les avantages et les inconvénients des batteries pâlissent devant leur prix - c'est 5 à 6 fois plus que celui des cellules au plomb qui nous sont familières. Une telle batterie pour une voiture coûte en moyenne environ 26 000 roubles.

À ce jour, il existe un grand nombre de batteries avec différents types de chimie. Les batteries les plus populaires aujourd'hui sont au lithium-ion. Ce groupe comprend également les batteries lithium-fer-phosphate (ferrophosphate). Si toutes les batteries appartenant à cette catégorie sont généralement similaires les unes aux autres en termes de spécifications techniques, les batteries lithium-fer-phosphate ont leurs propres caractéristiques uniques qui les distinguent des autres batteries fabriquées à l'aide de la technologie lithium-ion.

L'histoire de la découverte de la batterie lithium-fer-phosphate

L'inventeur de la batterie LiFePO4 est John Goodenough, qui a travaillé en 1996 à l'Université du Texas sur un nouveau matériau de cathode pour les batteries lithium-ion. Le professeur a réussi à créer un matériau moins cher, moins toxique et à haute stabilité thermique. Parmi les défauts de la batterie, qui utilisait la nouvelle cathode, figurait une capacité plus petite.

Personne n'était intéressé par l'invention de John Goodenough, mais en 2003, A 123 Systems a décidé de développer cette technologie, la jugeant assez prometteuse. De nombreuses grandes entreprises - Sequoia Capital, Qualcomm, Motorola - sont devenues des investisseurs dans cette technologie.

Caractéristiques des batteries LiFePO4

La tension de la batterie au ferrophosphate est la même que celle des autres batteries à technologie lithium-ion. La tension nominale dépend des dimensions de la batterie (taille, facteur de forme). Pour les batteries 18 650, c'est 3,7 volts, pour 10 440 (petits doigts) - 3,2, pour 24 330 - 3,6.

Dans presque toutes les batteries, la tension chute progressivement pendant le processus de décharge. L'une des caractéristiques uniques est la stabilité de la tension lorsque vous travaillez avec des batteries LiFePO4. Des caractéristiques de tension similaires à celles-ci ont des batteries fabriquées à l'aide de la technologie au nickel (nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique).

Selon la taille, une batterie au lithium fer phosphate est capable de fournir entre 3,0 et 3,2 volts jusqu'à ce qu'elle soit complètement déchargée. Cette propriété donne plus d'avantages à ces batteries lorsqu'elles sont utilisées dans des circuits, car elle élimine pratiquement le besoin de régulation de tension.

La tension à décharge complète est de 2,0 volts, ce qui est la limite de décharge la plus basse enregistrée de toute batterie à technologie lithium. Ces batteries sont également leaders en durée de vie, qui est égale à 2000 cycles pour la charge et la décharge. En raison de la sécurité de leur structure chimique, les batteries LiFePO4 peuvent être chargées à l'aide d'une méthode delta V accélérée spéciale lorsqu'un courant important est appliqué à la batterie.

De nombreuses batteries ne peuvent pas supporter la charge en utilisant cette méthode, ce qui les fait surchauffer et se détériorer. Dans le cas des batteries lithium-fer-phosphate, l'utilisation de cette méthode est non seulement possible, mais même recommandée. Par conséquent, il existe des chargeurs spéciaux spécifiquement pour charger ces batteries. Bien sûr, de tels chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur des batteries avec d'autres produits chimiques. Selon le facteur de forme, les batteries au lithium fer phosphate de ces chargeurs peuvent être complètement chargées en 15 à 30 minutes.

Les développements récents dans le domaine des batteries LiFePO4 offrent aux utilisateurs des batteries avec une plage de température de fonctionnement améliorée. Si la plage de fonctionnement standard des batteries lithium-ion est de -20 à +20 degrés Celsius, les batteries au lithium fer phosphate peuvent parfaitement fonctionner dans la plage de -30 à +55. Charger ou décharger une batterie à des températures supérieures ou inférieures à celles décrites endommagera gravement la batterie.

Les batteries lithium fer phosphate sont beaucoup moins affectées par le vieillissement que les autres batteries lithium ion. Le vieillissement est la perte naturelle de capacité au fil du temps, que la batterie soit en cours d'utilisation ou posée sur une étagère. En comparaison, toutes les batteries lithium-ion perdent environ 10 % de capacité chaque année. Le phosphate de fer au lithium ne perd que 1,5 %.

Parmi les inconvénients de ces batteries, il convient de souligner la capacité inférieure, qui est inférieure de 14% (environ) à celle des autres batteries lithium-ion.

Sécurité des batteries au ferrophosphate

Ce type de batterie est considéré comme l'un des plus sûrs parmi tous les types de batteries existants. LiFePO4 a une chimie très stable et est capable de bien supporter des charges élevées en décharge (en fonctionnement à faible résistance) et en charge (lors de la charge de la batterie avec des courants élevés).

En raison du fait que les phosphates sont chimiquement sûrs, ces batteries sont plus faciles à éliminer une fois qu'elles ont épuisé leur ressource. De nombreuses batteries avec une chimie dangereuse (comme le lithium-cobalt) doivent subir des processus de recyclage supplémentaires afin d'annuler leur danger pour l'environnement.

Chargement des batteries au lithium fer phosphate

L'une des raisons de l'intérêt commercial des investisseurs pour la chimie du ferrophosphate était sa capacité à charger rapidement, résultant de sa stabilité. Immédiatement après l'organisation de la libération du convoyeur des batteries LiFePO4, elles ont été positionnées comme des batteries pouvant être chargées rapidement.

À cette fin, des chargeurs spéciaux ont commencé à être produits. Comme déjà mentionné ci-dessus, de tels chargeurs ne peuvent pas être utilisés sur d'autres batteries, car cela les ferait surchauffer et les endommagerait considérablement.

Spécial pour ces batteries peut les charger en 12-15 minutes. Les batteries au ferrophosphate peuvent également être chargées avec des chargeurs conventionnels. Il existe également des options de chargeur combiné avec les deux modes de charge. La meilleure option, bien sûr, serait d'utiliser des chargeurs intelligents avec de nombreuses options qui régulent le processus de charge.

Dispositif de batterie au lithium fer phosphate

Aucune particularité dans la structure interne de la batterie lithium-fer-phosphate LiFePO4 par rapport à ses homologues en technologie chimique n'a pas. Un seul élément a subi une modification - la cathode, en phosphate de fer. Le matériau de l'anode est le lithium (toutes les batteries basées sur la technologie lithium-ion ont une anode au lithium).

Le fonctionnement de toute batterie repose sur la réversibilité d'une réaction chimique. Sinon, les processus se produisant à l'intérieur de la batterie sont appelés processus d'oxydation et de réduction. Toute batterie est constituée d'électrodes - une cathode (moins) et une anode (plus). À l'intérieur de toute batterie se trouve également un séparateur - un matériau poreux imprégné d'un liquide spécial - un électrolyte.

Lorsque la batterie est déchargée, les ions lithium se déplacent à travers le séparateur de la cathode à l'anode, dégageant la charge accumulée (oxydation). Lorsqu'une batterie est en charge, les ions lithium se déplacent dans la direction opposée de l'anode à la cathode, accumulant la charge (récupération).

Types de batteries au lithium fer phosphate

Tout dans cette chimie peut être divisé en quatre catégories :

• Piles complètes.
• Grandes cellules en forme de parallélépipèdes.
• Petites cellules en forme de parallélépipèdes (prismes - batteries LiFePO4 à 3,2 V).
• Petites piles plates (paquets).
• Accumulateurs cylindriques.

Les batteries et cellules au lithium fer phosphate peuvent avoir différentes tensions nominales de 12 à 60 volts. À bien des égards, ils sont en avance sur le cycle de travail traditionnel beaucoup plus élevé, le poids est plusieurs fois inférieur, ils sont rechargés plusieurs fois plus rapidement.

Les accumulateurs cylindriques de cette chimie sont utilisés à la fois séparément et en chaîne. Les dimensions de ces batteries cylindriques sont très différentes : de 14 500 (type doigt) à 32 650.

Batteries lithium fer phosphate

Les batteries au ferrophosphate pour vélos et cycles électriques méritent une attention particulière. Avec l'invention d'une nouvelle cathode fer-phosphate, ainsi que d'autres types de batteries basées sur cette chimie, des batteries spéciales sont sorties, qui, en raison de leurs caractéristiques améliorées et de leur poids plus léger, peuvent être utilisées même sur des vélos ordinaires. Ces batteries ont immédiatement gagné en popularité parmi les fans de mise à niveau de leurs vélos.

Les batteries au lithium-fer-phosphate sont capables de fournir plusieurs heures de vélo sans soucis, ce qui est une digne concurrence pour les moteurs à combustion interne, qui étaient également souvent installés sur les vélos dans le passé. En règle générale, des batteries LiFePO4 de 48 V sont utilisées à ces fins, mais il est possible d'acheter des batteries de 25, 36 et 60 volts.

L'utilisation de batteries au ferrophosphate

Le rôle des batteries dans cette chimie est clair sans commentaire. À des fins différentes, des prismatiques sont utilisées - des batteries LiFePO4 3,2 v. Les cellules plus grandes sont utilisées comme éléments pour l'énergie solaire et les éoliennes. Les batteries au ferrophosphate sont activement utilisées dans la conception des véhicules électriques.

Les petites batteries plates sont utilisées pour les téléphones, les ordinateurs portables et les tablettes PC. Des batteries cylindriques de différents facteurs de forme sont utilisées pour les cigarettes électroniques, modèles radiocommandés etc.