LiFePO4 y iones de litio

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individual LiFePO4 las celdas tienen un voltaje nominal de aproximadamente 3,2 V o 3,3 V. Usamos varias celdas en serie (generalmente 4) para formar un paquete de baterías de fosfato de hierro y litio.

• El uso de cuatro celdas de fosfato de hierro y litio en serie nos da aproximadamente ~ 12,8-14,2 voltios de paquete cuando está lleno. Esto es lo más parecido que vamos a encontrar a una batería tradicional de plomo-ácido o AGM.
• Las celdas de fosfato de hierro y litio tienen una mayor densidad celular que el ácido de plomo, a una fracción del peso.
• Las celdas de fosfato de hierro y litio tienen menos densidad celular que las de iones de litio. Esto los hace menos volátiles, más seguros de usar y ofrece casi un reemplazo uno a uno para los paquetes AGM.
• Para alcanzar la misma densidad que las celdas de iones de litio, necesitamos apilar celdas de fosfato de hierro y litio en paralelo para aumentar su capacidad. Por lo tanto, los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio con la misma capacidad que una celda de iones de litio serán más grandes, ya que requieren más celdas en paralelo para lograr la misma capacidad.
• Las celdas de fosfato de hierro y litio se pueden usar en entornos de alta temperatura, donde las celdas de iones de litio nunca deben usarse por encima de +60 grados Celsius.
• La vida útil estimada típica de una batería de fosfato de hierro y litio es de 1500-2000 ciclos de carga hasta por 10 años.
• Normalmente, un paquete de fosfato de hierro y litio mantendrá su carga durante 350 días.
• Las celdas de fosfato de hierro y litio tienen cuatro veces (4x) la capacidad de las baterías de plomo-ácido.

Iones de litio

Individual Iones de litio Las celdas suelen tener un voltaje nominal de 3,6 V o 3,7 voltios. Usamos múltiples celdas en serie (generalmente 3) para formar un paquete de baterías de iones de litio de ~ 12 voltios.

• Para usar celdas de iones de litio para un banco de energía de 12v, las colocamos 3 en serie para obtener un paquete de 12.6 voltios. Esto es lo más cerca que podemos llegar al voltaje nominal de una batería de plomo-ácido sellada, usando celdas de iones de litio.
• Las celdas de iones de litio tienen una densidad celular más alta que el fosfato de hierro y litio del que hablamos anteriormente. Esto significa que usamos menos de ellos para la capacidad deseada. Una mayor densidad celular tiene el costo de una mayor volatilidad.
• Al igual que con el fosfato de hierro y litio, también podemos apilar celdas de iones de litio en paralelo para aumentar la capacidad de nuestros paquetes.
• La vida útil típica estimada de una batería de iones de litio es de dos a tres años o de 300 a 500 ciclos de carga.
• Normalmente, un paquete de iones de litio mantendrá su carga durante 300 días.

Voltajes de paquete

Agregaré esta sección según los comentarios de uno de nuestros seguidores de Facebook.
La razón por la que usamos 3 celdas en serie para los paquetes de baterías de iones de litio es el voltaje. Un paquete de iones de litio 4S tiene un voltaje demasiado alto (~ 16.8v) cuando está lleno. Por el contrario, hay algunas radios que requieren más voltaje que el que puede proporcionar el lado bajo de un paquete de iones de litio 3s al final de su curva de voltaje. Si aún queremos usar un paquete de iones de litio 4S, necesitamos integrar un regulador DC DC, para administrar la salida de voltaje. O, como mencioné en el segundo párrafo, también podemos usar celdas de fosfato de hierro y litio, que tienen 14.2-14.4v completamente cargadas. Esto está perfectamente bien para la mayoría de las radios, pero lea los requisitos de voltaje de su radio.

Cargando

La carga de celdas de iones de litio + fosfato de hierro y litio es muy similar. Ambos usan corriente constante y luego voltaje constante para cargar. Si estamos hablando de uno de los paquetes de baterías de bricolaje del canal, la carga solar o de escritorio generalmente se realiza con dos piezas de equipo.

• Primero tenemos la fuente de voltaje y corriente. Puede ser un buck ajustable o un panel solar, por ejemplo.
• A continuación tenemos el controlador de carga. Esto regula el voltaje y la corriente que sale de nuestra fuente de voltaje / corriente, alimentando el BMS.
• Finalmente, el BMS envía el voltaje regulado al paquete. También purga el voltaje de las celdas que tienen un voltaje más alto que los demás. Esto les da a los demás la oportunidad de ponerse al día. A pesar de lo que dice Bioenno, nunca conecte directamente una fuente no regulada a su batería (¡BMS o no!).

Clima frío

Como ocurre con todas las baterías, el frío afecta la capacidad de carga de las celdas de iones de litio o fosfato de hierro y litio. Así que tenemos que hacer algo para asegurarnos de que la batería no caiga por debajo del punto de congelación. La carga de la batería es una de las razones por las que despliegue un refugio durante el clima frío. Es relativamente fácil mantener la temperatura dentro del refugio por encima del punto de congelación, mientras que la energía solar o el generador permanecen fuera de la tienda. Un truco utilizado para mantener estas celdas por encima del punto de congelación es mantenerlas a ellas y al equipo de radio dentro de un recinto. Todas las radios generan calor, por lo que al restringir (hasta cierto punto) la ventilación, el calor de la radio calentará significativamente el espacio alrededor de la batería. Otro truco consiste en utilizar calentadores de manos químicos cerca o dentro del compartimento de la batería. El punto es usar el sentido común. Como sabemos que no debemos cargar las baterías por debajo del punto de congelación, un simple cambio en las prácticas operativas puede Rectificar esto fácilmente.

Equilibrio

Si está construyendo un paquete con más de una celda en serie, deberá equilibrar las celdas en el paquete o en el cargador.
Es importante señalar que el hecho de que alguien pueda hacer un video o un blog de YouTube que le muestre cómo crear un paquete no significa necesariamente que sepa exactamente lo que está haciendo.
En resumen, debe equilibrar manualmente sus células o equilibrar activamente sus células. Si está construyendo uno de mis proyectos de paquete de baterías, Y va a usar ese paquete mientras lo carga y descarga simultáneamente, el equilibrio activo es el camino a seguir. Por otro lado, si está usando ese paquete solo para descargar, llevándolo al campo para descargarlo y luego cargando una vez que esté de regreso en casa, técnicamente no necesita ningún equilibrio mientras descarga el paquete. Si va a cargar las celdas como un paquete completo de 4 o 3, necesitará un cargo de saldo o cargarlas individualmente. Por supuesto, si está usando baterías 18650 y su cargador admite la carga de más de una celda a la vez, ¡todo está bien!

Elegir un BMS

El siguiente párrafo se refiere únicamente a aquellos de ustedes que deseen construir un paquete de baterías completo. Ahora que ha leído los párrafos anteriores, comprende que los voltajes entre el ion de litio y el fosfato de hierro y litio son únicos. Esto también significa que los BMS que utiliza para sus paquetes de baterías son específicos para iones de litio o fosfato de hierro y litio. Puede encontrar una variedad de tablas de equilibrio diferentes en los proyectos del canal. Elegimos las tablas de equilibrio según las capacidades que les exigimos. Antes de elegir una tabla necesitamos saber:

• ¿Cuántos amplificadores queremos sacar a través de la placa?
• Cuantas celdas hay en serie
• Si se utilizarán celdas de iones de litio o de fosfato de hierro y litio
• ¿Ofrece la placa equilibrio de células (si está utilizando un BMS, siempre obtenga uno con equilibrio de células)?

Cuando tenga estos números, puede usarlos para elegir el BMS correcto de su proveedor. Ni siquiera debería mirar el precio hasta que comprenda sus requisitos. También debe tener cuidado con los vendedores de eBay y Alibaba. A menudo etiquetan incorrectamente las placas BMS con capacidades mucho mayores de las que realmente ofrecen. Así que usa tu sentido común. Si sé que voy a sacar 15 amperios de un BMS, generalmente compro uno en eBay que tiene una capacidad de 30 amperios.
¿Por qué más podría querer integrar un BMS en su proyecto? Un buen BMS también ofrece estas características:

• Proteccion al sobrevoltaje
• Protección de bajo voltaje
• Protección contra cortocircuitos
• Equilibrio

Cuando las personas le dicen que no use un BMS o que no se requiere balanceo, lo hacen sin comprender la protección adicional que proporciona un BMS. ¡Comida para el pensamiento!

Gráfico de descarga de litio vs SLA

A veces, no importa cuánto lo intente, los operadores todavía se aferran a la ilusión de que una batería de plomo ácido sellada de la misma capacidad no es diferente o incluso mejor que un paquete de iones de litio o fosfato de hierro y litio. Esto generalmente se basa en el precio. ¡Eso es una tontería!
A continuación se presentan algunos hechos.

• La razón número uno para no usar una batería de plomo-ácido es el peso. Los paquetes de litio y fosfato de hierro y litio son una fracción del peso y ofrecen una mayor densidad celular. Esto se traduce en un mayor tiempo de funcionamiento, o la capacidad de alimentar nuestro equipo durante mucho más tiempo en el campo, sin un aumento de tamaño / peso.
• Las pequeñas baterías de plomo ácido selladas tienen una caída de voltaje extrema bajo cargas pesadas. Nunca fueron diseñados para aplicaciones de alto amperaje. De hecho, las pequeñas baterías de plomo ácido selladas se diseñaron para tener una pequeña carga durante un largo período de tiempo. Al aplicar los típicos 15 a 20 amperios de una radio moderna de 100 vatios, experimentamos una caída de voltaje significativa. Un paquete de iones de litio o fosfato de hierro y litio construido correctamente no muestra la misma caída de voltaje que una batería de plomo-ácido. De hecho, bajo carga, el voltaje es relativamente plano mientras se descargan paquetes de iones de litio y fosfato de hierro y litio.
• Una de las ilusiones sobre los paquetes de baterías de iones de litio o de fosfato de hierro y litio es que “son difíciles de cargar”. De hecho, los paquetes de iones de litio y fosfato de hierro y litio son más fáciles de cargar que una batería sellada de plomo-ácido, si abrimos nuestras mentes. Todo lo que necesitamos saber es cuántas celdas tenemos en serie y el voltaje de las celdas individuales en el paquete. Luego use ese número para aplicar corriente constante de voltaje constante al paquete. ¡Ésta es matemática básica! No hay voltaje de flotación ni ninguna etapa cuando se cargan paquetes de litio o fosfato de hierro y litio. Solo corriente constante de voltaje constante. Cuando la batería alcanza la parte superior de su curva de voltaje, está llena. Sin flotación, ni absorción, ... simplemente está lleno cuando alcanza la parte superior de su curva de voltaje.

Así que hay mucha desinformación en Internet. Hay incluso más en YouTube, impulsado por YouTubers que no saben o no han investigado. No criticarlos, pero es importante que cada uno de nosotros haga su propia investigación. Estoy de acuerdo en que en la superficie parece que una batería de plomo-ácido sería más barata de comprar que la de iones de litio o la de fosfato de hierro y litio. Hay tantas otras cosas para mirar más allá del precio, que nos dan la respuesta real a esa pregunta. Ya ni siquiera considero el uso de baterías de plomo-ácido en ninguno de mis proyectos. Así que eso deja iones de litio y fosfato de hierro y litio. ¿Cuál deberías usar en un proyecto? Bueno, así es como elijo.

• Si estoy tratando de ir en ultraligero viajando una gran distancia a pie, el ión de litio es probablemente la mejor manera de hacerlo. Una mayor densidad celular proporciona un tiempo de ejecución más largo en un paquete más pequeño que el fosfato de hierro y litio,
• Si busco algo fácil con lo que trabajar, una mayor cantidad de vatios hora que el 3S Li-Ion, donde tradicionalmente había usado en la batería SLA, LiFePO4 es la mejor opción.
• Si estoy buscando la mejor inversión para baterías de almacenamiento en un generador solar fuera de la red, 1500-2000 ciclos, mantenimiento cero y 10 años o más suena bastante sorprendente.

Como todo en el mundo, los resultados de nuestros proyectos se basan en la investigación que hacemos. A menudo recibo críticas por no publicar tantos videos, pero cuando haces la investigación y el trabajo de fondo, es imposible tirar un video viejo y malo todos los días. También los investigadores. Al final será muy gratificante.

Viajar con baterías de litio

Las reglas cambian de una jurisdicción a otra tan fácilmente como el día se convierte en noche. Por el momento, parece que las restricciones más severas para las baterías de litio se encuentran volando hacia o desde América del Norte. Según los sitios web de la FAA y la TSA, las baterías de litio con más de 100 vatios hora se pueden permitir en el equipaje de mano con la aprobación de la aerolínea, pero están limitadas a dos baterías de repuesto por pasajero. Las baterías de litio sueltas están prohibidas en el equipaje facturado. Ni la FAA ni la TSA hacen ninguna diferencia entre el ion de litio o el fosfato de hierro y litio.