LiFePO4 & Lithium-Ionen

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individuell LiFePO4 Zellen haben eine Nennspannung von ca. 3,2 V oder 3,3 V. Wir verwenden mehrere Zellen in Reihe (normalerweise 4), um einen Lithium-Eisenphosphat-Akku herzustellen.

• Wenn vier Lithiumeisenphosphatzellen in Reihe geschaltet werden, erhalten wir eine Packung von ungefähr 12,8 bis 14,2 Volt, wenn sie voll sind. Dies ist das, was einer herkömmlichen Blei-Säure- oder AGM-Batterie am nächsten kommt.
• Lithiumeisenphosphatzellen haben bei einem Bruchteil des Gewichts eine größere Zelldichte als Bleisäure.
• Lithiumeisenphosphatzellen haben eine geringere Zelldichte als Lithiumionen. Dies macht sie weniger flüchtig, sicherer in der Verwendung und bietet fast einen Eins-zu-Eins-Ersatz für AGM-Packs.
• Um die gleiche Dichte wie Lithium-Ionen-Zellen zu erreichen, müssen wir Lithium-Eisenphosphat-Zellen parallel stapeln, um ihre Kapazität zu erhöhen. Daher sind Lithium-Eisenphosphat-Akkus mit der gleichen Kapazität wie eine Lithium-Ionen-Zelle größer, da mehr Zellen parallel benötigt werden, um die gleiche Kapazität zu erreichen.
• Lithiumeisenphosphatzellen können in Hochtemperaturumgebungen verwendet werden, in denen Lithiumionenzellen niemals über +60 ° C verwendet werden sollten.
• Die typische geschätzte Lebensdauer einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie beträgt 1500 bis 2000 Ladezyklen für bis zu 10 Jahre.
• Typischerweise hält eine Lithiumeisenphosphatpackung ihre Ladung 350 Tage lang.
• Lithiumeisenphosphatzellen haben die vierfache (4x) Kapazität von Blei-Säure-Batterien.

Lithium-Ionen

Individuell Lithium-Ionen Zellen haben normalerweise eine Nennspannung von 3,6 V oder 3,7 Volt. Wir verwenden mehrere Zellen in Reihe (normalerweise 3), um einen ~ 12-Volt-Lithium-Ionen-Akku herzustellen.

• Um Lithium-Ionen-Zellen für eine 12-V-Powerbank zu verwenden, platzieren wir sie 3 in Reihe, um ein 12,6-Volt-Pack zu erhalten. Dies ist der Wert, der der Nennspannung einer versiegelten Blei-Säure-Batterie mit Lithium-Ionen-Zellen am nächsten kommt
• Lithiumionenzellen haben eine höhere Zelldichte als Lithiumeisenphosphat, über das wir oben gesprochen haben. Dies bedeutet, dass wir weniger davon für die gewünschte Kapazität verwenden. Eine höhere Zelldichte geht zu Lasten einer höheren Flüchtigkeit.
• Wie bei Lithiumeisenphosphat können wir auch Lithium-Ionen-Zellen parallel stapeln, um die Kapazität unserer Packungen zu erhöhen.
• Die typische geschätzte Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus beträgt zwei bis drei Jahre oder 300 bis 500 Ladezyklen.
• Normalerweise hält ein Lithium-Ionen-Pack seine Ladung 300 Tage lang.

Packspannungen

Ich werde diesen Abschnitt basierend auf dem Feedback eines unserer Facebook-Follower hinzufügen.
Der Grund, warum wir 3 Zellen in Reihe für Lithium-Ionen-Akkus verwenden, ist die Spannung. Ein 4S-Lithium-Ionen-Pack hat im vollen Zustand eine zu hohe Spannung (~ 16,8 V). Im Gegensatz dazu gibt es einige Funkgeräte, die mehr Spannung benötigen, als die niedrige Seite eines 3s-Lithium-Ionen-Packs am Ende seiner Spannungskurve liefern kann. Wenn wir weiterhin ein 4S-Lithium-Ionen-Pack verwenden möchten, müssen wir einen DC-DC-Regler integrieren, um den Spannungsausgang zu verwalten. Oder, wie ich im zweiten Absatz angedeutet habe, können wir auch Lithiumeisenphosphatzellen verwenden, die 14,2-14,4 V voll geladen haben. Dies ist für die meisten Funkgeräte vollkommen in Ordnung, lesen Sie jedoch die Spannungsanforderungen für Ihr Funkgerät.

Aufladen

Das Laden von Lithiumeisenphosphat + Lithiumionenzellen ist sehr ähnlich. Beide verwenden zum Laden Konstantstrom und dann Konstantspannung. Wenn es sich um einen der DIY-Akkus aus dem Kanal handelt, erfolgt das Solar- oder Desktop-Laden normalerweise mit zwei Geräten.

• Zuerst haben wir die Spannungs- und Stromquelle. Dies kann beispielsweise ein einstellbarer Bock oder ein Solarpanel sein.
• Als nächstes haben wir den Laderegler. Dies reguliert die Spannung und den Strom, die aus unserer Spannungs- / Stromquelle kommen und das BMS speisen.
• Schließlich sendet das BMS die geregelte Spannung an das Pack. Es entlüftet auch die Spannung von Zellen, die eine höhere Spannung als die anderen haben. Dies gibt den anderen die Möglichkeit, aufzuholen. Schließen Sie trotz der Aussagen von Bioenno niemals eine ungeregelte Quelle direkt an Ihren Akku an (BMS oder nicht!).

Kaltes Wetter

Wie bei allen Batterien wirkt sich die Kälte auf die Ladefähigkeit von Lithiumionen- oder Lithiumeisenphosphatzellen aus. Wir müssen also etwas tun, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht unter den Gefrierpunkt fällt. Das Laden des Akkus ist einer der Gründe, warum ich bei kaltem Wetter einen Unterschlupf aufstelle. Es ist relativ einfach, die Temperatur im Tierheim über dem Gefrierpunkt zu halten, während Ihre Solarenergie oder Ihr Generator außerhalb des Zeltes bleibt. Ein Trick, der verwendet wird, um diese Zellen über dem Gefrierpunkt zu halten, besteht darin, sie und die Funkausrüstung in einem Gehäuse zu halten. Alle Funkgeräte erzeugen Wärme. Wenn Sie also die Belüftung (bis zu einem gewissen Grad) einschränken, erwärmt die Wärme des Funkgeräts den Raum um die Batterie erheblich. Ein weiterer Trick besteht darin, chemische Handwärmer in der Nähe oder im Batteriefach zu verwenden. Es geht darum, den gesunden Menschenverstand zu verwenden. Da wir wissen, dass wir Batterien nicht unter dem Gefrierpunkt aufladen sollten, kann eine einfache Änderung der Betriebspraktiken dies leicht beheben.

Ausbalancieren

Wenn Sie eine Packung mit mehr als einer Zelle in Reihe bauen, müssen Sie die Zellen in der Packung oder im Ladegerät ausgleichen.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass jemand, der ein YouTube-Video oder einen YouTube-Blog erstellen kann, in dem gezeigt wird, wie man ein Paket erstellt, nicht unbedingt genau weiß, was er tut.
Unter dem Strich müssen Sie entweder Ihre Zellen manuell ausgleichen oder Ihre Zellen aktiv ausgleichen. Wenn Sie eines meiner Batteriepack-Projekte erstellen UND dieses Pack verwenden, während Sie es gleichzeitig laden und entladen, ist aktives Balancieren der richtige Weg. Wenn Sie diese Packung jedoch nur zum Entladen verwenden, sie zum Entladen auf das Feld bringen und dann wieder aufladen, wenn Sie wieder zu Hause sind, benötigen Sie technisch gesehen keinen Ausgleich, während Sie die Packung entladen. Wenn Sie die Zellen als komplettes 4s- oder 3s-Paket aufladen möchten, benötigen Sie eine Restgebühr oder laden sie einzeln auf. Wenn Sie 18650 Akkus verwenden und Ihr Ladegerät mehr als eine Zelle gleichzeitig laden kann, sind Sie natürlich alle gut!

BMS auswählen

Der folgende Absatz bezieht sich nur auf diejenigen unter Ihnen, die einen kompletten Akku bauen möchten. Nachdem Sie die obigen Absätze gelesen haben, wissen Sie, dass die Spannungen zwischen Lithiumionen und Lithiumeisenphosphat einzigartig sind. Dies bedeutet auch, dass das BMS, das Sie für Ihre Akkus verwenden, spezifisch für Lithiumionen oder Lithiumeisenphosphat ist. In den Projekten auf dem Kanal finden Sie verschiedene Balancing Boards. Wir wählen Balancing Boards nach den Fähigkeiten, die wir von ihnen benötigen. Bevor wir ein Board auswählen, müssen wir wissen:

• Wie viele Verstärker wollen wir durch das Board ziehen?
• Wie viele Zellen sind in Reihe
• Ob Lithiumionen- oder Lithiumeisenphosphatzellen verwendet werden
• Bietet das Board einen Zellausgleich (wenn Sie ein BMS verwenden, erhalten Sie immer einen mit Zellausgleich)

Wenn Sie diese Nummern haben, können Sie sie verwenden, um das richtige BMS von Ihrem Lieferanten auszuwählen. Sie sollten nicht einmal auf den Preis schauen, bis Sie Ihre Anforderungen verstanden haben. Sie sollten sich auch um eBay- und Alibaba-Verkäufer kümmern. Sie kennzeichnen BMS-Karten häufig fälschlicherweise mit viel größeren Funktionen, als sie tatsächlich bieten. Verwenden Sie also Ihren gesunden Menschenverstand. Wenn ich weiß, dass ich 15 Ampere aus einem BMS ziehen werde, kaufe ich normalerweise eine bei eBay, die für 30 Ampere ausgelegt ist.
Warum möchten Sie sonst vielleicht ein BMS in Ihr Projekt integrieren? Ein gutes BMS bietet auch folgende Funktionen:

• Überspannungsschutz
• Unterspannungsschutz
• Kurzschlussschutz
• Ausbalancieren

Wenn Leute Ihnen sagen, dass Sie kein BMS verwenden sollen oder kein Ausgleich erforderlich ist, tun sie dies, ohne den zusätzlichen Schutz zu verstehen, den ein BMS bietet. Denkanstöße!

Lithium vs SLA Entladungsdiagramm

Manchmal, egal wie sehr ich es auch versuche, halten die Bediener immer noch an der Illusion fest, dass eine versiegelte Blei-Säure-Batterie mit derselben Kapazität nicht anders oder sogar besser ist als eine Lithium-Ionen- oder Lithium-Eisen-Phosphat-Packung. Dies basiert normalerweise auf dem Preis. Das ist völliger Unsinn!
Hier sind einige Fakten.

• Der Hauptgrund für die Nichtverwendung einer Blei-Säure-Batterie ist das Gewicht. Lithium- und Lithiumeisenphosphatpackungen machen einen Bruchteil des Gewichts aus und bieten gleichzeitig eine größere Zelldichte. Dies führt zu einer längeren Betriebszeit oder der Fähigkeit, unsere Ausrüstung im Feld viel länger anzutreiben, ohne die Größe / das Gewicht zu erhöhen.
• Kleine versiegelte Blei-Säure-Batterien haben unter starker Last einen extremen Spannungsabfall. Sie wurden nie für Anwendungen mit hoher Stromstärke entwickelt. Tatsächlich wurden kleine versiegelte Blei-Säure-Batterien so konstruiert, dass sie über einen langen Zeitraum eine geringe Belastung aufweisen. Bei Verwendung der typischen 15 bis 20 Ampere eines modernen 100-Watt-Radios tritt ein erheblicher Spannungsabfall auf. Ein ordnungsgemäß gebautes Lithium-Ionen- oder Lithium-Eisenphosphat-Paket zeigt nicht den gleichen Spannungsabfall wie eine Blei-Säure-Batterie. Tatsächlich ist die Spannung unter Last relativ flach, während Lithiumionen- und Lithiumeisenphosphat-Packs entladen werden.
• Eine der Illusionen über Lithium-Ionen- oder Lithium-Eisenphosphat-Akkus lautet: „Sie sind schwer zu laden“. Tatsächlich sind Lithiumionen- und Lithiumeisenphosphat-Packs einfacher zu laden als eine versiegelte Blei-Säure-Batterie, wenn wir uns nur dafür öffnen. Wir müssen nur wissen, wie viele Zellen wir in Reihe haben und wie hoch die Spannung der einzelnen Zellen in der Packung ist. Verwenden Sie dann diese Zahl, um eine konstante Spannung mit konstantem Strom an die Packung anzulegen. Das ist grundlegende Mathematik! Beim Laden von Lithium- oder Lithiumeisenphosphat-Packs gibt es keine Erhaltungsspannung oder Stufen. Nur konstante Spannung Konstantstrom. Wenn die Batterie die Spitze ihrer Spannungskurve erreicht, ist sie voll. Kein Schweben oder Absorbieren. Es ist nur voll, wenn es die Spitze seiner Spannungskurve erreicht.

Es gibt also viele Fehlinformationen im Internet. Es gibt noch mehr auf YouTube, angetrieben von YouTubers, die die Recherche entweder nicht kennen oder nicht durchgeführt haben. Sie nicht zuschlagen, aber es ist wichtig, dass jeder von uns seine eigenen Forschungen durchführt. Ich würde zustimmen, dass es an der Oberfläche so aussieht, als wäre eine Blei-Säure-Batterie billiger zu kaufen als die Lithium-Ionen- oder die Lithium-Eisen-Phosphat-Packung. Es gibt so viele andere Dinge, die über den Preis hinaus zu betrachten sind und die uns die wirkliche Antwort auf diese Frage geben. Ich denke nicht einmal mehr daran, Blei-Säure-Batterien in einem meiner Projekte zu verwenden. So bleiben Lithiumionen und Lithiumeisenphosphat übrig. Welches sollten Sie in einem Projekt verwenden? Nun, hier ist, wie ich wähle.

• Wenn ich versuche, zu Fuß ultraleicht zu werden, ist Lithium-Ionen wahrscheinlich der bessere Weg. Eine höhere Zelldichte führt zu einer längeren Laufzeit in der kleineren Verpackung als Lithiumeisenphosphat.
• Wenn ich nach etwas suche, mit dem ich einfach arbeiten kann, mehr Wattstunden als mit dem 3S Li-Ion, den ich traditionell in SLA-Akkus verwendet habe, ist LiFePO4 die bessere Wahl.
• Wenn ich nach der besten Investition für Speicherbatterien in einen netzunabhängigen Solargenerator suche, klingt 1500-2000 Zyklen, wartungsfrei und 10 oder mehr Jahre ziemlich erstaunlich.

Wie alles auf der Welt basieren die Ergebnisse unserer Projekte auf unserer Forschung. Ich werde oft kritisiert, dass ich nicht so viele Videos veröffentliche, aber wenn Sie die Recherche und die Hintergrundarbeit machen, ist es unmöglich, jeden Tag ein altes, mieses Video rauszuwerfen. Die Forscher auch. Am Ende wird es sehr lohnend sein.

Reisen mit Lithiumbatterien

Die Regeln ändern sich von einer Gerichtsbarkeit zur anderen so leicht, wie der Tag zur Nacht wird. Im Moment scheint es, dass die größten Einschränkungen für Lithiumbatterien in oder aus Nordamerika bestehen. Laut FAA- und TSA-Websites dürfen Lithiumbatterien mit mehr als 100 Wattstunden in Handgepäckträgern mit Genehmigung der Fluggesellschaft zugelassen werden, sind jedoch auf zwei Ersatzbatterien pro Passagier beschränkt. Lose Lithiumbatterien sind in aufgegebenen Beuteln verboten. Weder die FAA noch die TSA machen einen Unterschied zwischen Lithiumionen oder Lithiumeisenphosphat.