Часто задаваемые вопросы по сборке литий-ионных батарей

1. Какие факторы нужно учитывать при выборе аккумуляторных элементов для литий-ионных батарей?

Наиболее важны плотность энергии, срок службы, безопасность. Все они зависят от химического состава. Например, литий-железо-фосфатный состав (LiFePO4 или просто LFP) дает:

плотность энергии 90–160 Вт·ч/кг;
высокую безопасность – порог теплового разгона 270°С, химическую стабильность, отсутствие токсичности, взрывобезопасность при повреждении;
срок службы 3000-7000 циклов.

При какой температуре и уровне заряда хранить разные типы аккумуляторов

С другой стороны, никель-кобальт-алюминиевый состав (LiNiCoAlO2 или NCA) даст:

более высокую плотность энергии – от 200 до 350 Вт·ч/кг;
низкую безопасность – тепловой разгон при 150°С, опасность пожара при повреждении заряженного элемента;
меньший срок службы – 500 циклов.

Распространены также аккумуляторные элементы с химическими составами LCO, LMO, LTO, NMC. Изучите их характеристики, чтобы понять, подойдут ли они для сборки литий-ионной батареи, отвечающей вашим потребностям.

2. Как можно реализовать функцию терморегуляции литий-ионной батареи?

Рекомендуется использовать крупный корпус, в котором лучше отводится тепло. При высоком нагреве нужно установить радиаторы. Например, они полезны, если в корпус батареи встроено зарядное устройство. Можно использовать активное или жидкостное охлаждение, а для холодных условий предусмотреть обогреватель. Также возможен вариант контроля температуры с помощью термодатчиков и контроллера, который в случае перегрева снизит производительность двигателя и других потребителей энергии.

3. Какие элементы безопасности следует установить в литий-ионную батарею?

В первую очередь нужно установить управляющую плату BMS, умеет следить за балансировкой ячеек, контролировать предельные токи, температуры, напряжения. Аккумуляторные элементы для сборки лучше выбирать с газоотводными клапанами. Также хорошо, если ячейки имеют встроенные устройства прерывания тока (CID). Для корпуса рекомендуется использовать огнестойкие материалы.

4. На какие знаки качества обратить внимание при выборе литиевых аккумуляторных элементов?

Сертификационные знаки UL, CE, IEC, TÜV говорят, что литиевые аккумуляторы прошли тщательные испытания. Значит они отвечают строгим критериям безопасности, производительности. Важно определить нормативные стандарты, относящиеся к вашей области деятельности. Например, стандарт IEC 62619 касается безопасности литиевых аккумуляторов в промышленном оборудовании, а стандарт UL 2580 – тяговых литиевых аккумуляторов для электротранспорта.

Применение технологии Bluetooth в литиевых аккумуляторах

5. Как примерно определить срок службы литиевого аккумулятора?

Определение долговечности литиевого аккумулятора предполагает учет различных факторов:

Технические характеристики производителя. Начните с проверки спецификаций. Крупные производители предоставляют данные о сроке службы аккумуляторных элементов, основанные на стандартных протоколах испытаний, эмпирических данных. Эти характеристики могут стать приблизительным ориентиром.
Испытания на ускоренное старение. Можно состарить аккумулятор в лабораторных условиях. Подвергнуть его многократным циклам заряд-разряд с одновременным наблюдением за производительностью, деградацией емкости. Отслеживая снижение емкости, можно оценить количество циклов до достижения заданного порога (обычно 80% от первоначальной емкости литиевого аккумулятора).
Опыт прошлых лет. Изучите реальный опыт использования аналогичных аккумуляторных элементов в оборудовании, подобном вашему. Ценную информацию могут дать отраслевые или тематические исследования, технические документы. Эти данные менее точны, но подходят для «грубой» оценки.
Химический состав, конструкция литиевого аккумулятора. Понимание долговечности конкретного химического состава помогает получить приблизительную оценку срока службы. Кроме того, на продолжительность жизни литиевого аккумулятора влияют особенности конструкции: материалы электродов, типоразмер элементов, качество изготовления.
Условия эксплуатации. На продолжительность службы литий-ионной батареи влияют протоколы зарядки, скорость разряда, глубина разряда, рабочие температуры, условия хранения и окружающей среды.

Самый надежный метод определения долговечности – проведение испытаний с учетом химического состава, области применения, требуемых характеристик литий-ионной батареи. При этом учитываются реальные профили разряда, заряда, а также температуры в полевых условиях. Однако такое тестирование литиевых аккумуляторов трудоемкое и дорогое.

Взаимозаменяемы ли зарядные устройства для литиевых и свинцовых тяговых аккумуляторов

6. Какие цилиндрические элементы лучше: 18650 или 21700?

Формат 18650 существует давно, широко используется во многих устройствах бытовой электроники, электромобилях, системах хранения энергии. Его преимущества для сборщика аккумуляторных батарей – широкое распространение, сложившаяся производственная инфраструктура, развитая цепочка поставок, совместимость с большинством устройств и систем.

Формат 21700 предлагает более высокую емкость и плотность энергии, что позволяет увеличить объем хранимой энергии. Он хорош для приложений, требующих высокой мощности, длительного времени работы – для электрических транспортных средств, крупных систем хранения электроэнергии. Аккумуляторные элементы формата 21700 обычно имеют меньшее внутреннее сопротивление –– это позволяет повысить энергоотдачу, снизить тепловыделение при работе с большими токами.

Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog.

Темы этой статьи:

Тяговые АКБ

Литий-ионные АКБ

Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 15 мая 2022