LiFePO4 et lithium-ion

2020-08-03 06:45

LiFePO4

Individuel LiFePO4 les cellules ont une tension nominale d'environ 3,2 V ou 3,3 V. Nous utilisons plusieurs cellules en série (généralement 4) pour constituer une batterie au lithium phosphate de fer.

• L'utilisation de quatre cellules au lithium et au phosphate de fer en série nous donne environ 12,8 à 14,2 volts lorsqu'il est plein. C'est la chose la plus proche que nous allons trouver à une batterie plomb-acide ou AGM traditionnelle.
• Les cellules au lithium phosphate de fer ont une densité cellulaire supérieure à celle du plomb acide, à une fraction du poids.
• Les cellules au lithium phosphate de fer ont une densité cellulaire inférieure à celle du lithium-ion. Cela les rend moins volatils, plus sûrs à utiliser, et offre presque un remplacement individuel pour les packs AGM.
• Pour atteindre la même densité que les cellules lithium-ion, nous devons empiler les cellules lithium fer phosphate en parallèle pour augmenter leur capacité. Ainsi, les batteries au lithium fer phosphate avec la même capacité qu'une cellule lithium-ion seront plus grandes, car elles nécessitent plus de cellules en parallèle pour atteindre la même capacité.
• Les cellules au lithium fer phosphate peuvent être utilisées dans des environnements à haute température, où les cellules lithium-ion ne doivent jamais être utilisées au-dessus de +60 Celsius.
• La durée de vie estimée typique d'une batterie au lithium phosphate de fer est de 1500 à 2000 cycles de charge pendant 10 ans maximum.
• En règle générale, un pack de phosphate de fer lithium conserve sa charge pendant 350 jours.
• Les cellules au lithium et au phosphate de fer ont quatre fois (4x) la capacité des batteries au plomb-acide.

Lithium-ion

Individuel Lithium-ion les cellules ont généralement une tension nominale de 3,6 V ou 3,7 volts. Nous utilisons plusieurs cellules en série (généralement 3) pour constituer une batterie au lithium-ion de ~ 12 volts.

• Pour utiliser des cellules lithium-ion pour une banque d'alimentation 12v, nous les plaçons 3 en série pour obtenir un pack 12,6 volts. C'est le plus proche que nous pouvons obtenir de la tension nominale d'une batterie plomb-acide scellée, en utilisant des cellules lithium-ion
• Les cellules au lithium-ion ont une densité de cellules plus élevée que le phosphate de fer lithium dont nous avons parlé ci-dessus. Cela signifie que nous en utilisons moins pour la capacité souhaitée. Une densité cellulaire plus élevée entraîne le coût d'une plus grande volatilité.
• Comme pour le phosphate de fer lithium, nous pouvons également empiler des cellules Lithium-ion en parallèle pour augmenter la capacité de nos packs.
• La durée de vie estimée typique d'une batterie au lithium-ion est de deux à trois ans ou de 300 à 500 cycles de charge.
• En règle générale, un pack Lithium-Ion conserve sa charge pendant 300 jours.

Tensions du pack

J'ajouterai cette section en fonction des commentaires de l'un de nos abonnés Facebook.
La raison pour laquelle nous utilisons 3 cellules en série pour les batteries au lithium-ion est la tension. Un pack lithium-ion 4S a une tension trop élevée (~ 16,8 V) lorsqu'il est plein. En revanche, certaines radios nécessitent plus de tension que ce que le côté bas d'un pack lithium-ion 3s peut fournir à la fin de sa courbe de tension. Si nous voulons toujours utiliser un pack lithium-ion 4S, nous devons intégrer un régulateur DC DC, pour gérer la tension de sortie. Ou, comme je l'ai mentionné dans le deuxième paragraphe, nous pouvons également utiliser des cellules au lithium fer phosphate, qui ont 14,2-14,4v complètement chargées. Cela convient parfaitement à la plupart des radios, mais lisez les exigences de tension de votre radio.

Mise en charge

la charge des cellules lithium fer phosphate + lithium-ion est très similaire. Les deux utilisent un courant constant puis une tension constante pour la charge. Si nous parlons de l'un des packs de batteries DIY du canal, le chargement solaire ou de bureau est généralement effectué par deux équipements.

• Nous avons d'abord la tension et la source de courant. Cela peut être un buck réglable, ou un panneau solaire par exemple.
• Ensuite, nous avons le contrôleur de charge. Cela régule la tension et le courant sortant de notre source de tension / courant, alimentant le BMS.
• Enfin, le BMS envoie la tension régulée au pack. Il purge également la tension des cellules qui ont une tension plus élevée que les autres. Cela donne aux autres une chance de se rattraper. Malgré ce que dit Bioenno, ne connectez jamais directement une source non régulée à votre batterie (BMS ou pas!).

Température froide

Comme pour toutes les batteries, le froid affecte la capacité des cellules lithium-ion ou lithium fer phosphate à être chargées. Nous devons donc faire quelque chose pour nous assurer que la batterie ne tombe pas en dessous de zéro. Le chargement de la batterie est l'une des raisons pour lesquelles je déploie un abri par temps froid. Il est relativement facile de maintenir la température à l'intérieur de l'abri au-dessus du point de congélation, tandis que votre énergie solaire ou votre générateur reste à l'extérieur de la tente. Une astuce utilisée pour maintenir ces cellules au-dessus du point de congélation est de les garder, ainsi que l'équipement radio, à l'intérieur d'une enceinte. Toutes les radios produisent de la chaleur, ce qui restreint (dans une certaine mesure) la ventilation, la chaleur de la radio réchauffera considérablement l'espace autour de la batterie. Une autre astuce consiste à utiliser des chauffe-mains chimiques à proximité ou à l'intérieur du compartiment à piles. Le but est d'utiliser le bon sens. Puisque nous savons que nous ne devrions pas charger les batteries en dessous de zéro, un simple changement de pratiques d'exploitation peut facilement remédier à cela.

Équilibrage

Si vous construisez un pack avec plus d'une cellule en série, vous devrez équilibrer les cellules dans le pack ou dans le chargeur.
Il est important de souligner que le fait que quelqu'un peut créer une vidéo ou un blog YouTube vous montrant comment créer un pack ne signifie pas nécessairement qu'il sait exactement ce qu'il fait.
En bout de ligne, vous devez soit équilibrer manuellement vos cellules, soit équilibrer activement vos cellules. si vous construisez l'un de mes projets de batterie et que vous allez utiliser ce pack tout en le chargeant et en le déchargeant simultanément, l'équilibrage actif est la voie à suivre. D'un autre côté, si vous utilisez ce pack uniquement pour le déchargement, que vous le sortez sur le terrain pour le décharger, puis que vous le chargez une fois de retour à la maison, techniquement, vous n'avez pas besoin d'équilibrer lors du déchargement du pack. Si vous comptez charger les cellules dans un pack complet de 4 ou 3, vous aurez besoin d'une charge de solde ou de les charger individuellement. Bien sûr, si vous utilisez des batteries 18650 et que votre chargeur peut charger plus d'une cellule à la fois, tout va bien!

Choisir un BMS

Le paragraphe suivant ne concerne que ceux d'entre vous qui souhaitent construire une batterie complète. Maintenant que vous avez lu les paragraphes ci-dessus, vous comprenez que les tensions entre le lithium-ion et le lithium fer phosphate sont uniques. Cela signifie également que les BMS que vous utilisez pour vos batteries sont spécifiques au lithium-ion ou au lithium fer phosphate. Vous pouvez trouver une variété de cartes d'équilibrage différentes dans les projets sur le canal. Nous choisissons les cartes d'équilibrage en fonction des capacités dont nous avons besoin. Avant de choisir une planche, nous devons savoir:

• Combien d'amplis nous voulons tirer à travers la carte
• Combien de cellules sont en série
• Si des cellules lithium-ion ou lithium fer phosphate seront utilisées
• La carte offre-t-elle un équilibrage de cellule (si vous utilisez un BMS, obtenez-en toujours un avec équilibrage de cellule)

Lorsque vous avez ces numéros, vous pouvez les utiliser pour choisir le bon BMS de votre fournisseur. Vous ne devriez même pas regarder le prix tant que vous n'avez pas compris vos exigences. Vous devez également faire attention aux vendeurs eBay et Alibaba. Ils étiquettent souvent de manière incorrecte les cartes BMS avec des capacités bien supérieures à celles qu'ils fournissent réellement. Alors utilisez votre bon sens. Si je sais que je vais tirer 15 ampères d'un BMS, j'en achète généralement un sur eBay qui est évalué pour 30 ampères.
Sinon, pourquoi voudriez-vous intégrer un BMS dans votre projet? Un bon BMS offre également ces caractéristiques:

• Protection de survoltage
• Protection contre les sous-tensions
• Protection de court circuit
• Équilibrage

Lorsque les gens vous disent de ne pas utiliser un BMS ou qu'un équilibrage n'est pas nécessaire, ils le font sans comprendre la protection supplémentaire fournie par un BMS. Nourriture pour la pensée!

Graphique de décharge Lithium vs SLA

Parfois, peu importe mes efforts, les opérateurs conservent l'illusion qu'une batterie au plomb-acide scellée de la même capacité n'est ni différente ni même meilleure qu'un pack lithium-ion ou lithium fer phosphate. Ceci est généralement basé sur le prix. C'est complètement absurde!
Voici quelques faits.

• La principale raison de ne pas utiliser de batterie au plomb est le poids. Les packs lithium et lithium fer phosphate ne représentent qu'une fraction du poids tout en offrant une plus grande densité cellulaire. Cela se traduit par un temps de fonctionnement plus long ou la possibilité d'alimenter notre équipement beaucoup plus longtemps sur le terrain, sans augmentation de taille / poids.
• Les petites batteries plomb-acide scellées ont une chute de tension extrême sous une charge lourde. Ils n'ont jamais été conçus pour des applications à ampérage élevé. En fait, les petites batteries plomb-acide scellées ont été conçues pour avoir une petite charge sur elles pendant une longue période de temps. En appliquant les 15 à 20 ampères typiques d'une radio moderne de 100 watts, nous subissons une chute de tension significative. Un pack lithium-ion ou lithium fer phosphate correctement construit ne présente pas la même chute de tension qu'une batterie au plomb-acide. En fait sous charge, la tension est relativement plate lors de la décharge des packs lithium-ion et lithium fer phosphate.
• L'une des illusions sur les batteries au lithium-ion ou au lithium fer phosphate est «elles sont difficiles à charger». En fait, les packs lithium-ion et lithium fer phosphate sont plus faciles à charger qu'une batterie plomb-acide scellée, si nous nous y ouvrons simplement l'esprit. Tout ce que nous devons savoir, c'est combien de cellules nous avons en série et la tension des cellules individuelles dans le pack. Ensuite, utilisez ce nombre pour appliquer une tension constante à courant constant au pack. Ce sont des mathématiques de base! Il n'y a pas de tension flottante ou d'étapes lors de la charge des packs lithium ou lithium fer phosphate. Juste un courant constant à tension constante. Lorsque la batterie atteint le sommet de sa courbe de tension, elle est pleine. Pas de flottement, ni d'absorption, .. il est juste plein lorsqu'il atteint le sommet de sa courbe de tension.

Il y a donc beaucoup de désinformation sur Internet. Il y en a encore plus sur YouTube, poussés par des YouTubers qui ne savent pas ou n'ont pas fait la recherche. Ne pas les claquer, mais il est important que chacun de nous fasse ses propres recherches. Je conviens qu'à première vue, il semble qu'une batterie au plomb serait moins chère à acheter que le lithium-ion ou le lithium-phosphate de fer. Il y a tellement d'autres choses à regarder au-delà du prix, qui nous donnent la vraie réponse à cette question. Je n'envisage même plus d'utiliser des batteries au plomb dans aucun de mes projets. Il reste donc du lithium-ion et du lithium fer phosphate. Lequel devriez-vous utiliser dans un projet? Eh bien, voici comment je choisis.

• Si j'essaie de faire de l'ultra-léger en parcourant une assez grande distance à pied, le lithium-ion est probablement la meilleure solution. Une plus grande densité de cellules donne une durée de fonctionnement plus longue dans le boîtier plus petit que le phosphate de fer au lithium,
• Si je recherche quelque chose de facile à travailler, une plus grande quantité de wattheures par rapport au Li-Ion 3S, où j'avais traditionnellement utilisé une batterie SLA, LiFePO4 est le meilleur choix.
• Si je recherche le meilleur investissement pour les batteries de stockage dans un générateur solaire hors réseau, 1500-2000 cycles, zéro entretien et 10 ans ou plus, cela semble assez incroyable.

Comme tout dans le monde, les résultats de nos projets sont basés sur les recherches que nous faisons. Je reçois souvent des critiques pour ne pas publier autant de vidéos, mais lorsque vous faites la recherche et le travail de fond, il est impossible de jeter une vieille vidéo minable tous les jours. Alors faites les gars de la recherche. En fin de compte, ce sera très gratifiant.

Voyager avec des batteries au lithium

Les règles changent d'une juridiction à l'autre aussi facilement que le jour se transforme en nuit. Pour le moment, il semble que les restrictions les plus lourdes sur les batteries au lithium se trouvent en provenance ou à destination de l'Amérique du Nord. Selon les sites Web de la FAA et de la TSA, les batteries au lithium de plus de 100 wattheures peuvent être autorisées dans les bagages à main avec l'approbation de la compagnie aérienne, mais sont limitées à deux batteries de rechange par passager. Les piles au lithium en vrac sont interdites dans les bagages enregistrés. Ni la FAA ni la TSA ne font de différence entre le lithium-ion ou le lithium fer phosphate.