Батарея на призматиках что это

Обзор LiFePO4

Несмотря на разнообразие элементов питания с разным химическим составом, литий-железо-фосфатные аккумуляторы по характеристикам стойко удерживают первенство. Удельный вес у них на 14% выше, чем у остальных Li-ion аккумуляторов той же емкости, а номинальное напряжение – ниже (3–3,3 В). Зато LFP аккумуляторы имеют большой циклический ресурс (минимум 2000 циклов до момента снижения емкости на 20%), отличаются морозоустойчивостью и максимальной безопасностью в эксплуатации.

Немаловажные характеристики LiFePO4 аккумуляторов 32650 и остальных типоразмеров – это:

• широкий температурный диапазон – от-30 до +50 °С;
• стабильность напряжения в процессе разряда;
• низкий саморазряд;
• отсутствие риска взрыва или возгорания при механическом повреждении;
• безопасность и стабильность химической структуры;
• устойчивость к высоким нагрузкам при заряде и разряде;
• возможность ускоренной зарядки большим током – в зависимости от типоразмера аккумуляторы LiFePO4 способны восполнять заряд за 15–30 минут;
• меньшая подверженность эффекту старения, безвозвратного снижения емкости с течением времени – всего 1,5% в год против 10% у остальных Li-ion элементов;
• облегченная утилизация – благодаря химической безопасности фосфатов.

История создания LiFePO4

Литий-феррофосфатный аккумулятор изобрел Джон Гуденаф – профессор из Техаса, занятый в 1996 году поисками инновационного катодного материала для Li-ion элементов. Он создал катодный материал, отличающийся от аналогов сниженной токсичностью и увеличенной термостойкостью. «Минусом» нового типа аккумуляторов была меньшая удельная емкость.

Открытие профессора изначально не привлекло к себе внимания, но в 2003 году технологией и ее дальнейшим развитием заинтересовался производитель A 123 Systems. Инвесторами нового проекта стали Qualcomm, Sequoia Capital, Motorola и другие корпорации.

Как устроены LFP аккумуляторы

Элементы LiFePO4 устроены по аналогии с остальными литиевыми элементами, но в отличие от них имеют литий-феррофосфатный катод. Анод используется стандартный, графитовый. Внутри протекают обратимые химические процессы – окислительно-восстановительные реакции. Основными элементами аккумулятора являются феррофосфатный катод, графитовый анод и пропитанный электролитом сепаратор.

В процессе разряда элемента питания ионы лития проходят через пористый сепаратор от катода к аноду и при этом отдают накопленный заряд – происходит окисление. В процессе заряда аккума ионы лития проходят через сепаратор от анода к катоду и аккумулируют заряд – происходит восстановление.

Особенности зарядки

Феррофосфатные элементы питания благодаря своей стабильности позволяют использовать быструю зарядку большими токами. Для них производятся специальные зарядные устройства, несовместимые с остальными аккумуляторами из-за риска их перегрева и выхода из строя. Но заряжать LFP аккумуляторы можно и зарядными устройствами для Li-ion, и универсальными зарядниками. Отлично подходят для зарядки таких элементов и «интеллектуальные» ЗУ с многочисленными опциями, способные регулировать процесс подзарядки.

Виды LiFePO4 аккумуляторов

С таким типом химии производятся разные элементы питания:

• аккумуляторы в форме параллелепипедов – «призматики»;
• плоские элементы питания – «пакеты»;
• ячейки цилиндрической формы.

В отличие от привычной маркировки батареек символами АА и ААА, литиевые элементы питания имеют собственную систему форм-факторов. Типоразмеры цилиндрических аккумуляторов имеют 2-значное обозначение, в котором первые 2 цифры указывают на диаметр элемента (в мм), 2 последующие – на его высоту. В некоторых обозначениях в конце стоит цифра 5. Она соответствует половине миллиметра при обозначении высоты аккумулятора.

Среди размеров аккумуляторов LiFePO4 цилиндрической формы распространены форм-факторы: 14430, 14505, 17335, 18500, 18650, 22650, 26650, 32600, 32650, 32700, 32900, 38120, 40160, 42120, 46160. У призматических элементов маркировка состоит из их линейных размеров. Например, аккумулятор призматической формы с размерами 27х148х205 мм имеет форм-фактор 27148205.

LiFePO4 аккумуляторы, обзор характеристик

Емкость элементов питания и собранных из них батарей зависит от размеров. Например, емкостные характеристики LiFePO4 32700 и 14430 будут разными. Но остальные рабочих параметры у всех литий-феррофосфатных аккумуляторов идентичны:

• номинальное напряжение составляет 3,2 В;
• пиковое напряжение составляет 3,65 В;
• напряжение в разряженном состоянии (критический минимум) – 2 В;
• минимальное рабочее напряжение (под нагрузкой) – 2,8 В;
• рабочий ресурс – более 2000 циклов перезарядки;
• саморазряд при t=15–18 °C – до 5% в год.

Аккумуляторные батареи LiFePO4

Для получения высокой емкости и напряжения, например, для использования в электроскутерах, мопедах и велосипедах, из литий-железо-фосфатных аккумуляторов создают аккумуляторные батареи. Их собирают путем последовательного и параллельного соединения ячеек в зависимости от требуемых рабочих параметров АКБ. При параллельном соединении суммируется емкость, а напряжение остается неизменным. При последовательном соединении емкость – константа, а напряжение элементов суммируется.

Ячейки соединяются друг с другом по выбранной схеме и соединяются при помощи точечной сварки. Для сборки в единую батарею используются элементы с идентичными характеристиками – равной емкости, от одного производителя и по возможности из одной партии. Толщина перемычек для LiFePO4 аккумуляторов обычно составляем 1 мм, ширина – 10 мм. Для стабильной и безопасной работы батареи используется BMS плата с функциями балансировки и защиты от высокого напряжения и тока.

Использование литий-феррофосфатных АКБ

Элементы питания этой категории отлично подходят для комплектации персонального электротранспорта – велосипедов, трициклов, квадроциклов, скутеров, мопедов, мотоциклов, электромобилей, гольфкаров. Особенно они актуальны для транспорта, используемого круглый год или в жестких условиях. Широко используются батареи из литий-железо-фосфатных аккумуляторов для лодочных электромоторов, поломоечных машин, электрических погрузчиков, пылесосов, инвалидных колясок и другой техники.

Литий-феррофосфатные аккумуляторы входят в состав аккумуляторных электростанций, систем аварийного электроснабжения, автономных источников питания, буферных систем для ветрогенераторов и солнечных панелей. Цилиндрические элементы используются для питания медицинского оборудования и других приборов. Крупные батареи поддерживают работоспособность автономных устройств в больницах, банках, метеостанциях и других объектах.

Особенности хранения и использования

Перед длительным хранением литий-железо-фосфатные аккумуляторы рекомендуется зарядить до 40–60%. Этот уровень заряда – оптимальный для их хранения. Держать элементы питания нужно в сухом прохладном месте, исключающем риск их перегрева.

При эксплуатации LFP аккумуляторов необходимо следовать рекомендациям производителя – соблюдать температурный режим, избегать перезаряда и глубокого разряда, не допускать механических повреждений, не использовать аккумуляторами со вздутиями или другими признаками неисправности.

Заряжать АКБ и элементы питания рекомендуется после каждого использования, не дожидаясь значительного снижения уровня заряда. У литиевых аккумуляторов нет эффекта памяти, поэтому разряжать их «в ноль» перед зарядкой не нужно. Аккумуляторы недопустимо долго хранить в разряженном состоянии, иначе они деградируют и приходят в негодность.

Сделать своими руками LiFePO4 аккумулятор

Сборка аккумуляторной батареи из ячеек типа LiFePO4 выполняется по тому же принципу, что и создание литий-ионных АКБ других видов. Но есть некоторые отличия, которые стоит учесть при выборе ячеек и их последующем соединении в батарею. В отличие от Li-ion аккумуляторов с номинальными значениями 3,6–3,7 В на ячейку, элементы питания на основе литий-железо-фосфата имеют меньшее напряжение – 3–3,2 В. Поэтому для получения батареи нужного вольтажа последовательно соединяется большее количество «банок» LFP, по сравнению с типичными Li-ion компонентами.

Что касается типоразмеров, LFP аккумуляторы не имеют к ним такой жесткой привязки, как остальные Li-ion элементы. Хотя ячейки категории LiFePO4 также можно купить в цилиндрическом исполнении и привычных форм-факторах 18650, 32650 или 32700, более распространены «банки» призматической формы. Также в продаже встречаются аккумы-пакеты. Собрать LiFePO4 батарею можно из «банок» любой формы и размеров, но наиболее удобными в сборке считаются призматики с резьбовыми клеммами.

Что понадобится?

Для сборки батареи из LiFePO4 аккумуляторов своими руками приготовьте:

• необходимое число аккумов с одинаковыми характеристиками, в идеале – из одной партии;
• принадлежности для их соединения, например, для призматиков с резьбовыми клеммами – переходные пластины и крепежные болты, для цилиндрических элементов – никелевую полосу и аппарат контактной сварки;
• БМС плату с подходящими характеристиками;
• балансировочные провода;
• измерительные приборы – вольтметр, омметр, мультиметр;
• клеммы-переходники;
• силовые клеммы;
• медный многожильный провод диаметром 6 мм;
• электроизоляционные материалы;
• кнопку включения-выключения АКБ;
• зарядное устройство, подходящее для собираемой литий-железо-фосфатной АКБ;
• штекер для зарядного устройства;
• индикатор зарядки;
• средства индивидуальной защиты – диэлектрические перчатки, защитные очки;
• термоусадочную пленку для герметизации созданной АКБ;
• аккумуляторный бокс или материалы для его изготовления.

Схема сборки

Чтобы собрать батарею из литий-железо-фосфатных аккумуляторов своими руками, нужно изначально продумать схему их сборки. Для наращивания вольтажа ячейки соединяются последовательно (плюсовой контакт предыдущей «банки» соединяется с минусовым контактом последующей), а для набора емкости – параллельно. К примеру, для сборки батареи напряжением 36 В и емкостью 10 Ач из ячеек с характеристиками 3,2 В и 5 Ач используется схема 12S2P.

При расчете необходимый вольтаж батареи нужно разделить на номинальное напряжение 3 В каждого элемента. Для 36-вольтовой батареи получаем 12 последовательно соединяемых ячеек, по 2 в параллели для набора емкости. Аналогично для получения батареи на 48 В последовательно соединяется 16 элементов. Но у заряженных LFP элементов напряжение составляет 3,65 В, поэтому напряжение заряженной батареи будет выше номинального значения: 3,65х12= 43,8 В, 3,65х16=58,4 В.

Последовательность сборки АКБ

Для создания LiFePO4 батареи по заданной схеме нужно:

1. Подготовить все компоненты, инструменты, измерительные приборы. Ячейки для сборки должны быть с идентичными характеристиками и низким уровнем заряда – около 20% (для безопасной сборки).
2. Соединить их по заранее продуманной схеме. При соединении строго соблюдать полярность. Призматические элементы соединить переходными пластинами и закрепить крепежом. Цилиндрические – соединить при помощи никелевой полосы и аппарата контактной сварки.
3. К минусовой клемме батареи присоединить BMS плату. От нее к каждому контакту провести балансировочные провода. Припаять их или присоединить клеммами. Четко соблюдать схему подключения, прилагаемую к конкретной БМС плате.
4. Присоединить силовые провода и необходимые разъемы.
5. Герметизировать полученную АКБ при помощи широкой термоусадки.
6. Поместить АКБ в корпус.
7. Вывести проводку. Установить кнопку включения-выключения, индикатор уровня заряда-разряда, штекер для зарядного устройства.
8. Имеющиеся в корпусе отверстия герметизировать.

Далее нужно протестировать батарею, зарядить ее, закрепить в выбранном месте, подключить к контроллеру, нагрузке, бортовому компьютеру или вольтметру.

О безопасности

При сборке аккумуляторной батареи, ее тестировании и дальнейшем использовании нужно соблюдать меры предосторожности. Недопустимо использовать элементы питания сомнительного качества или имеющие очевидные признаки неисправности. Аккумы нельзя ронять, деформировать, нагревать, подвергать перезаряду или глубокому разряду. Недопустимо замыкать плюсовые и минусовые клеммы. В процессе работ желательно использовать защитные очки и диэлектрические перчатки.

В данной статье приведена ознакомительная информация по сборке LFP батарей. В зависимости от подвида используемых аккумуляторов и технологии их сборки алгоритм и последовательность действий могут быть изменены. При отсутствии достаточных знаний, навыков, инструментов, комплектующих или опыта работы по изготовлению аккумуляторной батареи лучше поручить эту работу специалистам. В мастерской VoltBikes производятся АКБ всевозможных размеров и форм, с заданными характеристиками и гарантией качества.

Призматические Ni-Mh аккумуляторы 7/5F6 / LF6 1400mAh с Али (аналог Panasonic HF-AZ01, Sony NH-14WM итд)

Начали мне приезжать товары, заказанные еще 11.11. Два месяца, нормально так. Сегодня расскажу об одном своем заказе — призматических Ni-Mh аккумуляторах с Али. Товар редко кому нужный, но кому он нужен, обычно найти его или проблема или цены локальные перекупщики загибают не детские. Под катом испытания, тесты, техническая информация

Итак, что представляют собой такие аккумуляторы — по сути, это плоская версия высокоемких пальчиковых AAA Ni-Mh батареек. Правила по зарядке и использованию те же. В свое время такие аккумуляторы широко использовались в дисковых носимых плеерах, кассетных плеерах, md плеерах, mp3 плеерах итд. Если у кого-то такой аппарат остался, то он знает, как сейчас сложно их найти. Но путь стандартный — Али 🙂 Сначала думал, какие из них купить. На али наиболее распространены обычные, в зеленой термоусадке. Отзывы противоречивые. У одних они не влазят в плеер, другие пишут, что емкость не соответствует, третьи, что быстро погибают. Есть и хорошие отзывы (большая часть которых, естественно, ‘товар получил, цвет к обоям подошел’). В общем в термоусадке не рискнул. Подумал, что хоть какая-то гарантия качества, если будет нормальная полиграфия, сертификаты. Поискал, посмотрел отзывы, заказал эти. Получилось 14 баксов пара. Дорого, но цену завышают, т.к. спрос небольшой. А локально все совсем печально. На аккумуляторах написано 1400mAh. Реальная емкость чуть меньше, но сегодня зашел на тот же лот, продавец уже исправил на 1200mAh 🙂 Сколько там реально, будет ниже. Аккумуляторы пришли в запаянной упаковке. В одной упаковке две штуки. Выглядят так

Взвешиваем каждый. Первый 24.1гр, второй 23.9гр


По размерам. Формат 7/5F6 подразумевает размеры 67мм на 17мм. Китайцы не выдерживают размеры и потом у людей проблема с их использованием. Давайте измерим эти. По длине 67.5мм

По ширине 16.4мм

Т.е она на 0.5мм длиннее стандарта и немного уже. Проблем у вас быть не должно. По правде сказать, в моем плеере жесткие контакты и даже 0.5мм заставляют их засунуть с некоторым усилием, но проблема даже не в этом, проблема была их вытащить — у панасоника батарея вставляется в углубление и если сильно прижата, потом сложно достать. Но в общем, по размерам зачет. Теперь самое интересное. Измеряем емкость. Можно было вставить батареи в литокалу, тем более там подпружиненные салазки ее бы удержали, но зная, как литокала измеряет емкость, я решил этого не делать. И я не был уверен, что литокала нормально ловит дельту на малых токах при зарядке Ni-Mh. Лучше применить спец зарядку. Я использовал технолайн bc700. Но вставить их туда нет никакой возможности, поэтому пошел лютый колхоз. Провода я зафиксировал обычной батарейкой, заизолировав с одной стороны

Провода к аккумулятору зафиксировал резинкой. Получилось так

Дальше начал измерения. Немного отступлю от темы. Как измерять емкость новых Ni-Mh? На емкость они выходят после нескольких циклов. Это называется формовка. Для современных аккумуляторов с низким разрядом, вроде энелупов, достаточно пары циклов. Для обычных, число циклов может быть больше. Но в любом случае, это делать надо. После разряда их нужно заряжать током 0.1C. Я решил сделать три цикла, но ждать каждый раз по 10 часов + время зарядки мне не хотелось. Решил первые два цикла делать 500mA заряд, 250mA разряд. А последний уже 200/100 (200 это несколько больше 0.1С, но это минимальный режим в bc700). Заодно посмотрел, как себя ведут аккумы при зарядке током 500mA. Несколько раз проверял тепловизором их во время зарядки, температура не поднималась выше 32 градусов. Т.е режим зарядки 500mA вполне рабочий. На странице продавца написано, что есть режим быстрой зарядки 1400мА, но жарить аккумуляторы в таком формфакторе таким током я не буду. Итак, включаю зарядку. Первоначально в аккумуляторы залилось 250mAh при токе 500mA. Я не знаю, сколько они лежали на складе продавца, но дополнительно они мне еще шли два месяца. Т.е саморазряд небольшой. Это хорошо. Далее провожу три цикла. Режим test. Показало такую емкость

1296mAh на одном и 1252mAh на другом. Емкости ниже указанных. Хотя я когда-то измерял призматические GP на такую емкость, было чуть больше 1300mAh. Видимо технологический предел для такого формфактора. Тем не менее, в минусы это запишу. Далее, измеряем внутреннее сопротивление. Как я писал выше, эти батареи приблизительно соответствуют Ni-Mh AAA. Если посмотреть на типовое сопротивление тех же энержайзеров, то у них оно около 100mOhm для AAA data.energizer.com/PDFs/HR03-1000_EU.pdf Самое низкое сопротивление у современных AAA у энелупов. Порядка 50mOhm новых. И около 25mOhm у АА. Вообще внутреннее сопротивление Ni-Mh интересная штука, у них оно минимально в середине цикла и выше по мере заряда. Что я ожидал от китайцев — типовые 100mOhm. Измеряем. Первая батарея

Вторая батарея

42.9mOhm и 43.3mOhm. Отлично!
Ну и наконец, немного подробнее, для чего я их брал. А брал я их для плеера panasonic CT-710

Уж больно мне нравится его звук. Он насыщенный, богатый обертонами, с очень прозрачными ВЧ, но не давящими на мозг. Как человек, который прослушал много хороших систем, я понимаю, что его звук отличается от понятия ‘высокая верность воспроизведения’, это жанровый аппарат. Но блин, насколько же комфортно в нем просто послушать живые инструменты. Много с тех пор аппаратуры я сменил, а этот плеер рука не поднимается отдать. С собой я его носить не собираюсь, но в качестве прикроватного плеера пусть будет. Я и такой не один, за границей даже есть сообщество любителей этой линейки, особенно старшей 810 серии.

Плюсы
1. Низкий саморазряд
2. Низкое внутреннее сопротивление
3. Правильные размеры
4. Близкие характеристики двух аккумуляторов

Минусы
1. Емкость несколько занижена (была), теперь завышена 🙂
2. Термоусадка достаточно хрупка. Легко повредить

Вообще хорошие аккумуляторы, можно брать.

А я пойду послушаю старый Al Di Meola 🙂

Призматические аккумуляторы

Призматическая форма характерна для некоторых типов ни­кель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов и батарей. В таких аккумуляторах позитивные и негативные плас­тины набраны в виде сэндвича и разделены между собой сепа­раторами. «Сэндвич» из пластин вставлен в корпус и гермети­зирован. Конструкция призматического аккумулятора показана на рис. 2.5.

Изоляционная прокладка Изолятор Негативная пластина

Плюсовой вывод Самоуплотняющийся вентиляционный клапан

Уплотнитель Плюсовой токосъемник

Позитивная пластина Сепаратор

Корпус, соединенный с минусом

Прессовка корпуса и выводов

Ультразвуковой Запрессовка контроль качества выводов

Рис. 2.4. Процесс производства никель-металлгидридных аккумуляторов

Рис. 2.5. Конструкция призматического аккумулятора

Таблеточные аккумуляторы

Таблеточные элементы были разработаны в целях миниатю­ризации аккумуляторных батарей и удобства их сборки из таких элементов. В настоящее время рыночный сектор этих элементов довольно узок. Неперезаряжаемые элементы применяют в элект­ронных часах, слуховых аппаратах и устройствах памяти.

Перезаряжаемые таблеточные элементы применяются в бес­проводных телефонах, медицинских приборах и в промышлен­ном инструменте. Хотя они имеют небольшие габариты и невы­сокую стоимость производства, их недостаток — раздувание при быстром заряде из-за отсутствия системы отвода газов. По этой причине время заряда таблеточных аккумуляторов составляет 10. 16 часов.

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи

2.4. Конструкции никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей

Фирмы-производители аккумуляторных батарей выпускают аккумуляторные батареи собственной конструкции, которые имеют фирменные обозначения и маркировку.

Минусовый вывод

Негативные пластины

Позитивные пластины

Основным и наиболее рациональным способом производства никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей является их сборка из определенного количества одно­типных аккумуляторов (рис. 2.6). Сразу следует обратить внима­ние: соединение элементов между собой производится перемыч­ками с использованием точечной сварки. Соединять аккумуля-

Рис. 2 6. Процесс сборки аккумуляторных батарей для мобильных телефонов

торы при помощи пайки нельзя, так как в этом случае неизбежен их перегрев и, как следствие, возможно разрушение токосъемника, выход из строя предохранительного клапана, воз­можны и необратимые химические процессы, приводящие к снижению емкости аккумулятора и способствующие его скорей­шему выходу из строя.

Фирма Panasonic выпускает никель-кадмиевые и никель-ме­таллгидридные батареи следующих типов (рис. 2.7):

F-типа (F Туре), в которых элементы расположены в ряд, соединены между собой последовательно никелированны­ ми перемычками и скреплены термоусадочной трубкой;

комбинированные F-типа (Composite F Туре), в которых элементы расположены в 2—5 рядов, соединены последо­ вательно и скреплены термоусадочной трубкой;

L-типа (L Туре), в которых элементы расположены после­ довательно в осевом направлении, соединены между собой последовательно никелированными перемычками и скреп­ лены термоусадочной трубкой;

комбинированные L-типа (Composite L Туре), в которых элементы расположены последовательно в осевом направ­ лении в 2—5 рядов, соединены между собой последовате­ льно никелированными перемычками и скреплены термо­ усадочной трубкой.

Более наглядно конструкция батарейF- и L-типов представ­лена на рис. 2.8. Из него видно, что кроме аккумуляторов, они

Composite L Type

F Type