Литиево желязо-фосфатни батерии. Кратък обзор и леко сравнение с литиево йонните им събратя.

Литиево желязо-сулфатните (LiFePo4) батерии не се характеризират с висока плътност, в сравнение с литиево йонните (Li-Ion) или литиево полимерните (Li-Pol), но притежават много по-дълъг живот в цикли и ефекта на стареенето не е чак толкова силно изразен.

Да, не са по подходящи за мобилни приложения заради по ниската плътност, респективно по-големия обем при аналогичен капацитет, но са едно от най-добрите решения при съхранението на енергия в соларните системи. По отношение на пожароопасността са доста стабилни и не се само-възпламеняват като литиево-йонните, правейки ги доста безопасни, особено при ръчно-сглобените DIY изпълнения.
Максималният препоръчителен продължителен ток за LiFePo4 клетки е 0.5C или иначе казано половината от капацитета в Ah изразен в ампери (0.5*280Аh=140A). Допустими са и по-големи разрядни токове но освен, че трябва да са кратковременни (няколко секунди), не е желателно да надхвърлят 2C (два пъти капацитета). С тези особености трябва да се съобразите при проектирането на нашата соларна система, избор на BMS и инвертор. Това ще ви гарантира дългосрочна и безаварийна експлоатация.
Най-популярните клетки използвани в DIY (ръчно сглобени) батерии са призматичните.

Особено подходящи са за всякакъв вид кутии и ориентации, но при по-интензивна употреба и големи експлоатационни токове е възможно отделяне на газ, което ще причини отваряне на предпазния клапан за освобождаване на налягането и изтичане на част от електролита. Това ще доведе до неминуемо увреждане на клетката, което пък от своя страна ще намали експлоатационния живот на целия акумулаторен пакет. Затова, ние от DaniLiFePo4 препоръчваме клетките да бъдат монтирани с вентилационния отвор ориентиран отгоре. Разбира се и други изпълнения с различна ориентация на клетките са възможни, но експлоатационните токове трябва да са грубо 50% по-ниски от номиналните.
На следващите диаграми, ясно се виждат разликите между кривите на заряд и разряд, което обуславя някои от особеностите при експлоатация на литиево-йонните и литиево желязо-фосфатните батерии.

Li-Ion Charge-Discharge Rate

LiFePo4 Charge-Discharge Rate

Li-Ion:

1. Остатъчно ниво на заряд (SoC) – възможно е точното определяне на нивото на заряд;
2. Точност на определяне на нивото на заряд – ± 1-2%
3. Горно гранично напрежение – 4.2V

LiFePo4:

1. Остатъчно ниво на заряд (SoC) – предизвикателство е да се диагностицира точното ниво на заряд по неговото напрежение;
2. Точност на определяне на нивото на заряд – ± 10%
3. Горно гранично напрежение – 3.6V
4. За разлика от Li-Ion, LiFePo4 има ясно изразено напрежение на покой след прекратяване на заряда при максимално оперативно напрежение.

Заради горе описаните различия, се налагат някои особености при използването на литиево желязо-фосфатни батерии като:

1. Използването на шунт за коректното определяне нивото на заряд (SoC).
2. Прецизна настройка на балансиращата функция на BMS.
3. Внимателно подбиране на зарядните напрежения при работа на клетките в серийно (последователно) свързване.

Разликата между максимално напрежение на заряд на единичните клетки и така нареченото напрежение на покой (rest voltage) налага прецизна настройка на BMS и инвертор по отношение на зарядно (абсорбиращо) напрежение, поддържащо напрежение, праг на активиране на баланс и други. Дори и да имаме клетки grade A (HESV) Е необходимо да се съобразим с особеностите на химията. Въпреки, че клетките HSEV са с доста еднородна консистенция и минимални разлики между самите клетки, след няколко годишна експлоатация се държат като клетки grade A-. Това прецизното настройване на BMS, без значение дали използваме Grade A, A- или пък B.

В заключение ще кажа, че литиево желязо-фосфатните батерии са по-безопасни и устойчиви от литиево йонните, притежават доста по-линейна характеристика на напрежението, което налага използването на допълнителни устройства (шунт), за определяне нивото на заряд. От гледна точка на максималния препоръчителен заряден и разряден ток (до 0.5C), не смятам, че е някакъв ограничаващ фактор, тъй като в соларните системи се изисква продължителна работа на батерии, което налага използването на по-големи капацитети. Малката батерия не е за препоръчване от гледна точка на ниска ефективност и намалена автономност на системата.