Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 22 октября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Правительство России: больше санкций для «пользы» страны?

Что-то неладное творится в нашем Отечестве. Непоследовательность действий властей давно не вызывает удивления. Однако переход в образ чеховской унтер-офицерской вдовы, которая сама себе высекла, да еще в период, когда нужны совершенно другие действия, вызывает оторопь. А шумовой фон, создаваемый новой социальной кастой России – государственными чиновниками – только подчеркивает всю абсурдность и опасность положения.

Intel Capital: «Санкции против России нас не волнуют»

Вице-президент Intel Capital Марчин Хейка о стартапах, инвестициях и политике.

Когда и насколько подорожает потребительская электроника?

Ослабление рубля относительно доллара и евро не может не сказаться и на рынке бытовой электроники. По мнению представителей ведущих российских сетей по продаже электроники и бытовой техники, подорожание начнется после Нового года. «Лента.ру» попыталась разобраться, насколько и на какие именно товары вырастут цены.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

10 декабря

Новые литиево-железофосфатные аккумуляторы-«долгожители» от EEMB

При выборе электрохимических источников питания необходимо ориентироваться на наиболее критичный параметр. Относительно недавно появившиеся на рынке литиево-железофосфатные (Li-FePO4) аккумуляторы несколько проигрывают литиево-полимерным аккумуляторам по максимальной удельной плотности энергии. Однако этот недостаток окупается практически четырехкратным преимуществом по количеству циклов «заряд–разряд». Компания EEMB выпускает широкую линейку аккумуляторов данного типа для телекоммуникационного оборудования, источников бесперебойного питания, систем альтернативной энергетики и электротранспорта. Статья перепечатана из журнала «Новости Электроники» с разрешения редакции.



В

настоящее время происходит активное развитие систем хранения данных (серверных/центров обработки данных), телекоммуникационного оборудования, систем контроля доступа и охранно-пожарных систем, альтернативной энергетики, электротранспорта и других промышленных систем и объектов, требующих автономного электропитания. Для реализации электропитания указанных систем все более востребованными становятся различного рода вторичные химические источники тока, или аккумуляторы, задача которых – обеспечить нагрузку требуемой энергией в отсутствие напряжения в основной сети.

В большинстве приложений в качестве вторичных источников тока до сих пор применяются свинцово-кислотные аккумуляторы, у которых наиболее отлаженная технология производства и малая удельная стоимость энергии.

Многие из указанных выше областей применения аккумуляторов характеризуются потреблением большой и даже очень большой мощности – от единиц до нескольких сотен кВт (альтернативная энергетика, электротранспорт, ЦОД). Поскольку отключения основной сети электропитания носят случайный характер и могут происходить с разными интервалами времени, для бесперебойной работы требуется весьма большой запас энергии. Конечно, на важных объектах время отключения от основной электросети регламентировано и обеспечивается с помощью дополнительных линий резервного питания или дизельных установок. Например, схема построения электропитания серверного оборудования включает в себя подсистему гарантированного электропитания (ПГЭ) с двумя вводами от разных подстанций и отдельную дизельную установку (см. рис. 1). Кроме того, в схему входит подсистема бесперебойного электропитания (ПБЭ) с двумя комплектами ИБП (основной и резервный каналы UPS). Каждый из источников бесперебойного питания оснащен комплектом аккумуляторных батарей на требуемую энергию, а учитывая мощность, потребляемую ЦОД (до сотен кВт), становится понятной важность высокой удельной энергоемкости и длительного срока службы аккумуляторов. Еще более значимым этот параметр становится, если аккумуляторы применяются в электротранспорте, поскольку транспортировка «лишних» килограммов приводит только к бесполезному расходованию энергии и снижению общего КПД. И в этом случае распространенные свинцово-кислотные аккумуляторы существенно проигрывают другим типам аккумуляторов (на основе лития). Проигрывают свинцово-кислотные аккумуляторы и по содержанию вредных веществ, т.к. объемы их утилизации очень велики.

Рис. 1. Система электропитания центра обработки данных

История развития химических источников тока показывает, что внимание разработчиков уделялось и уделяется, в основном, нескольким показателям: увеличению удельной энергоемкости и срока службы, снижению массогабаритных характеристик и стоимости, повышению экологичности и безопасности. Эти параметры являются наиболее важными по отношению ко всем химическим источникам тока.

Аккумуляторы – перезаряжаемые источники тока. Для них одним из основных параметров является допустимое количество циклов «заряд–разряд», т.к. именно этим параметром определяется срок эксплуатации аккумулятора и, соответственно, – частота обслуживания (регламентная замена аккумуляторов), а также надежность системы в целом. Наибольшим количеством циклов «заряд–разряд» в настоящее время обладают литиево-железофосфатные аккумуляторы (Li-FePO4) [1]. В таблице 1 приведены некоторые основные обобщенные параметры кислотно-свинцовых и литиево-железофосфатных аккумуляторов. Причем, для литиево-железофосфатных аккумуляторов указано минимальное значение циклов «заряд–разряд» в жестких условиях эксплуатации (полный разряд), а для свинцово-кислотных аккумуляторов – максимальное. Если осуществлять подзарядку, не дожидаясь полного разряда (данный тип аккумуляторов не имеет эффекта памяти), то количество циклов увеличивается в 2–4 раза (по отношению к 2000 г.) [1]. Кроме того, рассматриваемый тип аккумуляторов по удельной энергоемкости превосходит в два и более раз лучшие из существующих свинцово-кислотных аккумуляторов.

Таблица 1. Обобщенные сравнительные характеристики аккумуляторов

Тип аккумуля-
тора

Рабочее напря-
жение (ячейки), В

Диапа-
зон рабочей темпе-
ратуры (разряд), °С

Коли-
чество циклов «заряд–
разряд»

Ток разряда (макс.), С

Удель-
ная энерго-
емкость, Вт∙ч/кг (Вт∙ч/л)

Свинцово-кислотные 2,0 –30…45 < 500 до 10 до 60 (100)
Литиево-
железо­
фосфатные (Li-FePO4)
3,2 –20…60 > 2000 до 10 до 140 (270)

Литиево-железофосфатные аккумуляторы пока еще являются новым типом продукции. Как изделия для промышленного применения они впервые появились на рынке 2003 г. Основной вклад в развитие этой технологии внесла американская компания 123 Systems.

Литиево-железофосфатный аккумулятор был разработан в развитие литиево-ионного аккумулятора, но характеризуется меньшей стоимостью и значительно более продолжительным сроком службы. Кроме того, поскольку элементы этого типа аккумулятора химически и термически стабильны, он значительно безопаснее в эксплуатации, чем его предшественник. Нельзя считать, что литиево-железофосфатный аккумулятор обладает максимальной удельной плотностью энергии, т.к. по этому параметру он немного проигрывает литиево-полимерным аккумуляторам (см. рис. 2). Однако этот недостаток с запасом окупается практически четырехкратным перевесом в количестве циклов «заряд–разряд» (сроком службы). За время работы литиево-железофосфатного аккумулятора можно сменить три–четыре литиево-полимерных, а он будет продолжать работать.

Рис. 2. Удельная энергоемкость аккумуляторов

Следует заметить, что среди всего многообразия существующих и применяемых на сегодняшний день аккумуляторов невозможно найти абсолютного лидера по всем параметрам. В любом случае, всегда приходится руководствоваться тем, что в данном применении является наиболее важным. Как правило, мы вынуждены выбирать некоторое компромиссное решение между техническими параметрами, стоимостью и безопасностью.

В настоящее время литиево-железофосфатные аккумуляторы выпускаются во многих странах, в т.ч. в России, но основное количество производителей сосредоточено в Китае. Это объясняется тем, что именно в этой стране находятся наибольшие запасы лития. На российском рынке представлена продукция различных производителей, среди которых заметную роль играет известная компания EEMB.

История работы компании EEMB в сфере разработки и изготовления химических источников тока насчитывает около 20 лет. Все это время компания специализируется на изготовлении именно литиевых первичных и вторичных источников тока различных электрохимических систем (Li-SOCl2, Li-MnO2, Li-SO2, Li-Ion, Li-Polimer).

Все выпускаемые аккумуляторы производятся не только в виде единичных элементов, но и в виде батарей с последовательно-параллельным соединением элементов (ячеек). В зависимости от потребностей в конкретном приложении (емкость/напряжение) можно заказать изготовление специальных батарей из отдельных ячеек. Кроме того, можно заказать требуемый размер ячеек (при условии, что удельная энергетическая плотность не должна превышать достигнутой – 250…270 Вт∙ч/л).

Линейка продукции литиево-железофосфатных аккумуляторов, выпускаемых компанией, делится на несколько групп, которые различаются между собой электрическими и конструктивными параметрами:

  • отдельные ячейки в виде модулей;
  • батареи для телекоммуникационного оборудования (BTS);
  • батареи для источников бесперебойного питания и альтернативной энергетики (UPS);
  • батареи для электротранспорта.

Внешний вид некоторых аккумуляторов, выпускаемых компанией EEMB, представлен на рисунке 3.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 3. Внешний вид Li-FePO4-аккумуляторов производства компании EEMB: а) для ИБП; б) для электрических мотоциклов; в) для скутеров; г) для электрических велосипедов; д) отдельный элемент (ячейка)

Используя отдельные ячейки, некоторые из которых представлены в таблице 2, можно заказать конфигурацию под конкретное применение аккумуляторной батареи. В таблице 2 приведены ячейки с повышенной емкостью. На самом деле, эти ячейки изготавливаются и с меньшими размерами и емкостью (например, с размерами от 3,8×55×90 мм и емкостью от 1,25 А∙ч) [2].

Таблица 2. Основные параметры отдельных ячеек Li-FePO4

Тип ячейки

Номи-
нальное
напря-
жение, В

Номи-
нальная емкость, А∙ч

Габариты, мм

Прибли-
зительный вес, кг

Толщи-
на

Ширина

Длина

3,2 В, 100 A∙ч 3,2 100 60 165 280 3,75
3,2 В, 40 A∙ч 3,2 40 60 95 280 2,0

Батареи для базовых станций телекоммуникационного оборудования перечислены в таблице 3. Среди производимых компанией литиево-железофосфатных аккумуляторов этот тип продукции является наиболее энергоемким. Отдаваемая энергия в стандартном исполнении батарей достигает 9,6 кВт∙ч.

Таблица 3. Основные параметры батарей для телекоммуникационного оборудования

Наименование

Напряжение, В

Емкость, A∙ч

Вес, кг

LP8867220F-4S5P 12 50 6
LP8867220F-4S10P 12 100 22
LP8867220F-16S10P 48 100 40
LP8867220F-16S20P 48 200 78
 

Батареи для источников и систем бесперебойного питания перечислены в таблице 4, а их внешний вид представлен на рисунке 3а. Батареи изготавливаются в типоразмере стандартного свинцово-кислотного аккумулятора, но имеют меньший вес или большую емкость. Также батареи могут изготавливаться в стандарте 19” Rack-стойки высотой 1U или 3U.

Таблица 4. Основные параметры батарей для ИБП

Наименование

Напряжение, В

Емкость, А∙ч

Вес, кг

LP8867220F-4S 12 10 1,3
LP8867220F-4S2P 12 20 2,5
LP8867220F-4S3P 12 30 3,5
LP8867220F-8S2P 24 20 4,5

Некоторые основные параметры батарей для электротранспорта представлены в таблице 5 и на рисунке 3б–г: батареи для велосипедов с электроприводом (24/36 В), батареи для электрических мотоциклов (48 В) и скутеров (9,6/12,8/16 В).

Таблица 5. Основные параметры батарей для электротранспорта

Наименование

Напряжение, В

Емкость, А∙ч

Назначение

LP8867220F-8S24V 24 10 Велосипеды с электро-
приводом
LP8867220F-12S 36 10
LP8867220F-3P12S 36 30
LP7567220F-16S48V 48 9 Электри-
ческие мотоциклы
LP7567220F-2P16S 48 18
LP7567220F-4P16S 48 36
LIP18650-3S9.6V 9,6 1,4 Скутеры
LIP18650-4S 12,8 1,4
LIP18650-5S 16 1,4

При разряде литиево-железофосфатные аккумуляторы имеют очень хорошую стабильность напряжения до тех пор, пока элемент не разрядится полностью, затем напряжение резко уменьшается. Например, на рисунке 4 приведены усредненные разрядные кривые, снятые при различных токах разряда (1…10С) при комнатной температуре. Крайне важно не допускать разряд ячейки менее 2,0 В, иначе произойдут необратимые процессы, которые приведут к резкой потере емкости. Этот контроль следует возложить на электронную схему или при заказе аккумулятора указать на наличие схемы защиты в самом аккумуляторе. Компания EEMB производит аккумуляторы как с наличием, так и с отсутствием защитной схемы. Наличие защитной схемы (от разряда и превышения напряжения заряда) кодируется в наименовании аббревиатурой PCM в конце (например, LP385590F-PCM).

Рис. 4. Разрядные кривые Li-FePO4-аккумуляторов

Компания EEMB проводит тщательное тестирование и испытания своей продукции. На рисунке 5 приведены экспериментальные зависимости количества циклов «заряд–разряд» от величины разрядного тока и глубины разряда. Из рисунка 5 видно, что при полном разряде емкость аккумулятора теряется на 20% при числе циклов не менее 2000 (ток разряда: 1C). Если глубину разряда ограничить на уровне 80% в каждом цикле, то при проведении примерно 1500 подобных циклов снижения емкости аккумулятора от первоначальной величины практически не наблюдалось (ток разряда 0,5С).

Рис. 5. Количество циклов «заряд–разряд» Li-FePO4-аккумуляторов

Литиево-железофосфатные аккумуляторы характеризуются малым током саморазряда и крайне низкой скоростью снижения емкости. Ожидается, что за 15 лет хранения полностью заряженного аккумулятора при 60°С емкость снизится на 23–25%.

Поведение рассматриваемого типа аккумуляторов при низких температурах иллюстрирует рисунок 6. Видно, что при температуре –20°С и при разряде током 0,2С емкость аккумулятора снижается примерно на 40%. Это обстоятельство следует учитывать при выборе аккумулятора для работы на низких температурах, но, с другой стороны, оно является проблемой практически всех типов аккумуляторов. Тем не менее, литиево-железофосфатные аккумуляторы выдерживают температуру хранения до –40°С.

Рис. 6. Разрядные кривые при низкой температуре

Компания EEMB выпускает специальные низкотемпературные аккумуляторы (–40…60°С), но, поскольку они изготавливаются на основе литиево-полимерной электрохимической системы, мы их не станем рассматривать.

Как и все литиевые аккумуляторы, устройства этого типа также чувствительны к режиму заряда, а именно, к увеличению зарядного напряжения. При заряде необходимо следить, чтобы напряжение не превышало 3,65 В на ячейку. Этот контроль также возлагается на схему защиты, о которой говорилось выше. Причем, стандартный ток заряда выбирается, как правило, равным половине емкости аккумулятора, а зарядка осуществляется в течение двух часов (заряд постоянным током). Максимальный ток заряда – до 1С (зарядка: в течение 1 ч). При зарядке постоянным напряжением ее окончанием можно считать снижение зарядного тока до 1/50 от емкости аккумулятора.

Для производителей аккумуляторов понимание факторов, влияющих на срок службы продукции, является жизненно важным: необходимо учитывать гарантийные обязательства, стоимость изделия и другие эксплуатационные параметры. Если предложить продукцию с малым гарантийным сроком или с высокой стоимостью, потребитель от нее откажется. Если переоценить срок службы изделия, можно понести убытки, заменяя вышедшие из строя аккумуляторы. Таким образом, одной из самых больших проблем при разработке и производстве аккумуляторов является правильное определение его срока службы и обеспечение невысокой стоимости.

Благодаря многолетнему опыту в разработке и технической поддержке собственной продукции компания EEMB гарантирует на литиево-железофосфатные аккумуляторные батареи срок службы не меньше 2000 циклов «заряд–разряд», что и является наиболее важным параметром в эксплуатации аккумуляторов этого вида.

Компания EEMB специализируется на высокотехнологичных разработках и выпускает LiFePO4-батареи, которые обеспечивают надежность и экономическую эффективность систем с бесперебойным питанием (UPS/ИБП). Батареи играют значительную роль в системе бесперебойного питания, так что выбор правильного аккумулятора для подобной системы является основополагающим. В данном случае батарея LiFePO4 обеспечивает оптимальное решение. По сравнению со свинцово-кислотным аккумулятором применение литиево-железофосфатного аккумулятора позволяет сократить на 2/3 вес и уменьшить объем систем бесперебойного питания.

Литература

  1. http://komar.bitcheese.net/ru/оресурсе-LiFePO4-аккумуляторов-A123.
  2. Миронов С. Автономное электропитание на все случаи жизни. Обзор литиевых батарей и аккумуляторов. Электронные компоненты №8.

Читайте также:
В Японии создан эффективный аккумулятор с магниевым анодом
Литий-ионная батарея с анодом из песка втрое эффективней обычной
Новые батареи «Ryden» из двойного углерода превосходят литий-ионные по сроку службы и безопасности
Литий-воздушные аккумуляторы улучшат с помощью вирусов
Создан кремниевый анод для аккумуляторов с длительным сроком службы
Батареи с твердым Li-S-электролитом в 4 раза лучше Li-ion-аккумуляторов
Графеновые электроды на 300% улучшают литий-ионные батареи
Аккумуляторы станут в 5 раз эффективнее
Нанокомпозиты увеличат емкость батарей в 10 раз
Перспективный материал для литий-ионных аккумуляторов
Бизнес литиево-полимерных аккумуляторов ожидает бурное развитие
Новые батареи из Стенфорда имеют «неубиваемые» электроды
LG Chem и Samsung SDI представили изогнутые и гибкие аккумуляторы
LG Chem начинает производство инновационных аккумуляторов для гаджетов
Apple разрабатывает гибкий аккумулятор для iWatch
Аккумулятор толщиной в бумажный лист уже возможен

Источник: журнал «Электронные компоненты»

Оцените материал:

Автор: Сергей Миронов, «КОМПЭЛ»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты