Створення та розвиток літій-іонних акумуляторних блоків

Створення літій-іонного акумуляторного блоку починається з задоволення вимог до напруги та часу роботи, а потім враховує обмеження щодо навантаження, навколишнього середовища, розміру та ваги. Портативні конструкції для споживчих товарів вимагають тонкого профілю, і вибір робиться між призматичним або пакетним елементом. Якщо простір дозволяє, циліндричний елемент, такий як 18650, часто забезпечує найнижчу вартість та найкращі характеристики з точки зору питомої енергії, безпеки та довговічності.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Циліндричні елементи

Більшість акумуляторних блоків для медичних пристроїв, електроінструментів, електровелосипедів і навіть силових агрегатів для електромобілів (EV) базуються на 18650. Це здається непрактичним, але цей малий елемент добре працює, оскільки це один із найзріліших літій-іонних форматів, який виробляється у великих обсягах і має низьку вартість за Вт-год.

Циліндричний елемент не ідеальний, оскільки в багатоелементній конфігурації залишає порожні місця. Цей недолік перетворюється на перевагу, якщо врахувати гнучкість та охолодження. Tesla S85 EV використовує понад 7000 елементів, з'єднаних паралельно для збільшення струму та послідовно для збільшення напруги. Якщо один з елементів, з'єднаний послідовно, розмикається, загальні втрати потужності мінімальні; якщо один з паралельно з'єднаних елементів замикається, запобіжник видаляє цей елемент з кола. Таким чином, несправні елементи можна усунути, не розряджаючи акумулятор.

Формати для електромобілів

Виробники електромобілів не мають єдиної стратегії щодо формату елементів. Деякі тяжіють до великих призматичних або пакетних комірок, що зменшує кількість допоміжної електроніки, але підвищує її вартість. За даними 2015 року, Tesla S 85 мала найнижчу вартість кВт·год завдяки використанню 18650, тоді як Nissan Leaf і BMW i3 працювали з призматичними або пакетними елементами, але з вищою собівартістю.

Безпека та конструктивні рішення

Акумулятори повинні бути розроблені таким чином, щоб виходити з ладу без катастрофічних подій. Усі джерела енергії зрештою виходять з ладу, і акумулятор не є винятком. Після небажаної події FAA зобов'язало помістити літій-іонний акумулятор Boeing Dreamliner 787 у металевий контейнер з вентиляцією назовні. Tesla посилила акумулятор електромобіля, додавши на дно товстостійку сталеву пластину, яка забезпечує додатковий захист від снарядів з дороги.

Великі акумулятори для енергетичних застосувань охолоджуються. Деякі використовують стрижневу систему для виведення тепла назовні, інші застосовують примусову подачу повітря або рідинне охолодження. Рідинне охолодження є кращим, і хоча воно дорожче, акумулятори електромобілів тяжіють до цієї форми охолодження.

Дозволи на проведення зустрічей з питань безпеки

Виробники акумуляторів з високою авторитетністю не постачають літій-іонні елементи несертифікованим складальникам акумуляторів. Цей запобіжний захід зрозумілий, враховуючи, що літій-іонні елементи можуть заряджатися та розряджатися понад безпечні межі через неадекватні захисні схеми.

Авторизація акумуляторного блоку для комерційного ринку та повітряного транспорту може коштувати від 10 000 до 20 000 доларів. Така висока ціна викликає занепокоєння, враховуючи, що виробники елементів припиняють виробництво старих елементів на користь заміни більшої ємності. Блок з новим елементом, навіть якщо він вказано як пряма заміна, вимагає нових сертифікацій.

Поширене запитання: «Навіщо потрібні додаткові випробування, якщо елементи вже схвалені?» Проста відповідь полягає в тому, що схвалення елементів не може бути перенесено на упаковку, оскільки регуляторні органи розміщують підтвердження безпеки на готовому продукті, а не на компонентах. Зібраний акумулятор має бути перевірений та зареєстрований, щоб забезпечити правильне складання та відповідність стандартам безпеки.

Згідно з вимогами до випробувань, готовий акумулятор повинен пройти електричну та механічну оцінку на відповідність Рекомендаціям щодо перевезення небезпечних вантажів на літій-іонних акумуляторах для авіаперевезень, правилам, встановленим Організацією Об'єднаних Націй (ООН). Транспортні випробування ООН (UN/DOT 38.3) працюють спільно з Федеральним управлінням цивільної авіації (FAA), Міністерством транспорту США (US DOT) та Міжнародною асоціацією повітряного транспорту (IATA)*. Сертифікація поширюється на первинні та вторинні літієві елементи.

Тестові акумулятори повинні пройти випробування, не завдаючи шкоди, але акумулятори не обов'язково повинні функціонувати після цього. Випробування проводиться виключно для перевірки безпеки, а не для перевірки довговічності споживачів. Авторизованій лабораторії потрібно 24 зразки акумуляторів, що складаються з 12 нових акумуляторів та 12 зразків, які пройшли 50 циклів експлуатації. IATA хоче переконатися, що відповідні акумулятори придатні до польотів та мають цілісність у польових умовах; 50 циклів експлуатації, перш ніж випробування задовольнить цю вимогу.

Висока вартість сертифікації не дозволяє дрібним виробникам використовувати літій-іонні акумулятори для невеликих обсягів виробництва, і підприємці можуть обирати нікелеві системи. Ці акумулятори не потребують тестування на рівні літієвих акумуляторів для повітряного транспортування. Хоча авторитетні компанії дотримуються інструкцій, правила порушуються, а штрафи є суворими.