Usando la batería LiFePO4 como batería de automóvil

LiFePO4 frente a LiIon frente a LiPo

Algunas personas han comentado sobre las baterías LiIon, pero la pregunta y esta respuesta son sobre las baterías de ferrofosfato de litio / LiFePO4, que abreviaré en algunos lugares como LFP4. .
Estos están relacionados con las baterías LiIon y LiPo, pero tienen grandes diferencias.
Cabe destacar que, en comparación con LiIon y LiPo (que son químicamente similares), LFP4 tiene una matriz interna inactiva adicional en la que reside el litio. Esto reduce las densidades de energía de masa y volumen, pero también los libera de los modos de fusión destructivos, les da un ciclo de vida mucho más largo y una vida útil mucho más larga, menor capacidad, menor voltaje máximo, mejor temperatura de operación y rango de almacenamiento (con límites específicos). en el funcionamiento a baja temperatura, consulte a continuación), una mejor eficiencia energética general y un costo total de vida inferior o muy inferior al de cualquier batería de plomo-ácido.

Las baterías LFP4 (LiFePO4) de 4 celdas son excelentes reemplazos para las baterías normales de plomo ácido de 12 V para automóviles, PERO es necesario prestar la atención adecuada al cuidado y la alimentación para lograr el ciclo muy largo y la vida útil del calendario que son capaces de lograr. Son mucho más "rentables durante toda su vida útil" que cualquier celda de plomo ácido en (probablemente) cualquier aplicación cuando se usan correctamente. Mal utilizados, tendrán una muerte temprana y costosa.

Como señaló Mike (agosto de 2022), el funcionamiento a baja temperatura debe gestionarse correctamente. La mayoría de las baterías LiFePO4 permiten la descarga a -20 grados C (4 grados F), pero la carga generalmente no debe ocurrir por debajo de los 0 grados C. Esta limitación puede superarse (y a menudo lo es) calentando la batería para garantizar que se cumplan los límites de temperatura. El sistema El controlador debe tener esta característica como parte de su diseño si se prevé el uso de temperatura bajo cero.

Algunos fabricantes de pilas o baterías adecuadas para este uso son

Thundersky, Winston y SinoPoly

Hay otros que puedo enumerar, pero una búsqueda de esos nombres lo llevará al área correcta. Todas esas marcas comenzaron como Thundersky, pero ha habido separaciones en el camino y se están produciendo litigios costosos.

Winston fabrica baterías de 4 celdas de 12 V sin acceso a las conexiones entre baterías. Se afirma que sus tamaños de 40 Ah y 60 Ah se adaptan bien al uso automotriz. Tanto Sinopoly como Winston fabrican baterías de una sola celda en tamaños que van desde alrededor de 10 Ah hasta enormes Ah y puede unirlas según sea necesario. Actualmente estoy experimentando con 2 baterías SinoPoly de 12 V y 40 Ah, cada una de las cuales consta de 4 celdas individuales de 40 Ah con flejes para producir un paquete físico. Una batería de 4 celdas de 12 V, 40 Ah tiene aproximadamente el tamaño de una batería Ford-Prefect y pesa menos, pero es igual a la batería LA más grande que verá en un automóvil de 4 cilindros.

SIN EMBARGO

Las afirmaciones de varios fabricantes de baterías se superponen pero no son idénticas, las especificaciones de carga son sospechosas, la vida útil reclamada varía según la ruta de ventas e incluso los vendedores acreditados no están de acuerdo. Las especificaciones de carga de la batería de Winston usan voltajes de punto final sospechosamente altos, más altos de lo que esperaría para LFP4 pero por debajo de LiIon, casi como si LiIon se ejecutara de manera súper conservadora para obtener una buena vida útil. Los vendedores garantizan la mayoría de las marcas de celdas de 10 Ah + por 5 años o 10 años de uso sujeto a varias condiciones y probablemente sujeto al uso de electrónica de administración de carga/descarga. Los criterios para un monitoreo adecuado varían: muchos afirman que Vmax y Vmin son suficientes siempre que las tasas de carga y descarga de C estén dentro de las especificaciones, PERO un proveedor local exige un monitor de tipo medidor de gas y un corte de bajo voltaje. (YO'

voltaje de carga Dado que la mayoría de los alternadores producen alrededor de 14 V voltios cuando se cargan, debería estar bien con la batería LiFePO4, ya que el voltaje máximo para ellos es de 3,6 V, lo que nos da poco espacio libre hasta 14,4 V (4 * 3,6 V = 14,4 V).

Algunos afirman que Winston LFP4 necesita una V más alta que la que proporcionan los sistemas de automóviles. Otros los usan independientemente.

SinoPoly está bien con los voltajes de los automóviles, PERO...

El balanceo de celdas individuales se puede hacer con un BMS disipativo simple que vuelca una carga excesiva a la resistencia.

Winston no puede equilibrar como sellado, pero afirma que las celdas magníficamente equilibradas están bien. Numerosos distribuidores los venden y dicen esto, pero al menos un sitio grande dice que no se deben usar para descargas profundas debido a esta incapacidad. Yo sería muy cauteloso. Hice una elección inicial de Winston/SinoPoly para ganar experiencia en base a este y extraños voltajes de Winston y compré SinoPoly, a pesar de las especificaciones aparentemente superiores de Winston.

Pero no tenemos posibilidad de desconectar el alternador cuando la batería está cargada,

no empieces Debe poder administrar su fuente de energía, Y es bastante fácil de hacer, pero si su sistema insiste en violar las especificaciones de la batería (que puede no ser el caso), no use LFP4.

así que aquí está la primera pregunta: ¿está bien mantener la batería LiFePO4 con carga flotante con un voltaje cercano al voltaje máximo de la batería? ¿O esto disminuirá significativamente la duración de la batería?

Las opiniones varían
Pequeño LFP4: digamos < 1 Ah a unos pocos Ah NO DEBEN flotar o mueren temprano.
Algunos fabricantes de baterías grandes LFP4 afirman que la flotación está bien.
No harás flotar LiIon o LiPo o de lo contrario ... y aunque LFP4 tiene diferencias, estoy inquieto.

Corriente de carga. Algunas celdas LiFePO4 se pueden configurar para que puedan tomar fácilmente toda la corriente de carga producida por el alternador. (suponiendo una salida de 70A y 3 celdas 40152S paralelas) Entonces, segunda pregunta: ¿Puede sobrecargar el alternador o los alternadores modernos son lo suficientemente inteligentes como para reducir el voltaje para evitar sobrecargarse?

Esto depende completamente de las especificaciones de la batería y el alternador. Las baterías tienen especificaciones claras. No los excedas. Si su batería NO tiene buenas especificaciones disponibles, no la compre.

Sin protección contra sobredescarga. Actualmente no tengo idea de cómo lidiar con él además de no dejar que se descargue por completo.

Esto es esencial. Hay varias formas de hacer esto, pero una celda Ah grande LFP4 NO DEBE tomarse por debajo de alrededor de 2.75V. Si no puede estar SEGURO de eso, no los use. Cuestan demasiado y son demasiado livianos por volumen para hacer buenas anclas para botes.

Agregado en agosto de 2022:

Las referencias se refieren al funcionamiento a baja temperatura de las baterías LiFePO4.
Como siempre, se desconoce la calidad de la información.

Rango de temperatura LiFePO4

Análisis del rango de temperatura de funcionamiento óptimo de LiFePO4 para EV/HEV

Consejos para el rendimiento de la batería LiFePO4 en climas fríos

búsqueda Web

Por lo que vale, he hecho flotar un paquete de baterías LiFePO4 de 4 celdas y 10 Ah que construí yo mismo a partir de celdas planas de 3.2V, durante más de dos años, sin problemas. Lo he usado como energía de respaldo para una computadora Mini-ITX con una fuente de alimentación pico-PSU. El voltaje de entrada es de 14,5 V de una fuente de alimentación de CC de 75 W, y la batería proporciona energía adicional durante los breves momentos en que la computadora consume más que eso. La batería sigue funcionando bien.

Por lo que entiendo: no es genial cargar completamente la batería y luego mantener el voltaje en ella. Esto se debe a que la disipación térmica de la resistencia de carga interna seguirá desgastando la capa de óxido necesaria en la batería. LiFePO4 es menos sensible a esto que LiPo, y flotar a niveles de voltaje más bajos causa menos problemas que flotar al nivel máximo.

No use LiFePo4 como una batería de automóvil, cuando se congele o alrededor de ella, comenzará a causar daños permanentes a medida que el alternador intente cargarla. La solución es el titanato de litio. puedes comprarlos en AliExpress (Alibaba es para empresas, te lo venderán pero primero usa AliExpress). El titanato puede soportar temperaturas extremas y tiene una tasa de carga/descarga increíble. el único problema es que son celdas cilíndricas grandes, tendrá que reubicarlas a través del cortafuegos y tal vez instalarlo debajo de un asiento o construir una caja para que nadie lo patee. para un sistema de 12v, generalmente se requieren 6 celdas como mínimo, pero como es para un automóvil, PUEDE necesitar 1 celda adicional porque creo que el alternador bombea 14.4 voltios. Querrá agregar cables de equilibrio para conectar su banco de baterías al BMS y querrá cables increíblemente grandes, Primero intentaría 4/0 CON un fusible y, si no es suficiente, necesitará un cable THHN, comienza en 250 MCM y sube muy alto. THNN es para edificios. para el fusible adecuado, probablemente necesitará un fusible Clase T clasificado para el tamaño del cable. Consulte a un profesional, está jugando con una química de batería más potente que lifepo4 y de mayor capacidad que la mayoría de los iones de litio, excepto los vehículos. Casi se me olvida Titanate tiene un ciclo de vida extremo, como 20.000, durará más que su coche. a modo de comparación, lifepo4 tiene un ciclo de vida increíble en comparación con el plomo Pb de 2000 a 4000 ciclos. eso se traduce en más de 10 años, así que haz los cálculos para el titanato, puedes ver a lo que me refiero para el fusible adecuado, probablemente necesitará un fusible Clase T clasificado para el tamaño del cable. Consulte a un profesional, está jugando con una química de batería más potente que lifepo4 y de mayor capacidad que la mayoría de los iones de litio, excepto los vehículos. Casi se me olvida Titanate tiene un ciclo de vida extremo, como 20.000, durará más que su coche. a modo de comparación, lifepo4 tiene un ciclo de vida increíble en comparación con el plomo Pb de 2000 a 4000 ciclos. eso se traduce en más de 10 años, así que haz los cálculos para el titanato, puedes ver a lo que me refiero para el fusible adecuado, probablemente necesitará un fusible Clase T clasificado para el tamaño del cable. Consulte a un profesional, está jugando con una química de batería más potente que lifepo4 y de mayor capacidad que la mayoría de los iones de litio, excepto los vehículos. Casi se me olvida Titanate tiene un ciclo de vida extremo, como 20.000, durará más que su coche. a modo de comparación, lifepo4 tiene un ciclo de vida increíble en comparación con el plomo Pb de 2000 a 4000 ciclos. eso se traduce en más de 10 años, así que haz los cálculos para el titanato, puedes ver a lo que me refiero 000 a 4.000 ciclos. eso se traduce en más de 10 años, así que haz los cálculos para el titanato, puedes ver a lo que me refiero 000 a 4.000 ciclos. eso se traduce en más de 10 años, así que haz los cálculos para el titanato, puedes ver a lo que me refiero

-una adición: para lifepo4 no desea mantener las celdas al 100% del estado de carga SOC durante mucho tiempo. es dañino a largo plazo, y aunque puede sobrevivir bajando a 0% SOC, tampoco se recomienda. por lo general, se establece en el sistema de administración de batería BMS como 2.5v para el voltaje de corte y si limita la capacidad máxima a alrededor del 90% o menos, sus celdas durarán mucho más. por lo que el límite inferior es de aproximadamente 10 % SOC o más. nuevamente, eso es para lifepo4, TITANATE probablemente tenga otro conjunto de reglas a seguir, primero siga las especificaciones del fabricante, se incluirá en la página del producto de aliexpress. también haga una coincidencia de referencia cruzada para especificaciones de celdas similares. He visto a un fabricante enumerar lifepo4 como capaz de tolerar temperaturas muy por debajo del punto de congelación, eso es un valor atípico e incorrecto, el litio está en su infancia, incluso muchos fabricantes no saben lo que están haciendo y sus recomendaciones cambian como el clima. use el sentido común, cruce las especificaciones de referencia y lea lo que hacen otras personas en los foros, ¡muchos están bien informados! también supongo que esto es un "dato divertido" (odio ese meme) el titanato de litio se usa en competencias de sonido de automóviles porque puede soportar el abuso, también llenan las paredes del vehículo con concreto para los subwoofers

2do apéndice: olvidé mencionar que quemará su alternador a menos que introduzca un controlador de carga de algún tipo. lo que debe hacer es encontrar un dispositivo para limitar los amperios que provienen del alternador porque las baterías de litio intentarán extraer tanta corriente como el alternador pueda suministrar hasta que se queme a menos que la batería ya esté casi llena, entonces el BMS cortará el cargue de acuerdo con su límite de voltaje superior que eligió según la tabla SOC para titanato. recuerde que el titanato tiene voltajes completamente diferentes, así que no intente usar los mismos ejemplos de voltajes de lifepo4 que di

Las baterías de litio para motocicletas están disponibles en el lugar al final de la calle. Están en una caja de batería estándar, con los mismos terminales y tienen todos los circuitos necesarios dentro de la caja. También son tan livianos que se sienten como una unidad de exhibición de una tienda vacía. El precio es aproximadamente un 50% más que una batería de plomo-ácido.

Dado que el modo de falla de las baterías de litio a menudo implica un incendio vigoroso, ¿realmente desea colocar uno de su propio diseño dentro de una máquina costosa justo al lado de un suministro de gasolina y varios litros de aceite?

Es mejor dejar la ingeniería de baterías de alta energía a los ingenieros. Tienen la experiencia y el presupuesto para los experimentos necesarios, y no les importa si la unidad de prueba explota, casi se espera que lo haga un par de veces.