Usando a bateria LiFePO4 como bateria de carro

Eu tive uma idéia de usar a bateria LiFePO4 como substituta da bateria do carro, já que 4 das séries produzem 12,8V nominais, o que é muito próximo da tensão padrão de 12V. E, dependendo da célula, podemos paralelizar alguns para obter a corrente de partida necessária. Como o LiFePO4 tem vida útil muito mais longa que o ácido-chumbo, essa bateria deve durar muito mais tempo.

Mas existem alguns problemas:

1. Tensão de carregamento. Como a maioria dos alternadores produz cerca de 14V volts durante o carregamento, a bateria LiFePO4 deve funcionar bem, já que a tensão máxima é de 3,6V, o que nos dá pouco espaço para 14,4V (4 * 3,6V = 14,4V). O balanceamento individual de células pode ser feito com BMS dissipativo simples, que despeja carga excessiva no resistor. Mas não temos a possibilidade de desconectar o alternador quando a bateria estiver carregada, então, aqui está a primeira pergunta: é correto manter a bateria LiFePO4 em carga flutuante com tensão próxima à tensão máxima da bateria? Ou isso diminuirá significativamente a vida da bateria?

2. Corrente de carregamento. Algumas células LiFePO4 podem ser configuradas para suportar facilmente toda a corrente de carga produzida pelo alternador. (assumindo saída 70A e 3 células 40152S paralelas) Então, segunda pergunta: ele pode sobrecarregar o alternador ou os alternadores modernos são inteligentes o suficiente para diminuir a tensão para evitar sobrecargas?

3. Sem proteção contra descarga excessiva. Atualmente, não tenho idéia de como lidar com isso, além de não deixá-lo descarregar completamente.

LiFePO4 vs LiIon vs LiPo

Algumas pessoas comentaram sobre baterias de íon de lítio, mas a pergunta e esta resposta são sobre baterias de lítio-fosfato de ferro / LiFePO4, que vou abreviar em lugares como LFP4. .
Eles estão relacionados às baterias LiIon e LiPo, mas apresentam grandes diferenças.
Notável, comparado ao LiIon e LiPo (que são quimicamente similares), o LFP4 possui uma matriz inativa interna adicional, na qual o lítio reside. Isso reduz as densidades de energia de massa e volume, mas também as liberta dos modos destrutivos de derretimento, proporcionando uma vida útil muito mais longa e uma vida útil muito mais longa, menor capacidade, tensão máxima mais baixa, melhor temperatura de operação e armazenamento, melhor energia geral eficiência - e um custo de vida útil abaixo a muito abaixo do de qualquer bateria de chumbo-ácido.

As baterias de 4 células LFP4 (LiFePO4) são excelentes substitutos para baterias de carro de chumbo-ácido normais de 12V, MAS é necessária atenção adequada ao carro e alimentação para alcançar a vida útil do ciclo e do calendário muito longa que eles são capazes. Eles são muito mais econômicos em toda a vida "do que qualquer célula de chumbo-ácido em (provavelmente) qualquer aplicação quando usada corretamente. Usados ​​incorretamente, eles sofrerão uma morte precoce e cara.

Alguns fabricantes de células ou baterias adequadas a esse uso são

Thundersky, Winston e SinoPoly

Existem outros que eu posso listar, mas uma pesquisa sobre esses nomes o levará à área correta. Todas essas marcas começaram como Thundersky, mas houve separações no caminho e litígios caros estão acontecendo.

A Winston fabrica baterias de 12V 4 células sem acesso às conexões entre baterias. Seus tamanhos de 40 Ah e 60 Ah são considerados adequados para uso automotivo. O Simopoly e o Winston fabricam baterias monocelulares em tamanhos de cerca de 10 Ah até um enorme_Ah e você pode conectá-las conforme necessário. Atualmente, estou experimentando duas baterias SinoPoly 12v, 40Ah, cada uma compreendendo células únicas de 4 x 40 Ah com cintas para produzir um pacote físico. Uma bateria de 4 células de 12V, 40Ah é do tamanho de uma bateria Ford-Prefect e tem menos peso, mas é igual à maior bateria de LA que você verá em um carro de 4 cilindros, por exemplo.

CONTUDO

As reclamações de vários fabricantes de baterias se sobrepõem, mas não são idênticas, as especificações de carregamento são suspeitas, a vida útil reivindicada varia dependendo do caminho das vendas e até vendedores respeitáveis ​​discordam. As especificações de carregamento da bateria de Winston usam tensões suspeitas de ponto final alto - mais altas do que eu esperaria para o LFP4, mas abaixo do Li-ion - quase como o LiIon sendo executado de maneira super conservadora para obter uma boa vida útil do ciclo. Os vendedores garantem que a maioria das marcas de células 10 Ah + por 5 anos ou 10 anos é utilizada sujeita a várias condições e provavelmente sujeita ao uso de eletrônicos de gerenciamento de carga / descarga. Os critérios para a cunhagem adequada variam - muitos afirmam que Vma e Vmin são suficientes desde que as taxas C de mudança e descarga estejam dentro das especificações, MAS um fornecedor local exige um monitor do tipo medidor de gás e um corte de baixa tensão. (EU'

Agh - chamada do jantar - adicionarei comentários de 1 minuto aqui e depois atualizarei mais tarde (espero)

Tensão de carregamento. Como a maioria dos alternadores produz cerca de 14V volts durante o carregamento, a bateria LiFePO4 deve funcionar bem, já que a tensão máxima é de 3,6V, o que nos dá pouco espaço para 14,4V (4 * 3,6V = 14,4V).

Alguns afirmam que o Winston LFP4 precisa de um V maior do que os sistemas automotivos fornecem. Outros os usam independentemente.

SinoPoly OK em tensões de carros, MAS ...

O balanceamento individual de células pode ser feito com BMS dissipativo simples, que despeja carga excessiva no resistor.

Winstin não consegue se equilibrar como selado, mas afirma que células soberbamente equilibradas estão OK. Inúmeros revendedores os vendem e dizem isso, mas pelo menos um site grande recomenda não usar em descargas profundas devido a essa incapacidade. Eu ficaria muito cauteloso. Fiz uma escolha inicial do Winston / SinoPoly para ganho de experiência com base nessas e estranhas tensões de Winston e comprei o SinoPoly - apesar das especificações aparentemente superiores de Winston.

Mas não temos a possibilidade de desconectar o alternador quando a bateria estiver carregada,

Não comece. Você deve poder gerenciar sua fonte de energia - E isso é fácil de fazer -, mas se o seu sistema insistir em violar as especificações da bateria (o que pode não ser o caso), não use o LFP4.

então, aqui está a primeira pergunta: está certo manter a bateria LiFePO4 sob carga flutuante com tensão próxima à tensão máxima da bateria? Ou isso diminuirá significativamente a vida da bateria?

As opiniões variam muito
LFP4 - diga <1 Ah a poucos Ah NÃO DEVE flutuar ou eles morrem cedo.
Alguns fabricantes de baterias LFP4 afirmam que a flutuação é boa.
Isso não deve flutuar LiIon ou LiPo ou então ... e enquanto LFP4 hs diferenças eu estou desconfortável. Daqui a um ano, saberei a resposta para esta pergunta no nível de "especialista internacional" :-) (Se ainda estiver vivo, o céu não caiu e muito mais coisas interessantes não apareceram).

Corrente de carregamento. Algumas células LiFePO4 podem ser configuradas para suportar facilmente toda a corrente de carga produzida pelo alternador. (assumindo saída 70A e 3 células 40152S paralelas) Então, segunda pergunta: ele pode sobrecarregar o alternador ou os alternadores modernos são inteligentes o suficiente para diminuir a tensão para evitar sobrecargas?

Isso termina totalmente nas especificações da bateria e do alternador. As baterias têm especificações claras. Não os exceda. Se a sua bateria NÃO tiver boas especificações disponíveis, não a compre.

Sem proteção contra descarga excessiva. Atualmente, não tenho idéia de como lidar com isso, além de não deixá-lo descarregar completamente.

Isto é essencial. Existem várias maneiras de fazer isso, mas uma célula Ah grande de LFP4 NÃO DEVE ser tomada em torno de 2,75V. Se você não pode ter certeza disso, não os use. Eles custam muito e são leves demais por volume para criar boas âncoras de barco.

Anon ...

Pelo que vale, eu instalei uma bateria de 4 células e 10 Ah LiFePO4 que eu construí a partir de células planas de 3,2V, por mais de dois anos, sem problemas. Usei-o como energia de backup para um computador Mini-ITX com uma fonte de alimentação pico-PSU. A tensão de entrada é de 14,5V a partir de uma fonte de alimentação de 75W DC, e a bateria fornece potência adicional durante os breves períodos em que o computador usa mais do que isso. A bateria ainda está indo bem.

Pelo que entendi: não é ótimo carregar totalmente a bateria e manter a tensão nela. Isso ocorre porque a dissipação térmica da resistência de carga interna ainda se desgasta na camada de óxido necessária na bateria. O LiFePO4 é menos sensível a isso que o LiPo, e flutuar em níveis mais baixos de tensão causa menos desse problema do que flutuar no nível máximo.

Baterias de lítio para motos estão prontamente disponíveis no local na mesma rua. Eles estão em um estojo de bateria padrão, nos mesmos terminais e possuem todo o circuito necessário dentro da caixa. Eles também são tão leves que parecem uma unidade de exibição de loja vazia. O preço é cerca de 50% a mais do que uma bateria de chumbo-ácido.

Dado que o modo de falha das baterias de lítio geralmente envolve um incêndio vigoroso, você realmente deseja colocar um de seu próprio projeto em uma máquina cara ao lado de um suprimento de gasolina e vários litros de óleo?

A engenharia de bateria de alta energia é melhor deixar para os engenheiros. Eles têm a experiência e o orçamento para as experiências necessárias, e não se importam se a unidade de teste cresce - é quase o esperado algumas vezes.