Lithium ijzer fosfaat batterij


Fotografie » Batterijen » Lithium » Lithium ijzer fosfaat

Je zal meer en meer lithium ijzer fosfaat batterijen aantreffen. Deze worden gebruikt als upgrade voor loodbatterijen in golfkarretjes, als startbatterij voor motoren (brommers), als marine batterij, enz. Deze batterijen gaan veel langer mee en wegen driemaal minder.

Er bastaat niet één soort lithium-ion batterij, maar verschillende. Bij iedere batterij verplaatsen de lithium-ionen zich van de ene electrode naar de andere. De batterijen verschillen in het soort electrode dat gebruikt wordt. De electrodes vangen de lithium-ionen op.

De anode (negatieve pool van de accu) bestaat meestal uit grafiet (dat heel goed lithium-ionen kan opnemen) terwijl de accus eigenlijk enkel verschillen door de samenstelling van de cathode. Bij LIPO accus is dat ijzerfosfaat. Het electroliet is vloeibaar maar is niet op waterbasis.

Alle lithium-ionen accupacks hebben een egalisatieschakeling nodig om de lading te verdelen over de cellen. In tegenstelling met waterige electrolieten kan een accu niet extra lading opnemen eenmaal dat alle ionen van de ene pool naar de andere zijn gemigreerd. Een egalisatieschakeling is dus ook nodig voor LiFePO4 batterijen. In de batterijpacks (voorbeelden rechts) zit de egalisatieschakeling in de pack zelf. Als een cel eerder volgeladen is, dan leidt de egalisatieschakeling de stroom om zodat de cel niet overladen wordt. Specifieke lithium-ion laders stoppen volledig het laadproces als de batterij geladen is (bereiken van de maximale celspanning), druppelladen is niet toegestaan.

De lithium-ijzer-fosfaat cellen (LFP) hebben een andere celspanning dan de meer voorkomende LCO cellen (3.2V in plaats van 3.7). Op het eerste zicht lijkt dit een nadeel, maar 4 cellen in serie hebben een spanning van 12.8V, die goed overeenkomt met de spanning van een geladen loodbatterij. Het laden gebeurt trouwens volgens hetzelfde procédé (eerst constante stroom en dan constante spanning) zodat deze batterijpacks gebruikt kunnen worden als vervanger van een loodaccu.

Vervanging van de startbatterij

De Lithium Iron Phosphate (LFP) batterijen kunnen de loodbatterijen in autos vervangen met 4 elementen in plaats van 6 zonder dat de alternator vervangen moet worden. De batterij heeft een ingebouwde celbalanceringsschakeling om de lading over de verschillende cellen te verdelen.

Lithium-ijzer-fosfaat batterijen kunnen een zeer hoge stroom leveren, tot 100× de batterijcapaciteit, dus een stroom van 1000A voor een accu van 10Ah. Dit voordeel wordt gebruikt bij startbatterijen (brommers, marine batterijen, startbatterijen in kleine vliegtuigen). Deze batterijen zijn redelijk duur (meer dan 1000€ voor een auto-batterij), ze worden daarom niet gebruikt in normale voertuigen. Ze worden echter meer en meer gebruikt in duurdere motorfietsen en sportvoertuigen.

Deze batterijen hebben tal van voordelen ten opzichte van de originele loodbatterijen: een gewicht dat 3× lager is, zeer goed bestand tegen diepe ontladingen, langere levensduur, hoger rendement (nauwelijks last van het Peukert-effekt). Daarom worden ze wel gebruikt in kritische toepassingen waar ze blootgesteld kunnen worden aan een volledige ontlading zonder nadelige gevolgen.

Een 10Ah batterij (geschikt voor motoren) kan een auto doen starten, maar de batterijcapaciteit is echter te laag voor een normaal gebruik. Als je de lichten een uur zou laten branden, dan is de batterij volledig leeg. De electronika aan boord van de voertuigen (radio-ontvanger, follow-me verlichting, enz) zou de batterij in een paar weken volledig leeg trekken.

Afbeeldingen rechts:
Lithium Iron Phosphate (LFP) batterijen worden gebruikt in noodvoedingen (van de betere kwaliteit), bromfietsen, kleine electrische wagens.

Vervanging van gelbatterijen

Deze lithium-ion batterijpacks kunnen ook gebruikt worden als vervanging van gelbatterijen. Deze worden bijvoorbeeld gebruikt in noodvoedingen (UPS), noodverlichtingen, en dergelijke meer. Deze packs hebben naast de ingebouwde egalisatieschakeling ook een beveiliging tegen te sterke ontladingen. Deze batterijen houden niet van een te sterke ontlading (celspanning onder de 2.5V, dus packspanning = 10V). Deze eindspanning is lager dan de spanning van een loodaccu (10.5V). Startbatterijen hebben deze tweede bescherming niet omdat de transistor die de belasting moet uitschakelen (tot 1000A) bijzonder duur is.

De beveiliging beperkt dus de maximale ontlaadspanning, maar werkt ook als stroombegrenzer (een soort electronische zekering). Dit was oorspronkelijk niet voorzien, maar de transistor die gebruikt wordt om de belasting af te schakelen bij te lage batterijspanning werkt ook als stroombegrenzer (het zijn vermogens MOSFETs).

Omdat de stroom die de batterij kan leveren beperkt wordt door de mosfet transistor, kan de batterij niet gebruikt kan worden in schakelende voedingen (die gemiddeld 20A trekken om de computer van stroom te voorzien gedurende een 10-tal minuten). De batterij kan wel in alarmsystemen en noodverlichtingen gebruikt worden. Om de batterij te kunnen gebruiken in een UPS moet je een moto-batterij kiezen: deze hebben geen stroombeperking. De schakelende voeding van de UPS stopt trouwens automatisch van zodra de spanning onder de limiet zit, waardoor een begrenzer minder noodzakelijk is.

Ik heb een accupack van Tracer besteld met capaciteit van 7Ah (meest voorkomende batterijtype). De bespreking is hier te vinden.

Rechts onderaan een vergelijking van een lithium-ijzer-fosfaat batterij met loodbatterijen van het type "deep cycle", dit zijn loodbatterijen die voor tractie toepassingen en dergelijke gebruikt worden. Looodbatterijen voor het starten hebben minder goede eigenschappen (aantal cycli beperkt tot 200 bij een ontlading van 50%). Loodbatterijen voor het starten hebben veel dunne platen (grote oppervlakte) om een hoge stroom te kunnen leveren.

De loodbatterijen zijn van het type FLA (flooded, met vloeibaar electroliet), AGM (absorbed glass mat) en GEL. Het aantal cycli van loodbatterijen (zelfs "deep cycle") is laag in vergelijking met lithium-ijzer-fosfaat batterijen.

Men merkt ook dat de capaciteit daalt als de accu een hogere stroomsterkte moet leveren (peukert effekt), het effekt is meer aanwezig bij batterijtypes waarbij het electroliet vastgebonden is.

Lithium-ijzer-fosfaat batterijen zijn ideaal om loodbatterijen te vervangen in deep cycle toepassingen (marine toepassingen, camper, opslag van electriciteit van de windmolen of zonnepaneel), maar ook als start-batterij bij het racen (kleinere en lichtere batterijen).

LiFePO4 accupacks

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren

-