Все о литий-титанатных АКБ
- Характеристики Li-Titanate
- Преимущества и недостатки LTO батарей
- Коммутация и подключение литий-титаната
- Как отбалансировать литий-титанат
Литий-титанатные аккумуляторы (Lithium Titanium Oxide или LTO) относятся к группе литий-ионных элементов питания. В роли электрода они содержат титанат лития – Li4Ti5O12. Накопители энергии типа LTO все чаще используются для обеспечения питания электромобилей, современных гаджетов, бытовой техники и энергетических систем.
При производстве титанатных аккумуляторов используется анод с развитой нанокристаллической структурой, выгодно отличающийся от пористого углерода в остальных типах Li -ion аккумуляторов. Благодаря нанокристаллической структуре:
увеличивается «полезная» площадь анода – 100 м²/г вместо 3 м²/г при углеродных анодах;- обеспечивается стабильная работа поверхности;
- возрастает скорость переноса заряда;
- повышаются допустимые токи;
- увеличивается время работы устройства;
- его эксплуатация становится максимально стабильной и безопасной.
Характеристики Li-Titanate
LTO аккумуляторы бывают призматической и цилиндрической формы. Распространенные размеры литий-титаната в форме цилиндра – 66160, 66260, в форме призмы – 681497, 11622106. Внешняя оболочка источников питания выполняется из пластика, цветного металла или композиционного материала. Для контакта внутренних стержней с напряжением и потребителем энергии предусмотрены металлические клеммы. Плюсовой контакт находится вверху, а отрицательный – внизу аккумулятора.
Перечислим основные характеристики литий-титанатных аккумуляторов:
- энергоемкость 30–110 Вт/кг;
- номинальное напряжение – 1,9–2,4 В;
- максимальное напряжение разряда – 1,5–1,7 В;
- плотность заряда – до 177 Вт·ч/л;
- выдаваемая удельная мощность при максимальной нагрузке – 3–5,1 кВт/кг;
- циклическая эффективность заряд-разряд – до 95% при низких токах, до 85% при более высоких токах;
- допустимые температуры окружающей среды – от –40 до +55 °C;
- уровень саморазряда – 2–5% в месяц;
- снижение емкости АКБ – на 10% после 10 000 циклов заряд-разряд, на 20% после 20 000 циклов;
- эксплуатационный ресурс – до 40 000 циклов заряд-разряд.
Преимущества и недостатки LTO батарей
|
Плюсы |
Минусы |
|
Небольшое внутреннее сопротивление. |
Падение напряжения в зависимости от емкости. |
|
Быстрый процесс зарядки – для восполнения заряда достаточно 6–10 минут с тех пор, как LTO подключили к зарядному устройству. |
Сниженное рабочее напряжение 2,4 В, приводящее к уменьшению удельной энергии. |
|
Долгая и стабильная работа. |
Медленное внедрение. |
|
Увеличенный жизненный ресурс – 20–40 тысяч циклов, благодаря использованию анода из титаната лития. |
Рыночный дефицит. |
|
Высокие токи разряда и заряда. Способность обеспечивать наибольший поток энергии. |
Необходимость утилизации по особым правилам – такие элементы питания являются отходами 2 класса опасности. |
|
Возможность использования в сложных метеоусловиях. |
|
|
Безопасность эксплуатации. Отсутствие нагревания при работе. Отсутствие риска перегрева. |
|
|
Широкие возможности применения – для сборки литий-титанатных АКБ для персонального электротранспорта, светофоров, зарядных станций, мобильных медицинских устройств, систем резервного питания, устройств связи, видеокамер, погодных радаров, вилочных погрузчиков, ИБП и пр. |
Коммутация и подключение литий-титаната
LTO батареи собираются из элементов питания по различным схемам. От того, как собрать АКБ из литий-титаната, зависит ее емкость и напряжение. Для увеличения выходного напряжения ячейки соединяются последовательно, а для набора емкости – параллельно. Количество используемых ячеек и способ их соединения зависят от необходимых характеристик АКБ.
Для безопасной и длительной эксплуатации накопителей энергии используются BMS платы. Эти контроллеры выбираются с учетом максимально допустимого напряжения, разрядного тока и числа ячеек, на которое рассчитана плата. BMS контроллер Li-Titanate выполняет следующие функции:
- оценивает допустимый ток заряда и разряда;
- определяет объем энергии, получаемый при подзарядке и отдаваемый при разряде;
- контролирует внутреннее сопротивление каждого элемента питания в батарее;
- отслеживает число рабочих циклов АКБ;
- защищает АКБ от опасных процессов и продлевает срок ее службы.
Как отбалансировать литий-титанат
Использование BMS с системой балансировки обеспечивает равномерное распределение поступающего объема заряда между всеми элементами питания в аккумуляторной батарее. Благодаря этому увеличивается срок эксплуатации АКБ. При последовательном способе зарядки важно не допустить критического превышения напряжения ни на одной из ячеек. Для этого используется балансир. Он поддерживает напряжение на всех ячейках одинаковым, равным допустимому порогу.
Читайте в нашей предыдущей статье о лучших аккумуляторах для лодочных электромоторов.
