Авто на литий титанатных аккумуляторах
Электробусы и их батареи: что такое литий-титанат? (Part.1)
фото c сайта www.zr.ru
Друзья здравствуйте, всем здоровья, берегите себя, антисептики — наше ВСЁ!
Сегодня попробуем рассмотреть московские электробусы по мотивам статьи в журнале «За рулем» в части используемых литий-титанатных батарей (Li4Ti5O12 или LTO), их стоимости и перспектив эксплуатации, также попробуем разобраться, почему литий-титанат не подходит для промышленных решений в ИБП.
После нашей статьи «Li-Ion технологии: удельная стоимость снижается быстрее прогнозов» вызвал интерес литий-титанат как «не автомобильный» литий. На мой взгляд LTO как раз и является самым что ни на есть тяговыми батареями, которые совершенно не подходят для работы в качестве аккумуляторных батарей в ИБП и телекоме. Почему? Давайте разберемся под катом, структуру статьи условно разделим на три части:
Что такое электробус и почему LTO?
Для начала разберемся в статье и «выудим» нужные нам данные
Но в мире нет пока семилетних электробусов, чтобы опереться на практический опыт, а потому приходится верить расчетам на бумаге. В частности, никто не берется предсказать, как просядет емкость с годами и сколько раз за день придется подключать к сети уже не новую машину.
Таким образом на основе статьи имеем:
… на этом пока все, продолжение следует.
UPD: С чего начнём следующую — химическую — часть:
Замена аккумулятора на титанат лития.
Перемычки между банками сделал из алюминиевой шины шириной 20 мм, толщина вроде 3.
Плюсовую и минусовую клеммы выточил на токарном станке из обычной сталюки.
С целью подключения балансира и контроля напряжения к каждому выводу каждой банки было
было подключено по два провода 0,75 кв.мм. Наверное много, имело смысл сделать из витой пары.
Это жгут проводов справа от батареи, которые видно на предыдущих фото.
Для контроля напряжения каждой банки отдельно, собрал схему на ардуино + дисплей + внешние АЦП.
Внешние АЦП задействовал, поскольку АЦП ардуино 10-разрядное, но из-за шумов нужно отбросить
2 младших бита. Итого получается 2^8=256 отсчетов на диапазон 0-5 В, точность 20 мВ.
Поставил 3 16-разрядных АЦП ads1115, подключил в режиме дифференциального измерения —
на каждую батарею по 2 входа АЦП. Это позволяет использовать все 16 разрядов АЦП.
Получил 65535 отсчета на диапазон 0 — 5 вольт. Точность 0,07 мВ.
Такая точность, конечно, не нужна, но это лучше чем 20 мВ.
Входы и питание внешних АЦП защитил супрессорами на 4,5 В. Напряжение питания поставил 4 В.
Для балансировки ячеек внутри батареи уважаемым Владимиром из Новосибирска был разработан балансир.
Я его спаял по предложенной на сайте схеме, однако где-то нахомутал с смд-компонентами.
Кроме того, Владимир прислал мне плату балансира для пайки смд, однако никак не дойдут руки 🙁
Установил аккумулятор почти 6000 км назад. Схему контроля поставил только сегодня,
периодически контролируя напряжение элементов врукопашную.
За это время успел два раза высадить аккумулятор до 7 вольт, и один раз зарядить зарядкой для
свинцовых аккумуляторов типа «кипятильник» до 19 вольт — перед подключением в автомобиль разряжал лампами ближнего света 🙂
После всего этого издевательства разбег между банками всего 40 мВ.
Поставил контролер, понаблюдаю что будет дальше.
А теперь почему пришлось так издеваться.
У этих батарей есть плюсы и минусы, о которых нужно знать.
«+»
Хорошо работают в широком диапазоне температур.
Большое количество циклов заряд-разряд
Цена как за обычный хороший аккумулятор
«-«
Необходим тщательный отбор ячеек в батарею. Я купил 7, и мне повезло,
так как с сравнительно большим саморазрядом была только одна.
Необходим хороший генератор, не дышащий на ладан. Если есть какие-то проблемы в нем
или в проводке от него к аккумулятору — 100% выйдет из строя.
На форуме рекомендуют заменить провод от генератора к аккумулятору на меньшего сечения,
или удлинить его, чего я не сделал.
Зарядка у меня периодически пропадала и на свинцовом аккумуляторе, но на секунды,
и сама восстанавливалась. А я не придавал этому значения.
В результате, после установки нового аккумулятора, у меня полетел генератор.
Теперь, наверное, заменю проводку до генератора.
[54]-[Автозвук]-F.A.Q. по Литий Титанату (LTO)
Доброго времени суток. Сегодня речь пойдет о достаточно известных в узких кругах любителей громкой музыки и неизвестных для других видах аккумуляторных батарей (далее — АБ) — Li4Ti5O12 (далее — LTO/литий титанат). Будут рассмотрены некоторые интересующие вопросы, развеяны мифы, распространяемые теми людьми, которые об LTO знают только из статей в интернете.
1. Что такое LTO?
Литий титанат (АБ) – вариант литий-ионных аккумуляторов, использующий титанат лития (Li4Ti5O12) в качестве анода. Для увеличения площади анод имеет нано кристаллическое строение. Такое решение позволяет обеспечить площадь поверхности анода до 100 м2/г, по сравнению с 3 м2/г для углерода, что позволяет значительно увеличить скорость перезарядки и обеспечить высокую плотность тока. Кроме того, эти аккумуляторы имеют высокую надежность и могут работать при более низких температурах, чем классические литий-ионные (-30 °C).
Недостатком литий-титанатных аккумуляторов является более низкое рабочее напряжение (2,4 В), чем у обычных литий-ионных, имеющих стандартное напряжение 3,7 В.
2. Как скоммутировать литий титинат и виды коммутации АБ?
Сколько АБ обычно установлено в гражданском автомобиле? Кто то скажет одна, ну две максимум. В моем авто на данный момент установлено 12 Аккумуляторов или 2 АБ. По сути так и есть. Т.к. у одной «банки» (отдельно взятой АБ LTO) рабочее напряжение в среднем 2,3 В-2,4 В, то для коммутации в авто, для достижения рабочего напряжения необходимо соединить последовательно 6 отдельно взятых аккумуляторов.
Данное соединение характеризуется тем, что суммарное напряжение АБ увеличивается кратно количеству используемых аккумуляторов. Т.е. 6 аккумуляторов по 2,3 В дает суммарное напряжение секции при последовательном соединении 13,8 В. Кто еще не понял в чем различия прикладываю схему. Как можно заметить. «плюсовой» токовывод одной АБ соединяется с «минусом» токовывода другой АБ и так далее.
Две такие сборки с емкостью 30Ач и напряжением 13,8 В я соединил параллельно, т.е. главный «плюсовой» токовывод одной секции соединил с другим главным «плюсовым» токовыводом другой секции, аналогично поступил с минусом. Хотя его можно было и не протягивать т.к. есть любители «брать минус» с кузова. В случае с титанатом хватает одной протяжки провода.
3. Как защитить соединение АБ?
Т.к. две секции разнесены по разным частям авто (одна АБ установлена в багажнике, а другая под капотом в штатном месте) – то в обязательном порядке необходимо защитить соединение предохранителями. Предохранители должны быть, установлены не дальше 30 см от АБ, как задней, так и передней. Что же дает такая защита и зачем устанавливать два предохранителя. В первую очередь стоит отметить, что предохранитель защищает не потребитель тока, а провод. Два предохранителя обеспечат разрыв сети, в случае короткого замыкания, как от первой АБ, так и от второй, предотвратив возможность нагрева и возгорания кабеля, протянутого по салону.
4. Что нужно сделать перед коммутацией литий титаната?
Как сказано выше, каждая взятая «банка» литий титаната – это отдельно взятый аккумулятор. У каждой «банки» есть свои характеристики, перед зарядкой всех «банок» рекомендуется уравновесить их заряд до одинаковых величин. Для этого необходимо подключить 6, 12, 18 или более кратное количество «банок» вместе параллельным соединением. Это можно сделать при помощи обычного провода. Я использовал акустический провод 1,5 мм, плюс одной «банки» был подсоединен к плюсу другой «банки», так же нужно сделать с минусовыми выводами. Напряжение от более заряженной «банки» будет распределяться на менее заряженные «банки», как следствие напряжение уравнивается. Процесс не быстрый, все зависит от разбега напряжения в «банках». Я оставлял на ночь.
5. Чем соединять «банки» между собой?
Начнем с минусов. В отличие от литий железофосфата, у которого используются медные токовыводы, у титаната они алюминиевые. Как следствие для соединения «банок» необходимо использовать алюминиевые шины, которые в свою очередь обладают более плохими токопроводящими качествами, чем медь из-за большего удельного сопротивления практически в два раза: алюминий 0,027 Ом·мм²/м, медь 0,018 Ом·мм²/м. Так же стоить помнить, что при соединении токовыводов с кабелем лучше всего использовать облуженые кабельные наконечники, во избежание окисления.
12. Что такое балансир? Нужно ли его устанавливать?
Балансир это небольшая плата, которая подключается на литий и позволяет осуществлять контроль за напряжением отдельных «банок». Как было сказано выше у каждой «банки» LTO есть некоторые различия во внутреннем сопротивлении. От этого одна «банка» с бо’льшим сопротивлением берет заряд хуже нежели «банка» с меньшим сопротивлением. Как следствие в процессе эксплуатации может произойти разбег в напряжении «банок» (перезаряд или недозаряд). Собственно с помощью балансира можно этого не допустить. В основном применяются пассивные балансиры, работающие автоматически.
Вопрос нужен балансир или нет, на самом деле спорный. Все зависит от продавца лития. Я при покупке требовал от продавца комплектовать «банки» с примерно одинаковым внутренним сопротивлением, что позволило избежать проблемы разнозаряженности «банок». Вместе с тем, балансиры на каждую секцию были установлены.
В качестве эксперимента я проездил больше 3 месяцев на АБ без балансира, после чего замерил напряжение в каждой «банке». Значение напряжения варьировались с 2,33 В до 2,41 В (разница не критичная).
13. Как правильно установить балансир
Все нюансы были отображены в схеме, добавлю от себя, что достаточно провода 0,75 мм (я использовал ПВ-3).
14. Стоит ли дополнительно защищать банки LTO?
В качестве изоляции корпуса в LTO использована тонкая синяя пленка, которая легко повреждается. Так что да, для себя я выбрал дополнительную защиту в виде плотной термоусадочной трубки.
15. Сколько секций LTO можно соединить?
Сколько угодно все зависит от целей и бюджета. Главное, чтобы в секции число банок было 6.
Для моей системы с моноблоком в 4 кВт достаточно две секции по 30А ч.
16. Максимальный просад системы с установленным LTO?
Ниже 13,9 В не видел, при почти максимальных возможностях системы!
17. Какая цена?
Цена в сравнении с кислотными АБ выше, в сравнении с такими монстрами AGM, как Stinger и XS Power значительно ниже. Одна банка LTO стоит 2 000 руб. – 2 500 руб., балансир 2 000 руб., шины 300 руб. и того 1 секция в среднем 14 300 руб. и выше.
18. Нужно ли менять генератор на более продуктивный?
Нужно, но не обязательно. Мне хватает штатного обслуженного генератора 110А.
19. Можно ли соединять секции титаната различной емкости?
Да можно, но есть нюанс. Для примера
У нас есть 12 банок: 6 банок емкостью 40Ач, 6 банок 30 Ач. Необходимо соединить по 2 банки в пары, всего 6 пар. Каждая пара параллельное соединение (на выходе 2,4В и 75 Ач). Затем пары соединить последовательно (на выходе 14,4 В и 75 Ач).
20. Стоит ли покупать Титанат у частных лиц («С рук»). И на что обратить внимание?
Да можно, но при этом стоит оценить все риски заранее. Стоит понимать, что когда вы покупаете ЛТО у проверенного продавца, который занимается этим не первый год, вероятность купить качественный товар выше, чем вы купите ЛТО с рук. Для продавца важна в первую очередь не выручка, а общественное мнение. Попросту говоря, частник продал одну или две секции и слилися, а продавец живет этим. Стоит ли экономить пару тысяч решать вам.
Так на, что же все таки обратить внимание?
— В первую очередь на внешний вид банок. Изоляция не должна быть повреждена.
— Состояние шпилек. Не редко хозяева ЛТО перетягивают гайки, закручивая шины. Материал шпилек — алюминий и сломать их не составляет труда. Ремонтные пильки без углублений в центре и если приглядеться, можно увидеть место соединения.
— Состояние клапанов на секции. Они должны быть закрыты, взорванные клапана, говорят о смерти банки.
Наткнулся недавно на пост о продаже титаната: «Всем привет, продам литий титонат 55А, состояние 5/5, за подробностями в лс. Свердловская область.Могу отправить любой компанией к вам, за ваш счёт». Фото взорванной секции прилагаются, а так 5 из 5.=D
Электроканистра на 4кВт, литий-титанат
Так вышло, что к машине я сразу же прикупил мощный аккмулятор на 4кВт и инвертор МАП Энергия номиналом 2кВт — автономное питание требовалось для выездной работы.
Конечно, можно было замутить автономное питание от ВВБ машинки, но mi-ev powerbox по доступной цене и наличию отсутствовал, а использовать российский аналог (РАЗМАХ-6000 [6кВт, 60-380VDC]) мне не очень хотелось, да и было некогда, сезон работы был на носу!
Решено было приобрести литий-титанатные акб 66260 на 55ah каждый, 30 штук. Покупал на таобао.
Далее, вся ячейки были запараллелены для «выравнивания напряжения», сгруппированы особым образом и при помощи электротехнической шины объединены в блоки:
В теории, емкость аккумулятора получилось такой: 55ah*2.4v*30шт=3960Ватт * (КПД инвертора для перевода в 220 — 90%) = 3564Ватт.
На практике емкость не замерял, но для работы хватает. Загрузил в миникабчик и подключил к кислотному АКБ через автомат на 63 ампера, при необходимости «завожу» электромобиль и он подзаряжает эту махину.
Теперь у меня всегда с собой есть 220 вольт @ 2кВт.
Что до использования в качестве электроканистры — не получается. Вернее, заряд идет, но скачкообразно и по моим подсчетам кпд такой зарядки что-то в районе 50%, так как высадив 3,5кВт в зарядку машины, по пробегу добавляется около 17км. Почему так — не пойму.
Видео
Mitsubishi Minicab 2012, двигатель электрический, 41 л. с., задний привод — аксессуары
Машины в продаже
Комментарии 16
Почему все выбирают титанат для самодельных сборок? А если обычные 18650 использовать для сборки? Дороже будет?
Титанат надежнее, посмотрите характеристики в интернете, он кратно отличается от обычного лития:
1. Долговечностью
2. Токоотдачей и токоприемом (заряжается бОльшими токами)
3. Морозостойкостью
Много инфы на форуме electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=44402.0
А можно ссыль на тао, где брали?
Приветствую! Я как получу свой титанат соберу его и проверю с ПРОГРЕСС-24-6000-HYBRID если потянет отпишусь. Кстате нашел не доророй лифер t-b.ru.com/catalog/product/543760112868/#.W3w08GVXrwK, но с тао дел не имел больно недорого. Если не сложно скинь ссылку на титанат 55
Здравствуй! Дело в повышайке, в багажном отсеке миника стоит контроллер если можно его так назвать заряда батареи. Начиная с 110 вольт он повышает напряжение до 418(максимальное значение в конце цикла заряда) вольт это напряжение необходимое для заряда ввб, соответственно и чем меньше ему дают, тем больше потери на подъем. Кстати если заряжать 80 вольтами то при зарядке ввб на 75 процентов, авто прерывает процесс заряда, так как повышающий механизм миника обладающего 16 квт ввб просто не в состоянии поднять напряжение для дальнейшего заряда. Стоит поставить 110 вольт и батарея забивается полностью. Возможно данный процесс зависит от емкости ввб. Попробуй использовать электроканистру через латр поставив напругу 110-120 вольт. Отпишись, очень интересно ведь я не обладаю такой электроканистрой, но опыт необходим. Скачкообразный заряд идет еще в случае слабого нуля(недостаточной емкости питающего элемента) при этом кирпич то включается в режим заряда, то вырубается и горит только зеленый, происходит с интервалом в полсекунды этот процесс. Думаю через латр все получится.
Добрый день!
Пробовал через латр, ниже 100 вольт на моем заряднике-кирпиче загорается ошибка и зарядка вообще не идет.
На кирпиче написано 15А 200V. Если поставить 110В, то зарядка идет, но ток уж совсем вялый, по-моему 700 ватт-час заряжает, но зарядка все равно скачкообразная, причина я думаю в инверторе МАП.
Дело в том, что при включении в розетку инвертора машина начинает постепенно набирать мощность зарядки, напряжение на инверторе начинает проседать. Видя, что напряжение проседает, кирпич начинает сбавлять мощность зарядки, а МАП, в свою очередь, — поднимать выходное напряжение (он его корректирует до заданного уровня, в случае, если оно проседает от нагрузки). В итоге кирпич видит, что напряжение выравнялось — увеличивает силу тока, напряжение опять проседает и все повторяется по новой, получаются «качели».
Кстати, кирпич, у меня уж какой-то дурной, если его воткнуть в качественную розетку, то максимум, что у меня получалось выжать — 1квт/ч, причем напряжение в розетке 210-230 вольт и не проседает, а вот если в ту же самую розетку воткнуть МАП, а кирпич уже в МАП, то мощность вырастает до 2.8квт/ч (в режиме трансляции сети). В инструкции к МАП сказано, что он немного «чистит» сеть от помех, так что я грешу все-таки на свой кирпич.
А мой кирпич из розетки 230в на прямую жарит около трех киловатт, то же надпись на кирпиче 200в, 15а. Похоже да, у вас проблема в кирпиче имеется, ну а про качели кирпича с инвертором все верно написали, однозначно так и есть, это уже проходили, такая же муть будет если от бензинового генератора до 3квт мощности заряжать, в роли инвертора будет генератор у него есть определенная инерционность и решает эту проблему латр выставленный на 110вольт он позволяет более плавно нагружать генератор, но с инвертором похоже это не прокатит)))
Разобрался я со своим кирпичем, он у меня без заземления отказывается нормально работать. МАП землю на ноль похоже «садит», поэтому через него зарядник тянет 2.8кВт, а розетка уличная у меня без заземления, поэтому когда напрямую включаю (кирпич в розетку), то 500-600 ватт-час заряд идет всего.
Ну а если ноль с розетки на заземление кинуть то все норм будет? Ради эксперимента
Да, тогда норм, главное фазу на землю не кинуть)
Ну в кирпиче проблему найти не вопрос там все просто, главное чтоб точно он а не блок управления зарядом. Вскрывай кирпич прослеживай цепи, ноль машине необходимо вернуть иначе п***** блоку заряда то бишь контроллеру. Если есть где взять на время другой кирпич- как вариант попробовать через него позаряжать чтоб точно выяснить где собака зарыта.
Да, тогда норм, главное фазу на землю не кинуть)
Может есть смысл перераспределить титанат с 5 ячеек на 6. Я поставил вместо штатной 12в сборку из 6 ячеек, а на крышу закинул солнечную панель. У миникаба напряжение поддержания сети при включенном зажигании и при зарядке 14,3v при 5 ячейках 2,85 на ячейку, а это выше допустимого быстрей умрет.
у меня 5 в параллель, 6 последовательно, максимальное напряжение 16,8 вольт
Разобрался я со своим кирпичем, он у меня без заземления отказывается нормально работать. МАП землю на ноль похоже «садит», поэтому через него зарядник тянет 2.8кВт, а розетка уличная у меня без заземления, поэтому когда напрямую включаю (кирпич в розетку), то 500-600 ватт-час заряд идет всего.
Это косяк штатной зарядки с плаваньем мощности заряда на дроме расписано. У меня с ПРОГРЕСС-24-6000-HYBRID китайский дуосид идет четко 16а.
LTO аккумулятор вместо штатного
Статья обновлена: 2020-12-17
Литий-титанатные «банки» – это относительно новый подвид Li-ion элементов питания, анод которых производится из титаната лития (Li4Ti5O12). Этот материал имеет нанокристаллическую структуру и увеличивает эффективную площадь поверхности анода до 100 м 2 /г, в то время как у углеродных анодов этот параметр равен 3 м 2 /г. Применение литий-титаната увеличивает удельную емкость аккумуляторов на 60%,обеспечивает стабильность поверхности, отличную проводимость и высокую плотность тока.
Литий-титанатные аккумуляторы быстро заряжаются, имеют огромный циклический ресурс (порядка 20 000 циклов), малое внутреннее сопротивление и широкий диапазон рабочих температур. У них малый саморазряд, высокий уровень взрыво- и пожаробезопасности. Все эти качества обеспечивают LTO аккумуляторам растущую популярность и интерес покупателей. Сфера их применения постепенно расширяется, и все чаще LTO батареи используются в бытовой технике, персональном электротранспорте и различных энергосистемах.
Характеристики LTO аккумуляторов
Планируя использовать литий-титанат вместо штатной АКБ, примите во внимание отличия в характеристиках:
2,3 В (бывает от 2 до 2,4 В)
Максимальное напряжение (в заряженном состоянии)
4,2 В, у высоковольтных моделей – до 4,4 В
Минимальное напряжение (в разряженном состоянии)
2,5 В, у высоковольтных моделей – до 3 В
Более 20 000 циклов
Длительность быстрой подзарядки
Допустимые токи разряда относительно емкости С
до 10С, кратковременно – до 30С
Оптимальный – до 1С;
импульсный – до 50С.
Диапазон рабочих температур
От −20 до +50 C при зарядке,
от −40 до +60 C при разрядке.
От −20 до +60 C (оптимально +23 C). Зарядка – только при плюсовых температурах.
От −30 до +55 C. Зарядка – только при плюсовых температурах.
Пожаро- и взрывобезопасность
Сравнение характеристик
По допустимым токовым нагрузкам и стабильности работы в проблематичных метеоусловиях LTO аккумуляторы сопоставимы с литий-железо-фосфатными элементами и выигрывают у остальных Li-ion моделей. По циклическому ресурсу, скорости зарядки и температурному диапазону литий-титанат значительно превосходит конкурентов. Он даже допускает возможность подзарядки на морозе, что недопустимо для остальных Li-ion элементов.
С другой стороны, литий-титанат уступает остальным литий-ионным аккумуляторам по рабочему напряжению и удельной энергоемкости. Поэтому для сборки аккумуляторной батареи с идентичными значениями вольтажа и емкости LTO элементов потребуется больше (по объему и весу), чем LiFePO4 или Li-ion других типов.
Использование LTO аккумуляторов вместо штатных
Литий-титанатные АКБ можно использовать вместо штатных батарей в различных сферах, особенно – когда к источникам питания выдвигаются строгие требования по надежности и безопасности. В частности, LTO батареи используются для хранения, накопления и отдачи энергии, обеспечивая питание:
При сборке батареи используется схема, соответствующая необходимым значениям напряжения и емкости. Для суммирования напряжения аккумуляторы соединяются последовательно. Так, для получения вольтажа 24 В нужно последовательно соединить 10 LTO аккумуляторов номинальным напряжением 2,4 В (схема сборки 10S), для получения АКБ на 36 В – 15 таких элементов (схема 15S), для получения батареи на 48 В – 20 аккумуляторов (схема 20S).
Резюме
Литий-титанатные АКБ способны стать выгодной заменой штатных батарей во многих сферах. Но из-за низкого рабочего напряжения и меньшей удельной энергии (по сравнению с обычными Li-ion элементами) они не подходят для вариантов использования, в которых на первый план выходит снижение объема и массы элементов питания. В частности, литий-титанат проблематично использовать для оснащения электротехники, ноутбуков и смартфонов.
В предыдущей статье нашего блога рассмотрены возможные причины, почему не заряжается литий-ионный аккумулятор.