Литий титанат аккумулятор в машину
Аккумулятор на базе литий-титаната Toshiba SCIB
В продолжение темьі с титанатом лития, сделал новьій аккумулятор на основе ячеек Toshiba SCIB 23 А*ч в формате 6S2P (12 ячеек, 6 последовательно соединенньіх пар).
Дискуссия по-поводу вьібора варианта 5S или 6S ведется тут. Тут-же можно почерпнуть информацию относительно технологии соединения ячеек в батарею.
Тут есть информация о кривой разряда ячейки 20 А*ч. Исходя из нее и вьібрал себе вариант батареи в 6 последовательньіх пар ячеек.
Мой генератор зимой вьідает 14,7 вольт, летом 14,4. То есть зимой на ячейку приходится 2,45 вольт, летом 2,4. Судя по графику, потеря емкости при заряде зимой составит 16%, летом 23%. Итого, из заявленньіх 46 А*ч у меня останется 38,46 А*ч зимой и 35,42 летом. Как по мне, лучше так, чем постоянно перезаряжать ячейки до 2,95/2,88 вольт зимой/летом соответственно.
Ячейки покупал на ТаоБао, с доставкой на склад meest.cn и затем в Одессу поездом — дешево и сердито, хотя и долго — под 40 дней. Чтобьі не попасть на таможенную пошлину, разделил заказ на 2 посьілки. Первая партия пришла без нарезанной резьбьі, вторая уже с нарезанной, причем брал у одного и того-же продавца.
Нарезал резьбу М4 по инструкции с форума, поставил стопорньіе винтьі (долго искал — у нас они назьіваются гужон) на неразьемньій фиксатор резьбьі.
Шину из АД0 не нашел, в интересующем меня размере 2х15 или 2х20 бьіла только анодированная из АД31. Пришлось дополнительно зачищать анодирование дремелем.
Перед сборкой все ячейки неделю отстаивались, соединенньіе между собой, для вьіравнивания напряжения.
Попутно посмотрел, что у них с саморазрядом — все отлично. За неделю напряжение упало на 1,5 мВ.
Собирал на двухсторонний пористьій скотч, после чего намечал места для отверстий в шине.
Между сборкой аккумуляторов и крьішкой корпуса с клеммами кинул 4 жильі по 4 кв. мм. на каждьій полюс — итого получилось 16 кв.мм. ПУЕ говорит, что єтого достаточно для длительного протекания тока в 160 ампер. Провода обжал наконечниками из луженой меди, и дополнительно пропаял.
Корпус взял там-же на ТаоБао — вьішел вдвое дешевле, чем на Али. Единственно но — он слишком вьісокий для єтой сборки, но по длине-ширине подходит нормально. Более низких корпусов я не нашел, а хотелось сделать так, чтоб готовое изделие ничем не отличалось от аккумулятора заводского изготовления, и, соответсвенно, не привлекало внимания.
Аккумуляторньіе клеммьі китацьі продают двух видов — с отверстием в теле клеммьі и с болтом с заявленной резьбой под М8 (по факту — 3/8 дюйма!). Резьба на крьішке аккумулятора бьіла под М6, поєтому вьібрал вариант с клеммой с отверстием, так как не бьіл уверен в простоте обработки болта на клемме. Сейчас-бьі уже взял с болтом — обрабатьівается нормально. На станке из болта-нержавейки М10 вьіточил переходник М6 — М10. В клеммах нарезал резьбу М10. С нижней стороньі провода от батареи подключил нержавейкой-болтом М6. Все болтьі сажал на шайбу+гровер.
Перед установкой в корпус провел нагрузочное тестирование «кипятильником».
Без нагрузки напряжение на батарее бьіло 12,8 вольт (2,13 вольт/ячейку). При нагрузке в 85 ампер напряжение просело до 2,05+-0,005 вольта на ячейку — для проверки качества сборки проверил напряжение на каждой паре ячеек. Воду до кипения не доводил — пластик не вьідержал-бьі.
После теста зарядил сборку до 14 вольт для установки в машину.
В процессе зарядки менял ток от 5 до 20 ампер (больше не позволяет блок питания :-(), для хотя-бьі примерного определения внутреннего сопротивления сборки. Напряжение измерял Fluke 189 — он дает 4 цифрьі после запятой с точностью 0,025%. Клещи АТК-2200 таким похвастаться не могут — в моем диапазоне их погрешность составляет +-0,8 ампера. Проведя около 6 измерений получил диапазон 4 — 8 мОм, в котором находится внутреннее сопротивление всей сборки. Паспортное внутреннее сопротивление одной ячейки 0,5 мОм, соответственно только сборка имеет внутренее сопротивление 1,5 мОм, остальное теряется на контактах.
После размещения батареи внутри корпуса, уплотнил все щели упаковочньім материалом от серверов — он жесткий и в то-же время достаточно упругий. Сверху тоже проложил, для разделения + и — вьіводов. Крьішку обклеил по периметру двухсторонним скотчем. На клей пока сажать не буду.
Установка в машине заняла немного времени, благодаря бьістросьемньім клеммам.
Огромное спасибо участникам форума Електротранспорт а также уважаемому RK4CB за первоначальньій толчок в нужном направлении.
По состоянию на сейчас на ТаоБао тошибьі 20А*ч и «фугасьі» на 30 А*ч стоят примерно одинаково — в районе 100 юаней.
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.
Титанат лития в авто. SCiB 3 Ah.
Взял на пробу последнюю разработку от Тошиба.
Трехамперчасовые элементы на основе титаната лития, SCiB
Для набора в районе 12 вольт нужно 5 элементов. Ну и платы балансировки к ним.
Сразу не понравились очень маленькие места контакта, 5 на 5 мм.
Без крепления болтиками, под пайку, алюминиевые.
Ладно, припаялся, благо недавно сделал идеальный состав для лужения алюминия, идеально теперь смачивается припоем.
Собрал, все красиво)))
Но в авто на постоянку использовать не получится: максимальное напряжение 13.4 вольт. Потом идет перезаряд, балансировка начинает греться, наверно и сами элементы будут нагреваться, проверять не хочу.
Если взять 6 элементов, то они будут недозаряжены, да и балансировки не будет.
И я даже не знаю какое им применение то найти: в системах с автозарядом они не подходят. Ни в авто, ни в бесперебойники.
Только прикурить если…
Из плюсов: заряд за 1 минуту до 80% емкости, Полностью заряжаются за 5 минут.
Но! Ведь это нужно подавать ток 180 ампер! …и смысл? )))
Или даже не «смысл», а «как?!» Как зарядить этот аккум за 1 минуту? 2.5 киловатта — это ж не зарядничек для телефончика))) Хуже: генератор автомобиля не рассчитан на такой огромный ток!
В этой (www.drive2.ru/l/4045628/) заметке я давал срок в четверть века…Хм…Кажись ошибся на порядок)))
Ну хорошо. Допустим электротранспорт. Но плотность энергии у них ниже даже феррофосфата, не говоря про обычные литий-ионки\полимерки. То есть тупо большие и тяжелые получаются.
Третий положительный момент: около 40 000 циклов заряда\разряда. При потери 20% емкости. Ну крута, чо) В прямом смысле вечный аккум (если в день один цикл, тогда 40 000 / 365 дней = 109 лет. Пара стартов авто в день — за цикл не считается 😉 Так…треть цикла…)
Попробовал при 14 вольтах 5 элементов погонять.
Ничего страшного, заряда не идет, элементы не греются. Только балансиры светятся и греются.
Учитывая разрядную характеристику титаната, разницы особой не будет, если их 6 последовательно поставить.
Кстати, разрядная характеристика титаната похожа на свинцовую — наклонная. Нет явной полочки, как у ферро.
Также проверил старт при 11 вольтах — особо не отлично от полностью заряженного.
Попробовал 6 элементов на 23 ач, тоже тошиба. Сборка 16.5 вольт максимум.
При разряде от 14.4 до 11 вольт отдал емкость 18 ач.
Итого потери от максимальной емкости 5 ач.
Много. Но хлопот с этим аккумом сильно меньше будет.
1. Применено несколько решений для увеличения срока службы чисто с механической точки зрения, типа защита от коррозии, мех повреждений — срок службы то большой. 2. Несколько снижено сопротивление контактов, холодный ток 1100 А. Подумаю еще, как снизить сопротивление, хочу на 1300 А выйти. 3. Упрощен техпроцесс.
[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
Литий-Титанатный аккумулятор (LTO) вместо штатного АКБ автомобиля: плюсы, минусы
Литий-титанатные аккумуляторы (LTO) вместо штатных АКБ (свинцово-кислотных, AGM) лучше работают в мороз. Стоит ли того замена?
Узнайте плюсы и минусы перехода на LTO-аккумуляторы с точки зрения владельца автомобиля. Особенно если вы проживаете в месте, где случаются суровые зимы.
Литий-титанатные аккумуляторы действительно лучше?
Это правда. Идея заменить свинцово-кислотную автомобильную батарею на литий-титанатную в самом деле хорошая. Посмотрите сами.
Достаточно один раз зарядить LTO-аккумулятор перед установкой в авто. Больше вы не возвращаетесь к вопросу, как там поживает АКБ — всё остальное сделает генератор.
Преимущества литий-титанатного аккумулятора в автомобиле
Плюсов литий-титанатного аккумулятора (LTO) для автомобиля куда больше, чем у какой-либо другой электрохимической системы литий-ионной технологии.
1. Точно запустится зимой
2. Генератор заряжает в сильный мороз
3. Служат до 25 лет
Скажем честно, проверить ещё никому не удалось. Но многие литий-титанатные аккумуляторы отслужили в китайских электробусах с начала 2010-х до того, как ёмкость достигла 70%-80% от номинальной.
Китайскому транспорту нехватка 20% заряда критична при выполнении прежних маршрутов. При закупке новых старые аккумуляторы отправили на площадки Alibaba Group. Реализация через вторичный рынок помогает немного отбить затраты на дорогие новые ячейки.
Так в виде товара бывшего употребления литий-титанатные аккумуляторы и стали доступны всем желающим уже в середине 2010-х.
Долгий срок службы объясняется конструкцией и материалами, где уменьшены паразитные химические реакции (характерные для кобальтовых батарей, как в смартфонах и электромобилях). Например, в ячейках LTO не образуются дендриты (практически отсутствует SEI-плёнка).
Но почему тогда все не перейдут на литий-титанатные, раз они такие замечательные аккумуляторы?
Недостатки литий-титанатного аккумулятора в автомобиле
Минусы литий-титанантных аккумуляторов для автомобиля элементарные:
Связываться с эдаким ещё необкатанным DIY готовы единицы умельцев. Ведь речь заходит об электрике автомобиля. Загорится ещё, взорвётся что-то — наслышаны про эти ваши электромобили.
Конечно, литий-титанатные ячейки безопаснее свинцово-кислотного АКБ [исследование в Университете Тур во Франции], но опасаться замыкания и деформации всё-таки следует. Да и остальные причины отказаться от LTO вполне оправданы.
1. Очень дорого
Электротранспорт строится на ячейках LTO в странах Азии, в том числе и у нас в России. Технология ещё неразвита в плане производства и обходится в разы дороже других электрохимических систем. Приблизительные цены для лучшего понимания.
2. Дефицит
Купить новый LTO-аккумулятор простому автовладельцу практически невозможно. Доступны в продаже только снятые с эксплуатируемых приложений (под «приложением» понимается электротранспорт).
Хотя в 2022-м году есть поставщики ячеек с гарантированной ёмкостью. Ситуация улучшается — возможно совсем скоро вопрос дефицита будет разрешён.
3. Характеристики
Могут подойти не ко всем автомобилям и условиям эксплуатации.
Литий-титанатные аккумуляторы (LTO) отлично подходят в качестве стартерной батареи автомобиля. Но с учётом недостатков, пока не лучший выбор замены свинцовой АКБ, если говорить о массовом применении.
LTO подходят энтузиастам и поклонникам DIY, а также любителям автозвука, где штатного питания автомобиля обычно не хватает.
Для обычных пользователей электроники в настоящий момент лучшим выбором считается LiFePO4-аккумуляторы (литий-железо-фосфатные). Об их преимуществах мы рассказывали в нашей отдельной статье на примере замены в ИБП свинцово-кислотной АКБ.
Как Вы оцениваете технологию литий-титанатной батареи в качестве замены свинцовой АКБ? Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.