LiFePO4 для электротранспорта и силовых систем техники

Что требует от батареи транспорт

Ячейки LiFePO4 для электротранспорта работают в режиме, который тяжелее, чем у стационарного накопителя. Погрузчик за смену сотни раз трогается с грузом, коммунальная машина постоянно останавливается и разгоняется, у гибрида батарея отдаёт мощность на каждом ускорении и принимает её при торможении. Ток меняется ежесекундно, а батарея должна держать напряжение, иначе машина теряет тягу, а контроллер уходит в защиту на подъёме или на старте с полной загрузкой.

Обычные литиевые батареи в таком режиме быстрее стареют: на каждом пике растёт нагрев, а частые пуски и остановки ускоряют деградацию. Ячейки Winston LYP держат ровное напряжение при больших токах: номинальный ток 0,5 C, постоянный разряд до 3 C, импульсный до 10 C. Подробно о том, почему просадка напряжения так важна для силовых систем, мы рассказываем в статье «Просадка напряжения при больших токах».

Безопасность в транспорте

Техника работает рядом с людьми: на складе, на улице города, в аэропорту, в цехе. Батарея в ней испытывает удары, вибрацию и бывает повреждена при столкновении. Для таких машин безопасность химии важнее рекордной энергоёмкости.

• Нет теплового разгона. Катод LiFeYPO4 не выделяет кислород при нагреве, а электроды на водном связующем вместо PVDF устойчивее к перегреву. Повреждённая ячейка может вздуться, но не загорается.
• Пластиковый корпус. Не проводит ток и не ржавеет: случайное касание корпуса ячейки и рамы не даёт замыкания, а реагенты с дороги не разъедают корпус.
• Работа в широком диапазоне температур. Разряд от −45 до +85 °C: машина выезжает из холодного бокса зимой и работает рядом с горячим двигателем летом.

Где применяют ячейки LYP

• Складская техника: электропогрузчики, штабелёры, тягачи, электротележки.
• Коммунальная и аэродромная техника: подметальные машины, машины для уборки территорий, буксировщики багажа и тележек.
• Гибриды: мягкие гибриды с бортовой сетью 48 В и машины с увеличителем запаса хода, где двигатель внутреннего сгорания только заряжает батарею.
• Спецтехника и промышленный транспорт: шахтные и карьерные машины, электрокары для территорий предприятий, парков и баз отдыха.
• Запуск двигателя: литиевые стартерные батареи Winston 12 В для легковых машин, грузовиков, тракторов и катеров - смотрите раздел стартерных батарей.

Расчёт: три машины

Электропогрузчик 48 В. Стоит свинцовая тяговая батарея 48 В 625 Ач массой около 1100 кг: 30 кВт·ч, из которых при разряде на 80 % доступно 24 кВт·ч. Литиевая замена - 16 ячеек TS-LTHP500AHA: 25,6 кВт·ч и 18 кВт·ч доступной энергии при глубине разряда 70 %. Недостающее за смену добирают короткими подзарядами в обеденный перерыв - литий-железо-фосфату это не вредит, в отличие от свинца. Масса ячеек - 208 кг, поэтому около 900 кг нужно вернуть балластом: батарея погрузчика одновременно служит противовесом.

Коммунальная машина 72 В. Пиковая мощность 25 кВт, работа 5 часов со средней мощностью 2 кВт - 10 кВт·ч. Двадцать четыре ячейки WB-LYP200AHA дают 76,8 В × 200 Ач = 15,4 кВт·ч, и за смену батарея разряжается на 65 %. Пиковый ток 325 А - это 1,6 C, почти вдвое ниже допустимого длительного тока. Масса ячеек - 190 кг.

Мягкий гибрид 48 В. Здесь важна мощность, а не ёмкость: стартер-генератор помогает двигателю при разгоне 10-15 секунд и возвращает энергию при торможении. Шестнадцать ячеек WB-LYP40AHA весят 26 кг и запасают 2 кВт·ч, а импульсный ток 10 C - это 400 А, около 20 кВт на разгоне.

Рекуперация, заряд и зима

Каждое торможение с рекуперацией - это короткий заряд большим током. Его настраивают так, чтобы ток не выходил за допустимый для выбранной ячейки, а напряжение каждой ячейки не поднималось выше 3,65 В. Чем крупнее ячейка, тем легче она принимает рекуперацию: 50 А для ячейки 40 Ач - это больше 1 C, а для ячейки 200 Ач - всего 0,25 C.

Отдельно о морозе. Ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, и это относится к рекуперации так же, как к зарядному устройству. Машина, которая ночует в неотапливаемом боксе, утром спокойно выезжает и сразу принимает ток рекуперации и заряд от генератора. Порог низкотемпературной защиты системы управления батареей (BMS) для ячеек Winston ставят по их диапазону, от −45 °C, а не по нулю градусов, как обычно делают для LiFePO4. На сильном морозе ёмкость и отдача тока ниже, поэтому батарею для зимней работы считают с запасом. Как ведут себя ячейки на холоде, мы разбираем в статье «LiFePO4 на морозе».

Сборка для техники

• Ячейки стягивают пластинами, блок крепят к раме через виброизолирующие опоры.
• Шины и кабели рассчитывают на пиковый ток, клеммы затягивают с нормированным моментом и проверяют после первого месяца работы.
• Система управления батареей пропускает пиковый ток машины, контролирует каждую ячейку и связана с контроллером двигателя, чтобы снижать мощность плавно, а не обрывать питание на ходу.
• Тяговую батарею отделяют от бортовой сети 12 или 24 В преобразователем DC-DC.

Если ваша машина работает без водителя, посмотрите также страницу о роботах и мощных платформах. Инженеры АйПи помогут подобрать ячейки под вашу технику: пришлите напряжение контроллера, пиковую мощность и режим работы.