EN
Ātrās saites
Li-ions akumulatoriem parasti ir aptuveni 150 līdz 200 Wh/kg enerģijas blīvums, kas šos akumulatorus padara par labu izvēli, strādājot ar kompaktām 48 V sistēmām, kur vienkārši nav daudz vietas. Savukārt litija dzelzs fosfāts vai LiFePO4 izceļas ar ilgāku kalpošanas laiku uzlādes ciklu ziņā. Runa ir par vairāk nekā 2000 pilniem cikliem salīdzinājumā ar tikai 800 līdz 1200 cikliem standarta li-iona akumulatoriem, saskaņā ar pērnā gada EV litija pētījumiem. Sākotnējā cena LiFePO4 tomēr ir aptuveni par 10 līdz 20 procentiem augstāka nekā parastajiem litija jonu risinājumiem. Taču bieži tiek ignorēts fakts, ka šis papildu ieguldījums atmaksājas ilgtermiņā, jo šādi akumulatori jāmaina daudz retāk. Laika gaitā tas faktiski rezultātā nozīmē aptuveni 40 procentu ietaupījumu uz katru ciklu salīdzinājumā ar pastāvīgu jaunu li-iona komplektu iegādi.
LiFePO4 baterijās dzelzs fosfāta katods paliek stabils pat tad, kad temperatūra sasniedz aptuveni 270 grādus pēc Celsija, kas samazina bīstamu termisko izraisīšanās situāciju iespējamību. Parastām litija jonu baterijām tomēr stāsts ir cits. Saskaņā ar pētījumu, ko pagājušajā gadā publicēja Vatrer Power, šīs tradicionālās ķīmiskās vielas sāk sadalīties jau pie nedaudz vairāk kā 60 grādiem pēc Celsija. Tas rada nopietnas drošības problēmas vietās, kur ir karsts. Šīs iebūvētās stabilitātes dēļ daudzi ražotāji pāriet uz LiFePO4 savām 48 voltiem sistēmām, ko izmanto smagās tehnoloģijas aprīkojumā. Iedomājieties rūpnīcas vai būvlaukumus, kur mašīnas darbojas nepārtraukti un apkārtējā temperatūra regulāri pārsniedz 50 grādus. Baterija vienkārši turpina darboties bez pārkaršanas problēmām.
Siltuma rašanās 48 V sistēmās smagā slodzē galvenokārt rodas no trīs avotiem: iekšējās pretestības, ciklējot, Džoula sildīšanas, kad strāva palielinās, un eksotermiskajām reakcijām, kas notiek dziļas izlādes laikā. Pētījumi, kurus 2023. gadā publicēja MDPI, liecina, ka baterijām darbojoties ar 3C izlādes ātrumu, to virsmas bieži sasniedz vairāk nekā 54 grādus pēc Celsija, ja nav iesaistīta aktīva dzesēšana. Lietojumprogrammās, kurās enerģijas pieprasījums ir intensīvs, piemēram, elektrisko transportlīdzekļu palīgsistēmās, šāda nekontrolēta siltuma uzkrāšanās rada bīstamas karstas vietas visā bateriju komplektā. Šīs karstās zonas bateriju elementus nodilina daudz ātrāk salīdzinājumā ar tiem komplektiem, kuros ir pienācīga siltuma vadība, reizēm saīsinot kalpošanas laiku aptuveni par 40 procentiem vai vairāk.
Netiešā šķidrā dzesēšana, ko kombinē ar fāžu maiņas materiāliem jeb PCM, kļūst par vienu no vadošajām metodēm, lai sasniegtu gan labu efektivitāti, gan drošību jaunajos 48 voltu sistēmu modeļos, kurus mēs redzam visur šajos laikos. 2025. gadā publicētā pētījuma rezultāti žurnālā "Journal of Power Sources" parādīja patiesi interesantu atklājumu. Testējot hibrīda sistēmas, kas vienlaikus izmanto gan šķidro dzesēšanu, gan PCM, automašīnu bateriju maksimālā temperatūra pazeminājās aptuveni par 18 procentiem, darbojoties pie apkārtējās vides temperatūras 35 grādi pēc Celsija. Diezgan iespaidīgi. Arī mūsdienu termales kontroles sistēmas kļūst gudrākas. Tās spēj pielāgot dzesēšanas šķidruma plūsmu atkarībā no tieši notiekošā. Šāda dinamiska regulēšana ietaupa aptuveni 70 procentus enerģijas salīdzinājumā ar vecākiem, fiksētā ātruma sistēmu modeļiem, turklāt saglabājot temperatūras starpību starp elementiem tikai 1,5 grādu Celsija robežās. Kad par to padomā, tas ir pilnīgi saprotams.
Siltuma dizains jāpielāgo ekspluatācijas vides apstākļiem:
Modulāri šķidrie aukstuma paneļi ir kļuvuši par mērogojamu standartu, ļaujot bez problēmām paplašināt sistēmas no 5 kWh mājsaimniecības vienībām līdz 1 MWh lielām tīkla sistēmām, neveicot būtiskas termo komponentu pārprojektēšanas darbus.
2025. gadā pētnieki no Applied Thermal Engineering veica testus, izpētot, kā speciāla daudzslāņu PCM šķidrā sistēma darbojas ar 48 voltu forklītu baterijām noliktavās, kur temperatūra sasniedza aptuveni 45 grādus pēc Celsija. Rezultāti bija diezgan ievērojami. Šīs baterijas palika vēsas, uzturot maksimālo temperatūru aptuveni 29,2 grādos pēc Celsija visu ilgo astoņstundu darba maiņu. Tas ir patiesībā par 7,3 grādiem aukstāk salīdzinājumā ar parastajām baterijām bez jebkādas dzesēšanas sistēmas. Un ir vēl labākas ziņas. Gada laikā zaudētā baterijas kapacitāte dramatiski samazinājās no 15 procentiem līdz tikai 2,1 procentam. Testējot reālos apstākļos, šīs sistēmas parādīja minimālas temperatūras atšķirības — mazāk nekā 2 grādi visās 96 šūnās, pat intensīvu 150 ampēru ātrās uzlādes sesiju laikā. Diezgan ievērojami sasniegumi tiem, kas nodarbojas ar smagu bateriju ekspluatāciju.
Galvenie enerģijas zuduma avoti 48 V sistēmās ietver iekšējo pretestību, kuras apjoms svārstās no 3 līdz 8 procentiem, kā arī aptuveni 2–5 procentus siltuma izkliedes zudumu katrā lādēšanas ciklā, neminot nepatīkamās neefektivitātes elektrodu saskarnēs. Ja lādēšana tiek veikta nepareizi, Oma zudumi var palielināties par papildus 12 procentiem salīdzinājumā ar labi balansētām lādēšanas metodēm, kā liecina dažas nesenās pētījumu analīzes par litija jonu akumulatoru optimālu lādēšanu. Ikdienai, kas strādā ar augstas jaudas pielietojumiem, piemēram, elektrisko transportlīdzekļu piedziņām, šāda veida zudumi ir īpaši svarīgi, jo pastāvīgā ātrā cikliskā slodze laika gaitā materiālus nodilina ātrāk.
Bateriju vadības sistēmas šodienas pasaulē padara procesus efektīvākus, jo tās gudri regulē strāvas plūsmu. Tas palīdz samazināt nepatīkamos pretestības zudumus to maksimālajos apgabalos par 18 līdz 22 procentiem. Tās arī precīzi balansē elementus, uzturot spriegumu atšķirību visos elementos vienīgi 1,5%. Un, kad ārpusē kļūst aukstāks, šīs sistēmas kompensē temperatūras izmaiņas uzlādes laikā, lai neizveidotos litija plākšņu veidošanās problēmas. ņemot vērā pētnieku atklājumus, baterijas, kas izmanto daudzpakāpju pastāvīgas strāvas pieeju, patiešām zaudē mazāk kapacitātes laika gaitā. Testi ar 48 V LiFePO4 sistēmām parādīja aptuveni par 16,5% mazāku degradāciju salīdzinājumā ar vecākiem uzlādes kontroles paņēmieniem. Nav brīnums, ka arvien vairāk uzņēmumu pāriet uz šādām modernām sistēmām ilgtspējīgākiem enerģijas risinājumiem.
Mainīgās slodzes robotikā un atjaunojamās enerģijas mikrotīklos rada efektivitātes izaicinājumus:
| Slodzes raksturojums | Efektivitātes ietekme | Riska mazināšanas stratēģija |
|---|---|---|
| Augsti strāvas impulsi (≥3C) | 8–12% sprieguma kritums | Ultrazemas ESR kondensatori |
| Frekvences svārstības (10–100 Hz) | 6% viļņveida zudumi | Aktīva harmoniku filtrēšana |
| Periodiski bezdarbības periodi | 3% pašizlāde/stunda | Dziļās miega BMS režīmi |
Telekomunikāciju rezerves sistēmas dati rāda, ka slodzes regulēšana palielina iekraušanas/izkraušanas efektivitāti no 87% līdz 93% 48 V litija baterijās un samazina siltuma pārvaldības enerģijas patēriņu par 40%.
Kapacitātes zudums 48 V bateriju sistēmās notiek galvenokārt trīs iemeslu dēļ: cietā elektrolīta starpslāņa slāņa augšana, litija nogulšņu veidošanās uz elektrodiem un fizisks spriegums, ko rada materiālu pastāvīgā izplešanās un saraušanās lādēšanas ciklu laikā. Kad temperatūra paaugstinās, šie nevēlamie ķīmiskie procesi strauji paātrinās. Pagājušajā gadā publicētie pētījumi parāda, ka, ja ekspluatācijas temperatūra paaugstinās par 10 grādiem Celsija virs 30 grādiem, reižu skaits, cik bateriju var uzlādēt pirms tās iziet no darba kārtības, samazinās par pusi. Automobiļu ražotājiem, kas saskaras ar reālas braukšanas apstākļiem, šis mehāniskais nodilums laika gaitā kļūst vēl lielāks, jo transportlīdzekļi baterijām ceļā pakļauj dažādas vibrācijas un pēkšņas slodzes izmaiņas.
48 V bateriju darbināšana 20%–80% uzlādes stāvokļa (SOC) diapazonā samazina SEI veidošanos par 43% salīdzinājumā ar pilnu ciklēšanu. NREL 2023. gada analīze noskaidroja, ka 0,5C uzlādes ātrums (3 stundas uzlāde) saglabā 98% sākotnējās jaudas pēc 800 cikliem, salīdzinot ar 89% saglabāšanu pie 1C.
| Uzlādes ātrums | Cikli līdz 80% jaudai | Gadā zaudētā jauda |
|---|---|---|
| 0,3C | 2,100 | 4.2% |
| 0,5c | 1,700 | 5.8% |
| 1,0C | 1,200 | 8.3% |
Tabula: uzlādes ātruma ietekme uz 48 V litija jonu bateriju kalpošanas ilgumu (NREL 2023)
Ātrā uzlāde ar 1C noteikti saīsina gaidīšanas laiku, taču tai ir arī trūkums: baterijas iekšienē parasti kļūst karstākas par aptuveni 55 līdz 70 procentiem salīdzinājumā ar lēnāko 0,5C ātrumu. Tomēr nesen veikts 2024. gada komerciālo enerģijas uzglabāšanas sistēmu pārskats atklāja kaut ko interesantu. Tika izmēģināta metode, kad uzlāde notika pilnā ātrumā (1C), līdz sasniegts aptuveni 70% uzlādes līmenis, pēc tam ātrumu samazinot līdz tikai 0,3C. Pēc 1200 uzlādes cikliem šī metode saglabāja aptuveni 85% no sākotnējās jaudas, kas faktiski ir diezgan tuvu tam, kas notiek ar ļoti piesardzīgām lēnām uzlādes metodēm. Un šeit ir būtisks aspekts — ja šīm sistēmām ir efektīva siltuma vadība, kas spēj samazināt temperatūru vismaz par 30%, daļēja ātrā uzlāde sāk izskatīties kā saprātīgs kompromiss starp vēlmi uzlādēt ātri un nodrošināt ilgāku bateriju kalpošanas laiku.