EN
Brzi linkovi
Литијум-јонске батерије обично имају густину енергије од око 150 до 200 Wh/kg, због чега су добар избор за компактне 48V системе где је простор ограничени. Са друге стране, литијум гвожђе фосфат или LiFePO4 истиче се по много дужем веку трајања кроз циклусе пуњења. Говоримо о више од 2000 потпуних циклуса у поређењу са само 800 до 1200 циклуса код стандардних литијум-јонских батерија, према истраживању из прошле године о литијумским батеријама за електромобиле. Почетна цена за LiFePO4 је грубо за 10 до 20 процената већа у односу на обичне литијум-јонске опције. Међутим, оно што људи често занемарују јесте да се ова додатна инвестиција исплати на дуже стазе, јер се ове батерије замењују значајно ређе. На тај начин, дуже време доводи до уштеде од око 40 процената по циклусу у поређењу са сталним куповинама нових Li-јон пакета.
Gvožđe-fosfatni katoda u baterijama LiFePO4 ostaje stabilna čak i kada temperature dosegnu oko 270 stepeni Celzijusovih, što smanjuje mogućnost opasnih situacija termičkog vrludanja. Uobičajene litijum-jonske baterije pričaju drugačiju priču. Prema istraživanju koje je prošle godine objavila Vatrer Power, ove tradicionalne hemijske kompozicije počinju da se raspadaju već na malo preko 60 stepeni Celzijusa. To stvara ozbiljne probleme sa sigurnošću na mestima gde su temperature visoke. Zbog ove ugrađene stabilnosti, mnogi proizvođači prelaze na LiFePO4 za svoje 48V sisteme koji se koriste u teškim mašinama. Zamislite fabrike ili gradilišta gde mašine rade non-stop i gde se ambijentalne temperature redovno penju iznad 50 stepeni. Baterija tada nastavlja da radi bez problema pregrevanja.
Генерисање топлоте у 48V системима под великим оптерећењем настаје највише из три извора: унутрашњег отпора приликом циклирања, Џуловог загревања када струја расте, и егзотермних реакција које се дешавају током дубоких испражњења. Када батерије раде на стопи испражњења од 3C, њихове површине често достижу преко 54 степена Целзијуса ако није укључено активно хлађење, према истраживању објављеном од стране MDPI-ја 2023. године. За примене са интензивним захтевима за снагом, као што су помоћни системи у електричним возилима, ова неконтролисана термичка акомулација ствара опасне тачке прегревања по целом сету. Ове вруће зоне деградирају ћелије батерија много брже него што се дешава у сетовима са одговарајућим управљањем температуром, понекад скраћујући век трајања за око 40 процената или више.
Комбинација индиректног течног хлађења са материјалима који прелазе из једног агрегатног стања у друго, познатим као PCM, постаје једна од најбољих метода за постизање високе ефикасности и сигурности у новим 48-волтним системима које свуда видимо ових дана. Истраживање објављено у часопису Journal of Power Sources још 2025. године показало је нешто веома занимљиво. Кад су тестирани хибридни системи који користе течно хлађење и PCM заједно, максималне температуре су се снизиле око 18 процената код аутомобилских батерија које раде у условима спољашње температуре од 35 степени Celзијуса. Прилично импресивно. Модерни системи термалне контроле постају и паметнији. Они могу да прилагоде проток хладњака у зависности од тренутних услова. Ова динамичка прилагодба штеди око 70 процената енергије у поређењу са старијим системима фиксне брзине, истовремено одржавајући разлику температура између ћелија у оквиру само 1,5 степена Целзијуса. Када се боље размисли, све има смисла.
Термални дизајни морају бити прилагођени радним условима:
Модуларне течне расхладне плоче су се нудиле као скалабилни стандард, омогућавајући безпроблемско проширење од 5kWh становних јединица до система величине мреже од 1MWh без поновног пројектовања основних термалних компонената.
Истраживачи на Аплиед Термал Енџинеринг су 2025. године спровели тестове који испитују како специјални вишеслојни систем течног PCM-а функционише са 48-волтним батеријама за палете у складиштима где температура достигне око 45 степени Celziјуса. Резултати су били доста импресивни. Ове батерије су задржале ниску температуру, одржавајући максималну температуру на око 29,2 степена Целзијуса током дугих осмочасовних радних смена. То је заправо 7,3 степена хладније у односу на обичне батерије без система за хлађење. Постоји и још добрих вести. Годишњи губитак капацитета батерије драматично је опао са 15 процената на само 2,1 процента. Када су тестиране у стварним условима, ови системи су показали минималне разлике у температури испод 2 степена на свих 96 ћелија, чак и током интензивних сесија брзог пуњења од 150 ампера. Прилично изузетно решење за све који се баве интензивним операцијама са батеријама.
Главни извори губитка енергије у 48V системима укључују унутрашњи отпор који варира између 3 и 8 процената, као и губитке услед топлотне дисипације од око 2 до 5 процената током сваког циклуса пуњења, не рачунајући досадне неефикасности на интерфејсима електрода. Када пуњење није правилно извршено, Охмови губици могу бити чак 12% већи у односу на добре уравнотежене методе пуњења, према неким недавним студијама које испитују најбоље начине оптимизације пуњења литијум-јонских батерија. За свакога ко ради са високим снагама, као што су погони електричних возила, ови видови губитака заиста имају значај јер стално брзо циклирање само убрзано вређа компоненте током времена.
Системи за управљање батеријама данас омогућавају боље функционисање јер паметно регулишу проток струје. Ово помаже у смањењу досадних отпорних губитака на њиховим најгорим тачкама између 18 и 22 процента. Такође, веома прецизно балансирају челије, одржавајући напоне у разлици од само 1,5% између свих челија. А када је хладније напољу, ови системи надокнађују промене температуре током пуњења како бисмо избегли проблеме са литијумским плочицама. Судећи по истраживањима, батерије које користе овај вишестепени метод сталне струје заправо губе мање капацитета током времена. Тестови на 48 волтним LiFePO4 системима показали су око 16,5% мање деградације у поређењу са старијим методама контроле пуњења. Разумљиво је због чега све више компанија прелази на ове напредне системе ради дуготрајнијих решења за напајање.
Променљива оптерећења у роботици и мрежама обновљивих извора енергије уносе изазове у ефикасности:
| Каркатеристика оптерећења | Uticaj na efikasnost | Стратегија минимизирања |
|---|---|---|
| Високи импулси струје (≥3C) | пад напона од 8–12% | Кондензатори са ултра ниским ЕСР-ом |
| Фреквенцијске флуктуације (10–100Hz) | губици брмуна од 6% | Активно филтрирање хармоника |
| Прекидни периоди мировања | 3% самопражњења/час | Режими БМС-а у дубоком миру |
Подаци телекомуникационог система за резервно напајање показују да кондиционирање оптерећења повећава ефикасност напуна и испражњења од 87% на 93% код 48V литијумских батерија и смањује потребе за енергијом за термалну регулацију за 40%.
Губитак капацитета у 48V системима батерија дешава се најчешће због три ствари: раста слоја чврстог електролита на интерфејсу, формирања депозита литијума на електродама и физичког напона услед сталног ширења и скупљања материјала током циклуса пуњења. Када температура порасте, ове нежељене хемијске реакције се драматично убрзају. Прошлогодишња истраживања показују да ако оперативна температура порасте само 10 степени Целзијуса изнад 30 степени, број циклуса пуњења пре него што батерија престане да ради падне на половину. За произвођаче аутомобила који имају у виду услове стварне употребе, ова механичка трошења се временом још више погоршавају, јер возила излажу батерије разним вибрацијама и наглим променама оптерећења док су на путу.
Рад са 48V батеријама у опсегу стања пуњења (SOC) од 20%–80% смањује формирање SEI слоја за 43% у поређењу са пуним циклусима. Анализа НРЕЛ-а из 2023. године показала је да брзина пуњења од 0,5C (пуњење трајања 3 сата) очувава 98% почетне капацитета након 800 циклуса, у односу на 89% очуваног капацитета при 1C.
| Брзина пуњења | Број циклуса до 80% капацитета | Годишњи губитак капацитета |
|---|---|---|
| 0,3C | 2,100 | 4.2% |
| 0.5C | 1,700 | 5.8% |
| 1,0C | 1,200 | 8.3% |
Табела: Утицај брзине пуњења на дужину трајања 48V литијум-јонских батерија (НРЕЛ 2023)
Brzo punjenje na 1C definitivno skraćuje vreme čekanja, ali ima i nedostatke: baterije u unutrašnjosti imaju tendenciju da se zagrevaju za oko 55 do 70 procenata više u poređenju sa sporijim režimom od 0,5C. Nedavni pregled komercijalnih sistema za skladištenje energije iz 2024. godine pokazuje nešto zanimljivo. Ispitali su pristup kod koga se puni punom brzinom (1C) sve dok se ne dostigne oko 70% kapaciteta, a zatim se uspori na samo 0,3C. Nakon 1.200 ciklusa punjenja, ovaj metod je zadržao otprilike 85% originalnog kapaciteta, što je zapravo prilično blizu rezultatima koji se postižu kod veoma opreznih sporiјih metoda punjenja. A evo i najboljeg dela – ako ovi sistemi imaju dobar sistem termalne regulacije koji može smanjiti temperature bar za 30%, delimično brzo punjenje počinje da izgleda kao pametan kompromis između želje za brzim punjenjem i potrebe da baterije duže traju.