Lithium-ijzer-fosfaat (LiFePO4 accu’s)

Een lithium-ijzer-fosfaat batterij (LiFePO4 of LFP) kennen we sinds 1996. Deze accu-chemie biedt duidelijke voordelen. Zo zijn de LiFePO4 cellen aanzienlijk veiliger dan LiCoO2 cellen en vergeleken met loodaccu’s zien we dat bij een LiFePO4-accu tot 100% van de nominale capaciteit gebruikt kan worden.
Verder is dit een zeer veilige batterij aangezien deze totaal onbrandbaar is.

De betekenis van Life(PO4);
De basis bestandsdelen van deze batterij zijn drie componenten:
LI            = Lithium.
FE           = Ferrum (IJzer).
PO4       = is de scheikundige naam voor fosfaat.
Fosfaat is een mineraal (fosfor).                  

De Lifepo4 batterijen hebben een spanning van 3,2V en kunnen stromen leveren van 100Ah t/m 340Ah. Wees dus heel voorzichtig wanneer je deze monteert of demonteert en werk met geïsoleerd gereedschap. Wanneer je niet lekker in je vel zit of je heb haast, ga hier dan niet aan sleutelen. Voordat je deze gaat monteren meet de cellen eerst goed door en markeer de plus kant zodat je geen fouten kunt maken.

Voor Thuis baterijen worden 16 cellen in serie gezet om zo een spanning te krijgen van 51,2V.

Kenmerken van een lithium-ijzer-fosfaat batterij:

LiFePO4 accu’s en batterijen beschikken over verschillende kenmerken die hier verder toegelicht zullen worden.

Geen onderhoud: LFP batterijen hebben geen onderhoud nodig. Het ‘Battery Management System’ zorgt ervoor dat alle cellen evenredig en gebalanceerd geladen worden. Ze mogen in elke positie gemonteerd worden en bovendien hoeft de ruimte niet geventileerd te worden.

100% diep ontladen: In tegenstelling tot bijvoorbeeld conventionele loodzuur accu’s, mogen de LiFePO4 varianten 100% diep ontladen worden. Ondertussen halen zij zeker 5x zo veel cycli als loodaccu’s. Een beetje LifePo4 zal tussen de 6000 en 8000 cyclussen moeten meegaan, zeker wanneer de cellen niet helemaal leeg of helemaal vol worden geladen. Zeker wanneer ze ook een goede actieve BMS hebben. Daarnaast hebben dit soort lithium accu’s een zeer hoge energiedichtheid en kennen ze geen giftige, zware metalen. Hierdoor zijn ze een stuk milieuvriendelijker dan NiCad en loodaccu’s. Daarbij zijn deze accu’s licht van gewicht, wat een groot voordeel is ten opzichte van loodaccu’s.

Goede prestaties bij kou: LFP accu’s verliezen, zoals elke accu, capaciteit in koude omgevingen. Echter, het verlies bij deze varianten is minimaal. Bij een temperatuur van -20˚C hebben ze nog altijd een capaciteit van 80%. Ter vergelijking: een goede AGM-loodaccu levert dan slechts 30%. LiFePO4 accu’s zijn toepasbaar bij een temperatuurbereik van -45°C tot +70°C.

Onbrandbaar: LiFePO4 cellen (lithium-fosfaat cellen) zijn onbrandbaar in geval van beschadigingen of verkeerde handelingen tijdens laden en ontladen. Ze kunnen hoge temperaturen weerstaan zonder uit elkaar te vallen of spatten.

Langere levensduur: De fosfaat techniek biedt een langere levensduur. LiFePO4 cellen zijn daardoor zeer goed bestand tegen extreme omgevingstemperaturen. Een standaard loodaccu verliest onder het vriespunt haar capaciteit en bij hoge temperaturen vermindert de levensduur aanzienlijk.

Voordelen van LiFePO4

• LiFePO4 accu’s hebben geen onderhoud nodig
• Mogen in elke positie gemonteerd worden
• LiFePO4 accu’s mogen 100% diepontladen worden
• Halen zeker 5x zo veel cycli als loodaccu’s
• Hoge energiedichtheid
• Licht van gewicht
• Niet brandbaar.

Nadelen van LiFePO4

• Hoge prijs
• Beperkt aanbod

LiFePo4 cellen zijn er in drie klassen (Grade):
A. Deze cellen zijn van superieure kwaliteit, hebben de dichtste energiedichtheid, ontladingssnelheid en efficiëntie. Deze hebben een zeer lage interne weerstand. Ze worden geproduceerd onder strenge kwaliteitscontrole. Dit zorgt voor een minimale weerstand en maximale capaciteit en levensduur. Deze cellen kunnen vele duizenden laad- en ontlaad cyclussen aan met minimale degradatie. Hierdoor zij ze uitermate geschikt voor elektrische voertuigen en thuis-batterij systemen. Alle cellen uit 1 batch hebben vrijwel dezelfde identieke specificaties. Ze voldoen aan de hoogste veiligheidsnormen en worden grondig getest, hierdoor word het risico op verhitting of lekkage word verkleind.
B. Deze leveren goede prestaties maar zijn lang niet zo goed als klasse A. Hebben een hogere interne weerstand en een lagere capaciteit. Deze hebben ook een kortere levensduur en de prestaties zullen ook sneller afnemen. De prestaties van de cellen uit dezelfde batch, zullen ook wat minder gelijkwaardig zijn. Deze cellen voldoen nog altijd aan de veiligheidsnormen maar zijn niet zo grondig getest dan die uit cellen van Klasse A.
C. Deze hebben de laagste prestaties, hebben de grootste interne weerstand en de laagste capaciteit. Ze zijn dus niet geschikt voor toepassingen waarbij hoge prestaties gewenst zijn. Ze hebben een korterne levensduur en gaan sneller in prestaties achteruit. Tussen de cellen in dezelfde batch kunnen grote verschillen zitten. De betrouwbaarheid is dus een stuk minder dan klasse A en Klasse B cellen. Deze cellen voldoen aan de minimale verwachtingen betreffende veiligheid maar zijn gevoeliger voor problemen.

Tot slot: Voor ons doel zijn eigenlijk alleen Klasse A cellen geschikt.
Advies; koop nooit cellen waarvan de klasse onbekend is of de specificaties niet duidelijk zijn.

Op deze pagina worden de brand risico’s beschreven van “Lifepo4” batterijen, lees dit eens.

Waar worden deze batterijen voor gebruikt:

Vanwege de vele voordelen van lithium-ijzer-fosfaat zijn batterijen met deze accu-chemie uitstekend voor gebruik in professionele toepassingen, al worden ze bijvoorbeeld ook gebruikt in elektrische auto’s, Campers, Boten en Thuis batterij systemen. Deze kunnen zowel parallel als in serie worden gebruikt.

Het gebruik van deze cellen.
Zorg dat je de specificaties van de gebruikte accu cellen van de fabrikant heb.
Deze heb je nodig om de installatie juist in te stellen en te optimaliseren.

Ik ga waarschijnlijk de volgende cellen gebruiken “EVE MB31 Single Stud”.
Deze hebben een capaciteit van minimaal 314Ah, Grade: A.
Deze accu ’s zouden een capaciteit hebben van 314 * 51,2 = 16,076kWh.
De meeste testen hebben uitgewezen dat deze cellen een capaciteit hebben van 330Ah en in dat geval is de capaciteit van de accu 330 * 51,2 = 16,896kWh.

Hier is een unboxing Video
en hier is de Datasheet
en hier de product sheet
Zie hier de Instellingen voor de JK-BMS
Instellingen van Andy (Off-Grid-Garage), zie Link
Voor uitgebreide informatie over LiFePo4, zie Hier

Belangrijke parameters:
Zie datasheet
Het voltage bereik is van: 2,5 volt naar 3,65 volt, ga daar niet overeen.
Ik ga veilig zitten en stel deze af tussen de: 2,53v en de 3,62 volt.
Wanneer deze cel goed word gebruikt, gaat deze meer dan 10.000 cyclussen mee.
Van de 305A ga ik 95% gebruiken, 290A. Dat betekend uiteindelijk een thuis-batterij in installatie van: 14,8kWh. Eventueel is de installatie met nog een tweede batterij uit te breiden.

Deze “Grade A” batterij zou mits deze goed behandeld word zo’n 10.000 cyclussen perfect werken.
Een cyclus is wanneer een cel helemaal goed is opgeladen, tot deze weer leeg is.
Bij twee cyclussen per dag, betekend dit een levensduur van: ongeveer 13 jaar.