Batteria al litio-ferro-fosfato o ioni di litio per sistemi embedded

Hai sentito parlare di questa (relativamente) nuova app per incontri, Tinder? Sono ancora single e pronto a incontrare qualcuno, quindi ho deciso di provarla. Il concetto si basa sulla visualizzazione casuale di foto di persone con una breve biografia. Scorri verso destra se la foto ti piace, verso sinistra se non ti piace. Se scorri verso destra e anche la persona della foto scorre verso destra, puoi chattare con questa persona. Mi sono reso conto che avrei dovuto passare un po' più di tempo a leggere le biografie invece di guardare le foto. Chattare con i miei "match" ha soffocato qualsiasi scintilla creata dalle immagini. Talvolta anche i sistemi embedded possono farti sentire allo stesso modo, soprattutto quando hanno problemi di batteria. Passi un sacco di tempo a progettare un ottimo PCB, per poi scoprire che la batteria si degrada troppo rapidamente o si guasta per problemi di temperatura. Se sei davvero sfortunato, la batteria potrebbe anche innescare una scintilla nel progetto. Anche se non sono in grado di abbinarti alla tua anima gemella, posso aiutarti a scegliere la batteria giusta per la tua scheda. Due delle scelte più diffuse per i sistemi integrati sono le batterie agli ioni di litio (Li-Ion) e batterie al litio-ferro-fosfato (Li-fosfato o LiFePO4). Le due tipologie hanno caratteristiche di ricarica e scarica molto diverse. Per alcune applicazioni è indifferente quale delle due tecnologie viene utilizzata, ma di solito una è più adatta rispetto all'altra. Continua a leggere per vedere qual è il tipo che presenta maggiori benefici per la tua applicazione.

Li-Ion

La parola "amore" ha una varietà di significati diversi. Posso dire che amo il mio iPhone, ma dico anche che amo la mia ragazza. Si spera che questi amori differiscano per alcuni aspetti importanti. Allo stesso modo, quando si parla di "Li-Ion", si possono intendere diverse varietà di batterie Li-Ion. Quelle di cui stiamo discutendo qui sono le più diffuse, ovvero quelle all'ossido di cobalto e litio (LiCoO2). Queste batterie Li-Ion utilizzano la grafite per il loro anodo. Diamo un'occhiata alla biografia di Li-Ion.

  • Tensioni: 3,6 V nominale, con gamma da 3,0 V a 4,2 V.

  • Energia specifica: 150-200 Wh/kg

  • Velocità di carica: 0,7 C - 1 C. La carica sopra 1 C danneggia la batteria.

  • Tasso di scarica: 1 C. Potresti non avere familiarità con  il tasso "C" . Significa che se una batteria ha una potenza nominale di 2400 mAh, può scaricarsi con una corrente massima di 2,4 A senza essere danneggiata.

  • Ciclo di vita: 500-1000 cicli. Il ciclo di vita dipende fortemente dalla temperatura di funzionamento e dalla profondità di scarica (Depth of Discharge - DoD).

  • Instabilità termica: 150 °C: questo è ciò che può causare l'esplosione delle batterie agli ioni di litio.

  • Intervallo di temperature di carica: 0-40 °C 

  • Intervallo di temperature di scarica:  -25-60 °C 

Tinder on phone

Vediamo se l'abbinamento che fa per te è il Li-Ion o il Li-fosfato. Credito editoriale: Happy Zoe / Shutterstock.com

Li-fosfato

 Forse hai già deciso di optare per il Li-Ion, ma diamo una possibilità anche al Li-fosfato. Anche il suo anodo è realizzato in carbonio, ma questa è una delle poche caratteristiche  che condivide con il Li-Ion.

  • Tensioni: 3,2 o 3,3 V nominale, con intervallo di 2,5 - 3,65 V.

  • Energia specifica: 90-120 Wh/kg

  • Tasso di carica: 1 C

  • Velocità di scarica: 1-25 C, con possibilità di impulsi di 40 A.

  • Ciclo di vita: 1.000- 10.000 cicli, fortemente dipendenti dalla temperatura.

  • Instabilità termica: 270 °C

  • Intervallo di temperatura di carica: 0-45 °C

  • Intervallo di temperature di scarica: -20-60 °C

Confronto

Su Tinder, dopo avere effettuato le proprie scelte scorrendo ogni foto verso destra o verso sinistra, c'è la possibilità di inviare messaggi ai propri "match". È quindi possibile scoprire qualcosa in più su di loro e possibilmente anche metterli a confronto. Anche se non consiglio il confronto oggettivo per incontrare altre persone, penso che sia una buona strategia per le celle di batteria. Diamo un'occhiata a Li-Ion e Li-fosfato a confronto su: sicurezza, scarica e capacità di carica.

Come visto in precedenza, le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica molto elevata. Ciò le rende attraenti per i dispositivi portatili assetati di energia come telefoni cellulari e computer. A volte le persone estremamente attraenti possono essere un po' instabili, e apparentemente questo vale anche per le batterie. L'alto contenuto di energia di Li-Ion lo rende vulnerabile a eventi come le esplosioni. Le diverse modalità di guasto rendono difficile soddisfare ogni singola esigenza con le batterie agli ioni di litio. Una delle modalità di guasto è la scarica e la ricarica rapida, che porta all'instabilità termica. In campi come l'elettronica portatile, il ciclo dipende dalla frequenza con cui l'utente scarica e ricarica il proprio dispositivo. Ciò lascia il destino della batteria nelle mani di un utente finale che non è a conoscenza delle modalità di guasto della batteria. Certo, questo tipo di guasto non è probabile, ma ovviamente è meglio prevenire che curare. Il litio-fosfato è un po' più tranquillo del Li-Ion. Ha una densità energetica inferiore e caratteristiche chimiche più stabili. Queste caratteristiche significano che non è soggetto a incendi, anche in caso di guasto. In definitiva, le batterie al litio-fosfato sono molto più sicure delle batterie agli ioni di litio.

È importante anche esaminare le caratteristiche di scarica di queste batterie. La scarica di tensione delle batterie agli ioni di litio è buona, ma non eccezionale. Una buona curva di scarica di tensione è piatta, il che significa che la tensione non si degrada con la riduzione della capacità di carica della batteria. Il litio-fosfato, invece, ha un'eccellente curva di scarica di tensione alle giuste temperature. La corrente di scarica entra in gioco anche per le applicazioni di motori elettrici. Il basso tasso di corrente di scarica di Li-Ion, 1 C, impallidisce rispetto al litio-fosfato, che può arrivare fino a 25 C. Un'altra vittoria per il litio-fosfato.

Ad alcune persone piace chattare con più contatti contemporaneamente sui social network per incontri. Io non ho la capacità mentale o emotiva per poterlo fare. In amore come nelle batterie, è sempre importante considerare la capacità delle celle. Nonostante le vittorie del litio-fosfato in termini di sicurezza e scarica, Li-Ion può semplicemente immagazzinare più energia. Nella progettazione di dispositivi elettronici portatili, le dimensioni spesso contano. Le batterie agli ioni di litio possono immagazzinare fino al doppio di energia per kg rispetto al litio-fosfato. Ciò fa una grande differenza quando è necessario rispettare severe limitazioni di spazio. Ed è in questo campo che il Li-Ion stravince.

phone that’s been badly burned

Guasto catastrofico in una batteria agli ioni di litio.

Applicazioni

Ci sono molte informazioni di cui tener conto su Tinder, quindi a volte mi faccio aiutare dagli amici per scorrere le varie foto. Ho un piccolo consiglio per aiutarti a scegliere la migliore batteria per la tua applicazione.

Se sei un tipo di persona più stabile che cerca sicurezza e affidabilità, sceglierei il litio-fosfato. È ideale per applicazioni come veicoli elettrici (EV) o strumenti medici in cui guasti catastrofici non sono accettabili. Inoltre, i motori degli veicoli elettrici (EV) beneficeranno dell'alto tasso di scarica delle batterie al litio-fosfato.

Forse sei un tipo più avventuroso e vuoi goderti la vita per quanto più possibile. Se i tuoi dispositivi ti somigliano, avranno bisogno di una batteria agli ioni di litio. Dispositivi come telefoni cellulari, computer e fotocamere hanno bisogno di tutta l'energia che possono ottenere. Di solito hanno anche una durata di circa 2 anni, che gli ioni di litio possono eguagliare o superare.

 Ora che sai più di quanto tu abbia mai desiderato sulle batterie, è giunto il momento di progettare. Anche se posso darti dei consigli di progettazione nei blog, non posso esserti accanto mentre lavori. Fortunatamente, programmi come Altium Designer ® possono. Ha una vasta gamma di strumenti avanzati che possono assisterti nel progettare il PCB perfetto.

Hai altre domande sulle batterie? Contatta un esperto di Altium.

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