Преимущества Li ion над LFP в блоках аварийного питания для светотехники

Аварийное освещение (АО) — неотъемлемая часть BMS здания, как общий свет и системы отопления / кондиционирования / вентиляции. В последнее время качеству и соответствию АО уделяется все больше внимания со стороны надзорных и контролирующих органов, а значит компромиссы с качеством недопустимы. Однако, всеобъемлющий тренд на удешевление БАП и попытки продать низкопробные импортные изделия под предлогом мнимых инноваций не выдерживают критики со стороны элементарных законов физики.

Так, в последнее время с открытых площадок можно все чаще услышать тезис об инновационности, безопасности и долговечности LiFePo4 (LFP) аккумуляторов по сравнению с зарекомендовавшими себя на рынке Li-ion аккумуляторами.

В статье показано, что при умеренных тепловых условиях и требуемой автономии до 2-3 часов литий ионные аккумуляторы (Li-ion) обеспечивают сопоставимую надежность при меньших габаритах, большей удельной энергоемкости и более высоком системном КПД по сравнению с литий железо фосфатными (LFP).

Введение

Блок аварийного питания (БАП) в светодиодном светильнике работает в специфическом режиме: длительное пребывание в состоянии готовности, периодические проверки аварийного режима и, редкие глубокие разряды и температура внутри светильника. Для такого профиля работы важнее высокая удельная энергия, минимальный саморазряд и компактность. Именно здесь Li-Ion чаще оказывается практичнее LFP (LiFePO₄).

Энергоемкость и габариты:

Li-Ion имеют энергоемкость ~260–280 Вт·ч/кг, что значительно выше LFP — всего 120–160 Вт·ч/кг. Соответственно, при одинаковой емкости Li-Ion заметно легче и компактнее — это прямой выигрыш в размерах БАП и свободе компоновки светильника, а иногда — единственный шанс вписаться в габарит старого корпуса осветительного прибора при ретрофите. Li-ion аккумулятор в типоразмере 18650 не испортит дизайн даже самой ультратонкой световой панели. Более того, компактные размеры Li-ion аккумуляторов позволяют использовать их в составе низкопрофильных интегрированных БАП, популярных среди российских светотехников уже более 10 лет. Надежность, простота и скорость сборки светильника с интегрированным БАП в одном корпусе с лихвой перевешивает мнимую выгоду «технологичного» LFP аккумулятора.

LFP батареи представлены как правило в более крупных форм-факторах: 32700 и выше, что делает их установку внутрь корпуса интегрированного БАП нецелесообразной.

Блок аварийного питания для светодиодного освещения Pulsar

Скорость саморазряда: готовность к редким, но безотказным срабатываниям

Профиль эксплуатации аккумулятора в составе БАП — длительное нахождение в спящем режиме и редкие циклы срабатывания. На этой марафонской дистанции выигрывают аккумуляторы с меньшим саморазрядом. На практике у LFP это 5–8 %/мес., у Li-Ion — около 2–4 %/мес. Чем меньше паразитные потери, тем дольше устройство сохраняет паспортную автономию без подзаряда, и тем меньше вероятность отказа во время проведения периодических испытаний.

Этот пункт особенно актуален для применения интегрированного БАП в составе светильника с низкочастотной эксплуатацией в рабочем режиме. Проще говоря, из-за особенностей схемотехники аккумулятор в интегрированном БАП заряжается только во время эксплуатации светильника, т.к. конверсионный модуль питается от основного преобразователя и не подключен напрямую к аварийной фазе. При таком режиме эксплуатации преимущество однозначно на стороне Li-ion БАП.

Интегрированный БАП с встроенным аккумуляторным блоком STAR 35-350T Energy Pro

Реальный срок службы vs профиль использования

Неоспоримым преимуществом LFP является ресурс в 2000–5000 циклов до −20 % емкости; Li-Ion быстрее теряет емкость при интенсивной эксплуатации (до −40 % после ~300 циклов). Но… как это соотносится с режимом эксплуатации аварийного светильника? Как часто в реальной жизни можно встретить объекты, на которых БАП срабатывают хотя бы сотни раз за весь срок службы? В сценарии редких разрядов жизненный цикл определяют календарное старение и условия хранения, а не ресурс в тысячах циклов, где LFP однозначно выигрывает. Соответственно для БАП конкурентное преимущество LFP крайне сложно монетизировать!

Безопасность: от мифов маркетологов к практике

Основным аргументом в пользу LFP батарей часто называют более низкую склонность к тепловому разгоранию, но «полной безопасности» не бывает: при перегреве или КЗ и LFP выделяет пары/дым и также требует грамотной схемотехники защиты и корректных режимов заряда/хранения. То есть требования по BMS, отсечкам и термозащите обязательны для обоих типов аккумуляторов.

Производители, специализирующиеся на разработке и серийном производстве БАП, прекрасно освоили механизмы защиты батарей как от избыточного разряда, так и от перезаряда батарей. Хотя для тех, кто только заходит на этот рынок такие тонкости могут показаться неочевидными.

Интегрированный БАП с внешним аккумуляторным блоком STAR 50-350T-L3 Neuron

Скорость заряда: стоит ли за это платить?

В чем отличие БАП от мобильного телефона или ваших любимых smart часов? Вы пользуетесь носимыми девайсами постоянно, и вынужденный «простой» для подзарядки воспринимается Вами как явное неудобство, и вы несомненно готовы заплатить больше, чтобы минимизировать этот дискомфорт. Кто следит за временем заряда БАП…

У LFP часто указывают заряд «до 10С». Для БАП это избыточно: при сетевом питании мы заряжаем батарею в щадящем режиме; критична не скорость, а сколько света даст блок при отключении сети и как долго он удержит заряд в ожидании следующего теста/аварии. Здесь снова важны удельная энергия и саморазряд, где Li-Ion выглядит предпочтительно.

Экономика: цена ватт-часа в корпусе, а не на бумаге

При равной номинальной емкости LFP обычно дороже и тяжелее. Если считать такой параметр как «цена за ватт-час в заданном объеме/массе», Li-Ion часто дает лучшую экономику на уровне светильника/БАП: меньше материалов для изготовления корпуса, проще крепеж и теплоотвод, ниже трудоемкость монтажа. Фактическая себестоимость узла падает, даже если БАПы сопоставимы по цене.

Монтаж и сервис: избавляемся от лишних килограммов

Более тяжелый и объемный аккумулятор = выше требования к крепежу и базовому корпусу, выше риски вибронагруженности и утомления пластика в подвесных/встраиваемых решениях, сложнее сервисная замена. Это прямые эксплуатационные риски и косвенные издержки.

Разговоры о важном

Не будем забывать, что качественный БАП, это не только и не столько аккумулятор, сколько полноценный конверсионный модуль и источник питания (если речь идет об интегрированном БАП), а значит на него должны распространяться все требования ТР ТС 004 и 020, стандарты рынка по полноценной защите от превышения входного напряжения («защита от 380В»), термозащите, не говоря уже о КЗ, ХХ и прочим обязательным вещам. И все это отнюдь не «инновации нового поколения заморских БАП», а базовый минимум, к которому давно уже привык российский потребитель. А сертификат СТ-1 станет еще одним аргументом в пользу выбора отечественного производителя.

Специализированный БАП с внешним аккумуляторным блоком STAR 100-L3 Quasar