Литий-титанатные аккумуляторы LTO

Литий-титанат — химия для задач, где обычный литий не живёт: мороз до −30 °C с зарядом прямо на холоде, двадцать тысяч циклов, заряд до 90 % за час. Поставляем ячейки и собираем батареи под техническое задание: напряжение, ёмкость, габарит и разъём под вашу технику.

  • 20 000 циклов до потери 20 % ёмкости при 1C
  • −30…+60 °C рабочий диапазон
  • Заряд за час до 90 % ёмкости
  • Сборка по техническому заданию

Когда нужен именно титанат

LTO дороже LiFePO4 за киловатт-час и проигрывает по плотности энергии. Берут его там, где решают ресурс, мороз или скорость заряда, а не запас энергии на килограмм.

ЗадачаПочему LTOАльтернатива
Морозильный склад, улица зимойработает до −30 °C и заряжается на морозеLiFePO4 с подогревом
Техника в три смены20 000 циклов — не меняется годамиLiFePO4, но чаще замена
Заряд в короткий перерывпринимает ток 3C, до 90 % за часLiFePO4 медленнее
Рекуперация, буфер энергиивыдерживает частые циклы заряд-разрядсуперконденсаторы

LTO против LiFePO4 и NMC

ПараметрLTOLiFePO4NMC
Циклов20 0002000–3000500–1500
Разряд на морозедо −30 °Cдо −20 °Cдо −20 °C
Скорость зарядавысокаясредняясредняя
Плотность энергиинизкаясредняявысокая
Цена за Вт·чвысокаянизкаясредняя
Безопасностьочень высокаявысокаяриск возгорания

Если мороза ниже −20 °C и двадцати тысяч циклов не требуется, дешевле обойдётся LiFePO4. Сомневаетесь — пришлите условия эксплуатации, посчитаем стоимость владения.

Подобрать по параметру

Форм-фактор
Ёмкость
Напряжение

Показаны все 5

Литий-титанатные ячейки в наличии

Почему титанат ведёт себя иначе

Разница между LTO и остальными литиевыми — в аноде. У обычной литий-ионной ячейки анод графитовый, и его потенциал близок к потенциалу металлического лития. Из-за этого при заряде на морозе или большим током литий начинает осаждаться на аноде в виде металла: ёмкость теряется необратимо, а иглы металла со временем угрожают внутренним замыканием.

В титанатной ячейке анод сделан из титаната лития, и его потенциал заметно выше. Условия для осаждения металлического лития просто не возникают — отсюда всё остальное: работа на морозе, высокие токи, ресурс в двадцать тысяч циклов и спокойное поведение при перегреве.

Плата за это — напряжение и энергия. Номинал ячейки 2,3–2,4 В вместо 3,2 В у LiFePO4, удельная энергия примерно вдвое ниже. Значит, на то же напряжение нужно больше ячеек, а на ту же энергию — больше места и веса. Титанат берут не «получше», а под конкретное условие, которого другая химия не выдерживает.

Как рассчитать титанатную сборку

Порядок тот же, что и для любой литиевой батареи, но два шага дают другие числа: ячеек в цепи больше, а проверка по току становится основной — ради высоких токов титанат и берут.

  1. Число ячеек в цепи

    Номинал ячейки 2,3–2,4 В: в нашей сборке 6s2p на ячейках Toshiba SCiB по 23 А·ч выходит 13,8 В, то есть 2,3 В на ячейку. Под систему 24 В берут 10S, под 48 В — 20S или 21S: это 46 и 48,3 В номинала. Схему 24S под 48 В не берут — она даёт 57,6 В номинала, а это уже система на 60 В. Верхнюю точку считают по напряжению конца заряда конкретной ячейки, обычно 2,7–2,8 В: для 21S это 57–59 В, и оборудование должно их выдерживать.

  2. Энергия за цикл

    Считают так же: мощность на время работы. Но если батарея дозаряжается в перерывах, полный запас на всю смену не нужен — достаточно перекрыть интервал между зарядами. Это и есть главный способ сэкономить на титанате, у которого киловатт-час дорогой.

  3. Проверка по току разряда

    Титанат держит длительные токи выше, чем принято у остальных химий — в нашем документе это 3C против 0,5C у призматической LiFePO4, — но проверять их всё равно нужно по паспорту конкретной ячейки: разброс между моделями большой. Отдельно считают пусковой ток — у подъёмного и тягового оборудования он в разы выше номинального.

  4. Проверка по току заряда и по времени

    Здесь решает не батарея, а инфраструктура: сможете ли вы подвести к зарядной станции ток, который ячейка готова принять. Об этом ниже.

  5. BMS и балансировка

    Каналов балансировки нужно столько, сколько ячеек в цепи, — а их у титаната в полтора раза больше при том же напряжении. Пороги отключения тоже другие: BMS от LiFePO4 с её уставками 2,5 и 3,65 В на титанате неработоспособна.

Пример: буфер на 48 В под кратковременные пики

Нагрузка выдаёт пики 20 кВт по 30 секунд, между пиками — пауза на восстановление.

Ток в пике: 20 000 / 48 ≈ 420 А. Ячейка SCiB на 23 А·ч по нашему документу держит 3C, то есть 69 А длительно. Значит, нужно 420 / 69 ≈ 6 параллельных цепей.

Конфигурация: 20S6P, номинал 46 В, ёмкость 138 А·ч, запас энергии около 6,3 кВт·ч.

Итог: батарею выбрал ток, а ёмкость получилась следствием. У призматической LiFePO4, паспортный режим которой 0,5C, под те же 420 А потребовалось бы порядка 840 А·ч — вшестеро больше ёмкости ради того же тока.

Быстрый заряд: что нужно кроме батареи

Быстрый заряд — характеристика не батареи, а всей зарядной цепочки. По нашему документу титанатная сборка набирает 90 % ёмкости за час при токе 3C. Этот ток должен откуда-то прийти и куда-то деться в виде тепла.

  • Мощность зарядной станции. Батарея на 48 В и 100 А·ч, заряжаемая током 3C, берёт 300 А — это 14 кВт по номинальному напряжению и до 17 кВт к концу заряда, то есть отдельная линия питания.
  • Сечение кабеля и разъём. Сотни ампер требуют силового разъёма на соответствующий ток и кабеля нужного сечения; на этом узле чаще всего и упираются в реальность.
  • Отвод тепла. На высоких токах греются и ячейки, и соединения. В сборке предусматривают зазоры и, при необходимости, обдув.
  • Профиль заряда. Даже при высоком токе последние проценты ёмкости набираются медленно. Практический вывод: в перерыв выгодно заряжать до 80–90 %, а не «до полного» — это и есть дозаряд в паузу.

Если подвести такую мощность негде, титанат теряет половину смысла: по остальным параметрам, кроме мороза и ресурса, дешевле обойдётся LiFePO4. Мы считаем этот узел до заказа — вместе с параметрами батареи вы получаете требования к зарядной инфраструктуре.

Работа на морозе

Главное отличие титаната в эксплуатации: рабочий диапазон −30…+60 °C в паспорте относится и к заряду. У LiFePO4 заряд вынесен отдельной строкой и ограничен снизу нулём, а у части ячеек и +10 °C: на морозе такая батарея заряд принимает, но необратимо теряет ёмкость, и внешне это не проявляется до отказа.

Что это меняет на практике:

  • Технику не нужно заносить в тепло на время заряда, а батарею — снимать и везти в зарядную комнату.
  • Не нужен подогрев батареи и питание для него — при уличной установке это отдельная система со своим потреблением и отказами.
  • BMS не блокирует заряд по температуре, то есть техника не встаёт в мороз до прогрева.

Что мороз всё равно забирает: доступная ёмкость снижается, растёт внутреннее сопротивление, а с ним просадка напряжения под нагрузкой. Это учитывают в расчёте: под зимнюю эксплуатацию батарею берут с запасом по энергии, но без системы подогрева и без ограничения на заряд при отрицательной температуре.

Стоимость владения: когда титанат дешевле

Титанат почти всегда дороже на входе и часто дешевле на дистанции. Сравнивать нужно не цену батареи, а цену одного цикла: стоимость батареи, делённую на число циклов, которые она отработает в вашем режиме.

цена цикла = стоимость батареи ÷ ресурс в циклах

Пример: техника в три смены, цикл в смену

При 3 циклах в сутки и 300 рабочих днях в году получается около 900 циклов в год.

Батарея LiFePO4 с ресурсом 3 000 циклов отработает чуть более трёх лет, титанатная с ресурсом 20 000 циклов — более двадцати, что превышает срок службы самой техники.

За срок службы одной титанатной батареи вы купите и смените несколько комплектов LiFePO4, каждый раз оплачивая ещё и простой техники на время замены.

Обратный случай тоже реален. Если техника работает одну смену и в отапливаемом помещении, циклов набирается 250–300 в год, ресурс LiFePO4 выбирается за десять лет, и переплачивать за титанат незачем. Поэтому мы просим не «какая батарея нужна», а сколько циклов в сутки, при какой температуре и с какими токами — по этим трём числам выбор становится арифметикой.

Что входит в титанатную сборку

Состав тот же, что у любой литиевой батареи, но два узла требуют отдельного внимания.

  • BMS под титанат. Пороги отключения по нижнему и верхнему напряжению у LTO другие, а число каналов балансировки больше. Плату подбираем или дорабатываем под конфигурацию — своя разработка BMS здесь и нужна.
  • Силовая часть под высокий ток. Шины, предохранитель, контактор и разъём считают по реальному пиковому току, а не по номиналу батареи. Именно здесь чаще всего греется собранная не нами батарея.
  • Ячейки, подобранные в группу по фактической ёмкости и внутреннему сопротивлению.
  • Корпус с креплением и поджатием под посадочное место в вашей технике, с датчиками температуры на ячейках.

Поставляем ячейки отдельно, комплектом или готовой сборкой с испытаниями и протоколом. Платы — в разделе BMS, комплектующие — здесь.

Входной контроль и испытания

В последовательной цепи через все ячейки идёт один ток, поэтому ёмкость батареи равна ёмкости худшей ячейки, а не средней. У титаната цепь длиннее, и цена разброса выше: чем больше ячеек, тем вероятнее, что одна испортит всю сборку.

  • Фактическая ёмкость — полный цикл на стенде, измеренное значение идёт в паспорт партии.
  • Внутреннее сопротивление — на высоких токах именно оно определяет нагрев и просадку напряжения, поэтому для титаната это ключевой параметр отбора.
  • Саморазряд — повторное измерение напряжения после выдержки; аномалия означает внутренний дефект.
  • Подбор в группы — в одну батарею идут ячейки с близкими параметрами из одной группы.

Испытательная база у нас своя: измерения делает наша лаборатория, а не подрядчик по факту отгрузки. Наши работы.

Эксплуатация, хранение и перевозка

Эксплуатация

Титанат прощает режимы, на которых другая химия деградирует: частые неполные циклы, дозаряд в паузу, высокие токи, работу в холоде. Специально «беречь» батарею, работая в узком окне заряда, смысла нет — ресурс всё равно кратно превышает срок службы техники.

Хранение

Хранят при частичном заряде и, по возможности, в стабильной температуре. Календарное старение у титаната медленное, но собственное потребление BMS никуда не девается, поэтому при длительной консервации батарею раз в полгода проверяют и дозаряжают.

Отгрузка

Батареи отгружаем в таре, исключающей замыкание выводов и перемещение элементов, при частичном заряде. Комплект перевозочных документов готовим под ваше направление и вид транспорта.

Где применяют титанат

Если задача выглядит иначе, опишите режим: число циклов в сутки, температуру и токи. Посчитаем оба варианта — титанатный и на LiFePO4 — и сравним стоимость владения за срок эксплуатации.

Как проходит заказ сборки под техническое задание

Титанатные батареи почти всегда делаются под конкретную машину, а не берутся с полки. Порядок работы у нас один и тот же — чтобы вы понимали, что и когда от вас потребуется.

  1. Исходные данные

    Нужны шесть чисел и одна фотография: напряжение системы, длительный и пиковый ток, сколько энергии батарея должна отдавать между зарядами, температурный диапазон, число циклов в сутки — и снимок посадочного места с габаритами. Если чего-то из этого нет, поможем измерить или снять с паспорта техники.

  2. Расчёт конфигурации

    Считаем схему xSyP, подбираем ячейку, плату BMS, силовую часть и корпус. На выходе вы получаете не цену за штуку, а решение: параметры батареи, требования к зарядной инфраструктуре и ожидаемый ресурс в вашем режиме.

  3. Согласование и документы

    Фиксируем конфигурацию, состав документов на партию и условия поставки. Пакет — паспорт качества, сертификат соответствия, технические условия и datasheet — согласуем до отгрузки, а не после.

  4. Изготовление и испытания

    Ячейки проходят входной контроль и подбираются в группу, батарея собирается и испытывается на стенде. Фактические параметры вносятся в паспорт партии.

  5. Поставка и сопровождение

    Отгружаем с полным комплектом документов. Гарантия — 12 месяцев; по вопросам эксплуатации и настройки заряда отвечает тот же инженер, который считал вашу конфигурацию.

Повторные партии делаются быстрее: конфигурация уже зафиксирована, и заказ сводится к изготовлению.

Частые ошибки при выборе титаната

  • Считать по ампер-часам. Титанат берут ради тока, мороза и ресурса. Сравнение «сколько ампер-часов за те же деньги» всегда проигрышно для LTO и ничего не говорит о задаче.
  • Заложить быстрый заряд, не проверив питание. Ячейка примет ток, а зарядная станция его не даст: 300 А заряда — это 14–17 кВт. Мощность линии считают до заказа батареи.
  • Поставить BMS от другой химии. Уставки по напряжению не совпадают: батарея будет либо недозаряжаться, либо уходить в защиту.
  • Взять титанат туда, где хватает LiFePO4. Один цикл в сутки в отапливаемом помещении — это 250–300 циклов в год, и ресурс LiFePO4 вырабатывается лет за десять. Переплата не окупится.
  • Не учесть напряжение в конце заряда. Сборка 21S выдаёт к концу заряда 57–59 В, и потребитель должен это выдерживать. Проверяется на этапе расчёта, а не при первом включении.
  • Забыть про габарит и крепление. Титанат при равной энергии крупнее и тяжелее LiFePO4 — посадочное место проверяют заранее.

Термины и обозначения

Обозначения, которые встречаются в паспортах, спецификациях и в наших расчётах.

C, ток в единицах C
Доля ёмкости в час. Для ячейки на 23 А·ч ток 3C равен 69 А. В нашем документе на титанатную сборку и заряд, и разряд заданы током 3C — против 0,5C стандартного режима призматической LiFePO4.
xSyP
Схема сборки: x ячеек последовательно (задают напряжение), y цепей параллельно (задают ёмкость и ток).
Дозаряд в паузу
Подзарядка в перерыве вместо полного цикла и замены батареи. Способ обойтись меньшей ёмкостью, ради которого титанат обычно и покупают.
Осаждение лития
Рост металлического лития на аноде при заряде на морозе или высоким током. Причина необратимой потери ёмкости у обычных литий-ионных ячеек; у титаната не возникает.
Циклический ресурс
Число полных циклов до падения ёмкости до 80 % от начальной, всегда с указанием токов, температуры и глубины разряда.
Стоимость владения
Цена батареи, делённая на число циклов в вашем режиме, плюс стоимость простоя техники при замене. По этому числу и сравнивают химии.

Документы на продукцию

На каждую отгружаемую партию предоставляем комплект документов: для промышленной закупки это обязательное условие.

  • Паспорт качества с фактическими параметрами партии
  • Сертификат соответствия
  • Технические условия
  • Datasheet с разрядными кривыми
Нужен комплект до заказа? Вышлем в течение рабочего дня, чтобы снабжение и технадзор согласовали поставку заранее.
Запросить документы

Условия поставки

Цена за партиюрассчитываем индивидуально, от 10 шт. действует оптовая сетка
Оплатабезналичный расчёт для юрлиц, счёт на оплату
Доставкапо России транспортными компаниями, самовывоз со склада в Москве
Срокисо склада — сразу, под заказ — по согласованию
Гарантия12 месяцев на всю продукцию
Производствополный цикл: от разработки до серийного выпуска

Вопросы и ответы

Чем титанат лучше LiFePO4?

Ресурсом и морозом: 20 000 циклов против 2000–3000 и работа до −30 °C с зарядом прямо на холоде. Проигрывает в плотности энергии и цене за киловатт-час, поэтому его берут под конкретное требование: мороз, ресурс или ток.

Почему LTO дороже?

Дороже за киловатт-час, но не за срок службы: при трёхсменной работе на один титанатный комплект приходится три-четыре комплекта LiFePO4. Сравнивают стоимость владения за срок эксплуатации, а не цену покупки.

Собираете ли батареи, а не только продаёте ячейки?

Да, это основная работа: делаем сборку под напряжение, ёмкость, габарит посадочного места и штатный разъём техники, с BMS и испытаниями.

Какое напряжение у титанатной ячейки?

Номинал 2,3–2,4 В против 3,2 В у LiFePO4 — в нашей сборке 6s2p на ячейках Toshiba SCiB это 13,8 В. Поэтому для того же напряжения сборки нужно больше ячеек — это учитывается при расчёте конфигурации.

Даёте ли документы на партию?

Да: паспорт качества с фактическими измеренными параметрами, сертификат соответствия, технические условия.

Сколько титанатных ячеек нужно на 48 вольт?

Двадцать или двадцать одну: 20S даёт 46 В номинала, 21S — 48,3 В. Схема 24S под 48 В не подходит — это уже 57,6 В номинала, то есть система на 60 В. Точное число зависит от того, какое напряжение выдерживает потребитель в конце заряда. Под 24 В берут 10 ячеек.

Правда ли титанат можно заряжать на морозе?

Да. Потенциал титанатного анода выше, чем у графитового, поэтому металлический литий на нём не осаждается — механизма, из-за которого другие литиевые батареи нельзя заряжать при минусе, просто не возникает. В паспорте это видно по тому, что заряд не вынесен отдельной строкой с более узким диапазоном: рабочие −30…+60 °C относятся и к нему.

Что нужно для быстрого заряда кроме самой батареи?

Мощность и силовая часть. Батарея 48 В на 100 А·ч при заряде током 3C берёт 300 А, то есть от 14 до 17 кВт — это отдельная линия питания, разъём и кабель на соответствующий ток. Если подвести такую мощность негде, выгода от титаната теряется.

Подойдёт ли BMS от LiFePO4?

Нет. Пороги отключения по верхнему и нижнему напряжению у титаната другие, и каналов балансировки нужно больше — их число равно числу ячеек в цепи. Плату подбираем или дорабатываем под конфигурацию.

Как посчитать, окупится ли титанат?

Разделите стоимость батареи на число циклов, которые она отработает в вашем режиме, и сравните с тем же числом для LiFePO4. При трёх циклах в сутки титанат обычно выигрывает, при одном цикле в отапливаемом помещении — почти никогда.

Сколько ждать сборку под техническое задание?

Зависит от наличия ячеек нужного типоразмера и сложности корпуса. Срок называем после расчёта конфигурации — вместе с параметрами и требованиями к зарядной инфраструктуре.

Заинтересовались?

Рассчитаем батарею под вашу задачу

Инженер разберёт режим работы, габариты и бюджет — и вернётся с конкретным решением, а не с прайсом.

  1. 1 Звонок в течение дня Уточняем ток, ёмкость, условия эксплуатации
  2. 2 Расчёт и КП за 3 дня Схема, компоновка, ресурс и цена серии
  3. 3 Опытный образец Испытываем у вас, дорабатываем, запускаем серию
Ольга Лаврентьева +7 981 740-33-51
Что вы оснащаете
Прикрепить ТЗ или чертёж — PDF, DWG, XLSX
Есть подробное ТЗ — Заполнить опросный лист