Lifepo4 аккумуляторы эксплуатация и особенности
С эксплуатацией li-ion аккумуляторов проблем нет так-как они снабжены платой защиты (BMS), которая защищает аккумуляторы от перезарядов и глубоких разрядов, а так-же балансирует ячейки между собой. Но покупая просто ячейки — не снабжённые платами защиты, многие даже не подозревают что для аккумулятора ещё что-то нужно. А ведь любые литий-ионные аккумуляторы (li-ion, lifepo4, lipo и др.) запрещено перезаряжать и разряжать ниже положенного.
Если разрядить батарейку ниже положенного, то она просто стремительно начнёт терять ёмкость и в итоге совсем перестанет заряжаться, и окончательно умрёт, причем очень быстро. А если перезарядить, то аккумулятор начнёт вздуваться из-за выделения газов внутри ячейки, и тоже начнёт терять ёмкость, и быстро умирает.
Свинцово-кислотные аккумуляторы в этом смысле более выносливые так-как от перезаряда выкипает электролит, но если перезаряд недолгий, то это особо не вредит аккумулятору, потом можно просто долить дистиллированной воды и аккумулятор будет работать дальше. А если разрядить аккумулятор менее 10 V, то аккумулятор тоже будет работать после такого, но потеряет немного ёмкости.
Литий-ионные аккумуляторы просто умирают от перезарядов и глубоких разрядов ниже положенного, по-этому очень важно не допускать критических состояний таких аккумуляторов. Для li-ion критические параметры это разряд минимум до 2.70V, и заряд до 4.20V, а для lofepo4 разряд до 2.00V, а заряд до 3,75 (3.39)V, хотя некоторые производители разрешают заряжать до 3.90V (всё зависит от конкретной «химии» в аккумуляторах.
Вообще литий-ионные аккумуляторы не любят долго находится в полностью разряженном состоянии, то-есть для lofepo4 это 2.00V, и в полностью зажженном состоянии — 3.60V. Если аккумуляторы используются в мобильных устройствах и электротранспорте, то они заряжаются полностью на 100%, так-как почти сразу после зарядки они используются, и аккумуляторы разряжаются, и как только разрядятся их снова заряжают. Но если долго держать такие аккумуляторы на зарядке, то аккумуляторы быстро теряют ёмкость и часто разбухают. Наверно некоторые сталкивались с тем что аккумулятор телефона разбухал и окончательно выходил из строя, вот это как раз из-за длительной зарядки от сети, или что бывает редко из-за выхода из строя платы защиты (BMS).
Так вот от перезаряда вздулись и мои lifepo4 аккумуляторы, они ещё живые, но походу ёмкости там уже нет.
Если литий-ионные аккумуляторы используются не в циклическом режиме работы, а в буферном (ИПБ, солнечные системы и др.), то рекомендуется понизить напряжение заряда, чтобы на ячейку приходилось не 3.60-3.90V, а 3.40-3.45V. Или использовать умные заурядные устройства или контроллеры, которые заряжают (для систем 12 V) до 14.6V, а через 10-20 минут опускают напряжение до 13.6-13.8V, что соответствует 3,40-3,45V на ячейку.
Чтобы не испортить аккумуляторы обязательно нужно установить плату защиты BMS, или хотя-бы поставить балансировочные платы. Дело в том что во время эксплуатации напряжение ячеек может разбегаться, и со временем наступит тот момент когда общее напряжение будет вроде-бы в норме 14.6V, а напряжение ячеек разное. К примеру 1яч(3.35V), 2яч(3.57V), 3яч(3.44V) 4( 4.24V). В итоге четвёртая ячейка перезаряжается и значит просто умрет, хотя общее напряжение мы не превышали.
Дисбаланс ячеек происходит из-за разности сопротивлений ячеек, или из-за плохого соединения ячеек между собой. Если ячейки отличаются по внутреннему сопротивлению, то они по разному заряжаются и разряжаются. Для устранения дисбаланса применяют балансировочные платы (балансиры), которые подключаются к каждой ячейке, и при достижении 3.60-3.75V подключается балластный резистор, который разряжает ячейку если её напряжение превысило порог срабатывания. Таким образом балансиры держат уже зарядившиеся ячейки пока не зарядятся остальные. Но просто балансиры не уберегут ячейки от перезаряда если дисбаланс будет очень сильный, а так-же балансиры никак не помогут если аккумулятор разрядится слишком глубоко ( ниже положенного).
На литий-ионные аккумуляторы нужно устанавливать полноценные BMS (Battery monagement system), которые отслеживают напряжение каждой ячейки, и если напряжение превысит критические отметки заряда или разряда, то BMS полностью отключит аккумулятор. Так-же BMS отключает аккумулятор при превышении допустимого тока и при КЗ, и так-же при заряде выполняет балансировку ячеек. В общем это полноценная защита аккумулятора, которая не даст аккумулятору перезарядится, разрядится, тем самым обеспечит ему долгую жизнь.
Перед вводом в эксплуатацию нужно предварительно отбалансировать ячейки аккумулятора, так-как они могут быть разной степени заряженности и естественно с разным напряжением. Для этого нужно все ячейки соединить параллельно, то-есть плюс с плюсом всех ячеек и минус с минусом. И так соединённые параллельно ячейки нужно полностью зарядить до 3,60V. Ниже на фото пример параллельного соединения ячеек lifepo4 для балансировки.
Если посмотреть на график Lfepo4 (ниже рисунок), то можно увидеть что основная ёмкость ячейки лежит в пределах 3.0-3.35 V, это 90% ёмкости. После 3.0V, а разряд происходит очень быстро, а основное время разряда лежит в пределах напряжения 3.3-3.0V. Так-же и заряд после напряжения 3.35V происходит очень быстро так-как аккумулятор уже практически заряжен.
Исходя из этого понятно что lifepo4 вообще не нужно заряжать до 3.60V и более, так-как аккумулятор и так заряжен почти на 100% при напряжении 3.35V. При использовании 80% ёмкости количество циклов lifepo4 3000 и более, а при 100% использования ёмкости количество циклов всего 1500-2000. При циклировании на 20-25% количество циклов до 5000-7000. Точные данные можно узнать в описании конкретных аккумуляторов.
Lifepo4 хорошо работает со стандартными зарядными устройствами и контроллерами, предназначенными для заряда свинцово-кислотных аккумуляторов, так-как напряжение для систем на 12 V 13.8-14.7V. Особенно хорошо подходят для лифера контроллеры и зарядные ус., которые осуществляют «Умный» заряд АКБ., то-есть многостадийный заряд.
Алгоритм обычно такой:
заряд аккумулятора длится пока напряжение не поднимется до 14.2-14.7 V,
далее под этим напряжением аккумулятор держится 10-20 минут,
и далее напряжение понижается до 13.6-13.8V.
Так-как Lifepo4 должен быть защищен платой защиты (BMS), его нужно заряжать до 14.4-14.7V лишь для того чтобы работала балансировка ячеек. Обычно балансировка включается при 3.60-3.75V, по-этому чтобы она работала нужно кратковременно поднимать общее напряжение аккумулятора до 14.4 V и выше ( зависит от конкретных настроек BMS). Это как-раз и делают «Умные» контроллеры и зарядные ус. — поднимают напряжение до 14.2-14.7V кратковременно, а потом опускают до 13.6-13.8V. Только нужно подбирать BMS или просто балансиры, и зарядное устройство так чтобы балансировка включалась, то-есть BMS нужна с порогом балансировки 3.60V, а зарядное ус. с напряжением заряда 14.4 V. Думаю этот важный момент понятен, смысл в том чтобы и балансировка ячеек работала, и потом напряжение немного опускалось чтобы не «Кипятить» lifepo4.
Но все сложности эксплуатации Lifepo4 заключающиеся в установке платы BMS и соблюдении режимов заряда и разряда с лихвой перекрываются преимуществами перед свинцово-кислотными аккумуляторами. Во-первых это большое число циклов заряда/разряда, и длительный срок службы, 15-20 лет. Lifepo4 не нужно заряжать на 100%, он не теряет ёмкости от недозарядов. А так-же Lifepo4 аккумуляторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое напрямую влияет на КПД заряда/разряда. Такие аккумуляторы можно заряжать большими токами, и аккумулятор можно зарядить всего за 1 час током 1С, а вот свинцово-кислотные АКБ так зарядить не получится, их надо заряжать током 0.1С в течении 10 часов, можно чуть быстрее, но КПД от этого сильно уменьшится и закипит электролит.
Lifepo4 аккумуляторы очень стабильно держат напряжение даже под большими нагрузками, и в отличие от свинцово-кислотных АКБ напряжение Lifepo4 лишь немного просаживается под нагрузкой. Из-за этого КПД аккумулятора 95-98%, а свинцово-кислотных 60-80% (в зависимости от нагрузки). Вот к примеру если заряжать свинцово-кислотный АКБ, то его напряжение быстро поднимается до 13V и далее до 14V, в итоге в АКБ ёмкостью 240Ач мы за 8 часов зарядки вливаем примерно 13.5*240=3240ватт. А к примеру при разряде током 25А напряжение АКБ почти сразу упадет до 12,4-12.0V и мы сможем взять с АКБ при разряде до 10.0V 12.2*240=2928ватт. Получается мы просто потеряли 3240-2928=312ватт, а если разряжать АКБ к примеру инвертором и нагрузкой через него в 1кВт, то потери будут просто огромные, до 50% . А у Lifepo4 просадка напряжения минимальная даже при разряде токами в 1С и по этому КПД очень высокий.
Таким образом только на КПД мы получаем больше энергии на 20-30%, а это не мало, особенно когда ёмкость аккумуляторов киловатт десять, тогда на обычных АКБ будет теряется 2-3кВт за каждые 10кВт пришедшей в АКБ энергии, а при использовании Lifepo4 потери почти незаметны.
Если есть вопросы, то оставляйте комментарии ниже в форме «в контакте».
Источник
Как хранить lifepo4 аккумуляторы
- Главная
- /
- Блог об игрушках
- /
- Про аккумуляторы
- /
- Правила хранения аккумуляторных батарей в зависимости от их типа
Правила хранения аккумуляторных батарей в зависимости от их типа
Правила хранения аккумуляторных батарей в зависимости от их типа
1. Ni-CD никель-кадмиевые аккумуляторы
Такие аккумуляторы при длительном хранении, отлично сохраняют свое напряжение на выходе, однако теряют свою емкость. Чтобы не получить разбраковки, стоит хранить такие устройства в разряженном виде. Перед применением их подзаряжают и они становятся полностью пригодны к использованию по назначению.
Чтобы батарея четко вошла в рабочий режим после хранения и функционировала с полной отдачей, необходимо выполнить 2-3 цикла заряд/разрядных процедур с равной численно номинальной емкости в соответствии 1С.
2. Ni-MH никель-металл-гидридные аккумуляторы
В отличие от предыдущих аналогов, эти аккумуляторы хранят в полностью заряженном состоянии. Причем место хранения должно иметь температуру не менее ноля градусов. Важно при хранении устройства 2 раза в месяц отслеживать напряжение аппарата, чтобы оно не опускалось ниже отметки 1V. Если же произошло падение ниже отметки, нужно тут же выполнить подзарядку заново.
3. Li-Ion литий-ионные аккумуляторы
Самыми оптимальными условиями хранения таких аккумуляторов, становятся такие критерии, как: заряд от емкости аппарата в объеме 40%, температура воздуха в помещении должна быть в диапазоне от 0 до 10 градусов тепла.
Для пользовательского удобства, приводим таблицу хранения аккумуляторов в соответствии с температурой окружающей среды. От температуры и времени хранения, происходит потеря заряда устройства.
Таблица потери заряда аккумулятора при хранении при различной температуре окружающей среды:
Температура, ⁰C
С 40 % зарядом, % за год
Со 100 % зарядом, % за год
40 % за три месяца
Совет: перед тем как отправить литий-ионные аппараты на хранение, применяйте специализированные зарядные устройства. Оптимальный заряд возможен в режиме Storage.
4. Li-Po литий-полимерные аккумуляторы
Для такого типа устройств недопустимым становится глубокий разряд. Если такое произойдет, то аккумулятор полностью выйдет из строя. Стоит придерживать устройство в 40% заряде от емкости устройства.
В отличие от устаревших моделей аккумуляторов советского образца, в современные модели изготовители внести в состав электролита дополнительный специальный консервант. Это т.н. ингибитор, позволяющий хранить устройства свыше двух лет. В связи с этим, аккумуляторы такого типа требуют особого способа расконсервации перед первичным использованием. Данный процесс, подразумевает под собой выполнение 2-3 заряд-разрядных процедур, которые собственно и разрушают свойства консерванта и устройство получает свою положенную номинальную емкость.
В случае не проведения такой расконсервации, наступает «эффект памяти». И в дальнейшем в процессе эксплуатации и наличии больших токов, начинается разложение консерванта. Этот процесс будет сопровождаться существенным выделением газов и тепла. В итоге вы получите вздувшийся аппарат, утративший все свойства электролита.
5. LiFePo4 литий-железо-фосфатные аккумуляторы
Эти устройства не такие требовательные, как представленные выше. Их хранят при полной зарядке и подзаряжают каждые 12 месяцев. Саморазрядка при комнатной температуре незначительная и составляет всего 3-5% за месяц.
6. PB свинцово-кислотные аккумуляторы
Аккумуляторы такого типа, хранят в заряженном виде при температуре 20 градусов тепла. Важно знать, что зарядка таких устройств проводится с напряжением в 2,45 В/элемент раз в 12 месяцев, длительностью процедуры в 48 часов. При хранении в условиях комнатной температуры, зарядку проводят чаще -1 раз в 8 месяцев с напряжением в 2,35 В/элементы длительностью процедуры от 6 до 12 часов. Температуру более 30 градусов эти устройства переносят плохо.
Аккумуляторы нуждаются в чистоте, ведь банальный слой соли, грязи и пленки из электролита на корпусе, выступают в качестве проводника тока между электродами. Это становится причиной саморазрядки аппарата. При глубокой разрядке, портятся пластины, начинается сульфация. Хранить такие устройства разряженными нельзя, они быстро выйдут из строя.
Если требуется хранить такое устройство долго и в дальнейшем использовать их с большими токами, например, в режиме стартера, нужно выполнять контрольные разряд/зарядные циклы токами номинального размера. То же самое стоит проделывать и тогда, когда уменьшается емкость аккумулятора.
Чтобы подготовить данный аккумулятор к зимнему хранению, специалисты НИИАЭ, советуют делать следующее:
1. Зарядить батарею устройства до конца согласно инструкции производителя.
2. Вывод АКБ с плюсом, смажьте литолом или солидолом, чтобы электролитовая пленка не впитывала из атмосферы влагу и не становилась причиной саморазрядки.
3. Сохранять такие аккумуляторы в прохладе, чтобы саморазряд происходил медленнее.
В случае крайней необходимости использования устройства в морозные дни, аккумулятор переносят в теплое помещение и за 7-9 часов, аппарат станет пригодным для запуска двигателя.
7. Ni-Zn никель-цинковые аккумуляторы
Этот тип аккумуляторов похож на никель-кадмиевые аналоги, только у этого типа устройств напряжение на элементе выше 1.6, нежели у аналогов с 1.2. Также Ni-Zn, не имеет «эффекта памяти» и пресловутой ядовитости для среды.
Эти устройства отдают от заявленной производителем емкости 80-85% заряда. Чтобы продлить срок службы таких устройств нужно заряжать аппарат на 90%. Плюс таких аккумуляторов состоит в том, что они хранят высокое напряжение почти до полной разрядки. Полный заряд никель-цинковых аппаратов можно выполнить за 2 часа.
Источник