Lifepo4 аккумуляторы как правильно заряжать

Как зарядить LiFePO4 аккумулятор

После покупки ячеек LiFePO4 на Алиэкспресс для моей солнечной электростанции, возник вопрос о том, как заряжать LiFePO4 аккумуляторы.

В простейшем случае, с применением специализированных зарядных устройств для LiFePO4, заряжать следует так:

1. Подключить батарею (ячейку) к зарядному устройству, при этом строго соблюдая полярность.

2. Если имеется выключатель, включить зарядное устройство предварительно подключенное к сети питания, если выключателя нет, то просто воткнуть вилку в розетку.

3. Дождаться окончания заряда, о чем обычно сигнализирует светодиод, который загорится зеленым светом вместо красного.

4. Отключить зарядное устройство от сети (либо сделать это при помощи выключателя).

5. Отключить батарею от зарядного устройства.

Но такие устройства в настоящее время в нашем отечестве встречаются не очень часто, а купить его не всегда возможно по различным причинам, так что разберем подробнее, что же именно происходит в процессе заряда.

Разберем как зарядить LiFePO4 ячейку. Имеются несколько методов зарядки аккумуляторных батарей и ячеек LiFePO4:

Один из них это зарядка с постоянным напряжением (еще этот метод называют с ограничением по напряжению), на зарядном устройстве устанавливается напряжение полностью заряженной ячейки, проводим процесс заряда, при падении зарядных токов до минимальных значений (приближаются к нулю), прекращаем процесс заряда. Данный способ имеет однозначный недостаток, т.к. ток в процессе заряда не регулируется и ограничен мощностью зарядного устройства и зачастую может превышать рекомендованные производителем токи заряда. Что может привести к выходу из строя батареи (ячейки).

LiFePO4 так же возможно заряжать методом с постоянным током (метод с ограничением по току). При использовании данного метода, зарядное устройство должно уметь ограничивать выходной ток. В процессе заряда устанавливается ток, не более значений рекомендованных производителем, при этом по мере заряда, выходное напряжение повышается не контролируемо и в конечном итоге может сильно превышать напряжения заряда ячейки (батареи), что может привести к выходу из строя аккумулятора.

LiFePO4 заряжать более правильно методом с постоянным напряжением и током (метод ограничения по напряжению и току). Для работы в данном режиме, на зарядном устройстве выставляется ограничение по максимальному напряжению, ограничение максимального тока заряда и начинают процесс заряда. Алгоритм работы в этом режиме следующий, зарядное устройство, на первых этапах зарядки, работает в режиме ограничения по току, но как только напряжение достигнет максимального значения, устройство переключится в режим ограничения напряжения.

Подводя итоги, выскажу свое мнение, как зарядить LiFePO4 правильно. Наиболее предпочтительный метод заряда, это ограничение по напряжению и току, но данные ЗУ несколько дороже ЗУ с ограничением по напряжению, как крайний вариант возможно использовать зарядку с постоянным напряжением. Лично я не рекомендую использовать ЗУ с ограничением по току, если вы не будете отслеживать напряжение и вручную уменьшать его в процессе заряда LiFePO4.

Источник

Как зарядить LiFePO4 аккумулятор

Функциональные устройства с минимальной просадкой под напряжением, внушительным КПД, способностью выдерживать жесткие условия эксплуатации – это все непревзойденные аккумуляторы LiFePO4. Они:

• отлично работают без частой балансировки;
• не боятся перепадов температуры и влажности;
• отдают большие токи;
• обладают длительным сроком службы;
• имеют минимальный саморазряд и при хранении теряют минимальное количество энергии.

Зарядка по всем правилам: хитрости и руководство к действию

Заряжать LiFePO4 аккумулятор можно заранее, не дожидаясь, пока батарея полностью потеряет свой ресурс. Главное, учитывать несколько особенностей процесса:

• Помните, что зарядка LiFePO4 аккумуляторов должна производиться только специализированными устройствами. Применение некорректного зарядного устройства приведет к порче аккумулятора.
• Процесс производится в два этапа – на первом «подпитывается» стабилизированным током для достижения нужного напряжения, а после – до минимального тока уже при стабильном напряжении CC/CV.
• Если планируете зарядить LiFePO4 аккумулятор, то делать это лучше при комнатной температуре. Если устройство было на морозе, то желательно выдержать его в помещении около пяти часов.
• Не оставляйте устройство в разряженном состоянии. Для потери емкости всей батареи достаточно, чтобы напряжение упало до критического хотя бы в одной ячейке. Оптимальным для хранения считается 3,2 Вольта на каждый элемент.
• Не забывайте, что нельзя накрывать батарею при зарядке.

Последовательность зарядки LiFePO4

Как зарядить LiFePO4? Для этого необходимо:

• присоединить зарядное устройство к гнезду батареи;
• включить в сеть с напряжением 220V;
• при появлении зеленой индикации (через 1-6 часов, в зависимости от состояния аккумулятора) для последующей балансировки – оставить систему включенной на пару-тройку часов;
• после этого необходимо отключить зарядное устройство сначала от сети, а затем – отсоединить питание от самого аккумулятора.

Наши эксперты не только подскажут, как заряжать LiFePO4 аккумуляторы правильно, но и поделятся многими другими тонкостями использования устройства, чтобы максимально продлить ресурс и предотвратить его преждевременную порчу.

Источник

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

До какого напряжения заряжать LiFePO4 аккумуляторы

Статья обновлена: 2020-12-17

Чтобы литий-феррофосфатные аккумуляторы дольше служили и по максимуму проявляли свои преимущества, их нужно правильно заряжать. Зарядка осуществляется постоянным током, постоянным напряжением или с поэтапным сочетанием этих способов. При использовании 2-ступенчатого метода вначале под действием постоянного тока увеличивается напряжение, после чего оно остается неизменным, и происходит насыщение аккумулятора.

На 1-м этапе элементы питания набирают около 90–95% заряда, а на 2-м этапе – оставшийся заряд. Алгоритм CC/CV обеспечивает быструю подзарядку элементов питания без риска их перезаряда, причем значительный рост напряжения наблюдается в конце зарядного цикла. Потребляемый ток стремительно уменьшается, и зарядник отключается.

Особенности зарядки LiFePO4

Заряжать LFP элементы и АКБ рекомендуется после каждого использования, если уровень заряда значительно снизился. Эффекта памяти такие аккумуляторы не имеют, поэтому заряжать их можно при любом уровне заряда – хоть 20%, хоть 50%. Критическое напряжение разряда LiFePO4 аккумуляторов составляет 2 В. При таком значении элементы питания требуют немедленной подзарядки, иначе они деградируют и теряют работоспособность.

Хотя в сравнении с остальными типами литиевых источников питания LFP ячейки более устойчивы к высокому напряжению, испытывая его в течение длительного времени, они деградируют. Это связано с появлением на аноде металлического лития, окислением материала катода и снижением его стабильности. К тому же, образующийся диоксид углерода увеличивает давление в элементах.

Напряжение литий-железо-фосфатных аккумуляторов

LFP элементы имеют:

• номинальное напряжение 3,2 В;
• напряжение полного заряда LiFePO4 3,65 В;
• минимально допустимое рабочее напряжение (под нагрузкой) – 2,8 В;
• минимально допустимое напряжение в разряженном состоянии – 2 В;
• напряжение средней точки 3,3 В;
• безопасное напряжение зарядки – от 3,4 до 3,65 В;
• диапазон рабочих напряжений – от 2 до 3,2 В.

При напряжении ЗУ ниже 3,3 В реакции протекают слабо или вообще не протекают. При напряжении 3,4–3,65 В ионы лития отправляются от катода к аноду и внедряются в его кристаллическую структуру. Чем выше напряжение зарядки, тем больше ионов лития встраивается внутрь кристалла анода.

При низком пороговом напряжении элементы заряжаются не полностью, из-за чего сокращается время их автономной работы. При высоком напряжении заряда (свыше 3,8 В) разрушается органический электролит. Поэтому при максимальном напряжении LiFePO4 аккумуляторы нужно отключать от зарядки. В вопросе, до какого напряжения заряжать LiFePO4 аккумуляторы, рекомендуется придерживаться значения в 3,65 В на ячейку.

Температура при зарядке

Заряжать LFP аккумуляторы допустимо при температурном режиме от 0 до +40 °С, оптимально – от +5 до +25 °С. Некоторые виды LiFePo4 элементов допускают зарядку при минусовых температурах, но тогда зарядный ток снижают до 0,05–0,1 С ( до 5–10% емкости). От критического нагрева ячейки и АКБ оберегает система управления.

Но контроль температуры способно осуществлять и ЗУ с температурным датчиком. Такие зарядники уменьшают напряжение при нагреве ячеек выше 20 °С и отключаются при нагреве до 55 °С. По сути такие ЗУ перестраховывают BMS плату и обеспечивают дополнительную защиту.

Напряжение аккумуляторных батарей LiFePO4

Для получения нужных рабочих характеристик LFP ячейки соединяются в аккумуляторные батареи. Для использования в одной сборке берут элементы с одинаковыми значениями емкости и напряжения, в идеале – из одной партии, чтобы минимизировать риск появления дисбаланса в процессе эксплуатации АКБ.

Схема соединения ячеек зависит от необходимых значений емкости и напряжения. При последовательном соединении суммируется напряжение элементов при неизменной емкости, а при параллельном соединении наоборот – напряжение остается константой, а емкость суммируется. Так, чтобы получить АКБ напряжением 24 В, нужно последовательно соединить 8 ячеек (в схеме обозначается 8S), а для сборки АКБ напряжением 36 В – 12 ячеек (12S). Для соединения элементов используется точечная сварка и специальные перемычки.

Возникает закономерный вопрос – до какого напряжения заряжать АКБ LiFePO4 на 36 вольт или другого напряжения? У моделей напряжением 36 В верхний порог отсечки составляет 43,8 В, а нижний – 24 В. У батарей напряжением 24 В верхний порог отсечки равен 29,2 В, нижний – 16 В. У АКБ на 48 В верхний порог отсечки – 54,6 В, нижний – 32 В. У моделей на 60 В верхний предел соответствует 73 В, нижний – 40 В, а у аккумуляторных батарей на 72 В – 87,6 В и 48 В.

Управление зарядкой LFP аккумуляторов

BMS плата ограничивает предельное напряжение каждой ячейки и аккумуляторной сборки, не допускает их чрезмерного заряда, глубокого разряда и КЗ. Зарядник по сигналу BMS платы останавливает работу, когда напряжение достигает предельного значения. Защита срабатывает при напряжении элемента выше 3,8 В. Но в вопросах защиты и безопасной работы аккумуляторов не стоит полагаться только на работу BMS платы. Первостепенным уровнем защиты выступает зарядное устройство и подключаемое к АКБ оборудование.

Источник