Зарядка lifepo4 аккумуляторов от генератора

Автомобильный генератор и LiFePO4 аккумулятор

Перед установкой литиевого аккумулятора, владельцы катеров и автомобилей часто спрашивают зачем ограничивать ток генератора во время зарядки аккумулятора. Ведь чем больше ток, тем быстрее заряжается аккумуляторная батарея. А это именно то, что требуется на транспортном средстве.

Ответить на этот вопрос поможет тест автомобильного генератора Бош с номинальной силой тока 90 А. Нагрузкой для генератора послужат проверочный стенд и LiFePO4 аккумулятор емкостью 100 Ач.

Зачем ограничивать ток

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы можно заряжать быстро. Без ущерба для себя аккумуляторы этого типа потребляют ток равный емкости почти до самого окончания зарядки. Поэтому генератор способный давать 100 Ампер, зарядит аккумулятор емкостью 100 Ач всего один час.

Однако в генераторе, в отличии от зарядного устройства, нельзя выставить ограничение тока. Поэтому если 100 Ампер для него – это номинальное значение, то даже в прохладном помещении генератор быстро нагреется до 120-150 градусов. Под капотом же автомобиля или в двигательном отсеке катера температура достигает 100 градусов, тепло там отводится хуже, поэтому генератор разогреется еще сильнее

Генератор охлаждается воздухом, который прогоняет через него насаженная на ротор крыльчатка. Чем медленнее вращается ротор, тем слабее воздушный поток через корпус и тем хуже охлаждение. Генератор нагревается сильнее, если он вырабатывает максимальный ток на низких оборотах

Не все генераторы одинаковы. Марка также имеет значение. В равных условиях устройство признанного бренда и модель неизвестного производителя поведут себя по-разному. Первая без проблем проработает при высокой нагрузке, вторая не выдержат перегрев и выйдет из строя

DC-DC зарядные устройства ограничивают силу тока в цепи до 30 или 60 Ампер

Таким образом на состояние генератора во время работы влияет несколько различных факторов – отношение номинального и потребляемого тока, обороты двигателя и марка устройства. Учесть все в реальных условиях сложно, поэтому не нужно рассчитывать на то, что 3-4 часа непрерывной работы генератора на полной мощности не причинят ему никакого вреда. Совсем не обязательно сгорит обмотка статора. Могут выйти из строя диоды выпрямителя или расплавится пайка, соединяющая диоды с обмотками. Чтобы этого не произошло необходимо ограничить нагрузку генератора. Проще всего это сделать с помощью DC-DC зарядного устройства. При токе 70-80% от номинального значения генератор без проблем проработает в течении целого дня.

Проверка генератора

Первый тест проверяет изменение температуры генератора при максимальной нагрузке. Через три минуты после начала работы генератор дает ток 99,6 Ампер. Температура обмоток 150 градусов, но внешняя поверхность корпуса нагрелась гораздо меньше.

На пятой минуте работы температура внутри корпуса генератора поднялась до 165 градусов, а ток снизился до 97 Ампер. Снаружи корпуса температура 97 градусов

При снижении оборотов двигателя тепло исходящее от генератора увеличивается, ток постепенно падает и опускается до 92 Ампер. На низких оборотах крыльчатка на валу генератора вращается не так быстро, тепло отводится хуже и генератор постепенно перегревается. За короткий промежуток времени температура внутри корпуса вырастает со 160 до 184 градусов.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор подключен к тестовой установке, заряжен примерно на 70%, и потребляет 12 Ампер. Остальная электрическая мощность, вырабатываемая генератором, рассеивается на нагрузке.

После отключения нагрузки литиевый аккумулятор остается единственным потребителем генератора. Однако ничего не меняется. Генератор по-прежнему работает на полной мощности вырабатывает 91 ампер и весь ток потребляет LiFePO4 аккумулятор. Теперь становится понятно, почему во время зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора генератор может сгореть.

На максимальной мощности генератор работает благодаря одному заряженному на 70% литий-железо-фосфатному аккумулятору емкостью 100 Ач. Если бы аккумулятор был полностью разряжен, то генератору пришлось бы работать один час, а на зарядку батареи, состоящей из 4 параллельно соединенных аккумуляторов, ушло бы четыре часа. Но ни один генератор не выдержит четыре часа непрерывной работы в горячем двигательном отсеке на полной мощности. Он выйдет из строя

Температура внутри корпуса генератора достигла 199 градусов и продолжает расти несмотря на то, что в комнате, где проводятся испытания всего 18 градусов. Чтобы представить как нагреется генератор под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера к наблюдаемой сейчас температуре нужно прибавить 100 градусов

Если генератор работает на низких оборотах, то время зарядки LiFePO4 аккумулятора его температура вырастает до 200 градусов. Под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера она может достичь 300 градусов

Напряжение аккумулятора выросло и поскольку регулятор генератора установлен на 14 вольт, ток постепенно снижается до 77 Ампер. Если бы целевое напряжение регулятора было 14,4 В генератор отдавал бы 100 А до полной зарядки аккумулятора.

Ток снижается после того как заряженность аккумулятора достигает 72%. Если бы емкость аккумуляторной батареи была 200 Ач, то и в этом состоянии она продолжала бы потреблять 90 А

Результаты испытаний

Тест подтвердил несколько важных закономерностей:

• Литиевая батарея заставляет генератор долго работать на полной мощности
• Работающий на полной мощности генератор при низких оборотах двигателя быстро перегревается
• Если воздух в двигательном отсеке нагрет до 100 градусов, то температура генератора приблизится к 300 градусам. Свинец плавится при 200, а олово при 350 градусах, поэтому в этих условиях генератор может быстро выйти из строя
• Проверке подвергался генератор Бош. Устройства менее известных марок могут не пройти подобные испытания, и тем более не выдержат регулярную работу под высокой нагрузкой

Ток зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора необходимо контролировать. Это предохранит генератор от повреждения и позволит ему успешно работать с аккумуляторными батареями любой емкости

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

Источник

Литиевый аккумулятор для автомобиля

Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током 0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.

Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.

Количество циклов литиевого АКБ

Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.

Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось

Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде

Зарядка LiFePO4 аккумулятора

Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.

Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора

Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.

Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С

Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор в автомобиле

Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.

Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.

Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации

14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.

Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.

Зарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт.

Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.

Модель	BBW1212	BB1230	BB1260
Максимальный ток, А	28	30	60
Входное напряжение, В	12	12	12
Выходное напряжение, В	12	12	12
Тип аккумуляторов	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки	LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки
Вес, кг	3,5	1,2	1,4
Размеры, мм	190 х 160 х 50	190 х 160 х 50	190 х 160 х 70
ЗАКАЗАТЬ	ЗАКАЗАТЬ	ЗАКАЗАТЬ

Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль

Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее

Аккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов

BMS, рассчитанная на высокий ток. Непрерывный ток разряда и заряда аккумулятора должен быть 0,5 — 1C . Необходимо смотреть именно на непрерывный, а не максимальный рейтинг аккумулятора. Максимальное значение бессмысленно, если не указывается время в течении которого проводилось испытание. Хорошая BMS должна отключать аккумулятор при перегрузке, перезарядке, перегреве и слишком высоком напряжении. Для аккумулятора это жизненно важно

Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.

Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора так же дадут возможность использовать ток силой 100 А, скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.

На автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом

Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В

Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи, так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно

Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.

Установка литиевого аккумулятора

Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6, необходимо использовать специальное зарядное устройство.

Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.

Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Источник