Последние записи
В контакте

Lifepo4 аккумуляторы эксплуатация и особенности

Относительно новый тип аккумуляторов Lifepo4 (литий-железо-фосфатный) сейчас набирает всё большую популярность, так-как обладает гораздо лучшими характеристиками чем свинцово-кислотные аккумуляторы. Но покупая такие аккумуляторы многие люди просто незнают как их эксплуатировать, или руководствуются какими-то слухами. А ведь Lifepo4 это тот-же всем хорошо знакомый Li-ion, который у нас в мобильных телефонах, планшетах и ноутбуках. Но в отличие от li-ion Lifepo4 выдерживает гораздо больше циклов заряда/разряда и не стареет так-быстро как li-ion.

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.

вздутые пакеты lifepo4

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.

параллельный заряд и выравнивание lifepo4

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.

график заряда lifepo4

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".