Заряжаем аккумулятор LiFePO4 правильно

   LiFePO4 – это разновидность литиевых аккумуляторов, в которых положительным электродом выступает феррофосфат лития, а анодом – графит. Их преимущества перед свинцово-кислотными моделями состоят в большей удельной емкости и продолжительном сроке службы.
   Заряжать аккумуляторы LiFePO4 следует постоянным током, постоянным напряжением или комбинировать оба этих метода. При двухступенчатой зарядке напряжение следует повысить до 14,4-14,6 Вольт при помощи постоянного тока, после чего  насыщение аккумулятора будет происходить при постоянном напряжении. После одного этапа зарядки аккумулятор набирает около 90-95% емкости, а после двух – 100%.

Когда заряжать батарею LiFePO4?

   Если аккумулятор разрядился не полностью, то подзаряжать его необязательно. В LiFePO4 отсутствует сульфатация, которая уменьшает емкость частично заряженных свинцово-кислотных аккумуляторов. Но если система управления отсоединяет аккумулятор от нагрузки из-за падения напряжения, то лучше немедленно подзарядить его.

Рекомендации по температурному режиму

   Зарядное устройство способно контролировать температуру батареи. Процесс зарядки должен происходить при температурах от 0 до 40 градусов. Нужно помнить, что при отрицательной температуре зарядный ток следует снизить на 5-10% от емкости батареи. Перегрев аккумулятора не допускает система управления, но температуру может контролировать и зарядное устройство, оснащенное соответствующим датчиком: оно автоматически снижает напряжение при нагреве батареи до 20 градусов и отключается, если ее температура достигает 55 градусов. Таким образом, зарядка дублирует функционал платы BMS и повышает уровень защиты.

Параллельное и последовательное соединение батарей

   Важно, чтобы напряжение последовательно или параллельно соединяемых аккумуляторов совпадало. Разница не должна превышать 50мВ (точное значение отмечает производитель аккумулятора). Одинаковое напряжение уменьшает вероятность возникновения дисбаланса в процессе эксплуатации. Если напряжения будут отличаться более, чем на 50 мВ, то перед соединением, батареи следует зарядить по отдельности при помощи одного зарядного устройства, а через несколько часов проверить их состояние.

Соотношение напряжения зарядки и емкости LiFePO4

   Если использовать зарядное устройство с более низким напряжением, чем требует аккумулятор, то подзарядить его не получится. При более высоком напряжении ионы покинут катод и будут внедряться в кристаллическую структуру анода. Процесс осуществляется под воздействием силы, которая вбивает ионы внутрь кристалла. Чем сильнее это воздействие, тем больше ионов проникнет в кристалл, и тем большую нагрузку он испытает. Так, эффективность процесса зарядки зависит от напряжения зарядного устройства.

   При понижении порогового напряжения литий-железо-фосфатная батарея заряжается не полностью, что снижает время ее непрерывной работы, но не влияет на срок службы, в отличие от свинцово-килсотных батарей. У пониженного напряжения есть преимущество: снижение стресса аккумулятора во время зарядки. Аккумуляторы LiFePO4 можно безопасно заряжать до 4,2 Вольт. Если использовать более высокое напряжение, то органический электролит разрушается. Несмотря на заявленную стойкость к перезаряду после того, как аккумулятор наберет полную емкость, его следует отключить от источника зарядки. Время подключения к сети заряженного аккумулятора должно быть сведено к минимуму.

Как зарядить батарею от генератора двигателя?

    Особенности зарядки литий-железо-фосфатных батарей от генератора двигателя:

Система управления батареей

   Литий-железо-фосфатные ячейки могут безопасно функционировать в диапазоне 2-4,2В. По сравнению с прочими типами литиевых элементов, они более устойчивы к напряжению. Но длительное воздействие повышенного вольтажа приводит к накоплению металлического лития на аноде и безвозвратно ухудшает рабочие характеристики элементов питания. Материал катода подвергается окислению и теряет стабильность, а выделяющийся в результате реакции диоксид углерода увеличивает давление в ячейках.

   Процесс зарядки может быть приостановлен по сигналу BMS, после чего напряжение с аккумулятора снимается и создается дополнительный уровень защиты. Если в аварийной ситуации BMS выдает нулевое напряжение, используется разъем BMS 1. При высоком положительном напряжении задействуется BMS 2. Вне зависимости от ситуации, зарядка продолжится после того, как будет устранена причина отключения. Система управления ограничивает максимальное напряжение каждого элемента и батареи в целом. Срабатывание защиты происходит, если напряжение ячейки превышает 3,8 Вольт, а общее напряжение LiFePO4: 15,2-15,6 Вольт.

   Разряд аккумулятора ниже определенного уровня также недопустим. При напряжении ячейки ниже 2В, материал электродов начинает разрушаться, поэтому минимальное рекомендуемое напряжение для большинства моделей: 10,5-11 Вольт. Система управления позволяет защитить литиевый аккумулятор от перезарядки, чрезмерного заряда и короткого замыкания. Но первым уровнем защиты выступает вовсе не BMS, а зарядное устройство и подключаемое к АКБ оборудование.

Выбираем зарядку для LiFePO4

   Полностью заряженный 12-вольтовый аккумулятор LiFePO4 имеет напряжение 13,3-13,4В. Аналогичный параметр в свинцово-кислотной модели будет составлять 12,6 -12,8 Вольт. Если разрядить такое устройство до 80%, то его напряжение изменится всего на 0,5В. Зарядные устройства для свинцово-кислотных и литий-железо-фосфатных моделей имеют одинаковый принцип работы и отличаются только отсутствием стадии кондиционирования, более высоким напряжением на один элемент, а в некоторых случаях – поддерживающей зарядки.

   Процесс зарядки свинцово-кислотных батарей включает три-пять стадий, переход между ними осуществляется автоматически, в соответствии с уровнем заряда аккумулятора. Вначале зарядное устройство устанавливает максимально возможный ток, благодаря чему напряжение аккумулятора постепенно увеличивается. Чтобы сохранить силу тока постоянной,  зарядное устройство повышает входное напряжение, делая это до тех пор, пока оно не повысится до предельного значения. Дальнейшая зарядка происходит при снижающемся токе и фиксированном напряжении, а при опускании силы тока до 10% от номинального значения, вторая стадия заканчивается. После нее происходит этап кондиционирования и заключительная стадия – поддерживающая зарядка, препятствующая саморазряду аккумулятора, потере емкости и сульфатации.

Свойства зарядных для LiFePO4

   Зарядные устройства для литий-железо-фосфатных аккумуляторов используют алгоритм CC / CV: постоянный ток/постоянное напряжение, обеспечивающий быструю зарядку. Зарядка этих батарей происходит по принципу, отличному от зарядки свинцово-кислотных моделей.  Например, литиевые аккумуляторы не нуждаются в режиме десульфации электролита и не требуют выравнивания: использование напряжений свыше 15В вызовет срабатывание защиты или повредит железо-фосфатные ячейки. 

    Дозарядка свинцово-кислотных батарей осуществляется при напряжении аккумулятора 12,7В, и поддерживающем напряжении зарядного устройства 13,3-13,8В. Подключенное к аккумулятору зарядное устройство предотвращает его саморазряд и обеспечивает питание потребителей. При напряжении 12,7В литий-железо-фосфатная модель разряжена на 85-95%, поэтому для них уровень дозарядки выше: 13,1-13,2В. Будучи постоянно подключенными к электросети и батарее, некоторые зарядные устройства проводят «профилактическую» дозарядку свинцово-кислотных аккумуляторов каждые семь дней. Устройствам LiFePO4 такая частая зарядка не нужна, их лучше хранить разряженными наполовину, подзаряжая приблизительно раз в полгода, чтобы избежать безвозвратных потерь емкости.

   Перед началом работы современные зарядные устройства определяют текущее сопротивление аккумулятора при помощи коротких импульсов напряжения. Эта информация позволяет определить, с какой стадии нужно начинать зарядку. Поскольку, даже в разряженном состоянии LiFePO4 сохраняет напряжение 13В, некоторые устройства посчитают его почти полностью заряженным и перейдут к поддерживающему этапу. Максимальная продолжительность периода абсорбции свинцово-кислотных моделей составляет 480-600 минут, а у железо-фосфатных она значительно короче: от 480 до 600 минут. Так, если ток в цепи не снизился до номинального значения, установленного в зарядном устройстве: существует утечка на землю или нагрузка, аккумулятор будет находиться подл напряжением 14,4В не полчаса, а 8-10 часов.

Можно ли заряжать LiFePO4 устройством для свинцово-кислотных батарей?

Зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов можно применять для зарядки LiFePO4, только если:

   После того как полная зарядка LiFePO4 от такого устройства закончится, батарею необходимо отключить, чтобы не осуществлялась дозарядка по неподходящему алгоритму. Конечно, специализированная зарядка для LiFePO4 – лучшее решение для сохранения емкости и продления срока службы устройства. Вольтметр не даст точного представления о состоянии литий-железо-фосфатной батарей, определять уровень заряда следует с помощью счетчика амперчасов или батарейного монитора.