Заряджаємо акумулятор LiFePO4 правильно

LiFePO4 – це різновид літієвих акумуляторів, у яких позитивним електродом виступає ферофосфат літію, а анодом – графіт. Їх переваги перед свинцево-кислотними моделями полягають у більшій питомій ємності та тривалому терміні служби.
Заряджати акумулятори LiFePO4 слід постійним струмом, постійною напругою або комбінувати обидва ці методи. При двоступінчастій зарядці напругу слід підвищити до 14,4-14,6 Вольт за допомогою постійного струму, після чого насичення акумулятора відбуватиметься при постійній напрузі. Після одного етапу заряджання акумулятор набирає близько 90-95% ємності, а після двох – 100%.

Коли заряджати батарею LiFePO4?

Якщо акумулятор розрядився не повністю, то заряджати його необов'язково. У LiFePO4 відсутня сульфатація, яка зменшує ємність частково заряджених свинцево-кислотних акумуляторів. Але якщо система керування від'єднує акумулятор від навантаження через падіння напруги, краще негайно підзарядити його.

Рекомендації щодо температурного режиму

Зарядний пристрій може контролювати температуру батареї. Процес заряджання повинен відбуватися при температурах від 0 до 40 градусів. Потрібно пам'ятати, що за негативної температури зарядний струм слід знизити на 5-10% від ємності батареї. Перегрівання акумулятора не допускає системи керування, але температуру може контролювати і зарядний пристрій, оснащений відповідним датчиком: він автоматично знижує напругу при нагріванні батареї до 20 градусів і вимикається, якщо її температура досягає 55 градусів. Таким чином, зарядка дублює функціонал плати BMS та підвищує рівень захисту.

Паралельне та послідовне з'єднання батарей

Важливо, щоб напруга акумуляторів, що послідовно або паралельно з'єднувалися, збігалася. Різниця має перевищувати 50мВ (точне значення зазначає виробник акумулятора). Однакова напруга зменшує ймовірність виникнення дисбалансу у процесі експлуатації. Якщо напруга відрізнятиметься більш ніж на 50 мВ, то перед з'єднанням батареї слід зарядити окремо за допомогою одного зарядного пристрою, а через кілька годин перевірити їх стан.

Співвідношення напруги зарядки та ємності LiFePO4

Якщо використовувати зарядний пристрій з нижчою напругою, ніж акумулятор, підрядити його не вдасться. При більш високій напрузі іони залишать катод і впроваджуватимуться в кристалічну структуру анода. Процес здійснюється під впливом сили, яка вбиває іони усередину кристала. Чим сильніший цей вплив, тим більше іонів проникне в кристал, і тим більше навантаження він зазнає. Так, ефективність процесу заряджання залежить від напруги зарядного пристрою.

При зниженні порогової напруги літій-залізо-фосфатна батарея заряджається не повністю, що знижує час її безперервної роботи, але не впливає на термін служби, на відміну від свинцево-кислотних батарей. Знижена напруга має перевагу: зниження стресу акумулятора під час зарядки. Акумулятори LiFePO4 можна безпечно заряджати до 3,6-3,65 Вольт. Якщо використовувати вищу напругу, то органічний електроліт руйнується. Незважаючи на заявлену стійкість до перезаряджання після того, як акумулятор набере повну ємність, його слід відключити від джерела заряджання. Час підключення до мережі зарядженого акумулятора повинен бути мінімальним.

Як зарядити батарею від генератора двигуна?

Особливості заряджання літій-залізо-фосфатних батарей від генератора двигуна:

Система керування батареєю

Літій-залізо-фосфатні осередки можуть безпечно функціонувати в діапазоні 2-4,2В. Порівняно з іншими типами літієвих елементів вони більш стійкі до напруги. Але тривала дія підвищеного вольтажу призводить до накопичення металевого літію на аноді і безповоротно погіршує робочі характеристики елементів живлення. Матеріал катода піддається окисленню і втрачає стабільність, а діоксид вуглецю, що виділяється в результаті реакції, збільшує тиск в комірках.

Процес заряджання може бути припинено за сигналом BMS, після чого напруга з акумулятора знімається та створюється додатковий рівень захисту. Якщо в аварійній ситуації BMS видає нульову напругу, використовується роз'єм BMS 1. При високій позитивній напрузі задіяно BMS 2. Незалежно від ситуації, заряджання продовжиться після того, як буде усунуто причину вимкнення. Система керування обмежує максимальну напругу кожного елемента та батареї загалом. Спрацьовування захисту відбувається, якщо напруга осередку перевищує 3,8 Вольт, а загальна напруга LiFePO4: 15,2-15,6 Вольт.

Розряд акумулятора нижче за певний рівень також неприпустимий. При напрузі комірки нижче 2В, матеріал електродів починає руйнуватися, тому мінімальна напруга, що рекомендується, для більшості моделей: 10,5-11 Вольт. Система керування дозволяє захистити літієвий акумулятор від перезаряджання, надмірного заряду та короткого замикання. Але першим рівнем захисту виступає зовсім не BMS, а зарядний пристрій і обладнання, що підключається до АКБ.

Вибираємо зарядку для LiFePO4

Повністю заряджений 12-вольтовий акумулятор LiFePO4 має напругу 13,3-13,4В. Аналогічний параметр у свинцево-кислотній моделі становитиме 12,6 -12,8 Вольт. Якщо розрядити такий пристрій до 80%, його напруга зміниться всього на 0,5В. Зарядні пристрої для свинцево-кислотних і літій-залізо-фосфатних моделей мають однаковий принцип роботи і відрізняються лише відсутністю стадії кондиціонування, більш високою напругою на один елемент, а в деяких випадках - заряджання.

Процес заряджання свинцево-кислотних батарей включає три-п'ять стадій, перехід між ними здійснюється автоматично, відповідно до рівня заряду акумулятора. Спочатку зарядний пристрій встановлює максимально можливий струм, завдяки чому напруга акумулятора поступово збільшується. Щоб зберегти силу постійного струму, зарядний пристрій підвищує вхідну напругу, роблячи це до тих пір, поки воно не підвищиться до граничного значення. Подальша зарядка відбувається при зниженні струму і фіксованому напрузі, а при опусканні сили струму до 10% від номінального значення, друга стадія закінчується. Після неї відбувається етап кондиціювання та заключна стадія – підтримуюча зарядка, що перешкоджає саморозряду акумулятора, втраті ємності та сульфатації.

Властивості зарядних для LiFePO4

Зарядні пристрої для літій-залізо-фосфатних акумуляторів використовують алгоритм CC/CV: постійний струм/постійна напруга, що забезпечує швидку зарядку. Заряджання цих батарей відбувається за принципом, відмінним від зарядки свинцево-кислотних моделей. Наприклад, літієві акумулятори не потребують режиму десульфації електроліту і не вимагають вирівнювання: використання напруги понад 15В викличе спрацювання захисту або пошкодить залізо-фосфатні осередки.

Дозарядка свинцево-кислотних батарей здійснюється при напрузі акумулятора 12,7В, і підтримує напрузі зарядного пристрою 13,3-13,8В. Під'єднаний до акумулятора зарядний пристрій запобігає його саморозряду та забезпечує живлення споживачів. При напрузі 12,7В літій-залізо-фосфатна модель розряджена на 85-95%, тому для них рівень дозарядки вищий: 13,1-13,2В. Будучи постійно підключеними до електромережі та батареї, деякі зарядні пристрої проводять "профілактичну" дозарядку свинцево-кислотних акумуляторів кожні сім днів. Пристроям LiFePO4 така часта зарядка не потрібна, їх краще зберігати наполовину розрядженими, заряджаючи приблизно раз на півроку, щоб уникнути безповоротних втрат ємності.

Перед початком роботи сучасні зарядні пристрої визначають поточний опір акумулятора за допомогою коротких напруги. Ця інформація дозволяє визначити, з якої стадії потрібно розпочинати зарядку. Оскільки, навіть у розрядженому стані LiFePO4 зберігає напругу 13В, деякі пристрої вважають її майже повністю зарядженим і перейдуть до підтримуючого етапу. Максимальна тривалість періоду абсорбції свинцево-кислотних моделей становить 480-600 хвилин, а у залізо-фосфатних вона значно коротша: від 480 до 600 хвилин. Так, якщо струм у ланцюгу не знизився до номінального значення, встановленого в зарядному пристрої: існує витік на землю або навантаження, акумулятор буде перебувати під напругою 14,4 В не півгодини, а 8-10 годин.

Чи можна заряджати LiFePO4 пристроєм для свинцево-кислотних батарей?

Зарядні пристрої для свинцево-кислотних акумуляторів можна використовувати для заряджання LiFePO4 тільки якщо :

Після того, як повна зарядка LiFePO4 від такого пристрою закінчиться, батарею необхідно відключити, щоб не здійснювалася дозарядка за невідповідним алгоритмом. Звичайно, спеціалізована зарядка для LiFePO4 – найкраще рішення для збереження ємності та продовження терміну служби пристрою. Вольтметр не дасть точного уявлення про стан літій-залізо-фосфатних батарей, визначати рівень заряду слід за допомогою лічильника ампергодин або батарейного монітора.