Как всем известно LiFePo4 аккумуляторы стали очень популярны и постоянно совершенствуются. У литиевых батарей увеличивается ёмкость, снижаются габариты, повышается безопасность использования. В этой статье мы поговорим о последней разработке в этой области – литий-железо-фосфатной (LiFePo4 или LPF). Как правильно заряжать LiFePo4 аккумуляторы и какое зарядное устройство лучше использовать?
До 2003-го года разработка практически не продвигалась вперёд, пока она не попала в руки специалистов представляющих фирму A123 Systems. Кроме того, серьёзный толчок делу дали такие инвесторы как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital, благодаря которым технология была доведена до ума.
Первая промышленная партия изделий была выпущена в 2006-ом году и с тех пор, LFP позиционируются как лучшие из силовых электронакопителей.
2. Более высокий показатель КПД.
3. Повышенный уровень безопасности.
LiFePO4 предлагают пользователю более продолжительный срок службы, по сравнению со своими Li-ion собратьями. Применение фосфатов даёт возможность избежать расхода кобальта и связанных с этим экологических проблем.
Каким током заряжать.
Тут все как обычно – оптимально 0.2-0.3С, но при необходимости ток можно увеличить до 0.5 и даже 1С. Хотя такой ускоренный режим считается нормальным, не злоупотребляйте им.
Как правильно заряжать.
Заряжают LiFePo4 так же, как и все литий-ионные – в два этапа. Сначала идет зарядка постоянным стабилизированным током. Когда батарея зарядится на 90-95%, зарядку ведут постоянным напряжением (метод IU). Заряд LiFePo4-аккумуляторов считается законченным, когда напряжение на клеммах каждой ячейки (если это батарея) достигнет напряжения 3.65 В.
* Временные интервалы на графике показаны условно
Когда заряжать.
LiFePo4-аккумуляторы, как и все литиевые, не имеют эффекта памяти. Поэтому их можно подзаряжать при любом уровне оставшейся энергии. Единственное, не стоит разряжать батарею «в ноль», выжидая срабатывания защиты. Производитель рекомендует ставить АКБ на подзарядку при разряде на 80-85%. Но и «в ноль» (точнее, до 2.5 В на ячейку!), если сильно нужно, разряжать лифер допустимо.
Температура.
Литий-железофосфатные батареи боятся перегрева. Хотя они и не взрываются, как их старшие собратья, но вполне могут тихо «умереть» или как минимум потерять ёмкость при сильном нагреве. Поэтому в процессе заряда контролируют и температуру. При нагреве корпуса ячейки выше 55 градусов Цельсия процесс нужно прекратить либо снизить зарядный ток до остывания батареи.
Количество отданной энергии у литий-феррофосфатных батарей зависит от температуры окружающей среды. Нормальной считается температура +20…35 °С. При минусовых она существенно падает. К примеру, зарядив АКБ на 100% при +25 , при -20 мы сможем забрать только половину этой энергии. После прогрева «потерянная» энергия вернется на место.
Зависимость доли отданной емкости от температуры окружающей среды
Зарядка на хранение.
Для длительного хранения феррофосфатные аккумуляторы и батареи заряжают до 60-70%, ориентируясь на ток, напряжение на клеммах и время заряда. Цикл зарядки стабилизированным напряжением при этом не проводится. Поскольку все аккумуляторы имеют саморазряд, их нужно периодически подзаряжать. Профилактический заряд LiFePo4-аккумуляторов нужно делать примерно раз в 3-4 месяца. Хранить при комнатной температуре.
Часто аккумуляторы соединяют в аккумуляторные батареи. При этом последовательное соединение увеличивает выходное напряжение батареи, а параллельное – электрическую ёмкость. На рисунках ниже изображены батареи на напряжение 12.8 В емкостью 2.5 А*ч и на напряжение 3.2 В емкостью 10 А*ч. Количество запасаемой энергии у них одинаковое:
Энергия = ёмкость х напряжение = 12.8 х 2.5 = 3.2 х 10 = 32 Вт* ч
Не менее часто используют смешанное включение. При нем последовательно соединяют сборки (модули) параллельно включенных ячеек. Получается увеличение как напряжения, так и ёмкости.
Пример смешанного включения по схеме S43P
При последовательном включении необходим узел балансировки. Его задача – выравнивание уровня заряда всех ячеек. Балансировка выполняется в процессе зарядки АКБ. Параллельное включение отдельного балансира не требует – включенные таким образом аккумуляторы воспринимаются балансиром как одна ячейка.
Балансир обеспечивает одинаковый уровень зарядки всех модулей сборки S42P
При последовательном соединении зарядное напряжение увеличивают исходя из величины 3.65 В на ячейку (банку). При параллельном напряжение остается 3.65 В, а ток растёт соответственно увеличению ёмкости (ном. – 0.2-0.3С, макс. – до 1С). При смешанном подключении повышают как ток, так и напряжение.
ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ
Итак, LiFePO4 был открыт давненько, в 1996-ом году, профессором Техасского университета Джоном Гуденафом. Материал играл роль катода для обычного Li-ion накопителя. Отличался LFP тем, что по сравнению с традиционными литий-кобальтовыми источниками энергии, имел значительное преимущество в цене, был менее токсичным и более термоустойчивым. Однако у LiFePO4 имел место и один значимый недостаток — меньшая ёмкость.До 2003-го года разработка практически не продвигалась вперёд, пока она не попала в руки специалистов представляющих фирму A123 Systems. Кроме того, серьёзный толчок делу дали такие инвесторы как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital, благодаря которым технология была доведена до ума.
Первая промышленная партия изделий была выпущена в 2006-ом году и с тех пор, LFP позиционируются как лучшие из силовых электронакопителей.
LIFEPO4 ОБХОДЯТ КОНКУРЕНТОВ ПО ТАКИМ ПАРАМЕТРАМ:
1. Улучшенные характеристики.2. Более высокий показатель КПД.
3. Повышенный уровень безопасности.
LiFePO4 предлагают пользователю более продолжительный срок службы, по сравнению со своими Li-ion собратьями. Применение фосфатов даёт возможность избежать расхода кобальта и связанных с этим экологических проблем.
Общие требования к условиям и параметрам зарядки
Прежде чем выяснить, как зарядить LiFePo4-аккумулятор, поговорим о его особенностях. Несмотря на то что он относится к литий-ионному типу, его конечное напряжение заряда составляет 3.65 В вместо привычных нам 4.2 В. Разряжать LFP ниже 2.5 В нельзя, при 2.0 элемент выходит из строя. Перезаряд, как и любого литиевого АКБ, тоже недопустим, хотя до возгорания дело не доходит.Каким током заряжать.
Тут все как обычно – оптимально 0.2-0.3С, но при необходимости ток можно увеличить до 0.5 и даже 1С. Хотя такой ускоренный режим считается нормальным, не злоупотребляйте им.
Как правильно заряжать.
Заряжают LiFePo4 так же, как и все литий-ионные – в два этапа. Сначала идет зарядка постоянным стабилизированным током. Когда батарея зарядится на 90-95%, зарядку ведут постоянным напряжением (метод IU). Заряд LiFePo4-аккумуляторов считается законченным, когда напряжение на клеммах каждой ячейки (если это батарея) достигнет напряжения 3.65 В.
* Временные интервалы на графике показаны условно
Когда заряжать.
LiFePo4-аккумуляторы, как и все литиевые, не имеют эффекта памяти. Поэтому их можно подзаряжать при любом уровне оставшейся энергии. Единственное, не стоит разряжать батарею «в ноль», выжидая срабатывания защиты. Производитель рекомендует ставить АКБ на подзарядку при разряде на 80-85%. Но и «в ноль» (точнее, до 2.5 В на ячейку!), если сильно нужно, разряжать лифер допустимо.
Температура.
Литий-железофосфатные батареи боятся перегрева. Хотя они и не взрываются, как их старшие собратья, но вполне могут тихо «умереть» или как минимум потерять ёмкость при сильном нагреве. Поэтому в процессе заряда контролируют и температуру. При нагреве корпуса ячейки выше 55 градусов Цельсия процесс нужно прекратить либо снизить зарядный ток до остывания батареи.
Количество отданной энергии у литий-феррофосфатных батарей зависит от температуры окружающей среды. Нормальной считается температура +20…35 °С. При минусовых она существенно падает. К примеру, зарядив АКБ на 100% при +25 , при -20 мы сможем забрать только половину этой энергии. После прогрева «потерянная» энергия вернется на место.
Зависимость доли отданной емкости от температуры окружающей среды
Зарядка на хранение.
Для длительного хранения феррофосфатные аккумуляторы и батареи заряжают до 60-70%, ориентируясь на ток, напряжение на клеммах и время заряда. Цикл зарядки стабилизированным напряжением при этом не проводится. Поскольку все аккумуляторы имеют саморазряд, их нужно периодически подзаряжать. Профилактический заряд LiFePo4-аккумуляторов нужно делать примерно раз в 3-4 месяца. Хранить при комнатной температуре.
Важно! Еще одна особенность LiFePo4 -элементов – стабильное напряжение в процессе заряда и разряда, которое держится близко к уровню 3.2 В. Лишь в конце разрядки оно резко падает до 2.5-2.6 В и поднимается по окончании зарядки до 3.6 В. Поэтому определить уровень заряда по напряжению сложно, хотя и можно, если использовать высокоточные измерительные приборы и ориентироваться по емкости, току и времени зарядки (разрядки).
О сборках из последовательно или параллельно соединенных аккумуляторов
Часто аккумуляторы соединяют в аккумуляторные батареи. При этом последовательное соединение увеличивает выходное напряжение батареи, а параллельное – электрическую ёмкость. На рисунках ниже изображены батареи на напряжение 12.8 В емкостью 2.5 А*ч и на напряжение 3.2 В емкостью 10 А*ч. Количество запасаемой энергии у них одинаковое:
Энергия = ёмкость х напряжение = 12.8 х 2.5 = 3.2 х 10 = 32 Вт* ч
Не менее часто используют смешанное включение. При нем последовательно соединяют сборки (модули) параллельно включенных ячеек. Получается увеличение как напряжения, так и ёмкости.
Пример смешанного включения по схеме S43P
При последовательном включении необходим узел балансировки. Его задача – выравнивание уровня заряда всех ячеек. Балансировка выполняется в процессе зарядки АКБ. Параллельное включение отдельного балансира не требует – включенные таким образом аккумуляторы воспринимаются балансиром как одна ячейка.
Балансир обеспечивает одинаковый уровень зарядки всех модулей сборки S42P
При последовательном соединении зарядное напряжение увеличивают исходя из величины 3.65 В на ячейку (банку). При параллельном напряжение остается 3.65 В, а ток растёт соответственно увеличению ёмкости (ном. – 0.2-0.3С, макс. – до 1С). При смешанном подключении повышают как ток, так и напряжение.