Как правильно заряжать LiFePo4
Полностью заряженная LiFePo4-батарея – 3,6V (14,4V для сборки конфигурации 4S).
Полностью разряженная – 3V (12V).
Если точнее, то производитель определяет ресурс ячеек в цикличном тесте в диапазоне 2,5V...3,65V на стянутых стальными шпильками ячейках. За счет стяжки ячеек они сохраняют геометрию, пространственную стабильность пакетов и нужный уровень электролита, поскольку в раздутых ячейках он заполняет образовавшиеся полости и верх пакетов оказывается сухим.
При заряде выше 3,6V сборка в состоянии принять мизерное количество заряда по сравнению с принятым до этого.
При заряде выше 3,7V начинается ускоренная деградация ячеек.
Заряд выше 3,85V запрещен спецификацией, т.к. на нем начинаются необратимые повреждения ячеек, что и произошло у одного из блогеров при случайном заряде ячеек до 4,14V как показано на фото внизу страницы. Чтобы этого не произошло, БМС сборки и зарядные устройства отключают заряд при достижении батареей напряжения 14,6 Вольт. А БМС - при достижении любой из ячеек напряжения выше 3,65...3,75 Вольта.
При этом, после снятия сборки с заряда по достижению верхнего значения напряжения 14,4...14,6V, оно в течении получаса упадет до 13,35...13,4V. Это нормальный процесс, т.к. это особенность данного вида аккумуляторов, и дозаряжать их после этого не нужно, т.к. батарея заряда больше, чем в неё закачено до этого, уже не примет.
Поскольку после отключения зарядки напряжение ощутимо проседает, то верхняя граница заряда размыта и зависит от тока заряда и времени, по истечению которого произведен замер напряжения, т.е. как и при каких условиях замеряли.
В средине зарядно-разрядной кривой напряжение на ячейках зависит от того идет заряд или разряд и каким именно током, и сколько времени прошло после снятия напряжения или отключения нагрузки. Но оно там более стабильно, чем на краях разрядно-зарядного графика.
А в конце разряда напряжение опять начинает сильно зависеть от протекающего тока и протокола проведения замеров. Поэтому стандартно замеры напряжения ячеек делаются через несколько минут после отключения нагрузки или зарядки.
Причем, если не планируете использовать батарею в ближайшее время, а просто храните её, то лучше она хранится в частично разряженном состоянии, а именно при заряде в 40% от номинала, и от двух до четырех раз в год дозаряжать её, учитывая естественный саморазряд 3% в месяц и собственное потребление БМС и балансира (еще примерно от 3 до 10% в месяц).
Нельзя допускать переразряд ячеек, поскольку при разряде ниже 2,5V происходит ускоренная деградация ячеек, а при разряде ниже 1,8V - их необратимые повреждения. А если ячейки стоят в сборке и при этом по каким-то причинам сборка разряжается полностью, то из-за отсутствия абсолютного совпадения характеристик, часть ячеек разрядится до 0, а другая часть еще будет иметь заряд. С этого момента, на уже полностью разряженные первыми ячейки через внешнюю электрическую цепь начнет поступать обратное напряжение от ячеек, у которых заряд еще остался, что приведет их в полную негодность с химическим и механическим разрушением пакетов ячеек и корпусов (срабатывания клапанов) от повышенного давления за счет электролиза воды, т.к. обратный по знаку заряд ячейки принять не могут из-за разных по гальваническим свойствам металлов обкладок их пакетов. Такого рода требования к обслуживанию относятся к любому аккумулятору.
Если у вас имеется любой аккумулятор, то, купив его, про его нельзя забыть на несколько лет, а потом зарядить и пользоваться, т.к. результатом такой забывчивости будет превращение его через определенное время в бесполезный хлам в результате естественного само-разряда и выхода из строя после разряда ниже установленного предельного значения. И нельзя разряжать аккумулятор на нагрузке ниже установленного для конкретного аккумулятора предельного значения.
Чтобы такая ситуация не произошла, в LiFePo4-сборках БМС и инверторы автоматически отключают разряд при достижения им нижнего безопасного порога напряжения в 9,5...10,5V для 4S. Однако, медленный саморазряд при этом продолжает постепенно разряжать аккумулятор. В автомобильных аккумуляторах такой защиты вобще не предусмотрено, потому не выключенные вечером фары утром снизят возможности аккумулятора принимать заряд на существенную цифру, даже если вы его после глубокого разряда сразу поставили на зарядку. Скорей всего, там останется не более 50% от первоначальной емкости.
Поскольку производитель определяет ресурс для достаточно жестких режимов эксплуатации, то их эксплуатации в более мягких режимах, чем в тестах производителя, значительно увеличивает их ресурс относительно паспортного.
Такой мягкий режим будет, если ограничить разряд уровнем в 3,0V (12V на сборку), а заряд уровнем 3,5V, т.к. заряд/разряд, выходящие за эти значения позволяет получить незначительную добавку к емкости, которая не стоит получаемого за счет этого снижения ресурса.
Поэтому, если вам нужно заряд больше, то выбирайте аккумуляторную сборку с запасом или приобретайте две, вместо того, что эксплуатировать сборку на крайних предельно-допустимых значениях заряда и разряда.
А если хотите иметь ресурс сборки, стремящийся к бесконечности, то не разряжайте сборку ниже 12,5V и не заряжайте её выше 13,5V (в момент работы зарядки) или 13,4V (3,35V на ячейку) через 5 минут после отключения зарядки (это будет соответствовать заряду до 90% емкости). Если зарядное устройство и БМС имеют возможность регулировать верхнее напряжение отключения при заряде и разряде, то рекомендуется поставить эти цифры отключения: 12,5V - по переразряду и 13,5V - по перезаряду, чтобы иметь работу с DoD 70-80%. Но в зависимости от токов заряда/разряда их можно немного сдвигать: чем больше токи, тем ниже ставится нижнее напряжение (например, 12,2V) и выше - верхнее (например, 13,7V). Но чем больше ток, тем меньше ресурс. Также на ресурс влияет время, в течение которого ячейки остаются в переразряженном или перезаряженном состоянии. Если вы разрядите ячейки до 10V и сразу поставите их на зарядку - такой переразряд не повредит им. А если в состоянии переразряда они будут стоять сутки или месяц - это может негативно сказаться на их параметре SoC. И один-два раза в год заряжайте сборки до 14,4V для её балансировки "по верху". Замер напряжения следует проводить высокоточными профессиональными приборами, поскольку у обычных бытовых вольтметров, а тем более у встраиваемых индикаторных, стандартная погрешность показаний обе стороны составляет 0,2...0,4 Вольта для диапазона 0-20 Вольт, что недостаточно для точного контроля процесса заряда и разряда аккумулятора.
Такое раздутие ячеек, со слов автора видео, произошло в первый же день после покупки ячеек во время зарядки не предназначенным для этого устройством всего за 5 минут отсутствия автора видео, за которые ячейки вышли на завершающую кривую заряда и быстро зарядились до 4.14 вольта (16,5 Вольт на сборку).
Обратите внимание, что произошло с только что приклеенным армированным скотчем и как он выполнил возложенные на него владельцем функции - никак.
Потому для заряда LiFePo4 нужна зарядка, предназначенная для заряда именно LiFePo4-батареи соответствующей конфигурации, которая для 4S выдает не более 14.4 Вольта. Причем, зарядка должна быть исправной, которая отключает заряд по достижении этого предела. И заряд/разряд нужно проводить через включенный в схему защитный модуль БМС, а также, если ячейки не новые и не отбалансированы ранее "по верху", к ним должен быть подключен балансир.
Разумеется, электроприборы, в т.ч. зарядки, не имеют 100% надежности и иногда выходят из строя. В этом случае заряд ограничивает BMS сборки, закрывая токовые ключи. Если же и зарядка неисправна, и БМС, то спасти ситуацию может только визуальный контроль процесса заряда по напряжению.
Несколько снятых пользователями вручную разрядно-зарядных таблиц для ориентира по установлению границ заряда и разряда в СЭС:
Таблица-1:
Таблица-2:
Таблица-3:
Полностью разряженная – 3V (12V).
Если точнее, то производитель определяет ресурс ячеек в цикличном тесте в диапазоне 2,5V...3,65V на стянутых стальными шпильками ячейках. За счет стяжки ячеек они сохраняют геометрию, пространственную стабильность пакетов и нужный уровень электролита, поскольку в раздутых ячейках он заполняет образовавшиеся полости и верх пакетов оказывается сухим.
При заряде выше 3,6V сборка в состоянии принять мизерное количество заряда по сравнению с принятым до этого.
При заряде выше 3,7V начинается ускоренная деградация ячеек.
Заряд выше 3,85V запрещен спецификацией, т.к. на нем начинаются необратимые повреждения ячеек, что и произошло у одного из блогеров при случайном заряде ячеек до 4,14V как показано на фото внизу страницы. Чтобы этого не произошло, БМС сборки и зарядные устройства отключают заряд при достижении батареей напряжения 14,6 Вольт. А БМС - при достижении любой из ячеек напряжения выше 3,65...3,75 Вольта.
При этом, после снятия сборки с заряда по достижению верхнего значения напряжения 14,4...14,6V, оно в течении получаса упадет до 13,35...13,4V. Это нормальный процесс, т.к. это особенность данного вида аккумуляторов, и дозаряжать их после этого не нужно, т.к. батарея заряда больше, чем в неё закачено до этого, уже не примет.
Поскольку после отключения зарядки напряжение ощутимо проседает, то верхняя граница заряда размыта и зависит от тока заряда и времени, по истечению которого произведен замер напряжения, т.е. как и при каких условиях замеряли.
В средине зарядно-разрядной кривой напряжение на ячейках зависит от того идет заряд или разряд и каким именно током, и сколько времени прошло после снятия напряжения или отключения нагрузки. Но оно там более стабильно, чем на краях разрядно-зарядного графика.
А в конце разряда напряжение опять начинает сильно зависеть от протекающего тока и протокола проведения замеров. Поэтому стандартно замеры напряжения ячеек делаются через несколько минут после отключения нагрузки или зарядки.
Причем, если не планируете использовать батарею в ближайшее время, а просто храните её, то лучше она хранится в частично разряженном состоянии, а именно при заряде в 40% от номинала, и от двух до четырех раз в год дозаряжать её, учитывая естественный саморазряд 3% в месяц и собственное потребление БМС и балансира (еще примерно от 3 до 10% в месяц).
Нельзя допускать переразряд ячеек, поскольку при разряде ниже 2,5V происходит ускоренная деградация ячеек, а при разряде ниже 1,8V - их необратимые повреждения. А если ячейки стоят в сборке и при этом по каким-то причинам сборка разряжается полностью, то из-за отсутствия абсолютного совпадения характеристик, часть ячеек разрядится до 0, а другая часть еще будет иметь заряд. С этого момента, на уже полностью разряженные первыми ячейки через внешнюю электрическую цепь начнет поступать обратное напряжение от ячеек, у которых заряд еще остался, что приведет их в полную негодность с химическим и механическим разрушением пакетов ячеек и корпусов (срабатывания клапанов) от повышенного давления за счет электролиза воды, т.к. обратный по знаку заряд ячейки принять не могут из-за разных по гальваническим свойствам металлов обкладок их пакетов. Такого рода требования к обслуживанию относятся к любому аккумулятору.
Если у вас имеется любой аккумулятор, то, купив его, про его нельзя забыть на несколько лет, а потом зарядить и пользоваться, т.к. результатом такой забывчивости будет превращение его через определенное время в бесполезный хлам в результате естественного само-разряда и выхода из строя после разряда ниже установленного предельного значения. И нельзя разряжать аккумулятор на нагрузке ниже установленного для конкретного аккумулятора предельного значения.
Чтобы такая ситуация не произошла, в LiFePo4-сборках БМС и инверторы автоматически отключают разряд при достижения им нижнего безопасного порога напряжения в 9,5...10,5V для 4S. Однако, медленный саморазряд при этом продолжает постепенно разряжать аккумулятор. В автомобильных аккумуляторах такой защиты вобще не предусмотрено, потому не выключенные вечером фары утром снизят возможности аккумулятора принимать заряд на существенную цифру, даже если вы его после глубокого разряда сразу поставили на зарядку. Скорей всего, там останется не более 50% от первоначальной емкости.
Поскольку производитель определяет ресурс для достаточно жестких режимов эксплуатации, то их эксплуатации в более мягких режимах, чем в тестах производителя, значительно увеличивает их ресурс относительно паспортного.
Такой мягкий режим будет, если ограничить разряд уровнем в 3,0V (12V на сборку), а заряд уровнем 3,5V, т.к. заряд/разряд, выходящие за эти значения позволяет получить незначительную добавку к емкости, которая не стоит получаемого за счет этого снижения ресурса.
Поэтому, если вам нужно заряд больше, то выбирайте аккумуляторную сборку с запасом или приобретайте две, вместо того, что эксплуатировать сборку на крайних предельно-допустимых значениях заряда и разряда.
А если хотите иметь ресурс сборки, стремящийся к бесконечности, то не разряжайте сборку ниже 12,5V и не заряжайте её выше 13,5V (в момент работы зарядки) или 13,4V (3,35V на ячейку) через 5 минут после отключения зарядки (это будет соответствовать заряду до 90% емкости). Если зарядное устройство и БМС имеют возможность регулировать верхнее напряжение отключения при заряде и разряде, то рекомендуется поставить эти цифры отключения: 12,5V - по переразряду и 13,5V - по перезаряду, чтобы иметь работу с DoD 70-80%. Но в зависимости от токов заряда/разряда их можно немного сдвигать: чем больше токи, тем ниже ставится нижнее напряжение (например, 12,2V) и выше - верхнее (например, 13,7V). Но чем больше ток, тем меньше ресурс. Также на ресурс влияет время, в течение которого ячейки остаются в переразряженном или перезаряженном состоянии. Если вы разрядите ячейки до 10V и сразу поставите их на зарядку - такой переразряд не повредит им. А если в состоянии переразряда они будут стоять сутки или месяц - это может негативно сказаться на их параметре SoC. И один-два раза в год заряжайте сборки до 14,4V для её балансировки "по верху". Замер напряжения следует проводить высокоточными профессиональными приборами, поскольку у обычных бытовых вольтметров, а тем более у встраиваемых индикаторных, стандартная погрешность показаний обе стороны составляет 0,2...0,4 Вольта для диапазона 0-20 Вольт, что недостаточно для точного контроля процесса заряда и разряда аккумулятора.
Что происходит при переразряде, перезаряде и заряде LiFePo4?
При превышении максимально-допустимого напряжения ячейки начинают быстро раздуваться - примерно так, как в этом видео:
Такое раздутие ячеек, со слов автора видео, произошло в первый же день после покупки ячеек во время зарядки не предназначенным для этого устройством всего за 5 минут отсутствия автора видео, за которые ячейки вышли на завершающую кривую заряда и быстро зарядились до 4.14 вольта (16,5 Вольт на сборку).
Обратите внимание, что произошло с только что приклеенным армированным скотчем и как он выполнил возложенные на него владельцем функции - никак.
Потому для заряда LiFePo4 нужна зарядка, предназначенная для заряда именно LiFePo4-батареи соответствующей конфигурации, которая для 4S выдает не более 14.4 Вольта. Причем, зарядка должна быть исправной, которая отключает заряд по достижении этого предела. И заряд/разряд нужно проводить через включенный в схему защитный модуль БМС, а также, если ячейки не новые и не отбалансированы ранее "по верху", к ним должен быть подключен балансир.
Разумеется, электроприборы, в т.ч. зарядки, не имеют 100% надежности и иногда выходят из строя. В этом случае заряд ограничивает BMS сборки, закрывая токовые ключи. Если же и зарядка неисправна, и БМС, то спасти ситуацию может только визуальный контроль процесса заряда по напряжению.
Несколько снятых пользователями вручную разрядно-зарядных таблиц для ориентира по установлению границ заряда и разряда в СЭС:
Таблица-1:
Таблица-2:
Таблица-3: