До какого напряжения заряжать LiFePO4 аккумуляторы

• Особенности зарядки LiFePO4
• Напряжение литий-железо-фосфатных аккумуляторов
• Температура при зарядке
• Напряжение аккумуляторных батарей LiFePO4
• Управление зарядкой LFP аккумуляторов

Чтобы литий-феррофосфатные аккумуляторы дольше служили и по максимуму проявляли свои преимущества, их нужно правильно заряжать. Зарядка осуществляется постоянным током, постоянным напряжением или с поэтапным сочетанием этих способов. При использовании 2-ступенчатого метода вначале под действием постоянного тока увеличивается напряжение, после чего оно остается неизменным, и происходит насыщение аккумулятора.

На 1-м этапе элементы питания набирают около 90–95% заряда, а на 2-м этапе – оставшийся заряд. Алгоритм CC/CV обеспечивает быструю подзарядку элементов питания без риска их перезаряда, причем значительный рост напряжения наблюдается в конце зарядного цикла. Потребляемый ток стремительно уменьшается, и зарядник отключается.

Особенности зарядки LiFePO4

Заряжать LFP элементы и АКБ рекомендуется после каждого использования, если уровень заряда значительно снизился. Эффекта памяти такие аккумуляторы не имеют, поэтому заряжать их можно при любом уровне заряда – хоть 20%, хоть 50%. Критическое напряжение разряда LiFePO4 аккумуляторов составляет 2 В. При таком значении элементы питания требуют немедленной подзарядки, иначе они деградируют и теряют работоспособность.

Хотя в сравнении с остальными типами литиевых источников питания LFP ячейки более устойчивы к высокому напряжению, испытывая его в течение длительного времени, они деградируют. Это связано с появлением на аноде металлического лития, окислением материала катода и снижением его стабильности. К тому же, образующийся диоксид углерода увеличивает давление в элементах.

Напряжение литий-железо-фосфатных аккумуляторов

LFP элементы имеют:

• номинальное напряжение 3,2 В;
• напряжение полного заряда LiFePO4 3,65 В;
• минимально допустимое рабочее напряжение (под нагрузкой) – 2,8 В;
• минимально допустимое напряжение в разряженном состоянии – 2 В;
• напряжение средней точки 3,3 В;
• безопасное напряжение зарядки – от 3,4 до 3,65 В;
• диапазон рабочих напряжений – от 2 до 3,2 В.

При напряжении ЗУ ниже 3,3 В реакции протекают слабо или вообще не протекают. При напряжении 3,4–3,65 В ионы лития отправляются от катода к аноду и внедряются в его кристаллическую структуру. Чем выше напряжение зарядки, тем больше ионов лития встраивается внутрь кристалла анода.

При низком пороговом напряжении элементы заряжаются не полностью, из-за чего сокращается время их автономной работы. При высоком напряжении заряда (свыше 3,8 В) разрушается органический электролит. Поэтому при максимальном напряжении LiFePO4 аккумуляторы нужно отключать от зарядки. В вопросе, до какого напряжения заряжать LiFePO4 аккумуляторы, рекомендуется придерживаться значения в 3,65 В на ячейку.

Температура при зарядке

Заряжать LFP аккумуляторы допустимо при температурном режиме от 0 до +40 °С, оптимально – от +5 до +25 °С. Некоторые виды LiFePo4 элементов допускают зарядку при минусовых температурах, но тогда зарядный ток снижают до 0,05–0,1 С (до 5–10% емкости). От критического нагрева ячейки и АКБ оберегает система управления.

Но контроль температуры способно осуществлять и ЗУ с температурным датчиком. Такие зарядники уменьшают напряжение при нагреве ячеек выше 20 °С и отключаются при нагреве до 55 °С. По сути такие ЗУ перестраховывают BMS плату и обеспечивают дополнительную защиту.

Напряжение аккумуляторных батарей LiFePO4

Для получения нужных рабочих характеристик LFP ячейки соединяются в аккумуляторные батареи. Для использования в одной сборке берут элементы с одинаковыми значениями емкости и напряжения, в идеале – из одной партии, чтобы минимизировать риск появления дисбаланса в процессе эксплуатации АКБ.

Схема соединения ячеек зависит от необходимых значений емкости и напряжения. При последовательном соединении суммируется напряжение элементов при неизменной емкости, а при параллельном соединении наоборот – напряжение остается константой, а емкость суммируется. Так, чтобы получить АКБ напряжением 24 В, нужно последовательно соединить 8 ячеек (в схеме обозначается 8S), а для сборки АКБ напряжением 36 В – 12 ячеек (12S). Для соединения элементов используется точечная сварка и специальные перемычки.

Возникает закономерный вопрос – до какого напряжения заряжать АКБ LiFePO4 на 36 вольт или другого напряжения? У моделей напряжением 36 В верхний порог отсечки составляет 43,8 В, а нижний – 24 В. У батарей напряжением 24 В верхний порог отсечки равен 29,2 В, нижний – 16 В. У АКБ на 48 В верхний порог отсечки – 54,6 В, нижний – 32 В. У моделей на 60 В верхний предел соответствует 73 В, нижний – 40 В, а у аккумуляторных батарей на 72 В – 87,6 В и 48 В.

Управление зарядкой LFP аккумуляторов

BMS плата ограничивает предельное напряжение каждой ячейки и аккумуляторной сборки, не допускает их чрезмерного заряда, глубокого разряда и КЗ. Зарядник по сигналу BMS платы останавливает работу, когда напряжение достигает предельного значения. Защита срабатывает при напряжении элемента выше 3,8 В. Но в вопросах защиты и безопасной работы аккумуляторов не стоит полагаться только на работу BMS платы. Первостепенным уровнем защиты выступает зарядное устройство и подключаемое к АКБ оборудование.

Читайте в предыдущей статье нашего блога об устройстве, особенностях производства и характеристиках литий-титанатных аккумуляторов.