LiFePO4 АКБ
LiFePO4 АКБ
LiFePO4 Элементы
LiFePO4 Элементы
LiFePO4 комплектующие
LiFePO4 комплектующие

О LiFePo4 аккумуляторах

Аккумуляторные батареи LiFePo4 (LFP) – это современный, надежный и безопасный источник энергии для широкого круга задач. По целому ряду параметров литий-железо-фосфатные источники питания кратно превосходят традиционные кислотные, гелевые АКБ и в большинстве ситуаций, за исключением узкоспециализированных выгодно выделяются на фоне других современных видов химии (Li-ion, LTO).
Батареи, правильно собранные из литий-железо-фосфатных элементов, не требуют обслуживания, защищены управляющий платой BMS от перезаряда, переразряда и прочих рисков и способны служить годами при соблюдении простых правил эксплуатации.


Ответы на популярные вопросы

При изучении темы Lifepo4 аккумуляторов, каждый сталкивается с загадочной аббревиатурой – BMS и в общих чертах быстро понимает, что этот компонент зачем-то нужен, но вот зачем именно, какие бывают виды и что конкретно стоит предпочесть под конкретные задачи чаще всего понимается весьма туманно.
Если коротко и к сути: BMS или БМС (Battery Management System) – это система управления батареей в виде платы, которая отвечает за правильную и безопасную работу батареи в течение длительного срока. Защищает она себя в том числе и себя от ошибок пользователя, и пользователя и его оборудование от неправильной эксплуатации батареи.
BMS для LiFePo4 батарей постоянно отслеживает состояние батареи в целом и ее отдельных элементов по напряжению и сопротивлению, при заряде и разряде управляет распределением токов по элементам, защищает от переразряда, перезаряда, короткого замыкания, скачков мощности тока, отслеживает температуру (в некоторых версиях), отвечает за балансировку.
Элементы LiFePo4, после объединения в единую батарею работают как собаки в одной упряжке и производительность целого зависит от слаженной работы элементом с минимальным различием. В процессе заряда и разряда возможно появление разницы уровня напряжения и заряда элементов, что со временем будет увеличиваться и приведет к преждевременной деградации батареи. Производительность и емкость всей батареи зависит от характеристик слабейшего из элементов, который может тянуть всю сборку вниз, потому что такие «слабые звенья» цепи будут работать в цикле по полной в рамках своей возможности, а сильные – недозаряжаться-недоразряжаться.
Ключевые функции BMS для Lifepo4 батарей
1. Контроль заряда и разряда В БМС заложены параметры разрыва цепи при достижении верхней границы напряжения элементов при заряде и нижней – при разряде. Обычно это 2,5В и 3,65/3,75В. Управляющая плата таким образом не допускает перезаряда и повреждения батареи при заряде, а так же не допускает глубокого разряда элементов, принудительно отключая потребителя. И то, и другое состояние губительно для литий-железо-фосфатных батарей и приводит к необратимым изменениям в химии элементов с сокращением срока службы как минимум или выходу из строя.
2. Контроль температуры Разные виды BMS могут быть оборудованы разными типами температурных датчиков для контроля температуры батареи в процессе работы. Большинство батарей с термодатчиками умеет как минимум не допускать зарядку батареи при отрицательных температурах и прекращает ее работу при перегреве.
Хотя Lifepo4 батареи могут работать в широком диапазоне температур от +50С до -20С, для них является недопустимым подключение зарядного устройства при минусовых температурах, что негативно влияет на срок службы.
3. Балансировка элементов батареи Виды балансиров и необходимость балансировки стоит рассмотреть подробно и отдельной статьей.
4. Передачи информации и управление Интеллектуальные виды BMS для Lifepo4 (Смарт BMS) могут передавать информацию о состоянии батареи и отдельных элементов по разным интерфейсам, в том числе через подключение через Bluetooth.
Кроме того, допускается назначение определенных параметров самим пользователям (например, задать пороги заряда-разряда по вольтажу), однако это требует осознанного подхода и понимания ответственности за свои действия.
При выборе BMS для самостоятельной сборки стоит убедиться, что это тип BMS предназначен для Lifepo4, так как управляющие платы для других типов химии имеют другие вшитые параметры и что подходит для литий иона (Li-Ion) НЕ подходит для работы литий-железо-фосфатных элементов.
Нужно определиться, на какой вольтаж и схему сборки рассчитана та или иная плата, какого она типа – аппаратная или смарт, и какую мощность тока она способна «переварить» на заряд и разряд. Превышение последних характеристик приведет к уходе BMS в защиту с разрывом цепи питания.
Самыми распространенными вариантами BMS для Lifepo4 можно считать продукцию Heltec и Daly. Последние, пожалуй, можно назвать стандартом рынка на данный момент в связи с высоким качеством, низким процентом брака и обилием версий для разных типов батарей.
Можно ли использовать Lifepo4 батарею без BMS? Технически – возможно. Практически – это путь к критическому повреждению или износу батареи в кратчайшие сроки. Можно сравнить это к посадке за руль нового спорткара слепого водителя. Какое-то время он возможно и проедет по прямой, но встреча со столбом – это лишь вопрос очень короткого времени.

Любая литий-железо-фосфатная батарея состоит из нескольких аккумуляторных элементов, которые благодаря управляющей плате BMS работают сообща, отдавая энергию при разряде и заряжаясь при подключении зарядного устройства. Для того, чтобы LFP АКБ соответствовал свои характеристикам и служил долго, критически важно сохранение единых параметров по всем элементам батареи.
За процесс балансировки LFP батареи отвечают балансиры, которые бывают 2 типов: активные и пассивные. Подробнее мы поговорим о них позже, а пока давайте разберемся откуда берется разбалансировка и у нее последствия.
Представим батарею из 4 элементов, в процессе эксплуатации, которой естественным образом при разряде появляется на 1 ячейке отклонение по вольтажу на сотые доли вольта. При достижении 2,5В на этом элементе, BMS отключит нагрузку, полагая что вся батарея разряжена. Производительность всей АКБ определяет ее самый слабый элемент.
При этом в других 3 элементах батареи еще останется энергия и при заряде верхней границы они достигнут быстрее, не давая слабому элементу полностью зарядиться. Разница в вольтаже увеличится и с каждым циклом будет расти, «разваливая батарею», превращая 1 элемент в вечный потребитель, а не источник энергии. Разумеется, такое положение вещей увеличивает нагрузку на остальные элементы, ведет к сокращению емкости и кратно уменьшает срок службы АКБ в целом.
Можно ли избежать разбалансировки? Для качественных АКБ мы используем высококлассные элементы с одинаковым набором параметров с завода, однако любая эксплуатация неизбежно ведет к появлению отклонений по мере износа батарей и без борьбы с ними обязательно нужна балансировка.
Как происходит активная и пассивная балансировка на батареях LiFePo4?
Пассивный балансир сейчас устанавливается практически во все BMS для литий-железо-фосфатных сборок и выравнивает напряжение ячеек в последней стадии процесса зарядки.
Представьте, что мы поставили батарею из нашего примера с 1 слабым элементом на зарядку. На финальной стадии процесса, начинает расти напряжение на всей АКБ и в каждом элементе в частности. Более сильные элементы достигнут верхней границы раньше, в то время как слабый элемент будет все еще недозаряжен.
BMS Daly, например, при достижении напряжения на каждом из сильных элементов в 3,7В по линиям их питания откроет резисторы и будет стравливать избыточные токи, а наш слабый элемент продолжит зарядку. Правда, балансировочный ток у этого пассивного балансира составит все лишь 30 мА и балансировка сколько-нибудь значительного отклонения займет продолжительное время.
Активный балансир работает принципиально иначе. И при зарядке, и при разрядке АКБ, он «смотрит» на группу элементов и при выявлении расхождения, он будет «переливать» заряд из более сильной в более слабую ячейку. При этом происходит это значительно более высокими токами от 1-5 ампер, что позволяет своевременно и быстро устранить любые отклонения в группе элементов, а так же косвенно ускорить зарядку за счет оперативной «утрамбовки» энергии.
Таким образом, пассивный балансир хоть и обеспечивает базовую балансировку, но слаб и недостаточен при активной эксплуатации батареи, особенно большой мощности и в качестве тяговой.
Представим что наша АКБ из примера установлена в электротраспорт, пусть это будет детская машинка в торговом центре. Весь день ее разряжают, подзаряжают на скорую руку и она не доходит до финальной точки заряда, когда пассивная балансировка начинает свою работу. Разве что ночью, но при этом за день при такой работе 30мА балансировочного тока не сможет выровнять накопленную дифференциацию. В результате батарея будет разваливаться все ускоряющимися темпами и исправить положение могло бы только присутствие активного балансира, который выравнивал бы поэлементно батарею и при зарядке, и при разрядке.
В наши батареи для активного использования мы ставим мощный активный балансир.

Аккумуляторные батареи из литий-железо-фосфатных элементов не имеют эффекта памяти, поэтому нейтральны к частичной подзарядке, нет необходимости соблюдать цикл полного заряда-дальнейшего разряда и снова полной зарядки. Проще говоря, заряжать и разряжать батарею можно с любого начального состояния.
Единственных главных правила два: 1) хранить батарею в заряженном состоянии, после полного разряда нужно как можно скорее ее зарядить 2) не заряжать батарею при отрицательной температуре. Нарушение любого из этих правил ведет к необратимым изменениям в химии элементов и значительно сокращает срок службы.
Для зарядки LiFePo4 аккумуляторов 12в нужно напряжение 14,5-14,6в при силе тока до 20% от емкости аккумулятора. Т.е. если ваш аккумулятор на 100 а/ч, то сила тока должна составлять до 20 ампер. Если БМС позволяет, сила тока может быть и выше, но уровень в 20% обеспечивает более бережную к ресурсу батареи зарядку.
Лучше использовать для зарядки специализированные LiFePo4 зарядные устройства c безопасными параметрами или режим LFP/LiFePo4 режим на зарядной станции для разных типов АКБ.

Поскольку зарядных устройств существует огромное множество, перечислить подходящие невозможно, но в целом - да, можно. Если это автоматическое, ступенчатое зарядное устройство и программа зарядки не имеет режима десульфатации и других специализированных программ для кислотного акб. При первом подключении такого зарядного устройства следует внимательно проследить за ходом зарядки: не происходит ли прекращение зарядки на раннем этапе, когда батарея еще заведомо разряжена и так далее. Уход BMS батареи в защиту и прерывание процесса зарядки может говорить о том, что зарядное устройство работает некорректно и батарея защищает себя отсекая опасное питание.