Заряд четырех банок LiFePO4 автомобильным зарядным устройством "Вымпел-55"
После разряда LiFePO4 банок на электронной нагрузке ATORCH DL24, у меня образовалось 4 разряженных LiFePO4 банки, которые для чистоты эксперимента требовалось зарядить и замерить их емкость при заряде. Т.к. напряжение полностью заряженной банки лифера составляет 3,6В, а 4 эти банки в сумме образуют напряжение 14,4В, то для этих целей как нельзя лучше подходит автомобильное зарядное устройство. У меня имеется ЗУ «Вымпел-55», который умеет замерять отданную емкость.
Заряд четырех банок LiFePO4 на Вымпел-55
Но. потом вдруг я подумал, что лишний Ампер «сверху» не помешает и повышаю ток до 6А.
В таком режиме заряд продолжался до напряжения 13,7В на батарею и 3,425В на банку. После этого зарядные токи начали постепенно снижаться.
Практически полную емкость (70 из 90 Ампер часов) батарея получила при напряжении 13,2 — 13,6 Вольт, что соответствует 3,3 — 3,4 Вольт на банку.
И тут с зарядным устройством Вымпел случилась неожиданность, автоматика ЗУ как только увидела напряжение 13,7В стала писать, что АКБ заряжен и в этот момент переставала считать Ампер-часы. Так что итоговый замер емкости как то не получился. как говорится по техническим причинам.
При напряжении 14,3 — 14,4 Вольта зарядный ток резко упал, что говорило о полной заряженности LiFePO4 аккумулятора.
В любом случае считаю эксперимент удавшимся, даже если не удалось замерить емкость полностью. Теперь буду разряжать оставшиеся четыре банки на электронной нагрузке DL24.
Поделиться статьей: 
Автомобильный генератор и LiFePO4 аккумулятор
Перед установкой литиевого аккумулятора, владельцы катеров и автомобилей часто спрашивают зачем ограничивать ток генератора во время зарядки аккумулятора. Ведь чем больше ток, тем быстрее заряжается аккумуляторная батарея. А это именно то, что требуется на транспортном средстве.
Ответить на этот вопрос поможет тест автомобильного генератора Бош с номинальной силой тока 90 А. Нагрузкой для генератора послужат проверочный стенд и LiFePO4 аккумулятор емкостью 100 Ач.
Зачем ограничивать ток
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы можно заряжать быстро. Без ущерба для себя аккумуляторы этого типа потребляют ток равный емкости почти до самого окончания зарядки. Поэтому генератор способный давать 100 Ампер, зарядит аккумулятор емкостью 100 Ач всего один час.
Однако в генераторе, в отличии от зарядного устройства, нельзя выставить ограничение тока. Поэтому если 100 Ампер для него – это номинальное значение, то даже в прохладном помещении генератор быстро нагреется до 120-150 градусов. Под капотом же автомобиля или в двигательном отсеке катера температура достигает 100 градусов, тепло там отводится хуже, поэтому генератор разогреется еще сильнее
Генератор охлаждается воздухом, который прогоняет через него насаженная на ротор крыльчатка. Чем медленнее вращается ротор, тем слабее воздушный поток через корпус и тем хуже охлаждение. Генератор нагревается сильнее, если он вырабатывает максимальный ток на низких оборотах
Не все генераторы одинаковы. Марка также имеет значение. В равных условиях устройство признанного бренда и модель неизвестного производителя поведут себя по-разному. Первая без проблем проработает при высокой нагрузке, вторая не выдержат перегрев и выйдет из строя
DC-DC зарядные устройства ограничивают силу тока и защищают генератор
Таким образом на состояние генератора во время работы влияет несколько различных факторов – отношение номинального и потребляемого тока, обороты двигателя и марка устройства. Учесть все в реальных условиях сложно, поэтому не нужно рассчитывать на то, что 3-4 часа непрерывной работы генератора на полной мощности не причинят ему никакого вреда. Совсем не обязательно сгорит обмотка статора. Могут выйти из строя диоды выпрямителя или расплавится пайка, соединяющая диоды с обмотками. Чтобы этого не произошло необходимо ограничить нагрузку генератора. Проще всего это сделать с помощью DC-DC зарядного устройства. При токе 70-80% от номинального значения генератор без проблем проработает в течении целого дня.
Проверка генератора
Первый тест проверяет изменение температуры генератора при максимальной нагрузке. Через три минуты после начала работы генератор дает ток 99,6 Ампер. Температура обмоток 150 градусов, но внешняя поверхность корпуса нагрелась гораздо меньше.
На пятой минуте работы температура внутри корпуса генератора поднялась до 165 градусов, а ток снизился до 97 Ампер. Снаружи корпуса температура 97 градусов
При снижении оборотов двигателя тепло исходящее от генератора увеличивается, ток постепенно падает и опускается до 92 Ампер. На низких оборотах крыльчатка на валу генератора вращается не так быстро, тепло отводится хуже и генератор постепенно перегревается. За короткий промежуток времени температура внутри корпуса вырастает со 160 до 184 градусов.
Литий-железо-фосфатный аккумулятор подключен к тестовой установке, заряжен примерно на 70%, и потребляет 12 Ампер. Остальная электрическая мощность, вырабатываемая генератором, рассеивается на нагрузке.
После отключения нагрузки литиевый аккумулятор остается единственным потребителем генератора. Однако ничего не меняется. Генератор по-прежнему работает на полной мощности вырабатывает 91 ампер и весь ток потребляет LiFePO4 аккумулятор. Теперь становится понятно, почему во время зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора генератор может сгореть.
На максимальной мощности генератор работает благодаря одному заряженному на 70% литий-железо-фосфатному аккумулятору емкостью 100 Ач. Если бы аккумулятор был полностью разряжен, то генератору пришлось бы работать один час, а на зарядку батареи, состоящей из 4 параллельно соединенных аккумуляторов, ушло бы четыре часа. Но ни один генератор не выдержит четыре часа непрерывной работы в горячем двигательном отсеке на полной мощности. Он выйдет из строя
Температура внутри корпуса генератора достигла 199 градусов и продолжает расти несмотря на то, что в комнате, где проводятся испытания всего 18 градусов. Чтобы представить как нагреется генератор под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера к наблюдаемой сейчас температуре нужно прибавить 100 градусов
Если генератор работает на низких оборотах, то время зарядки LiFePO4 аккумулятора его температура вырастает до 200 градусов. Под капотом автомобиля или в двигательном отсеке катера она может достичь 300 градусов
Напряжение аккумулятора выросло и поскольку регулятор генератора установлен на 14 вольт, ток постепенно снижается до 77 Ампер. Если бы целевое напряжение регулятора было 14,4 В генератор отдавал бы 100 А до полной зарядки аккумулятора.
Ток снижается после того как заряженность аккумулятора достигает 72%. Если бы емкость аккумуляторной батареи была 200 Ач, то и в этом состоянии она продолжала бы потреблять 90 А
Результаты испытаний
Тест подтвердил несколько важных закономерностей:
- Литиевая батарея заставляет генератор долго работать на полной мощности
- Работающий на полной мощности генератор при низких оборотах двигателя быстро перегревается
- Если воздух в двигательном отсеке нагрет до 100 градусов, то температура генератора приблизится к 300 градусам. Свинец плавится при 200, а олово при 350 градусах, поэтому в этих условиях генератор может быстро выйти из строя
- Проверке подвергался генератор Бош. Устройства менее известных марок могут не пройти подобные испытания, и тем более не выдержат регулярную работу под высокой нагрузкой
Ток зарядки литий-железо-фосфатного аккумулятора необходимо контролировать. Это предохранит генератор от повреждения и позволит ему успешно работать с аккумуляторными батареями любой емкости
Задайте вопрос,
и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты
Можно ли заряжать LiFePO4 аккумуляторы автомобильной зарядкой?
Также для предотвращения сульфатации зарядные нередко включают четвертый режим: режим выравнивания (equalization). В этом режиме напряжение может кратковременно повышаться до 15.5-15.8 Вольт.
Алгоритм заряда приведенный выше относится ко всем типам свинцовых аккумуляторов: т.е. обычные, AGM, и Gel.
Как работают зарядные для литиевых LiFePO4 аккумуляторов:
Используется более простой алгоритм зарядки в 2 этапа (CC/CV):
- Заряд полным током (CC), где восполняется большая часть емкости, и напряжение составляет 14.6 Вольт.
- Заряд постоянным напряжением (CV), где ток постепенно снижается до нуля, а напряжение поддерживается на том же уровне 14.6 Вольт.
Можно заметить, что в целом первые два этапа похожи, поэтому основная часть свинцовых зарядных может также успешно заряжать литиевые LiFePO4 аккумуляторы.
Однако есть следующие проблемы:
- Автомобильные зарядные могут недозаряжать LiFePO4 аккумуляторы, поскольку напряжение первого и второго этапа у них чуть ниже.
- Автомобильные зарядные могут попытаться перезарядить LiFePO4 аккумуляторы, в случае если они включат режим выравнивания. В этом случае сработает защита от перенапряжения, которая обычно встроена в плату защиты литиевого аккумулятора, и аккумулятор отсоединится от зарядного. Если платы защиты нет, либо она низкого качества, то аккумулятор может выйти из строя.
- Если литиевый аккумулятор полностью разряжен, то плата защиты отключает его на разряд, и разрешает только заряд. В такой ситуации автомобильная зарядка может просто не обнаружить аккумулятор, так как на клеммах не будет напряжения. В результате заряд не начнется.
- Если есть возможность использовать специальное зарядное для литиевого аккумулятора, всегда лучше воспользоваться именно им.
- Если у вас автомобильное зарядное, которое поддерживает режим постоянного тока / постоянногo напряжения (CC/CV), то включите его.
Если ваше автомобильное зарядное поддерживает режим блока (источника) питания, то включите его, и установите выходное напряжение на 14.6В. Например популярные зарядные Вымпел 57, Вымпел 37, имеют подобный режим, и он полностью соответствует режиму для литиевых зарядных.
Литиевый аккумулятор для автомобиля
За годы эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов у пользователей сформировались стереотипы, которые мешают правильно использовать литиевые. Например, нормой считается определять состояние аккумулятора по напряжению. Но для литиевого аккумулятора напряжение мало информативно. Владельцам литиевых батарей также следует привыкнуть к тому, что аккумулятор необязательно заряжать полностью. Достаточно, если он станет хранить энергию на один или два дня эксплуатации
Замена свинцового аккумулятора на литиевый
Существует несколько причин, для замены дополнительного аккумулятора в автомобиле
Во-первых, это приходится делать тогда, когда аккумулятор перестает держать напряжение под нагрузкой или разряжается настолько быстро, что владелец вынужден заводить двигатель, чтобы поддерживать аккумулятор генератором. Яркий пример – аккумулятор, к которому в автомобиле подключен инвертор. Во время движения он никогда не заряжается полностью, поэтому уже через год эксплуатации теряет емкость настолько, что не может служить источником питания для инвертора без помощи генератора двигателя
Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось
Во-вторых, свинцово-кислотный аккумулятор глубокого разряда требует внимания. Его приходится регулярно подзаряжать даже тогда, когда он не используется по назначению. Но тщательно следить за аккумуляторами готовы далеко не все. Многие просто хотят эксплуатировать систему при минимальных затратах времени на ее обслуживание
И наконец вопрос о замене аккумулятора возникает, когда необходимо освободить место для полезного груза или уменьшить вес автомобиля.
Если одна из описанных проблем существует, то старый свинцово-кислотный аккумулятор лучше всего заменить на литий-железо-фосфатный
DC-DC зарядные устройства для литиевых аккумуляторов емкостью 100-150 Ач
TBB Power DM1245
Входное и выходное напряжение 12 В
Ток зарядки 45 А
Типы аккумуляторов: GEL, AGM, LiFePO4 , WE T
TBB Power DDX1230
Входное и выходное напряжение 12 В
Ток зарядки 30 А
Типы аккумуляторов: GEL, AGM, LiFePO4 , WE T
Встроенный солнечный MPPT контроллер
TBB Power DMT1250
Входное и выходное напряжение 12 В
Ток зарядки 30 А
Типы аккумуляторов: GEL, AGM, LiFePO4 , WET
Дополнительный выход для нагрузки 20 А
При равной номинальной емкости литий-железо-фосфатный аккумулятор в три раза легче свинцово-кислотного и занимает на 50% меньше места. Литиевые ячейки без повреждения выдерживают высокий разрядный ток, а их напряжение остается постоянным почти до полного разряда, поэтому аккумулятор отлично подходит для питания инвертора. Литиевый аккумулятор не обязательно хранить полностью заряженным. Он не теряет емкость из-за сульфатации и его можно оставлять без присмотра на месяцы, не подзаряжая.
Единственный недостаток литий-железо-фосфатного аккумулятора — это его первоначальная стоимость. Аккумулятор дороже свинцово-кислотного той же емкости. Но при его регулярном использовании затраты окупаются. Поскольку литиевая батарея выдерживает в 5-10 раз больше циклов, чем свинцово-кислотная, то вырабатываемый ей кВтч электрической энергии оказывается дешевле, а эксплуатация выгодней.
LiFePO4 аккумулятор в автомобиле
Перед покупкой LiFePO4 аккумулятора необходимо точно понять, в каком режиме он будет работать, с какой нагрузкой и с какими зарядными токами ему предстоит иметь дело.
Ток зарядки литиевого аккумулятора может быть равен емкости. Это значит, что при наличии мощного источника зарядки полностью разряженный аккумулятор емкостью 100 Ач можно зарядить всего за 1 час. Скорость зарядки очень важна для батареи, установленной в автомобиле. Ведь в основном заряжать ее придется во время движения машины и времени зарядку будет мало. Однако не все LiFePO4 аккумуляторы одинаковы. Стремясь уменьшить стоимость, изготовители при сборке батарей часто используют компоненты, не рассчитанные на высокий ток. Цена в результате становится привлекательной, но зарядный ток такого LiFePO4 аккумулятора не превышает 30% от емкости.
Схема подключения литиевого аккумулятора в автомобиле при помощи реле. Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением, как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток, потребляемый аккумулятором, может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности
Максимальный ток заряда и разряда аккумулятора зависит не только от качества ячеек, но и от непрерывного тока BMS. Важен именно непрерывный, а не максимальный ток. Максимальное значение не имеет смысла, если не указано время, в течении которого проводилось испытание. Непрерывный ток BMS должен примерно на 20% превышать предполагаемые зарядный или разрядный токи в цепи. В противном случае плата будет работать на пределе своих возможностей, сильно нагреется и может раньше времени выйти из строя. Хорошая BMS отключает аккумулятор при перегрузке, высоком или низком напряжении и повышенной температуре ячеек
LiFePO4 и генератор автомобиля
Мощность автомобильных генераторов в последние годы неуклонно росла и в современных автомобилях достигает 2000-2500 Вт. Это значит, что при напряжении 14 Вольт генератор способен отдавать потребителям 140 – 180 Ампер.
Однако следует различать номинальный и реальный токи генератора. Номинальная сила тока – это сила тока, которую прогретый генератор отдает при частоте вращения ротора 6 000 оборотов в минуту. Номинальный ток определяют в ходе стандартизованных испытаний, и именно его указывают в характеристиках устройства. Реальный ток зависит от оборотов двигателя, температуры и нагрузки.
C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представит доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору
Нагрузкой для генератора служит стартовый аккумулятор и различные компоненты электрической системы автомобиля. Часть потребителей в электросистеме работает постоянно, часть не постоянно, но долго, а такие устройства как звуковой сигнал, вентилятор охлаждения радиатора или фонарь заднего хода включаются время от времени не на долго
Стартовый аккумулятор разряжается только во время запуска двигателя, поэтому на восстановление его заряда генератор тратит всего несколько минут, в течении которых отдаваемый им ток резко возрастает. По мере зарядки аккумулятора, ток снижается и в дальнейшем зависит от работающих компонентов электрической системы автомобиля – чем меньше устройств включено, тем меньше ток генератора.
Два DC-DC зарядных устройства могут работать параллельно. В этом случае литиевой аккумулятор будет заряжаться быстрее
Поскольку часть устройств потребляет ток в течении очень короткого промежутка времени и почти никогда все потребители не работают одновременно, на полной мощности генератор работает редко. Исключения составляют экстремальные ситуации, например, пробка на кольцевой дороге вечером в снегопад или прогрев автомобиля перед поездкой после запуска двигателя морозной зимней ночью.
С появлением в автомобиле сервисного литиевого аккумулятора и подключенного к нему оборудования нагрузка на генератор двигателя может значительно возрасти
После того, как в автомобиле появляется сервисный LiFePO4 аккумулятор, и на его основе создается дополнительная электрическая система у генератора возникает новая мощная нагрузка, поведение которой зависит от состояния LiFePO4 аккумулятора.
Разряженный литиевый аккумулятор способен потреблять ток более 150% от емкости. Сила тока зависит от приложенного к аккумулятору напряжения и от его текущей заряженности. Чем выше напряжение источника зарядки и чем сильнее разряжен аккумулятор, тем больше ток. При напряжении источника 14 Вольт ток не уменьшается до тех пор, пока батарея не зарядится до 75-80%, а при напряжении 14,4 Вольта почти до полной зарядки аккумулятора. Это значит, что разряженный LiFePO4 аккумулятор емкостью 100 Ач заставит автомобильный генератор отдавать около 100 А.
DC-DC зарядные устройства для литиевых аккумуляторов емкостью 200 Ач и более