Пассивный балансир для lifepo4 своими руками

Lifepo4 аккумулятор своими руками 12вольт

Содержание:
Почему я перехожу на lifepo4 (литий-железо-фосфатный аккумулятор)
Покупка пакетов А123 3.2в 20ач на алиэкспресс, какая пришла первая посылка
Соединение проводов к контактам ячеек
Сборка аккумулятора, краткое описание

Пришло время переходить на новый тип аккумуляторов в моей ветро-солнечной электростанции. Автомобильные аккумуляторы у меня к сожалению держатся всего 1 год и теряют в конце почти всю емкость. Связано это с тем что зимой, когда нет по неделе ни ветра ни солнца аккумуляторы высаживаются в ноль и в таком состоянии живут по нескольку дней, после чего их емкость необратимо снижается. Конечно можно их и не высаживать так сильно, но как то не так получается, емкость написана на каждом по 60Ач, а брать ее нельзя, поэтому и брал все что есть.

В итоге так продолжатся не должно, что?, каждый год новые аккумуляторы покупать. Можно конечно брать с запасом раз в пять, чтобы не высаживать их полностью, но и стоимость тогда умножается на пять, да и прослужат не намного дольше, производитель 5 лет обещает если аккумулятор эксплуатируется на автомобиле. То-есть если никогда не разряжается и после завода машины сразу заряжается от генератора. Значит в автономке не более трех лет так-как главное условие выполнить невозможно — не разряжать глубоко и сразу заряжать. В общем на автомобильном свинце надо ставить крест, иначе покупая дешевку в итоге переплачиваешь.

Как альтернатива есть щелочные аккумуляторы, но у них свои проблемы, такие как зарядка до 17,5вольт, КПД 55-60% всего и прочее, к то-муже цена просто космическая для акб такой древней технологии, да и срок службы обещают 8-12лет при правильной эксплуатации.

Так же есть тяговые свинцовые аккумуляторы, все в них хорошо, можно разряжать на 100%, а при разряде не более 80% отрабатывают по 800-1500циклов и служат до 10-ти лет, а некоторые как обещает производитель аж до 20-ти лет. Но сами понимаете что цена соответствует и самый дешевый тяговый стоит в три раза дороже автомобильного свинца, а качественный в 5-7раз дороже.

Выход как я думаю нашел, это lifepo4(литий-железо-фосфатные) аккумуляторы. Это по сути тот-же литий-ион (как батарейки в телефоне или ноутбуке), но химия внутри немного другая что позволило этим аккумуляторам существенно снизить эффект старения. В итоге аккумуляторы не деградируют многие годы, обещают до 12-20лет, и сохраняют свою первоначальную емкость. Отрабатывают по 1500-2000циклов при разряде на 100% без снижения емкости и продолжают работать дальше без осрбых ухудшений параметров. А если не разряжать более чем на 80% то циклируемость 5000-7000циклов.

При всем этом эти аккумуляторы полностью необслуживаемые, не имеют всяких там эффектов памяти и их не надо заряжать на 100% и гонять малыми токами до-зарядки. Если до конца не заряжать и не разряжать то этим аккумуляторам только лучше. Можно сказать идеальный аккумулятор для автономных систем так-как может неделями стоять полностью разряженным и ему ничего не будет, не-надо как щелочные тренировать циклами и прочее.

Минус lifepo4 это цена, которая сравнима с ценой хороших щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов, или качественного фирменного тягового свинцового аккумулятора. Но это если покупать у наших перекупщиков в России, если заказывать из за границы, то получается значительно дешевле, а в Китае на порядок дешевле. Еще lifepo4 как и li-ion не переносят перезарядка и переразряда, нельзя превышать напряжение каждого пакета выше 3.75 вольт при заряде, и не допускать разряда меньше 2.00 вольта, иначе аккумуляторы умрут и восстановлению не подлежат. Для контроля этих аккумуляторов устанавливается плата защиты (BMS), которая следит за состоянием аккумулятора и если что отключает его при критических значениях заряда или разряда, а так же выравнивает напряжение каждого элемента в цепочке аккумулятора. Эти платы защиты выпускаются на любые аккумуляторы 12,24,36,48,72 вольта и тд.

lifepo4 — заказ на алиэкспресс

Эти батарейки покупал на алиэкспресс, кто еще не знает это Китайский сайт по продаже всего и вся по очень дешевым ценам и доставка почтой. Сайт на русском и как заказать я думаю разберется каждый, из минусов только то что посылки идут долго, в среднем месяц, бывают теряются и повреждаются в дороге, но это по вине я думаю уже нашей почты. Ниже самая первая посылка 3 пакета по 20ач. Продавцы часто разбивают тяжелые заказы на несколько посылок чтобы уложится в вес на одну посылку не более 2кг, вот и мою посылку разбили на две, в первой 3 пакета, во второй оставшиеся 2пакета, всего первый заказ 5пакетов по цене 5400рублей.

По цене если брать мелкими партиями 1-10шт, то цена за один пакет 20ач чуть больше 1000рублей, но если брать от 20-ти и выше, то цена значительно снижается. Моя батарейка будет на 80Ач 12вольт, это 960ватт*ч электроэнергии и обойдется она мне — пакеты 20ач=16шт=17500руб.+1600рублей плата защиты= 19100рублей. Если брать например партию в 36 пакетов сразу, то выходит 24000рублей, но я не могу сразу столько купить. А так батарейка на 1кВт*ч получается 19000рублей. На эти деньги я мог бы купить 9автомобильных аккумуляторов по 60Ач, это 540Ач суммарно 6.4кВт*ч, но если брать не более 10% от емкости чтобы аккумуляторы долго служили то это всего 640ватт*ч. Ниже фото самой посылки.

Это фото сделано на почте, так как посылка пришла сильно измятая решил распаковать на месте, где и обнаружилось что батарейки сильно помяты с углов. Но что толку предъявлять и терять время впустую, расправил руками вмятины и пошел довольный домой, а батарейкам от таких вмятин ничего не будет, их можно хоть в трубочку свернуть, но не гарантирую, с моими все в порядке после такого как на фото выше. Ниже еще фото, пока стоял руками выпрямил почти все вмятины.

Уже дома произвел детальный осмотр этих батареек, немного потертые надписи гласят что производитель А123, но контактные шины видно что приварены отдельно и стыки залиты герметиком. Китайцы мне сказали что эти батарейки новые и приходят с Америки без контактных шин, которые приделываются уже в Китае, на плюс никелированная, а на минус медная. Ну будем думать что они их не откуда ни срезали припаяв новые контакты. Все равно дешевле нет, а качество и количество отработанных лет и циклов покажет время.

Чтобы убедится что шины приделаны отковырял герметик, ниже на фото видно что шина наложена и приварена, а место стыка замазано герметиком.

Теперь буду продолжать начатое и заказывать еще такие пакеты, всего пока мне надо 16 пакетов чтобы собрать батарею 12вольт 80Ач. А пока начал сборку уже имеющихся элементов. Начал с ящика для этих пакетов. Ящик сделал из фанеры толщиной 2см(какая была) и покрасил белой хреновой краской.

Дальше нужно было к контактным шинам как то прикрепить провода. Обошел все магазины, но очень маленьких болтиков так и не нашел и как специально ни в одном магазине электротоваров не нашлось клеммных колодок особой конструкции где уже есть мелкие болтики и стяжки. В итоге купил мощный паяльник на 100ватт и провод сечением 4квадрата. Дома я уже понял что припаять провода не получится, контактная пластина пакета не прогревается. А собрать первые четыре пакета чтобы получить батарею на 12вольт очень хотелось. В итоге зачистил провода и завернул из как в трубочку в контактные пластины, прижал плоскогубцами и поставил по две скобы из толстых пластинок. Конечно это не совсем правильно, но думаю контакт хороший и на всегда, тем более что больших токов там не будет, максимум ампер 5-10.

В крышке просверлил пять отверстий под болты М6 и на них соединил четыре пакета в цепочку для получения аккумулятора на 12 вольт. Это еще не законченный вариант, еще не пришла заказанная плата защиты (BMS), которая будет смонтирована под крышкой.

Болты как видно использовал обычные металлические, медных не нашлось. Но здесь нет ничего страшного, болты выполняют лишь роль зажимов для медных проводов,а провода стянуты друг с другом. Единственное это то что крайние болты выведены наружу как клеммы аккумулятора. В основном аккумулятор будет работать через плату защиты, а эти болты лишь для редкого подключения инвертора и др. Сопротивление конечно у металла выше, но думаю потери на нагреве болтов даже при токах 50-70А будут минимальными и их можно не считать так как инвертор включаю редко на электроинструмент. Но если найду, то крайние заменю на медные. Ниже фото внутренностей этого ящика-аккумулятора.

Пока все. Далее планирую покупать еще пакеты такие-же и докладывать в этот корпус пока не заполню его полностью, также скоро придет BMS — плата защиты и будет установлена. А пока все-таки попробую без BMC напрямую к контроллеру солнечной панели поставить и посмотреть как работает, есть ли дисбаланс ячеек, а так-же проверю реальную емкость аккумуляторов. Об этом в следующих статьях в разделе «Мой небольшой опыт».

Продолжение, часть 2, поставил аккумулятор вместо свинца и первые цифры и впечатление от работы лифера. ЛИФЕР (LIFEPO4) ВМЕСТО СВИНЦА В СОЛНЕЧНОЙ МИНИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Источник

Балансир для LiFePO4

Статья обновлена: 2020-12-17

Статья о балансирах для LiFePO4 аккумуляторов. Назначение балансиров, преимущества их использования, особенности выбора и нюансы использования.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются стабильной и безопасной работой, но чувствительны к перезаряду и глубокому разряду. Чтобы уберечь их от преждевременного износа и выхода из строя, используют BMS платы и балансиры.

Ячейки в аккумуляторной батарее должны иметь одинаковые рабочие параметры. Даже незначительные отличия емкости у последовательно соединенных элементов приводят к неравномерному заряду и разряду, из-за чего более заряженные ячейки быстрее выходят из строя. К тому же, при неравномерном заряде снижается общая емкость батареи, т.к. процесс подзарядки АКБ прекращается до полного восполнения заряда всеми ячейками.

Выравнивание напряжения при помощи балансиров

Балансиры для литий-железо-фосфатных аккумуляторов выравнивают напряжение на ячейках в сборке и блокируют его рост выше порогового значения. Они контролируют напряжение на ячейках и при достижении заданного значения инициируют включение силового ключа. В результате параллельно подзаряжаемой секции подключается балластный резистор.

Когда остаточный ток зарядки становится меньше величины тока, проходящего через балластный резистор, рост напряжения на заряжаемой секции останавливается. Но ячейки с меньшим напряжением продолжают заряжаться до тех пор, пока сработают балансиры всех частей батареи. В результате напряжение на всех ячейках будет равным пороговому значению, на которое настроены балансиры.

Основной принцип балансировки – шунтирование резисторами ячеек батареи с наибольшим напряжением. Стандартные балансиры рассчитаны на литий-железо-фосфатные элементы с номинальным напряжением 3,2 В. По заказу поставляются модули с балансировочными резисторами для ячеек с номинальным напряжением 3,6– 3,7 В.

Типы балансиров

Балансиры бывают управляемые и неуправляемые, внешние и входящие в состав АКБ. Но прежде всего они подразделяются на:

1. Активные балансиры для LiFePO4 – такие системы выравнивают напряжение в процессе зарядки. После зарядки 1-го элемента из сборки они прекращают его питание и продолжают заряжать 2-й аккумулятор. Производители создают балансиры с использованием различных подходов. В частности, активные системы балансировки бывают трансформаторными и емкостными.
2. Пассивные балансиры для LiFePO4 аккумуляторов – такие системы балансировки разряжают ячейки до одинакового значения небольшими токами с использованием резисторов. Их ключевые преимущества – независимость от внешнего питания и высокая точность, которая достигается благодаря использованию аналоговых компонентов.

Принцип работы пассивных балансиров

Пассивные системы баланса снижают зарядный ток аккумулятора, у которого наблюдается наиболее интенсивный рост напряжения. В классическом варианте это осуществляется замыканием элемента питания шунтирующим резистором R. В результате через замкнутый аккумулятор зарядный ток протекает только частично, а остальной ток идет через шунт R. Скорость заряда зашунтированного аккумулятора снижается, и напряжение на нем растет медленнее. Когда напряжение заряда достигает конечного значения, на всех элементах оно оказывается практически равным.

Цена пассивных балансиров невысока, т.к. они не содержат сложных микросхем. К тому же, они компактны и незначительно влияют на удельные характеристики батареи. К недостаткам пассивных систем относят невозможность использования всего объема энергии, которую способна запасти АКБ, и рассеивание энергии в форме тепла при прохождении через шунты. В результате уменьшается КПД системы «АКБ – зарядное устройство».

Использовать пассивные балансиры рекомендуется в батареях с очень близкими по емкости аккумуляторами, т.е. применение пассивных систем баланса накладывает дополнительные требования при выборе ячеек перед комплектованием и сборкой АКБ. В идеале все элементы в сборке должны быть одинакового химического состава, равной емкости, одного производителя и даже из одной партии.

Принцип работы активных балансиров

Активные балансиры умеют перераспределять энергию между ячейками батареи и способны работать и при разряде, и при заряде. Энергия перераспределяется от элемента с большей емкостью к элементу с меньшей емкостью. При заряде активный балансир уменьшает зарядный ток элемента с большей емкостью и увеличивает ток заряда элемента с меньшей емкостью. При разряде наоборот: балансир берет часть энергии у элемента с большей емкостью и увеличивает его разрядный ток, уменьшая при этом ток разряда элементов с меньшей емкостью.

У активных балансиров LiFePO4 схемы сложнее, зато выделение тепла намного меньше, чем при работе пассивных моделей. Поэтому активные системы балансировки незаменимы в случаях, когда нужен балансировочный ток свыше 5 А. У таких моделей высокий КПД (более 85%), а их способность работать при разряде позволяет не увеличивать время заряда для балансировки батареи.

Недостатками активных систем считаются высокая стоимость, сложность проектирования и изготовления. Собрать активный балансир для LiFePO4 своими руками проблематично. Еще один недостаток активных балансиров – ощутимое потребление тока на холостом ходу. Чтобы снизить потребление тока, такие устройства делают управляемыми – с возможностью включения при необходимости.

Как работает 2-х уровневый балансир для LiFePO4

В 2-уровневых балансирах для литий-железо-фосфатных аккумуляторов реализован следующий принцип выравнивания напряжения:

• 1 уровень. В процессе заряда, когда напряжение на ячейке достигает 3,49–3,51 В, включается изолированный DC-DC преобразователь и скидывает излишки энергии на соседний элемент. Если соседний элемент имеет достаточное напряжение, энергия скидывается на следующую ячейку и т.д. КПД этого цикла – порядка 70%, что не вызывает местных нагревов и значительного выделения тепла. Перераспределение энергии происходит между всеми элементами батареи.
• 2 уровень. Когда напряжение на элементе достигает 3,67–3,69 В, для профилактики избыточного заряда включается пассивный балансир с разрядным током 800 мА.

Источник