Dc dc зарядное устройство для lifepo4

Заряжать литиевый аккумулятор легко. Сложнее сделать так, чтобы зарядка была безопасна для аккумулятора и продлевала, а не сокращала его срок службы. Поэтому перед использованием любого зарядного устройства необходимо уточнить какой алгоритм зарядки оно использует. Многие из них могут повредить дорогую аккумуляторную батарею.

Что такое напряжение зарядки

При описании процесса зарядки аккумулятора необходимо различать два напряжения – аккумулятора и окончания зарядки. Напряжение аккумулятора пользователь не может контролировать напрямую, оно возрастает по мере увеличения заряженности со своей собственной скоростью, которая зависит от тока зарядки и типа аккумулятора. У свинцово-кислотных батарей напряжение возрастает раньше и быстрее. LiFePo4 сохраняют напряжение 13,6 Вольт (3,4 Вольт/элемент) до тех пор пока заряженность не вырастет до 75-80%

Напряжение окончания зарядки определяет предел, выше которого напряжение аккумулятора не должно подниматься. Напряжение окончания зарядки задается изготовителем аккумуляторных элементов и используется зарядным устройством для переключения между этапами зарядки или для ее прекращения. Некоторые зарядные устройства позволяют регулировать напряжение окончания зарядки, поэтому пользователь может установить его на свое усмотрение

Зарядное устройство литий-железо-фосфатного аккумулятора

Самое простое устройство поддерживает постоянный ток до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 14,6 В. После этого оно прекращают зарядку и отключается. Но поскольку отношение зарядного тока и емкости аккумулятора в каждом случае разное, а регулировать ток нельзя, то аккумулятор в лучшем случае зарядится на 40–90%, а если зарядный ток слишком мал относительно емкости, то при напряжении 14,6 Вольт аккумулятор окажется сильно перезаряжен.

Устройства, использующие алгоритм CC-CV (постоянный ток-постоянное напряжение), позволяют заряжать аккумулятор точнее. На первом этапе такие модели также поддерживают постоянный ток, но после того, как напряжение аккумулятора достигает 14,6 Вольт, устройство не прекращает зарядку, а фиксирует выходное напряжение и удерживает его до тех пор, пока ток, потребляемый аккумулятором, не снизится до 5-20% от первоначального и только после этого отключается

Поскольку никакие параметры у самых простых представителей данной группы устройств не регулируются, то зарядка может закончится не в самой оптимальной для аккумулятора точке. Более продвинутые модели позволяют выбирать одно из нескольких значений напряжения и тока окончания зарядки, а также зарядного тока. В целях безопасности в устройстве может быть предусмотрен таймер, который прекращает зарядку, если по истечении заданного времени контрольные параметры напряжения и тока не были достигнуты.

DC-DC зарядные устройства обязательны для зарядки LiFePo4 аккумулятора от генератора двигателя

При напряжении свыше 14,0 Вольт (3,5 Вольт/элемент), литий-железо-фосфатная ячейка не получает почти никакой дополнительной энергии, но зато материал ее отрицательного электрода подвергается повышенной нагрузке. Поэтому заканчивать зарядку при напряжении 14,6 Вольт целесообразно только в том случае, если элементы необходимо балансировать в каждом цикле зарядки. Поскольку балансировка как правило начинается при напряжении 14,2 – 14,6 Вольт, то в качестве напряжения окончания зарядки производители недорогих устройств выбирают максимально допустимое значение

Если же перед сборкой батареи ее элементы были тщательно подобраны и хорошо сбалансированы, а аккумулятор эксплуатируется в режиме частичного заряда-разряда, то доводить напряжение до 14,6 Вольт не обязательно и более того, не желательно. Нет смысла подвергать элементы дополнительным нагрузкам, загоняя их в опасную зону, если 98-99% емкости можно получить, прекращая зарядку при напряжении 14,0-14,2 Вольта

Такой позиции придерживаются и ведущие мировые производители зарядных устройств, которых накопленный в за последние годы опыт заставил уменьшить напряжение окончания зарядки литий-железо-фосфатных аккумуляторов. В большинстве современных моделей в литиевом режиме зарядка заканчивается при напряжении 14,4 или 14,2 Вольта (3,55 В/эл)

В идеале зарядное устройство для литий-железо-фосфатного аккумулятора должно быть полностью настраиваемым. Пользователь должен иметь возможность самостоятельно установить напряжение и ток окончания зарядки, поддерживающее напряжение (3,40 Вольт/элемент и ниже) и продолжительности этапа абсорбции

Поддерживающая зарядка

Поддерживающей называется этап зарядки, в ходе которого к полностью заряженному аккумулятору прикладывается напряжение, превышающее его напряжение холостого хода. Это напряжение компенсирует саморазряд аккумулятора и удерживает его в полностью заряженном состоянии. Точной значения поддерживающего напряжения для литий-железо-фосфатных аккумуляторов не существует. Фактически для них необходим не один, как для свинцово-кислотных, а два уровня поддержки – первый для режима ожидания, а второй для режима хранения.

В режиме ожидания аккумулятор должен быть заряжен на 90-98%. Выходное напряжение зарядного устройства 13,4 – 13,43 Вольт позволит полностью заряженной аккумуляторной батарее сначала немного разрядится, а затем удержит ее в желаемом состоянии.

Аккумулятор, который не используется в течение нескольких недель или месяцев, рекомендуется хранить разряженным до 40-60 %. Поэтому поддерживающее напряжение в режиме хранения должно быть ниже – 13,25 ÷ 13,28 Вольт.

Устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжения окончания зарядки для свинцово-кислотных и литий-железо-фосфатных аккумуляторов совпадают. Основываясь на этом факте, некоторые владельцы аккумуляторных батарей продолжают использовать имеющееся у них зарядное и после замены свинцово-кислотных аккумуляторов на литиевые, не обращая внимание на то, что помимо сходства между двумя типами аккумуляторов существуют существенные различия

В настоящее время общепринятой является зарядка аккумуляторов в несколько этапов. Сначала зарядное устройство поддерживает постоянный ток, а затем постоянное выходное напряжение.  Второй этап, зарядка при постоянном напряжении, нужен для того, чтобы зарядить аккумулятор до 100%.

Зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов определяют продолжительность второго этапа зарядки исходя из длительности первого. Если зарядному устройству потребовалось много времени, чтобы поднять напряжение аккумулятора до установленного уровня, то оно делает вывод, что аккумулятор сильно разряжен и лучше подольше подержать его при постоянном напряжении. Если же напряжение аккумулятора выросло быстро, то зарядное решает, что аккумулятор почти полностью заряжен и длинный этап абсорбции ему не нужен. В таком зарядном устройстве длительность второго этапа (постоянное напряжение) равна продолжительности первого (постоянный ток) умноженного на коэффициент абсорбции

DC-DC зарядные устройства для LiFePO4 аккумуляторов емкостью 200-400 Ач

Поскольку напряжение литий-железо-фосфатного аккумулятора растет медленнее чем у свинцово-кислотного, то первый этап зарядки (постоянный ток) может оказаться очень длинным. В результате следующий за ним этап постоянного напряжения будет еще длиннее. Если никаких правил окончания этого этапа, кроме таймера, в зарядном устройстве не предусмотрено, то аккумулятор останется под повышенным напряжением в течении нескольких часов уже будучи на 100% заряженным. Но зарядить аккумулятор до 14,6 Вольт, а затем оставить его при этом напряжении на четыре часа, это не то же самое, что просто зарядить до 14,6 Вольт. Аккумулятор неизбежно перезарядится

Катер или автомобиль с сервисной аккумуляторной батареей часто подолгу остаются подключенными к стационарной электрической сети. В течении этого времени установленное на транспортном средстве бортовое зарядное устройство питает оборудование постоянного напряжения и поддерживает аккумулятор в полностью заряженном состоянии, компенсируя его саморазряд.

Если нагрузка превышает мощность зарядного и аккумулятор разряжается, устройство автоматически дозаряжает его. Некоторые модели зарядных устройств включают режим дозарядки регулярно, например 1 раз в семь дней. Но частая дозарядка литий-железо-фосфатному аккумулятору не нужна. Наоборот, чтобы аккумулятор не терял емкость, его нужно хранить заряженным на 40-60%, подзаряжая лишь 1 раз в полгода

Если емкость LiFePo4 аккумуляторной батареи превышает 200 Ач, то для нее лучше всего подойдет комбинированный инвертор с зарядным устройством. Ток зарядки у комби инверторов равен 100-150 А

Зарядное устройство начинает дозаряжать свинцово-кислотный аккумулятор после того, как его напряжение опустится до 12,4-12,7 Вольт. Но при этом напряжении литий-железо-фосфатный аккумулятор уже разряжен примерно на 85-95%, поэтому дозарядка должна начинаться гораздо раньше, при напряжении 13,1-13,2 Вольта

Прежде чем начать зарядку современное устройство генерирует последовательность коротких импульсов напряжения, c помощью которых определяет состояние аккумулятора и затем выбирает этап, с которого начнет зарядку. Но напряжение полностью разряженного литий-железо-фосфатного аккумулятора выше, чем заряженного на 100% свинцово-кислотного. Поэтому зарядное может ошибочно посчитать, что зарядка такой аккумуляторной батарее не требуется вовсе

К поддерживающему этапу зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов переходит тогда, когда при постоянном выходном напряжении ток снижается до 5-10% от первоначального. Дополнительно в схеме устройства предусматривают таймер, который принудительно переводит устройство на следующий этап зарядки, если максимальное время абсорбции, равное 6-10 часам, превышено.

Таким образом, если к LiFePo4 аккумулятору подключено работающее оборудование или существует утечка на землю, то аккумулятор в течении 6-10 часов будет находится при напряжении 14,4-14,6 Вольт, что неизбежно приведет к его перезарядке и потере емкости.

Устройство для свинцово-кислотного аккумулятора можно использовать для зарядки литий-железо-фосфатного, если напряжение окончания зарядки не превышает 14,6 Вольт, а после этапа абсорбции не идет кондиционирование с напряжением 14,0-14,1 Вольт. Кроме того, в зарядном не должно быть автоматического неотключаемого режима десульфатации.

После того как такое устройство полностью зарядит аккумуляторную батарею его необходимо отключить, поскольку у большинства моделей алгоритм хранения не соответствует требованиям литий-железо-фосфатных аккумуляторов.