Настройка ИБП под работу с LiFePO4 АКБ.

Здесь представлена информация для тех, кто УЖЕ принял решение использовать ЛИТИЙ для своего ИБП (инвертора) или в качестве тяговой.

В случае, если Вы еще находитесь в стадии выбора (свинец или литий), то для Вас информация на странице СВИНЕЦ или ЛИТИЙ.

Основное: напряжение, ток, алгоритм и температура заряда LiFePO4 батарей.

• Напряжение 3.60–3.65 V на ячейку предел для химического процесса заряда LiFePO4. Превышение этого значения даже на сотые доли вольта при длительной зарядке приводит к окислению электролита и деградации катода, что превращает аккумулятор в источник повышенной пожарной опасности с необратимой потерей емкости до 40-50%.
• Для батарей, из 4 ячеек, напряжением (3.2V×4шт=12.8V) Напряжение заряда до 14.6 V
• Для батарей, из 8 ячеек, напряжением (3.2V×8шт=25.6V) Напряжение заряда до 29.2 V
• Для батарей, из 16 ячеек, напряжением (3.2V×16шт=51.2V) Напряжение заряда до 58.4 V
• Рекомендуемый производителями ТОК заряда: до 0.25С это значение тока первого этапа заряда. Максимальный ток 1С. Почему такая большая разница? Дело в нагреве батареи при заряде и в процессе балансировки ячеек. При высоких токах нагрев выше (до 45-50 градусов) негативно влияет на срок службы, а процесс балансировки просто не успевает завершится.
• Для батарей 100Ah : Ток заряда до 25А (0.25×100=25A)
• Для батарей 150Ah : Ток заряда до 40А 0.25×150=37.5A)
• Для батарей 200Ah : Ток заряда до 50А (0.25V×200=50A)
• Для двух, параллельно подключенных батарей 2×200Ah : Ток заряда до 100А (0.25V×400=100A)
• Алгоритм (профиль) заряда CC/CV. постоянный ток / постоянное напряжение. Однако для LiFePO4 этот алгоритм имеет свои особенности по сравнению с другими типами химии. Процесс делится на два этапа, и понимание перехода между ними критически важно для долговечности батареи.
• Первый этап заряда: CC (Constant Current) постоянный ток На этом этапе зарядное устройство (ЗУ) подает фиксированный ток, который вы задали в настройках ИБП или который указан в параметрах внешнего ЗУ (например, 20 Ампер для батареи 100 Ач). Напряжение на клеммах батареи медленно растет. Эта фаза самая быстрая и эффективная. Здесь батарея принимает основную массу энергии около 80–90% от общей емкости.
• Второй этап: CV (Constant Voltage) постоянное напряжение. Как только напряжение на каждой ячейке достигает порогового значения (3,60–3,65 В), зарядное устройство должно переключится в режим стабилизации напряжения (удержание на заданном уровне). Ток начинает экспоненциально падать. Почему? Потому что разница потенциалов между источником питания и батареей уменьшается, а внутреннее сопротивление батареи растет по мере заполнения литием анода. Заряд продолжается до тех пор, пока ток не упадет до порога отсечки, обычно 0,05C–0,1C (для батареи 100 Ач это 5–10 Ампер). Как только ток упал до минимума, заряд должен быть прекращен. Длительно держать LiFePO4 на постоянном напряжении в 3,65V на ячейку вредно: состояние максимального химического напряжения существенно ускоряет старение АКБ.
• В итоге: алгоритм заряда Pb и Li разные на финальной стадии! Что хорошо для свинцовых батарей - то негативно для литиевых. В профиле заряда для лития отсутствует третий этап - поддержание заряда, (как у свинца), поэтому после завершения CV зарядное устройство должно полностью отключиться. Наличие в настройках ИБП в разделе "тип АКБ" профиля заряда для лития - определяет саму ВОЗМОЖНОСТЬ подключения к данному ИБП литиевой батареи.

Для примера, приводим каталог готовых решений: ИБП с внешней литиевой батареей или накопителем энергии в котором можно подобрать уже "обкатанное" решение.

• Заряжать только при температуре АКБ выше 0°C. Строгие температурные ограничения: коварный враг зимней эксплуатации.
• При температурах ниже 0°C способность графитового анода принимать ионы лития резко снижается. Ионы лития просто не успевают внедриться в структуру графита и оседают на поверхности анода в виде металлического лития. Этот процесс называется литиевым покрытием (lithium plating).
• Образовавшийся металлический литий химически активен и реагирует с электролитом, создавая толстый слой твердого электролитного межфазного слоя (SEI). Это приводит к потере емкости. Но опасно другое: металлический литий может расти в виде дендритов (острых игольчатых кристаллов). Эти дендриты могут проткнуть сепаратор, разделяющий анод и катод, и вызвать внутреннее короткое замыкание. Такая батарея становится бомбой замедленного действия: она может работать еще какое-то время, но при вибрации или ударе произойдет пробой. Напомним: потушить литиевую батарею невозможно!
• Современные качественные BMS имеют датчики температуры и аппаратно запрещают заряд при минусе. А Вы знаете какая BMS (качественная или не очень) установлена в Вашей батарее? Поэтому полагаться только на электронику мы не рекомендуем. (Кстати, свинец таких "заморочек" не имеет). Что делать?
  • При эксплуатации в составе ИБП в загородном доме. В случае длительного отключения электроэнергии, которое привело к остановке системы отопления и замораживанию дома, необходимо программно запретить автоматическое включение самого ИБП после разряда батарей и появления электропитания. Затем вручную перевести ИБП на "байпас" (режим обхода), прогреть помещение и убедится, что температура батарей стала выше 0°C. В этом помогут данные с BMS либо на табло, либо через встроенный Влютуз. Только после этого включать ИБП. Прим: ИБП так же не любят отрицательные температуры из-за конденсата. Поэтому, что бы не получить неприятности сразу от ИБП и АКБ, настоятельно рекомендуем соблюдать тепловой режим!
  • Если вы эксплуатируете электротранспорт, вам нужна система подогрева.

  Bluetooth, SOC, BMS, CAN-шина в современных литиевых батареях (накопителях энергии).

  Как говорилось выше, правильный заряд решает судьбу батареи в части ее срока службы. Когда речь идет о сотых долях по напряжению, потери на проводах и контактах могут искажать истинную картину состояния заряженности АКБ. Сложность точного измерения происходит из-за плоской кривой уровня напряжения. Зарядное устройство должно вовремя переключать этапы заряда. Для передачи правильных данных от BMS, используют параметр SOC (State of Charge), который через CAN шину поступает в режиме реального времени в ИБП.

  Отсюда следует ВЫВОД: для получения максимального срока службы и безопасности эксплуатации всей системы, делайте свой выбор в пользу ИБП и АКБ (накоппителей энергии) имеющих возможность связи между собой по CAN шине!Мониторинг через Bluetooth - это только контроль состояния без обратной связи, опция полезная когда уже "что-то" произошло.
  Для примера, приводим каталог: накопители энергии LPF для ИБП в котором представлены как обычные моноблоки, так и качественные накопители с всеми интефейсами.

  Как настроить ИБП на работу с литием.

  Перед настройкой, соедините ИБП с АКБ кабелем из комплекта или изготовьте кабель самостоятельно, используя распиновку из инструкции к ИБП. К сожалению единого стандарта НЕТ! Если плланируется подключение двух и более батарей в параллель, соедините сами АКБ сигнальными кабелями из их комплекта, и обязательно выставьте АДРЕСА батарей при помощи DIP переключателей. Затем включите только АКБ и проверьте связь по табло на ПЕРВОЙ батарее. В случае обычных моноблочных батарей без шины, подключите их к ИБП (желательно через размыкатель), установите приложение мониторинго АКБ через Bluetooth на телефон и переходите к настройке пераметров ИБП:

  • Установить "тип АКБ" - Li этим Вы сообщаете ИБП какой профиль заряда нужен.
  • Настроить "протокол литиевой батареи" из предложенных в меню, их много, возможно придется подбирать или обратится к поставщику. Эта настройка только для АКБ и ИБП с CAN-шиной или RS-232 портом.
  • Установить "Метод управления BMS" - по проценту SOC таким образом состояние АКБ будет определятся не по напряжению, а по данным кулонометрии BMS (более точно).
  • Настроить "напряжение основного заряда" - одно из 14.6v/29.2v/58.4v в зависимости от напряжения подключаемой АКБ. Это максимальное напряжение первого этапа заряда.
  • Настроить "напряжение плавающего заряда" - это значение можно взять из инструкции к конкретной АКБ. Это напряжение второго этапа заряда.
  • Настроить "максимальный ток заряда" - это значение можно взять из этой статьи выше. Устанавливайте РЕКОМЕНДУЕМОЙ ток заряда для. В отдельных ситуациях, когда необходимо быстро заряжать батареи (если электропитание включается только на несколько часов в день или инвертор работает только от мощной солнечной панели днем) приходится устаавливать значения близкие к максимальным. Это штатная работа, но снижающая срок службы АКБ.
  • Настроить "напряжение или уровень SOC окончания разряда" - данные так же смотрите в мануале к конкретной АКБ.

  Как понять все ли правильно настроено? Для АКБ с Bluetooth, без возможности связи с ИБП.

  Прежде всего убедитесь, что физически все собрано правильно, ИБП работает, пройдитесь по меню, сделайте контрольное отключение, проверьте как работает система без внешнего питания. Затем откройте приложение мониторинга батареи, и посмотрите уровень заряда и ток заряда. С завода литиевые АКБ приходят заряженными на 40-50%, поэтому нужно время, до полного заряда. Сверьте показания тока заряда из приложения с максимальным током, который Вы установили в настройках ИБП. Результат: он не должен быть больше! Главная проверка заключается в определении конца первого этапа заряда и начала второго. Для этого дождитесь когда параметр SOC из приложения, достигнет 90-95% и наблюдайте за напряжением заряда. В какой-то момент (при SOC близкой к 95-100%) НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДА ДОЛЖНО РЕЗКО УПАСТЬ. Это включился второй этап заряда. Если этого не произошло и ИБП продолжает заряжать напряжением 3,65v на элемент уже заряженную, на 100% литиевую батарею - значит настройка сделана неправильно, параметры не сохранились в памяти ИБП или эта модель ИБП НЕ МОЖЕТ РАБОТАТЬ с ЛИТИЕМ!!!

  Как понять увидел ли ИБП батарею? Для АКБ с возможностью связи с ИБП.

  Полное соответствие показаний на табло ИБП и на табло первой АКБ - признак наличия связи. Проверить надо SOC, ток заряда, напряжение батареи и температуру. Если параметры расходятся - протокол выбран не верно или кабель не подходит по распиновке контактов.

  ---

  Балансировка ячеек: активная или пассивная.

  Наше мнение, если батаея собрана из качественных ячеек (элементов), то активная балансировка не нужна, а если из "плохох/дешевых" - то она и не поможет! Исключение из этого - интенсивная работы батарей в режиме 24/7 в тяговых режимах.

  Аккумуляторная батарея - это всегда набор отдельных элементов, соединенных последовательно. Даже если вы купили ячейки из одной партии от одного производителя, они никогда не будут идентичны на 100%. У каждой чуть разная емкость, чуть разное внутреннее сопротивление и разная скорость саморазряда. В процессе циклов заряда-разряда эти микроскопические различия накапливаются. Одна ячейка может достигнуть 3,65 В раньше других, в то время как соседняя еще находится на уровне 3,55 В. Как результат, BMS отключит заряд по первой достигшей предела ячейке. В итоге вся батарея не дозарядится. При разряде ситуация обратная: самая слабая ячейка сядет в ноль раньше остальных, и BMS отключит разряд, хотя в остальных ячейках еще полно энергии. Со временем дисбаланс растет, и полезная емкость батареи падает. Необходим инструмент выравнивания.

  Существует два типа балансировки: пассивная и активная. Пассивная балансировка встречается в 95% случаев. Она работает просто: когда напряжение на самой «быстрой» ячейке достигает порога (например, 3,45 В или 3,60 В, в зависимости от настроек), BMS подключает параллельно этой ячейке резистор-нагрузку. Лишняя энергия рассеивается в виде тепла на этом резисторе, позволяя остальным ячейкам «догнать» лидера по напряжению. Минус метода потери энергии и медленная скорость. Балансировочный ток обычно составляет всего 50–100 мА. Поэтому пассивная балансировка эффективна только в конце заряда, на фазе CV, когда токи малы.

  Активная балансировка использует методы перекачки энергии от заряженных ячеек к разряженным. Энергия не тратится на нагрев, а перераспределяется. Это позволяет балансировать батарею большими токами (1–5 А) в любое время цикла. Применяется в ситуациях, где большие токи разряда и заряда и при частых разрядах в "ноль". Это обычно в электро карах, электротранспорте и на производствах и складах.

  Для заряда без ИБП, важен правильный выбор зарядного устройства.

  При эксплуатации АКБ не в составе ИБП, а с инвертором без встроенного зарядного устройства, возникает необходимость в выборе внешнего ЗУ.
  1. Первое, на что нужно смотреть - это возможность настройки выходного напряжения. Универсальные «свинцово-литиевые» зарядки часто имеют фиксированные профили. Профиль «Lithium» в них может быть настроен под Li-ion (4,2 В на ячейку). Подключение такого ЗУ к LiFePO4 опасно!BMS конечно сработает, но перезаряд состоится и последствия непредсказуемы. Вам нужно устройство, где четко указан профиль LiFePO4 или есть ручная настройка напряжения отсечки.
  2. Второй важный параметр ток заряда. Производители ячеек обычно указывают рекомендуемый ток заряда 0,25C и максимальный 1C. Например, для батареи 100 Ач комфортный ток 25 А, максимальный 100 А. Однако, заряжая большим током, вы сильнее нагреваете батарею и усложняете работу балансировки. Если ваша BMS имеет слабый балансировочный ток (50 мА), то зарядка током 1C приведет к тому, что разброс напряжений в конце цикла будет значительным, и балансировка займет часы. Оптимальная практика заряжать током 0,2C–0,3C (20–30 Ампер для 100 Ач). Это щадит ячейки, снижает нагрев и дает балансировщику время выровнять напряжения.
  3. Третий момент алгоритм завершения заряда. Хорошее зарядное устройство для LiFePO4 должно иметь функцию «Auto-off» или «Charge Complete». После падения тока в фазе CV до минимума (например, 2–5% от начального тока) устройство должно полностью обесточить выход. Некоторые дешевые модели продолжают подавать небольшое поддерживающее напряжение. Для свинцовых кислотных батарей это полезно (компенсация саморазряда), но для LiFePO4 это вредно. Литий-железо-фосфат имеет крайне низкий саморазряд, и постоянное подключение к источнику напряжения держит батарею в состоянии "напряжения". Отключайте зарядное устройство физически или используйте модели с реле отсечки.

  Распространенные ошибки, заблуждения и вредные ИИ-советы по эксплуатации лития.

  Главное: ЛИТИЙ не прощает халатности и/или технической безграмотности при обращении с ним!

• Зарядить литий можно любой, подходящей по напряжению "автоматической" зарядкой, а волшебная BMS если что, все исправит и отключит АКБ в конце заряда. Голову бы оторвать писавшему это. У BMS другие задачи, она сделана для предотвращения нештатных ситуаций и имееет, больший диапазон по напряжению отсечки, нежели критическое 3,65 на элемент. Задачи "исправлять" огрехи заряда перед ней не стоит.
• Заряжать литиевую батарею можно только при температуре выше 0 градусов. Из этой фразы не следует, что температура ЯЧЕЕК БАТАРЕИ ДОЛЖНА БЫТЬ выше 0 градусов. А это важно. Получается, что принесли холодную батарею с мороза в теплое помещение и давай ее сразу заряжать.
• Срок службы в буферном режиме 15-20 лет. Это утверждене, повеместно висящее в описаниях какой литий хороший, невозможно опровергнуть и невозможно принять, в силу что еще не прошло и 10 лет с момента массового внедрения этой технологии. Теоритичеки это возможно 20 лет, но где гарантии? Срок службы 6000 циклов заряд-разряда. Если 6000/365дней получается как раз 16 лет. Что то здесь не сходится!