Литиевые аккумуляторы для автомобиля. Li—ion, Li—Poly, LiFePo4.

Литий-ионные аккумуляторные батареи: применение, обслуживание, зарядка. Li-Ion, LiFePo4, LiPo.

    Литий-ионные (Li-ion), литий-полимерные (Li-Poly, Li-Po) и литий-железо-фосфатные батареи (LiFePo4, LFP) современные легкие и мощные батареи для всех видов техники, но что нужно о них знать?

     Первые два типа батарей в большей степени получили свое применение в аккумуляторах для телефонов, фотоаппаратов, радиоуправляемых игрушкек, в

носимых источниках питания, таких как power banks. Часто их применяют в пусковых устройствах для стартерных аккумуляторных батарей в виду их дешевизны.  Батареи данного типа не способны отдавать большой ток. Литий-железо-фосфатные или литий-ферум-фосфатные (LiFePo4) батареи нашли свое применение в источниках бесперебойного питания, так же их используют в мото и авто сегменте в качестве замены штатной стартерной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Такое применение в первую очередь связано с более высокой термической и химической стабильностью, возможность принимать и отдавать более высокий ток по сравнению с Li-Ion, Li-Po и свинцово-кислотными батареями. Рабочее напряжение LiFePo4 батарей имеет очень маленький диапазон, что приводит к практически постоянному напряжению разряда. Совокупность этих факторов делает LiFePo4 перспективной заменой обычных свинцово-кислотных батарей практически во всех возможных отраслях. Но пока цена является главным отталкивающим фактором. Типичное применение LiFePo4 батарей – тяговые батареи для электрических автомобилей, гольф-каров, электрических самокатов и велосипедов, стартерные аккумуляторные батареи для мотоциклов и автомобилей, а также применение в источниках бесперебойного питания / оборудовании требовательного к стабильности напряжения. 

 Li-Ion, Li-Poly (LiPo)

- Рабочее напряжение Li-Ion, Li-Po — 3В-4,2В. Возможен разряд вплоть до 2,8В, но дальнейшее снижение напряжения ведет к необратимому повреждению батареи.

- Номинальное напряжение Li-Ion, Li-Po – 3,6-3,7В.

- Полностью заряженная Li-Ion, Li-Po батарея – 4,2В, полностью разряженная – 3В.

- Группа из 3ех ячеек в сумме будет иметь напряжение — 10,8В — 11,1В, группа из 4ех ячеек – 14,4-14,8В

- Срок годности таких батарей, как правило составляет – 1000 циклов согласно IEC стандарту или 3 года со дня изготовления. 

LiFePo4

- Рабочее напряжение LiFePo4 -3В-3,6В. Возможен разряд вплоть до 2,8В, но дальнейшее снижение напряжения ведет к необратимому - повреждению батареи.

- Номинальное напряжение LiFePo4  – 3,2-3,3В.

- Полностью заряженная LiFePo4 батарея – 3,6В, полностью разряженная – 3В.

- Группа из 4ех ячеек в сумме будет иметь напряжение — 12,8В — 13,2В

- Срок годности таких батарей, как правило составляет – 2000 циклов согласно IEC стандарту или 5-7 лет со дня изготовления. 

Заряд литий-ионных (Li—ion), литий-полимерных (Li—Poly) и литий-железо-фосфатных батарей (LiFePo4) от генератора автомобиля 

   Как видно из характеристик, батареи имеют разные номинальные напряжения, поэтому количество батарей в группе и суммарное напряжение группы батарей будет так же отличаться.

   Так, сборка из четырех LiFePo4 батарей будет иметь номинальное напряжение 12,8 – 13,2В. Если взять те же 4 батареи, но LiIon или LiPo, то мы уже получим номинально 14,4В и зарядное напряжение будет 16,8В. У сборки из трех батарей напряжение зарядки будет 12,8В.

   Таким образом, применение Li-Po, Li-Ion батарей для замены стартерных батарей исключено, т.к. напряжение генератора автомобиля 14,4В.

    LiFePo4 батареи в свою очередь при номинальном напряжение 12,8В- 13,2В имеют напряжение зарядки 14,4В, что полностью соответствует выходному напряжения генератора автомобиля. 

Заряд литий-ионных (Li—ion), литий-полимерных (Li—Poly) и литий-железо-фосфатных батарей (LiFePo4) от внешнего зарядного устройства 

   По аналогии с генератором автомобиля не трудно догадаться, что применение обычного зарядного устройства для Li-Po и Li-Ion аккумулторов опасно, т.к. для сборки из трех батарей, напряжение зарядки (14,4В) превысит допустимое напряжение группы батарей 12,6В. При зарядке сборки из четырех батарей – зарядка не будет полной, т.к. такую группу необходимо зарядить до 16,8В.

   LiFePo4 аккумуляторную батарею, в отличии от Li-Po и Li-Ionбатарей, можно заряжать от внешнего зарядного устройства, т.к. ее характеристики практически полностью дублируют характеристики свинцово-кислотных батарей (в части напряжения зарядки и номинального напряжения).

   Правда, есть пара нюансов:

1. На многих LiFePo4 батареях пишут Lithium Ion, без указания LiFePo4, что вводит людей в заблуждение. Если Вы сомневаетесь в том, к какому типу относится Ваша батарея, посмотрите полную спецификацию АКБ на сайте производителя.
2. В LiFePo4  АКБ зарядка идет через специальную систему контроля состояния ячеек батареи, которая встроена в аккумулятор.  Данная система называется — BMS (Battery Management System) 

BMS (Battery Management System) система батарей и зарядка от внешнего зарядного устройства 

   BMS – это электронное устройство, которые контролирует ток заряда и разряда батареи. Это устройство уже вмонтировано в батарею и может быть с простой логикой работы или более сложной. Простая логика работы – отключение зарядки по достижению заданного напряжения (полного заряда), более сложная логика заключается в непрерывном контроле состояния батареи, напряжения в каждой ячейке, температуры, в том числе может записывать лог работы батареи. Сложная BMS система может отключать батарею по перегреву, перезарядке и подобным событиям. BMS система может иметь защиту от глубокого разряда батареи, которая блокирует заряд, при снижении напряжения ниже порогового (2,8В-3В на ячейку) – UVP (under voltage protection).

Таким образом, в случае, если BMS система сработала по защите от глубокого разряда, обычное зарядное устройство не сможет разблокировать BMS и зарядить батарею. Для этих целей применяются специализированные зарядные устройство для LiFePo4 батарей, способные разблокировать BMS.

Помимо этого, профиль зарядного устройства должен быть CC/CV (Constant Current/Constant Voltage): заряд постоянным током, а затем при постоянном напряжении, ток снижается. Импульсы тока, повышение напряжения до 16В и выше для LiFePo4 батарей не допустимы. Применение десульфатирующих зарядных устройств запрещено.

   Генератор транспортного средства имеет классический профиль CV поэтому зарядка от генератора возможна до тех пор, пока батарея не будет глубоко разряжена и не сработает защита.

   При зарядке LiFePo4 батареи с сработавшей защитой необходимо быть крайне осторожным и контролировать напряжение и температуру батареи на протяжении всего процесса зарядки, ведь по сути идет процесс восстановления глубоко разряженной и возможно уже неисправной LiFePo4 батареи.

Современные зарядные устройства для LiFePo4 батарей имеют функции разблокировки BMS системы (BMS reset), могут автоматически контролировать температуру батареи, снижать силу тока по мере необходимости и прекращать заряд, если батарея в процессе зарядки не подала признаков жизни, что делает процесс восстановления и зарядки абсолютно безопасным.