LiFePO4 аккумуляторы: особенности эксплуатации, хранения и зарядки

Новые LiFePO4 аккумуляторы основаны на недавно открытой химической формуле, где катод выполнен из литий-железо-фосфата. Эта технология выдает характеристики, не похожие на классические виды батарей:

• безопасность (не взрываются при перезаряде) и сохраняет целостность при нагреве;
• стабильность напряжения на протяжении всего разряда;
• высокий КПД (до 98%);
• широкий температурный диапазон работы, многие модели работают в пределе от -30 до +50 градусов.

Преимущества технологии – надёжность и срок службы

Главное преимущество литий железо фосфатный аккумулятор – большая долговечность. При правильной эксплуатации такие батареи служат 10-15 лет, сохраняя до 80% первоначальной емкости. Они устойчивы к глубоким разрядам, не страдают от эффекта памяти и имеют встроенную систему защиты (BMS). Это делает их идеальным выбором для ответственных применений. Обладает в сравнении с литий-ионными батареями малый процент снижения емкости, не более 1,5 в год против 10% у Li-ion. Выпускается АКБ в виде ячеек с емкостью 2500-6000 мАч.

Кроме плюсов есть и свои минусы. Например, эта батарея способна запасти на 14% меньше энергии, чем в такой же объем вмещается в аккумулятор литий-ионного типа. Также они отличаются низким напряжением ячейки, не более 3,65 В. Из-за этого требуется использовать больше ячеек в сборке для получения нужного напряжения. При выборе этих батарей нужно учитывать, что они боятся влаги. В сырости происходит быстрая потеря емкости.  

Где чаще всего используются такие аккумуляторы

Железо фосфатные аккумуляторы нашли применение в различных сферах: системы резервного питания, электромобили, солнечные электростанции, морская техника и промышленное оборудование. Особенно популярны модели 12V и 24V для замены традиционных свинцово-кислотных АКБ в технике. Их легкий вес и компактные размеры позволяют удобно использовать пространство. Батареи с напряжением 48 В и более используют в системах хранения и накопления с подключением к солнечным панелям и ветрогенераторам. На этих ячейках собирают батареи для средств повышенной персональной мобильности, ставят в ИБП, применяют в буферных системах накопления энергии и в гибридных комплексах электроснабжения.  

Лиферный аккумулятор требует соблюдения определенных правил для сохранения большого срока службы:

• избегать перезаряда выше 14.6V для 12V моделей;
• не допускать глубокого разряда ниже 10V;
• использовать совместимые зарядные устройства, контролирующие заряженное и разряженное состояние;
• на замораживать ниже -30 градусов и не держать в сыром месте, длительно хранить допустимо только в месте, где температура не опускается ниже +5 градусов; 
• обеспечивать температурный контроль;
• перед отправлением на продолжительное хранение заряд следует понизить до 60%.

Соблюдение всех перечисленных правил гарантирует работоспособность батареи указанные производитель 10-15 лет.

Рабочие температуры и режимы нагрузки

Предельные условия для работы батареи LiFePO4 составляют от -30°C до +50°C. Но зарядка возможна только при положительных температурах (0°C - +50°C). Пиковые нагрузки не должны превышать 25С (емкость батареи в Ач), а продолжительные - 0.5С. Например, для АКБ 100Ач максимальный постоянный ток - 50А, а наибольший зарядный ток не должен быть выше 30А.

Поведение при перезаряде и переразряде

Современные батареи LiFePO4 оснащены BMS, которая защищает от критических состояний. При превышении напряжения 3.65V на элемент или падении ниже 2.5V система автоматически отключает питание. Но частые срабатывания защиты сокращают ресурс, поэтому важно использовать специализированные контроллеры заряда. Это отдельные модули, которые устанавливаются снаружи и применяются для отслеживания состояния в реальном времени

Лиферовые батареи хоть и не критичны к низким температурам, но все равно заряжать их следует при температуре от -20 до +45 градусов. Это важное требование, так как при более низких показателях цикл нарушается и источник теряет емкость. Зарядные устройства должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечить две фазы восстановления емкости: CC и CV. В первой фазе к ячейкам подключен постоянный ток до достижения заданного постоянного напряжения на батарее, при этом оно изменяется. Затем включается стабилизация напряжения до момента, когда ток заряда снизится до 2 А или составит 0.02 С. 

LiFePO4 требует особого подхода к зарядке:

• только CC/CV метод (постоянный ток/постоянное напряжение) именно в такой последовательности;
• напряжение полного заряда 3.65V на ячейку;
• рекомендуемый ток - 0.5С (50А для 100Ач);
• обязательная балансировка ячеек для равномерного распределения энергии.

Какие зарядные устройства подходят

Для накопителей энергии LiFePO4 нужны специализированные ЗУ с соответствующими профилями. Хорошо зарекомендовали себя модели с алгоритмом трехстадийной зарядки: основной заряд (постоянный ток), дозаряд (постоянное напряжение) и балансировка. Важно выбирать устройства с точностью регулировки напряжения ±0.05V.

Оптимальный ток и напряжение заряда

Идеальные параметры для элемента LiFePO4: напряжение 14.2-14.6V (для 12V системы), ток 0.2-1С. Например, батарею 100Ач можно заряжать током 20-100А. Первая цифра увеличит срок службы, вторая сократит время зарядки. Полный цикл занимает 1-4 часа в зависимости от выбранного режима.

LiFePO4 теряет всего 2-3% заряда в месяц, что упрощает хранение:

• хороший уровень заряда – 40-60%;
• температура - от 0°C до +25°C;
• сухое помещение без прямых солнечных лучей;
• периодическая подзарядка (раз в 6 месяцев).

Уровень заряда при хранении

Железо фосфатные аккумуляторы лучше всего хранить при 50% заряда. Полностью разряженные батареи деградируют быстрее, а полностью заряженные теряют емкость из-за повышенного напряжения. BMS в качественных АКБ автоматически поддерживает необходимый уровень при длительном простое.

Температурные условия и защита от влаги

Для таких источников важна защита от экстремальных температур и влаги. При хранении на морозе ниже -20°C возможна необратимая потеря емкости. Высокая влажность приводит к коррозии контактов. Лучшее место – сухое отапливаемое помещение с работающей вентиляцией.

Аккумуляторы LiFePO4 приспособлен для систем бесперебойного питания. Они отличаются:

• быстрым зарядом (готовы к новому циклу через 1-4 часа);
• стабильным напряжением до полного разряда;
• компактностью и малым весом;
• долговечностью (10+ лет).

Сравнение с AGM и GEL

Сравнение литий железо фосфатный аккумулятор с традиционными видами показывает явные преимущества: в 5 раз больше циклов, в 3 раза меньший вес, вдвое большая производительность. AGM и GEL проигрывают по всем параметрам, кроме начальной цены. Но с учетом срока службы LiFePO4 выгоднее.

Перспективы использования в домашних системах

Популярность LiFePO4 в частном секторе быстро растет. Снижение цен повышает на них спрос в качестве альтернативы для домашних ИБП, солнечных электростанций и систем резервного питания. Часто применяются готовые сборки 12V и 24V для замены старых свинцовых АКБ.

Источник LiFePO4 требует минимального обслуживания, но соблюдение простых правил сильно продлит ресурс. Избегайте экстремальных температур, используйте совместимые зарядные устройства, не допускайте глубоких разрядов. При правильной эксплуатации эти батареи окупят свою стоимость многократно, обеспечивая надежное энергоснабжение на десять лет. Для надежности выбирайте проверенные марки и качественные BMS системы, которые предлагает компания VOLTS. Энергетические комплексы доказали свою надежность в составе домашних и промышленных решений.