как узнать емкость lifepo4 аккумулятора
Как измерить емкость литий-ионного аккумулятора?
Для измерения емкости используют две единицы – ватт*час и ампер*час. Для вычисления емкости аккумулятора существует простая формула C = T * I, т.е. емкость аккумулятора – это произведение времени разряда и величины постоянного тока.
При желании в сети можно найти массу интересных и даже неожиданных способов того, как проверить емкость Li-ion аккумулятора с помощью различных самодельных устройств. Несомненно, заняться этим интересно и увлекательно, однако не все имеют время, чтобы изготовить подобные приборы.
Измерение емкости литий-ионного аккумулятора
Мы предлагаем самый простой и надежный способ измерения величины емкости Li-ion аккумулятора. Для этого вам потребуется специальное устройство – индикатор емкости. Устройство имеет выносной шунт, необходимый для токов более 10А. Анализатор с ЖК-экраном обладает высокой точностью измерений и низким энергопотреблением.
Устройство подключается к аккумулятору по простейшей схеме, реальную емкость аккумулятора можно узнать после его полного разряда и последующей зарядки. С помощью такого индикатора можно быстро и с максимальной точностью узнать емкость нового аккумулятора. Как определить емкость литиевого аккумулятора, который уже эксплуатируется определенное время? Для этого также подойдет данное устройство.
Часто можно услышать нарекания на то, что приобретенные в Китае аккумуляторы не соответствуют емкости, заявленной производителями. В интернет-магазине ВольтБайкс все аккумуляторы перед продажей испытываются на разрядных стендах, и их емкость всегда соответствует заявленной на нашем сайте и в гарантийном талоне. Для проверки на емкость в данном случае используется электронный нагрузочный стенд с выводом кривой графика разряда на экран компьютера.
Процент заряда и напряжение Lifepo4
В этой статье описание и результат тестирования ячейки lifepo4 3,2v ёмкостью 105Ah. Суть эксперимента выяснить есть ли зависимость напряжения на ячейке и уровня её заряда. В интернете много противоречивой информации, некоторые говорят что по напряжению нельзя опрелелить насколько заряжен lifepo4, только примерно с погрешностью 20-30%. Всё это из-за так называемой полки, очень стабильного и мало меняющегося напряжения в диапазоне основной ёмкости. Бытует мнение что даже при одинаковом напряжении до тысячной вольта одна ячейка может быть заряжена на 70%, а другая к примеру на 90%.
Но также есть информация где показана прямая зависимость напряжения и уровня заряда АКБ. Существуют таблицы и результаты тестирования lifepo4 где чётко прослеживается зависимость напряжения и ёмкости. Несмотря на то что я уже находил немало информации о тестировании lifepo4, я решил самостоятельно провести лабораторную работу, и выяснить зависимость напряжения и ёмкости lifepo4.
Техническое условие теста:
Ячейку lifepo4 заявленной ёмкостью 105Ач я полностью зарядил, и начал разряд ячейки. Разряд ячейки происходил через ваттметр, который считает ватты и ампер-часы. Разряжал ячейку на нихромовую спираль током 10А. Каждые отданные ячейкой 5Ач я записывал напряжение под током разряда 10А, и останавливал разряд, ждал примерно две минуты и записывал напряжение без нагрузки. Так через каждые 5Ач я записывал результаты, напряжение под током 10А, и в холостую. Напряжение измерял отдельным точным мультиметром, который отображает напряжение с точностью до одной тысячной вольта.
Ячейку я разрядил до 100Ач, полностью не стал разряжать чтобы не испортить. И в обратной последовательности начал заряжать ячейку, через каждые 5Ач останавливал заряд, записывал напряжение под током заряда 10А, и в холостую спустя две минуты.
В результате тестирования получилась вот такая таблица. В левой части таблицы результат разряда ячейки. Ёмкость со знаком минус так как происходил разряд ячейки. В правой части в обратной последовательности происходил заряд ячейки, поэтому ампер-часы со знаком плюс. Отдельно сверху красным я написал сколько энергии в ватт-часах отдала ячейка, и сколько обратно приняла до полного заряда. КПД разряда и заряда приятно порадовал, и составил 96,58%.
Результат меня удивил:
Я ожидал что всётаки будет прямая зависимость напряжения и уровня заряда Lifepo4. Но это оказалось не так, и при одинаковой ёмкости пря разряде напряжение даже в холостую отличается от напряжения при заряде. Конечно две минуты это очень мало для замера напряжения без нагрузки, если выждать хотябы полчаса то напряжение покоя думаю заметно изменится, но столько времени у меня небыло, и так этот тест занял почти сутки.
Также интересно то что при напряжении без нагрузки 3.358 аккумулятор заряжен уже на 95%. При дальнейшем заряде до 3.45в в акб вошло ещё около 3.5Ач, и далее напряжение резко пошло вверх до 3.6В. Кстати ровно 1Ач в аккумулятор обратно не вернулся, тоесть ячейка отдала 100Ач, но при заряде ячейка взяла только 99Ач, и полностью зарядилась. Связано это с тем что при разряде напряжение на ячейке ниже чем при заряде. Так при отдаче 100Ач ячейка отдала 315.55втч, а при заряде ячейка взяла 99Ач и 326.74втч.
Балансировка lifepo4: Много споров по поводу балансировки lifepo4, о том какие балансиры лучше, активные, пассивные. По напряжению хорошо видно что оно мало изменяется в большом диапазоне ёмкости. К примеру при уровне заряда батареи 90% напряжение в холостую 3,324в, а при ёмкости 10% напряжение 3,218в. Разница всего 106мВ. А при уровне заряда 95% напряжение 3.324в, и при уровне заряда 65% напряжение 3.316в, разница всего 0,008в, или 8мВ.
Так как большинство активных балансиров работает по принципу чем больше разница напряжения тем больше ток балансировки, то при такой мизерной разнице они ничего не будут балансировать, так как по сути и балансировать нечего. При этом есть дешёвые активные балансиры, которые начинают балансировать при разнице от 30мВ между соседних ячеек, такие тоже бесполезны. По сути балансировка lifepo4 должна начинаться от 3.45в, после этого напряжения появляется явный дисбаланс ячеек, с которым справятся за некоторое время активные балансиры. А также вполне подойдут и пассивные балансиры, которые обычно включаются при 3.6в.
Буферный и цеклический режим эксплуатации lifepo4:
Вообще я думаю если вы интересуетесь Lifepo4, то понимаете чем грозит перезаряд или слишком глубокий разряд ячейки. Поэтому лучше устанавливайте плату защиты BMS, чтобы не испортить АКБ. Также если вы эксплуатируете lifepo4 не в циклическом режиме как в электротранспорте, а в буферном, к примеру в солнечной электростанции, или в ИБП. То напряжение заряда и напряжение поддержки для lifepo4 отличаются от просто заряда до 3.6в. Когда вы эксплуатируете батарею к примеру на электро-велосипеде, то батарея зарядилась до 3.6в на ячейках, и вы поехали кататься, тоесть батарея не находится долгое время под напряжением 3.6в.
Но в солнечной станции напряжение от солнечных панелей поступает весь световой день. И как правило у многих АКБ уже утром к 9-11 часов дня полностью заряжаются, и остольное время просто находятся в буферном режиме под напряжением до самого вечера, пока солнце не сядет. Так вот lifepo4 не любит длительного нахождения под напряжением полного заряда, происходит ускоренная деградация. К примеру Лиотех пишет что для эксплуатации lifepo4 в буферном режиме максимально допустимое напряжение заряда 3.40в, а напряжение поддержки 3.34в. Только в таком режиме эксплуатации батарея прослужит максимально долго.
Маркировка и расшифровка аккумуляторов 18650
Статья обновлена: 2021-06-11
Литий-ионные аккумуляторы форм-фактора 18650 – это цилиндрические ячейки размерами 18 х 65 мм. При наличии электронной платы защиты размеры ячеек немного увеличиваются – примерно на 0,3–0,5 мм. Несмотря на одинаковые размеры и схожий внешний вид, разные Li-ion аккумуляторы типоразмера 18650 могут значительно отличаться по типу химии и рабочим параметрам. Даже продукция одного бренда и серии может отличаться – как минимум, датой производства.
Поэтому при выборе литиевых аккумуляторов нужно обращать внимание на их маркировку и уметь ее расшифровывать. Типы маркировок 18650 элементов у известных производителей схожи, но имеют некоторые отличия. И хотя на первый взгляд шифровка может казаться непонятной, по обозначениям на защитной оболочке аккума можно узнать всю необходимую информацию о нем – от типа химии до даты изготовления.
Буквенная маркировка аккумуляторов 18650
В распространенных вариантах буквенной маркировки – ICR, INR, IMR, IFR – буква I указывает на использование Li-ion технологии, а R – на то, что это не батарейка, а перезаряжаемый аккумулятор (Rechargeable). По 2-й букве такой маркировки можно определить тип химии:
Покупка на Алиэкспресс литий железо фосфатной (LiFePO4) аккумуляторной батареи производителя VariCore 3,2V 90Ah (90000mAh)
Не смотря на стоимость данного типа батареи, решился я совершить ее покупку на Алиэкспресс. Заказал литий-железо фосфатную (LiFePO4) аккумуляторную батарею производителя VariCore 3,2V 90Ah (90000 mAh).
Фото товара на сайте Алиэкспресс. Ссылка на страницу товара, будет в комментариях.
Отчасти, именно у этого продавца, я заказал из за не плохого рейтинга.
Стоимость моего комплекта из 8 ячеек, составила 26 408,83 руб., с учетом скидок продавца и платформы, я оплатил 25 551,96 руб. Заказ произвел 5 июня 2020г.
Покупался данный тип ячеек для моей будущей солнечной электростанции, о которой я расскажу отдельно.
Я уже покупал на Алиэкспресс литий ионные батарейки формата 18650 и собрал аккумулятор емкостью около 25 Ампер*час, но решил совершить покупку литий фосфатных элементов по следующим причинам: по заявлению производителей, LiFePO4 батареи имеют стабильное напряжение при разряде, что не приведет к (возможной) перегрузке инвертора.
Так же, бонусом, LiFePO4 теряют емкость при низких температурах не более 70%, что значительно лучше чем у литий ионных ячеек. Лично для меня это не имеет решающего значения, т.к. предполагаю эксплуатацию аккумулятора в отапливаемом помещении, но все же.
Продавец заявляет ток разрядки данного типа батарей, 3CA (около 270A), но в описании приводит таблицу производителя, в которой указано, что ток разрядки не более 10А. И, я думаю, что производителю стоит доверять больше, чем продавцу.
Напряжение полного разряда составляет 2 Вольта, напряжение полностью заряженной ячейки 3,6 Вольт. Но, я думаю, что если требуется продлить срок эксплуатации данных батарей, то не стоит доводить ее до предельных значений, а тем более хранить в разряженном или перезаряженном виде. Ни к чему хорошему это не приведет.
Характеристики ячейки от производителя
Как видно из таблицы, ток заряда составляет 3-5А, а ток разряда, если желаем получить полную емкость и срок службы, не должен превышать 10А.
Так же я попросил продавца разбить посылки на части, что бы стоимость одной посылки не превышала 200 Евро, на что продавец любезно согласился.
Измерение уровня заряда LiFePo4- аккумуляторов
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы, также известные как LiFeP04 или LFP, используются в приложениях со значительными токовыми нагрузками. При измерении уровня заряда LiFeP04-аккумулятора необходимо соблюдать особую осторожность. В этой статье рассказываются, почему литий-железо-фосфатные аккумуляторы становятся идеальным выбором для некоторых приложений, анализируются особенности, которые следует учитывать при измерении уровня их заряда, а также приводятся результаты испытаний, полученные при использовании микросхем измерения заряда от Maxim.
Рост популярности различных типов литий-ионных аккумуляторов
Доля используемых во всем мире литий-ионных аккумуляторов (Li-ion) с каждым годом увеличивается. Благодаря высокой плотности энергии, низкому саморазряду и незначительному эффекту памяти Li-ion находят применение в широком спектре приложений.
В настоящий момент на рынке представлены литий-ионные аккумуляторы различных моделей, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики. Тем не менее, все Li-ion можно разделить на несколько основных групп, отличающихся реализаций химических процессов. У каждого типа литий-ионных аккумуляторов есть достоинства и недостатки, что делает их оптимальными для той или иной области применения.
Особенности LiFeP04-аккумуляторов
Преимущества. Для создания катода LiFeP04-аккумуляторов используется литий-фосфат железа, в то время как анод изготавливается из углерода. LiFeP04-аккумуляторы термически и химически более стабильны, чем аккумуляторы с другими химическими составами. Они не выходят из строя даже при возникновении аварийных ситуаций, таких как перезарядка или короткое замыкание, и не подвержены лавинообразному разрушению при перегреве. Эти аккумуляторы могут использоваться в широком диапазоне температур от −40 до 70°C (и более).
По сравнению с литий-ионными аккумуляторами других типов (например, LCO, LMO, NMC и NCA) LiFeP04-аккумуляторы обеспечивают более длительный срок службы – от 1000 до 2000 циклов заряда-разряда. Ячейки LiFeP04 способны выдерживать воздействие высокого напряжения в течение длительного времени с минимальными последствиями, чем не могут похвастаться другие химические источники тока (ХИТ). Для LiFeP04-аккумуляторов пиковый разрядный ток может достигать очень высоких значений, вплоть до 25°C.
Недостатки. LiFeP04-аккумуляторы имеют низкое номинальное напряжение – всего 3,2 В. Это означает, что их начальная плотность энергии оказывается ниже, чем у LCO, LMO, NMC и NCA. Ячейки LiFeP04 также чувствительны к влаге. Прямой контакт с водой приводит к потере активного лития, в результате чего плотность энергии уменьшается. Адекватную стойкость к влажности имеют только высококачественные аккумуляторы, изготовленные с соблюдением строгого контроля качества. Как и другие виды ХИТ, литий-железо-фосфатные аккумуляторы характеризуются ухудшением параметров при низких температурах.
Типовые области применения. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы применяются в самых различных областях. В качестве примеров можно привести: электромобили, электрические газонокосилки, подъемники, мусоровозы, роботы, домашние ИБП, гибридные генераторы, вспомогательные силовые установки для грузовых автомобилей, устройства мониторинга погоды, морские буи, оборудование для нефте- и газопроводов, устройства контроля номерных знаков, игровое оборудование и т.д.
В чем сложность измерения уровня заряда LiFeP04-аккумуляторов?
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы имеют чрезвычайно плоские кривые разряда/заряда и, кроме того, обладают гистерезисом, что затрудняет контроль уровня заряда этих элементов. На верхней части рис. 1 представлена типовая кривая заряда/разряда для LiFeP04-аккумулятора. Не сложно заметить, что график имеет продолжительный участок, на котором напряжение изменяется чрезвычайно медленно. На нижней части рис. 1 представлен гистерезис кривой заряда/разряда LiFeP04 и указана ошибка, вызываемая им, при определении уровня заряда (State-of-Charge SOC). Для сравнения на рис. 2 изображена кривая разряда литий-никель-кобальтовой алюминиево-оксидной батареи, которая демонстрирует значительное изменение напряжения в процессе разряда.
Рис. 1. Типовая кривая заряда/разряда LiFeP04-аккумулятора (вверху). Гистерезис в LiFeP04-аккумуляторе и ошибка, вызываемая им, при определении уровня заряда (SOC)
Рис. 2. Типовая кривая заряда/разряда литий-никель-кобальтовой алюминиево-оксидной батареи
Некоторые другие ХИТ ведут себя примерно также как и LiFeP04-аккумуляторы, например, LiCoPO4-аккумуляторы, LiFeSO4F-аккумуляторы и LiMnPO4-аккумуляторы.
Как точно измерить уровень заряда LiFeP04-аккумулятора?
Существуют методы, позволяющие получать достаточно высокую точность при измерении уровня заряда LiFeP04-аккумуляторов. Как уже было сказано выше, кривая разряда для таких элементов оказывается чрезвычайно плоской. Изменение SOC на 1% приводит к изменению напряжения на разомкнутых клеммах (open-circuit-voltage, OCV) всего лишь на несколько мВ. Кроме того, кривая разряда LiFeP04-ячеек имеет гистерезис. Специальный алгоритм предсказания OCV (не требующий начальных условий, полного заряда или разряда аккумулятора) в сочетании с традиционным методом интегрирования тока, продемонстрировал значительно меньшую чувствительность к напряжению по сравнению с другими алгоритмами, использующими метод интегрирования тока.
Большинство альтернативных методик подразумевает использование начальных параметров аккумулятора и дальнейшую коррекцию с учетом измеренного напряжения. Многие алгоритмы выполняют коррекцию достаточно редко (несколько раз в день). В результате влияние погрешности OCV при измерении SOC оказывается значительным. Любая ошибка при выполнении коррекции обычно фиксируется и, следовательно, сохраняется до следующей коррекции. Из-за этого выбор алгоритма и постоянный контроль напряжения особенно важны для LiFeP04-аккумуляторов. Предлагаемый алгоритм не так сильно зависит от точности измерения напряжения.
Испытания
Мы провели тестирование нового алгоритма оценки OCV с интегрированием токов. Для этого использовался LiFeP04-аккумулятор ANR26650M1-B с номинальной емкостью 2500 мАч. Тщательно отрегулированные датчики продемонстрировали превосходную точность при измерении уровня заряда. Мы выбрали тестовую методику, в которой аккумулятор в течение недели заряжался и разряжался до достаточно глубокого уровня, но без полного разряда или заряда. При таком сценарии измерение SOC является очень сложной задачей не только для LiFeP04-элементов. Как видно из графиков, алгоритм демонстрировал погрешность не более 2% на протяжении всего цикла испытаний (рис. 3,4,5).
Рис. 3. Результаты испытаний – графики напряжения, тока, SOC, погрешность SOC и температуры. Погрешность не превышает 2%
Рис. 4. Благодаря сложному алгоритму вычисления SOC, погрешность измерения не превысила 2% даже при проведении месячных испытаний, в ходе которых аккумулятор не достигал полного разряда или полного заряда
Примеры интегральных схем для измерения уровня заряда LiFeP04-аккумуляторов
При проведении тестовых испытаний мы использовали семейство микросхем MAX172xx. В отличие от обычных литий-кобальтовых ячеек, кривая OCV/ SOC для LiFeP04-аккумуляторов имеет протяженный плоский участок. В результате традиционные алгоритмы расчета SOC оказываются весьма чувствительными к точности измерения напряжения OCV.
Чтобы алгоритм измерения SOC обеспечивал приемлемую точность, необходимо использовать для расчетов только данные, получаемые за пределами пологой запрещенной зоны. Поэтому алгоритм в MAX172xx использует только циклы заряда и разряда, которые выходят за пределы этой запрещенной зоны (например, от 20% до 72%).
На рис. 6. представлена кривая OCV-SOC для LiFeP04-аккумулятора с указанием запрещенной области.
Рис. 6. Диаграмма OCV-SOC для LiFeP04-аккумулятора с указанием запрещенной области. Эта часть разрядной кривой не используется при расчете полной емкости
Чтобы настроить MAX172xx для работы с LiFeP04-аккумуляторами, необходимо выполнить следующие действия:
MAX17055 и MAX1726x также поддерживают работу с LiFeP04-аккумуляторами после дополнительной адаптации. Чтобы обеспечить высокую точность при измерении SOC, необходимо выполнить тестовые испытания и создать модель для конкретной модели аккумулятора. Эти микросхемы имеют поддержку специального алгоритма, предназначенного для работы с LiFeP04 и другими аккумуляторами с плоской кривой заряда-разряда.
Чтобы настроить MAX1726x и MAX17055 для работы с LiFeP04-аккумуляторами, необходимо выполнить следующие действия:
Заключение
LiFeP04-аккумуляторы идеально подходят для приложений, работающих с высокими нагрузочными токами. Вместе с тем при использовании LiFeP04 достаточно сложно добиться точного измерения уровня заряда (SOC). В данной статье был рассмотрен алгоритм измерения SOC, основанный на оценке напряжения (OCV) с помощью метода интегрирования токов. Этот алгоритм решает проблемы с точностью измерений, возникающие при работе с LiFeP04-аккумуляторами.