Sestavení LiFePO4 akumulátoru a iniciační nabíjení
In: Fotovoltaika|Projekty
26 Apr 2012[Seriál článků o konstrukci malého fotovoltaického systému v bytě]
 |
Pozor! Při práci s akumulátory dbejte zvýšené opatrnosti! Za žádných okolností nezkratujte svorky akumulátoru. Výstupní napětí 12V je sice bezpečné, ale proudy při zkratování svorek jsou obrovské, hrozí riziko požáru nebo popálenin. Vždy si přečtěte všechny instrukce před použitím. Používejte ochranné pomůcky. Za případné újmy nebere autor žádnou zodpovědnost. Vše děláte jen na vlastní nebezpečí. Pokud nevíte, co přesně děláte, raději se obraťte na odborníka. |
V minulém článku jsem se rozhodl pro používání LiFeYPO4 akumulátorů. Pro můj malý solární systém bude stačit akumulátor o kapacitě 40Ah.
V nabídce prodejce i4wifi se sice nabízí přímo hotový 12V akumulátor LiFePO Battery 12V/40Ah, ale ten uvnitř obsahuje 4 samostatné články v serii, které se dají koupit zvlášť. Vnější obal se nedá otevřít a pro přístup k článkům by se musel obal poničit.
LiFeYPO4 12V 40Ah pack (zdroj i4wifi.cz)
Pro lepší kontrolu nad celým akumulátorem je proto vhodné pořídit samostatné články. Pro balancing je to dokonce nutnost, ale o tom později.
Zakoupil jsem tedy 4 samostatné články GWL/Power: WB-LYP40AHA LiFeYPO4 (3.2V/40Ah).
4 nové články LiFePo4 (každý 3.2V / 40Ah)
nové články LiFePo4 (každý 3.2V / 40Ah) a měděné propojky
Všechny 4 články přišly od i4wifi se shodným napětím 3.31V.
K sestavení do 12V packu je nutné zakoupit i měděné konektorové propojky pro příslušnou velikost článků. Balíček s propojkami obsahuje 4x měděnou propojku a 8x sadu šroubu a podložek:
Měděné propojky LiFePo článků - propojka, šroub, podložka a druhá rozpěrná podložka
Jak se chovat k LiFePo aneb není akumulátor jako akumulátor
LiFePO4 nebo LiFeYPO4 (s příměsí prvku yttrium) jsou speciální napájecí články a neodborným použitím může dojít k nevratnému poškození článku. Proto je nutné o nich něco vědět.
Základní fakta:
| Nominální napětí článku | 3.2V (3.1 – 3.3V) |
| Maximální napětí článku | 4.25V |
| Minimální napětí článku | 2.5V |
| Bezpečné maximální napětí článku | 4.0V (3.9V) |
| Bezpečné minimální napětí článku | 2.8V |
Při používání článku je nutné za všech okolností dodržet tyto hranice. Při překročení napětí 4.25V dochází k poškozování baterie a ke ztrátě záruky. Při hlubokém vybíjení pod 2.5V dochází opět k poškozování baterie a k trvalým změnám uvnitř článku.
Bezpečnost
Velkou výhodou je bezpečnost LiFePo článků. I při hodně hrubém přebíjení nehrozí nebezpečí výbuchu nebo jiné vylomeniny. Článek se může nafouknout a ohřát, ale není nebezpečný. Nesmí se samozřejmě dále používat.
článek LiFePO4 zničený a nafouknutý přebíjením - zdroj Flickr
Iniciační nabíjení LiFeYPO4
Jeden z rozdílů oproti olověným akumulátorům. Nové baterie LFP/LFYP jsou z sice výroby částečně nabity, ale před prvním použitím LiFeYPO4 článku je bezpodmínečně nutné provést iniciační (počáteční) nabíjení. Říkám tomu oživení.
Toto prvotní nabíjení by mělo být provedeno proudem maximálně 0.5C, a to na napěťovou úroveň maximálně 4V na článek.
Velikost nabíjecího a vybíjecího proudu se často označuje pomocí násobku kapacity baterie – písmenem C (jednotkou je 1/h). Pro článek o kapacitě 40Ah je parametr C = 40A. Polovina C a tedy maximální nabíjecí proud je prozatím 20A.
Ideální nabíjecí proud je menší, z mých informací by to mělo být cca 0.1C, v mém případě tedy 4A. Toto samozřejmě platí pouze pro iniciační nabíjení!
Jak provést iniciační nabíjení článku LiFeYPO4
Iniciační nabíjení by se mělo provádět po jednotlivých článcích, ale je možné nabíjet paralelně více článků (za předpokladu, že máte dostatečný zdroj proudu).
Pamatujte na to, že u paralelního zapojení je napětí stejné, ale proud se dělí mezi všechny články. Pro nabíjení 4 článků po 4A je nutný zdroj min 16A.
Iniciační nabíjení je možné provádět jakýmkoli zdrojem proudu, ale nejlepší je použít inteligentní nabíječku.
Pro svoje články jsem si zapůjčil (a později i zakoupil) nabíječku Turnigy Accucel-6 50W 6A.
Jedná se o modelářskou nabíječku, která podporuje LiPo/LiFe akumulátory až do 6 článků v serii, NiMH/NiCd až do 15 článků v serii a olověné akumulátory v rozmezí 2-20V.
Nabíječka je inteligetní, hlídá úrovně napětí pomocí mikroprocesoru, umožňuje nastavení nabíjecího proudu 0-6A, umí články i vybíjet a balancovat. Má specifické nabíjecí programy. Sečteno, podtrženo, moc šikovná věcička za 23 dolarů z HobbyKingu.
Turnigy Accucel 6
Na nabíječce jsem nastavil typ aku na LiFe (tím se automaticky zvolí i cílové napětí 3.6V), nabíjecí proud 4A. Žádný balancer není prozatím potřeba, protože se o to postará Turnigy nabíječka. (respektive připojení toho balaneceru by bylo kontraproduktivní, protože by při 3.6V už začal hnát proud do těch balančních odporů).
Počet článků se nastaví na jeden, tedy 1S. Provádím iniciační nabítí po jednom článku.
Někde se uvádí, že plné nabití se provádí až do 4V na článek, ale to není rozhodující. Důležité je vědět, jaký algoritmus se pro LiFePo používá.
Jedná se o nabíjení stylem constant-current / constant-voltage.
Nejprve se konstantním proudem postupně zvedá napětí až do zvolené hranice, což může být 3.6, 3.8 nebo klidně 4V a poté co se dosahne této hodnoty se postupně pomalu začne snižovat nabíjecí proud tak, aby článek udržoval tu danou hodnotu napětí. Proud se snižuje tak dlouho, dokud ho článek absorbuje a zůstává na cílovém napětí. Takže plného dobití dosahnete naprosto korektně i při 3.6V.
LiFeYPO4 článek připraven pro iniciační nabíjení pomocí nabíječky Turnigy Accucel-6
Nabíjení jednoho článku trvalo cca 246min a do článku se uložilo 15680mAh. Nominální kapacita je 40Ah, tedy z výroby byly nabité na cca 25Ah, což je +-60%.
Poznámka: skutečná kapacita článků může být vyšší než uvádí prodejce, to je jedna z příjemných skutečností 
Dokonce se kapacita může po několika cyklech mírně zvětšit.
Konec iniciačního nabíjení - detail nabíječky Turnigy Accucel-6
Co mě překvapilo je, že po odpojení nabíjení napětí nezůstává na cílové hodnotě. Po pár hodinách se ustálí hodnota napětí článku zpátky na nominální hodnotě 3.3 – 3.4V.
Zde je průběh napětí na LFP článku číslo 3 při nabíjení. Data zachycoval logger CellLog 8S o kterém bude jeden z dalších článků.
nabíjení článku LiFeYPO (3.2V/40Ah) pomocí Turnigy Accucel - program LiFe / proud 5A
Po zapnutí nabíječky se provádí nabíjení v režimu constant-current, tedy zvoleným proudem v plné výši (4A). Jak je vidět, po dosažení napětí 3.6V se už napětí dál nezvyšuje a nabíječka přistoupí do fáze constant-voltage a udržuje toto napětí (s malými odchylkami – zuby), přičemž proud začne pomalu omezovat až do nuly, kde se nabíjení ukončí. Nabíječka začne pípat a ukáže nápis FULL.
Toto nabíjení jsem opakoval pro zbývající 3 články.Po dokončení nabíjení bylo jejich napětí shodné na setinu voltu – to je nezbytný předpoklad pro sestavení článků do packu.
Teď můžu složit celý 12V pack.
Schematické znázornění - články v serii vytvoří 12V akumulátor
Propojení článků zařídí měděné propojky. Je dobré články postavit na nějakou společnou pevnou podložku, aby se s packem dalo manipulovat.
Zbývá dořešit balancing, což je taková specialita. O tom už ale příště.
- Tags: 50W, 5A, accucel-6, akumulátor, constant-current, constant-voltage, konektory, life, lifeypo, lifeypo4, lithium, nabíječka, nabíjení, nabíjení lifeypo, propojky, šroub, terminal, turnigy
Comment Form
Autor
Od mala mě baví elektronika. Vystudoval jsem Softwarové inženýrství na ČVUT. Vypustil jsem sondu na hranici vesmíru. Miluju řízení. Zajímají mě fotobanky. Fascinuje mě dobývání vesmíru.
Photostream
czANSO
Bitcoin
Categories
- Fotografie (1)
- Hudba a klipy (1)
- Nezařazené (1)
- Osobní (1)
- Projekty (9)
- Fotovoltaika (9)
- Martin: Zdravím Pavle, super článek, čtu to už asi po desáté, před pár dny jsem objednal sadu čl [...]
- Pavel Richter: Dobrý den, výběr komponent a cenová kalkulace projektu je práce na pár hodin, jistě pochopít [...]
- Vlastimil Habl: Dobrý den, chtěl bych dobíjet mrazák přes akumulátor, který by se dal také dobíjet ze s [...]
- Pavel Richter: Barevné negativy jsem zatím nezkoušel. Žlutý nádech jsem eliminoval až v postprodukci pomocí [...]
- Pavel Richter: Zdravím a omlouvám se za pozdní odpověď, ano modem byl napájen přímo z výstupu LOAD. Změ [...]
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – první milník
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – umístění panelů
- Balancování LiFePO4 akumulátoru
- Sestavení LiFePO4 akumulátoru a iniciační nabíjení
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – akumulátor a úschova energie
- Floex – Zorya, Archifon, Machinarium a jiné geniality
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – testování panelů a celkové náklady
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – výroba panelů
- Malý fotovoltaický ostrovní systém – koncepce
- Digitalizace negativů bez skeneru
10 Responses to Sestavení LiFePO4 akumulátoru a iniciační nabíjení
Balancování LiFePO4 akumulátoru - Pavel Richter
Červen 6th, 2012 at 00:19
[…] iniciačním nabíjení jsem nabil inteligentní nabíječkou všechny články na stejnou úroveň, což je základní […]
NAS4y.NET » Home FVE
Září 23rd, 2012 at 11:10
[…] Sestavení LiFePO4 akumulátoru a iniciační nabíjení […]
Tomas
Prosinec 21st, 2012 at 20:35
Lepe je koupit sestaveny akumulator 4 clanky ve spolecnem pouzdre. Firma ThunderSky disponuje patentovanou technolgii umoznujici zapojit clanky seriove pricemz se nachazeji v jednom elektrolytu, balancer neni nutny. To jak to je provedeno mi neni znamo a vyrobce to asi jiste neprozradi ale bude to vzdy lepsi nez amaterska vyroba baterie clanku.
Pavel Richter
Prosinec 21st, 2012 at 21:35
Myslím, že nemáš pravdu. Sestavený 12V pack akumulátor, který jsem viděl já měl uvnitř pouze 4 seriově spojené 3.2V články. Tedy výhoda naprosto nulová, naopak pouze nevýhody – nemožnost články monitorovat, nemožnost je balancovat pokud je potřeba.
Kdo má rád nad systémem kontrolu, ten si koupí samostatné články, to je moje rada podle nejlepšího vědomí.
Ing. Václav Opatrný
Únor 8th, 2013 at 13:13
Potřebuji poradit při nákupu dílčích článků baterie LiFePo4 3,2V až 3,8V, 60Ah – celkem 15 ks – 48V. Dosud jsem navštívil pouze zahraniční dodavatele. Je také někdo v Česku?
Ing. Václav Opatrný
VOŠ, SPŠ a SOŠ Strakonice
P.S.: stavíme motokáru na elektrický pohon pomocí motoru Agni – model 95R
Předem děkuji za radu
Pavel Richter
Únor 8th, 2013 at 22:58
Dobrý den,
pro 48V akumulátor bude potřeba 16 článků (nikoli 15), protože základ pro 12V jsou 4 kusy.
Já jsem své články zakoupil u společnosti i4wifi.
Vámi požadovaných 60Ah mají také – http://www.i4wifi.cz/wb-lyp60aha-lifeypo4-3-2v-60ah-_d1575.html
Teoreticky tedy za cenu 33 700,- Kč včetně daně. Myslím, že by vám udělali i o něco lepší cenu. Na zahraniční obchody jsem také koukal, ale je nutné vzít v potaz clo, DPH a dopravné. U 16 článků je celková váha přes 36kg. Po započítáná všech nákladů to u nás vyšlo výhodněji.
Přeji mnoho úspěchů při stavbě motokáry.
S pozdravem Ing. Pavel Richter
Martin Fabík
Březen 1st, 2013 at 16:15
Dobrý den, řeším energeticky nezávislý systém pro RD s pomocí hybridního solárního střídače a baterií LiFePO4. Máte nějakou zkušenost s konkrétním BMS? Jakým způsobem by bylo možné spočítat skutečně využitelnou kapacitu baterie, např. pro 15×3,2V/120Ah, při DOD 80% a vybíjení 0,5C a 1C?
Při nabíjení uvažuji 90% účinnost DC/DC, při vybíjení 90% účinnost na střídači DC/AC.
Předem děkuji.
Martin Fabík.
Pavel Richter
Březen 9th, 2013 at 21:12
Martin:
Dobrý den, balanční systém jsem řešil v článku http://pavelrichter.net/2012/05/balancovani-lifepo4-akumulatoru/
Já používám pouze obyčejný Cell Balancing Module ( http://www.i4wifi.cz/cell-balancing-module-3-60v-1-7a-_d2213.html ), který je schopný při dosažení 3.6V/článek “spálit” 1.7A ve svých odporech a přeměnit proud na teplo.
Někde jsem se dočetl, že na každých 60Ah kapacity minimálně jeden tento modul. První omezení nabíjení musí zařídit regulátor, který při dosažení nastaveného napětí začne proud do akumulátorů omezovat. Další v řadě jsou tyto CBM moduly.
Pokud je pak DC/AC střídač 230V připojen přímo na akumulátor (jak se doporučuje), je potřeba ještě vyřešit ochranu proti hlubokému vybití a odpojit akumulátor, pokud dosahne minimálního napětí, já bych doporučoval 2.8V/článek.
Ohledně těch akumulátorů. Používají se vždy násobky čtyř. Tedy pro 12V akumulátor 4 články, pro 24V aku 8 článků a pro 48V aku je to 16 článků v serii.
Uplně nevím, co myslíte skutečně využitelnou kapacitou. Pokud to vezmu matematicky, tak při 16 článích 3.2V/120Ah, lze vytvořit akumulátor například 24V/240Ah. Takový akumulátor dokáže uchovat energii 5760Wh, tedy 5.76kWh.
Při hloubce vybíjení 80% nám vyjde využitelná kapacita 4.6kWh. Pokud odečtu účinnost na střídači, tak to bude 4.15kWh.
Andrej
Srpen 14th, 2013 at 22:50
Zdravicko, dala by sa taka baterka pouzit v aute? Usetril by som 20kg vahy
Pavel Richter
Srpen 14th, 2013 at 23:39
Také zdravím
Podle mého názoru použití v autě nic nebrání. Přesně jak píšete, úspora hmotnosti bude obrovská.
* 4 články po 3.2V = 12,8V to je velmi podobné napětí jako mají kyselinové akumulátory
* LiFePO4 jsou velmi bezpečné
* vydrží mnoho tisíc cyklů
* výborná funkčnost i v mraze
Je potřeba udržet napětí článků pod 3,7V, tedy pod 14,8V. Záleží na druhu vozu a alternátoru, ale tuším, že obecně dává alternátor kolem 14,4 – 14,5V, takže akumulátor by neměl být přebíjen – nutno ovšem překontrolovat.
GWL o tom píše i něco na webu, počtěte si
http://gwl-power.tumblr.com/tagged/StartingCar