Как собрать lifepo4 аккумулятор 12 вольт

Сборка LiFePo4 аккумулятора для лодочного электромотора.

Решил к лету прикупить новый электромотор для лодки и собрать аккумулятор. До этого использовали свинцовые на 130Ач, но их вес под 35 кг очень напрягал, да и живут они не долго. Заказал из поднебесной 4 банки на 120Ач, плату BMS на 150А и зарядку на 20А. Мелочевку докупал уже в Москве. Еще вольтметр ни как не приедет. Родные шины ставить не стал, нашел советскую медь посеребренную 1.5 мм толщиной.

Вот ссылки, может кому пригодятся.

Построение аккумулятора на LiFePo4

Построение аккумулятора на LiFePo4 для лодочного электромотора (в процессе)

ВВЕДЕНИЕ
Лодочные электромоторы использую очень давно, у меня minn kota endura, очень надежные, один убил спустя много лет, да и то убил по своей невнимательности чисто физически поломал, соответственно замену производил взяв той же фирмы. А вот с аккумуляторами постоянная беда — их приходится менять и каждый раз это головная боль при подборе. Аккумулятор в среднем у меня служит 2.5-3 года, далее начинает падать мощность, начинает вести себя как-то странно, в общем понимаешь, что его пора менять. Использовал разные батареи, были и родные минкотовские, были и AGM, специализированные для домов на колесах, но срок службы оставляет желать лучшего. Более того, для последнего аккумулятора я уже купил профессиональные зарядки и инструменты диагностики и стал записывать все нагрузки и зарядки с фиксацией параметров и оказалось, что в среднем за год я его использую 20-30 раз с разрядом не более 50% от емкости и вроде должен он служить дольше, однако не служит по факту. Сейчас у меня 6й или 7й аккумулятор, точно уже и не вспомню, последний покупал 2 года назад, но уже чувствуется просадочка, может и хватит его до конца сезона, однако не уверен.

К литиевым присматриваюсь давно, цена там конечно выше. Сначала хотел купить готовую сборку, но потом изучил предложения на алиэкспрессе, проанализировал наш рынок, а на нашем рынке РФ оказалось все под заказ и также получают комплектующие с Китая и решил собрать самостоятельно. В интернете очень много слухов насчет б/у ячеек, но не факт что купив готовую сборку в ней не используются те-же б/у ячейки. Конечно есть кое-какие фишки как максимально обезопасить себя при закупке, но бывает всякое и надо понимать что это некий риск, однако я решил на него пойти.

LiFePo4 это банки по 3.2 вольта, банки которые служат в любом случае существенно дольше чем обычные кислотные, AGM или гелевые и это один плюс, главное — сборка на LiFePo4 более чем в 2 раза легче традиционных аккумуляторов. Размер сопоставим, но обычно меньше. Еще из очень важного — держит нагрузку существенно лучше и он специально рассчитан на отдачу высоких токов, а соответственно и зарядку можно производить более высокими токами, что резко сокращает время заряда. Ну и количество разрадов-зарядов у этих батарей в десятки раз выше.

МАТЧАСТЬ
Я опущу момент выбора самих ячеек и их производителя, тут каждый волен выбирать сам, отмечу основное — важно определиться с емкостью, моделью исполнения и понять размеры каждой ячейки. LiFePo4 выдают 3.2 вольта, соответственно мне нужно 4 таких ячейки соединенных последовательно, я решил остановиться на емкости 105 ампер, хотя в реальности больше 55 ампер еще никогда с аккумулятора не забирал на воде, но запас нужен. Поискав модели и поизучав параметры получил размеры каждой ячейки 200х131х37мм и весом около 2 кг за банку.

Так как банки соеденены последовательно, то постепенно будет возникать дисбаланс, т.е. на одной банке может оказаться 3.5 вольта, а на другой 3.4, что приведет к недозаряду некоторых банок или к перезаряду если ориентироваться тупо на финальное напряжение крайних банок, а это соответственно постепенная потеря общей емкости. И тут обязательно надо использовать BMS. BMS это аббревиатура от Battery Management System, что в переводе означает «Система Управления Аккумуляторами» и она следит за перегрузками при потреблении, предотвращает перезаряд, пытается перераспределить (отбалансировать) неравномерность заряда. BMS ставить надо, это даже не обсуждается. BMS выбираются исходя из токов потребления, а также от того, сколько аккумуляторов подключень последовательно, в нашем случае 4 аккумулятора, соответственно это BMS 4S (S-serial, т.е. 4 последовательные батареи). Ток? Мой электромотор на максимальной скорости потребляет 32 ампера, при зацепе за траву может забрать до 40, логично было выбрать BMS с запасом на 60 ампер, но там разница в цене не существенна и я заложил запас аж до 80 ампер. Подключается она вот так

Т.е. стоит она последовательно от нагрузки/зарядки, но тонкими проводами подключена ко всем точкам соединения аккумуляторов для контроля/балансировки. Потребляет BMS очень мало и подключена к аккумулятору постоянно даже в момент простоя.

Можно взять простую BMS либо с возможностью точных подстроек и мониторинкга через телефон или компьютер, это так называемые смарт-BMS (Smart BMS). Стоит ли переплачивать более чем двойную разницу в цене (на май 2022 года)? Может и нет, но меня по этому поводу было несколько мыслей:

— возможность контролировать заряд и остаток сразу 4х банок без использования тестера;

— возможность задавать более точно точку отключания зарядки, обычно банки рассчитаны, что их заряжают до 3.65 вольта, стандартные BMS отключают зарядку при достижении 3.65 вольт с погрешностью 0.05 вольта, а перезарядка для LiFePo4 очень даже противопоказана и много людей рекомендуют заряжать вообще до 3.6 вольт, что дает существенно увеличенный ресурс, конечно можно регулировать максимальное напряжение выставив его на зарядке, но это дело очень тонкое и совсем не точное, соответственно выставив эту точку на смарт BMS было-бы практичным, а на обычных BMS это сделать уже не получится;

— ну и возможность контроля и подстройки многих других параметров, возможно это не понадобится на практике, но когда строишь первую батарею лучше иметь в потенциале такую возможность, по мере эксплуатации может что-то выползти.

Вообще BMS помимо защит от перезаряда, избыточного потребления, короткого замыкания, низкого уровня батарей и пр. имеет функцию балансировки заряда, ну это когда разные по заряду банки становятся одинаковыми, но эта балансировка настолько мизерная, что по факту она не работает нормально. Смотрите — у BMS балансировка заявляется на уровне 40-60 мА, это составляет 0.04-0.06 ампер и когда мы ставим аккумуляторы на 100 А, то это слону дробина, соответственно в интернете куча всяких видюшек с криками, что балансировка не работает, да она и не может нормально работать. А это означает, что ставить надо специализированный балансировщик либо раз в год обращаться к «специалистам» которые будут выравнивать банки на одинаковое напряжение. Балансировщики бывают:
а) пассивные ( распиаренные в инете ой как сильно:) )
б) активные конденсаторные
в) активные индукционные.

Первые даже глубоко обсуждать не хочу, сбрасывать лишний заряд в нагрев (а нагрев это печка) на мой взгляд глупость глупейшая. Ну это примерно как в автомобиле отказаться от печки, которая работает от отведении нагрева мотора и при этом поставить более точный и крутой, но электрический нагреватель салона, это наверно круто, но бредово с моей точки зрения, правда есть аргумент — никаких утечек антифриза в салоне.

Активные балансиры это либо более точные конденсаторные, либо менее точные и соответственно дешевле по стоимости индукционные. Я выбрал конденсаторный, он на 5 ампер и стоимостью около 20$, если брать индукционный той-же компании, то ток балансировки был-бы 1.2 ампера и стоимость в районе 4$. К конденсаторному меня склонили несколько роликов в интернете, где люди построили накопители для дома на 40-45 киловатт и проблему балансировки решили именно емкостными балансирами, причем с очень приличными результатами по разбалансировке. У нас не 45 кВт, у нас чуть больше 1.20 кВт.

Очень много времени убил в поисках решения как отключать балансир в момент простоя и неиспользования аккумулятора. Если BMS потребляет ничтожно мало, то балансир 0.012 А, это означает, что за сутки он скушает 0.288 А, а за месяц — 8.64 А, вроде не критично, но требует стать рабом и раз в 2-3 месяца подзаряжать аккумулятор. Надо его как-то отключать. Т.е. когда мы заряжаем или используем аккумулятор, то балансировка должна быть включена, а вот в долгие периоды простоев ее желательно выключить, чтоб ничего не кушала. Сам дисбалланс возникает во время либо потребления, либо зарядки аккумулятора. Подсоединяется балансир ко всем банкам, т.е. нужно отключать сразу 5 проводов.

Вы видели включатель на 5 проводов? Я нашел такой, но у нас токи до 5 ампер и соответвенно он не подходит. из идей было просто открывать бокс и выдергивать балансир из разъема, но мне это решение очень не нравилось, так не нравилось, что я засел искать и изучать схему балансира в интернете, чтоб понять что там в момент простоя кушает эти 12 мА. Оказалось все просто — там есть генератор который постоянно кушает, можно просто отключить этот генератор одним проводком и проблема решена, более того, когда я уже получил этот балансир, то увидел — на плате есть перемычка с названием «RUN» вместо которой и надо поставить выключатель. Таким образом производитель включил возможность легкого отключения в схему на всякий случай, а я убил кучу времени на поиск решения. бывает:)

Ну и еще из важного. Когда ходишь на моторе, то постоянно в голове вопрос — сколько осталось заряда? В какой-то момент я нашел прекрасное решение у Китайцев под названием кулонометр. Это такая штука, которая показывает сколько я уже забрал из аккумулятора во время использования и сколько я в него отдал во время зарядки. Стоит не 3 копейки, но реально очень полезная вещь. Сейчас кулонометры очень продвинутые и они достаточно точно показывают остаток зарядки аккумулятора а не просто сколько забрал и сколько залил. Да, это тоже расходы, но поставить дешевый вольтметр, который совсем неточно оценивает остатки и практически на показания которого ориентироваться не стоит не хорошая затея. Кулонометру быть!

Далее предстояло определиться с клемами, коробкой, зарядкой USB, разъемом прикуривателя для подключения того-же электронасоса и прочей разной всячиной. в результате заказал все это дело на алиэкспрессе и у меня в пути оказалось 10 посылок.

Долгое ожидание посылок и наконец все постепенно пришло. Аккумуляторы шли дольше всех — 40 дней

СБОРКА
Хотел собрать сначала на столе, провести замеры и определиться с некоторыми сомнениями по схеме, а уже потом все монтировать в коробку, но склонился сразу к размещению в коробке. Первым делом аккумуляторы нужно упаковать в блок, далее блок уже проще размещать в корпус и прикидывать где именно и как расположатся все компоненты. Блок это связка 4 ячеек, причем в интернете кто-то между ними прокладывает диэлектрик, хоть ячейки и в пленке, но под ней на коопусе положительный электрод и если все это дело протрется, то лучше не надо. Кроме того выяснил, что от заряда толщина банок может играть туда-сюда, соответственно предлагают между ячейками прокладывать сверху и снизу демпферную резиновую ленту EVA, которую естественно проще найти на али, чем у нас. Если прокладываем резину, то ячейки уже между собой не касаются. Вот резина, толщина 3 мм показалась оптимальной, стоит копейки

Идея с диэлектриком мне категорически не понравилась, плоскость ячеек не идеально ровная, она играет при заряде-разряде и получается все слишком жестко. Далее все это обтягивается армированной лентой (еще одна посылка с али), фиксируется достаточно плотно в натяг и получается вот такая конструкция, где расстояние между ячейками становится 2мм и эта конструкция неплохо аммортизирует

После этого этапа, повертев этот блок в корпусе стало понятно расположение всех компонентов. дело пошло дальше. Нужно четко зафиксировать на блоке BMS контроллер, кулонометр и балансир, а еще все это аккуратно соеденить проводами. Фиксировал что-то двусторонним скотчем, естественно и армированный скотч пришел на помощь. Обязательно отделяю компоненты диэлектриком от ячеек, в качестве диэлектрика взял кусок обычного пластика

Далее пайка зарядки USB, прикуривателя, все это надо было установить и наконец аккумулятор приобрел свой завершенный вид

10 килограмм против 23 кг обычного аккумулятора

Окончательная схема выглядит так

Тесты, тесты и еще раз тесты.
Много читал разной информации по зарядам, сначала некоторую просто отправлял в закладки для дальнейшего анализа. Первую зарядку вел устройством «Вымпел 57» выставив ток 15А, хотя там можно и 20 ставить, да и производитель аккумулятора рекомендует 20, но чем выше ток тем меньше ресурс, как я понимаю, да и не привычно мне двадцаточкой заряжать было. Внимательно смотрел на балансировку, контролировал ток и напряжение, записывал себе регулярно все показания и все-же остановился на 14 вольтах. 14 вольт это 3.5 вольта на ячейку. Зарядка шла очень равномерно и разбаллансировки не было где-то от 3.4 вольта на ячейку (13.6 на общее) началась небольшая разбалансировка и ее стал разбрасывать балансир. Примерно через час после достижения 14 вольт и остановке зарядки балансир снизил разбалансировку до 0.006 вольта, т.е. его работа явно была видна, после чего балансир я отключил, чтоб он не потреблял лишнего.

Вообще производители рекомендуют заряжать до 3.65, это в общем до 14.6 вольт, я попробовал и с 3.5 до 3.6 дозарядка происходит очень быстро и подозреваю там заливаются уже какие-то миллиамперы, т.е. толку особого уже нет, а судя по многим источникам и опыту бывалых, заряжать до 3.65 очень спорная штука, более того, после 3.65 вообще наступает резкое сокращение ресурса АКБ и это не совсем хорошо. В общем я склонен пока заряжать до 3.5, т.е. до 14 вольт на всю конструкцию.

Разряд делал лампой на 6 ампер, так-же регулярно фиксировал напряжение и ток. Тут начала уже удивлять живучесть батареи по просадкам напряжения, т.е. оно очень стабильное и практически не отличаются холостое напряжение и напряжение под нагрузкой.

В какой-то момент анализ моих данных навел на мысль, что я что-то подобное уже видел. Нашел в интернете опыт пользователя, изначально я в него не очень поверил, но на заметку взял. В общем человек пришел вот к такой раскладке

Т.е. он предлагает за нижнюю часть разряда принять 3 вольта (12 вольт). 3-3.3 вольта у него основная зона. Зона 3.3-3.36 это отскок напряжения после зарядки. Зона 3.36-3.47 это та часть, где происходит разбаланс ячеек и тут в основном и отрабатывает наш балансир. А вот 3.47-3.65 по его мнению это «пена», которая заряд особо не дает, но сильно уменьшает живучесть банок. В принципе тут я утвердился в мнении, что заряжать надо до 3.5 (14) вольт. Разряд ниже 3 вольт? Ну скорее поддержу, хотя у меня аккумулятор с запасом и вряд-ли это понадобится.

Небольшие промежуточные итоги.
Реально его можно заряжать за 2.5 часа, но такой режим уменьшает его срок службы, да и нет у меня зарядки на 40 ампер, правда есть на 20, но даже 20 давать это постоянная работа вентилятора внутри зарядки, в общем заряжаю 12-15 амперами за 8 часов, заряжаю пока 14 вольт. Пробовал как рекомендует производитель — до 14.60, но там начинается бешенный разбег банок и по сути аккумулятор в себя очень мало берет, т.е. смысла не увидел.

Если обычный аккумулятор глубокого разряда заряжен до 12.8 В (т.е. 100%) и на 5й скорости с током потребления 25-30 ампер просаживает напряжение до 10.5-11 вольт, то тут все гораздо интереснее, стабильно держится 13 вольт и просадок практически нет, высосав из аккумулятора 60% все равно в районе 12.8 под нагрузкой на максимальной скорости, соответственно мотор резче работает.

Кулонометр очень здорово показывает процент оставшейся емкости. На кулонометре можно было сэкономить, я взял на 100 ампер, но можно было смело брать на 50, так как мотор больше 40 никогда не забирает, а цена у них разная.

Последнее редактирование: 11.08.2022

©2024 Игорь Девятко (ID)

Инструкция по сборке LiFePO4 аккумулятора

Литий-железо-фосфатные батареи устанавливаются на электромобили, гольфкары, велосипеды и самокаты на электротяге, складскую технику, катера, ИБП и другое оборудование, требующее стабильного напряжения. Собираются такие источники питания из нескольких аккумуляторов LiFePO4 по определенной схеме – в зависимости от необходимых значений емкости и напряжения. При последовательном соединении наращивается напряжение, а при параллельном – емкость.

Схема сборкиLiFePO4 аккумуляторов

В отличие от остальных Li-ionэлементов питания, аккумуляторы с типом химии LiFePO4 имеют номинальное напряжение 3,2–3,3 В.Рабочее напряжение у LFPячеек колеблется от 3,6 В в полностью заряженном состоянии до 3 Вв разряженном. Допускается дальнейший разряд до 2,8 В. Последующее уменьшение напряжения считается глуб

оким разрядом и провоцирует необратимое повреждение аккумуляторов.

При последовательном соединении LFPаккумуляторов их напряжение суммируется:

• при соединении 4 ячеек (схема 4S) –получаем АКБ напряжением 12 В (в полностью заряженном состоянии – 4х3,65=14,6 В);
• при схеме 8S – получаем батарею на 24 В (в заряженном состоянии – 29,2 В);
• при схеме 12S – АКБ на 36 В (на максимуме 43,8 В);
• при 16S – АКБ на 48В (максимально 58,4 В) и т.д.

Параллельное соединение ячеек приводит к набору емкости. Например, батарея, собранная по схеме 16S10Pиз ячеек емкостью 6000 мАч, имеет напряжение 48 Ви емкость 60 Ач.

Как собрать АКБ из LiFePO4 аккумуляторов

В вопросе, как собрать из LiFePO4 аккумуляторов батарею с нужными характеристиками, есть немало подводных камней. Обращаться с литиевыми аккумуляторами нужно осторожно, ведь в них сконцентрирована немалая энергия. Работы нужно выполнять в защитных очках и со знанием дела. При отсутствии навыков обращения с литиевыми аккумуляторами и выполнения точечной сварки лучше поручить сборку АКБ профессионалам.

Для самостоятельной сборки из LiFePO4 аккумуляторов батареи с заданными рабочими параметрами понадобятся:

• LFPэлементы питания в достаточном количестве;
• вольтметр и омметр;
• аппарат для контактной сварки;
• BMSплата с подходящими характеристиками;
• электроизоляционные материалы;
• коннекторы, кабель;
• зарядное устройство с параметрами 1S, 3,65 В, CC/CV, 0,1–5 А.

Инструкция по сборке LFPбатареи

Внимание! Алгоритм сборки литий-железо-фосфатной АКБ приведен в ознакомительных целях, чтобы создать представление о процессе создания аккумуляторных батарей, но не является полноценным описанием технологии или руководством к действию.

Перед соединением элементов в батарею нужно выяснить подходящий вариант их последовательно-параллельной сборки. Дальнейший алгоритм действий таков:

1. Отбираются элементы с одинаковым напряжением и внутренним сопротивлением.Желательно купить их из одной партии.
2. Ячейки соединяются в батарею при помощи точечной сварки. При отсутствии такого аппарата допустимо использовать паяльник на 100 Вт, но его воздействие на контакты не должно превышать 2 с. Удобно собирать АКБ с использованием холдеров и болтового соединения. В таком случае облегчается измерение напряжения и замена неисправных элементов.
3. К собранной литий-ионной батарее присоединяется БМС плата подходящей конфигурации.
4. АКБ помещается в подготовленный кейс, подключается к контроллеру (нагрузке ) и оснащается штекером для подключения зарядки. Затем батарея тестируется – заряжается и разряжается с полным контролем процесса.

Предыдущая статья нашего блога посвящена методам сварки аккумуляторных батарей ультразвуком и лазером.

Как собрать LiFePO4 аккумулятор своими руками?

Область применения литий-железо-фосфатных аккумуляторов обширна за счёт их превосходных характеристик. Этот тип батарей приспособлен для работы с более высокими токами по сравнению с тем же Li-ion аккумулятором, а узкий диапазон рабочего напряжения обеспечивает идеально стабильное снабжение элементов энергией.

Если вам нужно сделать батарею из аккумуляторов LiFePO4, самостоятельная сборка своими руками — это крайняя мера, так как процесс создания АКБ является сложным и комплексным. Даже при наличии теоретических знаний, но без узкопрофильного опыта работы в этой нише сложно учесть все нюансы и добиться необходимого качества проделанной работы. Лучше обратиться за квалифицированной помощью и поручить задачу сборки аккумуляторов профессионалам.

Инструкция по сборке аккумулятора LiFePO4

Эта инструкция универсальна: она подойдет тем, кто собирается сделать LiFePO4 аккумуляторы для квадроциклов своими руками, либо для других транспортных средств, а также для электроинструментов с автономным питанием.

Список элементов для сборки LiFePO4

• Ячейки аккумулятора с параметрами, нужными для вашей цели.
• BMS плата — микросхема для управления. Она контролирует заряд и разряд батареи, балансирует напряжение на её элементах.
• Пассивные балансиры могут понадобиться в частных случаях и в зависимости от выбранной платы управления. Если аккумулятор по емкости больше 30 Аh, балансиры обязательны.
• Расходные провода, перемычки, разъемы, клеммы и прокладки для изоляции между соседними ячейками батареи.

Если вам важно иметь возможность индикации аккумулятора, понадобится ваттметр. Стандартные индикаторы имеют свойство искажать значения остаточной ёмкости, так как феррум-фосфатные аккумуляторы проседают в стабильности напряжения только при предельном разряде.

Пошаговая инструкция сборки LiFePO4

Перед тем, как собрать аккумулятор из ячеек LiFePO4, проведите измерения: проверьте внутреннее сопротивление и напряжение в ячейках. Если показания расходятся, нужно выровнять заряд — например, дозарядить «отстающие » элементы. Если такой возможности нет, после сборке поставьте аккумулятор на зарядку, чтобы BMS контроллер выполнил балансировку.

Для коммутации ячеек аккумулятора выбирается соединение:

• Параллельное — позволяет увеличить емкость.
• Последовательное — увеличивает напряжение.

К примеру, 4 ячейки с параметрами 3,2V и 25Ah при параллельном подключении дают 3,2V и 100Ah, а при последовательном — 12V и 25Ah.

Схемы сборки lifepo4 аккумулятора могут варьироваться, инструкция в общих чертах выглядит следующим образом:

1. Для совмещения обоих типов соединения сперва заготавливают параллельные сборки, которые затем подключают друг с другом последовательно.
2. Между ячейками уложите изолятор: например, стеклотекстолит.
3. Установите BMS плата для защиты аккумулятора от избыточного заряда или глубокого разряда, а также для балансировки элементов батареи.
4. При сборке АКБ с емкостью больше 30Ah нужно на каждую параллель между контактами ячейки» +» и» — «поставить пассивный балансир.
5. Проверьте качество сборки и соберите устройство в корпус.

Как проверить качество сборки?

До упаковки собранного устройства в корпус проведите тест на корректную работу. Для этого проконтролируйте процесс первых разряда и заряда, снимая измерения напряжения на отдельных участках аккумулятора. Когда одна из параллелей зарядилась полностью (в момент, когда напряжение на ней достигнет предела системы управления — обычно 3,65V до 3,75V), BMS должна сама отключить всю АКБ от зарядки. Когда напряжение выравняется, плата снова включит зарядку и продолжит восполнение энергии уже на следующей параллели. Внешне балансировка выглядит как постоянное включение и отключение зарядного устройства.

Аналогично проверяется аккумулятор на разряде: когда на одной ячейке сборки напряжение упадет до нижнего предельного порога (2 ,5V-2,2V в зависимости от платы BMS), батарея отключится от потребителя.

Делаем LiFePO4 сами

Команда Virtustec специализируется не только на продаже аккумуляторов: изначально мы были мастерской по сборке и ремонту, и продолжаем заниматься этим до сих пор. У нас собственное производство аккумуляторных литиевых батарей, адекватные цены и надежные гарантии на товары.