Как быстро зарядить Lifepo4?

Вам следует попробовать зарядить одну ячейку, чтобы понять ее характеристики. LiFePO4 ведет себя несколько иначе, чем обычный LiIon. Как только вы поймете, как ведет себя одна ячейка при питании от источника питания, настроенного на <= 10 А и <= 3,8 В, вы сможете лучше понять, что делает ваша последовательность.

«Вмешательство» BMS: Если вы используете BMS, важно, чтобы она выполняла как то, что вы хотите, так и то, что, по вашему мнению, она делает. Если BMS предназначен для использования LiFePO4 и не был специально настроен для ваших условий, он может, например, ограничить Vcell_max до 3,65 В и, таким образом, сопротивляться попыткам зарядки при 10 А CC до 3,8 В Vcell_max. Приведенные ниже тесты одиночных элементов выполняются без BMS, и результаты для одиночных элементов, отслеживаемые во время зарядки нескольких элементов, не должны зависеть от BMS в «нормальных» условиях.

Примечание:

Просто подавать строку из источника питания, ограниченного Vmax x cell_count, небезопасно, поскольку, если элементы имеют дисбаланс заряда, некоторые элементы могут иметь приложенное напряжение, превышающее спецификации.

Кроме того, если элементы имеют дисбаланс заряда, если элементы, которые сначала достигают 3,8 В, имеют ограничение по напряжению на уровне 3,8 В, тогда их потребление тока обычно начинает падать и не позволяет правильно заряжать элементы с более низким напряжением. Повторение этого процесса быстрой зарядки без балансировки ячеек может привести к увеличению дисбаланса при циклировании.

Установление характеристик клеток - тест с одной ячейкой:

Условия:

• Полностью разряженная ячейка - Vcell ~= 1,6 В
  (важно для правильного понимания).

• время зарядки 15 минут

• Контроль температуры ячейки

• Температура окружающей среды x <= T <= y и в идеале 20-30 C

• Питание настроено на Vmax = 3,8 В, Imax = 10 А, т.е.

  если нагрузка < 10 А, то Vвых = 3,8 В и

  если сопротивление нагрузки меньше, чем R = V/I = 3,8/10 = 0,38 Ом,
  тогда I = 10 А и Vout = все, что нарисовано.

Я ожидал увидеть следующее:

Начальный ток = 10 А, а Vcell первоначально несколько превышает начальное значение 1,6 В из-за внутреннего падения IR и повышения напряжения по сравнению с начальным значением.

В течение примерно 10–12 минут Ichg остается на уровне 10 А (ограничено питанием), а напряжение Vcell повышается и составляет <3,8 В.

Примерно через 10-12 минут диапазон Vcell достигает 3,8 В.
Ячейка заряжена примерно на 70-80%.
Теперь источник питания переходит в режим CV, ограниченный настройкой источника питания.

Ichg теперь, вероятно, начнет падать, контролируемый внутренними процессами клетки.
Максимальный входной ток Ichg останется на уровне 10 А, а общая потребляемая мощность составит
10 А x 1/4 часа = 2,5 Ач. Поскольку номинальная емкость элемента составляет 2,3 Ач, а выход по току (но не энергоэффективность) при зарядке обычно превышает 99%, то полная зарядка 2,5 Ач маловероятна. Более вероятно, что Ichg снизится с 10 А до некоторого более низкого значения, так что заряженная емкость теперь составляет >= 96% от максимальной (согласно листу A123 «правильная работа» .

Температура ячейки обязательно несколько повысится из-за внутреннего резистивного нагрева. Он может существенно возрасти, и цикл необходимо будет прервать, но в большинстве случаев это маловероятно.

Зарядка из не полностью разряженного состояния:

После того, как вы увидели, как VI меняется со временем в приведенном выше тесте, начиная с полностью разряженного, вы можете увидеть, что делает один элемент, когда он начинает с частичного заряда. Особый интерес может представлять начало, скажем, от 5% и 10% заряда, поскольку это дает представление о том, что будет делать одна ячейка, когда она достигнет Vcell = 3,8 В, в то время как другие ячейки находятся в более низком состоянии заряда.

Я ожидаю увидеть, что никакой разницы не будет наблюдаться почти до Vcell = 3,8 В (поскольку источник питания ограничивает ток), но до достижения 3,8 В ячейка может «попытаться принять» менее 10 А, она не может этого сделать. поэтому в условиях CC, поэтому Vcell будет расти быстрее до 3,8 В на последней части линейного изменения CC. Теперь 3,8 В было достигнуто ранее в цикле.
Теперь достигнут важный момент - в этой тестовой ситуации с одной ячейкой ячейка БУДЕТ находиться на уровне 3,8 В, поскольку напряжение питания ограничено Vmax. Но, в ситуации цепочки, если 3,8 В на элемент подается системой CV, и если другие элементы по-прежнему находятся на уровне ниже 3,8 В, и если, например, применяется 10 А CC, без какого-либо другого вмешательства напряжение элемента БУДУТ повышаться до > 3,8 В. Если несколько ячеек достигают этой точки примерно в одно и то же время, это может не причинить слишком большого вреда, но, например, в цепочке 15S ячейка, которая первой достигает 3,8 В, будет повышена до уровня выше 3,8 В и, вполне возможно, до > 4,2 В и катастрофа.
Именно здесь на ячейку BMS имеет жизненно важное значение. Напряжение Vcell должно быть ограничено BMS до 3,8 В, если этого не происходит. Нет ничего особенного в 3,8 В (афаик) по сравнению, скажем, с 3,85 В или даже 3,9 В, поэтому, если BMS было установлено на 3,85 В на ячейку, а напряжение строки было установлено на Vmax = Ncells x 3,8 В + вывод Vdrop + соединения Vdrop тогда все должно быть достаточно хорошо.
Упрощенная BMS может просто шунтировать ток вокруг ячейки, когда достигается Vmax.
Можно использовать более сложные схемы.

Несколько ячеек в строке серии.

Как только вы узнаете, как ведет себя одна ячейка выше, вы сможете разумно предсказать, как ведет себя цепочка в условиях Icc <= 10A, Vmax = N x 3,8 В. Очевидно, что если ячейки зажаты на 3,8 В и не будут принимать 10 А (что означает, что их эффективное сопротивление должно возрасти), то вся цепочка будет ограничена по току до < 10 А.

Также весьма вероятно, что если первоначально незаряженная ячейка будет принимать 10 А при любом напряжении ниже 3,8 В, то ваша система с Imax = 10 А и Vmax = N x 3,8 В, вероятно, доводит некоторые ячейки до напряжения выше 3,8 В.

Вполне вероятно, что выполнение приведенных выше тестов даст вам достаточно информации, чтобы понять, что происходит с вашей многоэлементной зарядкой.
Как указано выше, ключевыми моментами являются: переход ячеек от CC к CV в разное время и влияние на напряжение и ток отдельных ячеек, а также обеспечение того, чтобы все ячейки никогда не превышали номинальные значения.

_____________________________________

Мониторинг напряжения в нескольких ячейках:

Идеальным вариантом является система мониторинга каждой ячейки с цифровым вводом данных в режиме реального времени на компьютер, который может анализировать и составлять соответствующие отчеты.
Дешевая (по сравнению с другими затратами) и почти параллельная система обработки данных мозга состоит в использовании монитора напряжения на ячейку с дисплеем. Аналоговые и цифровые устройства имеют свое место в таких системах, но можно создать недорогую систему с автономным питанием, используя стандартные цифровые измерители напряжения с автономным питанием, доступные из различных азиатских источников.

Вы можете купить 2-проводные счетчики с автономным питанием, работающие, например, от 3 В до 30 В, обычно по цене от 1,20 до 1,50 долларов США каждый с 3-разрядным светодиодным дисплеем и возможностью самостоятельной калибровки точности.
Это пример только без намерения рекомендации. Обратите внимание, что в заголовке указано минимум 3 В, а в тексте минимум 2,5 В. ЮММВ :-).

Изображение с сайта выше:

Вы также можете получить версии с 3 проводными входами с измерением 0–99,9 В (3 цифры) В и, например, с входами питания 3–28 В. Они снабжены Vin, V+_supply, общими соединениями, и если Vsupply_min ниже измеряемого напряжения, Vsupply можно получить от 1 батареи дальше по цепочке. Это менее удобно, дает немного больше шансов на пожарный, бесшумный или волшебный дымомер, когда вы ошибетесь, но позволяет получить истинный входной диапазон 0-xx вольт.

Трехпроводной счетчик Ali Express - СНОВА только для примера.

Изображение с сайта выше:

Обе схемы создают небольшую токовую нагрузку на измеряемые элементы, но она будет намного ниже, чем рассматриваемые токи, и ею можно пренебречь или ее можно учесть. Поскольку счетчики будут потреблять энергию всякий раз, когда они подключены, наилучшей схемой, вероятно, является вилка с несколькими ячейками, подключенная к BMS - либо BMS отключает питание, либо вилка счетчика вытягивается.

Миллион метров - возможны многие другие поиски. Также доступны счетчики тока и напряжения. Али экспресс - МНОГО вольтметров

_____________________________________________

Примечания:

Для обычной зарядки LiFePO4 CCCV I_cc соответствует заявленному производителем, а V_CV обычно составляет около 3,6 В. Тогда система зарядки CCCV аналогична системе для LiIon (но при более низком напряжении на элемент) с прекращением заряда, когда определяемый элементом и уменьшающийся зарядный ток CV падает ниже некоторого текущего процента от Ichg_max. Токи завершения заряда 10%, 25% и 50% являются общими для LiIon и аналогичных, вероятно, «работают нормально для LiFePO4, - более высокий % всегда бережнее относится к батарее.

С LiIon:
Прекращение зарядки при I_chg = 10% от Ichg_max — это режим «дорожного воина», батарея достигает МАКСИМАЛЬНОГО заряда и разряжается до смерти за относительно небольшое количество циклов.
Прекращение зарядки при I_chg = 50% от Ichg_max является «приятным и щадящим» режимом, заряд батареи несколько ниже, чем в режиме RW (возможно, 90%), но общий жизненный цикл и общее количество мАч, хранящихся и извлекаемых, значительно выше.
Прекращение зарядки при I_chg = 25% от Ichg_max, очевидно, находится между двумя вышеуказанными режимами. Вероятно, с большим энтузиазмом и вредом, чем на самом деле нужно большинству людей.

Для LiIon V_chg max равен ~= Vterminal_V_chgd и очень близок к безопасному верхнему пределу для элемента на основе Li.
Однако LiFePO4 имеет конечное напряжение на клеммах 3,6 В, но МОЖЕТ заряжаться в течение коротких периодов при более высоких напряжениях, где 3,6 В < Vchg < 4,2 В.

А123 советуют 3,8В для быстрой зарядки, 3,85В макс "обычно" и 4,2В абсолютный максимум.

Из связанных инструкций:

Заряжайте элемент максимальным током непрерывной зарядки, пока не будет достигнуто максимальное рекомендованное напряжение заряда. Примените постоянное напряжение при максимальном рекомендованном напряжении элемента до тех пор, пока общее время зарядки не достигнет времени быстрой зарядки.

И

Максимальное рекомендуемое напряжение заряда: 3,8

Так

1. Заряжайте током 10 А, пока ячейка не достигнет 3,8 В (или 57 В, а не 54 В для цепочки).
2. Затем переключитесь на CV при 57 В на оставшиеся 10 минут.
3. Затем выключите.

И обратите внимание на предостережения относительно температуры во время этого процесса.

Вы можете сделать это, установив выход лабораторного блока питания на 57 В, а его ограничение по току на 10 А.

Также обратите внимание, что 57 В следует измерять на клеммах аккумулятора, а не на клеммах блока питания. Если в вашем блоке питания есть дистанционное зондирование, используйте его. Не запускайте просто напряжение выше 57 В при 10 А, потому что, когда ток упадет ниже 10 А, вы вызовете перенапряжение элементов.

И, наконец, они немного уклончивы в отношении того, как страдает срок службы батареи при зарядке 10 А, но график в техническом описании показывает, что срок службы сокращается при более высокой температуре и более высоком токе заряда-разряда.

И наконец: в то время как этот ответ предполагал, что BMS сможет справиться с балансировкой между отдельными ячейками, Рассел вызывает сомнения по этому поводу, а также сильно усиливает предостережения о превышении температуры ячейки. Его подробные комментарии ценны, и я надеюсь, что они превратятся в более подробный ответ.