Lifepo4 аккумулятор своими руками 12вольт
Содержание:
Почему я перехожу на lifepo4 (литий-железо-фосфатный аккумулятор)
Покупка пакетов А123 3.2в 20ач на алиэкспресс, какая пришла первая посылка
Соединение проводов к контактам ячеек
Сборка аккумулятора, краткое описание
Пришло время переходить на новый тип аккумуляторов в моей ветро-солнечной электростанции. Автомобильные аккумуляторы у меня к сожалению держатся всего 1 год и теряют в конце почти всю емкость. Связано это с тем что зимой, когда нет по неделе ни ветра ни солнца аккумуляторы высаживаются в ноль и в таком состоянии живут по нескольку дней, после чего их емкость необратимо снижается. Конечно можно их и не высаживать так сильно, но как то не так получается, емкость написана на каждом по 60Ач, а брать ее нельзя, поэтому и брал все что есть.
Как альтернатива есть щелочные аккумуляторы, но у них свои проблемы, такие как зарядка до 17,5вольт, КПД 55-60% всего и прочее, к то-муже цена просто космическая для акб такой древней технологии, да и срок службы обещают 8-12лет при правильной эксплуатации.
Так же есть тяговые свинцовые аккумуляторы, все в них хорошо, можно разряжать на 100%, а при разряде не более 80% отрабатывают по 800-1500циклов и служат до 10-ти лет, а некоторые как обещает производитель аж до 20-ти лет. Но сами понимаете что цена соответствует и самый дешевый тяговый стоит в три раза дороже автомобильного свинца, а качественный в 5-7раз дороже.
Выход как я думаю нашел, это lifepo4(литий-железо-фосфатные) аккумуляторы. Это по сути тот-же литий-ион (как батарейки в телефоне или ноутбуке), но химия внутри немного другая что позволило этим аккумуляторам существенно снизить эффект старения. В итоге аккумуляторы не деградируют многие годы, обещают до 12-20лет, и сохраняют свою первоначальную емкость. Отрабатывают по 1500-2000циклов при разряде на 100% без снижения емкости и продолжают работать дальше без осрбых ухудшений параметров. А если не разряжать более чем на 80% то циклируемость 5000-7000циклов.
При всем этом эти аккумуляторы полностью необслуживаемые, не имеют всяких там эффектов памяти и их не надо заряжать на 100% и гонять малыми токами до-зарядки. Если до конца не заряжать и не разряжать то этим аккумуляторам только лучше. Можно сказать идеальный аккумулятор для автономных систем так-как может неделями стоять полностью разряженным и ему ничего не будет, не-надо как щелочные тренировать циклами и прочее.
Минус lifepo4 это цена, которая сравнима с ценой хороших щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов, или качественного фирменного тягового свинцового аккумулятора. Но это если покупать у наших перекупщиков в России, если заказывать из за границы, то получается значительно дешевле, а в Китае на порядок дешевле. Еще lifepo4 как и li-ion не переносят перезарядка и переразряда, нельзя превышать напряжение каждого пакета выше 3.75 вольт при заряде, и не допускать разряда меньше 2.00 вольта, иначе аккумуляторы умрут и восстановлению не подлежат. Для контроля этих аккумуляторов устанавливается плата защиты (BMS), которая следит за состоянием аккумулятора и если что отключает его при критических значениях заряда или разряда, а так же выравнивает напряжение каждого элемента в цепочке аккумулятора. Эти платы защиты выпускаются на любые аккумуляторы 12,24,36,48,72 вольта и тд.
Эти батарейки покупал на алиэкспресс, кто еще не знает это Китайский сайт по продаже всего и вся по очень дешевым ценам и доставка почтой. Сайт на русском и как заказать я думаю разберется каждый, из минусов только то что посылки идут долго, в среднем месяц, бывают теряются и повреждаются в дороге, но это по вине я думаю уже нашей почты. Ниже самая первая посылка 3 пакета по 20ач. Продавцы часто разбивают тяжелые заказы на несколько посылок чтобы уложится в вес на одну посылку не более 2кг, вот и мою посылку разбили на две, в первой 3 пакета, во второй оставшиеся 2пакета, всего первый заказ 5пакетов по цене 5400рублей.
Это фото сделано на почте, так как посылка пришла сильно измятая решил распаковать на месте, где и обнаружилось что батарейки сильно помяты с углов. Но что толку предъявлять и терять время впустую, расправил руками вмятины и пошел довольный домой, а батарейкам от таких вмятин ничего не будет, их можно хоть в трубочку свернуть, но не гарантирую, с моими все в порядке после такого как на фото выше. Ниже еще фото, пока стоял руками выпрямил почти все вмятины.
Уже дома произвел детальный осмотр этих батареек, немного потертые надписи гласят что производитель А123, но контактные шины видно что приварены отдельно и стыки залиты герметиком. Китайцы мне сказали что эти батарейки новые и приходят с Америки без контактных шин, которые приделываются уже в Китае, на плюс никелированная, а на минус медная. Ну будем думать что они их не откуда ни срезали припаяв новые контакты. Все равно дешевле нет, а качество и количество отработанных лет и циклов покажет время.
Чтобы убедится что шины приделаны отковырял герметик, ниже на фото видно что шина наложена и приварена, а место стыка замазано герметиком.
Теперь буду продолжать начатое и заказывать еще такие пакеты, всего пока мне надо 16 пакетов чтобы собрать батарею 12вольт 80Ач. А пока начал сборку уже имеющихся элементов. Начал с ящика для этих пакетов. Ящик сделал из фанеры толщиной 2см(какая была) и покрасил белой хреновой краской.
Дальше нужно было к контактным шинам как то прикрепить провода. Обошел все магазины, но очень маленьких болтиков так и не нашел и как специально ни в одном магазине электротоваров не нашлось клеммных колодок особой конструкции где уже есть мелкие болтики и стяжки. В итоге купил мощный паяльник на 100ватт и провод сечением 4квадрата. Дома я уже понял что припаять провода не получится, контактная пластина пакета не прогревается. А собрать первые четыре пакета чтобы получить батарею на 12вольт очень хотелось. В итоге зачистил провода и завернул из как в трубочку в контактные пластины, прижал плоскогубцами и поставил по две скобы из толстых пластинок. Конечно это не совсем правильно, но думаю контакт хороший и на всегда, тем более что больших токов там не будет, максимум ампер 5-10.
В крышке просверлил пять отверстий под болты М6 и на них соединил четыре пакета в цепочку для получения аккумулятора на 12 вольт. Это еще не законченный вариант, еще не пришла заказанная плата защиты (BMS), которая будет смонтирована под крышкой.
Болты как видно использовал обычные металлические, медных не нашлось. Но здесь нет ничего страшного, болты выполняют лишь роль зажимов для медных проводов,а провода стянуты друг с другом. Единственное это то что крайние болты выведены наружу как клеммы аккумулятора. В основном аккумулятор будет работать через плату защиты, а эти болты лишь для редкого подключения инвертора и др. Сопротивление конечно у металла выше, но думаю потери на нагреве болтов даже при токах 50-70А будут минимальными и их можно не считать так как инвертор включаю редко на электроинструмент. Но если найду, то крайние заменю на медные. Ниже фото внутренностей этого ящика-аккумулятора.
Продолжение, часть 2, поставил аккумулятор вместо свинца и первые цифры и впечатление от работы лифера. ЛИФЕР (LIFEPO4) ВМЕСТО СВИНЦА В СОЛНЕЧНОЙ МИНИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Как собрать LiFePO4 аккумулятор своими руками?
Статья обновлена: 2020-12-17
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
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:
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:
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.
Сделать своими руками LiFePO4 аккумулятор
Сборка аккумуляторной батареи из ячеек типа LiFePO4 выполняется по тому же принципу, что и создание литий-ионных АКБ других видов. Но есть некоторые отличия, которые стоит учесть при выборе ячеек и их последующем соединении в батарею. В отличие от Li-ion аккумуляторов с номинальными значениями 3,6–3,7 В на ячейку, элементы питания на основе литий-железо-фосфата имеют меньшее напряжение – 3–3,2 В. Поэтому для получения батареи нужного вольтажа последовательно соединяется большее количество «банок» LFP, по сравнению с типичными Li-ion компонентами.
Что касается типоразмеров, LFP аккумуляторы не имеют к ним такой жесткой привязки, как остальные Li-ion элементы. Хотя ячейки категории LiFePO4 также можно купить в цилиндрическом исполнении и привычных форм-факторах 18650, 32650 или 32700, более распространены «банки» призматической формы. Также в продаже встречаются аккумы-пакеты. Собрать LiFePO4 батарею можно из «банок» любой формы и размеров, но наиболее удобными в сборке считаются призматики с резьбовыми клеммами.
Что понадобится?
Для сборки батареи из LiFePO4 аккумуляторов своими руками приготовьте:
Схема сборки
Чтобы собрать батарею из литий-железо-фосфатных аккумуляторов своими руками, нужно изначально продумать схему их сборки. Для наращивания вольтажа ячейки соединяются последовательно (плюсовой контакт предыдущей «банки» соединяется с минусовым контактом последующей), а для набора емкости – параллельно. К примеру, для сборки батареи напряжением 36 В и емкостью 10 Ач из ячеек с характеристиками 3,2 В и 5 Ач используется схема 12S2P.
При расчете необходимый вольтаж батареи нужно разделить на номинальное напряжение 3 В каждого элемента. Для 36-вольтовой батареи получаем 12 последовательно соединяемых ячеек, по 2 в параллели для набора емкости. Аналогично для получения батареи на 48 В последовательно соединяется 16 элементов. Но у заряженных LFP элементов напряжение составляет 3,65 В, поэтому напряжение заряженной батареи будет выше номинального значения: 3,65х12= 43,8 В, 3,65х16=58,4 В.
Последовательность сборки АКБ
Для создания LiFePO4 батареи по заданной схеме нужно:
Далее нужно протестировать батарею, зарядить ее, закрепить в выбранном месте, подключить к контроллеру, нагрузке, бортовому компьютеру или вольтметру.
О безопасности
При сборке аккумуляторной батареи, ее тестировании и дальнейшем использовании нужно соблюдать меры предосторожности. Недопустимо использовать элементы питания сомнительного качества или имеющие очевидные признаки неисправности. Аккумы нельзя ронять, деформировать, нагревать, подвергать перезаряду или глубокому разряду. Недопустимо замыкать плюсовые и минусовые клеммы. В процессе работ желательно использовать защитные очки и диэлектрические перчатки.
В данной статье приведена ознакомительная информация по сборке LFP батарей. В зависимости от подвида используемых аккумуляторов и технологии их сборки алгоритм и последовательность действий могут быть изменены. При отсутствии достаточных знаний, навыков, инструментов, комплектующих или опыта работы по изготовлению аккумуляторной батареи лучше поручить эту работу специалистам. В мастерской VoltBikes производятся АКБ всевозможных размеров и форм, с заданными характеристиками и гарантией качества.
Сборка аккумулятора (LiFePO4) для солнечной панели и не только
За последние несколько лет стоимость солнечных панелей сильно снизилась, но общая стоимость автономной солнечной системы по-прежнему высока. Стоимость традиционно используемых свинцово-кислотных аккумуляторов и их ограниченный срок службы по сравнению с солнечными модулями (25+ лет) увеличивают общую стоимость всей системы. Если вы собираетесь установить новые солнечные панели для своего дома или офиса, очень важно выбрать правильный аккумулятор для нее. В данном случае нужны аккумуляторные батареи с большой емкостью, высоким потенциалом мощности, более длительным сроком службы, устойчивые и безопасные.
Литий-ионные батареи стали популярным вариантом для хранения энергии в солнечных системах, но технологии продвинулись вперед, появился новый победитель в гонке за решениями для хранения энергии: литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4). Аккумулятор LiFePo4 имеет много преимуществ по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами.
В этой статье мастер расскажет нам, как собрать аккумуляторную батарею для таких устройств, как автономная солнечная система, солнечный генератор, электромобиль и т. д. Ячейки LiFePo4 бывают разных размеров, но здесь мастер использовал тип 32650.
Шаг первый: свинцово-кислотный аккумулятор или LiFeP04
Постоянная подача энергии:
Основное различие между LiFePO4 и свинцово-кислотными батареями заключается в том, что емкость литий-железо-фосфатных батарей не зависит от скорости разряда. Он может постоянно выдавать одинаковое количество энергии в течение всего цикла разряда. Однако для свинцово-кислотных аккумуляторов номинальная емкость уменьшается с увеличением скорости разряда.
Жизненный цикл:
Литиевые батареи также имеют более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные батареи. Батареи LiFePO4 также могут работать очень долго. Батареи хорошего качества рассчитаны примерно на 3000 циклов при полном 100% цикле заряда/разряда. Если делать это каждый день, то можно ездить на электровелосипеде более 8 лет без замены батареи.
Время зарядки:
В случае аккумуляторов LiFePo4 зарядка происходит в четыре раза быстрее, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Следовательно, меньше времени на зарядку и больше времени на использование аккумулятора. Аккумулятор заряжается на 100% всего за 2-4 часа.
Характеристики при высоких / низких температурах:
LiFePo4 аккумулятор также обладает превосходными характеристиками при высоких температурах по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Литиевые батареи лучше работают при высоких температурах, чем свинцово-кислотные. Литиевые батареи также имеют более высокую разрядную способность при низких температурах.
Установка батареи:
LiFePo4 аккумулятор можно устанавливать в любом положении, так как они не протекают. В то время как для свинцово-кислотных аккумуляторов высока вероятность протечки.
Масса:
Аккумулятор LiFePO4 также весит менее 1/2 свинцово-кислотного аккумулятора аналогичной емкости.
Шаг второй: последовательное и параллельное соединение
Батареи могут использоваться последовательно и / или параллельно для достижения более высокого рабочего напряжения и / или мощности для достижения желаемых требований для конкретного применения.
Последовательное соединение:
Последовательное соединение элементов увеличивает напряжение двух батарей, но при этом сохраняет одинаковую номинальную силу тока (ампер-часы).
Пример: при последовательном соединении двух ячеек 3,2 В / 6000 мАч аккумулятор будет выдавать 6,4 В, но общая емкость останется прежней (6000 мАч).
Параллельное соединение:
Параллельное соединение увеличивает номинальный ток (ампер-часы), но напряжение останется прежним. В конечном итоге мы получаем одну ячейку с большей емкостью.
Пример: при параллельном подключении двух ячеек 3,2 В / 6000 мАч аккумулятор будет выдавать 3,2 В, но общая емкость будет увеличена до 12000 мАч.
Чтобы сделать аккумуляторную батарею, нужно сначала определить номинальное напряжение и емкость батареи. Мы должны соединить элементы параллельно, чтобы достичь желаемой емкости (мАч), и подключить такую параллельную группу последовательно для достижения номинального напряжения (Вольт).
Для этого проекта технические характеристики батареи должны быть следующие : 12,8 В и 42 Ач.
Спецификация используемых ячеек 32650: 3,2 В \ 6000 мАч
Количество ячеек, необходимых для параллельного подключения = 42000/6000 = 7 шт.
Обычно параллельно соединение обозначаются аббревиатурой «P», поэтому этот пакет будет обозначен как «пакет 7P». Когда 7 элементов соединены параллельно, в конечном итоге мы получаем один элемент с более высокой емкостью (например, 3,2 В, 42000 мАч. )
Напряжение (вольт):
Желаемое номинальное напряжение аккумуляторной батареи составляет 12,8 В.
Номинальное напряжение каждой ячейки = 3,2 В
Количество ячеек, необходимых для последовательного подключения = 12,8 / 3,2 = 4 шт.
Обычно последовательно соединенные ячейки обозначаются аббревиатурой «S», поэтому этот пакет будет назван как «пакет 4S».
Таким образом, нужно соединить 4 параллельные группы (по 7 ячеек в каждой группе) последовательно, чтобы сделать аккумуляторный блок.
Окончательная конфигурация блока обозначается как «блок 4S7P» с окончательной спецификацией 12,8 В, 42 Ач и имеет 28 отдельных элементов.
Шаг третий: проверка элементов
Перед параллельным подключением ячеек сначала нужно проверить напряжение каждой отдельной ячейки. Важно использовать батареи одной модели с одинаковым напряжением и никогда не смешивать батареи разного срока производства.
Для параллельной работы ячеек напряжение каждой ячейки должно быть близко друг к другу, в противном случае большой ток будет протекать от ячейки с более высоким напряжением к ячейке с более низким напряжением. Это может повредить элементы и даже в редких случаях привести к возгоранию.
Если вы используете совершенно новые элементы, их напряжение составляет от 3,1 В до 3,2 В. Можно соединять их вместе, не беспокоясь. Но если напряжения элементов сильно различаются, то сначала нужно их сбалансировать, зарядить элементы до одинакового уровня напряжения.
Элементы в батареи должны быть сбалансированы, особенно при воздействии высоких зарядных и разрядных токов.
Более слабая ячейка в последовательно соединенных ячейках вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется мощностью самого слабого элемента (аналогично слабому звену в цепи). Слабый элемент может не выйти из строя сразу, но может разрядиться быстрее, чем остальные. При зарядке слабый элемент может полностью зарядиться быстрее остальных элементов и в итоге перезарядиться.
Говоря, простым языком не будет использован весь потенциал аккумулятора. Заряжаться он будет, ориентируясь на самую «живую» ячейку, а отключаться при разрядке, ориентируясь на самую «дохлую».
Шаг четвертый: никелевая полоса
Чтобы собрать аккумуляторную батарею, нужно соединить элементы LiFePo4 вместе с помощью никелевых полосок или толстой проволоки. Обычно для этого широко используются никелевые полосы. На рынке доступны два типа полос из никеля: полосы из никелированной стали и полосы из чистого никеля. Мастер советует купить чистый никель. Такая полоса немного дороже никелированной стали, но имеет гораздо меньшее сопротивление. Низкое сопротивление означает меньшее тепловыделение во время зарядки и разрядки, что приводит к увеличению срока службы аккумулятора.
Никелевые полосы бывают разных размеров и длины. Выбираем полоски в соответствии с задачами.
Шаг шестой: сборка
Из предыдущих шагов ясно, что аккумуляторный блок состоит из 4 параллельных групп, соединенных последовательно (4 x 3,2 В = 12,8 В), и каждая параллельная группа имеет 7 ячеек (6000 мАч x 7 = 42000 мАч). Теперь нам нужно правильно разместить 28 ячеек в держателе батареи, чтобы между ними было электрическое соединение.
Поместите первую параллельную группу ячеек (7 шт.) в пластиковый держатель положительной стороной вверх, затем поместите вторую параллельную группу отрицательной стороной вверх, затем третью параллельную группу положительной стороной вверх и, наконец, последнюю параллельную группу отрицательной стороной вверх.
После установки всех элементов поместите верхний держатель батареи.
Шаг седьмой: точечная сварка или пайка
Есть два варианта монтажа ячеек вместе: пайка или точечная сварка
Лучше всего точечная сварка, хотя она и намного дороже, чем паяльник хорошего качества.
Пайка:
Проблема с пайкой заключается в том, что при пайке элемент сильно нагревается, и тепло не рассеивается быстро. Это усиливает химическую реакцию в ячейке, что ухудшает ее работоспособность. В конечном итоге мы теряем часть емкости и время жизни ячейки.
Если работа разовая, то приобретать дорогостоящий аппарат для точечной сварки нет смысла. В этом случае можно припаять никелевые полоски соблюдая некоторые правила.
1. Чтобы свести к минимуму время контакта паяльника с ячейкой, убедитесь, что поверхность хорошо зачищена, и используется достаточное количество флюса.
2. Нужно использовать качественный паяльник с высокой мощностью (мин. 80 Вт) и хорошей теплоемкостью, чтобы он мог быстро передать тепло на контактную площадку.
3. Пайку нужно проводить как можно быстрее.
Точечная сварка:
Точечная сварка надежно соединяет ячейки вместе, не перегревая их. В настоящее время на рынке доступны два класса сварочных аппаратов: любительские и профессиональные. Хороший точечный любительский аппарат стоит от 200 до 300 долларов, тогда как хороший профессиональный может стоить примерно в десять раз дороже.
Такая бумага бывает разных размеров, поэтому нужно заказывать подходящую ширину и длину в соответствии с размером аккумуляторного блока. Использовать ее очень просто, потому что она с клеящем слоем. После приклеивании бумаги убедитесь, что нет оголенных деталей.
Чтобы аккумулятор имел правильную (прямоугольную) форму мастер добавил дополнительный слой изоляции поверх бумаги.
