Jak prawidłowo użytkować akumulator LiFePO4? Ładowanie i balansowanie akumulatora

1. Bezpieczeństwo
   Baterie są oparte na fosforanach, co zapewnia doskonałą stabilność termiczną i chemiczną. Zmniejsza ryzyko ucieczki termicznej, a tym samym sprawia, że baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są niepalne.
2. Eco-friendly
   Baterie LiFePO4 są nietoksyczne. Nie zanieczyszczają środowiska, bo zawierają mniejsze ilości metali ziem rzadkich (w porównaniu do innych akumulatorów litowo-jonowych).
3. Wydajność
   Okres użytkowania akumulatora LFP wynosi zazwyczaj od ośmiu do dziesięciu lat lub dłużej. Czas pracy znacznie przewyższa akumulatory kwasowo-ołowiowe i inne typy akumulatorów litowych. Ich czas ładowania jest również znacznie krótszy, co jest kolejną zaletą produktu.

Zastanawiasz się, jak wybrać odpowiedni akumulator LiFePO4? Poniżej ważne parametry baterii LFP, na które warto zwrócić uwagę:

• napięcie akumulatora,
• maksymalny prąd ładowania,
• maksymalny prąd rozładowania,
• żywotność akumulatora,
• gwarancja.

1. Ogniwa LiFePO4
    Wysokowydajne ogniwa LiFePO₄ klasy A+, które pozwalają na pracę akumulatorów przy maksymalnym prądzie rozładowania przez cały cykl, nie wpływając jednocześnie na ich żywotność i spadek pojemności. Są to najbezpieczniejsze ogniwa dostępne na rynku pod względem niepalności i niewybuchowości. Nie posiadają efektu pamięci. Mogą być ładowane dużym prądem.
2. System zarządzania akumulatorem BMS
   System zarządzania baterią składa się z najwyższej jakości komponentów dostarczanych przez znanych światowych producentów elektroniki. BMS chroni akumulator przed wszelkimi możliwymi czynnikami, które mogłyby go uszkodzić.
   
   Dodatkowe elementy  które mogą być częścią akumulatora:
    
3. Komunikacja bezprzewodowa 
   Akumulatory wyposażone w komunikację bezprzewodową zintegrowaną z systemem zarządzania baterią BMS. Zapewnia komunikację pomiędzy akumulatorem, a urządzeniem mobilnym oraz monitorowanie zarządzania akumulatorem w czasie rzeczywistym. 
4. Ogrzewanie ogniw
    Wybrane modele mogą być wyposażone w funkcje ogrzewania ogniw. Oferującą one możliwość ładowania przy ujemnych temperaturach otoczenia.
    

Przemysł solarny i odnawialnych źródeł energii

Bateria LiFePO4 to idealny magazyn energii w erze odnawialnych źródeł energii. Jest świetnym rozwiązaniem np. dla systemów solarnych. Głównie przez wzgląd na to, że jest bezpieczna, wydajna i ma bardzo długą żywotność.

Ten rodzaj akumulatora nadaje się zarówno do małych, jak i dużych (komercyjnych) systemów solarnych. Sprawdza się także w domowych systemach solarnych (fotowoltaika). Baterie LFP są wybierane jako zamienniki dla tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Telekomunikacja

Modułowe baterie LiFePO4 są wykorzystywane w dużych systemach magazynowania prądu, np. takich jak wieże telekomunikacyjne. Maszty są narażone na surowe warunki atmosferyczne (zmienne temperatury, wilgotność), co ma znaczący wpływ na ich działanie i stabilność. Dodatkowo, wieże często zlokalizowane są na obszarach oddalonych od jakiejkolwiek sieci elektrycznej. Obecnie znacząca część branży telekomunikacyjnej przechodzi na zasilanie energią słoneczną, dlatego potrzebuje odpowiedniego systemu magazynowania energii. Tu sprawdzają się akumulatory LiFePO4. Przy zachowaniu stabilnego sygnału sieciowego ważna jest dobrze działająca bateria.

Pojazdy o małej prędkości

Obecnie wiele pojazdów o małej prędkości takich jak wózki golfowe, wózki inwalidzkie, meleksy, używa akumulatorów LiFePO4. Nic dziwnego. Bateria LFP jest bezpieczna, ma wolne tempo samorozładowania i zachowuje dobrą wydajność (nawet w wysokich temperaturach).

Pojazdy elektryczne

Ogniwa LFP znajdują zastosowanie w elektrycznych samochodach, autobusach czy wózkach widłowych. Analitycy prognozują, że do 2030 roku zapotrzebowanie na baterie LFP w Europie może wzrosnąć ponad 10-krotnie. Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe charakteryzuje żywotność - wynosi od 3500-5000 cykli ładowania. Akumulatory LFP są w stanie działać optymalnie przez siedem do dziesięciu lat. Po tym okresie następuje powolna degradacja.

Samochody i przyczepy kempingowe, kampery, jachty, łodzie

Akumulatory LiFePO4 są odpowiedniejsze do tych zastosowań niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Głównie ze względu na zalecany prąd ładowania/rozładowania (dla LFP wynosi 1C i więcej, a dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych 0.2C).

Akumulatory LiFePO4 są chętnie wybierane w powyższych przypadkach również ze względu na:

• możliwość samodzielnego zbudowania z pojedynczych ogniw,
• większą użyteczną pojemność (akumulatorów kwasowych nie należy
• rozładowywać regularnie poniżej 50% pojemności, ponieważ to drastycznie skraca ich żywotność, w akumulatorach LFP do dyspozycji mamy nawet 90% i więcej pojemności),
• lepszą żywotność,
• szybkie ładowanie,
• niższą wagę.

Jak ładować akumulatory LiFePO4?

Do procesu ładowania zaleca się używania dedykowanej ładowarki od producenta. Odpowiednio do napięcia 12V, 24V czy też 48V oraz oczekiwanego czasu ładowania za co odpowiada prąd - im większy tym szybsze ładowanie. Dopuszcza się stosowanie ładowarek od innych producentów, jednak stosujący musi mieć pewność kompatybilności sprzętu, z którym mają pracować akumulatory. Europejskimi liderami są takie firmy jak IEB czy Victron.

Proces ładowania akumulatora litowo-jonowego można podzielić na 3 cykle:

1. Cykl CC ładuje akumulator stałym prądem, natomiast napięcie wyjściowe ładowarki jest wyższe niż nominalne napięcie ładowania akumulatora. Jest to warunek niezbędny, ponieważ zachodzi potrzeba takiej różnicy potencjałów, aby przepuścić prąd ładowania o danej wartości natężenia. Kiedy akumulator osiąga maksymalne napięcie bezpieczne kończy się cykl CC, a zaczyna cykl CV.
2. Cykl CV ładuje akumulator stałym napięciem, aż do czasu, gdy wartość prądu spadnie blisko 0A. Wówczas odbywa się balansowanie ogniw akumulatora. Podczas balansowania, ogniwa, które osiągnęły zbyt wysoką wartość napięcia, są rozładowywane poprzez specjalny rezystor. Dzieje się tak z dwóch powodów. Po pierwsze, aby ogniwa te nie zostały dalej przeładowane. Po drugie, aby pozostałe ogniwa, które mają zbyt niskie napięcie, zdążyły się w tym czasie naładować. Kiedy różnica napięć balansowanych ogniw będzie na tyle mała, że osiągnie wartość dopuszczalną przez ładowarkę i BMS, cykl CV się kończy i przechodzi w cykl naładowanej baterii.
3. Cykl naładowanej baterii rozpoczyna się zaraz po zakończeniu balansowania i kończy proces ładowania. Podczas tego cyklu ładowarka jest odłączona od akumulatora poprzez otwarcie stycznika ładowania.

Czym jest balanser?

Balanser to urządzenie służące do utrzymywania na tym samym poziomie napięć akumulatorów, połączonych ze sobą w układzie szeregowym.

Jak działa balanser?

Balansowanie to proces równoważenia napięcia i ładunku każdego akumulatora w zestawie akumulatorów. Gdy moc pojedynczego akumulatora nie jest w stanie zaspokoić naszych potrzeb, montujemy grupę akumulatorów razem.

Zasada działania balansera polega na pomiarze napięć dwóch
akumulatorów połączonych w magazyn energii, wyznaczeniu punktu środkowego szeregu akumulatorów oraz transferze energii z akumulatora o wyższym napięciu do akumulatora o niższym napięciu.

Po co balansować?

Idealnie byłoby, gdyby akumulatory fabrycznie nowe, miały to samo napięcie, pojemność itp. W rzeczywistości, między akumulatorami występują niewielkie różnice, które uwidaczniają się coraz bardziej na skutek użytkowania. Aby wszystkie akumulatory funkcjonowały razem jako jeden kompletny akumulator i lepiej ze sobą współpracowały, należy wykonać balansowanie akumulatora LiFePO4.

Balansowanie akumulatora LiFePO4 - dlaczego warto?

Akumulator o małej pojemności zamontowany w zestawie będzie ładował się szybciej, a tym samym ograniczy dalsze ładowanie innych akumulatorów o większej pojemności. Słaby akumulator będzie również rozładowywać się szybciej niż reszta. To ograniczy zdolność rozładowywania całego zestawu.

Przy różnicy napięć będzie również występowała nadwyżka wydajności. Dojdzie do sytuacji, w której najsłabszy akumulator będzie określać pojemność całego pakietu, a najsilniejszy zdefiniuje napięcie odcięcia.

Brak balansowania prowadzi również do problemów takich jak przeładowanie czy nadmierne rozładowanie, które mogą spowodować trwałe uszkodzenie wszystkich akumulatorów. Aby lepiej wykorzystać pakiet, równoważenie baterii LiFePO4 jest koniecznością.

Pamiętaj! Balanser chroni poszczególne akumulatory układu przed:

• przeładowaniem, które może prowadzić do szybkiej degradacji,
• nierównomiernym rozładowaniem, które z kolei może doprowadzić do skrócenia
• żywotności pakietu.

Oba przypadki mogą skutkować trwałym uszkodzeniem akumulatorów.