Таблица напряжения аккумулятора LiFePO4

Любой, кто переходит со свинцово-кислотного на литий-железо-фосфатный (LiFePO4), быстро сталкивается с той же запутанной реальностью: вы не можете использовать простой вольтметр в качестве указателя уровня топлива.

Поскольку элементы LiFePO4 поддерживают ультраплоское плато напряжения в течение 70% цикла разряда, показания мультиметра на аккумуляторе 12 В смещаются всего примерно на 0,24 В между наполовину полным аккумулятором (50% SOC) и 80% зарядом.

Ниже приведены таблицы напряжения холостого хода (OCV) для отдельных элементов 3,2 В, блоков 12 В (4S), 24 В (8S) и 48 В (16S), а также практические настройки контроллера заряда. Каждое значение покоя здесь предполагает, что аккумулятор был отключен от нагрузки и зарядных устройств в течение как минимум 30 минут при комнатной температуре (25°C / 77°F).

Краткий справочник (для каждой ячейки)

• Максимальное напряжение заряда: 3,65 В (потолок активной зарядки)
• Полный отдых (100% SOC): 3,40 В (стабилизированный OCV)
• Номинальное рабочее напряжение: 3,20 В
• Отсечка разряда (0% SOC): 2,50 В (порог защиты от низкого напряжения BMS)
• Рабочее плато (40–70% SOC): 3,25–3,30 В (всего сдвиг напряжения составляет около 0,05 В)
• Выравнивание: Всегда ВЫКЛ.

Почему само по себе напряжение вводит в заблуждение (плоская кривая)

Свинцово-кислотные аккумуляторы ведут себя как плавный, предсказуемый наклон: по мере истощения энергии напряжение на клеммах постепенно падает с 12,7 В до 11,8 В.

LiFePO4 ведет себя как высокое плато со скалой на конце.

При уровне заряда от 80% до 20% напряжение одной ячейки 3,2 В изменяется только между 3,32 В и 3,20 В. В середине этого диапазона (от 40% до 70% SOC) напряжение едва меняется примерно на 0,05 В на ячейку (около 0,20 В на блоке 12 В). Бюджетный мультиметр со стандартной погрешностью ±0,1 В не может достоверно определить, находится ли ваша система на уровне 40% или 75%.

Затем идет скала. Как только емкость падает ниже 10% (около 3,00 В на элемент или 12,0 В на блоке 12 В), химический состав элемента исчерпывает легкодоступные ионы лития, и напряжение быстро падает до уровня отсечки 2,50 В BMS.

Провал напряжения добавляет еще одну переменную. Когда возникает большая нагрузка инвертора, внутреннее сопротивление снижает напряжение на клеммах. Исправная батарея 12 В, имеющая напряжение 13,2 В в состоянии покоя, может легко упасть до 12,7 В при сильном напряжении микроволновой печи или кондиционера, а затем снова вернуться к 13,15 В через несколько минут после прекращения нагрузки. Для честного чтения проверяйте только напряжение покоя. Видеть батарея C-рейт о том, как ток разряда влияет на напряжение нагрузки.

Как правильно измерить напряжение

Если вы диагностируете автономную солнечную, автодомовую или морскую установку с помощью цифрового мультиметра на месте, следуйте этим четырем правилам:

1. Отключите все нагрузки и источники зарядки. Выключите солнечный выключатель и выключите инвертор. Даже небольшой холостой ход снижает напряжение на клеммах сопротивления.
2. Подождите не менее 30 минут. Активная зарядка оставляет искусственный “поверхностный заряд” слой, который сохраняется при напряжении 14,2–14,6 В. Без нагрузки поверхностному заряду требуется от нескольких минут до нескольких часов, чтобы полностью рассеяться. Дайте аккумулятору 15–30 минут на химическое расслабление, и вы увидите, что это число достигнет истинной полной зоны покоя около 13,6 В.
3. Проверьте температуру батареи. Значения в этих таблицах рассчитаны примерно на 25°C (77°F). В морозную погоду внутреннее сопротивление возрастает, а напряжение под нагрузкой заметно снижается.
4. Используйте калиброванный счетчик с точностью до двух десятичных знаков. На плато, где 30% вашей энергии охватывает около 0,05 В на ячейку, однодесятичный счетчик (например, 13,1 В) не позволяет вам оценить истинную емкость.

Таблицы напряжений LiFePO4: 12 В, 24 В и 48 В

В аккумуляторе напряжением 12 В используются 4 последовательно соединенных элемента (4S). В аккумуляторе на 24 В используется 8 ячеек (8S). В аккумуляторе на 48 В используется 16 ячеек (16S). «12V» — это коммерческое рыночное название; «12,8 В» — это истинный номинальный химический номинал (4 элемента × номинал 3,2 В).

Используйте Активная зарядка колонку только тогда, когда в аккумулятор активно поступает ток от зарядного устройства. Используйте Отдых OCV столбец после 30-минутного окна отдыха.

Одноэлементный опорный сигнал (номинальное значение 3,2 В)

Пакет 12 В (4S, номинал 12,8 В)

Пакет 24 В (8S, номинал 25,6 В)

Пакет 48 В (16S, номинал 51,2 В)

Примечание для поля: химический состав ячеек, срок цикла и комнатная температура вносят незначительные отклонения (обычно от ±0,05 В до ±0,15 В на ячейку). Считайте цифры ниже 20% скорее сигналом о немедленной подзарядке, чем точным измерением.

Напряжение зарядки и напряжение покоя

Обычный звонок от монтажников на местах выглядит следующим образом: “Я только что зарядил аккумулятор 12 В до напряжения 14,6 В, но через двадцать минут после отключения зарядного устройства оно упало до 13,6 В. Моя батарея плоха?”

Аккумулятор полностью здоров.

Напряжение зарядки (14,2–14,6 В) — это электрический потенциал, который ваше зарядное устройство применяет для подачи тока в элементы. Напряжение покоя (макс. 13,6 В) Это место, где аккумулятор естественным образом расслабляется после прекращения зарядки и рассеивается поверхностный заряд. Поверхностный заряд сохраняет незначительную полезную емкость и рассеивается в течение нескольких минут или часов при отключении от сети или быстрее при небольшой нагрузке.

Всегда программируйте заданные значения зарядного устройства, используя номера зарядки, и настраивайте сигналы тревоги по низкому напряжению инвертора, используя номера покоя.

Параметры контроллера заряда и инвертора

Запрограммируйте свой контроллер заряда от солнечной батареи, зарядное устройство постоянного тока или инверторное зарядное устройство с помощью следующих уставок:

BMS находится за этими заданными значениями и отключается, если в отдельной ячейке происходят резкие скачки или провалы. Видеть как работает БМС прежде чем повышать уставку поглощения для устранения неполадок, связанных с досрочным прекращением зарядки.

Полное описание профилей начисления см. как заряжать аккумуляторы LiFePO4.

Объяснение трех этапов зарядки

1. Массовый (постоянный ток/CC)

Зарядное устройство выдает максимальный номинальный ток, в то время как напряжение постоянно растет. На аккумуляторе 12 В массовая зарядка доводит аккумулятор до целевого уровня поглощения (14,2–14,6 В). Обычно на этом этапе восстанавливается большая часть мощности (примерно от 80% до 90%).

2. Поглощение (постоянное напряжение/CV)

Зарядное устройство удерживает это пиковое напряжение, в то время как ток естественным образом снижается. Этот этап важен: пассивный балансировка клеток Здесь активируются схемы, чтобы отвести от ячеек с более высоким напряжением и привести замыкающие ячейки в состояние четности. Когда ток падает примерно до 0,05C (например, 5А на аккумуляторе емкостью 100 Ач), аккумулятор действительно заполнен.

3. Плавающий режим (дополнительный режим ожидания)

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы нуждаются в постоянной подзарядке, чтобы избежать саморазряда. LiFePO4 имеет незначительный саморазряд и не требует поплавковой ступени. Если прошивка вашего зарядного устройства требует плавающей настройки, установите ее на 13,6 В (27,2 В для 24 В, 54,4 В для 48 В). Никогда не плавайте литиевые батареи при напряжении абсорбции.

Предупреждение: отключите эквалайзер. Выравнивание намеренно перегружает свинцово-кислотные пластины, чтобы удалить кристаллы сульфата. На литиевой батарее высокое напряжение выравнивания (15 В+) приведет к отключению BMS из-за перенапряжения и приведет к необратимому повреждению. Выключите эквалайзер.

Почему умный шунт лучше вольтметра

Если вольтметр не может отличить емкость 45% от 65% на плато, что следует использовать вместо этого?

Умный шунт крепится непосредственно к основному отрицательному кабелю аккумулятора. Он учитывает каждый ампер-час, входящий в аккумулятор и выходящий из него с течением времени (подсчет кулонов). Калиброванный шунт, синхронизированный с периодической полной зарядкой, точно сообщает вам, где вы находитесь, независимо от стабилизации напряжения.

Чтобы преобразовать ампер-часы в ватт-часы для определения размера системы, воспользуйтесь нашим Калькулятор перевода Вт в мАч/Ач.

6 практических ошибок, которые сокращают срок службы LiFePO4

1. Измерение напряжения под активной нагрузкой: Потребление тока вызывает немедленный провал напряжения. Дайте стае отдохнуть, прежде чем доверять цифрам.
2. Чтение напряжения сразу после зарядки: Поверхностный заряд имитирует полное показание 14,4 В+ на аккумуляторе, которое после расслабления стабилизируется до 13,6 В.
3. Оставляем выравнивание зарядного устройства включенным: Импульсы высокого напряжения отключают схемы защиты BMS и ухудшают качество катодных материалов.
4. Плавающие элементы выше 3,40 В (13,6 В при 12 В): Постоянное нахождение ячеек вблизи пикового насыщения ускоряет разложение электролита.
5. Доверительные однодесятичные бюджетные счетчики: На плато, где 30% емкости охватывают всего около 0,05 В на ячейку (около 0,20 В на блоке 12 В), погрешность измерителя 0,1 В закрывает глаза на истинную емкость.
6. Хранение при 100% SOC при высоких температурах окружающей среды: При хранении более месяца разрядите аккумуляторы до уровня SOC от 40% до 60% (около 13,0–13,08 В для батарей 12 В) и изолируйте от паразитных источников питания.

Часто задаваемые вопросы

Почему после зарядки напряжение моего аккумулятора 12 В падает с 14,6 В до 13,3 В?
14,6 В — это активная цель зарядки. Как только зарядное устройство останавливается, поверхностный заряд улетучивается, и при полной зарядке элементы стабилизируются примерно до 13,6 В. Если оно упадет до 13,3 В, проверьте наличие паразитных нагрузок (режим ожидания инвертора, потребление трекера на холостом ходу) или небольшого дисбаланса ячеек. Отсоедините все кабели и проверьте напряжение покоя через 30 минут. Блоки на 48 В следуют тому же правилу: зарядка 58,4 В переходит в состояние покоя 54,4 В.

Могу ли я зарядить LiFePO4 с помощью существующего свинцово-кислотного зарядного устройства?
Только если зарядное устройство имеет специальный литиевый профиль или позволяет отключить десульфатацию и выравнивание и установить поглощение на 14,4–14,6 В с плавающим напряжением 13,6 В. Стандартные автомобильные зарядные устройства с режимами автоматического выравнивания подают в батарею импульсы опасно высокого напряжения.

При каком напряжении следует отключать инвертор?
Установите низковольтное отключение инвертора (LVD) в диапазоне от 11,8 до 12,0 В для системы с напряжением 12 В (около 10% SOC в верхней части этого диапазона). Не полагайтесь на отключение BMS 10,0 В как на ежедневную точку остановки; BMS является аварийным отказоустойчивым устройством, а не рабочим переключателем.

Изменяет ли морозная погода показания напряжения?
Холод резко увеличивает внутреннее сопротивление элемента, вызывая более сильное падение напряжения под нагрузкой и медленное восстановление. Никогда не заряжайте элементы LiFePO4 при температуре ниже 0°C (32°F), если ваша батарея не имеет встроенных нагревательных элементов; зарядка замороженных элементов приводит к необратимому литиевому покрытию и потере емкости. Видеть зарядка аккумулятора при экстремальных температурах.

Могу ли я зарядить до 90% только для продления срока службы аккумулятора?
Да, для ежедневной езды на велосипеде. Зарядка примерно до 90% SOC (которая составляет около 13,4 В при блоке питания 12 В) предохраняет ячейки от пикового насыщения и снижает стресс. Однако выполняйте полную зарядку до 14,6 В (зарядка) каждые несколько недель, чтобы BMS могла сбалансировать ячейки и сбросить счетчик SOC. Если вы никогда не достигнете полного уровня, BMS может дрейфовать.

Связанные руководства

• Батарея C-рейт & Просадка напряжения под нагрузкой
• Калькулятор преобразования Втч в мАч/Ач
• Как системы управления батареями (BMS) защищают литиевые блоки
• Как правильно заряжать аккумуляторы LiFePO4
• Балансировка ячеек LiFePO4: активная и пассивная
• Зарядка при экстремальных температурах & Низкотемпературная защита