UT4UCM

Сообщение от DARKSTAR

Начитавшись хвалебных отзывов, решил попробовать новый тип аккумуляторов - LiFePO4 (литий-феррум-фосфат).
Основное отличие от Li-Ion в номинальном напряжении, для феррум-фосфата оно равно 3,3 В. После зарядки = 3,6 В.
Значит, в батарее должно быть четыре элемента.

По пути с работы зарулил в местный подвальчик и приобрёл четыре вот таких подозрительного вида баночки:

Вложение 235610

По внешнему виду ясно, что не то пальто - банки обтянуты чем-то вроде зелёной термоусадки, рыхлой на ощупь. Надписи тоже нечёткие.
При покупке попросил тестер, померил напряжение на банках - везде оказалось 3,27...3,28 В.
Правда на одной баночке контакт пропадал, если пошевелить крышку (то ли плюсовую, то ли минусовую, уже не помню). Попросил заменить - заменили.

Уже после покупки я нашёл сообщения о том, что народ в этом магазине приобретал эти элементы ещё в прошлом году. И после повторных тестов именно этих аккумов был вынесен вердикт - голимый китай, у кого-то сборки из этих элементов отдавали всего 350 мАч...

Раз так, то терять уже нечего, решил я, и спаял элементы в батарею. Паял с флюсом в одно касание за 2 сек (лужение+пайка) с промежуточным охлаждением элемента. Вроде бы ничего не перегрел. Напаивал тонкие проволочки d = 0,8 мм, т.к. большие токи я снимать не собираюсь, а пайка толстых шин перегреет элемент.

Почитал документацию на оригинальные баночки:
LiFePO4 категорически запрещено разряжать ниже 1,6 В на банку. Хотя кое-где пробегают заметки, что феррум-фосфат не так сильно боится полного разряда, как литий-ион, но всё же...
При напряжении 2,00 В элемент считается разряженным.
При напряжении 3,65 В элемент считается заряженным.

Запустил тест аккумуляторной сборки на LiFePO4.
Нагрузка - автомобильная лампа с ниткой дальнего света 12 В х 60 Вт.

Вложение 235611

Напряжение холостого хода АКБ - 12,8 В.
00 мин - 11,5 В - 5,01 А.
05 мин - 11,2 В - 4,92 А.
10 мин - 11,0 В - 4,85 А. 800 мА*ч уже есть
15 мин - 10,0 В - 4,60 А.
Аккумы прилично нагрелись, градусов до 50 С. Так что прерываю тестовый разряд спустя 16 минут после включения. Отдано ёмкости 1,2 Ач х 11,5 В.
Напряжение холостого хода АКБ сразу после отключения нагрузки - 11,3 В.

Элементы остывали 20 минут.
Напряжение холостого хода АКБ - 12,0 В.
0 мин - 10,0 В - 4,50 А.
1,5 мин - 8,0 В - 4,00 А.
Всё. Батарея отдала свою ёмкость - 1,22 Ач х 12 В.
Напряжение холостого хода АКБ сразу после отключения нагрузки - 10,5 В.

Замеряю напряжение по элементам батареи от минуса к плюсу:
1,70 В - критический разряд!
2,69 В,
3,11 В,
3,01 В.
Один элемент разрядился полностью, один мало разряжен, остальные - средне.
Надо перезарядить с балансировкой.

Поизучав литературу,
Вложение 235612
пришёл к мнению, что можно заряжать всю батарею от лабораторного источника, но параллельно каждому элементу надо подключать параллельный стабилизатор напряжения.
Пошукал в закромах на предмет составных Дарлингтонов p-n-p проводимости и нашёл TIP127. На нём и попробовал:

Вложение 235616

Балансир открывается при напряжении 3,62 В.
При токе через балансир = 1 А, напряжение стабилизации 3,68 В.
При токе 2 А, напряжение 3,75 В.
Как раз по спецификации. Чтобы не грузить транз, поставил мощные диоды. Три штуки как раз годятся для LiFePO4. Если бы был литий-ион, то надо было бы ставить четыре.
Больше 3 ампер подавать не стоит, а транз нужно поставить на небольшой радиатор (я взял 100 кв см - здесь это довольно много).
Светодиод загорается при срабатывании балансира.
В целом, напряжение на ячейке поддерживается равным 3,63 В.

Срукожопил четыре ячейки стабилизаторов навесным монтажом:

Вложение 235617

Работает. Но при токе балансировки 1 А, когда все ячейки уже зарядились и этот ток течёт через все стабилизаторы, радиатор тёпленький, а диоды горяченькие... Поторопился я про 3 А. Это если только ненадолго.
При этом разброс по банкам такой: 3,68 - 3,67 - 3,69 - 3,66 В.

Разрядил батарею непрерывным малым током в 1,5 А через лампочку 21W.
Разряд вёл до падения тока от 100% до 80%.
Первые 7 минут разряда:
- напряжение 13,00 -> 12,90 В,
- ток 1,53 А -> 1,51 А.
- напряжение по банкам в конце периода 3,21 - 3,21 - 3,19 - 3,19 В.
Последующие 76 минут:
- напряжение 12,90 -> 12,00 В,
- ток 1,51 А -> 1,47 А.
- напряжение по банкам в конце периода 3,07 - 3,00 - 2,88 - 2,94 В.
Последние 7 минут разряда:
- напряжение 12,00 -> 8,20 В,
- ток 1,47 А -> 1,25 А.
- напряжение по банкам в конце периода 3,05 - 2,00 - 1,53 - 1,60 В.
Итого выходит ёмкости 1640 Вт*мин = 27,3 Вт*час = 2,28 А*ч.

Разрядная кривая напоминает другие, уже снятые до меня:
Вложение 235618

Выводы по разряду:
- первые 5...7 минут разряда приводят напряжение банок к номинальным 3,2 В.
- сажать банки до предельных величин 1,53...1,60 В (последние 5 минут разряда) - нецелесообразно. Ёмкости выжимаем всего 5 %, а число циклов сокращается вдвое. Надо бы придумать защиту от переразряда, либо же не сажать батарею ниже 11,0 В. Это чёткий индикатор окончания разряда.
Аккум весьма похож на оригинальный A123 Systems ANR26650M1A, за исключением двух особенностей:
- номинальное напряжение ниже (диапазон рабочих напряжений разряда: оригинал 3,25...3,10 В, аналог 3,15...2,90 В),
- внутреннее сопротивление выше (велика просадка напряжения под нагрузкой, при токе 5А напряжение заряженной батареи проседает на 10%), следовательно максимальный отдаваемый ток ниже оригинала.
- фактическая ёмкость порядка 2,1...2,3 Ач.

Добавлено через 7 минут(ы):

Народ также снимал графики с замороженных LiFePo4:
Вложение 235619
Положил свои в морозилку Сутки качественной заморозки изгнали из банок всё тепло.
Там, наверное, было не меньше -15 С.

Вот такие баночки:

Вложение 235620

Разряжал двумя лампами дальнего света: три нитки (две дальних и одна ближняя) включены последовательно.

Вложение 235621

Сразу после подключения нагрузки напряжение батареи = 9 В, ток под нагрузкой 2,30 А.
Через 7 минут U = 11.2 В, I = 2,60 А.
Ещё через 10: U = 12.0 В, I = 2,68 А - аккум отогрелся, изморозь растаяла.
Ещё через 34 минуты: U = 12.2 В, I = 2,71 А - капли росы высохли.
Аккум сел сразу же после моего последнего пригляда. Общая напруга была 5 В.Но после снятия нагрузки напряжения на всех банках поднялись до одинакового значения 1,7 В.

Общая отданная ёмкость (зарегистрированная) :
11,2*2,6*7 + 12*2,68*10 + 12,2*2,71*34 = 1650 Вт*мин = 27,5 Втч = 27,5/12 = 2,3 Ач.

В целом очень недурственно - мороз на потерю ёмкости почти не влияет.

Основную тему веду на Красярском форуме.