Построение аккумулятора на LiFePo4
Построение аккумулятора на LiFePo4 для лодочного электромотора (в процессе)
Введение
Лодочные электромоторы использую очень давно, у меня minn kota endura, очень надежные, один убил спустя много лет, да и то убил по своей
невнимательности чисто физически поломал, соответственно замену производил взяв той же фирмы. А вот с аккумуляторами постоянная беда -
их приходится менять и каждый раз это головная боль при подборе. Аккумулятор в среднем у меня служит 2.5-3 года, далее начинает падать
мощность, начинает вести себя как-то странно, в общем понимаешь, что его пора менять. Использовал разные батареи, были и родные
минкотовские, были и AGM, специализированные для домов на колесах, но срок службы оставляет желать лучшего. Более того, для последнего
аккумулятора я уже купил профессиональные зарядки и инструменты диагностики и стал записывать все нагрузки и зарядки с фиксацией
параметров и оказалось, что в среднем за год я его использую 20-30 раз с разрядом не более 50% от емкости и вроде должен он служить
дольше, однако не служит по факту... Сейчас у меня 6й или 7й аккумулятор, точно уже и не вспомню, последний покупал 2 года назад, но
уже чувствуется просадочка, может и хватит его до конца сезона, однако не уверен.
К литиевым присматриваюсь давно, цена там конечно выше. Сначала хотел купить готовую сборку, но потом изучил предложения на алиэкспрессе,
проанализировал наш рынок, а на нашем рынке РФ оказалось все под заказ и также получают комплектующие с Китая и решил собрать
самостоятельно. В интернете очень много слухов насчет б/у ячеек, но не факт что купив готовую сборку в ней не используются те-же б/у
ячейки. Конечно есть кое-какие фишки как максимально обезопасить себя при закупке, но бывает всякое и надо понимать что это некий риск,
однако я решил на него пойти.
LiFePo4 это банки по 3.2 вольта, банки которые служат в любом случае существенно дольше чем обычные кислотные, AGM или гелевые и это
один плюс, главное - сборка на LiFePo4 более чем в 2 раза легче традиционных аккумуляторов. Размер сопоставим, но обычно меньше. Еще из
очень важного - держит нагрузку существенно лучше и он специально рассчитан на отдачу высоких токов, а соответственно и зарядку можно
производить более высокими токами, что резко сокращает время заряда. Ну и количество разрадов-зарядов у этих батарей в десятки раз выше.
Матчасть
Я опущу момент выбора самих ячеек и их производителя, тут каждый волен выбирать сам, отмечу основное - важно определиться с емкостью,
моделью исполнения и понять размеры каждой ячейки. LiFePo4 выдают 3.2 вольта, соответственно мне нужно 4 таких ячейки соединенных
последовательно, я решил остановиться на емкости 105 ампер, хотя в реальности больше 55 ампер еще никогда с аккумулятора не забирал
на воде, но запас нужен. Поискав модели и поизучав параметры получил размеры каждой ячейки 200х131х37мм и весом около 2 кг за банку.
Так как банки соеденены последовательно, то постепенно будет возникать дисбаланс, т.е. на одной банке может оказаться 3.5 вольта, а
на другой 3.4, что приведет к недозаряду некоторых банок или к перезаряду если ориентироваться тупо на финальное напряжение крайних
банок, а это соответственно постепенная потеря общей емкости. И тут обязательно надо использовать BMS. BMS это аббревиатура от
Battery Management System, что в переводе означает "Система Управления Аккумуляторами" и она следит за перегрузками при потреблении,
предотвращает перезаряд, пытается перераспределить (отбалансировать) неравномерность заряда. BMS ставить надо, это даже не обсуждается.
BMS выбираются исходя из токов потребления, а также от того, сколько аккумуляторов подключень последовательно, в нашем случае
4 аккумулятора, соответственно это BMS 4S (S-serial, т.е. 4 последовательные батареи). Ток? Мой электромотор на максимальной
скорости потребляет 32 ампера, при зацепе за траву может забрать до 40, логично было выбрать BMS с запасом на 60 ампер, но
там разница в цене не существенна и я заложил запас аж до 80 ампер. Подключается она вот так
Т.е. стоит она последовательно от нагрузки/зарядки, но тонкими проводами подключена ко всем точкам соединения аккумуляторов для
контроля/балансировки. Потребляет BMS очень мало и подключена к аккумулятору постоянно даже в момент простоя.
Можно взять простую BMS либо с возможностью точных подстроек и мониторинкга через телефон или компьютер, это так называемые
смарт-BMS (Smart BMS). Стоит ли переплачивать более чем двойную разницу в цене (на май 2022 года)? Может и нет, но меня по этому поводу
было несколько мыслей:
- возможность контролировать заряд и остаток сразу 4х банок без использования тестера;
- возможность задавать более точно точку отключания зарядки, обычно банки рассчитаны, что их заряжают до 3.65 вольта,
стандартные BMS отключают зарядку при достижении 3.65 вольт с погрешностью 0.05 вольта, а перезарядка для LiFePo4 очень даже
противопоказана и много людей рекомендуют заряжать вообще до 3.6 вольт, что дает существенно увеличенный ресурс, конечно можно
регулировать максимальное напряжение выставив его на зарядке, но это дело очень тонкое и совсем не точное, соответственно выставив эту
точку на смарт BMS было-бы практичным, а на обычных BMS это сделать уже не получится;
- ну и возможность контроля и подстройки многих других параметров, возможно это не понадобится на практике, но когда строишь
первую батарею лучше иметь в потенциале такую возможность, по мере эксплуатации может что-то выползти.
Вообще BMS помимо защит от перезаряда, избыточного потребления, короткого замыкания, низкого уровня батарей и пр. имеет функцию
балансировки заряда, ну это когда разные по заряду банки становятся одинаковыми, но эта балансировка настолько мизерная, что по факту
она не работает нормально. Смотрите - у BMS балансировка заявляется на уровне 40-60 мА, это составляет 0.04-0.06 ампер и когда мы
ставим аккумуляторы на 100 А, то это слону дробина, соответственно в интернете куча всяких видюшек с криками, что балансировка не
работает, да она и не может нормально работать. А это означает, что ставить надо специализированный балансировщик либо раз в год
обращаться к "специалистам" которые будут выравнивать банки на одинаковое напряжение. Балансировщики бывают:
а) пассивные ( распиаренные в инете ой как сильно:) )
б) активные конденсаторные
в) активные индукционные.
Первые даже глубоко обсуждать не хочу, сбрасывать лишний заряд в нагрев (а нагрев это печка) на мой взгляд глупость глупейшая. Ну это
примерно как в автомобиле отказаться от печки, которая работает от отведении нагрева мотора и при этом поставить более точный и крутой,
но электрический нагреватель салона, это наверно круто, но бредово с моей точки зрения, правда есть аргумент - никаких утечек
антифриза в салоне.
Активные балансиры это либо более точные конденсаторные, либо менее точные и соответственно дешевле по стоимости индукционные.
Я выбрал конденсаторный, он на 5 ампер и стоимостью около 20$, если брать индукционный той-же компании, то ток балансировки был-бы
1.2 ампера и стоимость в районе 4$. К конденсаторному меня склонили несколько роликов в интернете, где люди построили накопители для
дома на 40-45 киловатт и проблему балансировки решили именно емкостными балансирами, причем с очень приличными результатами по
разбалансировке. У нас не 45 кВт, у нас чуть больше 1.20 кВт.
Очень много времени убил в поисках решения как отключать балансир в момент простоя и неиспользования аккумулятора. Если
BMS потребляет ничтожно мало, то балансир 0.012 А, это означает, что за сутки он скушает 0.288 А, а за месяц - 8.64 А, вроде не
критично, но требует стать рабом и раз в 2-3 месяца подзаряжать аккумулятор. Надо его как-то отключать. Т.е. когда мы заряжаем или
используем аккумулятор, то балансировка должна быть включена, а вот в долгие периоды простоев ее желательно выключить, чтоб ничего
не кушала. Сам дисбалланс возникает во время либо потребления, либо зарядки аккумулятора. Подсоединяется балансир ко всем банкам, т.е.
нужно отключать сразу 5 проводов!!!
Вы видели включатель на 5 проводов? Я нашел такой, но у нас токи до 5 ампер и соответвенно он не подходит... из идей было просто открывать
бокс и выдергивать балансир из разъема, но мне это решение очень не нравилось, так не нравилось, что я засел искать и изучать схему
балансира в интернете, чтоб понять что там в момент простоя кушает эти 12 мА. Оказалось все просто - там есть генератор который
постоянно кушает, можно просто отключить этот генератор одним проводком и проблема решена, более того, когда я уже получил этот
балансир, то увидел - на плате есть перемычка с названием "RUN" вместо которой и надо поставить выключатель. Таким образом производитель
включил возможность легкого отключения в схему на всякий случай, а я убил кучу времени на поиск решения... бывает:)
Ну и еще из важного. Когда ходишь на моторе, то постоянно в голове вопрос - сколько осталось заряда? В какой-то момент я нашел прекрасное
решение у Китайцев под названием кулонометр. Это такая штука, которая показывает сколько я уже забрал из аккумулятора во время
использования и сколько я в него отдал во время зарядки. Стоит не 3 копейки, но реально очень полезная вещь. Сейчас кулонометры
очень продвинутые и они достаточно точно показывают остаток зарядки аккумулятора а не просто сколько забрал и сколько залил. Да, это
тоже расходы, но поставить дешевый вольтметр, который совсем неточно оценивает остатки и практически на показания которого
ориентироваться не стоит не хорошая затея. Кулонометру быть!
Далее предстояло определиться с клемами, коробкой, зарядкой USB, разъемом прикуривателя для подключения того-же электронасоса и прочей
разной всячиной... в результате заказал все это дело на алиэкспрессе и у меня в пути оказалось 10 посылок!!!
Долгое ожидание посылок и наконец все постепенно пришло!!! Аккумуляторы шли дольше всех - 40 дней
СБОРКА
Хотел собрать сначала на столе, провести замеры и определиться с некоторыми сомнениями по схеме, а уже потом все монтировать в коробку,
но склонился сразу к размещению в коробке.
Первым делом аккумуляторы нужно упаковать в блок, далее блок уже проще размещать в корпус и прикидывать где именно и как расположатся
все компоненты. Блок это связка 4 ячеек, причем в интернете кто-то между ними прокладывает диэлектрик, хоть ячейки и в пленке, но
под ней на коопусе положительный электрод и если все это дело протрется, то лучше не надо. Кроме того выяснил, что от заряда толщина
банок может играть туда-сюда, соответственно предлагают между ячейками прокладывать сверху и снизу демпферную резиновую ленту EVA,
которую естественно проще найти на али, чем у нас. Если прокладываем резину, то ячейки уже между собой не касаются. Вот резина, толщина
3 мм показалась оптимальной, стоит копейки
Идея с диэлектриком мне категорически не понравилась, плоскость ячеек не идеально ровная, она играет при заряде-разряде и получается
все слишком жестко. Далее все это обтягивается армированной лентой (еще одна посылка с али), фиксируется достаточно плотно в натяг и
получается вот такая конструкция, где расстояние между ячейками становится 2мм и эта конструкция неплохо аммортизирует
После этого этапа, повертев этот блок в корпусе стало понятно расположение всех компонентов... дело пошло дальше. Нужно четко
зафиксировать на блоке BMS контроллер, кулонометр и балансир, а еще все это аккуратно соеденить проводами. Фиксировал что-то двусторонним
скотчем, естественно и армированный скотч пришел на помощь. Обязательно отделяю компоненты диэлектриком от ячеек, в качестве
диэлектрика взял кусок обычного пластика
Пока предварительно схема выглядит так, но надо провести замеры и тогда она приобретет окончательный вид
Последнее редактирование: 25.06.2022
Текущее состояние - идет сборка, не быстро, но идет...