¿Cómo cargar rápidamente un Lifepo4?

Debe probar la prueba de carga con una celda para comprender sus características. LiFePO4 se comporta de forma un tanto diferente al LiIon convencional. Una vez que comprenda cómo se comporta una celda cuando se alimenta con una fuente de alimentación establecida en <= 10A y <= 3.8V, entonces podrá comprender mejor lo que está haciendo su cadena en serie.

'Interferencia' de BMS: si está utilizando un BMS, es esencial que haga tanto lo que usted quiere que haga como lo que cree que hace. Si un BMS está destinado al uso de LiFePO4 y no se ha configurado específicamente para sus condiciones, puede, por ejemplo, limitar Vcell_max a 3,65 V y, por lo tanto, resistir los esfuerzos para cargar a 10 A CC hasta 3,8 V Vcell_max. Las pruebas de una sola celda a continuación se realizan sin un BMS y los resultados de las celdas individuales monitoreadas durante una carga de cadena de múltiples celdas no deberían verse afectados por el BMS en condiciones "normales".

Nota:

El solo suministro de la cadena desde un suministro limitado a Vmax x cell_count no es seguro, ya que si las celdas tienen carga desequilibrada, algunas celdas podrían tener voltajes aplicados que están por encima de la especificación.

Además, si las celdas tienen carga desequilibrada, si las celdas que alcanzan los 3,8 V primero tienen un voltaje limitado a 3,8 V, entonces su consumo de corriente generalmente comenzará a disminuir y evitará que las celdas de voltaje más bajo se carguen correctamente. Repetir este proceso de carga rápida sin equilibrar las celdas puede aumentar el desequilibrio con el ciclo.

Establecimiento de las características de la celda - Prueba de celda única:

Condiciones:

• Célula completamente descargada - Vcell ~= 1.6V
  (esencial para una correcta comprensión).

• 15 minutos de tiempo de carga

• Temperatura de la celda monitoreada

• Temperatura ambiente x <= T <= y e idealmente 20-30 C

• Suministro ajustado a Vmax = 3,8 V, Imax = 10 A, es decir

  si la carga es < 10A entonces Vout = 3.8V y

  si la carga es de menor resistencia que R = V/I = 3,8/10 = 0,38 ohmios,
  entonces I = 10A y Vout = lo que se extraiga.

Lo que esperaría ver es:

Corriente inicialmente = 10A y Vcell inicialmente un poco por encima del valor inicial de 1,6 V debido a la caída de IR interna y al aumento de voltaje desde el valor inicial.

Durante aproximadamente 10 a 12 minutos, Ichg permanece en 10 A (limitado por el suministro) y Vcell aumenta a < 3,8 V.

Aproximadamente en un rango de 10 a 12 minutos, Vcell alcanza 3.8V.
La celda ahora está cargada entre un 70% y un 80%.
El suministro ahora entra en modo CV limitado por la configuración del suministro de energía.

Ichg ahora probablemente comenzará a caer, controlado por procesos internos de la célula.
El caso de entrada más alto Ichg permanecerá en 10 A durante todo el tiempo y la entrada total será
de 10 A x 1/4 de hora = 2,5 Ah. Como la capacidad de la celda es nominalmente de 2,3 Ah y como la eficiencia actual (pero no la eficiencia energética) en la carga suele ser superior al 99 %, es muy poco probable que se produzca una carga completa de 2,5 Ah. Lo más probable es que Ichg baje de 10A a un valor más bajo, de modo que la capacidad cargada sea ahora >= 96 % del máximo (según la hoja de 'funcionamiento adecuado' de A123 .

La temperatura de la celda necesariamente aumentará un poco debido al calentamiento resistivo interno. Puede aumentar sustancialmente y sería necesario terminar el ciclo, pero se espera que esto sea poco probable en la mayoría de los casos.

Cargando desde un estado no completamente descargado:

Una vez que haya visto cómo VI varía con el tiempo en la prueba anterior a partir de una descarga total, puede ver lo que hace una sola celda cuando comienza con una carga parcial. Es de particular interés comenzar con, digamos, 5% y 10% de carga, ya que esto da una indicación de lo que hará una celda cuando llegue a Vcell = 3.8V mientras que otras celdas están en un estado de carga más bajo.

Lo que esperaría ver es que no se observaría ninguna diferencia hasta cerca de Vcelda = 3,8 V (ya que el suministro limita la corriente), pero antes de que se alcancen los 3,8 V, la celda puede "intentar aceptar" menos de 10 A, no puede hacerlo por lo tanto, en condiciones de CC, Vcell aumentará más rápidamente hacia 3,8 V en la última parte de la rampa de CC. Ahora 3.8V se ha alcanzado antes en el ciclo.
Ahora se ha llegado a un punto importante: en esta situación de prueba de una celda, la celda se ubicará en 3.8V ya que el suministro es Vmax limitado. Pero, en una situación de cadena, si un sistema CV ha proporcionado 3,8 V por celda, y si otras celdas aún tienen menos de 3,8 V, y si, por ejemplo, se aplican 10 A CC, sin ninguna otra intervención, el voltaje de la celda aumentará a > 3,8 V. Si varias celdas alcanzan este punto aproximadamente al mismo tiempo, no se puede hacer mucho daño, pero en una cadena de 15S, por ejemplo, la celda que llega primero a 3.8V será empujada a más de 3.8V y muy posiblemente a > 4.2V y desastre.
Aquí es donde un BMS por celda es vital. Vcell debe estar limitado por el BMS a 3,8 V si nada más lo hace. No hay nada demasiado especial en 3,8 V (afaik) en comparación con, por ejemplo, 3,85 V o incluso 3,9 V, por lo que si un BMS se configuró en 3,85 V por celda y el voltaje de la cadena se configuró en Vmax = Ncells x 3,8 V + cable Vdrop + conexiones Vdrop entonces todo debería estar lo suficientemente bien.
Un BMS simplista podría desviar la corriente alrededor de una celda cuando se alcanza la Vmax.
Se pueden utilizar esquemas más complejos.

Múltiples celdas en cadena en serie.

Una vez que sepa cómo se comporta una sola celda arriba, debería poder predecir razonablemente cómo se comporta una cadena en condiciones Icc <= 10A, Vmax = N x 3.8V. Es evidente que si las celdas se sujetan a 3,8 V Y no aceptan 10 A (lo que significa que su resistencia efectiva debe aumentar), entonces toda la cadena tendrá una corriente limitada a < 10 A.

También es muy probable que si una celda inicialmente descargada acepte 10 A a cualquier voltaje por debajo de 3,8 V, entonces su sistema con Imax = 10 A y Vmax = N x 3,8 V probablemente esté impulsando algunas celdas por encima de 3,8 V.

Parece probable que realizar las pruebas anteriores le brinde suficiente información para poder comprender qué está sucediendo con su carga de múltiples celdas.
Como se mencionó anteriormente, los puntos clave son: hacer que las celdas pasen de CC a CV en diferentes momentos y el efecto en los voltajes y corrientes de celdas individuales, y garantizar que todas las celdas nunca excedan los valores nominales.

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Monitoreo de voltaje de celdas múltiples:

Lo ideal es un sistema de monitoreo por celda con entrada de salida digital en tiempo real a una computadora que pueda analizar e informar apropiadamente.
Un sistema de procesamiento cerebral de entrada barato (en comparación con otros costos) y casi paralelo es usar un monitor de voltaje por celda con pantalla. Tanto lo analógico como lo digital tienen su lugar en dichos sistemas, pero es posible un sistema autoalimentado de bajo costo utilizando medidores de voltaje digitales autoalimentados listos para usar disponibles en varias fuentes asiáticas.

Puede comprar medidores autoalimentados de 2 hilos que operen, por ejemplo, 3V-30V por $1.20 - $1.50 cada uno con pantalla LED de 3 dígitos y precisión de calibración propia.
Este es solo un ejemplo SIN intención de recomendación. Tenga en cuenta que dicen un mínimo de 3 V en el encabezado y un mínimo de 2,5 V en el texto. YMMV :-).

Imagen del sitio de arriba:

También puede obtener versiones de entrada de 3 hilos con medición de 0-99,9 V (3 dígitos) V y, por ejemplo, entradas de fuente de alimentación de 3-28 V. Estos se proporcionan con Vin, V+_suministro, conexiones comunes y si Vsuministro_mín está por debajo del voltaje a medir, se puede obtener Vsuministro de 1 batería más arriba en la cadena. Esto es menos conveniente, da un poco más de posibilidades de una catástrofe en el medidor de humo ardiente, silencioso o mágico cuando se equivoca, pero permite un rango de entrada real de 0-xx voltios.

Medidor Ali Express de 3 hilos - OTRA VEZ solo como ejemplo.

Imagen del sitio de arriba:

Ambos arreglos imponen una pequeña carga de corriente en las celdas que se están midiendo, pero esto será mucho más bajo que las corrientes en cuestión y puede ser insignificante o tolerable. Como los medidores consumirán energía cada vez que se conecten, la mejor disposición es probablemente un enchufe de varias celdas conectado al BMS: el BMS apaga la energía o se desconecta el enchufe del medidor.

Un trillón de metros - muchas otras búsquedas posibles. Medidores con corriente y voltaje también disponibles. Ali Express - MUCHOS voltímetros

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Notas:

Para la carga normal de LiFePO4 CCCV, I_cc es lo que diga el fabricante y V_CV suele ser de unos 3,6 V. El sistema de carga CCCV es entonces similar al de LiIon (pero con voltajes más bajos por celda) y la terminación de la carga finaliza cuando la corriente de carga CV decreciente y determinada por la celda cae por debajo de algún porcentaje actual de Ichg_max. Las corrientes de terminación de carga del 10 %, 25 % y 50 % son comunes con LiIon y similares, probablemente 'funcionan bien para LiFePO4, - un % más alto siempre es más suave con la batería.

Con LiIon:
detener la carga en I_chg = 10% de Ichg_max es el modo "road warrior", la batería alcanza la carga MÁXima y muere a golpes en relativamente pocos ciclos.
Detener la carga en I_chg = 50% de Ichg_max es un modo "agradable y suave", la batería logra una carga algo más baja que en el modo RW (quizás 90%), pero la totalidad de los ciclos de vida y los mAh brutos almacenados y recuperados son sustancialmente más altos.
Dejar de cargar en I_chg = 25 % de Ichg_max está obviamente entre los dos modos anteriores. Probablemente más entusiasta y dañino de lo que la mayoría de la gente realmente necesita.

Con LiIon, V_chg max es ~= Vterminal_V_chgd y está muy cerca del límite superior seguro para una celda basada en Li.
Sin embargo , LiFePO4 tiene un voltaje de terminal final de 3,6 V, pero PUEDE cargarse durante períodos cortos a voltajes más altos donde 3,6 V < Vchg < 4,2 V.

A123 recomienda 3,8 V para carga rápida, 3,85 V máximo "normalmente" y 4,2 V máximo absoluto.

De las instrucciones vinculadas:

Cargue la celda a la máxima corriente de carga continua hasta alcanzar el voltaje de carga máximo recomendado. Aplique una retención de voltaje constante al voltaje de celda máximo recomendado hasta que el tiempo de carga total alcance el tiempo de carga rápida.

Y

Tensión de carga máxima recomendada: 3,8

Entonces

1. Cargue a 10 A hasta que la celda llegue a 3,8 V (o 57 V, no 54 V para la cadena).
2. Luego cambie a CV a 57V por el resto de 10 minutos.
3. Luego apague.

Y tenga en cuenta las precauciones sobre la temperatura durante este proceso.

Puede hacer esto configurando una salida de fuente de alimentación de laboratorio a 57 V y su límite actual a 10 A.

También tenga en cuenta que los 57 V deben medirse en los terminales de la batería, no en los terminales de la fuente de alimentación. Si su fuente de alimentación tiene detección remota, utilícela. No aumente el voltaje por encima de 57 V a 10 A porque cuando la corriente cae por debajo de 10 A, sobrevoltará las celdas.

Y finalmente, son un poco tímidos acerca de cómo la vida útil de la batería sufre con una carga de 10 A, pero el gráfico en la hoja de datos sugiere que la vida útil se reduce con una temperatura más alta y una corriente de carga y descarga más alta.

Y post-finalmente: si bien esta respuesta asumió que el BMS sería competente para manejar el equilibrio entre celdas individuales, Russell plantea dudas al respecto, además de reforzar las precauciones sobre el exceso de temperatura de la celda. Sus comentarios detallados son valiosos y espero que se conviertan en una respuesta más completa.