Wie lade ich einen Lifepo4 schnell auf?

Sie sollten den Ladetest mit einer Zelle versuchen, um ihre Eigenschaften zu verstehen. LiFePO4 verhält sich etwas anders als herkömmliches LiIon. Sobald Sie verstehen, wie sich eine Zelle verhält, wenn sie von einer Stromversorgung versorgt wird, die auf <= 10 A und <= 3,8 V eingestellt ist, können Sie besser verstehen, was Ihr Serienstring tut.

BMS-„Interferenz“: Wenn Sie ein BMS verwenden, ist es wichtig, dass es sowohl das tut, was Sie wollen, als auch das, was Sie denken, dass es tut. Wenn ein BMS für die Verwendung mit LiFePO4 bestimmt ist und nicht speziell auf Ihre Bedingungen eingestellt wurde, kann es beispielsweise Vcell_max auf 3,65 V begrenzen und somit Versuchen widerstehen, bei 10 A CC bis zu 3,8 V Vcell_max aufzuladen. Die nachstehenden Einzelzellentests werden ohne BMS durchgeführt, und die Ergebnisse für Einzelzellen, die während einer Mehrzellen-Strangladung überwacht werden, sollten unter „normalen“ Bedingungen nicht durch das BMS beeinflusst werden.

Notiz:

Es ist nicht sicher, den String nur von einer auf Vmax x cell_count begrenzten Versorgung zu versorgen, da bei Zellen mit unausgeglichener Ladung an einigen Zellen Spannungen angelegt werden könnten, die über der Spezifikation liegen.

Auch wenn Zellen unausgeglichen sind, wenn Zellen, die zuerst 3,8 V erreichen, auf 3,8 V spannungsbegrenzt werden, beginnt ihre Stromaufnahme normalerweise zu sinken und verhindert, dass Zellen mit niedrigerer Spannung korrekt geladen werden. Das Wiederholen dieses schnellen Ladevorgangs ohne Zellausgleich kann das Ungleichgewicht beim Radfahren erhöhen.

Bestimmung der Zelleigenschaften - Einzelzelltest:

Bedingungen:

• Vollständig entladene Zelle - Vcell ~= 1,6 V
  (wesentlich für das richtige Verständnis).

• 15 Minuten Ladezeit

• Zellentemperatur überwacht

• Umgebungstemperatur x <= T <= y und idealerweise 20-30 C

• Versorgung eingestellt auf Vmax = 3,8 V, Imax = 10 A, dh

  wenn die Last < 10 A ist, dann ist Vout = 3,8 V und

  Wenn die Last einen niedrigeren Widerstand als R = V / I = 3,8 / 10 = 0,38 Ohm hat,
  dann ist I = 10 A und Vout = was auch immer gezogen wird.

Was ich erwarten würde, ist:

Strom anfänglich = 10 A und Vcell anfänglich etwas über dem Startwert von 1,6 V aufgrund des internen IR-Abfalls und der Spannung, die vom Anfangswert ansteigt.

Für ungefähr 10 bis 12 Minuten bleibt Ichg auf 10 A (begrenzt durch die Versorgung) und Vcell steigt und < 3,8 V.

In einem Bereich von ungefähr 10 bis 12 Minuten erreicht Vcell 3,8 V.
Die Zelle ist jetzt zu etwa 70 % bis 80 % aufgeladen.
Das Netzteil geht jetzt in den CV-Modus, der durch die Einstellung des Netzteils begrenzt ist.

Ichg wird nun wahrscheinlich beginnen zu fallen, gesteuert durch zellinterne Prozesse.
Der höchste Eingangsfall Ichg bleibt durchgehend bei 10 A und der Gesamteingang beträgt
10 A x 1/4 Stunde = 2,5 Ah. Da die Zellenkapazität nominell 2,3 Ah beträgt und die Stromausbeute (aber nicht die Energieeffizienz) beim Laden normalerweise über 99 % liegt, ist eine volle 2,5-Ah-Ladung sehr unwahrscheinlich. Wahrscheinlicher ist, dass Ichg von 10 A auf einen niedrigeren Wert abfällt, sodass die geladene Kapazität jetzt >= 96 % des Maximums beträgt (gemäß dem A123-Blatt „ordnungsgemäßer Betrieb“ ).

Die Zellentemperatur wird aufgrund der internen Widerstandsheizung zwangsläufig etwas ansteigen. Er kann erheblich steigen und der Zyklus müsste beendet werden, aber dies dürfte in den meisten Fällen unwahrscheinlich sein.

Laden aus nicht vollständig entladenem Zustand:

Sobald Sie gesehen haben, wie sich VI im obigen Test mit der Zeit ändert, beginnend mit einer vollständigen Entladung, können Sie sehen, was eine einzelne Zelle tut, wenn sie mit einer teilweisen Ladung beginnt. Von besonderem Interesse ist es, ab einer Ladung von beispielsweise 5 % und 10 % zu beginnen, da dies einen Hinweis darauf gibt, was eine Zelle tun wird, wenn sie Vcell = 3,8 V erreicht, während andere Zellen einen niedrigeren Ladezustand aufweisen.

Was ich erwarten würde, ist, dass bis nahe Vcell = 3,8 V kein Unterschied beobachtet wird (da die Versorgung strombegrenzend ist), aber bevor 3,8 V erreicht werden, kann die Zelle versuchen, weniger als 10 A zu akzeptieren, was sie nicht kann also unter CC-Bedingungen, so dass Vcell über den letzten Teil der CC-Rampe schneller in Richtung 3,8 V ansteigen wird. Jetzt wurden 3,8 V früher im Zyklus erreicht.
Ein wichtiger Punkt ist jetzt erreicht – in dieser Testsituation mit einer Zelle WIRD die Zelle bei 3,8 V liegen, da die Versorgung Vmax begrenzt ist. Wenn jedoch in einer String-Situation 3,8 V pro Zelle von einem CV-System bereitgestellt wurden und andere Zellen immer noch weniger als 3,8 V aufweisen und wenn z. B. 10 A CC angelegt werden, steigt die Zellenspannung ohne weitere Eingriffe auf > 3,8 V. Wenn mehrere Zellen diesen Punkt ungefähr zur gleichen Zeit erreichen, kann nicht allzu viel Schaden angerichtet werden, aber in einem zB 15S-Strang wird die Zelle, die zuerst 3,8 V erreicht, auf über 3,8 V und möglicherweise auf > 4,2 V und gedrückt Katastrophe.
Hier ist ein BMS pro Zelle von entscheidender Bedeutung. Vcell muss vom BMS auf 3,8 V begrenzt werden, wenn nichts anderes dies tut. An 3,8 V (afaik) ist nichts Besonderes im Vergleich zu beispielsweise 3,85 V oder sogar 3,9 V. Wenn also ein BMS auf 3,85 V pro Zelle und die Stringspannung auf Vmax = Ncells x 3,8 V + Lead Vdrop + Verbindungen eingestellt wäre Vdrop sollte dann alles gut genug sein.
Ein vereinfachtes BMS könnte den Strom einfach um eine Zelle leiten, wenn Vmax erreicht ist.
Komplexere Schemata können verwendet werden.

Mehrere Zellen in Serienzeichenfolge.

Sobald Sie wissen, wie sich eine einzelne Zelle oben verhält, sollten Sie in der Lage sein, vernünftig vorherzusagen, wie sich ein String unter Icc <= 10 A, Vmax = N x 3,8 V-Bedingungen verhält. Es ist offensichtlich, dass, wenn Zellen auf 3,8 V geklemmt werden UND keine 10 A akzeptieren (was bedeutet, dass ihr effektiver Widerstand steigen muss), der gesamte Strang auf < 10 A strombegrenzt ist.

Es ist auch sehr wahrscheinlich, dass, wenn eine anfänglich ungeladene Zelle 10 A bei einer beliebigen Spannung unter 3,8 V akzeptiert, Ihr System mit Imax = 10 A und Vmax = N x 3,8 V wahrscheinlich einige Zellen auf über 3,8 V treibt.

Es ist wahrscheinlich, dass Ihnen die Durchführung der oben genannten Tests genügend Einblicke gibt, um zu verstehen, was mit Ihrem Mehrzellenladen passiert.
Wie oben sind die wichtigsten Punkte: Der Übergang der Zellen von CC zu CV zu unterschiedlichen Zeiten und die Auswirkungen auf einzelne Zellenspannungen und -ströme sowie die Sicherstellung, dass alle Zellen niemals die Nennwerte überschreiten.

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Überwachung der Mehrzellenspannung:

Das Ideal ist ein Überwachungssystem pro Zelle mit digitalem Ausgang, der in Echtzeit in einen Computer eingegeben wird, der entsprechend analysieren und berichten kann.
Ein billiges (im Vergleich zu anderen Kosten) und nahezu paralleles Input-Gehirnverarbeitungssystem ist die Verwendung eines Pro-Zellen-Spannungsmonitors mit Anzeige. Analog und digital haben beide ihren Platz in solchen Systemen, aber ein kostengünstiges autarkes System ist möglich, indem handelsübliche autarke digitale Spannungsmesser verwendet werden, die von verschiedenen asiatischen Quellen erhältlich sind.

Sie können batteriebetriebene 2-Draht-Messgeräte kaufen, die z. B. mit 3 V bis 30 V betrieben werden, für typischerweise 1,20 bis 1,50 US-Dollar, jeweils mit 3-stelliger LED-Anzeige und selbst kalibrierbarer Genauigkeit.
Dies ist nur ein Beispiel ohne Empfehlungsabsicht. Beachten Sie, dass in der Überschrift mindestens 3 V und im Text mindestens 2,5 V angegeben sind. JMMV :-).

Bild von obiger Seite:

Sie können auch 3-Draht-Eingangsversionen mit 0-99,9 V (3-stellig) V-Messung und zB 3-28 V Stromversorgungseingängen erhalten. Diese sind mit Vin, V+_supply, gemeinsamen Anschlüssen versehen und wenn Vsupply_min unter der zu messenden Spannung liegt, kann Vsupply von 1 Batterie weiter oben im Strang erhalten werden. Dies ist weniger praktisch, erhöht die Wahrscheinlichkeit einer feurigen oder stillen oder magischen Katastrophe des Rauchmessers, wenn Sie es falsch machen, etwas mehr, ermöglicht jedoch einen echten Eingangsbereich von 0 bis xx Volt.

Ali Express 3-Leiter-Messgerät - WIEDER nur Beispiel.

Bild von obiger Seite:

Beide Anordnungen belasten die zu messenden Zellen mit einer geringen Strombelastung, die jedoch weit unter den fraglichen Strömen liegt und möglicherweise vernachlässigt oder berücksichtigt werden kann. Da die Messgeräte immer Strom ziehen, wenn sie angeschlossen sind, ist die beste Anordnung wahrscheinlich ein mehrzelliger Stecker, der an das BMS angeschlossen ist – entweder das BMS schaltet die Stromversorgung aus oder der Stecker des Messgeräts wird gezogen.

Eine Million Meter - viele andere Suchen möglich. Zähler mit Strom und Spannung sind ebenfalls erhältlich. Ali Express - VIELE Voltmeter

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Anmerkungen:

Für das normale Laden von LiFePO4 CCCV ist I_cc das, was der Hersteller sagt, und V_CV beträgt normalerweise etwa 3,6 V. Das CCCV-Ladesystem ähnelt dann dem für LiIon (aber bei niedrigeren Spannungen pro Zelle), wobei die Ladebeendigung endet, wenn der zellenbestimmte und abnehmende CV-Ladestrom unter einen bestimmten Prozentsatz von Ichg_max fällt. Ladeschlussströme von 10 %, 25 % und 50 % sind bei LiIon üblich und ähnliches funktioniert wahrscheinlich auch bei LiFePO4, - höhere % sind immer schonender für die Batterie.

Mit LiIon:
Das Beenden des Ladevorgangs bei I_chg = 10 % von Ichg_max ist ein „Road Warrior“-Modus, die Batterie erreicht die MAXimale Ladung und wird in relativ wenigen Zyklen zu Tode geschlagen.
Das Beenden des Ladevorgangs bei I_chg = 50 % von Ichg_max ist ein „schöner und sanfter“ Modus, der Akku erreicht eine etwas geringere Ladung als im RW-Modus (vielleicht 90 %), aber die gesamten Lebenszyklen und die gespeicherten und abgerufenen Brutto-mAh sind wesentlich höher.
Das Beenden des Ladevorgangs bei I_chg = 25 % von Ichg_max liegt offensichtlich zwischen den beiden oben genannten Modi. Wahrscheinlich enthusiastischer und schädlicher, als die meisten Menschen wirklich brauchen.

Mit LiIon ist V_chg max ~= Vterminal_V_chgd und liegt sehr nahe an der sicheren Obergrenze für eine Li-basierte Zelle. LiFePO4
hat jedoch eine Endklemmenspannung von 3,6 V, KANN jedoch über kurze Zeiträume bei höheren Spannungen geladen werden, bei denen 3,6 V < Vchg < 4,2 V.

A123 empfiehlt 3,8 V für schnelles Laden, 3,85 V max "normal" und 4,2 V absolutes Maximum.

Aus der verlinkten Anleitung:

Laden Sie die Zelle mit dem maximalen Dauerladestrom auf, bis die maximal empfohlene Ladespannung erreicht ist. Wenden Sie eine konstante Spannung an, die bei der maximal empfohlenen Zellenspannung gehalten wird, bis die Gesamtladezeit die Schnellladezeit erreicht.

Und

Maximal empfohlene Ladespannung: 3,8

So

1. Laden Sie bei 10 A auf, bis die Zelle 3,8 V erreicht (oder 57 V, nicht 54 V für den String).
2. Schalten Sie dann für die restlichen 10 Minuten auf CV bei 57 V um.
3. Dann abschalten.

Und beachten Sie die Vorsichtsmaßnahmen bezüglich der Temperatur während dieses Vorgangs.

Sie können dies tun, indem Sie den Ausgang eines Labornetzteils auf 57 V und seine Strombegrenzung auf 10 A einstellen.

Beachten Sie auch, dass 57 V an den Batterieklemmen gemessen werden müssen, nicht an den Netzteilklemmen. Wenn Ihr Netzteil über Remote Sensing verfügt, verwenden Sie es. Drehen Sie die Spannung nicht einfach über 57 V bei 10 A, denn wenn der Strom unter 10 A fällt, werden Sie die Zellen überspannen.

Und schließlich sind sie ein wenig schüchtern darüber, wie die Batterielebensdauer unter 10-A-Ladung leidet, aber die Grafik auf dem Datenblatt deutet darauf hin, dass die Lebensdauer durch höhere Temperaturen und höheren Lade-Entladestrom verkürzt wird.

Und abschließend: Während diese Antwort davon ausgeht, dass das BMS in der Lage wäre, den Ausgleich zwischen einzelnen Zellen zu handhaben, äußert Russell Zweifel daran und bekräftigt nachdrücklich die Warnungen vor einer Überschreitung der Zellentemperatur. Seine ausführlichen Kommentare sind wertvoll und ich hoffe, dass sie in eine gründlichere Antwort einfließen werden.