etapy ładowania akumulatorów lifepo4
– Akumulatory LiFePO₄ ładuje się w algorytmie CC-CV, zwykle z trzema (do pięciu) sekwencyjnymi fazami:
Kluczowe punkty
• Napięcie graniczne CV: 3,45-3,65 V / ogniwo (typ. 3,60 V).
• Prąd CC: 0,2 C – 1 C (zalecane 0,5 C).
• Prąd zakończenia: 0,02 C – 0,05 C.
• Brak klasycznego „float” jak w Pb; długotrwałe 3,60 V / celę skraca żywotność.
• Uruchamiany, gdy napięcie ogniwa \(U_{\text{cell}}<2,5\text{ V}\).
• Prąd ograniczony do ≤ 0,1 C, do chwili osiągnięcia ≈ 2,8 V.
• Chroni przed gwałtownym prądem i zjawiskiem miedziowych dendrytów.
• Ładowarka wymusza stały prąd \(I_{\text{CC}}\). Typowe zakresy:
– długowieczność: 0,2 C…0,3 C,
– standard: 0,5 C,
– szybkie ładowanie (ogniwa EV): do 1 C.
• Wraz ze wzrostem SOC napięcie rośnie do wartości progowej \(U_{\text{CV}}\).
• Faza dostarcza ~ 80 – 90 % energii.
• Napięcie utrzymywane na poziomie \(U_{\text{CV}}=3,45!-!3,65\text{ V}\) / cellę (14,4 – 14,6 V dla 4 S).
• Prąd maleje wykładniczo.
• Zakończenie, gdy \(I \le I_{\text{term}}\approx0,03\text{C}\) (np. 3 A dla 100 Ah).
• Realizowane przez BMS pasywny (rezystorowy) lub aktywny.
• Startuje zwykle powyżej ≈ 3,4 V / cellę i kontynuuje podczas fazy CV.
• Celem jest wyrównanie SoC; minimalizuje ryzyko prze- lub niedoładowania pojedynczych ogniw.
• Większość producentów (A123, Eve, CATL) zaleca BRAK floatu powyżej 3,40 V / cellę.
• Dla aplikacji UPS/telekom dopuszcza się „bufer” 3,25–3,35 V / cellę (13,0–13,4 V dla 4S), prądy < 0,01 C.
• Ciągłe 3,60 V powoduje przyspieszoną degradację katody (LFP) i anodowe pęcznienie litu.
• OVP: 3,70 – 3,75 V / cellę → odłączenie.
• UVP: 2,0 V / cellę.
• OCP ładowania: 1,5 C typ.; rozładowania: 2-3 C.
• Zakres temperatur ładowania: 0 – 45 °C (niektóre ogniwa z podgrzewaniem do -20 °C).
• Nowe ogniwa LFP 2023-24 (np. EVE LF304) umożliwiają 1,5 C charge przy kontrolowanej temp.
• Coraz powszechniejsze BMS-y aktywne 3-5 A redukują czas balansowania.
• Systemy on-board-charger EV implementują ładowanie adaptacyjne: obniżają \(U_{\text{CV}}\) do 3,45 V w cyklach poniżej 100 % SoC, wydłużając żywotność do 8 000 cykli.
• Standardy megawatowe (MCS) przy EV-truckach wprowadzają w 2024 r. profile 2 C z aktywnym chłodzeniem.
• CC-CV jest praktycznie odwrotnością rozładowania: napięcie plateau ≈ 3,3 V powoduje, że przy 90 % SoC napięcie rośnie bardzo szybko – stąd konieczność fazy CV, by uniknąć przeładowania.
• Odłączenie ładowarki, gdy \(I_{\text{term}}\) osiągnie próg, zapobiega efektowi „trickle-stress”.
• Porównanie do Pb-acid: brak potrzeby absorpcji gazów, zerowy memory-effect, ~ 5× większa sprawność ładowania.
• Transport wg UN 38.3; certyfikat MSDS wymagany powyżej 100 Wh.
• Recykling LFP – mniejszy ślad środowiskowy (brak kobaltu i niklu), ale odzysk Li i Fe nadal ekonomicznie marginalny.
• W projektach zasilania awaryjnego należy spełnić IEC 62619 (bezpieczeństwo akumulatorów litowych do zastosowań stacjonarnych).
• Używaj dedykowanych ładowarek lub programowalnych z profilem „LiFePO₄ CCCV, brak float”.
• Koryguj \(U_{\text{CV}}\) o -4 mV/°C (dla temperatur < 25 °C) – zalecenia producentów ogniw do pracy w chłodzie.
• Testuj pakiet pod obciążeniem 0,5 C po 10 cyklach – wczesne wykrycie ogniw odstających > 20 mV.
• Jeśli system przewiduje float, ustaw 13,2 V; regularnie (co 30 dni) wykonuj cykl formatowy do 14,4 V aby zbalansować pakiet.
• Wewnętrzna rezystancja ogniw rośnie z wiekiem; algorytm ładowania adaptacyjnego powinien aktualizować \(I_{\text{term}}\).
• Ładowanie przy <-10 °C bez podgrzewania grozi platingiem litu – nieodwracalna utrata pojemności.
• Float przy 3,4 V/ogniwo jest nadal przedmiotem dyskusji; część producentów telekom dopuszcza, producenci ogniw zastrzegają, że skraca cykl-life ~ 10 %.
• Aktywne balansowanie kondensatorowo-indukcyjne > 10 A – redukcja różnic SoC poniżej 1 % w 5 min.
• Implementacja modeli EIS (electro-impedance spectroscopy) w BMS do prognozy SOH on-line.
• Wpływ długotrwałego float 13,2 V na kinetykę litową – potrzebne testy > 5 lat.
Ładowanie LiFePO₄ to przede wszystkim algorytm CCCV: stały prąd do 3,45-3,65 V / cellę, następnie stałe napięcie do spadku prądu końcowego. Pre-charge i balansowanie poprawiają bezpieczeństwo, a klasyczne „float” stosuje się tylko w wyjątkowych zastosowaniach buforowych, przy znacząco obniżonym napięciu. Przestrzeganie tych reguł, kontrola temperatury i prawidłowy BMS gwarantują żywotność sięgającą 4 000 – 6 000 cykli.
