Что означает плавающая зарядка для литиевых аккумуляторов?

Плавающая зарядка — это метод поддержания заряда, используемый для поддержания аккумулятора на уровне или близком к нему после полной зарядки. Хотя его обычно ассоциируют со свинцово-кислотными аккумуляторами, его применение к литиевым аккумуляторам имеет свои нюансы и требует тщательной реализации.

Ключевые выводы

• Плавающая зарядка поддерживает литиевые батареи на оптимальном уровне заряда. Она предотвращает перезарядку и помогает батарее служить дольше.

• Правильное напряжение плавания очень важно. Оно должно быть немного ниже максимального напряжения зарядки, чтобы оставаться безопасным и работать хорошо.

• Правильные привычки в процессе подзарядки, такие как выбор правильного зарядного устройства и контроль нагрева , могут улучшить работу аккумуляторов и продлить срок их службы.

Часть 1: Понимание процесса плавающей зарядки литиевых аккумуляторов

1.1 Что означает плавающая зарядка для литиевых аккумуляторов?

Плавающая зарядка — это специализированный метод, разработанный для поддержания литиевых аккумуляторов на оптимальном уровне заряда без перезарядки или стресса. Этот метод подразумевает применение постоянного напряжения, известного как плавающее напряжение, которое немного ниже максимального напряжения зарядки. Таким образом, он обеспечивает полную зарядку аккумулятора, защищая его внутренние компоненты от повреждений.

Определение : Фаза зарядки при низком напряжении и слабом токе, которая компенсирует саморазряд и поддерживает уровень заряда аккумулятора (SOC) на уровне ~95–100%.

Цель : обеспечить постоянную готовность аккумуляторов к использованию в критически важных системах (например, в качестве аварийного резервного питания) без частых циклов подзарядки.

Переход после полной зарядки :

После достижения 100% SOC зарядное устройство переключается из режима постоянного тока (CC) в режим постоянного напряжения (CV).

Напряжение немного снижено (например, 3,45–3,5 В/элемент для LiFePO₄, 3,8–3,9 В/элемент для NMC), чтобы избежать перезарядки.

Источник микротока :

Небольшой ток (например, от C/100 до C/50, где C = емкость аккумулятора) компенсирует саморазряд (~1–3% в месяц).

1.2 Почему плавающая зарядка важна для литиевых аккумуляторов?

Плавающая зарядка для литиевых аккумуляторов менее критична, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов , но она все еще играет роль в определенных приложениях, где поддержание почти полного состояния заряда (SOC) имеет важное значение. Ее важность зависит от баланса преимуществ и рисков, поскольку неправильное использование может повредить литиевые аккумуляторы.

• Компенсация саморазряда в критических системах

  Низкий, но ненулевой саморазряд : литиевые батареи саморазряжаются со скоростью ~1–3% в месяц. В системах, требующих мгновенной готовности, даже незначительная потеря емкости может поставить под угрозу надежность. Плавающая зарядка гарантирует, что батарея остается на уровне 95–100% SOC.

• Стабильность в прерывистых энергетических системах

  Аккумуляторы солнечной/ветровой энергии: Системы возобновляемой энергии испытывают нерегулярные циклы зарядки. Плавающая зарядка помогает стабилизировать SOC в периоды низкой генерации, избегая глубоких разрядов, которые разрушают литиевые батареи.

• Продление оперативной готовности

  Военные/ медицинские приборы : оборудование, используемое спорадически, но требующее полной мощности по требованию (например, дефибрилляторы, полевые датчики), выигрывает от плавающей зарядки для поддержания готовности без частой ручной подзарядки.

Часть 2: Технические аспекты плавающей зарядки

2.1 Как работает плавающая зарядка литиевых аккумуляторов

Плавающий заряд работает, поддерживая низкий ток и напряжение после того, как литиевая батарея достигает полной зарядки. Этот процесс гарантирует, что батарея остается в оптимальном состоянии заряда без перезаряда или чрезмерной разрядки. Применяя постоянное плавающее напряжение, внутренние компоненты батареи защищены от стресса, что увеличивает срок ее службы. Для литий-ионных батарей этот метод особенно эффективен в приложениях, требующих непрерывного питания, таких как промышленные системы или установки хранения энергии.

Однако поддержание литий-ионного аккумулятора при полном напряжении в течение длительного времени может привести к деградации. Исследования показывают, что длительное воздействие пикового заряда может привести к образованию металлического литиевого покрытия, что ставит под угрозу безопасность и производительность. Чтобы смягчить это, плавающая зарядка минимизирует время, в течение которого аккумулятор остается максимально заряженным, обеспечивая как безопасность, так и эффективность.

2.2 Риски плавающей зарядки литиевых аккумуляторов

Ускоренная деградация :

Длительный 100% SOC нагружает анод, утолщает слой SEI (твердоэлектролитный межфазный слой) и сокращает срок службы. Непрерывная плавающая зарядка может привести к потере ~10–20% годовой емкости.

Угрозы безопасности :

Перенапряжение или высокие температуры могут вызвать появление литиевых дендритов, что приведет к внутренним коротким замыканиям или тепловому пробою .

Не требуется для большинства случаев использования :

В потребительских устройствах (телефонах, ноутбуках) используется «прекращение заряда», чтобы избежать плавающего заряда, поскольку саморазряд незначителен.

2.3 Когда следует избегать плавающей зарядки

Напряжение плавающего заряда является критически важным параметром для поддержания литиевых батарей в полностью заряженном состоянии. Его необходимо точно устанавливать на основе химии батареи, температуры и применения. Неправильное напряжение плавающего заряда ускоряет старение или создает риски для безопасности.

Часть 3: Требования к напряжению подзаряда для литиевых батарей

3.1 Диапазоны напряжения подзаряда для различных литиевых батарей

3.2 Основные принципы настройки напряжения подзарядки

• Избегайте перезарядки :

  Напряжение плавающего заряда должно быть ниже напряжения отключения полного заряда (например, ≤3,9 В для NMC с отключением 4,2 В).

  Избыточное напряжение приводит к чрезмерному скоплению ионов лития в аноде, разложению электролита и росту дендритов.

• Компенсация саморазряда :

  Напряжение подзаряда должно немного превышать напряжение холостого хода аккумулятора (OCV), чтобы компенсировать саморазряд (например, 3,4 В для LiFePO₄ с OCV 3,2–3,3 В).

• Температурная компенсация :

  Высокие температуры : уменьшайте напряжение подзаряда на 3–5 мВ на каждый 1°C повышения температуры, чтобы предотвратить тепловой пробой.

  Низкие температуры : не допускайте подзарядки при температуре ниже 0°C из-за повышенного риска литирования.

3.3 Требования к точности напряжения подзаряда и конструкция системы

Требования к точности

Допуск : ±0,05 В (свинцово-кислотные аккумуляторы допускают ±0,1 В).

Причина : Литиевые батареи чувствительны к перенапряжению. Превышение пределов может вызвать:

LiFePO₄ : утолщение слоя SEI и снижение емкости.

NMC/NCA : Литиевое металлическое покрытие, приводящее к коротким замыканиям или тепловому пробою.

Проектирование системы

Роль BMS (системы управления аккумуляторными батареями) :

Контролирует напряжение ячеек в режиме реального времени, динамически регулирует напряжение подзаряда и предотвращает дисбаланс напряжения.

Отключает функцию плавающей зарядки при перегреве или перенапряжении.

Балансировка многоэлементных батарей :

Обеспечьте равномерное напряжение ячеек в последовательно соединенных пакетах (например, для пакетов LiFePO₄ напряжением 12 В требуется 3,4 В на ячейку).

3.4 Когда следует избегать плавающей зарядки

Потребительская электроника : для телефонов, ноутбуков и электромобилей приоритет отдается сроку службы, а не готовности; лучше использовать частичную зарядку (20–80% SOC).

Высокотемпературная среда : Высокая температура увеличивает риски для литиевых аккумуляторов во время подзарядки.

Некритические системы : устройства, которые используются нечасто, не требуют подзарядки.

Плавающая зарядка литиевых аккумуляторов играет важную роль в поддержании работоспособности аккумуляторов и обеспечении эксплуатационной готовности. Следуя передовым методам, вы можете оптимизировать производительность, сократить расходы и повысить безопасность в критически важных приложениях, таких как промышленные системы и системы хранения энергии.

Часто задаваемые вопросы

1. Как определить правильное напряжение подзаряда для литиевых аккумуляторных батарей?

Вам следует ознакомиться со спецификациями производителя аккумулятора. Например, для оптимальной производительности литиевых аккумуляторов LiFePO4 обычно требуется напряжение подзаряда 3,35–3,45 В на ячейку.

Совет: для получения профессиональных рекомендаций по правильному напряжению подзарядки для литиевых аккумуляторных батарей посетите сайт Large Power .

2. Может ли плавающая зарядка со временем повредить литиевые аккумуляторы?

Нет, плавающая зарядка предотвращает перезарядку, поддерживая стабильное напряжение. Однако необходимо контролировать напряжение и температуру, чтобы избежать потенциальной деградации или рисков для безопасности.

3. Подходит ли метод плавающей зарядки для всех типов литиевых аккумуляторов?

Да, но напряжение плавающего заряда зависит от химии. Например, литиевые батареи NMC требуют 3,8–3,9 В на ячейку, а литиевые батареи LiFePO4 требуют 3,35–3,45 В на ячейку.