Kupuję akumulator LiFePO4 – czyli kolejna zima w kamperze

Zima w kamperze, to nie tylko niska temperatura, ale i dużo mniejsze nasłonecznienie. Nauczony więc doświadczeniem z poprzedniego sezonu zimowego (pierwszego z niemal całkowitą pracą zdalną) postanowiłem się nieco lepiej do niego przygotować. W tym celu postanowiłem zainteresować się ponownie akumulatorami wykonanymi w technologii litowo-żelazowo-fosforanowej i zakupić akumulator LiFePO4 100Ah marki Volt Polska.

Akumulatory wykonane w tej technologii to żadna nowość, ale dopiero ze spadkiem cen zauważa się zwiększone zainteresowanie tym rozwiązaniem w turystyce. Dlaczego? Jakie są zalety (i wady) tego rozwiązania?

LiFePO4 – co to jest? O co z tym chodzi?

Akumulator LiFePO4 ma bardzo wiele zalet. Począwszy od niskiej wagi, po spory prąd ładowania (nie mylić z prądem rozładowania, bo to niestety dla niektórych minus). Najłatwiej jednak będzie wszystko opisać na konkretnym przykładzie akumulatora, który zakupiłem. Jest to bateria firmy Volt o pojemności 100Ah (strona producenta):

• Napięcie nominalne: 12,8V
• Pojemność znamionowa: 100Ah
• Max prąd rozładowania: 100A
• Wysokość: 214mm +- 3%
• Szerokość: 172mm +- 3%
• Długość: 329mm +- 3%
• Waga: 13kg +- 5%
• Żywotność: 2000 cykli (100% DOD)
• Typ złącza: M8
• Max napięcie ładowania: 14,6V
• Napięcie odcięcia: 10V
• Prąd ładowania: 50A
• Ochrona BMS: Przeładowania, rozładowanie, zwarcie, temperatura
• Temperatura rozładowania: -20 st.C do 60 st.C
• Temperatura ładowania: 0 st.C do 45 st.C
• Łączenie szeregowe i równoległe: Maksymalnie 4P4S

Napięcie nominalne

Napięcie nominalne tego akumulatora wynosi 12,8V. Zwykłe akumulatory mają napięcie znamionowe 12V. Czy ta różnica jest znacząca? Okazuje się, że owszem, ma ona znaczenie niebagatelne! Akumulator ten bowiem w szerszym zakresie pracy utrzymuje swoje napięcie na stosunkowo wysokim poziomie. To powoduje, że jakiekolwiek układy zabezpieczające przed zbyt niskim rozładowaniem później zareagują, a więc pozwolą wyciągnąć z akumulatora więcej energii.

Być może pamiętacie jeszcze ze szkoły (albo i nie, bo kto wtedy tego słuchał), że napięcie spada wraz z obciążeniem. Jeśli zatem podłączymy do akumulatora odbiorniki (ładowarka telefonu, laptopa, monitor/TV, przetwornica 230V, jakaś lodówka, pompa wody, wentylator … etc.), to napięcie na akumulatorze się obniży. Niektóre przetwornice napięcia mogą wręcz odmówić współpracy, ponieważ już podczas ich uruchamiania napięcie na zasilaniu spadnie tak mocno, że będą uznawały akumulator za rozładowany. Zatem utrzymywanie wyższego napięcia pozwala korzystać z większej ilości zgromadzonego w akumulatorze prądu.

O ile w akumulatorach standardowych (mowa o kwasowych, żelowych i AGM) wczesne odcięcie odbiorników jest działaniem stosunkowo pożądanym (większa żywotność – ilość cykli*), o tyle w akumulatorach litowo-żelazowo-fosforanowych nie ma większego sensu. Akumulator LiFePO4 ma bowiem ilość cykli na poziomie nawet kilku tysięcy (2-3 tys.) i jest ona dużo wyższa w porównaniu do zwykłych akumulatorów kwasowych (300-500).

Co więcej, nawet po tych kilku tysiącach cykli producenci zazwyczaj gwarantują spadek wydajności nie większy niż do 80% pojemności nominalnej. Mimo to, warto oczywiście nie ładować ich “pod korek” i nie rozładowywać do “zera” (“zero” oznacza zazwyczaj napięcie odcięcia na poziomie 10V), a raczej utrzymywać w zakresie 20-80% pojemności. Podobnie jak to się ma z akumulatorami w urządzeniach elektronicznych codziennego użytku (tj. telefony, laptopy, smartwatche, elektryczne szczoteczki do zębów) z wbudowanymi akumulatorami wykonanymi w technologii litowej. Zaczynamy tutaj jednak wchodzić na temat ładowania akumulatora wykonanego w technologii LiFePO4, a o tym zamierzam napisać więcej nieco dalej.

Waga

Niska waga, to jeden z największych plusów tego akumulatora. Dlaczego? Po pierwsze, każdy kilogram wagi w kamperze ma znaczenie. Nawet w moim przypadku. Co prawda mieszkam sam, ale za to mam w kamperze cały dom. Nie inaczej ma się sytuacja na przykład w przypadku rodzinki (4 osoby) podróżującej na południe Europy. W wielu krajach kary za przekroczenie wagi auta są bardzo dotkliwe. Tu naprawdę liczy się każdy kilogram.

Dodatkowym plusem jest to, że w podbramkowych sytuacjach mogę wziąć pod pachę akumulator z ładowarką i pójść go naładować lub nawet dać taki zestaw komuś do naładowania. Nie muszę podłączać całego kampera do prądu. A jeśli w przyszłości będę chciał rozbudować system, to mogę w miejsce moich akumulatorów żelowych zakupić jeszcze trzy, a nawet cztery takie akumulatory.

Wysoki prąd ładowania

Fakt, że można ten akumulator ładować prądem o natężeniu 50A sprawia, że od zera do 100 procent można go naładować w dwie godziny (100Ah/50A=2). Oczywiście tak szybkie ładowanie nie jest do końca wskazane, ale… można. I to jest najważniejsze. Dlaczego jest to tak istotne z punktu widzenia mieszkania w kamperze? Ładowanie akumulatora w krótszym czasie pozwala zimą krócej korzystać z agregatu, a latem – krócej stać na słońcu. Dlaczego jest to istotne chyba nie trzeba nikomu szczegółowo tłumaczyć.

LiFePO4 – czym to ładować?

Podaję odpowiedź: czymkolwiek. 🙂 To oczywiście żart. Faktycznie jednak nie należy się obawiać ich ładowania pod warunkiem spełnienia pewnych warunków. Wbrew temu, co wypisują sprzedawcy, nie trzeba od razu inwestować w “specjalne” ładowarki. Akumulator da się naładować niemal dowolną ładowarką. Przetestowałem, sprawdziłem. Co prawda bez dedykowanej ładowarki ciężej będzie nam wykorzystać pełne parametry ładowania tego akumulatora, ale – da się! Jeżeli ktoś się obawia, że po zakupie akumulatora LiFePO4 będzie musiał przerabiać całą instalację lub inwestować w drogie (bardzo!) ładowarki DC-DC, to jest to zupełnie niepotrzebne. Akumulator ten należy ładować stałym napięciem i natężeniem (CV – Constant Voltage / CC – Constant Current). Za proces kontroli ładowania (i rozładowania) odpowiada BMS (Battery Management System). Te akumulatory są więc dość “inteligentne” pod tym względem i mają wbudowane solidne zabezpieczenia.

Ładowanie akumulatorów w kamperze może odbywać się na trzy sposoby:

• fotowoltaika (panele słoneczne)
• alternator samochodu
• sieć

Fotowoltaika

Za ładowanie z paneli słonecznych odpowiada regulator i tutaj nie ma się za bardzo o czym rozpisywać, wystarczy wybrać odpowiedni typ akumulatora w ustawieniach. Prosta sytuacja jest również przy ładowaniu z sieci – wystarczy spełnić odpowiednie parametry. Jak pokazują nie tylko moje doświadczenia, ale również wiele artykułów wystarczy dobrać ładowarkę do parametrów akumulatora. Jeśli posiadasz ładowarkę do akumulatorów typu żel/AGM (ładowanie do napięcia maksymalnie 14,6V), to spełni ona swoje zadanie. Trzeba jednak zwrócić uwagę, że taki akumulator nie naładuje się zbyt szybko (i dobrze!). Czas ładowania będzie zbliżony do ładowania akumulatora żelowego czy właśnie AGM. No, może nieco szybszy, ponieważ praktycznie do samego końca procesu ładowania, akumulator LiFePO4 przyjmuje niemal pełen dostarczany prąd. Tutaj mała uwaga, nawet jeśli nie mamy urządzenia ładującego do 14,6V, to nic złego. Ładowanie np. do 14,2V spokojnie naładuje go w wystarczającym zakresie, ale nie “pod korek”, czyli pomoże nam jeszcze wydłużyć jego żywotność.

Alternator

Nieco większe problemy mogą pojawić się podczas ładowania z alternatora. Dlaczego? Ponieważ alternator w żaden sposób nie ogranicza prądu. Jeśli mamy alternator, który może dać 95A, a akumulator może przyjąć maksymalnie 50A, to nie możemy połączyć go bezpośrednio. Jeśli mamy mniejszy alternator (np. 50A), to nasz problem również nie pozostanie rozwiązany. Z informacji pozyskanych na różnych stronach i forach internetowych wynika, że alternator nie powinien pracować przez długi czas w swojej maksymalnej mocy. Warto cały czas mieć na uwadze, że ładowanie i rozładowywanie baterii do skrajnych wartości nie jest obligatoryjne. Nie trzeba wykonywać pełnych cykli. Nie trzeba czekać, aż się rozładują, aby je doładować. I tu ponownie wracamy do kwestii ładowania “pod korek”. Jeżeli alternator ładuje przy napięciu 14,2V, to też nie trzeba koniecznie tego podbijać do 14,6V. Warto jednak ograniczyć moc i w miarę możliwości ustabilizować nieco napięcie ładowania. Jak to uzyskać?

Zamiast inwestować w drogie ładowarki można zastosować zwykłą przetwornicę CV/CC. Takie urządzenia o przyzwoitych parametrach można dostać za kilkadziesiąt złotych (zakup przetwornicy 20A nie powinien przekroczyć 100 zł). Co więcej, takie rozwiązanie może nam zastąpić zarówno ładowarkę DC-DC, jak i ładowarkę sieciową – wystarczy, że zaopatrzymy się np. w zasilacz do listew LED, komputerowy, konsoli… itd., cokolwiek co daje stałe napięcie (DC) na wyjściu. Jak ja to rozwiązałem?

Ładowanie z sieci 230V

Otóż wykorzystałem stary zasilacz komputerowy 500W, który daje 12V i przy pomocy przetwornicy step-up 20A (z możliwością dostosowania prądu wyjściowego) podbiłem napięcie do 18V. Taki układ podłączyłem pod stary regulator PWM 20A (regulator przeznaczony do paneli słonecznych, który zastąpiłem w instalacji fotowoltaicznej regulatorem Epever Tracer 3210AN). Tym sposobem cały układ mogę zasilić z zasilacza komputerowego, alternatora, czy niemal dowolnego innego źródła napięcia stałego (DC) – w tym innego akumulatora.

Teoretycznie mógłbym w tym układzie pominąć regulator PWM ustawiając napięcie maksymalne na przetwornicy na poziomie 14,6V (lub nieco mniej np. 14,2V). Ale ponieważ miałem ten regulator pod ręką, a do tego pozwala on trzymać pewną kontrolę nad ładowaniem akumulatora, więc postanowiłem go wykorzystać. Nie jest to jednak must-have, więc jeżeli ktoś musiałby go dodatkowo kupować, to mija się to z celem.

Warto tutaj nadmienić, że ładowarka sieciowa o mocy 15A to wydatek około 300 zł, natomiast 30A, to już około 1000 zł. A przy tego typu urządzeniu mamy rozwiązaną jedynie kwestię ładowania z sieci (AC) 230V. Gdyby jeszcze dokupić ładowarkę DC-DC pod alternator, koszty rosną niebagatelnie. Do ładowania przy pomocy przetwornicy (20A za około 100 zł) wystarczy odkopać lub dokupić zasilacz np. 300-500W (stary komputer, konsola, zasilacz oświetlenia LED etc.).

Dlaczego warto zainwestować w dobre ładowanie z trzech źródeł? Bo szybciej naładujemy nasz akumulator. Jeśli bowiem mamy do dyspozycji załóżmy ładowarkę elektroniczną o mocy 5A oraz agregat, to taki agregat od zera do pełna będzie ładował nasz akumulator 20 godzin (100Ah / 5A = 20h)! Nie mówiąc o marnowaniu paliwa, bo przecież taki agregat pracuje w ten sposób, aby dać 500, 1000, czy nawet więcej watów. Wiem, że ja z zasilacza 500W też mógłbym wyciągnąć dwa razy więcej niż te 20A. I w sumie taki jest plan… 😉

I po co ta rzeźba?

Ktoś może powiedzieć, że to przerost formy nad treścią. Owszem. Można wydać kilkaset złotych, kilka tysięcy, mieć wszystko gotowe, z gwarancją… Ano można. Pewnie, że można. Ale po pierwsze, kosztowałoby to sporo więcej. Po drugie, budowanie tego samodzielnie dawało mi ogromną satysfakcję. Przypominanie sobie informacji, szukanie nowych, zdobywanie wiedzy teoretycznej i praktycznej, tego nie sposób oszacować i wycenić.

Zapewne zaraz znaleźliby się uszczypliwi twierdzący, że nic tak nie podbuduje mojej satysfakcji, jak puszczenie kampera z dymem… Czy jednak wydanie kilkuset złotych gwarantuje nam, że nie dojdzie do żadnej usterki? Szczerze mówiąc wolę coś zbudować samodzielnie w dużej metalowej obudowie komputerowej, zapewniając temu odpowiednie chłodzenie, niż zamontować przykręcając do drewnianej sklejki w niewentylowanej szafie regulator za kilkaset złotych. A właśnie takie montaże najczęściej widuję w kamperowych grupach. Ja zrobiłem coś sam, wiem jak to działa, mogę zlokalizować słabe ogniwa.

PLUSY	MINUSY
niska waga małe rozmiary “płaska” charakterystyka rozładowania szybki czas ładowania duża żywotność (ilość cykli) niskie samorozładowanie (również w niskich temperaturach)	mniejszy prąd rozładowania brak ładowania poniżej 0 stopni Celsjusza

Przypisy:

* Cykl – pełen cykl pracy odnosi się do pełnego naładowania, a następnie pełnego rozładowania akumulatora. Ilość cykli można wydłużyć poprzez niedoprowadzanie ani do pełnego naładowania, ani też krańcowego rozładowania.