Літій-залізо-фосфатні акумулятори (LiFePO4) на сьогодні вважаються одними з найбезпечніших. Багато брендів позиціюють його як джерело живлення, яке не вибухає, як літій-іонні (Li-ion) або літій-полімерні (Li-Po). Однак виробники попереджають, що при неправильній експлуатації LiFePO4 акумулятори легко і швидко займаються, стають причиною пожежі. Якщо ви придбали акумуляторну батарею LiFePO4 типу, то ви повинні знати, що її експлуатація можлива тільки в межах допустимої температури. Багато хто розуміє, що перегрів джерела живлення може призвести до пожежі. Але мало кому відомо, що коли мова йде про літій-залізо-фосфатний акумулятор, навіть його переохолодження може призвести до загоряння. Розглянемо, як правильно утеплити акумулятор LiFePO4, щоб підняти температуру до потрібного рівня, не перегріти його і щоб це було безпечно.
Для чого потрібно робити утеплення літій-залізо-фосфатного акумулятора
Користувачі, які вирішили вибрати акумулятор літій-залізо-фосфатного типу, напевно вже знають, що їх експлуатація і навіть пасивне зберігання при низькій температурі призведе до зменшення ємності, ресурсу і кількості циклів заряду-розряду. Простіше кажучи – він прослужить менше, ніж заявлено виробником, якщо буде на холоді. Але насправді – це не найгірше і найстрашніше, що може бути.
Коли температура літій-залізо-фосфатного акумулятора знижується, в його комірках починають рости дендрити – утворення, які променями поширюються в усі боки. Цей процес називається літіруванням. При тривалому впливі холоду дендрити збільшуються і проколюють діелектрик, який відокремлює шари заліза, літію, фосфору. В результаті речовини, які повинні бути електрично ізольовані одна від одної, змішуються.
Коли в електротехніці змішується те, що повинно бути ізольовано, результатом буде коротке замикання. А його наслідки – критичний перегрів. Якщо залізу в цьому типі акумулятора перегрів не страшний, то літій і фосфор вкрай легко і швидко запалюються при підвищенні температури. Перегрів або полум'я можуть перейти на інші комірки та тоді доведеться гасити пожежу.
Таким чином, якщо ви вирішили купити літій-залізо-фосфатні акумулятори, то пам'ятайте, що не можна експлуатувати їх не тільки з перегрівом, але і з переохолодженням. У холодну пору року потрібно організувати утеплення або навіть активний підігрів.
Коли необхідно робити утеплення акумулятора
На етикетці вказується інструкція з експлуатації АКБ, в тому числі та умови мікроклімату, в яких допускається його експлуатація. Для літій-залізо-фосфатних, це як правило такі межі:
- температура заряду повинна бути в межах 0-50 °C, при заряді нижче мінімального ліміту виникає незворотне пошкодження комірок (літіювання), а якщо вище – перегрів, зменшення ресурсу і ризик загоряння;
- межа температури розряду – -20-60 °C, при експлуатації нижче мінімально допустимого значення ємність знижується, навіть якщо вона опуститься до -10 °C буде втрата 30-50 % ємності, при розряді вище ліміту, зменшується термін експлуатації акумулятора і виникає ризик пожежі;
- допустима температура зберігання літій-залізо-фосфатного акумулятора – -10-50 °C, але рекомендована – 15-25 °C, зберігання при інших температурах призведе до перегріву або втрати ємності, навіть якщо акумулятор не заряджається і не розряджається.
При правильному виборі та монтажі в Україні сонячна панель може працювати навіть взимку. Тому поширена експлуатація LiFePO4 акумулятора, який застосовується в СЕС, в умовах морозу.
Плата BMS акумулятора контролює роботу комірок і вимірює їх різні показники, в тому числі та температуру. Цей пристрій не допускає експлуатацію при температурах вище або нижче встановленої межі – просто відключає подачу або віддачу електрики. Зазвичай виробники закладають в BMS алгоритми, які виключають роботу комірок навіть при падінні до температури нижче 0 °C (іноді навіть нижче 5 °C) і підвищенні вище 45 °C, тобто задовго до мінімальних і максимальних значень. Це необхідно для безпеки та нормальної тривалості експлуатації. Різні плати BMS мають різні переділи, але завжди припинять роботу з запасом до максимального і мінімального температурного ліміту. Таким чином, щоб літій-залізо-фосфатний акумулятор працював довго, ефективно і був безпечним, почати його утеплення рекомендується при падінні температури до 5 °C і нижче.
Якщо автоматика ввела акумулятор в режим захисту від холоду, то це не означає, що тепер все в порядку. Навіть якщо він не розряджається і не заряджається, при низькій температурі деградація триває. Тому звичайне зберігання в холоді призведе до зменшення терміну служби.
Як утеплити акумулятор LiFePO4
Утеплення акумулятора може відбуватися в кілька етапів. При цьому важливо, щоб воно відповідало наступним вимогам безпеки:
- Не легкозаймисті матеріали. Для утеплення не рекомендується використовувати матеріали, які легко горять. Навіть при простому перегріванні, без загоряння це може в результаті спровокувати пожежу.
- Легко розбирається утеплення. Вся конструкція для утеплення акумулятора повинна мати можливість легко і швидко демонтуватися. По-перше, це потрібно для того, щоб у разі виявлення пожежі можна було б швидко все розібрати та загасити. По-друге, коли закінчиться зима, утеплення буде перегрівати акумулятор, тому його потрібно буде демонтувати. Але при цьому необхідно, щоб залишалася можливість на наступну зиму змонтувати все назад.
При підключенні інвертора для сонячних батарей до акумулятора в більшості випадків потрібно також підключити лінію датчика температури, щоб перетворювач контролював її. Температуру також контролює і датчик в платі BMS. Але крім цього рекомендується контролювати температуру самому за допомогою віддаленого моніторингу. Продаж цього обладнання зараз здійснюється з підтримкою підключення по Wi-fi.
Розглянемо способи, що відповідають цим вимогам, які не дадуть замерзнути літій-залізо-фосфатному акумулятору.
Утеплення акумулятора взимку за допомогою боксу
Перший етап захисту літій-залізо-фосфатного акумулятора від холоду – це організація боксу. Крім функції теплоізоляції він також допоможе запобігти фізичному пошкодженню корпусу АКБ (наприклад, від випадкового падіння предметів), що також небезпечно пожежею і, очевидно, призведе до повного припинення його працездатності. До боксу є кілька вимог:
- він повинен бути виготовлений з матеріалів, які не горять легко;
- повинен забезпечувати легкий доступ до акумулятора;
- повинен бути розбірним;
- не повинен бути повністю герметичним;
Часто використовуються саморобні бокси, які виготовляються з матеріалів, похідних від деревини (ДСП, фанера та аналогічні). Але, як відомо, вони легко піддаються горінню і якщо все ж акумулятор загориться, то цей бокс тільки послужить на користь пожежі. Найкращий матеріал для цього – метал. Можна виготовити бокс самостійно, але найкращий варіант – купити готовий.
Легкий доступ до АКБ в боксі необхідний для того, щоб можна було візуально проконтролювати його стан, підключити, відключити, загасити загоряння, якщо воно з'явилося. Для цього достатньо, щоб у боксу були дверцята з однією з бічних граней на всю її площу.
Щоб влітку акумулятор не перегрівався, бажано, щоб бокс був розбірним. Це можна передбачити шляхом демонтажу бічних і верхньої граней. Але потрібно оцінювати клімат і мікроклімат приміщення, де знаходиться АКБ. Якщо не буває дуже спекотно, то може бути достатньо просто відкривати дверцята або передбачити дві дверцята з протилежних граней, щоб була хороша циркуляція повітря.
Попри те що основне завдання боксу літій-залізо-фосфатного акумулятора – утеплення, він не повинен бути повністю герметичним, оскільки від цього утворюється конденсат. Волога не рекомендується електроніці BMS і матеріалу боксу. Необхідно зробити отвори знизу і зверху для природної циркуляції повітря, але не занадто великі, щоб не було втрат тепла.
Чим утеплити акумулятор LiFePO4
У холодну зиму одного боксу може бути недостатньо. Тому буває необхідно покрити його теплоізоляційними матеріалами, які не дозволяють виходити теплу назовні.
Щоб у разі пожежі теплоізоляція не стала причиною її поширення, вона повинна бути виготовлена з негорючого матеріалу. Утеплення акумулятора пінопластом – погана ідея, хоч і поширена. Цей матеріал легко загоряється і при цьому виділяє токсичний дим. Стиродур (екструдований полістирол) також застосовується для теплоізоляції та теж добре горить, але в цій ролі він трохи кращий за пінопласт, оскільки деякі його типи містять антипірени, що уповільнюють загоряння. Також поширене утеплення акумулятора ізолоном – сучасним матеріалом, який горить, але не підтримує горіння, самозатухає. Але найкращий варіант – базальтова або мінеральна вата. По-перше, вона недорога і поширена. По-друге, не горить і може витримати температуру близько 1000 °C. Це дозволяє матеріалу стати не тільки теплоізоляцією, але і бар'єром для поширення вогню в разі пожежі.
Теплоізоляцією покриваються всі грані боксу акумулятора, в тому числі та дверцята. Для монтажу використовується клей або кріплення. Місця стиків герметизуються, але при цьому вентиляційні отвори боксу залишаються відкритими. Товщина шару теплоізоляції залежить від матеріалу і мікроклімату, як правило, необхідно не менше 30 мм.
Будь-яка теплоізоляція може бути посилена, якщо буде ще додатковий шар фольги. Вона буде відбивати тепло від акумулятора назад в бокс. Цей матеріал тонкий, тому не збільшить товщину шару.
Як поліпшити утеплення акумулятора на зиму активним обігрівом
Якщо боксу з шаром теплоізоляції недостатньо для підтримки нормальної температури літій-залізо-фосфатного акумулятора, то потрібно передбачити активний підігрів. До нього є кілька вимог:
- Обігрів не повинен бути спрямованим, тепло повинно поширюватися розсіяно. Тому такі пристрої, як теплові гармати та тепловентилятори, не підходять.
- Пристрій обігріву обов'язково повинен бути з термоконтролем, щоб запобігти його перегріву.
- Лінія живлення пристрою обігріву повинна бути під захистом запобіжного автомата. Він у разі несправності розірве ланцюг і не допустить критичного нагрівання.
Кращими варіантами для активного обігріву боксу з акумулятором будуть:
- опалювальний пристрій в кімнаті – найкраще впорається тепла підлога під боксом, яка гріє м'яко без перегріву та оснащена терморегуляцією, можна використовувати та батарею;
- термокилимки – вони не ресурсомісткі, багато працюють від низьковольтного живлення, гріють м'яко, оснащуються терморегуляцією, встановлюються на підлозі або стінках боксу, можуть бути інфрачервоними або зі звичайним нагрівальним елементом;
- спеціальні обігрівальні електричні пристрої для акумуляторів – плівки, чохли та аналогічні.
Два важливих застереження. По-перше, з обережністю для активного обігріву літій-залізо-фосфатного АКБ потрібно використовувати звичайні побутові обігрівачі всіх типів. По-друге, виконуючи активний обігрів, вкрай важливо проводити постійний моніторинг температури акумулятора, оскільки його можна легко перегріти.
Поради щодо експлуатації літій-залізо-фосфатних акумуляторів взимку
Правильна теплоізоляція акумулятора LiFePO4 – це не все, що потрібно зробити в холодну пору року для безпечної та ефективної експлуатації. На своїй практиці ми вивели кілька корисних порад:
- Як було сказано вище, не нехтуйте контролем температури АКБ інвертором. Для цього у нього є спеціальна лінія для підключення датчика. Якщо інвертор зафіксує низьку або високу температуру АКБ, то він відрегулює процес заряду, розряду або припинить його. Це запобіжить пожежі та зниженню ресурсу. Така можливість є не у всіх перетворювачів, але якщо ви купили серйозний гібридний інвертор на 5 кВт або більше, то у нього, швидше за все, вона буде.
- Замість того, щоб посилювати теплоізоляцію і створювати додатковий обігрів акумулятора, краще розмістити його в опалювальному приміщенні, де взимку підтримується комфортний мікроклімат.
- Розумна автоматика інвертора і BMS акумулятора автоматично припинять його експлуатацію при невідповідній температурі. Але, як вже було сказано, навіть зберігання акумулятора, без використання, повинно відбуватися при правильній температурі. Охолодження в стані зберігання до пожежі не призведе, але зменшить ресурс акумулятора.
- Домашня енергетична установка вимагає підстрахування. На випадок пожежі розмістіть вогнегасник там, де всі мають до нього доступ і не біля боксу з акумуляторами – щоб вогонь не заважав до нього підійти. Сам акумулятор не розміщуйте біля віконних, дверних прорізів, щоб була можливість евакуації.
- Встановіть біля акумулятора сигналізаційні датчики пожежі, диму, температури або вогню. Також можна додати систему гасіння.
Тепер ви знаєте, як утеплити літій-залізо-фосфатний акумулятор, розумієте, коли це потрібно робити, а коли слід припинити. А також ми розібралися в заходах безпеки при організації утеплення.
