Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) на сегодня считаются одними из самых безопасных. Многие бренды позиционируют его как источник питания, который не взрывается, как литий-ионные (Li-ion) или литий-полимерные (Li-Po). Однако производители предупреждают, что при неправильной эксплуатации LiFePO4 аккумуляторы легко и быстро возгораются, становятся причиной пожара. Если вы приобрели аккумуляторную батарею LiFePO4 типа, то вы должны знать, что ее эксплуатация возможна только в пределах допустимой температуры. Многие понимают, что перегрев источника питания может привести к пожару. Но мало кому известно, что когда речь идет о литий-железо-фосфатном аккумуляторе, даже его переохлаждение может привести к возгоранию. Рассмотрим, как правильно утеплить аккумулятор LiFePO4, чтобы поднять температуру до нужного уровня, не перегреть его и чтобы это было безопасно.
Для чего нужно делать утепление литий-железо-фосфатного аккумулятора
Пользователи, которые решили выбрать аккумулятор литий-железо-фосфатного типа, наверняка уже знают, что их эксплуатация и даже пассивное хранение при низкой температуре приведет к уменьшению емкости, ресурса и количества циклов заряда-разряда. Проще говоря – он прослужит меньше, чем заявлено производителем, если будет на холоде. Но на самом деле – это не самое худшее и страшное, что может быть.
Когда температура литий-железо-фосфатного аккумулятора снижается, в его ячейках начинают расти дендриты – образования, которые лучами распространяются во все стороны. Этот процесс называется литированием. При длительном воздействии холода дендриты увеличиваются и прокалывают диэлектрик, который отделяет слои железа, лития, фосфора. В результате вещества, которые должны быть электрически изолированы друг от друга, смешиваются.
Когда в электротехнике смешивается то, что должно быть изолировано, результатом будет короткое замыкание. А его последствия – критический перегрев. Если железу в этом типе аккумулятора перегрев не страшен, то литий и фосфор крайне легко и быстро воспламеняются при повышении температуры. Перегрев или пламя могут перейти на другие ячейки и тогда придется тушить пожар.
Таким образом, если вы решили купить литий-железо-фосфатные аккумуляторы, то помните, что нельзя эксплуатировать их не только с перегревом, но и с переохлаждением. В холодное время года нужно организовать утепление или даже активный подогрев.
Когда необходимо делать утепление аккумулятора
На этикетке указывается инструкция по эксплуатации АКБ, в том числе и условия микроклимата, в которых допускается его эксплуатация. Для литий-железо-фосфатных, это как правило такие пределы:
- температура заряда должна быть в пределах 0-50 °C, при заряде ниже минимального лимита возникает необратимое повреждение ячеек (литирование), а если выше – перегрев, уменьшение ресурса и риск возгорания;
- предел температуры разряда – -20-60 °C, при эксплуатации ниже минимально допустимого значения емкость снижается, даже если она опустится до -10 °C будет потеря 30-50 % емкости, при разряде выше лимита, уменьшается срок эксплуатации аккумулятора и возникает риск пожара;
- допустимая температура хранения литий-железо-фосфатного аккумулятора – -10-50 °C, но рекомендуемая – 15-25 °C, хранение при других температурах приведет к перегреву или потере емкости, даже если аккумулятор не заряжается и не разряжается.
При правильном выборе и монтаже в Украине солнечная панель может работать даже зимой. Поэтому распространена эксплуатация LiFePO4 аккумулятора, который применяется в СЭС, в условиях мороза.
Плата BMS аккумулятора контролирует работу ячеек и измеряет их различные показатели, в том числе и температуру. Это устройство не допускает эксплуатацию при температурах выше или ниже установленного предела – просто отключает подачу или отдачу электричества. Обычно производители закладывают в BMS алгоритмы, которые исключают работу ячеек даже при падении до температуры ниже 0 °C (иногда даже ниже 5 °C) и повышении выше 45 °C, то есть задолго до минимальных и максимальных значений. Это необходимо для безопасности и нормальной продолжительности эксплуатации. Различные платы BMS имеют разные переделы, но всегда прекратят работу с запасом до максимального и минимального температурного лимита. Таким образом, чтобы литий-железо-фосфатный аккумулятор работал долго, эффективно и был безопасным, начать его утепление рекомендуется при падении температуры до 5 °C и ниже.
Если автоматика ввела аккумулятор в режим защиты по холоду, то это не означает, что теперь все в порядке. Даже если он не разряжается и не заряжается, при низкой температуре деградация продолжается. Поэтому обычное хранение в холоде приведет к уменьшению срока службы.
Как утеплить аккумулятор LiFePO4
Утепление аккумулятора может происходить в несколько этапов. При этом важно, чтобы оно соответствовало следующим требованиям безопасности:
- Не легковоспламеняющиеся материалы. Для утепления не рекомендуется использовать материалы, которые легко горят. Даже при простом перегреве, без возгорания это может в результате спровоцировать пожар.
- Легко разбираемое утепление. Вся конструкция для утепления аккумулятора должна иметь возможность легко и быстро демонтироваться. Во-первых, это нужно для того, чтобы в случае обнаружения пожара можно было бы быстро все разобрать и потушить. Во-вторых, когда закончится зима, утепление будет перегревать аккумулятор, поэтому его нужно будет демонтировать. Но при этом необходимо, чтобы оставалась возможность на следующую зиму смонтировать все обратно.
При подключении инвертора для солнечных батарей к аккумулятору в большинстве случаев нужно также подключить линию датчика температуры, чтобы преобразователь контролировал ее. Температуру также контролирует и датчик в плате BMS. Но кроме этого рекомендуется контролировать температуру самому с помощью удаленного мониторинга. Продажа этого оборудования сейчас осуществляется с поддержкой подключения по Wi-fi.
Рассмотрим способы, соответствующие этим требованиям, которые не дадут замерзнуть литий-железо-фосфатному аккумулятору.
Утепление аккумулятора зимой с помощью бокса
Первый этап защиты литий-железо-фосфатного аккумулятора от холода – это организация бокса. Кроме функции теплоизоляции он также поможет предотвратить физическое повреждение корпуса АКБ (например, от случайного падения предметов), что также опасно пожаром и, очевидно, приведет к полному прекращению его работоспособности. К боксу есть несколько требований:
- он должен быть изготовлен из материалов, которые не горят легко;
- должен обеспечивать легкий доступ к аккумулятору;
- должен быть разборным;
- не должен быть полностью герметичным;
Часто используются самодельные боксы, которые изготавливаются из материалов, производных от древесины (ДСП, фанера и аналогичные). Но, как известно, они легко поддаются горению и если все же аккумулятор загорится, то этот бокс только послужит на пользу пожару. Лучший материал для этого – металл. Можно изготовить бокс самостоятельно, но лучший вариант – купить готовый.
Легкий доступ к АКБ в боксе необходим для того, чтобы можно было визуально проконтролировать его состояние, подключить, отключить, потушить возгорание, если оно появилось. Для этого достаточно, чтобы у бокса были дверцы с одной из боковых граней на всю ее площадь.
Чтобы летом аккумулятор не перегревался, желательно, чтобы бокс был разборным. Это можно предусмотреть путем демонтажа боковых и верхней граней. Но нужно оценивать климат и микроклимат помещения, где находится АКБ. Если не бывает очень жарко, то может быть достаточно просто открывать дверцу или предусмотреть две дверцы с противоположных граней, чтобы была хорошая циркуляция воздуха.
Несмотря на то, что основная задача бокса литий-железо-фосфатного аккумулятора – утепление, он не должен быть полностью герметичным, так как от этого образуется конденсат. Влага не рекомендуется электронике BMS и материалу бокса. Необходимо сделать отверстия снизу и сверху для естественной циркуляции воздуха, но не слишком большие, чтобы не было потерь тепла.
Чем утеплить аккумулятор LiFePO4
В холодную зиму одного бокса может быть недостаточно. Поэтому бывает необходимо покрыть его теплоизоляционными материалами, которые не позволяют выходить теплу наружу.
Чтобы в случае пожара теплоизоляция не стала причиной его распространения, она должна быть изготовлена из негорючего материала. Утепление аккумулятора пенопластом – плохая идея, хоть и распространенная. Этот материал легко загорается и при этом выделяет токсичный дым. Стиродур (экструдированный полистирол) также применяется для теплоизоляции и тоже хорошо горит, но в этой роли он немного лучше пенопласта, поскольку некоторые его типы содержат антипирены, замедляющие возгорание. Также распространено утепление аккумулятора изолоном – современным материалом, который горит, но не поддерживает горение, самозатухает. Но лучший вариант – базальтовая или минеральная вата. Во-первых, она недорогая и распространенная. Во-вторых, не горит и может выдержать температуру около 1000 °C. Это позволяет материалу стать не только теплоизоляцией, но и барьером для распространения огня в случае пожара.
Теплоизоляцией покрываются все грани бокса аккумулятора, в том числе и дверцы. Для монтажа используется клей или крепежи. Места стыков герметизируются, но при этом вентиляционные отверстия бокса остаются открытыми. Толщина слоя теплоизоляции зависит от материала и микроклимата, как правило, необходимо не менее 30 мм.
Любая теплоизоляция может быть усилена, если будет еще дополнительный слой фольги. Она будет отражать тепло от аккумулятора обратно в бокс. Этот материал тонкий, поэтому не увеличит толщину слоя.
Как улучшить утепление аккумулятора на зиму активным обогревом
Если бокса со слоем теплоизоляции недостаточно для поддержания нормальной температуры литий-железо-фосфатного аккумулятора, то нужно предусмотреть активный подогрев. К нему есть несколько требований:
- Обогрев не должен быть направленным, тепло должно распространяться рассеянно. Поэтому такие устройства, как тепловые пушки и тепловентиляторы, не подходят.
- Устройство обогрева обязательно должно быть с термоконтролем, чтобы предотвратить его перегрев.
- Линия питания устройства обогрева должна быть под защитой предохранительного автомата. Он в случае неисправности разорвет цепь и не допустит критического нагрева.
Лучшими вариантами для активного обогрева бокса с аккумулятором будут:
- отопительное устройство в комнате – лучше всего справится теплый пол под боксом, который греет мягко без перегрева и оснащен терморегуляцией, можно использовать и батарею;
- термоковрики – они не ресурсоемкие, многие работают от низковольтного питания, греют мягко, оснащаются терморегуляцией, устанавливаются на полу или стенках бокса, могут быть инфракрасными или с обычным нагревательным элементом;
- специальные обогревательные электрические устройства для аккумуляторов – пленки, чехлы и аналогичные.
Два важных предостережения. Во-первых, с осторожностью для активного обогрева литий-железо-фосфатного АКБ нужно использовать обычные бытовые обогреватели всех типов. Во-вторых, выполняя активный обогрев, крайне важно проводить постоянный мониторинг температуры аккумулятора, так как его можно легко перегреть.
Советы по эксплуатации литий-железо-фосфатных аккумуляторов зимой
Правильная теплоизоляция аккумулятора LiFePO4 – это не все, что нужно сделать в холодное время года для безопасной и эффективной эксплуатации. На своей практике мы вывели несколько полезных советов:
- Как было сказано выше не пренебрегайте контролем температуры АКБ инвертором. Для этого у него есть специальная линия для подключения датчика. Если инвертор зафиксирует низкую или высокую температуру АКБ, то он отрегулирует процесс заряд, разряда или прекратит его. Это предотвратит пожар и снижение ресурса. Такая возможность есть не у всех преобразователей, но если вы купили серьезный гибридный инвертор на 5 кВт или более, то у него, скорее всего, она будет.
- Вместо того, чтобы усиливать теплоизоляцию и создавать дополнительный обогрев аккумулятора, лучше разместить его в отапливаемом помещении, где зимой поддерживается комфортный микроклимат.
- Умная автоматика инвертора и BMS аккумулятора автоматически прекратят его эксплуатацию при несоответствующей температуре. Но, как уже было сказано, даже хранение аккумулятора, без использования, должно происходить при правильной температуре. Охлаждение в состоянии хранения к пожару не приведет, но уменьшит ресурс аккумулятора.
- Домашняя энергетическая установка требует подстраховки. На случай пожара разместите огнетушитель там, где все имеют к нему доступ и не возле бокса с аккумуляторами – чтобы огонь не мешал к нему подойти. Сам аккумулятор не размещайте возле оконных, дверных проемов, чтобы была возможность эвакуации.
- Установите воздел аккумулятора сигнализационные датчики пожара, дыма, температуры или огня. Также можно добавить систему тушения.
Теперь вы знаете, как утеплить литий-железо-фосфатный аккумулятор, понимаете, когда это нужно делать, а когда следует прекратить. А также мы разобрались в мерах безопасности при организации утепления.
