Появилась у меня идея по доработкам разных блоков бесперебойного питания, а точнее по переводу их на более современные аккумуляторы. Для этого я на пробу заказал некоторое количество аккумуляторов и сегодня будет не только тест, а и небольшое исследование, если так можно это назвать.


Сегодняшний обзор будет разбит на две части, первая собственно привычный обзор аккумуляторов, а вторая будет посвящена небольшому исследованию, непосредственно имеющему отношение к применению литиевых аккумуляторов в буферном режиме.


Часть первая

Изначально хотел заказать просто пару штук на пробу, потом подумал, а что мне собственно даст пара штук и в итоге купил десяток, тем более на момент заказа были какие-то скидки ни Алиэкспресс и вышли они 30 долларов, сейчас цена на два доллара выше.

Получил относительно быстро, но удивило то, что упакованы они были в коробку с логотипом Литокалы, впрочем упаковано все было очень даже аккуратно, каждый аккумулятор имеет индивидуальный пакетик. Общий вес посылки был почти 1.5кг.


В заголовке товара указано что емкость 6500мАч, но на той же странице приведен даташит, где указаны куда более скромные параметры, не менее 5500мАч при токе разряда 1С.
Там же указано внутреннее сопротивление (не более 8 мОм) и параметры заряда. правда опять же, они все приведены к емкости С, которая не совсем понятна, так как стандартно емкость указывается для разряда током 0.2С, а не 1С как заявлено.


У даташита есть продолжение, но в нем часть информации повторяется.


Итого имеем десяток бочонков вполне приятного внешнего вида. Так как у меня нет аппарата для сварки, то заказал с приваренными лепестками, впрочем без лепестков я их в магазине не нашел.


На сами аккумуляторах есть стикер для проверки оригинальности, причем там производитель указан как VariCore. Из-за всего этого произошла некоторая путаница и на части графиков у меня указана литокала, а на части варикор, не обращайте внимание.
Кроме того на минусовом контакте есть маркировка вида - H5, H7 и т.п. никакой привязки к измеренным параметрам аккумуляторов я не заметил.
Плюсовой контакт, а точнее то что под ним находится, имеет непривычную форму, какие-то выступы на металлической вставке.


Размеры чуть больше заявленных, но это не критично, просто примем как данность.
Вес аккумуляторов около 140 грамм, относительно привычных 18650 действительно внушает, особенно когда берешь и в руки.


Сначала я хотел по привычке в своем зарядном, даже начал думать как их туда пристроить, так как оно рассчитано максимум на 26650 или 21700, но потом вовремя понял, что аккумуляторы то у меня на другое напряжение, потому пришлось первый "тренировочный" цикл делать в том же зарядном что и остальные тесты.
Аккумуляторы пришли почти полностью разряженными, при первом заряде в них "залилось" около 5700мАч.


Забегая вперед, скажу, все аккумуляторы были также разряжены почти в ноль, на фото результаты первого заряда еще восьми аккумуляторов, цикл заряда одного пришлось прервать потому на фото его нет.


И опять я забегу вперед, здесь я не просто приведу измерение емкости первого цикла, а измерение емкости двух циклов, первого и второго или нулевого и первого, смотря как считать. И здесь же я отвечу на уже ставшее привычным, что часто встречаю - литиевые аккумуляторы также надо "раскачивать". Не надо их раскачивать, ниже два графика, первый и второй цикл, так вот первый обозначен синим, а второй красным, Посмотрите и найдите разницу и в какую сторону она направлена.



Второй аккумулятор. Думаю выводы очевидны.
Нет, есть некое понятие, что аккумулятор находится в некоем "режиме хранения", и потом надо его прогнать несколько циклов, но для цилиндрических аккумуляторов это не подходит, да и сама разница настолько мала, что находится в пределах погрешности измерительных приборов, потому могу повторить - литиевые аккумуляторы не "раскачиваются" и начинают постепенно терять емкость буквально через несколько циклов.


Теперь о заряде.
В даташите указаны два варианта заряда, током 1С (1 час) и 6С (30 минут). Я же тестировал немного по другому. Сначала попробовал зарядить током 3А, потому как для себя принял что 1С=6Ач, фактически как среднее между заявленными 5.5 и 6.5Ач.
Заряд таким током занял 2 часа 18 минут, что не является каким-то особенным результатом, скорее средним.


Вторая попытка была при токе заряда 5А, к сожалению это максимальный ток заряда моей нагрузки, а та что умеет заряжать током 35А еще в пути. Да, по заявлениям даташита эти аккумуляторы допускается заряжать током порядка 30-35А!

В таком режиме время заряда 1 час 18 минут, далее все тесты проходили при токе заряда 4А, просто чтобы не перегружать зарядное устройство.


И сразу же виден характерный график разряда, свойственный подобным аккумуляторам. Дело в том, что у обычных литиевых аккумуляторов график почти плавно спадает все время разряда, у LiFePo4 аккумуляторов кривая разряда больше похожа на никелевые аккумуляторы, где большую часть напряжение почти не меняется и только в конце имеется резкий спад.

Что интересно, емкость только при токе 0.2С составила более 5800мАч, во всех остальных режимах она вообще почти не менялась и держалась более 5700мАч.


Нагрев также был относительно небольшим, даже при токе 20А всего около 67 градусов.


Второй аккумулятор показал результаты похуже, но не сказал бы что сильно.


Температура у него также была немного меньше.


Для лучшего понимания отличий разрядной кривой я свел в один график два типа аккумуляторов, "классический" литий-ионный (красным) и LiFePo4 (синим). На разницу в напряжении можно не смотреть, она и так понятна, а вот разницу в самой разрядной характеристике так точно лучше заметно. В качестве сравнения был взят аккумулятор емкостью 5Ач как наиболее близкий.
График разряда LiFiPo4 более интересен тем, что в таком режиме отдача Втч повышается, но хуже тем, что намного сложнее оценить процент его заряда и для этого корректнее использовать измерители отданной емкости, но они гораздо сложнее и дороже чем просто вольтметр.


Для продолжения теста я как обычно взял более мощную электронную нагрузку с током до 30А. Методику теста я уже описывал, если коротко - нагружаем аккумулятор, измеряем напряжение под током и потом разницу используем для установки напряжения окончания разряда.
Здесь также был заметен подъем напряжения по мере нагрева аккумулятора в первой половине теста, два нижних фото.


В итоге при токе разряда имеем около 5750мАч, температуры есть на фото справа и могу сказать что результаты мне очень понравились. Хотя напряжение на аккумуляторе сильно просело при таком токе, до 2.8 Вольта, что на самом деле не очень хорошо.


Во тесте второго аккумулятора я для наглядности включил тестер в режим регистратора и потому можно увидеть и график разряда при токе 30А.



Часть вторая.
Выводы будут в конце обзора, а сейчас я немного расскажу о небольшом эксперименте.

Типичный сценарий использования подобных аккумуляторов подразумевает циклический режим, т.е. полностью зарядили, отключили от зарядного, попользовались или отложили в сторонку, когда разрядился, опять зарядили.
Но сценарий использования с блоками бесперебойного питания сильно от этого отличается, по крайней мере для не очень "продвинутых" моделей, умеющих делать небольшие циклы разряд/заряд. И отличие в том, что в бесперебойнике аккумуляторы всегда находятся под напряжением, т.е. работают в буферном режиме.

Чем плох такой режим для литиевых аккумуляторов. Дело в том, что при высоком напряжении могут образовываться дендриты, и если в штатном использовании у аккумулятора скорее всего просто вырастет саморазряд, то при постоянном подключении к зарядному вполне возможен еще и нагрев и внутреннее замыкание с последующими "спецэффектами". Конечно я не химик, потому пишу как вижу ситуацию глазами "обычного пользователя". К сожалению тем людям кто действительно понимает всю эту "кухню" заниматься подобной ерундой неинтересно, потому пока только так.

В общем я "вижу цель и верю в себя", потому подумал, если для аккумуляторов вредно постоянно находится под напряжением и риск зависит от величины этого напряжения, то почему бы не попробовать их погонять под более низкими напряжениями, тем более что:
1. В отличие от литий-ионных аккумуляторов у LiFePo4 сразу после окончания заряда и снятия зарядного тока напряжение резко падает с 3.65 до 3.35-3.45 Вольта.
2. Есть идея использовать 4S сборки для замены аккумуляторов ИБП, а там напряжение буферного режима около 13.75-13.85В или 3.45 на один элемент в 4S сборке.

1. Для начала я подключил разряженный аккумулятор в блоку питания и заряжал пока ток заряда не падал почти до нуля, таким способом имитировался переход в буферный режим, т.е. когда ток заряда = току саморазряда аккумулятора.
2. Сначала попытка с напряжение CV=3.55 Вольта. Зарядился аккумулятор довольно быстро, при токе 4А всего около пары часов.
3. Потом я разрядил аккумулятор и зарядил уже до 3.45 Вольта, т.е. 13.80 на сборку. Здесь заряд уже занял больше времени, около 4-5 часов.
4. Увлекшись попробовал заряд до 3.35 Вольта, но так как у меня было двухпроводное подключение, то тест начал стремиться к бесконечности, потому часов через 10 я поднял напряжение до 13.8 Вольта, общее время заряда было около 15 часов.

На экране блока питания видна емкость в мАч, из-за большого времени теста накопилась большая погрешность, потому особо смотреть на эти значения не надо.


Разряд проходил током 10А, как наиболее реальный в таком сценарии.

В итоге выяснились две интересные вещи:
1. Со снижением напряжения фазы CV время заряда заметно растет
2. Емкость полученная при разряде почти не отличается от напряжения перехода в фазу CV


Выше я не зря писал про двухпроводное подключение к аккумулятору. Второй тест проходил с зарядным у которого четырехпроводное подключение, благодаря этому время заряда было существенно меньше. ток заряда 4А, отключение по падению тока до 100мА.
Но по итогам я получил картину еще лучше, фактически "скачанная" емкость не зависела от напряжения окончания заряда.


Вообще реально, я почему-то думал, что со снижением напряжения окончания заряда начнет не только падать емкость, но и время заряда, в реальности все произошло наоборот, емкость не менялась, а время заряда росло, причем ощутимо.
Чем меньше напряжение окончания заряда, тем раньше наступал переход в фазу CV и тем дольше длился заряд, ниже пример заряда током 4А при напряжении 3.65, 3.55, 3.45 и 3.40 Вольта.


И как всегда, измерение внутреннего сопротивления, которое меня откровенно расстроило, потому как у некоторых аккумуляторов явно было выше заявленных 8 мОм.
Ниже результаты до тестов, после первого цикла и после всех тестов. При этом получилось что в процессе подготовки обзора было сделано более 10 полных циклов при разных токах разряда.


А это результаты для остальных восьми аккумуляторов. Фото разбиты на пары, сначала в том виде как получил, а затем после полого заряда. Изначально я грешил что сопротивление высоковато так как аккумуляторы полностью разряжены, но оказалось что после полного заряда сопротивление стало еще немного выше.
Теперь вот думаю, открывать спор на возврат за часть аккумуляторов с завышенным сопротивлением или нет, ведь все таки обещали менее 8мОм, а реально в этот параметр вписывается только половина аккумуляторов, а несколько вообще имеют 10-12мОм.


В плане объема аккумуляторы LiFePo4 выглядят также более заманчиво, так как в объем стандартной батареи 12 Вольт 7 Ач влазит 8 штук 32700 вместе с контроллером защиты, по ширине правда чуть больше получается, так как 12В батарея имеет тоже 64мм (2х32), а батарее литиевых ведь нужна оболочка. Но в принципе есть варианты немного сместить их относительно друг друга.

При этом в новом варианте имеем реальных 11-11.5Ач при длительном токе нагрузки до 60А. Для обычных батарей максимум в этом размере 9Ач, как раз сегодня подготавливал шесть штук батарей CSB для UPS, но и стоят они тоже недешево, около 600грн (25 долларов) за штуку.


Вот теперь выводы.
Сначала по поводу самих аккумуляторов.
В общем и целом аккумуляторы понравились, имеют неплохую отдачу в виде реальных 5.7-5.8Ач, не сильно греются даже при токе 20А, но при этом у них очень нестабильные характеристики по внутреннему сопротивлению и конечно здесь нет никаких 6.5Ач, заявленных в заголовке. Кроме того, при токах разряда выше 15А наблюдается заметное проседание напряжения, что будет сказываться на отдаваемой энергии.
Не знаю даже, открывать спор или нет, лично мне не нравится то что у них большой разброс по внутреннему сопротивлению и у половины оно не соответствует заявленным параметрам. Кроме того, батарея CSB 12В 9Ач имеет сопротивление 16мОм (сегодня измерял), а моя сборка 4S1P соответственно 32-44мОм, что многовато и по хорошему надо делать сборку 4S2P.

Теперь о эксперименте.
Я более чем доволен результатами, аккумуляторы вполне можно использовать в буферном режиме при напряжении 3.4-3.45В на элемент или 13.6-13.8В на сборку, что позволяет даже не менять настройки заряда блоков бесперебойного питания.
Естественно все мои экспериментальные выводы можно применять только к данным аккумуляторам, потому как у аккумуляторов другого типа, тем более с другой химией, они будут совсем другие.

Рекомендую ли я эти аккумуляторы? Однозначно да, но с указанными выше оговорками, насчет стабильности характеристик и емкости, т.е. надо понимать, куда они пойдут и будет ли там это критично. Если не уверены, лучше спросите, подскажу.

Я уже получил плату защиты под 4 элемента и планирую написать продолжение, где попробую установить такую сборку в обычный ИБП. На данный момент жалею что не купил 20 штук, потому как 10 на 4 никак не делится. Кроме того, вторая четверка аккумуляторов пойдет во второй вариант ИБП, низковольтный, для совсем другого проекта о чем вы также узнаете, но это будет заметно позже.

Кстати, сейчас идет распродажа таких же аккумуляторов но с наклейкой Литокала, но по 28.56 за 10шт, что еще дешевле чем покупал я, даже вот думаю прикупить десяточек.

На этом у меня вроде все, как обычно буду рад вопросам и пожеланиям по проведению тестов.