LiMn2O4 Аккумуляторы характеристики, опыт эксплуатации.

[diver52]

Решил создать тему, думаю, что она будет очень актуальна. Вроде в этом разделе ее нет. Напишу о своем опыте приобретения данного типа аккумуляторов с фотоотчетом. Заказывал все это у andreym. Ко мне пришли 10 штук паков Bosch на 36 В 2,6 Ач. На паке написано Li-Ion, хотя это LiMn2O4. Также указан производитель - Польша и 2007 год. Признаться честно, год меня насторожил - получается, что аккамулам 4 года - ну да ладно, опыт эксплуатации покажет, вроде должно быть все ОК. Внутри содержится схема защиты от переразряда и перезаряда, а также от КЗ. Также есть светодиодная индикация заряда (3 уровня) и защита от перегрева. Внутри находятся 20 штук 18650 аккумуляторов на 3,7 В 1300 мА. Маркировка INR18650-13P SAMSUNG SD1 076. Также каждый пак защищен плавким предохранителем на 60 А. Привожу фотоотчет:

1.) Полуразобранные паки, схемы защиты:


2.) Для разборки я проплавил паяльником корпус по шву:


3.) Балансировка пары аккумуляторов в одном из паков:


4.) Вес всех 10-ти сборок (200 штук аккамулов) составил всего 8 кг:


5.) Балансировка всех паков:


Теперь напишу о предварительных тестах. Напряжение на 8-ми паках составило 40,5...40,6 В, на 2-х оставшихся - 41,3 В. После разборки всех паков померил напряжение на каждой паре элементов. Как ни странно в 9-ти из 10-ти паков разброс напряжения составил всего до 0,03 В!!! А в некоторых напряжение на ячейках было вообще одинаковое. И только в одном из всех напряжение на 9-ти парах оказалось 4,12...4,14 В, а на одной - 4,05 В. Сразу решил отбалансировать эту пару, и дозарядил до 4,12 В импульсным БП на 4,2 В 800 мА. Дозаряжал где-то 40 минут, постоянно следил, чтобы не перезарядить выше, чем 4,14 В. Затем все паки соединил в параллель и оставил на балансировку напряжений. Пусть полежат 2-3 суток.

Далее напишу о плюсах, почему я выбрал именно этот вариант:
1.) Плотность энергии выше в 1,37 раза, чем у LiFePo4. Т.е. для LiFePo4 получаем 3,2 В * 1,1 А = 3,52 Вт/ч, для LiMn2O4 - 3,7 В * 1,3 А = 4,81 Вт/ч.
2.) Не нужна БМСка - химия элементов такова, что балансировка не требуется, как таковая. Я не знаю, как до этого эксплуатировались аккамулы, но разброс напряжений мизерный!
3.) При заряде до 4,1 В и разряде до 3 В кол-во циклов составляет примерно 2000.
4.) Получается более компактный и более легкий вариант, чем LiFePo4.
5.) Могут отдавать огромные токи вплоть до 30 А с одного пака. Также ток заряда может быть большой.

Теперь о минусах, но пока информация не подтверждена:
1.) Напряжение линейно падает по мере разряда, в отличие от LiFePo4, где все стабильно держится. Значит, скорость у эл. вела тоже будет падать по мере разряда.
2.) Неизвестно, как данные аккамулы поведут себя при температурах -20 градусов.
3.) 2007 год выпуска меня немного насторожил. Неизвестно, сколько живут LiMn2O4 аккамулы. LiFePo4 могут прожить и 10 лет без особых ухудшений свойств.
4.) Плохо переносят вибрации, воспламеняются. Хотя можно обернуть в вибропоглощающий материал.

Далее в моих планах следующее:
1.) Когда приедет китайский зарядник на 48 В 5 А и ваттметр, можно будет зарядить батарею до 4,1 В на каждом элементе. А потом проверить реальную емкость. Думаю для начала соединю все паки последовательно - итого получится 410 В постоянки.  И разряжу до 300 В 2-мя последовательно соединенными лампами накаливания для прожектора на 500 Вт. При этом буду контролировать силу тока и общее напряжение. Также периодически проверить напряжение на каждом паке. Тогда можно будет сказать о примерной емкости каждого пака и подобрать элементы для объединения в батарею.
2.) Все полностью перепаять под вариант 14P14S. Итого 196 элементов. 4 останутся запасных. В итоге получится батарея на 48 В 18,2 Ач в идеале или на практике думаю получу 16-17 Ач.
3.) Переделаю зарядник под напряжение 57,4 В. Т.е. 57,4/14 = 4,1 В на каждый элемент.
4.) Собрать корпус из алюминиевых уголков для крепления в треугольную раму.

В общем, жду Ваших мнений и советов по поводу всех мыслей.

[NikolayS]

А сколько стоит Втч, если не секрет?

[diver52]

К сожалению, не могу сказать, andreym просил не разглашать. Хотя все тесты и характеристики я буду писать в этой теме по ходу эксплуатации. Тут смогу ответить на все вопросы то, что знаю.

[илс]

Далее напишу о плюсах, почему я выбрал именно этот вариант:
1.) Плотность энергии выше в 1,37 раза, чем у LiFePo4. Т.е. для LiFePo4 получаем 3,2 В * 1,1 А = 3,52 Вт/ч, для LiMn2O4 - 3,7 В * 1,3 А = 4,81 Вт/ч.
2.) Не нужна БМСка - химия элементов такова, что балансировка не требуется, как таковая. Я не знаю, как до этого эксплуатировались аккамулы, но разброс напряжений мизерный!
3.) При заряде до 4,1 В и разряде до 3 В кол-во циклов составляет примерно 2000.
4.) Получается более компактный и более легкий вариант, чем LiFePo4.
5.) Могут отдавать огромные токи вплоть до 30 А с одного пака. Также ток заряда может быть большой.

Теперь о минусах, но пока информация не подтверждена:
1.) Напряжение линейно падает по мере разряда, в отличие от LiFePo4, где все стабильно держится. Значит, скорость у эл. вела тоже будет падать по мере разряда.
2.) Неизвестно, как данные аккамулы поведут себя при температурах -20 градусов.
3.) 2007 год выпуска меня немного насторожил. Неизвестно, сколько живут LiMn2O4 аккамулы. LiFePo4 могут прожить и 10 лет без особых ухудшений свойств.
4.) Плохо переносят вибрации, воспламеняются. Хотя можно обернуть в вибропоглощающий материал.

В общем, жду Ваших мнений и советов по поводу всех мыслей.

Спасибо, интересный отчет!

Только, на мой взгляд, корректнее рассчитывать не просто плотность энергии в разных элементах, а сравнивать по удельной емкости Втч на 1 кг.
Т.е. надо ваш элемент (или всю батарею) разделить на вес.

Лучшие образцы литий-иона достигают 200Втч/кг, правда не факт, что они, при этом, обладают низким вн. сопротивлением, что определяет токовые характеристики (просадку под нагрузкой)

Думаю, при оценке данного типа аккумов надо также принимать в расчет такой важный параметр, как цена-качество:)
Судя по предварительным данным, он у вас на достаточно хорошем уровне 

[AlexPFR]

 diver52, откуда информация, что материал катода именно LiMn2O4? По вашим фоткам этого не видно.
Если судить по маркировке INR18650-13P, то вторая буква означает материал катода. N - почти наверняка означает NCM , те LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2. К литий-марганцевой шпинели LiMn2O4 не имеет отношения, хотя и содержит марганец.
В спецификации на элемент INR18650-13P максимальный зарядный ток равен 0.5С. Это не очень хорошо для ТС. Скорее всего свидетельствует большом внутреннем сопротивлении. С разрядным током непонятные данные. Емкость в миллиамперчасах приводится 1300/10А. Что означают 10А - хз. Разрядный ток 0.2С. Это очень мало. Но может объяснить повышенное количество заряд-разрядных циклов.
Лучше всего измерить внутреннее сопротивление,  после этого можно будет оценить, насколько хороши эти аккумы.

[diver52]

Внутреннее сопротивление измерил по формуле:
r = (U1 - U2)/(I2 - I1) = (40,8-40,5)*(0,85-0,15)=0,3*0,7=0,21 Ом.
Считаем, что аккамулы соединены параллельно по парам и последовательно 10 шт, получаем сопротивление элемента 0,21*2/10 = 0,042 Ом. Если брать LiFePo4 с внутренним сопротивлением 0,008 Ом, то оно выше в 5-6 раз. В прочим, неплохой результат. И учитывая, что данные паки использовались в перфораторах с нагрузкой под 20 А и установлен предохранитель на 60 А, с токоотдачей вроде все норм должно быть. Да и по тесту напряжение просело под нагрузкой 0,85 А всего на 0,3 В.

[Digitalworm]

http://www.vesh.ua/index.php?categoryID=412&category_slug=akkumuljatory-limn2o4
в принципе, цены невысокие.

[diver52]

Вот я думаю, какого типа аккумуляторы используются в этой сборке? Если такие же, как у меня, то это просто отлично - кол-во циклов 3000-5000. Кстати, еще когда выполнял замеры, чуть тестер не похоронил. Забыл переключить режим измерения силы тока и напряжения. В итого коротнул все на шунт в тестере на 20 А.  Такой хлопок был, и сразу горелым завоняло. Разобрал, дорожка на плате к шунту разлетелась в щепки. Поставил там перемычку, слава богу все заработало. В следующий раз буду более внимательным, чтобы пожар не устроить.

[илс]

Внутреннее сопротивление измерил по формуле:
r = (U1 - U2)/(I2 - I1) =[b-b] (40,8-40,5)*(0,85-0,15)[/b-b]=[b-b]0,3*0,7=0,21 Ом.[/b-b]
Считаем, что аккамулы соединены параллельно по парам и последовательно 10 шт, получаем сопротивление элемента [b-b]0,21*2/10 = 0,042 Ом. [/b-b]Если брать LiFePo4 с внутренним сопротивлением 0,008 Ом, то оно выше в 5-6 раз. В прочим, неплохой результат. И учитывая, что данные паки использовались в перфораторах с нагрузкой под 20 А и установлен предохранитель на 60 А, с токоотдачей вроде все норм должно быть. Да и по тесту напряжение просело под нагрузкой 0,85 А всего на 0,3 В.

В соседней теме, про ЛиПо, сбивают с толку условными обозначениями последовательного и параллельного соединений, а у Вас путаница со знаками деления и умножения. 
Ну соотв. результат получается другой. Пересчитайте, если интересно.
Моя ЛЖФ батарейка с похожими характеристиками имела от 60 до 80 мОм, а свинец > 300 мОм.

Завтра закончу сборку ЛиПо на 21S10Ач-отпишусь о результатах по замерам вн. сопротивления....

[diver52]

Хм, вроде все верно посчитал. Учитывая, что в сборке идут 10 последовательно соединенных пар аккамулов. Пары соединены параллельно. Учитывая, что общее сопротивление сборки равно 0,21 Ома, получаем, что у одной параллельной пары сопротивление 0,21/10 = 0,021 Ома. А у одной банки в параллели 0,021 * 2 = 0,042 Ом. Поправьте, плз, если не прав. Да и прочитал где-то, что у этих аккамулов сопротивление 0,065 Ом. А тут результат даже получше.

[илс]

Хм, вроде все верно посчитал. Учитывая, что в сборке идут 10 последовательно соединенных пар аккамулов. Пары соединены параллельно. Учитывая, что общее сопротивление сборки равно 0,21 Ома, получаем, что у одной параллельной пары сопротивление 0,21/10 = 0,021 Ома. А у одной банки в параллели 0,021 * 2 = 0,042 Ом. Поправьте, плз, если не прав. Да и прочитал где-то, что у этих аккамулов сопротивление 0,065 Ом. А тут результат даже получше.

Да я тоже не совсем правильно выделил, решив, что вы измеряли вн. сопротивление элемента, а потом пересчитывали  на общее сопр. батареи...приношу извинения.

Насколько я понял вы задавали ток 0,85 А и 0,15А и замеряли напряжение на батарейке при этих токах?
Все верно, но вообще было бы правильнее делать замеры на отд. элементе (на нескольких) и посмотреть отличия.

Тем не менее..R=U/I= [b-b]в вашем случае 0,3/0,7=43 мОм[/b-b]  дальше расчеты верны:
43/10*2=8,6мОм  но я не считаю этот результат достоверным - надо бы большими токами грузить батарею, хотя бы 0,5С, напр. 10А и 5А  или делать замеры на каждом элементе

[diver52]

Делать замеры на отдельных элементах я не хочу по причине разбалансировки элементов. Ведь сейчас напряжение на них отличается максимум на 0,02 В, все они сбалансированы. А сделать нагрузку под 10 А пока нет возможности. Сегодня схожу в магаз, попробую найти галогенку на 12 В 100 Вт, куплю таких 3 шт, и смогу сделать уже более достоверные замеры. Самому интересен результат. Еще планирую (надеюсь, элементам ничего не будет) все паки соединить последовательно. Сейчас на каждом паке ровно 41 В (немного зарядил и выровнял напряжения). Итого будет 410 В. И нагружу все это на две последовательно соединенные лампы для прожекторов 220 В 500 Вт. Буду мониторить общее напряжение и силу тока, засеку время, за которое аккамулы разрядятся до значения 300 В. Еще буду следить за напряжением на каждом паке на всякий случай. Таким образом, можно будет определить примерно реальную емкость паков, и выделить паки, которые разрядились быстрее всего. А там видно будет, как собирать в батарею. Конечно, понимаю, что можно взять ваттметр, и все им измерить, но пока что он в пути, и будет где-то через 1-2 недели. А мне уже не терпится испытать батарейку.
P.S. А в первой формуле действительно ошибся. Вот что значит невнимательность и сонливость - вчера банально сонный весь день ходил.

[diver52]

Замерил внутреннее сопротивление пары элементов (соединены параллельно). Тестил нагрузкой под 5 А - галогенка на 6 В 55 Вт. Мелкая нагрузка - галогенка на 12 В 20 Вт. Учитывая емкость аккамула 2,6 Ач, получаем ток нагрузки 2С. Вот замеры:
r=(4,05 В - 3,86 В)/(4,84 А - 0,91 А) = 0,19 / 3,93 = 0,048 Ом. Учитывая, что две банки параллельны, получаем 0,048 * 2 = 0,096 Ом или 96 мОм. Многовато будет, но это уже реальное значение конкретного элемента.
Далее протестил всю сборку. нагрузка была 3 А - 3 галогенки. Одна на 24 В 70 Вт и две, соединенные в параллель, на 12 В 35 Вт. Итого 36 В 70 Вт. Ток нагрузки чуть выше 1 С. Замеры:
r=(40,7 В - 39,9 В)/(3 А - 0,61 А) = 0,8 / 2,39 = 0,335 Ом. Учитываем кол-во банок 10 и по две в параллель, получаем сопротивление одного элемента: 0,335*2 / 10 = 0,067 Ом или 67 мОм.
Кстати, учитывая заявленное внутр. сопротивление LiMn2O4 аккамулов 65 мОм, получаем абсолютно достоверный результат. Хотя в целом я немного расстроен такими высокими значениями. Думал будет меньше. Хотя учитывая ток нагрузки 1 С, все будет нормально.

[илс]

Ну что же, коллега,.... поздравляю, теперь Вам известно честное внутреннее сопротивление элементов, осталось замерить реальную емкость и тогда выяснить удельную плотность энергии.
Надеюсь, этот параметр Вас не разочарует!

PS а контроллер у Вас какой мощности?

[diver52]

Контроллер еще в пути также, как и МК. Infenion на 6 транзисторов. Попросил сразу прошить его под свои нужды. Т.е. ограничить ток до 20 А и напряжение отключения 42,5 В. По сути, это где-то 1 кВт мощности. Особая динамика мне не нужна - главное - это пройденное расстояние и максимальная скорость.

[aleks17121960]

Контроллер еще в пути также, как и МК. Infenion на 6 транзисторов. Попросил сразу прошить его под свои нужды. Т.е. ограничить ток до 20 А и напряжение отключения 42,5 В. По сути, это где-то 1 кВт мощности. Особая динамика мне не нужна - главное - это пройденное расстояние и максимальная скорость.

По сути это менее 800Вт,учитывая КПД МК.

[diver52]

Фух, наконец-то произвел полноценный тест. Если честно, слегка разочарован результатом. Все же придется все аккамулы балансировать почти с нуля. Под конец вообще напряжения пошли конкретно скакать. Теперь по сути. Для теста емкости я поступил следующим образом: Сначала выровнял заряды на каждом паке. Итого на каждом из них было ровно 41 В. Разбалансировка на каждом элементе +/- 0,01 В. Пару паков решил сбалансировать немного, где вольтаж расходился на 0,1 В. Потом соединил их все последовательно, итого получил 410 В 2,6 Ач. В качестве нагрузки использовал две лампы для прожекторов на 220 В 500 Вт. Поставил их на радиаторы и снизу подстелил доску и кусок железа, ибо греются они не по детски. Поставил предохранитель на всякий случай на 7,5 А. Последовательно включил тестер для замера силы тока. И еще другим тестером измерял напряжение на каждом паке через каждые 5 мин. Весь огород виден на картинке:



Все результаты занес в таблицу (в ней я подробно проделал все расчеты - приблизительные):



Меня сразу разочаровал один из 10-ти паков, напряжение на нем резко просело в конце вплоть до 26,6 В, когда на остальных оно было 33 В и выше, пришлось все отключить, и доделать тест без него. Итого емкость каждого пака составила примерно 2,2 Ач вместо 2,6 Ач заявленных. Неплохой результат.

Далее записал напряжения на каждой паре аккамулов в самом начале перед замерами и потом, а также номера паков:



В общем, понял, что в самом конце все разбалансируется, и емкость каждого пака разная. Теперь ломаю голову, как все собирать, чтобы в итоге разбалансировка не происходила или же все же придется дополнительно БМСку дозаказывать. Еще одно дело собирать батарею на 36 В, а другое - на 48 В. Зато после замеров все встало на свои места.

[NikolayS]

Если один пак весит 800г и емкость 80Втч, то удельная емкость 100Втч/кг
не богато - близко к лиферу