2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Литиевые аккумуляторы на морозе

Литиевые аккумуляторы на морозе

Вот уже наступила зима – а перед ней всегда возникает вопрос: как правильно хранить литиево-ионные батареи в течение длительного срока без эксплуатации. Это важная тема, потому что каждый владелец желает максимально сохранить свойства аккумулятора.

Есть однозначная рекомендация по поводу температуры хранения. Наиболее благоприятная температура – в районе 0°C, но не ниже нуля. В таких прохладных условиях свойства электролита сохраняются максимально долго, поэтому можно завернуть аккумулятор в герметичный пакет и хранить его в холодильнике (но не в морозилке). Но ничего страшного, если у вас нет подходящих условий. Батареи можно хранить и до температуры +20°C. Можно и выше, но это уже менее благоприятно.

А вот по поводу уровня, до которого должна быть заряжена батарея, есть противоречия.

Известный сайт batteryuniversity.com, на который так или иначе ссылаются авторы почти всех статей про хранение литиево-ионных батарей, рекомендует хранить аккумуляторы при уровне заряда 40%. То есть, если говорить об Li-Ion, это примерно 3,5 В на элементе. Сайт утверждает, что таким образом максимально сохраняется восстанавливаемая остаточная ёмкость батареи. Например, при хранении заряженной до 40% батареи при +25°C через год восстанавливаемая ёмкость будет на уровне 96%, а если хранится заряженная на 100% батарея – то восстанавливаемая ёмкость составит 80%.

Откуда они взяли эти цифры, как и какие проводились исследования – сайт умалчивает.

Однако у меня есть большие сомнения насчёт приводимых данных. Дело в том, что я всегда все свои батареи храню заряженными на 100%. Причём по нескольку лет. И хранятся они прекрасно. Я не замечал какой-либо существенной потери ёмкости. Конечно, через какой-то эксплуатационный срок они так или иначе выходят из строя. Но отнюдь не через 5 лет простого хранения.

Поэтому – хоть я и не могу опровергнуть именно цифру 40% (скорее всего, при таком уровне заряда батарея уж точно не испортится) – я всё-таки предпочитаю читать руководства по эксплуатации техники.

Давайте обратимся к рекомендациям производителя. Вот, например, табличка с инструкциями на батарее самоката Airwheel Z3.

В переводе значит: «Полностью зарядите батарею перед хранением и после использования. Это продлит срок службы батареи».

А вот инструкции на аккумуляторе от велосипеда QiCYCLE.

Воспользуемся переводчиком с китайского.

И получим такой перевод.

И здесь то же самое. Производитель рекомендует хранить батарею в сухом прохладном месте и подзаряжать её каждые два месяца в течение двух часов. То есть, речь снова идёт о полном заряде батареи.

Итак, у нас два противоположных мнения: одни источники ратуют за 40%-й уровень заряда, другие – за 100%-й. И конкретных доказательств в пользу той или иной версии нет. Поэтому я не могу назвать единственно правильный вариант. Как уже говорил выше, я для себя решил действовать согласно рекомендации производителя, то есть, полностью заряжать аккумулятор перед хранением. И кстати сказать, в выключенном состоянии у батареи практически отсутствует саморазряд. За месяц убегает всего лишь несколько процентов, так что даже нет особого смысла подзаряжать батарею, достаточно просто изредка контролировать заряд.

Внимание: данная статья и изображения в ней являются объектами авторского права. Частичное или полное воспроизведение на других ресурсах без согласования запрещено.

19.11.2018

Пользователи литиевых батарей не понаслышке знают, что на холоде заряд исчерпывается быстрее. Это характерно не только для аккумуляторов смартфонов. Любая литиевая батарея на морозе теряет свою емкость, а насколько – зависит от химического состава используемого электролита. Наиболее подходящими для эксплуатации в холодный период считаются батареи типа LiFePO4 – литий-железо-фосфатные. Литиевые элементы питания другого химического состава также используются зимой, но по сравнению с эксплуатацией в теплый сезон эффективность их работы падает.

Читать еще:  Низкая компрессия в двух цилиндрах

Проблемы

На холоде литий-ионные АКБ показывают себя плохо, они теряют емкость, рабочий ресурс резко сокращается. Происходит это из-за снижения скорости движения ионов и протекания химических реакций, что приводит к падению уровня заряда примерно на 20%. Такое явление временное, в тепле показатели АКБ возвращаются в норму. Но это верно только для батарей, эксплуатируемых при температуре не ниже -40 градусов. В противном случае в АКБ происходят необратимые изменения, батарея выходит из строя. Рекомендуемый порог -20 градусов для литий-ионных АКБ, -30 градусов для литий-железо-фосфатных. Пользоваться аккумуляторами можно, но рекомендуется соблюдать правила зарядки и хранения, не забывать, что рабочий ресурс на холоде уменьшается.

Что происходит с Li-ion аккумулятором на морозе

Несмотря на то, что проблема эксплуатации li-ion батарей при отрицательных температурах стала острой относительно недавно, в некоторых сферах она была актуальна уже много лет назад.

Многие, наверное, помнят ситуации, когда смартфон (обычно это касалось уже устаревших поколений iPhone) отключался после длительного нахождения на открытом воздухе в минусовую температуру. Это связано с тем, что литий-ионный аккумулятор на морозе сильно теряет в токоотдаче и уровне заряда.

А теперь представьте, что речь идет не о смартфоне, а, скажем, об электровелосипеде. Да, многие разумно предпочитают подождать до весны, однако любителей зимних велопрогулок быстрая потеря заряда может застать врасплох. С электрокарами ситуация аналогичная. Суть проблемы заключается в том, что многие химические реакции замедляются при низких температурах, а литий-ионный аккумулятор — это как раз химический источник питания. Соответственно, в мороз аккумулятор рискует глубоко разрядиться даже находясь в состоянии простоя. Это стоит учитывать и вовремя заряжать АКБ. Обращаем внимание, что заряжать аккумулятор сразу после мороза не рекомендуется. Он должен естественным образом согреться перед началом процесса.

Если не усмотреть за литий-ионным аккумулятором и допустить саморазряд до критически низких напряжений (ниже 2,5В на элемент), то спустя некоторое время хранения аккумулятор может выйти из строя без возможности восстановления. В рамках, скажем, одного элемента типоразмера 18650 это не кажется проблемой, однако если речь идет о десятках или даже тысячах (в автомобилях Tesla установлено более 7 тысяч ячеек 18650 от Panasonic), потери будут значительными. Поэтому внимательно следите за состоянием аккумулятора и поддерживайте стабильно средне-высокий уровень заряда для его хранения.

«Магия» химии нам в помощь

Поскольку большинство современных гибридов, так называемых подключаемых плагин-гибридов, и полностью электрических автомобилей перешли на литий-ионные батареи, давайте продолжим их рассмотрение для понимания принципов работы.

Рассматривать принципы других использующихся аккумуляторов мы не будем, поскольку остальные технологии откровенно устаревшие.

Простые правила для сохранения работоспособности АКБ

Уберечь литий-ионные батареи от преждевременного выхода из строя поможет соблюдение нижеприведенных правил:

  1. Заряжайте АКБ, не дожидаясь ее глубокого разряда, при положительных температурах.
  2. Не заряжайте переохлажденные источники питания. Вначале прогрейте их до комнатной температуры.
  3. Используйте оригинальные зарядные устройства, рекомендованные для данной модели АКБ ее производителем.
  4. Не храните литиевые батареи на морозе и при температуре выше 30 °С.
  5. На длительное хранение отправляйте АКБ с уровнем заряда 35–50%.
  6. Не допускайте продолжительного хранения накопителей энергии в состоянии глубокого разряда, иначе они быстро деградируют.
  7. Избегайте перезаряда источника питания. Он неизбежен, если полностью зарядить АКБ в прохладе, а затем внести в более теплое помещение.

Литиевый аккумулятор на морозе

Заинтересовавшись этой проблемой, сделал в Яндексе запрос «Почему ВВБ теряет ёмкость на морозе», получил ряд ответов и создал эту страницу.

Литиевый аккумулятор на морозе: всё про литий-ионные батареи на холоде

Пользователи литиевых батарей не понаслышке знают, что на холоде заряд исчерпывается быстрее. Это характерно не только для аккумуляторов смартфонов.

Любая литиевая батарея на морозе теряет свою емкость, а насколько – зависит от химического состава используемого электролита.

Наиболее подходящими для эксплуатации в холодный период считаются батареи типа LiFePO4 – литий-железо-фосфатные. Литиевые элементы питания другого химического состава

также используются зимой, но по сравнению с эксплуатацией в тёплый сезон эффективность их работы падает.

Что происходит с Li-ion аккумуляторами на морозе?

Из-за снижения температуры электролита уменьшается скорость движения ионов и интенсивность прохождения химических реакций.

На практике это выглядит так: при комнатной температуре аккумулятор имеет заряд 100%, а после попадания на улицу и дальнейшего пребывания на холоде падает до 80% и ниже, не считая расходования энергии на питание устройства.

Читать еще:  Как снять глушитель на ниве шевроле

Но потеря емкости литий-ионных аккумуляторов на морозе – временное явление. При последующем прогреве до комнатной температуры характеристики накопителей энергии полностью восстанавливаются.

Необратимое повреждение происходит только при охлаждении ниже допустимого уровня в -40 °С.

Во избежание негативных последствий для большинства литий-ионных АКБ рекомендуется не превышать нижнюю температурную границу в -20 °С, для литий-железо-фосфатных – минус 30 °С.

В целом литиевые аккумуляторы и мороз вполне совместимы. Главное – помнить, что на холоде АКБ разряжаются быстрее, а долгое хранение при глубоком разряде ведет к неминуемой смерти батареи.

Можно ли хранить Li-Ion аккумуляторы на морозе?

В отличие от эксплуатации, длительное хранение литиевых аккумов на морозе недопустимо. При низких температурах временно снижается токоотдача, и увеличивается скорость саморазряда источников питания.

Это некритично, если после использования АКБ снова окажется в помещении с плюсовой температурой и после нагрева будет заряжена.

Но при долгом хранении на холоде быстрый саморазряд может спровоцировать критическую разрядку источника питания.

А при хранении Li-Ion аккумуляторов на протяжении 3-х месяцев или более длительного срока с напряжением ниже 2,5 В емкость теряется необратимо – АКБ утрачивает способность к восполнению заряда.

Поэтому заморозка литий-ионным аккумуляторам противопоказана. Оптимальная температура для их хранения– от +1 до +25 °С, допустимая – от 0 до +40 °С.

Хранить литиевые АКБ нужно в сухом месте, извлеченными из оборудования, с уровнем заряда порядка 40%. Это поможет не допустить критического снижения напряжения при саморазряде.

Если же напряжение упадет ниже значения 2,5 В на элемент, последующее хранение АКБ в течение 3-х месяцев или более длительного срока приведет к невосстанавливаемому падению емкости. Может произойти и коррозия элементов.

При хранении аккумуляторов более 7 дней с напряжением до 2 В на элемент происходит критическое изменение их химической структуры. Такие элементы питания подлежат утилизации.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на холоде?

Зарядка литиевых АКБ на морозе недопустима. Более того – после использования при низкой температуре аккумуляторную батарею нужно выдержать в помещении, чтобы она прогрелась. Прогрев должен быть естественным и постепенным, без использования близко расположенных источников тепла.

Оптимальный температурный диапазон для подзарядки литий-ионных АКБ – от +10 до +25 °С. Если зарядить литиевый аккумулятор на холоде, при последующем нагреве накопитель энергии окажется перезаряженным. А перезаряд, как и критический разряд, губительно сказывается на работоспособности батарей и их ресурсе.

Простые правила для сохранения работоспособности АКБ

Уберечь литий-ионные батареи от преждевременного выхода из строя поможет соблюдение нижеприведенных правил:

  1. Заряжайте АКБ, не дожидаясь ее глубокого разряда, при положительных температурах.
  2. Не заряжайте переохлажденные источники питания. Вначале прогрейте их до комнатной температуры.
  3. Используйте оригинальные зарядные устройства, рекомендованные для данной модели АКБ ее производителем.
  4. Не храните литиевые батареи на морозе и при температуре выше 30 °С.
  5. На длительное хранение отправляйте АКБ с уровнем заряда 35–50%.
  6. Не допускайте продолжительного хранения накопителей энергии в состоянии глубокого разряда, иначе они быстро деградируют.
  7. Избегайте перезаряда источника питания. Он неизбежен, если полностью зарядить АКБ в прохладе, а затем внести в более теплое помещение.

Морозоустойчивость литиевых аккумуляторов разных типов

​К эксплуатации в холода наиболее адаптированы аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата и литий-титаната (LiFePO4 и Li4Ti5O12).

Но для оснащения персонального электротранспорта модели на основе литий-титаната практически не используются из-за высокой цены и низкой удельной энергоемкости. Другое дело – батареи LiFePO4. Они считаются лучшим вариантом для использования в холодное время года, т.к.:

  1. способны работать в широком температурном диапазоне – от -30 до +55°C;
  2. отличаются малым сопротивлением;
  3. долговечны;
  4. термически стабильны;
  5. терпимы к высокому заряду;
  6. могут храниться при высоком напряжении;
  7. максимально безопасны в применении, даже при 100% заряде.

Более чувствительны к низким температурам Li-Ion аккумуляторы типа LiCoO2 (литий-кобальтовые), LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель), LiNiMnCoO2 (литий-никель-марганец-кобальт-оксидные, сокращенно NMC).

Способы защиты литиевых АКБ от холода

Чтобы уберечь аккумуляторную батарею от воздействия отрицательных температур, не оставляйте ее надолго на морозе – по возможности снимайте АКБ и заносите в помещение.

Защитить батарею от переохлаждения во время работы позволяет использование термокейса. Для его изготовления можно использовать изолон, пенопласт и другие термоизоляционные материалы. В процессе работы АКБ нагреется, а термокейс не даст ей быстро остыть во время непродолжительной стоянки.

Читать еще:  Как отремонтировать коробку передач

Выводы

Боятся ли литиевые аккумуляторы мороза – зависит от химического состава используемого накопителя энергии и соблюдения правил его эксплуатации.

Наиболее устойчивы к воздействию отрицательных температур батареи типа LiFePO4. Остальные литий-ионные АКБ также допустимо использовать зимой (до -20 °С), но желательно поместить их в термокейс из теплоизоляционных материалов.

Дальность хода на одном заряде у одной и той же батареи зимой будет ниже, чем в теплое время года, поскольку при снижении температуры временно уменьшается и емкость АКБ.

Заряжать и хранить литиевые АКБ нужно исключительно при положительных температурах. После использования в холодных условиях аккумулятор нужно внести в помещение и выдержать 2–3 часа при комнатной температуре, а затем зарядить.

Мой личный вывод таков: электромобиль зимой нужно хранить в тёплом гараже с полностью заряженной ВВБ. Обзаводиться в Москве тёплым гаражом слишком дорого, а вот в экопарке вполне можно построить гараж, если решусь со временем обзавестись электромобилем. Причём стены желательно сделать из толстых пеноблоков и оснастить гараж автоматикой поддержания положительной температуры.

Совершенно необязательно прогревать весь гараж: достаточно прогревать ВВБ, причём этот прогрев можно проводить за счёт постоянного питания какого-нибудь потребителя небольшой мощности и автоматической подзарядки от сети 220 В.

Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В особо хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!

И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
Продолжение тут…

Результаты измерений

«Запустились» абсолютно все аккумуляторы. Но с заметно разным результатом.

График разряда аккумуляторов при комнатной температуре и при температуре -24С

При увеличении графика видно, что аккумуляторы ведут себя совершенно по разному.
Samsung 30Q — напряжение опускается до критического значения, а кривая LG HG2 находится в штатном диапазоне напряжений.

Разряд Li-ion аккумуляторов при температуре -24С

Напряжение на Samsung 30Q проседает до минимально допустимого. Устройство работающее на аккумуляторах Samsung 30Q скорее всего не включиться на морозе.

Разряд Li-ion аккумуляторов Samsung 30Q при температуре -24С

Результаты тестов

Сработали все без исключения элементы, но их результаты отличались.

На этом графике показана величина разряда батарей при комнатной температуре и при -24 ⁰С. Видно, что поведение ячеек довольно сильно отличается друг от друга.

Выдели часть графика увидим, что у батарейки 30Q значение напряжения критически опустилось, зато напряжение у элемента HG2 в пределах стандартных значений.

После изучения процесса разряда литиевых ячеек при -24 ⁰С, видно, что наблюдается просадка 30Q до минимума, который вообще допустим. Вывод можно сделать такой, что промерзший аккумуляторный инструмент на ячейках 30Q, с большой вероятностью, не станет работать на сильном холоде.

К примеру, так разряжается ячейка 30Q в -24 градуса ⁰С

Все по местам

Материалы по теме

Чтобы определить лидеров и аутсайдеров, мы ввели балльную систему оценки. В каждом виде испытаний брали лучший и худший результаты и присваивали им соответственно пять баллов (максимум) и один балл (минимум). Каждый из остальных участников получал промежуточный балл, пропорциональный своему положению между лидером и аутсайдером. К примеру, если при замере резервной емкости лидер показал результат 112 минут, а аутсайдер — 78, то участнику с результатом 87 минут достается 2,06 балла. При отказе батареи в том или ином виде испытаний она получает 0 баллов.

Суммарный балл по итогам замеров — это среднее арифметическое пяти промежуточных оценок. Затем мы делили его на цену аккумулятора, после чего вновь приводили к пятибалльной шкале. Таким образом, итоговая оценка — это, по сути, соотношение цены и качества.

Вне конкуренции в наших испытаниях оказались батареи Tyumen Battery Premium и Varta Blue Dynamic. С учетом гораздо более привлекательной цены на вершину поднялась «сибирячка». Если бы мы не принимали во внимание цены, первой стала бы Varta. Впрочем, у «иностранки» есть еще одно парадоксальное преимущество перед российской батареей: ее легче найти в продаже. Звучит нелогично, но это так, причем не только в Москве.

Вывод? Нельзя приобретать аккумулятор, глядя только на ценник. Экономия может выйти боком. Лучше потратьте немного времени на то, чтобы ознакомиться с результатами нашей экспертизы. Удачной покупки и стабильного напряжения в бортсети!

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector