[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [Lead Acid PZS] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса LiON аккумуляторов. Практически все данные взяты из проверенных источников (batteryuniversity.com - литий-ионные (lithium-ion) батареи, с сайтов производителей LiON батарей - Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить, если заметите ошибки - пишите.

Долго думал, как преподнести материал, и, в конце концов, решил, что его нужно подавать в виде отдельных фактов, касающихся жизни реальных литий-ионных батарей. Так что начнем...

Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса "старения" (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова - если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно относитесь к дате изготовления - при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленого ресурса.

Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях – смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше)

Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его емкости до 80% от номинальной понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно огранизовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике – при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% емкости и ношении его во внешнем кармане одежды – срок жизни уже достиг почти 4х лет при сохранности емкости).

Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации LiON аккумуляторов - разряд может осуществляться и при низких температурах (в зависимости от химии аккумулятора от -25°C до -10°C), но заряд должен производиться только при положительной температуре батареи.

Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияют на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор – при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C ) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).

Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает емкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.

BMS (Battery Manegement System) - система управления батареей - электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента. Для избега ния выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его, иначе BMS не позволит начаться заряду когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике – я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)).

Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относистя к LiFePO₄ аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO₂ и LiMn₂O₄). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной емкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO₂ аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C – в 4 раза).

В заключение можно сказать, что соблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора и он будет долго радовать вас своей емкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Также каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции – у них будут немножко (или множко) другие характеристики. К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной экспуатации LiON аккумуляторов.

Читайте также: Литий-ионные аккумуляторные батареи, основные характеристики, преимущества и недостатки.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [Lead Acid PZS] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

Эта статья создана в помощь ищущим информацию о продлении срока эксплуатации необслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторов. В статье затрагиваются базисные моменты, знание и практическое использование которых позволит получить больший срок жизни вашей батареи. Основой для написания статьи послужила страница How to restore and prolong SLA and VRLA lead-acid batteries, batteryuneversity.com , а также информация с сайтов компаний-производителей необслуживаемых батарей и немного личного опыта.

VRLA (Valve Regulated Lead Acid batteries) - батареи с регулируемыми клапанами, или SLA (Sealed Lead Acid batteries) – герметизированные свинцово-кислотные батареи, являются технически индентичными. В англоязычных ресурсах имеется некоторая путаница с применением данных аббревиатур, однако использование аббревиатур SLA и VRLA для необслуживаемых свинцово-кислотных батарей отличаются в них только областью применения и емкостью (SLA – для батарей емкостью до 30А*ч, VRLA – для более емких батарей).

Для понимания процессов старения в герметизированных свинцово-кислотных батарей необходимо помнить о том, что необслуживаемые свинцово-кислотные батареи разработаны с низким потенциалом перезаряда (диктуется необходимостью снижения объема газов, выделяемых в фазу интенсивного газовыделения, "добивки"). Следствием данного конструктивного решения является сложность выбора алгоритма заряда – поскольку батарея никогда полностью не заряжается, то постепенно увеличивается сульфатация пластин. С другой стороны при применении перезаряда уменьшается сульфатация, но из-за конструкции SLA батареи происходит повышенная коррозия положительного электрода, что приводит к выходу аккумулятора из строя. В следствие этого требуется придерживаться рекомендаций производителя по поводу алгоритма заряда SLA батареи, поэтому не обижайтесь, если в процессе чтения статьи я буду часто отсылать вас к информации производителя вашего аккумулятора.

Следует помнить, что температура аккумулятора сильно влияет на срок его жизни. Превышение температуры, при которой аккумулятор длительно работает, на каждые 10°C приводит с сокращению времени жизни в 2 раза. Справедливо также обратное замечание. Также следует отметить, что нижний температурный предел у SLA батарей также ограничен, и чем больше разряжена батарея, тем хуже ее рабочие характеристики при низких температурах.

При использовании VRLA батарей необходимо, чтобы все элементы имели очень близкие характеристики. Поскольку при использовании батареи возникает разбалансировка напряжений на различных элементах, необходима процедура эквализации аккумуляторов в батарее. Эквализация достигается путем увеличения напряжения на каждой ячейке до 2,5В в течение двух часов. Процедура эквализации проводится раз в 6 месяцев, или чаще, если указано производителем батареи.

Всвязи с повышенным требованием к точности соблюдения параметров заряда для необслуживаемых батарей необходимо правильно выбирать зарядное устройство. Допустимая пульсация зарядного тока ограничена, обычно в пределах до 2,5% от номинального напряжения (измеряется при нагрузке зарядного устройства максимальным током для данного зарядного при отключенном аккумуляторе). Это означает, что необслуживаемые аккумуляторы необходимо использовать совместно с импульсными зарядными устройствами, работающими на частоте в десятки килогерц и обеспечивающими постоянное напряжение (не пульсирующее в такт с напряжением в сети 220В 50Гц). Производитель может требовать более жестких параметров зарядного устройства.

Также желательно иметь зарядное устройство с температурным датчиком, поскольку при заряде повышается температура аккумулятора, вместе с температурой растет емкость, с ростом емкости зарядный прибор может перезарядить батарею свыше необходимого уровня, что приводит к еще большему росту температуры и, как минимум, к ухудшению параметров батареи. Подобная ситуация существует и при заряде батареи при низких температурах. Температурный датчик позволяет сдвинуть параметры заряда в зависимости от температуры аккумулятора, что позволяет избежать указанного нежелательного эффекта. В качестве иллюстрации необходимости термодатчика в зарядном могу привести пример двухмесячной давности заряда никель-кадмиевой батареи для профессионального шуруповерта (в плане поведения, в зависимости от повышения температуры, данные аккумуляторы схожи со свинцово-кислотными) на зарядном без термодатчика, позволяющего заряжать бататею ускоренным темпом – за час. В то время была температура в квартире около 30°C, зарядное автоматически должно заряжать аккумулятор до достижения целевого напряжения и автоматически отключаться, что английским по-белому было сказано в инструкции в разделе безопасность. Утром первый аккумулятор из комплекта был заряжен без всяких эксцессов – через 50 минут зарядное отключилось, ближе к вечеру второй аккумулятор при заряде преподнес сюрприз: из-за отсутствия термодатчика в зарядном, батарея вошла в рекурсивный цикл повышения емкости, в зависимости от температуры. Так как заряд был ускоренным проблема была замечена поздно – когда аккумулятор пошел дымом и стал разбрызгивать горячий электролит. Быстро отключенный от сети зарядник удалось спасти. Аккумулятор же еще долго сопел в агонии, пытаясь причинить как можно больше вреда при отходе в мир иной, однако ему это не удалось и вред ограничился стоимостью самого аккумулятора – 15USD. С тех пор зарядное подключается к сети через таймер.

Желательно поддерживать батарею в заряженном состоянии и избегать глубоких циклов разряда. Для нивелирования глубины разряда применяются более емкие батареи. Разряд VRLA батареи меньше чем 2,1В на аккумуляторную банку приводит к сульфатации пластин. Для уменьшения уровня сульфатации в конце заряда рекомендуется применять заряд постоянным напряжением 2,4В на элемент в течение 2х часов. Длительность заряда желательно расчитывать, исходя из 14 часов, увеличение времени заряда с 8 до 14 часов увеличивает время жизни батареи при соблюдении алгоритма заряда, рекомендуемого производителем.

Для заряда некоторых VRLA батарей производители рекомендуют реверсивный метод заряда – в котором зарядное устройство, в процессе заряда, циклично на короткое время переключается в режим разряда батареи. Использование реверсивного метода заряда позволяет уменьшить сульфатацию пластин при сохранности анода, что продляет жизнь батареи.

Надеюсь, что эта статья помогла вам оценить объем проблемы продления жизни необслуживаемым свинцово-кислотным аккумуляторам. VRLA (SLA) аккумуляторные батареи являются необслуживаемыми с точки зрения отсутствия необходимости долива дистилированной воды, эта же конструктивная особенность диктует более жесткие требования к условиям их разряда/заряда, что требует строгого соблюдения рекомендаций производителя для продления жизни необслуживаемой свинцово-кислотной батареи.

Читайте также: Свинцово-титановые кислотные аккумуляторные батареи с биполярными электродами - будущее тяговых батарей для электромобилей.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]