Литий-ионные аккумуляторы для использования в жестких условиях окружающей среды

При какой температуре работают литиевые аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы для использования в жестких условиях окружающей среды27 февраля 2017 г.

Материал о том, при какой температуре работают литиевые аккумуляторы, и чем опасно несоблюдение рекомендуемой температуры эксплуатации Li-Ion аккумуляторов.

Допустимая температура эксплуатации Li-Ion аккумуляторов – от -20 до +50 °С (у некоторых моделей – от -40 °С). Но работа в пограничных режимах – как по температуре, так и по напряжению – негативно сказывается на способности аккумулятора запасать энергию.

При эксплуатации в пограничных режимах ощутимо снижается рабочая емкость АКБ и ее ресурс.

Чтобы продлить эксплуатационный ресурс литий-ионной батареи и избежать сокращения времени ее работы без подзарядки, необходимо придерживаться температурного режима, максимально комфортного для АКБ.

Лучшая температура работы Li-Ion аккумуляторов – около +20 °С. Хранить такие накопители рекомендуется в прохладных условиях – от 0 до 10 °С.

Оптимальный уровень заряда для длительного хранения литий-ионных АКБ – 30–50%. Если отправить на хранение полностью заряженный аккумулятор, со временем его емкость значительно уменьшится.

Если же накопитель будет храниться в глубоко разряженном состоянии, восстановить его вряд ли удастся.

Рекомендуемая температура работы литий ионного аккумулятора

Злейшие враги Li-Ion батарей – перегрев и переохлаждение. Нельзя оставлять такие устройства под воздействием прямых солнечных лучей и поблизости с источниками тепла. Вредны для литиевых накопителей и отрицательные температуры – они снижают отдаваемую энергию. Если сравнить запас отдаваемой энергии при +20 °С и других температурах, то:

  • при падении температуры до +4 °С объем отдаваемой энергии снижается на 5–7%;
  • при последующем снижении температуры ниже 0 °С – теряются 40–50% емкости, и преждевременно исчерпывается ресурс батареи.

Заряжать литиевые АКБ рекомендуется при температурах от +5 до +20 °C. Важно соблюдение температурного режима и при хранении Li-Ion аккумуляторов. Примерные потери емкости в зависимости от уровня заряда и температурного режима при хранении АКБ приведены в таблице:

t, °С Потеря емкости при хранении АКБ с 40% уровнем заряда Потеря емкости при хранении АКБ с полным зарядом
2% / год 6% / год
25 4% / год 20% / год
40 15% / год 35% / год
60 25% / год 40% / квартал

Выводы

  1. При какой температуре работают литиевые аккумуляторы – от -20 до +50 °С, некоторые модели от -40 °С, но пограничные значения негативно сказываются на характеристиках устройств.
  2. Оптимальная рабочая температура – около +20 °С.

  3. Лучшая температура для хранения Li-Ion аккумуляторов – от 0 до 10 °С, с частичным зарядом.
  4. Рекомендуемая температура зарядки литий-ионных батарей – от +5 до +20 °C.

О том, как измерить емкость Li-Ion аккумулятора, читайте здесь.

Источник: https://www.VoltBikes.ru/blog/electro/pri-kakoj-temperature-rabotajut-litievye-akkumuljatory/

Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи

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)

Деградация характеристик литий-кобальтовых аккумуляторов всвязи с температурой хранения

Температура, °C 40% уровень заряда (рекомендуемый уровень заряда) 100% уровень заряда (поддерживается пользователями при работе)
0°C 98% через 1 год 94% через 1 год
25°C 96% через 1 год 80% через 1 год
40°C 85% через 1 год 65% через 1 год
60°C 75% через 1 год 60% через 3 месяца

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 более 4х лет при сохранности емкости).

Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации литий-ионных 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 избегания 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:)).

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей в своих расчетах, скорее всего, используют уравнения Пекерта (Peukert).

Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора).

Это особенно ярко видно на примере «цифрового эффекта памяти» в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной.

Эффект «цифровой памяти» нивелируется калибровкой батареи: полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки без встроенной в BIOS Setup системы калибровки, необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

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).

Cоблюдение 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 литий-ионных аккумуляторов.

Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса литий-ионных аккумуляторов. Цифровые данные взяты из проверенных источников (batteryuniversity.

com — литий-ионные (lithium-ion) батареи, с сайтов производителей литий-ионных батарей — Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить, если заметите ошибки — пишите.

Больше информации об различных типах аккумуляторных батарей вы сможете почерпнуть на сайте автора: http://sdisle.com/battery/

P.S. Меня очень удивило, что на хабрехабре нет поддержки индексов для текста (тег sub…/sub) — благодаря этому некоторые химические формулы в статье изображаются неверно:(.

Источник: https://habr.com/post/29432/

Устройство литиевых аккумуляторных батарей

 В настоящей статье рассматриваются наиболее перспективные литий-ионные аккумуляторы. 

Устройство литиевых аккумуляторов

Электроды современных аккумуляторов изготавливаются путём нанесения катодного материала на алюминиевую фольгу (катод) и, соответственно, анодного материала – на медную фольгу. В химический состав катодного материала входят, чаще всего, литиевые соли кобальтовой кислоты и твёрдые растворы литиевых солей никелевой кислоты.

В качестве анодного материала используют литиевые соли фосфорной кислоты. Электролит представляет собой гелеобразную массу, в состав которой входят соли лития.
Электролитом пропитываются так называемые сепараторы – конструкции, имеющие пористую структуру. Электроды и сепараторы размещаются в герметичном корпусе. Для токосъёма предусмотрены присоединительные клеммы.

Корпус аккумулятора снабжён предохранительным клапаном избыточного давления, срабатывающим в аварийных ситуациях. Отличительными особенностями литий-ионных аккумуляторов являются малый вес, продолжительный срок службы и большая удельная ёмкость на единицу массы и объёма.

Аккумуляторы при хранении и эксплуатации не загрязняют окружающую среду, они соответствуют всем мировым стандартам по экологии. Вместе с тем, – это самые дорогие из всех современных аккумуляторов. 

Существует несколько разновидностей литий-ионных аккумуляторов. Различают аккумуляторы литий-марганцевые, литий-полимерные, литий-железо-фосфатные. Области применения, режимы работы, положительные и отрицательные характеристики  всех аккумуляторов на основе лития, его сплавов и солей во многом схожи.

   Цены на литий-ионные аккумуляторы достаточно высокие. Они соизмеримы со стоимостью хорошего велосипеда и в случае установки на электровелосипед, стоимость такого транспорта всегда будет выше, чем электровелосипеда, укомплектованного  свинцово-кислотными батареями. 

 Литий-марганцевые аккумуляторы

 В этих аккумуляторах анодный электрод изготавливается из химически чистого лития, а катод – из диоксида марганца. Электролит представляет собой органическое вещество, состав которого является секретом предприятия-изготовителя. Аккумуляторы собираются в батареи из  мягких полимерных корпусов, в виде стандартизованных цилиндров и таблеток.

Батареи широко используются для питания разнообразной электротехнической и электронной аппаратуры, в частности, для ноутбуков,  автономных охранных и противопожарных  сигнализаций, цифровых фото- и кинокамер, систем реанимации и искусственных органов человеческого тела, в испытательных станциях, для электротранспорта – электромобилей и электровелосипедов.

 Номинальное напряжение на контактах одного ячейки аккумулятора колеблется в пределах 3,15-3,3 В (здесь и далее под напряжением аккумулятора имеется в виду напряжение одного аккумуляторного элемента, в отличие от номинального напряжения аккумуляторной батареи, которую в быту ошибочно называют «аккумулятором»). Рабочее напряжение аккумулятора – 3,0 В.

Фактически, оно является наибольшим по сравнению с другими аналогичными аккумуляторами. Габаритные размеры аккумуляторов цилиндрической формы находятся в пределах 14 – 39 мм (диаметры), высота от 25 до 34 мм. Удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 10 Ампер часов. Таблеточные аккумуляторы имеют диаметры в пределах 16 – 30 мм, высоту 1,2 – 10,5 мм.

 Их ёмкость может  быть до 950 мА-ч.    Срок службы аккумулятора,  при условии правильной эксплуатации, может доходить до 10 лет.

Для зарядки всех типов литиевых аккумуляторов,  выпускаются специальные автоматические зарядные устройства, со световой сигнализацией, извещающей о начале и окончании процесса зарядки. Эти устройства могут поставляться в комплекте с аккумуляторной батареей или отдельно. В состав зарядных устройств входят элементы автоматики, не допускающие аварийных  режимов и превышения напряжения зарядки.

 Литий-полимерные аккумуляторы

   Рабочее напряжение таких аккумуляторов составляет 3,7 В. Максимальная удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 4.2 Ампер часа. Электролит представляет собой полимерный гелеобразный продукт. Габаритные размеры варьируются в широких пределах.

Толщина аккумулятора, чаще всего, колеблется от 1,9  до 10 мм. Ширина – от 9,5 до 49 мм. Длина – от 22 до 61 мм. Область применения аккумуляторов достаточно обширна. Аккумуляторы питают различные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, электроинструменты, электрифицированные игрушки.

Могут использоваться для электровелосипедов и электромобилей. В последние годы начинают использоваться в комплекте с альтернативными источниками электроэнергии – ветрогенераторами, солнечными батареями. В таких областях применяются аккумуляторные ячейки большой ёмкости – до 90 Ампер часов.

В процессе эксплуатации аккумуляторы допускают не менее 500 перезарядок после полного разряда. Чем меньше процент разряда, – тем больше циклов аккумулятор может выдержать без существенного ухудшения характеристик.

Все аккумуляторы, сделанные  на основе лития, –  не загрязняют окружающую среду, поскольку являются герметичными и не содержащими ядовитых и опасных химических веществ.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

   Описываемая конструкция катода впервые была разработана и применена в Соединённых Штатах Америки в 1996 году. Началом же промышленного производства этой модификации аккумуляторов явился 2003 год.

В этих аккумуляторах катод изготовлен из материала, в состав которого входит двойная железо-литиевая соль фосфорной  кислоты. Номинальное напряжение одной полностью заряжённой ячейки аккумулятора составляет 3,65 В.  Каждый  аккумулятор допускает от 800 до 2000 перезарядок в течение 10 лет.

Стоимость такого катодного аккумуляторного материала  значительно ниже, чем стоимость материала, в состав которого входит кобальт. Кроме того, такой материал не ядовит и обладает значительной термостойкостью.

Недостатком материала является то, что он обеспечивает получение гораздо меньшей ёмкости, чем аналогичные вышеупомянутые материалы. Это значит, что для получения необходимой ёмкости, батарею придётся набирать из большего количества ячеек.

Особенности эксплуатации литиевых аккумуляторов:

  1. Не пытайтесь создать мощную литиевую батарею из отдельных незащищенных элементов, которые можно приобрести у китайских производителей! Такая батарея не будет иметь встроенной системы защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда, от повышения температуры, и поэтому может запросто взорваться при замыкании ее контактов или при нагревании, а также – во время заряда (перезаряда). К тому же, она, если не взорвется, прослужить гораздо меньше, ведь ее ток разряда ничем не будет ограничен.
  2. Ни в коем случае не нагревайте литиевую батарею! При повышении температуры растет давление газа внутри литиевой батареи, что также может привести к взрыву. По этой причине не следует оставлять открытую литиевую батарею от прямыми солнечными лучами. Это не приведет к взрыву, но укоротит срок службы аккумулятора.
  3. Не закорачивайте выводы литий-ионной аккумуляторной батареи. Не надейтесь только на электронику (встроенную систему защиты от короткого замыкания), будьте внимательны.
  4. Заряжайте литиевые аккумуляторы правильно! – Используйте специально созданные для этого зарядные устройства, в которых автоматически контролируется ток заряда. 
  5. Заряд литиевой батареи необходимо проводить только при положительной температуре!!!
  6. При подключении нескольких литиевых батарей, используйте аккумуляторы от одного производителя – одного номинала, в одном и том же техническом состоянии.
  7. Хранить литиевые аккумуляторы желательно в сухом, прохладном месте, защищенном от воздействия прямых солнечных лучей при t от 3 до 5 °С. Хранение при более высокой температуре может  привести к уменьшению ресурса АКБ. При длительном хранении (зимнее время) литиевую аккумуляторную батарею необходимо зарядить примерно на 45%. Крайне нежелателен полный разряд АКБ. Если это произошло то, то АКБ необходимо как можно быстрее зарядить. Долгое хранение в разряженном состоянии литиевой АКБ может привести к выходу ее из строя. При любых признаках повреждения литиевого аккумулятора – трещина в корпусе, ржавчина, вмятина – эксплуатировать его нельзя.
  8. Если во время хранения или эксплуатации литиевого аккумулятора вы заметили его сильный нагрев, шипение выходящего газа, появление едкого белого дыма, то немедленно прекратите эксплуатацию такого аккумулятора и переместите его в безопасное для других людей место. Если из аккумулятора вылился электролит – не допускайте его контакта с кожей, проветрите помещение, аккумулятор утилизируйте.
  9. Не разбирайте, не сжигайте, и не выбрасывайте литиевые батареи в мусорные баки. Их следует утилизировать отдельно: при разгерметизации литиевого аккумулятора и попадании внутрь воды, происходит реакция с выделением водорода, что чревато возгоранием, и даже взрывом.
  10. Горящие литиевые батареи нельзя тушить водой – это приведет к образованию водорода, и с помощью углекислотного огнетушителя – литий вступает в реакцию с углекислотой. Можно применять только порошковые огнетушители, или – сухим песком, поваренной солью, пищевой содой, а также накрывая горящий аккумулятор плотной термостойкой тканью.
Читайте также:  Подключение электросчетчика

      Большинство литиевых аккумуляторов производятся, в основном, в Китае, –  здесь имеется хорошая сырьевая база, но имеются и американские, европейские и российские предприятия по выпуску  различных модификаций литий ионных аккумуляторов. 

Источник: http://evelo.by/stati/83-chto-nuzhno-znat-o-litievykh-akkumulyatornykh-batareyakh

Литий-ионные аккумуляторы:почему их не ставят на автомобили

Идея всемерного облегчения конструкции автомобиля преследовала конструкторов с самого появления машины. И за прошедшую сотню лет конструкция практически подошла к пределу совершенства.

А вот другие элементы автомобиля, особенно те, что имеют отношение к бортовой электронике, пассивной безопасности и экологичности, растут не по дням, а по часам. На фоне появления в конструкциях автомобилей настоящего хай-тека присутствие в них тяжелого свинцового аккумулятора кажется настоящим расточительством.

Ведь эта штуковина весит очень много, особенно если нужна емкость «за 60 Ач». Так почему же так мало машин, в которых эту деталь рискнули заменить на что-то новое?

Если постараться вспомнить, в каких автомобилях серийно применяют литий-ионные аккумуляторы, то список окажется до обидного коротким. В нем будет McLaren MP4-12C и Porsche GT3/GT2, причем на последних спорткарах его использование опционально.

Конечно, такой тип аккумулятора применяется еще и на электромобилях и подзаряжаемых гибридах, но там емкость батареи не позволит применять менее энергоемкий тип накопителя, и к тому же свинцовая батарея часто присутствует для питания вспомогательных систем.

Как основной и единственный источник питания литиевые батареи более нигде не применяются.

В чем же причина? Просто еще не пришло время или эти технологии на самом деле — тупиковый путь?

Что такое литий-ионный аккумулятор? К таковым относят аккумуляторы, катод которых изготовлен из оксидов лития.

В большинстве случаев это кобальтат (LiCoO2) или никелат лития (LiNiO2), но получают распространение также аккумуляторы с катодом из феррофосфата лития (iFePO4) и литий-марганцевой шпинели (LiMn2O4).

Анод обычно сделан из графита или углеродных композиций, например графена. Электролит состоит из органических растворителей с солями лития

Чем так хороши литий-ионные аккумуляторы и какова плата за высокие характеристики? С момента появления в 1983 году успешной идеи использования кобальтита лития в качестве катода в аккумуляторе прошло немало времени, в течение которого технологию непрерывно совершенствовали. Число рабочих циклов увеличили примерно с 300 в первых моделях до 1500 и даже 7000 в новейших образцах. Удельную емкость — со 100 до 240+ Втч/кг, а стоимость снизилась почти на два порядка.

Основные преимущества технологии заключаются именно в очень высокой энергоемкости и скорости заряда/разряда. Дополнительным преимуществом являются небольшие значения саморазряда, высокая плотность энергии, небольшие габариты аккумуляторов и полное отсутствие обслуживания на протяжении жизненного цикла.

Минусов тоже более чем достаточно. Высокая зависимость характеристик и ресурса от температуры, быстрое падение характеристик при перегреве и глубоком разряде, высокие требования к соблюдению режима зарядки, опасность применения высокого тока разряда.

Наличие «нормального» падения характеристик на 3–6% в год также к числу положительных качеств не отнести.

А еще кобальт крайне опасен для человека и окружающей среды, так что «классические» литий-ионные аккумуляторы после выработки ресурса обязательно должны утилизироваться.

Значительное улучшение параметров принесла технология литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Очень важно, что в этом случае аккумулятор экологически безвреден, хотя утилизация все равно очень рекомендуется, но, как минимум, это не опасно.

Возрастают токи заряда и разряда, а также число их циклов вплоть до фантастических 7000, аккумулятор лучше работает при отрицательных температурах. К тому же у такого аккумулятора за счет регулирования внутреннего сопротивления есть встроенная «защита от чрезмерного разряда» и он куда стабильнее держит напряжение в процессе работы.

А еще рабочее напряжение в 3,2 В заметно удобнее для применения в цепях питания, рассчитанных на 12 В.

К сожалению, удельная емкость у этого типа аккумуляторов на 15–20% ниже, чем у «кобальтовых», так что там, где идет сражение за каждый грамм веса, их не применяют. Но по сравнению со свинцово-кислотными и никель-металлгидридными они все равно фантастически легкие и емкие.

Зачем нужен литий-ионный аккумулятор в машине, понятно: для снижения веса. Так, типичный аккумулятор в машине на 60 Ач весит порядка 16 кг, а на 90 Ач — уже 24 кг.

Масса литий-ионного составила бы порядка 3–5 кг для моделей с той же емкостью и напряжением. А разница в 12–20 кг уже существенна.

Во всяком случае, ради 5–10 кг производители модернизируют моторы, облегчая блоки цилиндров и коленчатые валы, применяя пластиковые картеры и алюминиевые болты. Так не проще ли заменить аккумулятор?

К сожалению, просто поставить на машину новую «батарейку» вместо старой не получится. Причин тому довольно много. Даже если аккумулятор достаточно хладоустойчивый и мощный для работы стартера и у вас хватает денег на его покупку, возникнет много дополнительных проблем.

Для начала нужно тщательно следить за током потребления мощных потребителей. Просто надеяться на высокое внутреннее сопротивление источника уже нельзя.

Литий-ионный аккумулятор может банально загореться при повышении тока сверх лимита или превышении времени нагрузки.

Значит, стартер должен иметь схему регулирования и все остальные достаточно мощные потребители, вроде лебедок и вентиляторов охлаждения, — тоже.

Во-вторых, зарядка аккумулятора из последовательно соединенных литий-ионных элементов потребует специального контроллера и обязательного применения балансировки заряда по каждому элементу.

Иначе ресурс аккумулятора быстро упадет, а степень заряда не будет подниматься даже до двух третей максимума.

Ресурс аккумулятора в условиях вибраций и сильного изменения температур зависит и от коррозии соединительных элементов, а для литий-ионного аккумулятора это достаточно рискованные точки.

Соединения катода и анода с проводниками остаются потенциально проблемными местами, особенно если токи большие. И наконец, вам придется поставить аккумулятор в утепленное, но прохладное место. С падением температуры сильно падает и емкость аккумуляторов с гелевым электролитом. Правда, если электролит твердый, а материал катода морозостойкий, то все не так страшно, машина заведется.

Но вот повышение температур выше 60 градусов, скорее всего, сильно понизит ресурс и характеристики аккумулятора. Проблема в твердом электролитном интерфейсе (ТЭИ) на графитовом аноде — слое, который образуется при реакции электролита и графита электрода.

Для этой операции поглощается часть лития из электролита (и катода, разумеется). В нормальных условиях работы аккумулятора слой ТЭИ сохраняется, защищая анод от агрессивного электролита.

Но при повышении температуры или глубоком разряде аккумулятора слой разрушается, загрязняя электролит продуктами разложения. При восстановлении рабочей температуры или напряжения слой снова восстановится, но часть лития и графита пойдет на его построение.

Сделать же слой ТЭИ слишком толстым — тоже плохая идея: это создает барьер на пути электронов и уменьшает мощность аккумулятора.

 

Каков итог?

Не в последнюю очередь покупателя будет волновать цена аккумулятора. Даже самые недорогие по технологии батареи (LiFePO4), очень относительно приспособленные к работе в автомобиле, обойдутся по 500 рублей за 1 Ач при напряжении 3,2 В.

Переводя это в привычные автомобилистам величины, получим 2000 рублей за 1 Ач при напряжении 12 В. Таким образом, 60-амперный аккумулятор будет стоить порядка 120 тыс. рублей (!).

И это только за элементы питания, без зарядного устройства и дополнительной проводки.

Еще одним минусом литий-ионного аккумулятора является его взрывоопасность. Разгерметизация, короткое замыкание или другие неприятности грозят не просто пожаром, а взрывом. Машины, взрывающиеся при малейшем столкновении, вряд ли кому-то интересны. А защитить аккумулятор от такого исхода очень сложно.

Получается, что даже если не обращать внимания на цену, то минусов не много, а очень много. Придется серьезно переделывать электросистему машины, вводить новый контроллер заряда батареи, ограничивать рабочие токи стартера, заняться поддержанием нужной температуры для аккумулятора и обеспечить намного более безопасные условия его размещения.

Так что всеми привычные компактные литий-ионные аккумуляторы, которые используются в любом мобильном гаджете, для установки на автомобиль пока просто не приспособлены.

Источник: https://dvizhok.su/parts/litij-ionnyie-akkumulyatoryi-pochemu-ix-ne-stavyat-na-avtomobili

Правила эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

anthony_serge

Владельцы различных устройств иногда испытывают определенные трудности при поиске информации о правильной эксплуатации аккумуляторов. Этому вопросу и посвящен данный краткий FAQ.

Все современные телефоны, смартфоны и КПК снабжены аккумуляторами на литиевой основе – литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них.

Эти аккумуляторы имеют замечательную емкость и сроки службы, но требуют очень жесткого следования определенным правилам эксплуатации.

Основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером), а также иногда дополнительным контроллером, располагающимся вне аккумулятора, в самом КПК.

Аккумулятор всю свою жизнь должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда.

Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0% – это его емкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжени 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живет подольше, но его емкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0 вольт с такими же последствиями.

Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не очень значительно, но все же присутствует.

Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются недозаряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.

Контроллеры аккумуляторов, предназначенных для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи, могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде.

Так, в аккумуляторе, предназначенном для, скажем, шуруповерта или моторчика модели автомобиля, минимальное напряжение скорее всего будет действительно минимально допустимым, а для КПК или смартфона – повыше, ибо минимального напряжения 2.7 вольта может просто не хватить для работы электроники девайса. Именно поэтому в сложных устройствах типа телефонов, КПК и т.п.

работу встроенного в сам аккумулятор контроллера дополняет контроллер в самом устройстве.

Правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора.

  1. нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и тем более до состояния, когда машинка сама выключается, ну а если так случилось – зарядить аккумулятор как можно скорее.
  2. не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается. Аккумулятору это не вредит. Я при этом руководствуюсь здравым смыслом: если при обычном использовании КПК я всегда ставлю его на зарядку перед сном, то в случае очень интенсивного использования (постоянно включенный WiFi, прослушивание музыки и т.д.), когда заряд приближается к минимальному, не гнушаюсь прямо на работе подсоединить КПК к любому доступному USB. При отсутствии нормального зарядника и использовании вместо него USB особенного важно не дожидаться полного разряда, ибо в таком случае тока от USB-порта может быть недостаточно, чтобы начать процесс зарядки.
  3. Вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению, перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер конечно контролирует максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что емкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если например мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки, степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при эксплуатации машинки, длительное время находящейся в кредле. Во время работы температура девайса и вместе с ним аккумулятора повышается, а ведь заряд уже полный… В связи с этим правило гласит: если Вам необходимо работать в кредле, сначала отсоедините машинку от зарядки, поработайте на ней, а когда она выйдет на “боевой” режим – подключайте зарядку.  Кстати это правило также касается владельцев ноутбуков и прочих гаджетов.
  4. Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора – это нахождение вне девайса с зарядом примерно 50%. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).
Читайте также:  Сверхъяркий светодиод в фонарике

И напоследок еще немного информации.

  1. Вопреки сложившемуся мнению литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают “эффектом памяти”, поэтому так называемая “тренировка” нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор, в основном для калибровки дополнительного контроллера.
  2. Владельцы устройств знают, что можно заряжать батарею как от зарядного устройства, так и от USB. При этом зачастую вызывает недоумение невозможность зарядки от USB. Дело в том, что по “закону” USB-контроллер должен отдавать периферийным устройствам, подключенным к нему, ток около 500 ма. Однако бывают ситуации, когда либо сам контроллер не может обеспечить такой ток, либо устройство подключают к USB контроллеру, на котором уже висит какая-то периферия, потребляющая часть мощности. Вот и не хватает тока для зарядки, особенно если аккумулятор разряжен слишком сильно.
  3. Литий-содержащие аккумуляторы ОЧЕНЬ НЕ ЛЮБЯТ ЗАМОРАЖИВАНИЕ. Всегда старайтесь избегать пользования машинкой на сильном морозе – увлечетесь – аккумулятор придется менять. Ну конечно если Вы достали машинку из теплого внутреннего кармана куртки и сделали пару заметок или звонков, а потом положили зверька обратно – проблем не будет.
  4. Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою емкость при уменьшении атмосферного давления ( в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, просто нужно учитывать данный факт.
  5. Бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной емкости (скажем 2200 ма-ч вместо штатного 1100 ма-ч) машинка через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора вроде происходит, но как-то странно и т.п. Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на “родном” аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой емкости. Выход – приобретение зарядного устройства с бОльшим отдаваемым током (скажем 2 ампера вместо прежнего 1 ампера).

19.10.2010 10:53

Оригинал взят у kolochkov в Правила эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

Утомили уже писать и говорить одни и те-же заблуждения, по поводу литий-ионных аккумуляторов.
Что бы остановить это безумство, привожу цитату из «Правил эксплуатации литий-ионных аккумуляторов» одного уважаемого источника:

Правильная эксплуатация аккумуляторов сотовых телефонов

  • Электроды литий-ионных аккумуляторов, из-за процесса производства уже наполовину заряжены, однако свежий аккумулятор нежелательно сразу же проверять под нагрузкой. Первоначально литий-ионный аккумулятор требуется полностью зарядить. Использование аккумулятора без первоначальной подзарядки может резко сократить доступную пользователю емкость.
  • После первоначальной зарядки аккумулятора желательно его полностью разрядить для калибровки системы управления аккумулятором. Сразу же после разрядки подзарядите аккумулятор. Циклы калибровки для сотовых телефонов с литий-ионными аккумуляторами не следует производить часто (обычно хватает одного цикла полного заряда-разряда в 3 месяца). Сами циклы калибровки нужны только для правильного отображения прогноза оставшейся емкости аккумулятора. Рекомендуемые же некоторыми пользователями и продавцами трех-четырех кратные глубокие циклы заряда-разряда могут оказаться фатальными для не нового литий-ионного аккумулятора.
  • Желательно использовать оригинальные аккумуляторы от производителя мобильного телефона. Так как функции системы управления аккумуляторной батареей для мобильных сильно урезаны, а зарядом руководит система подзарядки сотового телефона, то аккумулятор от стороннего производителя проживет меньше, поскольку система подзарядки не знает особенностей не оригинальных аккумуляторов.
  • В связи с тем, что эффект «старения» литий-ионных аккумуляторов резко усиливается при высокой температуре, сотовый телефон желательно держать подальше от источников тепла (тело человека, прямые солнечные лучи, радиатор отопления).
  • Желательно часто не заряжать аккумулятор сотового телефона полностью, а также ставить аккумулятор на подзарядку раньше, чем уровень заряда достигнет красного значения индикатора заряда (примерно 20% остаточной емкости).
  • Старение литий-кобальтовых аккумуляторов (наиболее распространенных аккумуляторов для сотовых напрямую зависит от уровня нагрузки). Говорите по мобильному меньше и реже — это позволит сохранить здоровье не только вашему аккумулятору, но и вам самим.
  • Не заряжайте аккумулятор, побывавший на морозе до тех пор, пока он не прогреется до положительной (по Цельсию) температуры — это важное требование безопасности эксплуатации литий-ионных аккумуляторов.

Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей ноутбуков

  • Аккумуляторная батарея ноутбука содержит полноценную систему управления, что часто позволяет пользователю забыть о том, правильно ли он эксплуатирует батарею. Однако, при работе с ноутбуком следует помнить о некоторых вещах.
  • При первом подключении аккумуляторную батарею ноутбука следует полностью зарядить, после чего произвести калибровку системы управления. Калибровка осуществляется полным разрядом батареи при постоянной нагрузке (необходимо войти в настройки BIOS, и оставить ноутбук работать при отключении от сети до выключения, во многих настройщиках BIOS есть специальный пункт Calibration, предназначенный для выполнения данной задачи). Не забудьте сразу же зарядить батарею своего ноутбука после полной разрядки.
  • Калибровка аккумуляторной батареи ноутбука обычно осуществляется раз в 1-3 месяца, для исключения эффекта «цифровой памяти» — в процессе работы от аккумулятора постепенно накапливаются ошибки определения остаточной емкости, из-за чего снижается время автономной работы ноутбука.
  • Для некоторых моделей ноутбуков существуют утилиты производителя для задания уровня разряда батареи, при котором начинает производится заряд. Если аккумулятор ноутбука служит как источник бесперебойного питания (работа осуществляется стационарно с питанием от сети), то установка уровня допустимого разряда в 40% и поддержание аккумуляторной батареи в полуразряженном состоянии позволит продлить жизнь батареи в два раза.
  • Часть ноутбуков поставляются с дополнительной батареей. Если вы долго не пользуетесь ей, имеет смысл разрядить дополнительную батарею до 40%, упаковать в полиэтиленовый пакет с вакуум-замком и оставить пакет в холодильной камере холодильника при температуре 3-4°C.

Правильная эксплуатация батарей Power Tools и видеокамер

  • Правила эксплуатации батарей Power Tools (в основном, батарей шуруповертов) и видеокамер мало отличаются от правил эксплуатации аккумуляторов сотовых телефонов.
  • Отличием является то, что использование этих устройств в быту осуществляется довольно редко, а стоимость аккумуляторов высока и эти аккумуляторы со временем становятся мало доступны. Для обеспечения длительной жизни таких аккумуляторов следует хранить их в полуразряженном состоянии в холодильнике при температуре 3-4°C, предварительно упаковав в полиэтиленовый пакет с вакуум-замком. Перед использованием аккумулятор необходимо полностью зарядить с помощью штатного зарядного устройства, и при работе не допускать полного разряда аккумулятора (при первой же возможности подзаряжайте батарею в процессе работы).
  • В заключение статьи хочу сказать, что хоть правила эксплуатации и позволяют сохранить параметры аккумулятора длительное время, однако жизнь диктует свои условия работы, часто не совместимые с понятием правильной эксплуатации такой высокотехнологичной вещи, как литий-ионный аккумулятор.

Источник: https://anthony-serge.livejournal.com/15442.html

Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареямОпубликовано 13.04.2016 17:45Автор: Abramova Olesya

Безопасность батарей на основе лития всегда привлекала много внимания.

Любое устройство аккумулирования энергии может быть опасно – это было доказано еще в 1800-х, когда случались несчастные случаи с паровыми двигателями. В 1900-х, на заре автомобилестроения, хранение и использование легковоспламеняющегося бензина также несло в себе риск.

Все электрические батареи могут быть опасными, и их производители должны выполнять требования по безопасности, а не просто предупреждать пользователей.

Литий-ионная технология в целом безопасна, но количество произведенных аккумуляторов этой системы исчисляется миллионами, и следовательно невозможно, чтобы абсолютно все они работали без сбоев.

В 2006 году всего лишь несколько случаев возгорания вынудили корпорацию Sony отозвать более чем 6 миллионов литий-ионных аккумуляторов.

Изучение дефектных аккумуляторов показало, что к этому привел контакт частей аккумулятора с микроскопическими металлическими частицами, вследствие чего возникало короткое замыкание.

Производители аккумуляторов стараются свести к минимуму наличие таких частиц, но сложные технические процессы при сборке делают задачу ликвидации абсолютно всех посторонних веществ трудновыполнимой.

Современные элементы с ультратонкими сепараторами размером 24 микрометра или меньше (1 мкм = 0,001 мм) более чувствительны к загрязнениям, чем ранние конструкции с более низкими показателями емкости.

В то время как элемент типоразмера 18650 емкостью 1350 мАч выдерживает проникновения гвоздя, элемент с большей плотностью энергии и емкостью 3400 мАч при таком же тесте может воспламениться.

(Смотрите также BU-306: Какую функцию выполняет в электрической батарее сепаратор) К слову, можно отметить, что тест на проникновение гвоздя реально существовал, но современные стандарты больше не предписывают производителям обязательно его проводить.

Литий-ионные технологии, использующие оксиды металлов, постепенно приближаются к теоретическому пределу удельной энергоемкости. И вместо того, чтобы оптимизировать мощность, производители батарей вынуждены уделять все больше внимания совершенствованию производственных методов, которые призваны повысить безопасность и увеличить долговечность батарей.

Но настоящей проблемой являются те редкие случаи, когда короткое замыкание возникает внутри самого электрического элемента. Внешние периферийные устройства защиты в данном случае являются просто неэффективными. Отозванные в 2006 году аккумуляторы Sony выполняли внутренние тесты безопасности, но все же это не спасло их от нескольких случаев возгорания.

Существует два основных типа сбоев электрических батарей. Первый из них связан с ошибками проектирования самой батареи или отдельных ее компонентов. Именно такие дефекты при обнаружении приводят к массовым отзывам уже произведенных аккумуляторов.

Более сложными случаями являются моменты, когда дефекты напрямую не связаны с конструкцией батареи.

Чаще всего они проявляются вследствие неправильной эксплуатации, например, в случае зарядки при низкой температуре или при работе в условиях сильной вибрации.

Давайте подробнее рассмотрим процессы, происходящие внутри электрического элемента. Слабое короткое замыкание внутри элемента приведет лишь к повышению саморазряда [BU-802b] и минимальному теплообразованию, так как участвующие в этом замыкании токи будут очень слабы.

Но если достаточное количество микроскопических металлических частиц сформируют “мост” между электродами, то сила тока короткого замыкания может достичь опасного значения.

Как небольшая струйка может привести к разрушению всей плотины, так и в электрическом элементе изначально небольшое короткое замыкание приводит к температурному повреждению изолирующего слоя, в результате чего сила короткого замыкания увеличивается.

Температура очень быстро возрастает до 500°С, и в такой момент электрический элемент воспламеняется или даже взрывается. Этому явлению было дано название – тепловой пробой.

Неравномерная пропитка сепаратора электролитом также может привести к сбою батареи. Плохая проводимость на более сухих участках увеличивает сопротивление, что приводит к нагреву участка, что в свою очередь ослабляет целостность сепаратора. Нагрев во всех случаях является врагом электрической батареи.

Если вы заметили, что литий-ионная батарея перегрета, издает шипящие звуки или вздулась, немедленно переместите устройство подальше от горючих материалов или поместите его на огнеупорную поверхность. Если возможно, то вообще лучше извлечь такой аккумулятор и вынести его на улицу.

При небольшом возгорании литий-ионного аккумулятора к нему необходимо применить стандартные противопожарные действия. Это может быть использование пенного огнетушителя или любого другого, например, наполненного углекислым газом или порошкообразной массой.

Если пожар возник на борту самолета, существуют специальные инструкции, которые позволяют экипажу использовать любые доступные средства, включая воду.

Тушение водой литий-ионных аккумуляторов является безопасным, так как в них содержится очень малое количество вступающего в бурную реакцию с водой металлического лития. Вода также способствует охлаждению области возгорания и предотвращает распространение пламени.

В научно-исследовательских центрах и на заводах по производству аккумуляторов вода также является основным средством тушения пожаров.

Большое же возгорание литий-ионного аккумулятора, такое как, например, в электромобиле, тушить водой неэффективно. Возможно использование воды с добавлением медного порошка, но это крайне недешёвый метод.

При обнаружении возгорания литий-металлического аккумулятора используйте только огнетушитель класса D, так как количество лития в таком аккумуляторе является значительным, и тушение водой только увеличит огонь.

ВНИМАНИЕ: Не используйте огнетушитель класса D для тушения других типов пожаров, так как они рассчитаны на тушение металлов и металлсодержащих веществ.

Читайте также:  Lcd часы на attiny2313

Во время теплового пробоя высокая температура неисправного элемента может распространиться на соседние элементы, приводя к цепной реакции. Весь аккумулятор, таким образом, может быть уничтожен в течение нескольких секунд.

Для повышения безопасности в аккумуляторе должен присутствовать разделитель между элементами – для защиты от распространения повышенной температуры.

На рисунке 1 показан ноутбук, который был поврежден в результате неисправности литий-ионного аккумулятора.

Рисунок 1: Поврежденный перегревом литий-ионного аккумулятора ноутбук. По утверждению хозяина, ноутбук сильно нагрелся, начал издавать шипящий звук и заполнил всю комнату едким дымом.

При тепловом пробое аккумулятора происходит довольно сильное газообразование, главным образом, углекислого газа (CO2). Также происходит выброс продуктов горения вследствие воздействия высокой температуры. Испаряется этилен и пропилен, входящие в состава электролита, а также органические растворители.

Стоит отметить, что безопасность современных литий-ионных аккумуляторов довольно высока, а случаи теплового пробоя очень редко возникают при правильной эксплуатации.

Но в то же время эти редкие случаи возгорания аккумуляторов на основе лития у всех на слуху, иногда регистрируемые случаи выхода из строя никелевых и свинцовых аккумуляторов почему-то не вызывают такого же интереса.

Причиной коллапса аккумулятора может быть износ сепаратора, небрежное обращение или чрезмерное воздействие температуры или вибрации.

  • Литий-ионные аккумуляторы содержат довольно мало металлического лития, и в случае возгорания могут быть потушены водой. Но для тушения литий-металлических батарей необходим только огнетушитель класса D.
  • Следует помнить, что вода активно взаимодействует с литием, поэтому в случае недоступности огнетушителя класса D воду можно использовать только для предотвращения распространения огня.
  • Для наиболее эффективного тушения возгорания литий-ионного аккумулятора следует использовать пенный, порошковый или огнетушитель с углекислым газом.
  • Если отсутствует возможность потушить возгорание, то следует дать выгореть аккумулятору безопасным и контролируемым способом.
  • Будьте осторожны, так как каждый электрический элемент аккумулятора может привести к цепной реакции и воздействовать на соседние элементы. Даже внешне полностью выгоревший аккумулятор может еще содержать небезопасные элементы.

Последнее обновление 2016-02-21

Источник: https://best-energy.com.ua/support/battery/bu-304-a

Технологии аккумулирования

По материалам сайта:modernoutpost.com

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Обзор: сага от трех химических процессах

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается.

Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени.

Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов.

Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву.

Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда — заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей.

Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты.

Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости — от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения.  Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Никель металлгидридные аккумуляторы

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам.

NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды.

К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Хотя электрические параметры NiMh батарей не такие хорошие, как у NiCd, никель-металлгидридные батареи более стабильны и не так страдают от «эффекта памяти» никель-кадмиевых батарей.

Их не нужно полностью разряжать перед зарядом, так как это требуют NiCd аккумуляторы, для предотвращения роста внутренних кристаллов, которые приводят к трещинам корпуса NiCd батареи.

NiMh аккумуляторы формата «АА» соответствуют обычным алкалиновым батарейкам, и поэтому наиболее популярны при использовании в цифровых фотоаппаратах и камерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонариках.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена.

Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно.

Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос — какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т.п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство.

Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА.

Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров).

Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию.

Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией «Ваш Солнечный Дом»?

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов.

Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород .

Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е.

один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости — это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость.

Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея.

Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы.

Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Поэтому, для использования в автономных системах электроснабжения остаются только «медленные» свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют большой срок службы, просты в эксплуатации и предсказуемы в работе. Эти батареи работают как резервуары, которые хранят вашу солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится.

Они также работают как буфер для тех моментов, когда ваша солнечная батарея не может полностью обеспечить нагрузку. Они могут быть подключены к оборудованию и заряжаться одновременно — в отличие от литиевых аккумуляторов.

Даже 7 А*ч аккумулятор, такой как используется в комплекте для ноутбука, может питать ноутбуки, зарядные устройства для батарей, может заряжаться от солнечных батарей и весит не так уж много.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

  • могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
  • Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
  • Могут заряжаться за 1-2 часа
  • Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
  • Не могут заряжаться малыми токами
  • Требуют обслуживания,  выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
  • Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
  • Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
  • Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

  • Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
  • Заряд происходит за 2-4 часа
  • Могут работать при минусовых температурах
  • Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
  • Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
  • Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
  • Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
  • Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
  • Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

  • Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
  • Заражаются за 8-16 часов
  • Могут работать при минусовых температурах
  • Могут заряжаться малыми токами
  • Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
  • Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
  • Желательно не разряжать более, чем на 50%
  • Саморазряд — около 3% в месяц
  • Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
  • Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Эта статья прочитана 4287 раз(а)!

Продолжить чтение

  • Характеристики аккумуляторов
  • Типы свинцово-кислотных АБ

Источник: http://www.solarhome.ru/basics/batteries/batteries_for_alten.htm

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector