Литий-ионные аккумуляторы для использования в жестких условиях окружающей среды

Морозостойкие литиевые аккумуляторы от компании EEMB

Литий-полимерный аккумулятор с возможностью заряда при температуре окружающей среды -10°С, а работы – при температуре до -40°С? Легко! Это стало возможным с новой серией аккумуляторов производства компании EEMB. Их можно отличить по аббревиатуре LC в серийном обозначении.

Первый литиевый аккумулятор, – а именно литий-ионный (Li-Ion), – был продемонстрирован в 1991 году, и в этом же году началось серийное производство. С того момента прошла уже четверть века, и в течение этого времени технические характеристики аккумуляторов развивались и совершенствовались. В основном внимание уделялось увеличению удельной энергоемкости и срока службы, снижению массогабаритных характеристик и стоимости, повышению экологичности и безопасности. Время не было потрачено впустую – в результате развития появились новые разновидности аккумуляторов, например литий-полимерные (Li-Pol) и литий-железофосфатные (Li-FePO4).

Сравнивая указанные типы аккумуляторов по основным параметрам (таблица 1), видим, что каждый из них обладает как преимуществами, так и недостатками. Литий-ионные обладают самой высокой удельной энергоемкостью, средней стоимостью ватт-часа и меньшим количеством циклов «заряд/разряд». Литий-полимерные аккумуляторы обладают наименьшей стоимостью ватт-часа, немного меньшей удельной энергоемкостью и средним значением циклов «заряд/разряд». Литий-железофосфатные имеют максимальную стоимость ватт-часа, меньшую энергоемкость среди литиевых аккумуляторов, но самый длительный срок службы и срок хранения.

Таблица 1. Основные параметры литиевых аккумуляторов

Параметры Тип аккумулятора
Li-Ion Li-Polymer LiFePO4
Номинальное напряжение на ячейку, В 3,7 3,2
Число циклов заряд/разряд до потери 20% емкости 300…500 500…800 Более 2000
Срок хранения до потери 20% емкости, лет 1,5 (тип.) 5…10
Температурный диапазон разряда тип., °С -20…60 -10…60 -20…50
Удельная энергоемкость, Вт час/кг (тип.) 210…230 130…160 120…130
Стоимость за ватт-час тип., $ 0,6…1,1 0,4…0,6 0,8…2,3

Учитывая комплекс указанных параметров, можно считать, что на сегодняшний день для подавляющего большинства применений оптимальным типом аккумулятора является литий-полимерный, а литий-железофосфатный аккумулятор имеет очень хорошие перспективы, особенно при снижении стоимости ватт-часа.

Отрицательной потребительской характеристикой всех литиевых аккумуляторов является то, что они весьма плохо приспособлены к минусовым температурам. Как правило, они допускают разряд при температуре не ниже -10…-20°С (с уменьшением емкости и отдаваемого тока), а заряд – только при положительной температуре. Конечно, есть литиевые аккумуляторы, которые можно разряжать при температуре -50°С, а также и заряжать вплоть до -30°С, но это специально разработанные достаточно дорогостоящие аккумуляторы, например, продукция французской компании SAFT. Подобная продукция востребована в авиации, нефтегазовой отрасли, военной технике и там, где требуется повышенная надежность и безопасность.

Во многих приложениях коммерческого и бытового назначения не всегда требуются превосходные характеристики, но важной является приемлемая стоимость проекта, то есть желательно иметь аккумулятор с оптимальным соотношением «цена-качество». Есть ряд приложений, в которых необязательно иметь аккумулятор с возможностью заряда при отрицательной температуре, например, носимая аппаратура, которую можно зарядить в нормальных условиях, но она обязана работать и на улице в зимний период. Это могут быть средства радиосвязи, контрольно-измерительная и контрольно-диагностическая аппаратура, устройства индивидуальной сигнализации (электронный маяк спасателя) и так далее.

Для таких приложений оптимальным образом подходит продукция компании EEMB, которая производит литиевые источники тока промышленного назначения уже с 1995 года. В настоящий момент компания разработала и серийно производит литий-полимерные аккумуляторы с возможностью разряда при температуре до -40°С.

На российском рынке компания известна уже более 10 лет и за это время заработала статус производителя качественной продукции среднего ценового диапазона. Головной офис компании и производство находятся в Китае, имеются представительства в США (Калифорния), Японии (Токио) и в России (Москва).

Рис. 1. Li-Pol-аккумулятор: внешний вид

Компания обладает современным оборудованием и необходимыми специалистами в области разработки и производства литиевых элементов питания, что подтверждается наличием сертификата на производство по стандарту ISO9001 и имеющимися собственными патентами. В частности, новая серия литий-полимерных аккумуляторов (рисунок 1) обладает тремя патентами, один из которых – на изобретение, и характеризуется улучшенными характеристиками при низких температурах. Аккумуляторы обладают повышенной стабильностью емкости, повышенной безопасностью и увеличенным жизненным циклом. Отличить новую серию от существующей стандартной можно по символам «LC» в конце наименования, например LP385590LC, где:

  • LP – тип аккумулятора (Li-Pol);
  • 38 – толщина аккумулятора (3,8 мм);
  • 50 – ширина аккумулятора (55 мм);
  • 90 – длина аккумулятора (90 мм);
  • LC – низкотемпературная версия.

Рис. 2. Зависимость емкости Li-Pol-аккумуляторов при температуре -10/-20°C

Выше упоминалось, что литиевые аккумуляторы плохо приспособлены к отрицательным температурам, и это подтверждается рисунком 2. На нем приведены графики значений емкости и напряжения при температуре -10 и -20°С для стандартной версии аккумулятора (синий и красный цвет), а также для низкотемпературной версии аккумулятора (черный цвет). Приведенные зависимости снимались при разрядном токе 0,2С (C – емкость аккумулятора) до напряжения отсечки 2,75 В. В таблице 2 приведены значения емкости в явном виде при тех же условиях разряда.

Таблица 2. Емкость Li-Pol-аккумуляторов в зависимости от температуры

Версия аккумулятора Емкость аккумулятора/рабочая температура
60°С 25°С -20°С -40°С
Стандартная 98% 83% нет
Низкотемпературная 98% 85% 72%

На рисунке 3 приведена обобщенная типовая кривая зависимости только для низкотемпературной версии аккумулятора, снятая при температуре уже -40°С.

Рис. 3. Зависимость емкости низкотемператорной версии Li-Pol-аккумулятора при температуре -40°C

Из графиков и таблицы видно, что стандартная версия допускает возможность разряда только до -20°С и при этом потеря емкости составляет 17%. Потеря емкости небольшая, но и предельная температура (-20°С) невелика, особенно для нашего климата.

У новой серии аккумуляторов также снижается емкость при отрицательной температуре, и снижение составляет 25…30%, но уже при температуре -40°С, что является неплохим показателем. Принимая во внимание, что стоимость ватт-часа новой серии аккумуляторов находится на уровне стандартной версии плюс 18…25%, можно утверждать, что у компании EEMB имеется очень интересный продукт для применения в российском климате.

Новая серия аккумуляторов допускает не только разряд при отрицательной температуре, но и возможность заряда. Аккумулятор можно заряжать при температуре не ниже -10°С током 0,2C. Однако зарядить в таких условиях его можно только до 70% от номинальной емкости. Следует оговориться, что в листе данных такая информация отсутствует – это недокументированные данные.

Обычно, выбирая аккумулятор, определяют его емкость, исходя из предполагаемого времени работы устройства. При выборе низкотемпературной версии аккумулятора в случае, если устройство потребляет повышенный ток, следует руководствоваться не только необходимой емкостью, но и возможностью получить требуемый ток при пониженной температуре (имеется ограничение на ток разряда при -40°С не более 0,2С). Может оказаться так, что главным фактором будет выступать уже не емкость, а именно возможность получить нужный ток. Требуемое значение тока всегда можно получить, но за счет увеличения емкости аккумулятора.

Традиционно литиевые аккумуляторы считаются потенциально опасными. В принципе это так, если принимать во внимание первые их образцы. Однако за время развития аккумуляторов их производители существенно повысили их безопасность. Опасность может возникнуть при физическом повреждении, а если аккумуляторы используются в соответствии с техническими условиями – они безопасны. Компания EEMB очень строго относится к этому аспекту и предусматривает различные меры, повышающие безопасность.

Процесс заряда-разряда литиевых аккумуляторов должен контролироваться. При разряде нельзя допускать снижения напряжения до значений менее 2,75 В, а при заряде – превышения значения 4,20 В. При этом необходимо контролировать ток, а в некоторых случаях – и температуру. Контроль можно возложить на специальную схему в составе конечного устройства, но удобнее заказать исполнение со встроенной в сам аккумулятор схемой. Например, если аккумулятор производителя EEMB содержит такую схему (или она входит в его конструкцию согласно условиям заказа), то в обозначении присутствуют дополнительные символы PCM; если требуется иметь аккумулятор с дополнительно установленными проводами (LD) и разъемом (/), то обозначение будет таким: LP385590LC-PCM-LD/.

Компания EEMB изготавливает аккумуляторы новой серии со стандартными или требуемыми параметрами (емкость/напряжение) и размерами. При определении собственных параметров следует руководствоваться величиной удельной энергоплотности, которая не должна превышать значения 100…110 Ач/дм³, если требуются аккумуляторы с индексом LC. Для стандартной версии аккумуляторов допускается несколько более высокая величина энергоплотности (зависит от емкости аккумулятора).

Литиевые аккумуляторы чувствительны к режиму заряда. Для полного и правильного заряда этого типа аккумуляторов используется комбинированный режим CC-CV (Constant Current – Constant Voltage) (см. рисунок 4).

Рис. 4. Режим заряда литиевых аккумуляторов

На начальном этапе продолжительностью два часа аккумулятор заряжается постоянным током, равным 0,5С, до достижения напряжения 4,2 В. Иногда допускается на первом этапе заряд током 1С в течении одного часа. Затем начинается второй этап длительностью 1 час, в течение которого контроллер при постоянном напряжении 4,2 В снижает зарядный ток до величины 0,02С или ниже, и на этом режим заряда считается законченным.

Компания EEMB кроме Li-Pol-аккумуляторов выпускает также Li-Ion, LiFePO4 и Ni-MH. В линейке продукции имеется широкий ряд первичных источников тока (батареек) наиболее популярных электрохимических систем и типоразмеров.

В мире достаточно много производителей литиевых химических источников тока, и подавляющее большинство сосредоточено в Китае. Это объясняется тем, что именно в этой стране находятся основные запасы лития. Однако не все производители имеют в линейке аккумуляторы с возможностью работы при -40°С. Выпустив низкотемпературную версию литий-полимерных аккумуляторов, компания EEMB существенно расширяет возможные области применения и подтверждает статус производителя качественной продукции.

Литиевые батареи угрожают экологической катастрофой

Современный мир стремится к интеллектуальной технике, комфорту, экономии и, если говорить проще, — глобальному прогрессу.

Одним из главных направлений в развитии существующих технологий выступает сфера автомобилестроения, где наблюдается постепенный переход от двигателей внутреннего сгорания к электрическим. Но так ли это безопасно и прогрессивно, как нам представляют компании, занимающиеся подобной «реструктуризацией»?

Вследствие спроса на экологически чистые автомобили, не требующие использования горючих жидкостей для езды, увеличилось и производство АКБ для них. Как известно, энергоноситель такого авто — Li-Ion аккумулятор, не имеющий пока что аналогов по характеристикам энергоёмкости и циклам заряда-разряда. Но все качественные показатели литиевой батареи с лихвой перекрываются существенным минусом использования — проблемой утилизации отработавших свой срок энергоэлементов.

Читайте также  Компания renesas electronics представила новую линейку микроконтроллеров rx110

Их с каждым днём всё больше, а что с ними делать — никто не знает.

Литиевая батарея, в особенности электромобильная, содержит в себе чрезвычайно много вредных и опасных веществ, которые просто выбросить не получиться. Учитывая то, что рынок электрокаров уже относительно давно предлагает потребителю свою продукцию, можно сказать, что через несколько лет человечество столкнётся с огромными трудностями по утилизации исчерпавших ресурс аккумуляторов. Чтобы не случился мировой экологический коллапс, учёные Бирмингемского университета стараются привлечь внимание не только производителей электрокаров, но и правительства многих стран к вопросам переработки АКБ, на которых нужно сконцентрироваться как можно быстрей. Сотрудники университета провели исследование, результаты которого неутешительны.

Если брать в расчёт только 2017 год, когда стал наблюдаться резкий скачок интересов к электромобилям, то можно увидеть следующее: количество проданных автомобилей перевалило за миллион, а это значит, что к концу эксплуатации реализованные авто создадут более 250 тысяч тонн вредных отходов из АКБ. Положение осложняется ещё и отсутствием универсальных методов утилизации элементов питания из-за того, что нет единых стандартов производства и норм использования химически вредных и опасных веществ. А спрос на бесшумный и электрифицированный транспорт продолжает расти.

По словам исследователей, если от общего количества всего автотранспорта на планете электромобили составят 2 %, они смогут опоясать планету, так как их будет около 140 млн. Случится это ориентировочно к 2040 году. И сложно даже представить, сколько опасных химикатов, вредных металлов, других агрессивных веществ в них будет находиться. Учитывая то, что срок службы среднестатистического литиевого накопителя примерно 5-8 лет или 800-1000 циклов зарядки-разрядки, то задумываться о том, как поступать с использованными элементами, нужно уже сейчас, не откладывая даже на завтра.

Если человечество не сможет придумать действенных промышленных способов переработки батарей, то его ждёт катастрофа! Во-первых, при сохранении существующих темпов увеличения спроса на электрокары, только в одной Великобритании нужно будет построить восемь огромных фабрик для выпуска АКБ, во-вторых, нагрузка, которую будут испытывать полигоны для ТБО, станет непомерной.

Для того, чтобы успешно противостоять надвигающейся угрозе, производителям в срочном порядке необходимо пересмотреть как зарядный цикл, так и методы производства Li-Ion аккумуляторов. По мнению учёных, на первых этапах достаточно будет привести к единому исполнению всю аккумуляторную промышленность — усовершенствовать дизайн, обозначить нормы качества и стандарты безопасности, облегчить переработку вследствие упрощения конструкции, грамотного использования электродных материалов и других факторов. Такой подход позволит сделать утилизацию отслуживших элементов питания дешевле, удобней и гораздо безопасней для окружающей среды.

На реализацию планов по сохранению надлежащей экологической обстановки на самом деле осталось не так уж и много времени, поэтому не только к прогрессу нужно стремиться. Нельзя забывать о том, что все достижения человечества будут бесполезны в мире, где среда обитания не позволит полноценно существовать живым организмам из-за усиленного загрязнения.

Рано или поздно, но природа перестанет прощать нам грубые ошибки

Вред литиевых аккумуляторов

  1. Как аккумуляторы влияют на окружающую среду
  2. Что мы можем сделать

Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.

Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы. На самом деле все не так идеально, как хотелось бы. Вред от производства литиевых аккумуляторов для одного электрокара, в соответствии некоторым исследованиям, сопоставим с тем, что выбрасывает в атмосферу обычный автомобиль на двигателе внутреннего сгорания в течение нескольких лет. Не в последнюю очередь это связано с тем, насколько много элементов питания используется в автомобиле.

Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.

Как аккумуляторы влияют на окружающую среду

Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов. К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.

Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.

Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.

Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым. Тем не менее, даже при таком раскладе электромобиль будет по меньшей мере вдвое экологичнее. Это не в последнюю очередь связано с низким КПД двигателей внутреннего сгорания, который даже не достигает и 50%. Хотя, и у электрокаров КПД не идеальный, плюс аккумулятор подвержен саморазряду даже при отсутсвии нагрузки. Это как бензобак, который немного протекает. Энергетическая отрасль претерпевает серьезное развитие и все больший процент энергии вырабатывается за счет возобновляемых источников (солнце, ветер и вода). Вместе с этим, соответственно, снижается косвенный вред от эксплуатации аккумуляторов.

Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.

Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека. Существует множество случаев самовозгорания аккумуляторов, которые могут привести к пожару. Чаще всего воспламенение связано с резким повышением температуры из-за замыкания электродов. К сожалению, далеко не всегда замыкание происходит из-за физического воздействия на аккумулятор. Причиной тому может стать техническая недоработка (многим известен случай массового возгорания смартфонов Samsung Galaxy Note 7) или сложные внутренние процессы в ходе старения.

Что мы можем сделать

Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.

Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.

Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.

Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.

Литиевый аккумулятор на морозе

Статья обновлена: 2020-08-21

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.

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 аккум 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. 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.

Читайте также  Не выбрасывайте аккумулятор от ups

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 до2 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.

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.

Правильная эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

В этой статье под правильной эксплуатацией литий-ионных аккумуляторов мы будем понимать соблюдение таких условий, в которых литий-ионный аккумулятор портативного устройства сможет работать безопасно, прослужит долго, причем функционирование устройства останется полноценным.

Речь пойдет именно о литий-ионных аккумуляторах, поскольку в большинстве современных мобильных гаджетов: в планшетах, в ноутбуках, в смартфонах и т. д. — установлены именно литиевые аккумуляторы. И если раньше можно было часто встретить никель-металл-гидридные, никель-кадмиевые, то сегодня массово применяются литиевые.

При правильной эксплуатации литий-ионный аккумулятор прослужит в 10-15 раз дольше, нежели при использовании как попало, что и будет раскрыто далее по тексту. Здесь будут приведены рекомендации для пользователей, соблюдение которых поможет сохранить литиевый аккумулятор эффективным и емким на протяжении всего периода пользования портативным устройством, пока не придет время и решение приобрести новое на замену старому.

Часто аккумулятор смартфона вздувается, нередко деформируя и корпус. Вздутие — симптом накопления газов, продуктов реакций протекающих внутри аккумулятора при неправильной его эксплуатации, приводящего к повышению давления на корпус изнутри.

Если вовремя не заменить вздувшийся аккумулятор, он в какой-то момент полностью разрушится или в худшем случае взорвется. Но самое интересное в этой истории со смартфоном то, что описанную проблему легко можно предупредить и предотвратить, соблюдая простые правила эксплуатации устройства с литий-ионным аккумулятором, и тогда ресурс аккумулятора сохранится максимально долго.

Не допускайте перегрева

Лишнее тепло, по какой бы причине оно не появилось, вредит литий-ионной батарее сильнее всего. Причинами могут стать как внешний источник тепла, так и стрессовые режимы заряда и разряда. Так, если вы оставили смартфон на солнце, например на пляже или в держателе внутри автомобиля, это снизит как способность аккумулятора принимать заряд в процессе зарядки, так и способность удерживать его после.

Лучше всего для сохранения емкости литиевой батареи, если температура ее корпуса не поднимается выше 20°C. Ежели температура поднимется выше 30°C, то способность удержания заряда уже понизится с исходных 100% до 80%.

При нагреве до 45°C способность аккумулятора удерживать заряд ослабнет уже вдвое. Температура в 45°C, кстати, легко достигается, если оставить устройство на солнце или интенсивно использовать энергетически мощные приложения.

То есть, если вы заметили, что устройство или аккумулятор ощутимо разогрелись, перейдите в прохладное место (если причина в температуре окружающей среды) или отключите ненужные приложения и службы, снизьте яркость дисплея, включите энергосберегающий режим — так вам удастся снизить потребляемую устройством мощность, и снизить ток, который течет через аккумулятор — аккумулятор начнет остывать.

Если это не поможет, выключите устройство, выньте батарею (если возможно) и подождите, пока она не охладится или пока не остынет устройство, если конструкция не позволяет извлечь аккумулятор.

Напротив, чрезвычайно холодная батарея, при температуре ниже -4°C, просто не сможет отдавать полную мощность пока не прогреется, лучше если до комнатной температуры.

Но вообще низкие температуры не способны причинить литиевой батарее такой необратимый ущерб, какой причиняют повышенные, поэтому после прогрева до комнатной температуры чрезвычайно холодного аккумулятора, свойства его электролита восстановятся. Выньте холодную батарею из устройства в помещении, или немного согрейте ее в руках, затем вставьте обратно.

Вовремя отключайте зарядное устройство

Если аккумулятор заряжается дольше чем положено, то есть если он остается подключен к источнику зарядного тока даже после того как полностью зарядился, это может убить аккумулятор, сильно понизив его емкость.

Суть в том, что рабочий уровень обычного литиевого аккумулятора не должен для безопасной работы превышать 3,6 вольта, однако зарядные устройства в процессе зарядки подают на клеммы 4,2 вольта. И если зарядное устройство вовремя не отключить (благо, некоторые отключаются автоматически сами), то внутри аккумулятора начнутся вредные реакции. В худшем случае пойдет чрезмерный перегрев, и цепная реакция в электролите не заставит себя долго ждать.

Фирменные оригинальные зарядные устройства (которые идут в комплекте с самим гаджетом от производителя) отличаются высоким качеством, они сами способны снижать зарядный ток, взаимодействуя по правильному алгоритму с аккумулятором и со встроенным в гаджет контроллером.

С оригинальными зарядными устройствами опасность наступления перезаряда минимальна. Но лучше всего для верности сразу отключать заряжаемое устройство от зарядника, как только поступил сигнал (звук, световая индикация или пиктограмма на экране), что аккумулятор полностью заряжен. Не оставляйте очень надолго полностью заряженный смартфон подключенным к зарядному устройству.

Не беспокойтесь, что когда вы отключите смартфон от зарядника, он начнет разряжаться, ведь литиевые аккумуляторы отличаются от других типов аккумуляторов низким уровнем саморазряда. Если даже аккумулятором вообще не пользоваться после зарядки, то спустя сутки после отключения зарядки лишь 5% энергии, но все ровно убудет, а за следующий месяц — еще 2%.

В любом случае нет необходимости оставлять устройство на подзарядке (даже от фирменного зарядного устройства) до последнего момента, лучше отключить сразу, как только на дисплее (или индикатором) показан полный заряд.

Все современные мобильные устройства на литий-ионных аккумуляторах показывают 100% заряда, когда аккумулятор действительно полностью заряжен, нет никакой необходимости держать дольше.

Не допускайте глубокий разряд

Есть разные варианты использования ресурса аккумулятора. Если каждый раз разряжать батарею быстро и полностью, это будет регулярно сопровождаться выделением большого количества тепла, ведь разрядные токи через батарею будут течь немалые, а это разрушительная нагрузка на аккумулятор.

Если же небольшие разрядные циклы будут короткими, пусть даже потом аккумулятор будет дозаряжен, а затем снова разряжен несколькими порциями, ресурс аккумулятора сохранится дольше.

Современные литиевые аккумуляторы нормально выдерживают неполный разряд и дозаряд, не то что самые первые литиевые экземпляры!

И если рассмотреть влияние циклов разряда-заряда на общий жизненный ресурс аккумулятора, то на самом деле три цикла разряда до 66% и дозаряда до 100% принципиально эквивалентны по изнашивающему действию паре циклов разряда до 50% и затем дозаряда до 100%.

Много коротких циклов разряда-заряда не вреднее нескольких более длительных циклов. Вреден интенсивный разряд — он вызывает нагрев и ведет к необратимым процессам, если является глубоким (до 20% и ниже).

Нагрев и высокая токовая нагрузка однозначно снижают общий жизненный ресурс аккумулятора. Каждый глубокий разряд медленно но верно ведет к необратимым разрушениям, поэтому старайтесь вообще избегать глубокого разряда. Если смартфон сам выключился — это признак глубокого разряда — не следует до этого доводить. 20% достаточно для того, чтобы поставить устройство на подзарядку или вставить резервную батарею.

Читайте также  Шумоподавитель для звуковой карты

Разряжайте и заряжайте литиевый аккумулятор медленно

Как было сказано выше, интенсивная разрядка и зарядка сопровождаются большими токами через электролит аккумулятора, что и ведет к его перегреву, и следовательно — к разрушительным процессам (смотрите — Почему взрываются литий-ионные аккумумляторы).

Но даже если стрессовый режим был допущен, и аккумулятор сильно нагрелся, не спешите ставить его на зарядку. Подождите пока он остынет, и только после этого подключайте к зарядному устройству, тогда он сможет нормально и безопасно принимать заряд.

В процессе зарядки аккумулятор тоже не должен перегреваться, если такое происходит, значит через электролит текут слишком большие токи, а это вредно.

Некачественные зарядные устройства грешат так называемой «быстрой зарядкой», как и некоторые индукционные беспроводные зарядники. Такими «быстрыми» зарядными устройствами лучше не пользоваться. Дело в том, что безопасное зарядное устройство обязано реагировать на ток, потребляемый аккумулятором в процессе зарядки, и оперативно менять подаваемое напряжение, если нужно — снижать, когда нужно — повышать.

Если зарядное устройство — это просто трансформатор с выпрямителем, то ваш аккумулятор скорее всего перегреется из-за перенапряжения и постепенно разрушится. Не все «быстрые» зарядники совместимы с литиевыми аккумуляторами.

Самый лучший вариант — оригинальное зарядное устройство от того же производителя, что и у заряжаемого устройства, идеально — зарядник из комплекта. Но если возможности применить оригинальный зарядник нет, то пользуйтесь тем, который дает меньший ток — это спасет аккумулятор от перегрева из-за подачи чрезмерной мощности.

Хорошая альтернатива оригинальному зарядному устройству — USB-порт компьютера. USB 2.0 даст 500mА, USB 3.0 — максимум 900mА. Этого достаточно для безопасной зарядки.

Некоторые из «быстрых» устройств способны вкачивать в батарею по 3-4 ампера, но это разрушительно для батарей небольшой емкости, коими являются аккумуляторы карманных мобильных гаджетов (см. документацию). Небольшой ток от USB – гарантия сохранности литий-ионного аккумулятора.

Имейте при себе резервный аккумулятор

Многие устройства допускают извлечение батареи, поэтому иметь запасной аккумулятор — совсем не проблема. Время работы устройства возрастет вдвое, исключается глубокий разряд (заранее установить резервный аккумулятор, не дожидаясь полного разряда основного), отпадает соблазн использовать вредный «быстрый» зарядник. 20% разряда основного аккумулятора — сигнал к тому чтобы установить резервный.

Если первая батарея сильно нагрелась от интенсивной нагрузки или по причине внешнего нагрева (случайно оставили на солнце) — вставьте запасную, и пока первая будет остывать, вы продолжите пользоваться вашим устройством, сохранив оба аккумулятора невредимыми. Когда тот что нагрелся остынет, его можно будет поставить на дозарядку в оригинальное зарядное устройство (сетевое или автомобильное).

Итак, чтобы литиевый аккумулятор прослужил долго и верно, необходимо:

1. Не допускать разогрева аккумулятора выше 30°C, лучшая температура 20°C.

2. Исключить чрезмерный заряд аккумулятора и перенапряжение на клеммах, оптимально 3,6 В.

3. Избегать глубокого разряда аккумулятора — пусть 20% будет пределом.

4. Не допускать высокие токовые нагрузки во время заряда и разряда (см. документацию), использовать USB.

Li-Ion аккумуляторы — правда и мифы.

2.5 В Li-Ion аккумулятор начинает очень быстро деградировать, и даже одна такая разрядка может существенно (до 10%!) уменьшить его емкость. К тому же при разряде до такого напряжение штатным зарядником зарядить его уже не получится — при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже

3 В «умный» контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все — аккумулятор можно нести на помойку.
Но тут есть одно очень важное но, о котором все забывают: в телефонах, планшетах и других мобильных устройствах рабочий диапазон напряжений на аккумуляторе это 3.5-4.2 В. При опускании напряжения ниже 3.5 В индикатор показывает ноль процентов заряда и аппарат выключается, но до «критических» 2.5 В еще очень далеко. Это подтверждается тем что если подсоединить к такому «разряженному» аккумулятору светодиод то он может гореть еще долгое время (может кто-то помнит что раньше продавались телефоны с фонариками, которые включались кнопкой независимо от системы. Так вот там лампочка продолжала гореть и после разрядки и выключения телефона). То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать акум до нуля процентов вполне можно.

Миф второй. При повреждении Li-Ion аккумуляторы взрываются.
Все мы помним «взрывной» Samsung Galaxy Note 7. Однако это скорее исключение из правил — да, литий очень активный металл, и взорвать его в воздухе нетрудно ( а в воде он и сам очень ярко горит). Однако в современных аккумуляторах используется не литий, а его ионы, которые куда менее активны. Так что чтобы произошел взрыв нужно сильно постараться — или повредить заряжающийся аккумулятор физически (устроить короткое замыкание), или заряжать очень высоким напряжением (тогда он сам повредится, однако скорее всего контроллер банально сгорит сам и не даст заряжать аккумулятор). Поэтому если у вас вдруг в руках оказался поврежденный или дымящийся аккумулятор — не стоит бросать его на стол и убегать из комнаты с криками «мы все умрем» — просто положите его в металлическую тару и вынесите на балкон (чтобы не дышать химией) — аккумулятор будет тлеть какое-то время и потом потухнет. Главное — не заливать водой, ионы конечно менее активные чем литий, но все же какое-то количество водорода при реакции с водой так же выделится (а он любит взрываться).

Миф третий. При достижении на Li-Ion аккумуляторе 300(500/700/1000/100500) циклов он становится небезопасен и его нужно срочно менять.
Миф, к счастью все меньше и меньше гуляющий по форумам и не имеющий под собой вообще никакого физического или химического объяснения. Да, во время эксплуатации электроды окисляются и коррозируют, что уменьшает емкость аккумулятора, но ничем кроме меньшего времени автономной работы и нестабильного поведения на 10-20% заряда это вам не грозит.

Миф четвертый. С Li-Ion аккумуляторами нельзя работать на морозе.
Это скорее рекомендация, чем запрет. Многие производители запрещают использовать телефоны при отрицательное температуре, да и многие сталкивались с быстрым разрядом и вообще отключением телефонов на холоде. Объяснение этому очень простое: электролит — это водосодержащий гель, а что происходит с водой при отрицательных температурах все знают (да, она замерзает если что), тем самым выводя некоторую область аккумулятора из работы. Это приводит к падениею напряжения, а контроллер начинает считать это разрядкой. Аккумулятору это не полезно, но и не смертельно (после нагрева емкость вернется), так что если вам позарез нужно пользоваться телефоном в мороз (именно пользоваться — достать из теплого кармана, посмотреть время и спрятать назад не считается) то лучше зарядите его на 100% и включите любой процесс, нагружающий процессор — так охлаждение будет происходить медленнее.

Миф пятый. Вздувшийся Li-Ion аккумулятор опасен, его нужно срочно выкинуть.
Это не совсем миф, скорее предосторожность — вздувшийся аккумулятор может банально лопнуть. С химической точки зрения все просто: при процессе интеркаляции происходит разложение электродов и электролита, в результате чего выделяется газ(так же он может выделяться и при перезарядке, но об этом чуть ниже). Но его выделяется крайне мало, и чтобы аккумулятор казался вздутым должно пройти несколько тсотен (если не тысяч) циклов перезарядки (если конечно он не бракованный). Проблем избавиться от газа нет — достаточно проткнуть клапан (в некоторых аккумуляторах он сам открывается при избыточном давлении) и стравить его (дышать им не рекомендую), после чего можно замазать дырку эпоксидной смолой. Конечно былую емкость это аккумулятору не вернет, но хотя бы теперь он точно не лопнет.

Миф шестой. Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд.
А вот это уже не миф, а суровая реальность — при перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится — поверьте, мало удовольствия быть забрызганным кипящим электролитом. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, банально не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора — контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить, а фейерверк из телефона в 3 часа ночи думаю вас не обрадует. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют весь телефон. Обычно этот миф порождает следующий:

Миф седьмой. При достижении 100% нужно снимать телефон с зарядки.
Из шестого мифа это кажется разумным, но на деле нет смысла вставать посреди ночи и снимать устройство с зарядки: во-первых сбои контроллера крайне редки, а во-вторых даже при достижении 100% на индикаторе аккумулятор еще некоторое время дозаряжается до самого-самого максимума низкими токами, что добавляет еще 1-3% емкости. Так что на деле не стоит так сильно перестраховываться.

  • Миф восемь. Заряжать устройство можно только оригинальным зарядником.
    Миф имеет место быть по причине некачественности китайских зарядников — при нормальном напряжении в 5 +- 5% вольт они могут выдавать и 6, и 7 — контроллер, конечно, какое-то время будет сглаживать такое напряжение, однако в будущем оно в лучшем случае приведет к сгоранию контроллера, в худшем — к взрыву и (или) выходу из строя материнской платы. Бывает и обратное — под нагрузкой китайский зарядник выдает 3-4 вольта: это приведет к тому что аккумулятор не сможет зарядиться полностью.
  • Как видно из целой кучи заблуждений далеко не все имеют под собой научное объяснение, и еще меньше реально ухудшают характеристики аккумуляторов. Но это не значит что после прочтения моей статьи нужно бежать сломя голову и покупать дешевые китайские аккумуляторы за пару баксов — все-же для долговечности лучше взять или оригинальные, или качественные копии оригинальных.