Літій-іонний акумулятор на морозі

Автор:
Сергей Куртов

Рейтинг статті: (937)

Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори стали найпоширенішими на даний момент. Однією з небагатьох сфер, де літієві АКБ не прижилися - це транспорт із двигуном внутрішнього згоряння, де батарея використовується лише для запалення та живлення основних вузлів.

З популяризацією електротранспорту потреба в літієвих акумуляторних батареях зросла ще сильніше. Під електротранспортом розуміються не тільки електрокари, а й електровелосипеди, електросамокати та інша техніка, що рухається за допомогою електродвигуна.

Через те, що li-ion АКБ використовуються практично скрізь, користувачі часто цікавляться чого бояться літій-іонні акумулятори. Це корисно знати, особливо якщо експлуатується дорога збірка з великої кількості елементів, яку не хочеться міняти майже щороку.

Чого бояться Li-ion акумулятори

Кожен тип акумулятора має певні вимоги до експлуатації, яким слід відповідати для досягнення максимально тривалого терміну служби, близького до заявленого. Зазвичай ці вимоги однакові, вирізняючись лише конкретними цифрами. Серед них можна виділити такі:

• Струм заряду та розряду. Кожна АКБ має максимально допустимий струм заряду та розряду. Для багатьох літій-іонних акумуляторів це не дуже актуально через наявність BMS контролера, який керує всіма процесами та захищає від неправильної експлуатації;
• Рівень заряду. Будь-який акумулятор можна зіпсувати, розрядивши його "у нуль" і залишивши в такому стані зберігання. АКБ завжди має бути заряджена. Оптимальний для зберігання рівень заряду зазвичай становить близько 60%. На 100% розрядити літієву АКБ не вийде через контролера BMS, але від саморозряду при зберіганні нічого не захистить;
• Температурний режим. Як зберігання, так і експлуатація повинні відбуватися при температурі, що підходить для конкретного типу АКБ. Найчастіше АКБ експлуатується у приміщенні, чи є можливість його туди перемістити, тому літієві акумулятори на морозі експлуатуються нечасто. Так було раніше до популяризації електротранспорту. Зараз робота літій-іонних та полімерних АКБ у мороз хвилює користувачів значно більше.

Що відбувається з Li-ion акумулятором на морозі

Незважаючи на те, що проблема експлуатації li-ion батарей при негативних температурах стала гострою відносно нещодавно, у деяких сферах вона була актуальною вже багато років тому.

Багато хто, напевно, пам'ятає ситуації, коли смартфон (зазвичай це стосувалося вже застарілих поколінь iPhone) відключався після тривалого перебування на відкритому повітрі в мінусову температуру. Це пов'язано з тим, що літій-іонний акумулятор на морозі сильно втрачає в струмовіддачі та рівні заряду.

А тепер уявіть, що йдеться не про смартфон, а, скажімо, про електровелосипед. Так, багато хто розумно воліє почекати до весни, проте любителів зимових велопрогулянок швидка втрата заряду може застати зненацька. З електрокарами ситуація аналогічна. Суть проблеми полягає в тому, що багато хімічних реакцій уповільнюються при низьких температурах, а літій-іонний акумулятор - це саме хімічне джерело живлення. Відповідно, в мороз акумулятор ризикує глибоко розрядитися навіть перебуваючи у стані простою. Це варто враховувати та вчасно заряджати АКБ. Звертаємо увагу, що заряджати акумулятор одразу після морозу не рекомендується. Він має природно зігрітися перед початком процесу.

Якщо не вбачати літій-іонний акумулятор і допустити саморозряд до критично низьких напруг (нижче 2,5В на елемент), то через деякий час зберігання акумулятор може вийти з ладу без можливості відновлення. В рамках, скажімо, одного елемента типорозміру 18650 це не здається проблемою, проте якщо йдеться про десятки або навіть тисячі (в автомобілях Tesla встановлено понад 7 тисяч осередків 18650 від Panasonic), втрати будуть значними. Тому уважно стежте за станом акумулятора та підтримуйте стабільно середньо-високий рівень заряду для його зберігання.

Як вирішити проблему експлуатації літієвого акумулятора на морозі

Якщо уникнути експлуатації літієвої акумуляторної батареї на морозі не вийде, є кілька способів трохи полегшити ситуацію.

Очевидним рішенням є утеплення акумулятора. У ролі утеплювача може бути будь-який теплоізоляційний матеріал до пінопласту. Головне, щоб простір дозволяв. Завдяки ізоляції тепло, що виробляється акумуляторами в процесі експлуатації, підтримуватиме прийнятну температуру. Під час простою це тепло допоможе деякий час зігрівати акумулятор. Таким чином, як мінімум процес експлуатації та нетривалий простий відбуватимуться у більш-менш прийнятних умовах.

Інший варіант вирішення проблеми радикальніший. Він полягає в тому, щоб підібрати інший тип літієвих акумуляторів, який краще переносить експлуатацію за низької температури навколишнього середовища. До таких типів відносяться літій-залізо-фосфатні акумулятори (LiFePO4). Вони чудово працюють навіть при температурах -20°C, проте відрізняються не стандартною напругою одного елемента. Ще одним дуже перспективним типом літієвих АКБ для електротранспорту є літій-титанатні акумулятори. Вони пропонують не тільки впевнену роботу в мороз, а й тривалий термін служби (термін служби деяких моделей може перевищувати період експлуатації самого електротранспорту), а також можливість швидкого заряджання. Для літій-титанатної батареї заряджання за 5-10 хвилин – стандартне явище.