Ресурс литий ионного аккумулятора: Могут ли производители увеличить срок службы литий-ионного

Сколько хранится литий ионный аккумулятор?

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 26-06-2021

Каждый мотоциклист ежегодно сталкивается с “консервацией” байка на ночь, что обычно сопровождается извлечением аккумулятора и его хранением. От условий хранения частично зависит срок службы и характеристики АКБ в целом. А имеется ли необходимость периодически хранить литиевые источники питания? Рядовой пользователь сталкивается с этим нечасто, однако любители электроскутеров, электросамокатов и электровелосипедов ежегодно, как и мотоциклисты, “консервируют” свою технику.

В электротранспорте используются литий-ионные аккумуляторные батареи, собранные на основе цилиндрических ячеек типоразмера 18650, подключенных в одну цепь. Несмотря на то, что элемент 18650 является самым обыкновенным расходным материалом и стоит недорого, целая сборка из множества элементов может иметь приличную цену. В связи с этим вполне естественным является желание обеспечить длительный срок службы аккумулятора, дабы редко прилагать усилия на обслуживание оборудования и тратиться на новые АКБ.

Факторы, влияющие на срок службы Li-ion аккумулятора

В первую очередь срок службы любого аккумулятора зависит от его качества. Если производитель использует качественные компоненты и не нарушает технологию, расчетный ресурс АКБ будет выше и наоборот. А уже в рамках расчетного ресурса, зависящего от качества изделия, могут быть значительные отклонения, связанные с условиями эксплуатации.

Каждый аккумулятор имеет требования по эксплуатации и, как ни странно, для большинства типов батарей они похожи. Приведем общие моменты касательно того, что влияет на жизненный цикл АКБ:

• Соблюдение токовых режимов;
• Температура окружающей среды;
• Недопущение перезаряда или глубокого разряда;
• Правильное хранение.

О токовых режимах и перезаряде литий-ионных аккумуляторов пользователю, как правило, заботиться не приходится, особенно при эксплуатации оригинального зарядного устройства. Это связано с контроллером BMS, который обязателен для сборок из литий-ионных ячеек и служит для контроля параметров и балансировки ячеек.

А вот как правильно хранить литий-ионные аккумуляторы – обсудим далее.

Особенности хранения Li-ion аккумуляторов

Первое, что интересует рядового пользователя – это как правильно хранить аккумулятор: заряженным или разряженным. Если ставить вопрос прямо, то ответом будет ни так, ни эдак. Полный разряд аккумуляторной батареи допускается лишь в случаях ее дальнейшей циклической эксплуатации. Если Вы планируете зарядить аккумулятор, после чего отложить его на хранение, то полностью заряжать его ни в коем случае не надо. Некоторые это делают мотивируя тем, что так батарея дольше может лежать и саморазряжаться без вмешательства пользователя. Это граничит с правдой, только вот ресурс аккумулятора, при этом, снизится и после хранения литий-ионный аккумулятор не будет выдавать те характеристики, которые выдавал до хранения. Они немного, но все же упадут. Полностью заряженный длительное время аккумулятор – это почти так же плохо, как и полностью разряженная батарея.

Для того, чтобы при вводе аккумулятора в эксплуатацию восстановить емкость полностью или практически полностью, следует обеспечить частичный заряд. Много говорится о том, что требуется обеспечить 35-50% уровень заряда перед консервацией аккумулятора, приводя, при этом, напряжение 3,4-3,5В. Как получаются такие цифры? Банальным средним арифметическим между минимальным и максимальным напряжением литий-ионного элемента питания (2,8-4,2В). Только при этом не учитывается тот факт, что в большинстве гаджетов, например в смартфонах, li-ion аккумулятор работает в условном диапазоне от 3,5В (нулевой заряд) до 4,2В (полный заряд). То есть напряжение, которое многими рекомендуется как оптимальное для хранения, при эксплуатации практически недостижимо и считается слишком низким. Также стоит учитывать тот факт, что производители поставляют свои литий-ионные аккумуляторы с напряжением 3,7В. Сложив “два плюс два” приходим к выводу, что хранить литий-ионную ячейку лучше при ее номинальном напряжении 3,7В. Если Вы случайно зарядили АКБ до максимума, лучше ее частично разрядить естественной нагрузкой.

А сколько хранится литий-ионный аккумулятор? Теоретически батарея может храниться весь свой срок службы, но при регулярном обслуживания. Рекомендуется проверять напряжение аккумулятора каждые 3 месяца и дозаряжать до оптимального значения.

Благодаря описанной выше процедуре Вы не только будете поддерживать идеальное напряжение в течение срока хранения, но и не допустите глубокий разряд, который является худшим состоянием любого аккумулятора. Очень часто из-за недосмотра аккумулятор садится “в ноль”, попросту валяясь без дела. Каждый месяц емкость безвозвратно падает и спустя некоторое время источник питания безвозвратно выходит из строя.

Помимо уровня заряда, стоит позаботиться о температуре. Температурный режим – это то, что воздействует на аккумуляторную батарею всегда вне зависимости от того, используется ли источник питания или просто хранится. В зависимости от технологии производства, аккумуляторная батарея в той или иной степени подвержена негативному воздействию при слишком высокой или низкой температуре, имея некий оптимальный диапазон.

При хранении обеспечение допустимой температуры имеет одно из важнейших значений. Литий-ионные аккумуляторы традиционно должны храниться в прохладном месте. Оптимальный диапазон температур – от 5 до 15 выше нуля. Причем нижняя граница диапазона предпочтительнее. Цифры практически идентичны рекомендациям для хранения свинцово-кислотных необслуживаемых аккумуляторов AGM и GEL. Хранение при комнатной температуре (20 градусов) не убьет аккумулятор, можно не волноваться. Просто сохранность емкости будет немного хуже.

Стоит понимать, что даже идеальное следование вышеперечисленным требованиям не останавливает деградацию аккумулятора, а, правильнее сказать, не ускоряет ее. Литий-ионная аккумуляторная батарея постепенно деградирует даже при идеальном хранении и с этим фактом, к сожалению, ничего не сделать. Можно лишь не усугублять это нарушением требования по эксплуатации.

Сколько хранится литий ионный аккумулятор? 5 из 5 на основе 1 оценок.

Почему производители смартфонов не рассказывают о правилах подзарядки

Аккумуляторы для смартфонов не могут жить вечно, однако некоторые привычки пользователей значительно укорачивают их срок службы, например, ночная зарядка. В то же время, производители гаджетов не дают специальных рекомендаций по этому поводу. Почему Apple и Google скрывают важную информацию от пользователей и как правильно заряжать свой смартфон — в материале «Газеты.Ru».

Эксперты в сфере мобильной техники давно предупреждают о том, что в снижении продолжительности жизни аккумуляторов внутри смартфонов виноваты сами пользователи, точнее некоторые их привычки. В частности, они говорят о вреде ночной зарядки, когда устройство полночи заряжается, а вторую половину держит заряд в 100%.

Если повторять это действие регулярно, то литий-ионные батареи прослужат пользователю гораздо меньше, утверждает Доминик Шульте, управляющий директор немецкой компании BatterieIngenieure, специализирующейся на технологиях для аккумуляторов.

Дело в том, что литий-ионные аккумуляторы, которые широко распространены в современной бытовой электронике, со временем изнашиваются и имеют ограниченное время службы. Таким образом, со временем, они начинают хуже держать заряд.

Тем не менее, ведущие производители смартфонов не считают это проблемой и никак не предупреждают пользователей о том, что чрезмерная зарядка вредит устройству, заявляет Шульте.

Он задал вопрос нескольким вендорам о том, что они думают о ночной зарядке и сохранению 100% заряда в течение долгого времени. По словам исследователя, большинство производителей предложило ему почитать об этом самостоятельно на официальных сайтах в соответствующих разделах. Оказалось, что никто из них не уделяет этому вопросу никакого внимания — ни на сайтах, ни в инструкциях к гаджетам не говорится о том, что ночная зарядка вредит устройству.

На сайте Apple упоминается ночная зарядка, но ее польза или вред никак не обозначены.

А вот представитель Google назвал страх перед ночной зарядкой «старомодной фобией». По словам продакт-менджера компании Рональда Хо, на которого ссылается Business Insider, истории про вредность слишком частой подзарядки являются «устаревшими», так как современные технологии, присутствующие в устройствах, оптимизируют заряд батареи самостоятельно.

Тем не менее, и Доминик Шульте, и производители смартфонов соглашаются в том, что если смартфон долгое время лежит без использования, то его аккумулятор должен держать заряд в определенном диапазоне — предпочтительно между 30% и 50%.

Считается, что при таких условиях батарея изнашивается гораздо медленнее. Об этом говорится и на сайте Samsung, и на сайте Apple — вендоры рекомендуют держать неиспользующиеся устройства заряженными наполовину.

Таким образом, это косвенно подтверждает мысль, упомянутую ранее — оставление аккумуляторов, заряженными до 100%, в течение долгого времени в электрической сети может негативно сказаться на сроке их службы.

Похожие рекомендации дает и сайт Battery University, который выпустил целую инструкцию по зарядку литий-ионных аккумуляторов. Сообщается, что при разрядке до нуля и зарядке до 100%, такая батарея выдержит всего 500 циклов зарядки, но при разрядке-зарядке на 50% срок службы вырастет до полутора тысяч циклов.

Также эксперты советуют вообще не заряжать гаджет до максимума, а подпитывать его постепенно в течение дня. Кроме того, не рекомендуется заряжать телефон при экстремальных температурах — как слишком высоких, так и слишком низких.

Почему же советы по эксплуатации гаджета потребителям дают сторонние эксперты, а производители смартфонов делают вид, что это их не касается?

Вероятно, дело в своеобразном заговоре — ведь быстро разряжающийся гаджет становится одним из главных поводов для покупки нового, что позитивным образом сказывается на продажах компании.

В конце 2017 года вскрылся крупный скандал в компании Apple — ей пришлось признаться, что в течение пары лет она намеренно замедляла старые модели iPhone. Производительность процессора намеренно снижалась с помощью кода в операционной системе iOS, что приводило к «притормаживанию» устройства. Разработчик Джон Пул, который одним из первых заметил нестандартные показатели, указал в своем исследовании, что медленная работа iPhone зачастую заставляет пользователей купить новый гаджет вместо того, чтобы поменять батарею. В результате в утиль отправляются устройства, чей потенциал еще не был исчерпан.

Если вспомнить этот беспрецедентный для Apple случай, за который компании пришлось принести публичные извинения чуть ли не впервые в истории, версия о заговоре с аккумуляторами уже не кажется слишком неправдоподобной.

«Особенностей производства аккумуляторов и их дальнейшей работы в телефонах столько, что о каких-то стандартных рекомендациях можно только мечтать. Помимо этого, достаточно сильно на срок работы аккумулятора может влиять аппаратная начинка или ПО телефонов», — рассказал «Газете.Ru» руководитель группы технической поддержки Redmadrobot Михаил Семенов.

По его словам, исследования и практика работы с мобильными устройствами показывают, что нет точного ответа на вопрос «правильно ли заряжать телефон всю ночь?». Тем не менее, точно известно, что полная разрядка телефона негативно влияет на работу аккумулятора.

Литий-ионные аккумуляторы для погрузчиков

Напряжение: 12 V Напряжение: 16Ah Напряжение: 24 V Напряжение: 2V Напряжение: 36V Напряжение: 4-96V Напряжение: 48 V Напряжение: 6V Напряжение: 72 V Напряжение: 80 V Тип: AGM Тип: Carbon Тип: Гелевая Тип: Литий-ионная Тип: Свинцово-кислотная Тип: аналоговое 50ГЦ Тип: высокочастотное 100 ГЦ Емкость: 5 Емкость: 1000Ah Емкость: 100Ah Емкость: 105Ah Емкость: 110Ah Емкость: 113Ah Емкость: 115Ah Емкость: 120Ah Емкость: 122Ah Емкость: 123Ah Габариты: 1006х521х650 мм Габариты: 1006х620х650 мм Габариты: 1025x708x782 мм Габариты: 1025х564х784 мм Габариты: 1025х852х784 мм Габариты: 1025х996х784 мм Габариты: 1027х526х627 мм Габариты: 1030х435х627 мм Габариты: 1030х465х627 мм Габариты: 1030х500х802 мм Модель: BT(TOYOTA) Модель: CATERPILLAR Модель: COMBILIFT Модель: DALIAN Модель: DEEP CYCLE Модель: DOOSAN Модель: HANGCHA Модель: HELI Модель: Haulotte Модель: JAC

Напряжение 80 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 688Ah Габариты 1025x708x782 мм Напряжение 24 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 285Ah Габариты 790х212х610 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 440Ah Габариты 1220х424х782 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 360Ah Габариты 970х519х665 мм Напряжение 48 V Тип Литий-ионная Емкость (C5) 400Ah Габариты 816x664x462 мм Зарядный ток 200A

Литий-Ионные АКБ в погрузчиках и складской технике используются в России боле 8 лет. Первыми их ставили  в Российские и Болгарские ПТО. Одними их тех, кто начал продвигать эту технологию в РФ ,были и наши специалисты.

Литий-ионные аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES имеют много преимуществ по сравнению со свинцо-кислотными и гелевыми батареями, набирая все большую популярность в таких сегментах, как:

• Клининговая техника
• Аккумулятор для ИБП (Источника Бесперебойного Питания)
• Накопитель для солнечных электростанций и ветрогенераторов
• Источник бортового питания для яхт, катеров, прочих водо-моторных судов
• Источник питания для авто-дома, трейлера, автономного отопителя и т.д.

Аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES помогут в несколько раз увеличить ресурс полезного использования клининговой техники, поломоечных машин, бытовых пылесосов и т. д. Литий-ионный аккумулятор прослужит в 3-5 раз дольше, чем гелевый, за счет ресурса 3000-5000 циклов, возможности дробного заряда в течение дня, отсутствия необходимости в регулярном техническом обслуживании. Не требуется квалифицированный персонал, чтобы следить за правильным зарядом батареи. Постановка на заряд производится одним движением, допустить ошибку не представляется возможным, а полностью автоматизированное зарядное устройство самостоятельно отключится по достижению полного заряда. Прервать заряд можно в любой момент и это не повлечет снижения ресурса батареи.

Сравнение GEL, AGM батарей с технологией LI-ION
GEL, AGM	DELTA LI-ION SERIES
Не требует обслуживания	Не требует обслуживания
Взрывоопасные выделения – есть, но не значительные	Взрывоопасные выделения – полностью отсутствуют
Полезная емкость 60-80%	Полезная емкость 100%
Время полного заряда 6-10 часов	Время полного заряда 2 часа
Срок службы 500-700 циклов	Срок службы 3000-5000 циклов
Промежуточные заряды и глубокие разряды снижают срок службы	Промежуточные заряды и глубокие разряды не влияют на срок службы
КПД 80%	КПД > 96%

 

Удобство в использовании

Среди важных преимуществ стоит отметить удобство в использовании. Чтобы не пропустить момент полного разряда, мы оснастили устройство дополнительным выносным индикатором заряда. Постановка на зарядку одним движением позволяет восполнять емкость батареи в любом месте. Для этого не нужна специально оборудованная зарядная комната, инструменты или прочее оборудование.

Высокая эффективностью сочетается с экономией в обслуживании и простотой в эксплуатации.

Безопасность и экологичность

Аккумуляторы DELTA LI-ION SERIES – полностью экологичны и не выделяют токсичных веществ во время заряда и эксплуатации. Батареи можно применят в местах массового скопления людей, в продуктовых магазинах и на продовольственных складах.

Тяговая Li-ion батарея DELTA может эксплуатироваться:

• в торговых центрах и магазинах;
• в офисах;
• в производственных помещениях;
• на складах.
• Все литий ионные аккумуляторы DELTA балластируются до веса штатного свинцово кислотного аккумулятора

Защита 

• Автоматическое отключение питания техники при соединении зарядного устройства
• Полное отсутствие обслуживания 
• Защита от:

1. Высокого напряжения
2. Низкого напряжения
3. Превышения по току
4. Перегрева
5. Переохлаждения

 

Продажа DELTALI–IONSERIES по выгодным ценам

Доступная стоимость обусловлена тем, что батарея выпускается серийно и себестоимость максимально оптимизирована. На аккумуляторы распространяется официальная гарантия, которая действует на протяжении трех лет.

Мы используем только проверенные элементы LiFePO4 в металлическом корпусе, это лучшие элементы на сегодняшний день, они применяются даже в гражданской авиации.

Если у Вас остались вопросы, необходима квалифицированная помощь в подборе аккумулятора, обращайтесь к нашим специалистам. Консультации проводятся в индивидуальном порядке как по телефону, так и посредством формы обратной связи на сайте.

За счет разницы в технологиях (см. эффект Пейкерта*), ёмкость приобретаемой литий-ионной батареи LiFePO4 нужно рассчитывать с учетом понижающего коэффициента в 1,6 раза по сравнению со свинцово-кислотными батареями (включая AGM и GEL). При смене АКБ со свинцово-кислотной ёмкостью 500 Ah на LiFePO4, можно использовать батарею ёмкостью – 315Ah.

Литий-ионные батареи для ЦОД: преимущества и недостатки

В трёхфазных источниках бесперебойного питания обычно используются свинцово-кислотные аккумуляторы с регулирующим клапаном (VRLA). Их масса и габариты требуют наличия усиленных несущих конструкций в дата-центрах, а зависимость рабочих характеристик от температуры увеличивает нагрузку на системы кондиционирования. VRLA не особенно долговечны, их регулярная замена ведет к росту операционных издержек.

Из-за отсутствия экономически целесообразной альтернативы инженерам-конструкторам приходилось мириться с недостатками VRLA, однако в последние годы ситуация изменилась. Прежде всего мы говорим о литий-ионных аккумуляторах, использовать которые в ИБП для центров обработки данных ранее мешало отсутствие оптимального баланса цены, удельной энергии, мощности, безопасности и надежности. Благодаря успехам в создании электромобилей, эта проблема была решена. Первые источники бесперебойного питания на литий-ионных батареях вышли на рынок в 2016 году, а сегодня их предлагают все ведущие вендоры. Сегодня данное направление считается наиболее перспективным: согласно отчету Bloomberg New Energy Finance, в 2025 году решения с литий-ионными батареями займут 40% рынка ИБП для дата-центров.

Преимущества литий-ионных батарей

В потребительской электронике обычно используют литиево-кобальтовые батареи емкостью несколько ампер-часов. В источники бесперебойного питания устанавливают литиево-марганцевые прямоугольные ячейки ёмкостью 60 ампер-часов с гораздо более длительным сроком службы и множеством степеней защиты от сбоев. Мониторинг основных параметров работы (температуры, напряжения и силы тока) реализован как на уровне отдельного модуля и даже на уровне отдельной ячейки, так и на уровне шкафа и всей системы в целом — полный контроль процессов зарядки и разрядки здесь необходим для предотвращения критического нагрева и начала необратимых химических процессов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы отличаются более высокой удельной энергией (Вт•ч/кг) и более высокой удельной мощностью (Вт/кг). При аналогичной запасаемой энергии их масса примерно в три раза меньше массы свинцово-кислотных батарей, что уменьшает общую массу системы где-то на 60-80%.

В последние годы центры обработки данных наращивают плотность мощности для более эффективного использования помещений — этот показатель стал одним из важнейших. Компактные литий-ионные батареи позволяют сократить занимаемую системой бесперебойного электроснабжения площадь на 50-80%. Такие батареи требуют меньше времени для зарядки, а также имеют меньший саморазряд, что играет огромную роль в случае частых сбоев электропитания. Когда литий-ионная батарея не используется, она теряет примерно 1-2% заряда в месяц. Самое главное преимущество — длительный срок службы. Свинцово-кислотные батареи работают от 3 до 6 лет, в то время как ресурс некоторых литий-ионных превышает 10 лет. В зависимости от химии, технологии и температуры, они способны выдержать до 5000 циклов заряда-разряда и не требуют технического обслуживания, тогда как для средний показатель свинцово-кислотных аккумуляторов равен 700 циклам заряда.

Совокупная стоимость владения за 10 лет (средний срок службы ИБП для ЦОД) снизилась на 39% по сравнению со свинцово-кислотными батареями — это очень оптимистичная оценка, но минимум 10% экономии получить можно в любом случае. Серьезный недостаток у литий-ионных батарей только один — первоначальные вложения будут значительно выше. Именно поэтому внедрение новых решений началось с крупных центров обработки данных: возможность уменьшить TCO для таких объектов гораздо важнее сиюминутной выгоды, и даже небольшой процент экономии в денежном выражении огромен. Кроме того, компактные батареи позволяют эффективнее задействовать имеющуюся площадь, а надёжная система мониторинга обеспечивает высокую безопасность и стабильную производительность решения. Литий-ионные батареи могут работать при более высоких температурах чем VRLA без потери емкости, это снижает нагрузку на системы охлаждения. Конечно, производители оснащают литий-ионными батареями и однофазные ИБП — существуют модели для самых разных сценариев применения, от крупнейших ЦОДов до промышленных приложений, небольших серверных комнат и даже для отдельных стоек.

Целесообразность замены

Самый главный вопрос, который возникает перед конечным заказчиком: а не пора ли нам перевести свою систему бесперебойного электроснабжения на литий-ионные батареи? Чтобы на него ответить, в первую очередь нужно учесть наличие технической возможности. Не для всех моделей ИБП доступны новые аккумуляторы, также может потребоваться существенное обновление «железа» и встраиваемого ПО. Даже при аналогичном номинальном напряжении характеристики зарядки и разрядки батарей будут различаться.

Ожидаемый срок службы ИБП в дата-центре обычно составляет 10-15 лет. Ресурс свинцово-кислотного аккумулятора — 3-6 лет, а литий-ионного — 10 лет и более. В начале срока эксплуатации ИБП (менее 5 лет) замена выработавших значительную часть ресурса свинцово-кислотных батарей окажется целесообразной — литий-ионные с высокой вероятностью подойдут к концу срока эксплуатации вместе с ИБП. Если жизнь вашего источника бесперебойного питания уже близится к «экватору», срок службы батарей может оказаться более длительным, и в большинстве случаев замена не имеет смысла. В конце срока службы стоит подумать о замене всего ИБП на новое решение с литий-ионными батареями. Тем не менее, даже для достаточно старых ИБП установка дорогих аккумуляторов может оказаться целесообразной — нужно учитывать постоянное снижение цены на них, а также соотношение затрат на обслуживание старой системы и затрат на её полную замену.

Прогнозы и перспективы

Несмотря на то, что ИБП на литий-ионных аккумуляторах серьёзно снижают операционные расходы и уменьшают полную стоимость владения, значительная часть заказчиков до сих пор использует проверенные временем решения на VRLA. Одна из важных причин заключается в том, что использование литий-ионных батарей выгодно на больших временных горизонтах, но капитальные затраты оно увеличивает весьма существенно. В любом случае, интерес заказчиков к новинкам год от года только растёт и дальше он будет только увеличиваться. Для крупных центров обработки данных объём сэкономленных средств может оказаться гигантским, поэтому литий-ионные системы станут все чаще применяться в корпоративном секторе. Литий-ионная химия тоже на месте не стоит — со временем появятся новые решения и технологии, а цена батарей снизится ещё больше

 

▼ Два варианта конфигурации аккумуляторных батарей в ЦОД: VRLA и литий-ионные батареи

Способы продлить срок службы аккумулятора в смартфоне

Подробно разберем, откуда появились такие мифы, как все работает на самом деле. Но для начала выясним, почему батарея в телефоне изнашивается.

Сильно сажают зарядку приложения, которые работают в автономном режиме. Они нагружают оперативную память, отчего телефон задействует все ресурсы. Чтобы сберечь заряд, отключайте эти приложения в настройках и не забывайте закрывать их.

Зарядка садится быстрее, если Вы часто разблокируете телефон, чтобы проверить уведомления или же автоматом просмотреть быстро социальные сети. Мы советуем отучить себя от такой привычки — это будет полезно и для смартфона, и для Вашей продуктивности.

Проверьте, работает ли на телефоне GPS и Bluetooth, они отображаются в самом верху экрана, возле зарядки. Пользователи часто забывают выключать эти функцию. Так же, как и Wi-Fi — он непрерывно ищет свободные сети, к которым можно подключиться. Все это тратит заряд телефона.

Если Вы заметили, что заряд телефона начал садиться быстрее, нежели раньше, то это может быть износ батареи, либо вирусы и программы-пустышки. Последние сильно влияют на производительность системы или вовсе вредят Вашему устройству. Лучше купить подписку антивируса, чтобы он выявлял такие моменты. Мы составили список лучших антивирусов для любых устройств.

Теперь подробнее разберемся, как сделать так, чтобы батарея в телефоне прослужила дольше.

Мифы об аккумуляторах, в которые мы верим

Функционирование батареи зависит только от химических процессов. Чем больше она работает, тем быстрее изнашивается. На ее продолжительность жизни никак не влияют программы и время, которое Вы проводите в работе со смартфоном. Средний срок службы батареи — 2-3 года. Во всех телефонах стоит вид аккумулятора — литий-ионный и литий-полимерный. Поэтому практически нет разницы, какой это смартфон.

Срок службы батареи на смартфоне ограничен, поэтому при его окончании стоит аккумулятор заменить, но не самостоятельно, а обратиться в сервис. У кого-то батарея может прослужить 5 лет, у кого-то 10. Это зависит от того, насколько бережно Вы используете устройство. Срок службы можно и продлить.

У каждого гаджета есть понятие “время автономной работы” – показатель периода, сколько устройство может проработать от батареи с начала полного заряда и до его отключения. Не рекомендуется максимально растрачивать уровень зарядки — это может повлиять на изнашивание аккумулятора. Подробнее об этом расскажем далее.

Доминик Шульте — директор немецкого производителя аккумуляторов для телефона считает, что износостойкость аккумулятора зависит от хозяина устройства. Доминик советует не заряжать телефон до 100%, держать заряд батареи на 30-50% и не оставлять смартфон на ночь заряжаться. Он мотивирует это тем, что батарея находится в состоянии “качелей” — это сильно повреждает ее.

О таких способах продлить жизнь аккумулятора часто пишут в интернете. Но с этими советами и с самим Домиником Шульте не согласны производители смартфонов. Они утверждают, что в смартфон встраивают специальные технологии и алгоритмы, которые поддерживают безопасный уровень заряда устройства. Это сохраняет жизнь батарее.

Эксперт Денис Кусков дал интервью издательству “Вести ФМ”, где доказал, что слова Доминика Шульте уже не актуальны для современных устройств.

Он уверен, что сейчас в смартфонах стоят более износостойкие аккумуляторы, нежели 5 лет назад. Поэтому не имеет смысла следовать принципам “не доводить заряд до 100%” или “разряжать телефон при покупке, а потом уже заряжать”.

Литий-ионные аккумуляторы не стоит оставлять без своевременной подзарядки, они не любят разряжаться, как отмечают специалисты. Телефон нужно заряжать по возможности. Можно использовать супербыстрые зарядки. Если устройство совместимо с такой функцией, то вреда не будет.

Свободно заряжайте телефон неоригинальными зарядками. В них тоже нет ничего страшного, помимо того, что некоторые из них часто ломаются. Но это происходит и с “родным” проводом. В любом случае, через время Вы купите новую.

Как и было заявлено — аккумуляторы в новых устройствах модифицированы, они устойчивы ко многим условиям, уже реже чувствительны к холоду, выдерживают максимальный заряд, долгую подпитку ночью или во время работы в устройстве.

Но производители смартфонов не доработали момент с подзарядкой от автомобиля, как рассказал издательству Денис. В машине лучше использовать основной заряд, так как во время езды работает сразу и GPS, и идет зарядка от машины — аккумулятор устает.

Как продлить срок службы аккумулятора?

• Старайтесь не разряжать телефон полностью, так как литий-ионные батареи не любят быть разряженными, лучше держать уровень заряда на 45-50%. Меньше доводите устройство до нуля и полного выключения, ищите возможность зарядить телефон: используйте внешний аккумулятор, рассчитывайте заряд на целый день, не забывайте зарядный провод.

• Следите за температурой устройства.
• Литий-ионные батареи чувствительны к температуре, их оптимальный показатель – 15 °C. Это касается и погоды на улице. Жара и холод повредят аккумулятор, тогда он прослужит намного меньше. Это можно определить по тому, как часто пользователи iPhone страдают от того, что их телефон внезапно может выключиться на морозе.
• Важно отгородить устройства от перегрева и переохлаждения. Интересные данные о воздействии температуры на батарею предоставил автор статьи в блоге компании “Связной”:
  Температура 0 °C снижает работу батареи на 6%;
  Температура 25 °C – на 20%;
  Температура 40 °C – на 40%.

• Не используйте долго телефон на улице во время мороза и сильной жары, лучше положить его в относительно теплое место – карман или сумку.
• Если на улице солнце сильно нагревает воздух, не заряжайте телефон на 100%, так как батарея нагрелась до ее комфортного предела, а высокие температуры будут ее перегревать. Пусть заряда будет на 90%.

Производители телефонов заявляют, что аккумулятор в их устройствах рассчитан на 500 циклов. Цикл зарядки – это процесс пополнения аккумулятора энергией и его полной разрядки. Один цикл = одна жизнь от 100% и до 0%.

Если не доводить телефон до отключения и вовремя подзаряжать устройство, то циклы можно увеличить до 1000. Тогда Вы сможете продлить жизнь батарее еще на года 2. Просто ставьте на зарядку смартфон, когда уровень будет ниже 20-40%.

Проследите, чтобы батарея в телефоне была частично заряженной, не допускайте того, что гаджет будет долгое время лежать без подзарядки. Через некоторое время аккумулятор может плохо работать.

Вывод

Сильно надолго продлить жизнь батареи невозможно, у каждой техники и устройства есть максимальный срок. Специалисты оценивают его, опираясь на тенденцию использования гаджетов людьми. Чем бережнее Вы используете вещь, тем дольше она Вам прослужит – аксиома. В Ваших силах защитить устройство от температурных перепадов, своевременно подзаряжать и не оставлять телефон без энергии.

Не верьте мифам о 24-часовой подзарядке. Что устройство после этого станет более оптимизированным, проживет 2 дня без заряда и работать будет быстрей. Это не так работает. Современные устройства останавливают поступление энергии после того, как заряд дошел до 100%. Поэтому и соображение о том, что нельзя ставить телефон на ночь заряжаться – ошибочное. 

отличие от ионного, срок службы, устройство

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы, использующиеся в большинстве современных планшетов, смартфонов и ноутбуков, требуют разных правил обслуживания и эксплуатации по сравнению с никель-кадмиевыми (Ni-Cd) и никель-металлгидридными (Ni-MH) аккумуляторами, используемыми в более ранних устройствах.

На самом деле, правильный уход за литий-ионным аккумулятором может в 15 раз увеличить срок его службы по сравнению со случаями неправильного использования. В данной статье приведем советы, как максимально продлить жизненный цикл дорогостоящих литий-ионных батарей во всех ваших портативных устройствах.

Совсем недавно журналисту интернет-портала Windows Secrets Фреду Ланге (Fred Langa) пришлось заменить поврежденный смартфон – и это была его ошибка.

Основной симптом не предвещал ничего хорошего – чехол телефона был деформирован, потому что сам корпус устройства стал сгибаться.

При разборе и детальном рассмотрении выяснилось, что аккумулятор смартфона вздулся.

Изначально Фред не заметил никаких изменений: батарея выглядела более или менее нормально, если смотреть на нее лицом (рисунок 1). Однако, когда аккумулятор положили на плоскую поверхность стало очевидно, что верхняя и нижняя его грани уже не были плоскими и параллельными друг другу. На одной из сторон батареи образовалась серьезная выпуклость (рисунок 2). Эта выпуклость привела к тому, что телефон стал сгибаться и деформироваться.

Выпуклость аккумулятора свидетельствовала о серьезной проблеме: накопление токсичных газов под высоким давлением внутри батареи.

Корпус батареи прекрасно сделал свою работу, но из-за токсичных газов аккумулятор представлял собой крошечную бомбу-скороварку, которая только и ждет детонации.

В случае Фреда оказались повреждены и телефон, и аккумулятор – настало время для покупки нового смартфона.

Самое печальное, что данную проблему можно было легко предотвратить. В заключительной части статьи будут приведены ошибки Фреда.

Чтобы избежать повторения ошибок прошлого с новым смарфтоном и другими литий-ионными устройствами, такими как планшеты, ноутбуки, Фред начал серьезно исследовать вопросы правильной эксплуатации и обслуживания литий-ионных аккумуляторов.

Фреда не интересовали вопросы продления работы от одного заряда аккумулятора – эти техники хорошо знакомы. Большинство устройств предлагают ручные или автоматические режимы энергосбережения и методы настройки яркости экрана, замедления производительности процессора и уменьшения количества запущенных приложений.

Фред скорее сосредоточился на вопросах продления срока службы аккумуляторов – способов сохранить батарею в нормальном работоспособном состоянии и расширения ресурса батареи до максимального уровня.

Данная статья включает краткие тезисные выводы на основе исследования Фреда. Следуйте пяти предлагаемым советам и тогда ваши литий-ионные аккумуляторы будут работать полноценно, долго и безопасно во всех ваших портативных устройствах.

Совет 1: Следите за температурой и не перегревайте аккумулятор

Удивительно, но теплота является одним из главных врагов литий-ионных аккумуляторов. Причинами, вызывающими перегревания аккумулятора, могут быть факторы неправильного использования, например, скорость и продолжительность циклов зарядки и разрядки батареи.

Внешнее физическое окружение также имеет значение. Просто оставив устройство с литий-ионнным аккумулятором на солнце или в закрытом автомобиле, Вы можете существенно снизить способность батареи принимать и удерживать заряд.

Идеальными температурными условиями для литий-ионных аккумуляторов является комнатная температура в 20 градусов Цельсия. Если устройство нагревается до 30С, его способность нести заряд снижается на 20 процентов. Если устройство используется при 45С, что легко достижимо на солнце или при интенсивном использовании устройства ресурсоемкими приложениями емкость батареи снижается примерно на половину.

Таким образом, если ваше устройство или аккумулятор становятся заметно теплыми при использовании, постарайтесь перейти в более прохладное место. Если такой возможности нет, попытайтесь уменьшить количество энергии, потребляемое устройством за счет отключения ненужных приложений, служб и функций, снижения яркости экрана или активации режима энергосбережения устройства.

Если это все равно не помогает, полностью отключите устройство до тех пор, пока температура не вернется в нормальное состояние. Для еще более быстрого охлаждения извлеките батарею (конечно, если это позволяет конструкция устройства) – так устройство остынет быстрее благодаря физическому разделению с источником питания.

Кстати, несмотря на то, что высокие температуры – это главная проблема с литий-ионными батареями, низкотемпературные режимы эксплуатации не вызывают серьезных беспокойств. Низкие температуры не причиняют долгосрочный ущерб батареи, хотя холодный аккумулятор не сможет выдать всю мощность, который он может потенциально выдать в оптимальном температурном режиме. Падение мощности становится очень заметным при температурах ниже 4С. Большинство литий-ионных аккумуляторов потребительского класса по существу становятся бесполезными при температурах около или ниже точки замерзания.

Если устройство с литий-ионным источником питания становится чрезмерно охлажденным по какой-либо причине, не пытайтесь его использовать. Оставьте его отключенным и перенесите в теплое место (карман или отапливаемое помещение) пока устройство не примет нормальную температуру. Также, как и в случае с перегревом, физически удалите батарею, и раздельное нагревание позволит ускорить процесс прогрева. После того, как батарея прогревается до нормальной температуры, ее электролитические свойства восстановятся.

Совет 2: Отключайте зарядное устройство, чтобы сохранить батарею

Перезарядка – т.е. слишком длительное подключение аккумулятора к источнику тока высокого напряжения может также снизить способность батареи удерживать заряд, сократить срок ее службы или что называется “убить наповал”.

Большинство литий-ионных аккумуляторов потребительского класса предназначены для работы на уровне напряжения в 3,6В на ячейку, но во время зарядки работают при повышенных 4,2В. Если зарядное устройство слишком длительное время выдает повышенное напряжение, внутренняя батарея может повредиться.

В тяжелых случаях, перезарядка может привести к тому, что инженеры называют “катастрофическими” последствиями. Даже в умеренных случаях, избыток тепла, выделяемый при перезарядке создаст негативный температурный эффект, описанный в первом совете.

Высококачественные зарядные устройства могут согласованно работать со схемой современных литий-ионных аккумуляторов, снижая опасность перезарядка, уменьшая зарядный ток пропорционально заряду батареи.

Эти свойства значительно отличаются в зависимости от вида технологии, используемой в батареи. Например, при применении никель-кадмиевых (Ni-Cd) и никель-металлгидридных (Ni-MH) аккумуляторов старайтесь оставлять их подключенными к зарядному устройству как можно дольше. Это связано с тем, что старые типы батарей имеют высокий уровень саморазряда, т.е. они начинают терять существенное количество запасенной энергии сразу же после отключения от зарядного устройства, даже если само портативное устройство отключено.

На самом деле, никель-кадмиевая батарея может потерять до 10 процентов заряда в первые 24 часа после зарядки. После этого периода времени, кривая саморазряда начинает выравниваться, но никель-кадмиевый аккумулятор продолжает терять по 10-20 процентов в месяц.

Ситуация с никель-металлгидридными батареями еще хуже. Их скорость саморазряда на 30 процентов больше, чем у никель-кадмиевых коллег.

Тем не менее, литий-ионные батареи имеют очень низкий уровень саморазряда. Хорошая работоспособная батарея потеряет лишь 5 процентов своего заряда в первые 24 часа после зарядки и еще 2 процента в течение первого месяца после этого.

Таким образом, нет никакой необходимости оставлять устройство с литий-ионным аккумулятором, подключенным к зарядному устройству до последнего момента. Для получения наилучших результатов и продления срока службы батареи, отключите зарядное устройство, когда будет показан полный заряд.

Новые устройства на литий-ионных батареях не нужно продолжительно заряжать перед первым использованием (в устройствах с никель-кадмиевыми и никель-металлгидридными батареями рекомендуется зарядка от 8 до 24 часов). Литий-ионные батарей максимально заряжены, когда они показывают 100-процентный заряд. В расширенной зарядке нет необходимости.

Не все циклы разряда одинаково влияют на состояние батареи. Длительное и интенсивное использование выделяет больше тепла, серьезно нагружая аккумулятор, а меньшие по продолжительности, более частые циклы разряда наоборот продлевают ресурс батареи.

Вы можете подумать, что повышенное циклов небольших разряда/заряда может серьезно снизить срок службы источника питания. Это было закономерно лишь для устаревших технологий, но не относится к современным литий-ионным аккумуляторам.

Спецификации аккумулятора могут вводить в заблуждение, т.к. многие производители рассматривают цикл заряда как время необходимое для достижения 100-процентного уровня заряда. Например, две зарядки с 50 до 100 процентов эквивалентны одному полному циклу заряда. Аналогичным образом, три цикла по 33 процента или 5 циклов по 20 процентов также эквивалентны одному полному циклу.

Короче говоря, большое количество мелких циклов заряда-разряда не снижает общий объем циклов полной зарядки литиевой батареи.

Опять же, теплота и высокая нагрузка от тяжелых разрядов снижают ресурс батареи. Таким образом, пытайтесь снизить число глубоких разрядов к минимуму. Не допускайте снижения уровня заряда аккумуляторов до значений, близких к нулю (когда устройство само отключается). Вместо этого рассматривайте нижние 15-20 процентов заряда аккумулятора как экстренный резерв – только для крайних случаев. Привыкайте к замене аккумулятора, если есть такая возможность или к подключению устройства к внешнему источнику питания перед тем, как батарея будет полностью разряжена.

Как Вы знаете, быстрая разрядка и быстрая зарядка сопровождаются выделением избыточной теплоты и негативно сказываются на ресурсе батареи.

Если Вы интенсивно использовали устройство на повышенных нагрузках, дайте батареи остынуть до комнатной температуры перед подключением к зарядному устройству. Аккумулятор не сможет принять полный заряд будучи нагретым.

Во время зарядки устройства следите за температурой батареи – она не должна сильно перегреваться. Горячая батарея во время заряда обычно свидетельствует о быстром протекании слишком большого тока.

Перезарядка больше всего вероятна с дешевыми небрендированными зарядными устройствами, использующими схемы быстрой зарядки или с беспроводными (индуктивными) зарядными устройствами.

Дешевое зарядное устройство может быть обычным трансформатором с подключенными к нему проводами. Подобные “немые зарядки” просто распределяют ток и практически не принимают обратную связь от заряжаемого устройства. Перегрев и перенапряжение очень распространены при использовании подобных зарядных устройств, что медленно разрушает батарею.

“Быстрые” зарядки предназначены для обеспечения минутной порции заряда, а не длительной часовой зарядки. Существуют различные подходы к технологии быстрого заряда, и не все из них совместимы с литий-ионными батареями. Если зарядное устройство и батарея не предназначены для совместной работы, быстрый заряд может вызывать перенапряжение и перегрев. Вообще говоря, лучше не использовать зарядное устройство одного бренда для зарядки портативного девайса другого бренда.

Беспроводные (индуктивные) зарядные устройства используют специальную поверхность зарядки для восстановления заряда аккумулятора. На первый взгляд это очень удобно, но дело в том, что подобные зарядки выделяют избыточную теплоту даже в нормальном режиме работы (Некоторые кухонные плиты использую явление индукции для нагрева кастрюль и сковородок).

Литиевые батареи не только испытывают негативный фактор в виде теплоты, но и тратят энергию во время зарядки по беспроводной технологии. По своей природе, эффективность индуктивного зарядного устройства всегда ниже обычного аналога. Тут каждый волен делать выбор самостоятельно, но для Фреда повышенный нагрев и меньшая эффективность являются достаточными факторами для отказа от подобных устройств.

В любом случае, самый безопасный подход предполагает использование рекомендованного производителем зарядного устройства из комплекта поставки. Это единственный гарантированный способ держать температуру и напряжение в пределах нормы.

Если нет возможности использовать OEM зарядное устройство, применяйте устройство с низким выходным током, чтобы снизить вероятность повреждения аккумулятора из-за быстрого поступления большой мощности.

Одним из источников питания с низким выходным током является USB-порт на обычном компьютере. Стандартный порт USB 2.0 обеспечивает силу тока 500мА (0,5А) на один порт, а USB 3.0 выдает соответственно 900мА (0,9А) на один порт. Для сравнения, некоторые специальные зарядные устройства могут выдавать 3000-4000мА (3-4А). Низкие силы тока USB портов в общем случае гарантируют безопасную зарядку с нормальным температурным режимом для большинства современных литий-ионных аккумуляторов.

Совет 5: Если есть возможность, используйте запасной аккумулятор

Если ваше устройство позволяет быстро заменять батарею, наличие запасного аккумулятора является отличной страховкой. Это не только в 2 раза увеличивает время работы устройства, но также избавляет от необходимости полного разряда аккумулятора или использования быстрого заряда. Когда заряд аккумулятора достигнет отметки в 15-20 процентов, просто поменяйте разряженную батарею на запасную, и Вы мгновенно получите полный заряд устройства без каких-либо проблем с перегревом.

Запасной аккумулятор имеет и другие преимущества. Например, если Вы окажетесь в ситуации, когда установленная батарея перегрелась (например, из-за интенсивной работы устройства или из-за высокой температуры окружающей среды), Вы можете поменять горячую батарею, чтобы быстрее ее охладить, а при этом продолжать использовать устройство.

Наличие двух батареи избавляет от необходимости использовать быстрый заряд – Вы можете спокойно использовать устройство, когда аккумулятор неспешно заряжается от безопасного источника питания.

Фатальные ошибки Фреда

Фред предположил, что он мог повредить батарею смартфона во время дорожного путешествия. Он использовал функцию GPS в устройстве для навигации во время ясного солнечного дня. Смартфон длительное время находился на солнце в держателе в районе приборной панели автомобиля, яркость смартфона была включена на максимум, чтобы различать карту среди ярких солнечных лучей.

Кроме того, все стандартные фоновые приложение – электронная почта, мессенджер и т.д. были запущены. Устройство использовало модуль 4G для скачивания музыкальных треков и беспроводной модуль Bluetoorth для передачи звука в головное звуковое устройство автомобиля. Определенно, телефон работал в стрессовом режиме.

Чтобы телефон получал питание он был подключен к адаптеру 12В, купленного по критериям невысокой цены и наличия правильного разъема.

Сочетание прямых солнечных лучей, высокой нагрузки процессора, включенного на максимальной яркости экрана и сомнительного качества адаптера, привело к чрезмерному перегреву смартфона. Фред с ужасом вспоминает насколько горячим было устройство при вытаскивании из держателя. Этот тяжелый перегрев как раз и стал катализатором смерти батареи.

По всей видимости, проблема усугублялась по ночам, когда Фред оставлял устройство подключенным к сети на всю ночь с помощью стороннего зарядного устройства, при этом не контролируя момент полного заряда аккумулятора.

Со своим новым смартфоном Фред будет использовать только комплексное зарядное устройство и запасной аккумулятор. Фред надеется на длительный и безопасный период эксплуатации как батареи, так и телефона, которые он собирается достичь с помощью перечисленных советов.

Нашли опечатку? Нажмите Ctrl + Enter

Сегодня для мобильной, бытовой техники, инструментов применяют специальные аккумуляторы. Они отличаются эксплуатационными характеристиками. Чтобы батарея работала долго, без сбоев, нужно учитывать требования производителей представленных изделий.

Одним из самых популярных видов сегодня являются аккумуляторы Li-Ion. Как правильно заряжать этот вид батарей, а также особенности его эксплуатации следует подробно рассмотреть перед эксплуатацией прибора.

Общая характеристика

Одним из самых распространенных видов аккумуляторов сегодня является тип Li-Ion. Такие устройства отличаются относительно невысокой стоимостью. При этом они нетребовательны к условиям эксплуатации. В этом случае у пользователя редко возникает вопрос, как правильно заряжать аккумулятор Li-Ion 18650 цилиндрической формы или иной разновидности.

Чаще всего представленные батареи устанавливают в смартфоны, ноутбуки, планшеты и прочие подобные устройства. Представленные аккумуляторы характеризуются долговечностью и надежностью. Они не боятся полной разрядки.

Одной из главных особенностей представленных изделий является отсутствие «эффекта памяти». Такие батарейки можно заряжать практически в любой удобный момент. «Эффект памяти» возникает при неполном разряде аккумулятора. Если в нем оставалось небольшое количество заряда, со временем емкость аккумулятора станет падать. Это приведет к недостаточно продолжительному питанию техники. В литий-ионных батареях «эффект памяти» сведен к минимуму.

Конструкция

Конструкция аккумулятора литий-ионного типа зависит от типа прибора, для которого она предназначена. Для мобильного телефона применяется батарея, которая называется «банкой». Она имеет прямоугольную форму и включает в себя один конструкционный элемент. Его номинальное напряжение составляет 3,7 В.

Совсем иную конструкцию имеет батарея представленного типа для ноутбука. Отдельных аккумуляторных элементов в ней может быть несколько (2-12 штук). Каждый из них имеет цилиндрическую форму. Это аккумуляторы Li-Ion 18650. Как правильно зарядить их, подробно указывает производитель техники. Такая конструкция имеет в своем составе специальный контроллер. Он выглядит в виде микросхемы. Контроллер управляет процедурой зарядки, не допускает превышения номинального значения емкости батареи.

В современных аккумуляторах для планшетов, смартфонов также предусмотрена функция контроля заряда. Это значительно продлевает срок эксплуатации батареи. Она защищена от различных неблагоприятных факторов.

Особенности зарядки

Рассматривая, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы телефона, ноутбука и прочей техники, необходимо обратить внимание на особенности работы представленного устройства. Следует сказать, что литий-ионные батареи не терпят глубокого разряда и перезаряда. Этим управляет специальное устройство, которое добавляется в конструкцию (контроллер).

Идеально поддерживать заряд представленного типа батареи на уровне от 20 до 80% от полной емкости. За этим следит контроллер. Однако специалисты не рекомендуют оставлять устройство подключенным к зарядке постоянно. Это значительно сокращает срок эксплуатации батареи. На контроллер действует в этом случае постоянная нагрузка. Со временем его функциональность из-за этого может снижаться.

При этом контроллер также не допустит глубокого разряда. Он просто в определенный момент отключит батарею. Эта защитная функция крайне необходима. В противном случае пользователь мог бы случайно перезарядить или слишком сильно разрядить батарею. Также в аккумуляторах современного образца предусмотрена качественная защита от перегрева.

Принцип работы батареи

Чтобы понимать, как правильно заряжать Li-Ion аккумулятор (новый или бывший в употреблении), необходимо рассмотреть принцип его работы. Это позволит оценить необходимость контролировать уровень разряда и заряда устройства.

Ионы лития в аккумуляторе представленного типа перемещаются от одного электрода к другому. В этом случае появляется электрический ток. Электроды могут быть изготовлены из разных материалов. Этот показатель в меньшей степени влияет на эксплуатационные характеристики прибора.

Ионы лития нарастают на кристаллической решетке электродов. Последние, в свою очередь, меняют свой объем и состав. Когда батарея заряжена или разряжена, на одном из электродов ионов становится больше. Чем выше нагрузка на металлические элементы конструкции, которую оказывает литий, тем короче будет срок эксплуатации прибора. Поэтому лучше не допускать высокого процента оседания ионов на одном или другом электроде.

Варианты зарядки

Перед эксплуатацией батареи нужно рассмотреть, как правильно заряжать Li-Ion аккумулятор смартфона, планшета и прочей техники. Для этого существует несколько способов.

Одним из самых правильных решений будет применение зарядного устройства. Его поставляет в комплекте с электронной техникой каждый производитель.

Вторым вариантом является зарядка батареи от стационарного компьютера, подключенного к бытовой сети. Для этого применяется USB-кабель. В этом случае процедура зарядки будет более длительной, чем при использовании первого способа.

Можно выполнить эту процедуру при помощи прикуривателя в автомобиле. Еще одним менее популярным способом является зарядка литий-ионного аккумулятора при помощи универсального устройства. Его еще называют «лягушкой». Чаще всего такие приборы применяют для подзарядки батарей смартфонов. Контакты этого прибора можно отрегулировать по ширине.

Зарядка новой батареи

Новый аккумулятор нужно правильно ввести в эксплуатацию. Для этого телефон, планшет или иное оборудование нужно полностью разрядить. Только когда устройство выключится, его можно будет подключить к сети. Контроллер не даст батарее слишком сильно разрядиться. Именно он отключает устройство, когда аккумулятор теряет емкость до заданного уровня.

Далее нужно подключить электротехнику к сети при помощи штатного зарядного устройства. Процедуру выполняют до того времени, пока индикатор не загорится зеленым светом. Можно оставить прибор в сети еще на несколько часов. Такую процедуру проводят несколько раз. При этом специально разряжать телефон, планшет или ноутбук не нужно.

Обычная зарядка

Зная, как правильно заряжать аккумуляторы Li-Ion, можно значительно продлить срок работы батареи. Специалисты рекомендуют провести правильную процедуру этого процесса для нового элемента питания. После этого не желательно разряжать аккумулятор полностью. Когда индикатор покажет, что емкость батареи имеет заряд всего на 14-15%, его нужно подключить к сети.

При этом также не рекомендуется применять иные устройства для наполнения емкости аккумулятора, кроме штатного. Оно имеет максимально приемлемые показатели тока, допустимые для конкретной модели батареи. Прочие варианты можно использовать только в случае крайней необходимости.

Калибровка

Существует еще один нюанс, который нужно узнать, изучая вопрос, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы. Эксперты рекомендуют периодически проводить калибровку этого устройства. Она проводится раз в три месяца.

Сначала в обычном режиме нужно разрядить электротехнику до ее выключения. Далее его подключают к сети. Зарядка продолжается до тех пор, пока индикатор не станет гореть зеленым светом (батарея заряжена на 100%). Эту процедуру нужно выполнять для правильной работы контроллера.

При проведении подобной процедуры печатная плата аккумулятора определяет предельные рамки зарядки и разрядки. Это необходимо для обеспечения нормальной работы контроллера, позволяет избежать сбоев. При этом применяется штатное зарядное устройство, которое поставляется производителем в комплекте с телефоном, планшетом или ноутбуком.

Хранение

Чтобы батарея проработала максимально долго и эффективно, нужно рассмотреть также вопрос, как правильно зарядить Li-Ion аккумулятор для хранения. В некоторых случаях может возникнуть ситуация, когда прибор для питания техники временно не эксплуатируется. В этом случае его нужно правильно подготовить для хранения.

Аккумулятор заряжают до 50%. В таком состоянии его можно хранить достаточно долго. Однако температура окружающей среды должна быть около 15 ºС. Если она повысится, скорость потери батареей своей емкости будет увеличиваться.

Если аккумулятор нужно хранить достаточно длительное время, его нужно раз в месяц полностью разряжать и заряжать. Батарея набирает 100% своей заданной емкости. Затем прибор снова разряжают и заряжают уже до 50%. При регулярном проведении такой процедуры можно хранить аккумулятор очень долго. После этого он будет полностью пригоден для эксплуатации.

Рассмотрев, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы, можно значительно продлить срок эксплуатации батареи этого типа.

Литий-ионные аккумуляторы не столь «привередливы», как их никель-металл-гидридные собратья, но все равно требуют определенного ухода. Придерживаясь пяти простых правил , можно не только продлить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторных батарей, но и повысить время работы мобильных устройств без подзарядки.

Не допускайте полного разряда. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов . Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете свой телефон. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить телефон на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100 .
Данный процесс специалисты описывают таким показателем как Глубина Разряда (Depth Of Discharge). Если ваш телефон разряжен до 20%, то Глубина Разряда составляет 80%. В нижеприведенной таблице показана зависимость количества циклов разряда литий-ионного аккумулятора от Глубины Разряда:

Разряжайте раз в 3 месяца. Полный заряд на протяжении длительного времени также же вреден для литий-ионных аккумуляторов, как и постоянная разрядка до нуля.
Из-за крайне нестабильного процесса заряда (мы часто заряжаем телефон как придется, и где получится, от USB, от розетки, от внешнего аккумулятора и тд.) специалисты рекомендуют раз в 3 месяца полностью разряжать аккумулятор и после этот заряжать до 100% и подержать на зарядке 8-12 часов. Это помогает сбросить так называемый верхний и нижний флаги заряда аккумулятора. Более подробно об этом можно прочитать .

Храните частично заряженными . Оптимальным состоянием для длительного хранения литий-ионного аккумулятора является уровень заряда от 30 до 50 процентов при температуре 15°C. Если же оставить батарею полностью заряженной, со временем ее емкость существенно снизится. А вот аккумулятор, который долгое время пылился на полке разряженным до нуля, скорее всего, уже не жилец – пора отправлять его на утилизацию.
В нижеприведенной таблице показано сколько остается емкости в литий-ионном аккумуляторе в зависимости от температуры хранения и уровня заряда при хранении в течение 1 года.

Используйте оригинальное зарядное устройство. Мало кто знает, что зарядное устройство в большинстве случаев встроено непосредственно внутрь мобильных устройств, а внешний сетевой адаптер лишь понижает напряжение и выпрямляет ток бытовой электросети, то есть напрямую на батарею не воздействует. Некоторые гаджеты, например цифровые фотокамеры, лишены встроенного зарядного устройства, и поэтому их литий-ионные аккумуляторы вставляют во внешний «зарядник». Вот тут-то использование внешнего зарядного устройства сомнительного качества вместо оригинального может негативно сказаться на работоспособности батареи.

Не допускайте перегрева. Ну а злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура – перегрева они напрочь не переносят. Поэтому не допускайте попадания на мобильные устройства прямых солнечных лучей, а также не оставляйте их в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –40°C до +50°C

Также, вы можете посмотреть

Ключевым элементом мобильности электронных устройств является аккумуляторная батарея (АКБ). Растущие требования к обеспечению наиболее длительной их автономности стимулируют постоянные исследования в этой области и ведут к появлению новых технологических решений.

Широко применяемым никель-кадмиевым (Ni-Cd) и никель-металлогидридным (Ni-MH) батареям появилась альтернатива – сначала литиевые аккумуляторы, а затем более совершенные литий-ионные (Li-ion) АКБ.

История появления

Первые подобные аккумуляторы появились еще в 70-е гг. прошлого века. Они сразу получили востребованность благодаря более совершенным характеристикам. Анод элементов был изготовлен из металлического лития, свойства которого позволили повысить удельную энергию. Так появились литиевые аккумуляторы.

У новых батарей был весомый недостаток – повышенная опасность взрыва и воспламенения. Причина крылась в образовании на поверхности электродов литиевой пленки, которая приводила к нарушению температурной стабильности. В момент максимальной нагрузки батарея могла взорваться.

Доработка технологии привела к отказу от чистого лития в компонентах АКБ в пользу использования его положительно заряженных ионов. Литий-ионный аккумулятор оказался удачным решением.

Данному типу ионных аккумуляторов свойственна более высокая безопасность, которая получена за счет небольшого снижения энергетической плотности, но постоянный технологический прогресс позволил свести проигрыш по этому показателю к минимуму.

Устройство

Внедрение литий-ионных аккумуляторов в производство бытовой электроники получило прорыв после разработки батареи с катодом из углеродного материала (графита) и анодом из оксида кобальта.

В процессе разряда батареи происходит выведение ионов лития из материала катода и их включение в оксид кобальта противоположного электрода, при зарядке процесс протекает в обратном направлении. Таким образом, электрический ток создают ионы лития, перемещаясь от одного электрода к другому.

Li-Ion аккумуляторы производятся в цилиндрическом и призматическом исполнении. В цилиндрической конструкции две ленты плоских электродов, разделенных пропитанным электролитом материалом, свернуты в рулон и помещены в герметичный металлический корпус. Катодный материал нанесен на алюминиевую фольгу, анодный – на медную фольгу.

Призматическую конструкцию аккумулятора получают при укладывании прямоугольных пластин друг на друга. Такая форма батареи дает возможность сделать компоновку электронного устройства более плотной. Также выпускаются призматические АКБ с рулонными электродами, скрученными в спираль.

Эксплуатация и срок службы

Долгая, полноценная и безопасная работа литий-ионных аккумуляторов возможна при соблюдении правил эксплуатации, пренебрежение ими не только сократит срок службы изделия, но может привести к негативным последствиям.

Эксплуатация

Ключевое требование к эксплуатации Li-Ion батарей касается температуры – нельзя допускать перегрева. Высокая температура способна причинить максимальный вред, причем причиной перегрева может быть как внешний источник, так и стрессовые режимы заряда и разряда батареи.

Например, нагрев до 45°C приводит к снижению способности удержания заряда АКБ в 2 раза. Такая температура легко достигается при долгом пребывании устройства на солнце или при работе энергетически затратных приложений.

Для наилучшего сохранения работоспособности АКБ в условиях летней жары стоит использовать энергосберегающий режим, который имеется на большинстве мобильных устройств.

Низкие температуры тоже отрицательно действуют на ионные аккумуляторы, при температуре ниже -4°C батарея уже не может отдавать полную мощность.

Но холод не так вреден для Li-Ion батарей, как высокая температура, и чаще всего не приводит к необратимому ущербу. Несмотря на то что после прогрева до комнатной температуры рабочие свойства АКБ полностью восстанавливаются, о снижении емкости на холоде не стоит забывать.

Еще одна рекомендация по эксплуатации Li-Ion аккумуляторов – не допускать их глубокой разрядки. Многие АКБ предыдущих поколений обладали эффектом памяти, который требовал разрядки до нуля с последующей полной зарядкой. Li-Ion батареи лишены такого эффекта, при этом единичные случаи полной разрядки не приводят к негативным последствиям, но постоянная глубокая разрядка вредна. Рекомендуется подключать зарядное устройство при уровне зарядки 30%.

Срок службы

Неправильная эксплуатация Li-Ion аккумуляторов способна сократить срок их службы в 10-12 раз. Этот срок напрямую зависит от количества зарядных циклов. Считается, что АКБ Li-Ion типа могут выдерживать от 500 до 1000 циклов с учетом полной разрядки. Более высокий процент остающегося заряда перед началом следующей зарядки существенно увеличивает срок службы АКБ.

Поскольку длительность сохранения работоспособности Li-Ion аккумуляторов в немалой степени определяется условиями эксплуатации, невозможно назвать точный срок службы этих батарей. В среднем, можно ожидать, что батарея такого типа прослужит 7-10 лет при соблюдении требуемых правил.

Процесс зарядки

При зарядке следует избегать избыточно долгого подключения АКБ к зарядному устройству. Нормальное функционирование литий-ионного аккумулятора проходит при напряжении, не превышающем 3,6 В. Зарядные устройства в процессе зарядки подают на вход АКБ 4,2 В. Если превысить время заряда, в аккумуляторе могут начаться нежелательные электрохимические реакции, которые повлекут за собой перегрев со всеми вытекающими последствиями.

Разработчики учли такую особенность – безопасность заряда современных Li-Ion батарей контролируется специальным встроенным устройством, останавливающим процесс зарядки при увеличении напряжения выше допустимого уровня.

Для литиевых АКБ правильным является двухступенчатый способ заряда. На первом этапе батарею нужно заряжать, обеспечивая постоянный зарядный ток, второй этап должен проходить с обеспечением постоянного напряжения и постепенным снижением зарядного тока. Такой алгоритм аппаратно реализован в большинстве бытовых зарядных устройств.

Хранение и утилизация

Литий-ионный аккумулятор может храниться достаточно долго, саморазряд составляет 10-20% в год. Но при этом происходит постепенное снижение характеристик изделия (деградация).

Процесс утилизации литий-ионных элементов должен проводиться на специализированных предприятиях, имеющих соответствующую лицензию. Около 80% материалов утилизированных АКБ может использоваться повторно в производстве новых батарей.

Безопасность

Литий-ионный аккумулятор даже миниатюрных размеров таит в себе риски взрывного самовозгорания. Такая особенность этого типа АКБ требует соблюдения мер безопасности на всех этапах, от разработки до производства и хранения.

Для повышения безопасности Li-Ion аккумуляторов при изготовлении в их корпус помещают небольшую электронную плату – систему контроля и управления, которая призвана исключить перегрузки и перегрев. Электронный механизм увеличивает сопротивление цепи при росте температуры выше заданного предела. Некоторые модели батарей имеют встроенный механический выключатель, разрывающий цепь при росте давления внутри АКБ.

Также в корпусах батарей часто устанавливают предохранительный клапан, сбрасывающий давление в экстренных случаях.

Плюсы и минусы литиевых аккумуляторов

Преимуществами этого типа батарей являются:

• высокая энергетическая плотность;
• отсутствие эффекта памяти;
• длительный срок эксплуатации;
• низкий показатель саморазряда;
• отсутствие необходимости обслуживания;
• обеспечение неизменных рабочих параметров в относительно широком диапазоне температур.

Обладает литиевый аккумулятор и недостатками, это:

• риск самовозгорания;
• более высокая, чем у предшественников, стоимость;
• необходимость наличия встроенного контроллера;
• нежелательность глубокого разряда.

Технологии производства Li-Ion аккумуляторов непрерывно совершенствуются, многие недостатки постепенно уходят в прошлое.

Область применения

Высокий показатель энергоплотности литий-ионных батарей определяет основную сферу их применения – мобильные электронные устройства: ноутбуки, планшеты, смартфоны, видеокамеры, фотоаппараты, навигационные системы, различные встроенные датчики и ряд других изделий.

Существование цилиндрического форм-фактора этих аккумуляторов позволяет использовать их в фонариках, стационарных телефонах и прочих устройствах, ранее потреблявших энергию от одноразовых батареек.

Литий-ионный принцип построения АКБ имеет несколько разновидностей, виды отличаются по типу применяемых материалов (литий-кобальтовый, литий-марганцевый, литий-никель-марганец-кобальт-оксидный и др.). Каждый из них находит свою сферу применения.

Помимо мобильной электроники, группа литий-ионных АКБ применяется в следующих областях:

• электроинструменты ручного типа;
• портативное медицинское оборудование;
• источники бесперебойного электропитания;
• охранные системы;
• модули аварийного освещения;
• станции на солнечных батареях;
• электромобили и электровелосипеды.

Учитывая постоянное совершенствование литий-ионной технологии и успехи в создании АКБ большой емкости при малых размерах, можно прогнозировать расширение областей применения таких аккумуляторов.

Маркировка

Параметры литий-ионных нанесены на корпус изделия, при этом применяемая кодировка может существенно отличаться для разных типоразмеров. Единый для всех производителей стандарт маркировки АКБ пока не разработан, но самостоятельно разобраться с самыми важными параметрами все же возможно.

Буквы в строке маркировки указывают на тип элемента и использованные материалы: первая буква I означает литий-ионную технологию, следующая буква (C, M, F или N) уточняет химический состав, третья буква R означает, что элемент является перезаряжаемым (Rechargeable).

Цифры в названии типоразмера означают размер аккумулятора в миллиметрах: две первые цифры – диаметр, а две другие – длина. Например, 18650 указывает, что диаметр составляет 18 мм, а длина – 65 мм, 0 обозначает цилиндрический форм-фактор.

Последние в ряду буквы и цифры – специфическая для каждого производителя маркировка емкости. Для указания даты изготовления также не существует единых стандартов.

Допустимые диапазоны температур при заряде и разряде литий-ионных аккумуляторов

Особенности тестирования

Тесты на количество циклов проводились при разрядке током 1С, для каждого аккумулятора проводились циклы разрядки/зарядки до достижения 80% емкости. Такое число было выбрано исходя из сроков тесто и для возможного сравнения результатов впоследствии. Число полных эквивалентных циклов – до 7500 в некоторых тестах.
Тесты на срок службы проводились при различных уровнях заряда и температуре, каждые 40-50 дней проводились измерения напряжения для контроля разряда, длительность тестов составляла 400-500 дней.

Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.

Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.

Немного терминов:
DoD – Depth of Discharge – глубина разряда.
SoC – State of Charge – уровень заряда.

Использование аккумуляторов

Количество циклов

На данный момент есть теория, что зависимость количества циклов, которые может выдержать аккумулятор от степени разряда аккумулятора в цикле имеет следующий вид (синим обозначены циклы разрядки, черным – эквивалентные полные циклы):

Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.

В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности .

Расчет суперпозиции циклов

При эксплуатации аккумуляторов возможна работа при одновременном наличии двух циклов (например, рекуперативное торможение в автомобиле):

Получается следующий комбинированный цикл:

Возникает вопрос, как это сказывается на эксплуатации аккумулятора, сильно ли уменьшается ресурс аккумулятора?

По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).

Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.

Эффект памяти

Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов по результатам экспериментов отмечен не был. При различных режимах его полная емкость все равно впоследствии не изменялась. В то же время есть ряд работ, которые подтверждают наличие данного эффекта в литий-фосфатных и литий-титановых аккумуляторах.

Хранение аккумуляторов

Температуры хранения

Тут никаких необычных открытий не было сделано. Температуры 20-25°C являются оптимальными (в обычной жизни) для хранения аккумулятора , если его не использовать. При хранении аккумулятора при температуре в 50°C деградация емкость идет практически в 6 раз быстрее.
Естественно более низкие температуры лучше для хранения, но в быту это означает специальное охлаждение. Так как температура воздуха в квартире, как правило, 20-25°C, то и хранение скорее всего будет при такой температуре.

Уровень заряда

Как показали испытания, чем меньше заряд тем медленнее идет саморазряд аккумулятора. Измерялась емкость аккумулятора, какой бы она была при его дальнейшем использовании после длительного хранения. Наилучший результат показали аккумуляторы, которые хранились с зарядом близким к нулю.
В целом хорошие результаты показали аккумуляторы, которые хранились не более чем с 60% уровнем заряда на момент начала хранения. Цифры отличаются от приведенных ниже для 100% заряда в худшую сторону (т.е. аккумулятор придет в негодность ранее, чем указано на рисунке):

Рисунок взят из статьи 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
В то же время цифры для малого заряда более оптимистичны (94% после года при температуре 40°C для хранения при SOC 40%).
Так как 10% заряд непрактичен, так как время работы при таком уровне весьма маленькое, хранить аккумуляторы оптимально при SOC 60% , что позволит применить его в любой момент и не скажется критично на сроке его службы.

Основные проблемы результатов экспериментов

Никто не проводил тесты, которые можно считать на 100% достоверными. Выборка, как правило, не превышает пары тысяч аккумуляторов из миллионов произведенных. Большинство исследователей не могут представить достоверные сравнительные анализы по причинам недостаточной выборки. Также результаты этих экспериментов зачастую являются конфиденциальной информацией. Так что данные рекомендации не обязательно подходят к вашему аккумулятору, но могут считаться оптимальными.

Итоги экспериментов

Оптимальная частота зарядки – при каждой возможности.
Оптимальные условия хранения – 20-25°C при 60% заряде аккумулятора.

Источники

1.Курс «Battery Storage Systems», RWTH Aachen, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer

Борисевич А.В. Моделирование литий-ионных аккумуляторов для систем управления батареями: обзор текущего состояния

Борисевич Алексей Валерьевич
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
доцент кафедры «Автоматы», кандидат технических наук

Borisevich Aleksey Valerievich
St. Petersburg State Polytechnical University
Ph.D, Associate Professor

Библиографическая ссылка на статью:
Борисевич А.В. Моделирование литий-ионных аккумуляторов для систем управления батареями: обзор текущего состояния // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2014/05/3542 (дата обращения: 04.10.2021).

Введение.

Литий-ионные аккумуляторы являются стандартом де-факто в области источников питания для электромобилей, систем бесперебойного питания, мобильных устройств и гаджетов [1]. Другой пример использования литий-ионных аккумуляторов – накопители для возобновляемых источников энергии (главным образом, солнечные батареи и ветрогенераторы). Так в 2011 году в Китае был установлен накопитель на литий-ионных аккумуляторах общей емкостью 36 МВтч, способный отдавать в сеть 6 МВт электрической мощности в течение 6 часов [2]. Примером противоположного масштаба являются литий-ионные батарей для имплантируемых кардиостимуляторов, ток нагрузки которых составляет порядка 10 мкА [1]. Сам диапазон емкости единичного коммерчески выпускаемого литий-ионного элемента давно перешагнул отметку 500 Ач [3].

Использование литий-ионных аккумуляторов предполагает соблюдение параметров разряда и заряда батареи, в противном случае может произойти необратимая деградация емкости, выход из строя и даже возгорание батареи из-за саморазогрева. Поэтому литий-ионные аккумуляторы всегда применяются вместе с системой контроля и управления – СКУ или BMS (battery management system) [4]. Система управления батареей выполняет защитные функции, контролируя температуру, ток заряда-разряда и напряжение, таким образом предотвращая слишком глубокий разряд, перезаряд и перегрев. Также BMS осуществляет контроль состояния батареи с помощью оценки степени заряда (State of Charge, SOC) и состояния годности (State of Health, SOH). Интеллектуальный BMS является необходимым в практически любом применении литий-ионных батарей, предоставляя информацию сколько устройство будет работать до необходимости подзарядки (значение SOC) и когда следует заменить батарею из-за потери емкости (значение SOH).

В настоящей работе мы сосредоточимся на моделях для оценки состояния SOC и SOH, пригодных для реализации в реальном времени в системах управления батареями. К сожалению, в русскоязычной научной литературе практически отсутствуют какие-либо публикации, рассматривающие подобные вопросы именно для литий-ионных аккумуляторов. Поэтому в этой статье мы попробуем восполнить данный пробел.

1. Предварительные сведения.

1.1. Литий-ионная батарея – элементарное описание.

Схематически процессы разряда и заряда литий-ионного аккумулятора можно представить на рисунке 1 [5].

Рисунок 1. Элементарное представление процессов в литий-ионном аккумуляторе.

Батарея состоит из углеродного анода и катода из оксида металла, содержащего также литий (например, LiMn2O4). Положительные ионы лития Li+ мигрируют между анодом и катодом через органический электролит. Важным моментом является то, что литий никогда не возникает в свободном металлическом состоянии – происходит только обмен его ионами между катодом и анодом. Поэтому такие аккумуляторы получили название «литий-ионные»

При заряде литий-ионного аккумулятора происходит деинтеркаляция (изъятие) лития из литийсодержащего катода и интеркаляция (внедрение) ионов лития в углеродный материал анода. При разряде аккумулятора процессы идут в обратном направлении: отрицательный заряд переносится потоком электронов с катода на анод, а ионы лития двигаются в обратном направлении – с анода на катод.

Более подробное описание процессов мы рассмотрим при моделировании аккумулятора на электрохимическом уровне.

1.2. Системный уровень описания батареи.

Со схемной точки зрения, батарея представляется двухполюсником. В данной работе будет использоваться ее описание в виде черного ящика, как системы с одним входом (ток в цепи ) и напряжение на клеммах батареи .

Напряжение холостого хода (open circuit voltage, OCV) – напряжение на клеммах батареи при отсутствии отбора тока .

Важнейшим параметром является емкость батареи , определяемая как максимальное количество электрической энергии (в Ач), которое батарея отдает в нагрузку с момента полного заряда до состояния разряда, не приводящего к преждевременной деградации батареи.

Как было сказано ранее, основные функции интеллектуального BMS – это оценка SOC и SOH.

Состояние заряда батареи (state of charge, SOC) – показатель, характеризующий степень заряженности батареи: 100% – полный заряд, 0% – полный разряд. Эквивалентный показатель глубина разряда (deepth of discharge, DoD) – . Обычно SOC измеряется в процентах, но в настоящей работе мы будем считать, что . Формально, SOC выражается как , где – текущий заряд в батареи.

Состояние годности батареи (state of health, SOH) – качественный показатель, характеризующий текущую степень деградации емкости батареи. Результатом оценки SOH является не численное значение, а ответ на вопрос: «необходимо ли заменить батарею в данный момент?». В настоящее время нет стандарта, регламентирующего на основе каких параметров батареи должен вычисляться SOH. Разные производители BMS используют для этого различные показатели, например, сравнение исходной и действительной емкости батареи или внутреннего сопротивления.

2. Модели для определения состояния заряда.

Определение состояния заряда SOC является задачей наблюдения за скрытым состояниям системы по имеющейся модели процесса и измеряемому выходному отклику от входного воздействия . Модели, предназначенные для использования в составе систем управления батареями для определения SOC, могут быть классифицированы на две большие группы [7]:

– эмпирические модели, реплицирующие поведение батареи с позиции «черного ящика»;

– физические модели, моделирующие внутренние электрохимические процессы в батарее.

2.1 Эмпирические модели.

Класс эмпирических моделей включает в себя ряд различных подходов, общими чертами являются существенное упрощенное моделирование физических процессов в батарее. Эмпирические модели являются стандартом при реализации BMS, поскольку обладают с одной стороны достаточной простотой для реализации, а с другой – приемлемой точностью для оценки SOC [7], [8]. Количественное сравнение 28 разных эмпирических моделей содержится в работе [23].

Основной вид эмпирических моделей – схемы замещения.

Исходной предпосылкой к эмпирическому моделированию является наблюдение, что динамика аккумуляторной батареи может быть разделена на две части [9],[10]:

– медленная динамика, связанная с зарядом и разрядом батареи,

– быстрая динамика, связанная с внутренним импедансом батареи: активным сопротивлением электролита и электродов, а также с электрохимическими емкостями.

Типичный масштаб времени: единицы-десятки часов для медленной динамики (от полного заряда до разряда), десятки минут для быстрой динамики (рассасывание носителей зарядов в паразитных емкостях и переход батареи в установившееся состояние).

Процессы старения и деградации емкости моделируются как нестационарность параметров системы.

2.1.1 Напряжение холостого хода.

Фактически, медленная динамика сводится к моделированию влияния SOC на электрические характеристики аккумулятора. Замечено, что напряжение холостого хода (OCV) является достаточно однозначной функцией от состояния заряда (SOC или DoD):

(1)

и слабо подвержено температурной вариации (кроме областей, где батарея почти полностью заряжена или разряжена), а также слабо меняется при старении батареи (если считать когда батарея заряжена до своей текущей с учетом деградации емкости) [4].

Типичные кривые зависимости для литий-ионных аккумуляторов с разной химией показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Типичные зависимости напряжения холостого хода от состояния заряда.

Аппроксимация зависимости может быть выполнена различными способами, в том числе кусочно-линейно или полиномиально. Одним из классических вариантов аппроксимации (1) является уравнение Шеферда (Shepherd model) [11], модификация которого для литий-ионного аккумулятора имеет вид [12]:

где коэффициенты вычисляются на основе характерных точек кривой разряда батареи, которая обычно приводится в технической документации, а – полный заряд, прошедший из или в батарею за время : .

В работе [9], например, используется следующее выражение для аппроксимации :

Различные варианты параметризации систематически рассмотрены в работе [14].

Для получения полной модели батареи уравнение (2) может быть дополнено также слагаемыми, зависящими от тока батареи, например как это реализовано в системе Simulink в блоке Battery из SimPowerSystem ([12], [13]).

2.1.2 Внутренний импеданс батареи.

Вторая часть эмпирической модели – описание внутреннего импеданса, отвечающего за вольт-амперные характеристики и быструю динамику.

Самым простым вариантом моделирование является включенное последовательно с регулируемым источником ЭДС активное сопротивление (рисунок 3). Такая схема замещения моделирует внутреннее сопротивление батареи, создаваемое материалами электродов и электролита, на котором наблюдается омическое падение напряжения и выделение тепла.

Рисунок 3. Элементарная схема замещения батареи.

Для моделирования переходных процессов в батарее такая простейшая схема замещения должна быть дополнена реактивными элементами. Таким образом, последовательно с оказывается включено комплексное сопротивление с импедансом .

Обычно выделяют следующие электрохимические явления, существенно влияющие на динамику электрических переходных процессов ([8], [15]):

– классический двойной электрический слой в контакте электрод-электролит (Double-Layer)

– образование пассивной плёнки (solid-electrolyte interface, SEI) на электродах.

В результате этих факторов, внутри литий-ионного аккумулятора возникают электрохимические распределенные конденсаторы. Исследование импеданса батареи осуществляется с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) [16]-[17].

Предложено достаточно большое количество эквивалентных схем [18]-[19], начиная от простых, содержащих несколько реактивных элементов, заканчивая детальным моделированием электрохимических явлений с помощью большого числа RC-цепочек [20], и даже нелинейных элементов [21].

Практически хорошо зарекомендовавший вариант (рисунок 4) эквивалентной схемы основан на последовательном соединении активного внутреннего сопротивления и двух RC-цепочек, моделирующих процессы поляризации с образованием объемных емкостей:

– электрохимическая емкость двойного слоя , влияние которой наблюдается на более высоких частотах,

– емкость , связанная с интеркаляцией и массообменом лития, доминирующая на низких частотах.

Рисунок 4. Схема замещения для динамической модели батареи второго порядка.

Таким образом, представленная на рисунке 4 динамическая модель второго порядка в пространстве состояний записывается в виде:

(3)

где , а параметры подбираются на основе экспериментальных данных, снятых с конкретного типа батареи.

В действительности, импеданс батареи является функцией от температуры и SOC, а в долгосрочном масштабе времени – также меняется при старении батареи.

Внутреннее активное сопротивление уменьшается при повышении температуры, но в пределах диапазона 25-40°C, оно остается достаточно стабильным [22]. Эксперименты, проведенные в [9] с полимерными литий-ионными аккумуляторами, показали, что параметры схемы замещения остаются постоянным при SOC больше 20%. При меньших значениях SOC происходит экспоненциальное увеличение сопротивлений и экспоненциальное уменьшение емкостей .

2.1.3 Моделирование состояния заряда.

Поскольку величина SOC изменяется в процессе заряда и разряда батареи, то естественно рассматривать SOC как еще одно состояние системы, добавив в схему замещения фрагмент для его моделирования.

Полная схема замещения представлена на рисунке 5. В схему добавлена изолированная цепь с управляемым источником током, обеспечивающим ток через и , равный току в цепи батареи . Таким образом осуществляется разряд и заряд емкости , моделирующей емкость батареи. Напряжение на емкости численно равно SOC, . Значение емкости определяется следующим образом [9]:

где – полная емкость аккумулятора в Ач, – корректирующий множитель для учета зависимости емкости батареи от температуры , – корректирующий множитель для моделирования процесса старения ( – число циклов заряда-разряда).

Рисунок 5. Полная схема замещения для динамической модели второго порядка.

Сопротивление моделирует саморазряд батареи.

С учетом введенного фрагмента схемы, модель батареи в пространстве состояний дополняется еще одним уравнением для переменной :

(4)

Собственно задача определения SOC сводится к синтезу наблюдателя для модели (3)-(4).

2.2 Физические модели.

Некоторые исследователи предлагают использовать физические модели для предсказания SOC и SOH. Данный класс моделей основан на использовании уравнений, описывающих электрохимические процессы в батарее.
Главное преимущество такого подхода достаточно очевидно – достигается высокая точность моделирования за счет перехода с эмпирического на физический уровень описания модели. Недостатками являются высокая вычислительная сложность модели и большое количество параметров, подлежащих идентификации из экспериментальных данных. Несмотря на это, физические модели представляют достаточный интерес для будущих поколений систем управления батареями.

В литературе представлены два класса физических моделей:

– одночастичная модель (single particle model) [24]-[27],

– одномерная пространственная модель (1D-spatial model) [28].

Одночастичная модель основана на допущении, что каждый из электродов литий-ионного элемента может рассматриваться как одна сферическая частица достаточно большого радиуса (чтобы ее площадь поверхности соответствовала площади пористого катода или анода батареи). Изменение концентрации и потенциала в электролите игнорируется, как и температурные эффекты.

Одномерная пространственная модель является дальнейшим развитием одночастичной модели, в которой каждый из электродов моделируется в виде множества пересекающихся сфер с центрами на одной линии. Такой подход позволяет более точно описать процесс интеркаляции (диффузии) ионов лития в пористые электроды батареи.

Заметим, что даже такие приближенные физические модели литий-ионных батарей основаны на уравнениях в частных производных и синтез наблюдателей для подобного рода объектов представляет собой отдельную нетривиальную задачу.

2.2.1 Одночастичная модель.

Одночастичная модель основана на моделировании следующих явлений в батарее: диффузия ионов лития в электроды и электрохимическая кинетика потока ионов. Процессы в электролите (жидкой фазе) представляются в виде постоянной проводимости и фактически не моделируются. Схематическая структура батареи в одночастичной модели показана на рисунке 6. Далее мы кратко воспроизведем основные составляющие модели. Все уравнения предполагаются одинаково удовлетворяющие как условиям реакции на аноде, так и в равной степени на катоде (с соответствующими параметрами).

Рисунок 6. Схематическое представление аккумулятора в одночастичной модели.

Интеркаляция лития в электроды моделируется как диффузия, описываемая законом Фика:

где – концентрация ионов лития в электродах (твердой фазе), – коэффициент диффузии.

Это уравнение может быть переписано в сферических координатах

с граничными условиями

где все уравнения далее записываются отдельно для параметров анода и катода: , , – молярные потоки диффузии через поверхность электродов, – радиус электродов.

Молярные потоки диффузии могут быть выражены как плотность тока через поверхность электродов:

, (5)

где – постоянная Фарадея, – эффективная площадь поверхности каждого электрода.

Для оценки состояния заряда аккумулятора, удобно перейти от локальных концентраций к усредненным по всему объему электродов – :

Непосредственные вычисления показывают [26], что производная по времени находится как

(6)

где – коэффициент пропорциональности, – ток батареи.

Электрохимическая кинетика моделируется с помощью уравнения Батлера-Фольмера (Butler-Volmer equation) для молярного потока ионов лития:

(7)

в котором перенапряжения могут быть выражены следующим образом

(8)

где – потенциалы положительного и отрицательного электродов, – функция от концентрации ионов лития на поверхности электродов, – сопротивление электролита (жидкой фазы) и пассивной пленки на электроде, – универсальная газовая постоянная, – температура батареи.

Уравнение (7) может быть решено относительно перенапряжения с учетом, что потоки выражаются через ток батареи с помощью (5):

(9)

где – константы, выражающие плотность обменного тока.

Заметим, что напряжение на контактах батареи равно разности потенциалов , при этом потенциалы могут быть выражены через (8) с помощью подстановки (9). Отсюда, получаем искомое

(10)

Уравнения (6) и (10) составляют электрохимическую одночастичную модель литий-ионного аккумулятора.

2.2.2 Связь между одночастичной моделью и схемой замещения.

Концентрации для положительного электрода и отрицательного связаны друг с другом из уравнения (6): при увеличении , концентрация пропорционально уменьшается, и наоборот. Очевидно, что состояние заряда пропорционально концентрации . Тогда можно ввести в рассмотрение величину как состояние системы, при этом концентрации и будут линейно зависеть от : , .

Отсюда можно записать следующее уравнение для в одночастичной модели

(11)

где – некоторая положительная константа.

Слагаемое в (10), исходя из введенного состояния , от которого линейно зависят от концентрации и , может быть представлено в виде некоторой функции . В работе [29] предложена следующая аппроксимация для :

где – постоянные коэффициенты, идентифицируемые по экспериментальным данным.

Оставшаяся часть (10) представляет собой функцию от тока , для которой в [29] предложена такая параметризация:

где – постоянные коэффициенты, идентифицируемые по экспериментальным данным.

Модель в пространстве состояния окончательно получается в виде:

(12)

Сопоставляя (4) и (11), достаточно очевидно, что уравнение состояния заряда в одночастичной модели (11) полностью аналогично представлению схемой замещения (4), при этом саморазряд батареи не моделируется. Из уравнения в (12) следует, что функции соответствует функция для напряжения холостого хода в схеме замещения. Но при этом в одночастичной модели существует дополнительный нелинейный элемент с падением напряжения , включенный последовательно с внутренним активным сопротивлением . В отличие от эмпирического представления схемой замещения, электрохимическая емкость двойного электрического слоя не моделируется в одночастичной модели.

Сама электрохимическая одночастичная модель может быть представлена в виде схемы замещения, показанной на рисунке 7.

Рисунок 7. Эквивалентная схема замещения для одночастичной модели.

Заключение.

В настоящей работе дан обзор двух вариантов моделей литий-ионных аккумуляторов для систем управления батареями. Показано, что эмпирическая модель на основе схемы замещения является самой распространенной в литературе, простой для реализации и гибкой с точки зрения масштабирования для моделирования специальных явлений в аккумуляторе. Параметры модели являются нестационарными, подверженными как процессу старению батареи, так и вариации от состояния заряда и температуры. На основе анализа последних публикаций сделан вывод, что перспективным направлением совершенствования моделей для нового поколения систем управления батарей является физические модели, количественно описывающие электрохимические явления в аккумуляторе. Показано, что одночастичная электрохимическая модель может быть представлена в виде схемы замещения, имеющей сходство с эмпирической моделью.

Библиографический список

1. Ramadesigan V. et al. Modeling and simulation of lithium-ion batteries from a systems engineering perspective //Journal of The Electrochemical Society. – 2012. – Т. 159. – №. 3. – С. R31-R45
2. Гаранжа A. В Китае изготовлена самая большая в мире аккумуляторная батарея [Электронный ресурс] / A. Гаранжа – Режим доступа: http://www.liotech.ru/sectornews_207_503 – Загл. с экрана.
3. Axcom Battery Technology GmbH, CNFJ-500 2V/500Ah product specification [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.axcom-battery-technology.de/uploads/media/Lead_Crystal_Battery_CY2-500.pdf – Загл. с экрана
4. Pistoia G. (ed.). Lithium-Ion Batteries: Advances and Applications. – Newnes, 2013. – 634 p.
5. Lithium Ion Rechargeable Batteries: Technical Handbook, Sony Corporation [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.sony.com.cn/products/ed/battery/download.pdf – Загл. с экрана.
6. Выравнивание параметров секций аккумулятора обеспечивает дополнительное время работы и увеличивает срок службы аккумуляторных батарей [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.scanti.ru/bulleten.php?v=211&p=44 – Загл. с экрана
7. Rahimian S. K., Rayman S., White R. E. Comparison of single particle and equivalent circuit analog models for a lithium-ion cell //Journal of Power Sources. – 2011. – Т. 196. – №. 20. – С. 8450-8462.
8. Rahimi-Eichi H., Ojha U., Baronti F., Chow M. Battery Management System: An Overview of Its Application in the Smart Grid and Electric Vehicles // Industrial Electronics Magazine, IEEE — June 2013. — vol.7, no.2, — pp.4-16
9. Chen M., Rincon-Mora G. A. Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and IV performance //Energy conversion, ieee transactions on. — 2006. — Т. 21. — №. 2. — С. 504-511.
10. V. Pop, H.J. Bergveld, D. Danilov, P.P.L. Regtien, P.H.L. Notten, Battery Management Systems: Accurate State-of-Charge Indication for Battery-Powered Applications. ISBN: 978-1-4020-6944-4, In: Philips Research Book Series, vol. 9, Springer, 2008. pp. 24?37.
11. Melentjev S., Lebedev D. Overview of Simplified Mathematical Models of Batteries. // 13th International Symposium “Topical problems of education in the field of electrical and power engineering”. — Doctoral school of energy and geotechnology : Parnu, Estonia, January 14-19, 2013. — pp. 231-235
12. Tremblay O., Dessaint L. A. Experimental validation of a battery dynamic model for EV applications // World Electric Vehicle Journal. — 2009. — Т. 3. — №. 1. — С. 1-10.
13. Боченин В.А., Зайченко Т.Н. Исследование и разработка модели Li-Ion аккумулятора // Научная сессия ТУСУР–2012: Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 16–18 мая 2012 г. – Томск: В-Спектр, 2012 – Том 2. – с 174-177.
14. Weng C., Sun J., Peng H. An Open-Circuit-Voltage Model of Lithium-Ion Batteries for Effective Incremental Capacity Analysis //ASME 2013 Dynamic Systems and Control Conference. – American Society of Mechanical Engineers, 2013. DSCC2013-3979 – С. 1-8.
15. Tang X. et al. Li-ion battery parameter estimation for state of charge //American Control Conference (ACC), 2011. – IEEE, 2011. – С. 941-946.
16. Zhao J. et al. Kinetic investigation of LiCOO2 by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) //International Journal of Electrochemical Science. – 2010. – Т. 5. – №. 4. – С. 478-488.
17. Jiang Y. et al. Modeling charge polarization voltage for large lithium-ion batteries in electric vehicles //Journal of Industrial Engineering & Management. – 2013. – Т. 6. – №. 2. – С. 686-697.
18. Rahmoun A., Biechl H. Modelling of Li-ion batteries using equivalent circuit diagrams //PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY. – 2012. – Т. 88. – №. 7 B. – С. 152-156.
19. He H., Xiong R., Fan J. Evaluation of lithium-ion battery equivalent circuit models for state of charge estimation by an experimental approach //energies. – 2011. – Т. 4. – №. 4. – С. 582-598.
20. Wang C., Appleby A. J., Little F. E. Electrochemical impedance study of initial lithium ion intercalation into graphite powders //Electrochimica acta. – 2001. – Т. 46. – №. 12. – С. 1793-1813.
21. Lee J., Nam O., Cho B. H. Li-ion battery SOC estimation method based on the reduced order extended Kalman filtering //Journal of Power Sources. – 2007. – Т. 174. – №. 1. – С. 9-15.
22. Johnson V. H., Pesaran A. A., Sack T. Temperature-dependent battery models for high-power lithium-ion batteries. – City of Golden : National Renewable Energy Laboratory, 2001.
23. Hu X., Li S., Peng H. A comparative study of equivalent circuit models for Li-ion batteries //Journal of Power Sources. – 2012. – Т. 198. – С. 359-367.
24. Santhanagopalan S., White R. E. Online estimation of the state of charge of a lithium ion cell //Journal of Power Sources. – 2006. – Т. 161. – №. 2. – С. 1346-1355.
25. Rahimian S. K., Rayman S., White R. E. Comparison of single particle and equivalent circuit analog models for a lithium-ion cell //Journal of Power Sources. – 2011. – Т. 196. – №. 20. – С. 8450-8462.
26. Bartlett A. et al. Model-based state of charge estimation and observability analysis of a composite electrode lithium-ion battery //Decision and Control (CDC), 2013 IEEE 52nd Annual Conference on. – IEEE, 2013. – С. 7791-7796.
27. Moura S. J., Chaturvedi N. A., Krstic M. Adaptive Partial Differential Equation Observer for Battery State-of-Charge/State-of-Health Estimation Via an Electrochemical Model //Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. – 2014. – Т. 136. – №. 1. – С. 011015.
28. Klein R. et al. State estimation of a reduced electrochemical model of a lithium-ion battery //American Control Conference (ACC), 2010. – IEEE, 2010. – С. 6618-6623.
29. Fang H. et al. Adaptive estimation of state of charge for lithium-ion batteries //American Control Conference (ACC), 2013. – IEEE, 2013. – С. 3485-3491.

---

Все статьи автора «Борисевич Алексей Валерьевич»

BU-415: Как заряжать и когда заряжать?

(литий-ионный)
(Li-ion)

Часто задаваемый вопрос	Свинцово-кислотный (Герметичный, залитый)	На основе никеля (NiCd и NiMH)	Литий-ионный
Как мне подготовить новую батарею?	Аккумулятор полностью заряжен. Примените доплату *.	Стоимость 14–16ч. Для форматирования может потребоваться грунтовка.	Добавьте дополнительную зарядку перед использованием.Не требует заливки
Могу ли я повредить аккумулятор из-за неправильного использования?	Всегда храните аккумулятор полностью заряженным.	Аккумулятор прочный. Новый пакет будет улучшаться по мере использования.	Держите частично заряженным. Низкий заряд может отключить схему защиты
Нужно ли мне применять полную зарядку?	Полностью заряжайте каждые несколько недель или месяцев. Постоянный низкий заряд вызывает сульфатирование.	Частичная зарядка – это нормально	Частичная зарядка лучше полной
Могу ли я прервать цикл зарядки?	Частичный заряд не причиняет вреда при применении периодических полностью заряженных зарядов.	Повторяющиеся заряды могут вызвать накопление тепла	Частичная зарядка не причиняет вреда
Следует ли использовать всей энергии аккумулятора перед зарядкой?	Нет, глубокая разрядка приводит к износу аккумулятора. Заряжайте чаще	Применяйте плановые разряды только для предотвращения памяти	Глубокая разрядка приводит к разрядке аккумулятора
Должен ли я беспокоиться о «памяти»?	Нет, памяти нет	Разрядка NiCd каждые 1–3 месяца	Нет памяти
Как откалибровать «умную» батарею?	Не применимо	Выполняйте разрядку / зарядку, когда указатель уровня топлива становится неточным.Повторять каждые 1–3 месяца
Могу ли я заряжать при включенном устройстве?	По возможности избегайте нагрузки	Паразитная нагрузка может повлиять на обнаружение полной зарядки и перезарядку аккумулятора или вызвать мини-циклы
Вынимать аккумулятор после полной зарядки?	Зарядное устройство переключает на плавающий заряд	Удалите через несколько дней в зарядном устройстве	Не требуется; зарядное устройство выключается
Как хранить аккумулятор?	Оставить ячейки выше 2.10В; доплата * каждые 6 месяцев.	Хранить в прохладном месте; можно хранить полностью разряженным	Хранить в прохладном месте частично заряженным
Нагревается ли аккумулятор во время зарядки?	К концу зарядки становится чуть теплее	Тепло, но при готовности должно остывать	Должно оставаться прохладным или слегка теплым
Как заряжать в холодном состоянии?	Медленная зарядка (0,1): 0–45 ° C (32–113 ° F) Быстрая зарядка (0.5–1C): 5–45 ° C (41–113 ° F)		Не заряжайте при температуре ниже нуля
Можно ли заряжать при высоких температурах?	Нижний порог на 3 мВ / ° C выше 25 ° C	Аккумулятор не заряжается полностью в горячем состоянии	Не заряжайте при температуре выше 50 ° C (122 ° F)
Что мне нужно знать о зарядных устройствах?	Зарядное устройство должно поддерживать напряжение 2,25–2,30 В / элемент при готовности	Батарея не должна перегреваться и должна включать датчик температуры	Батарея должна оставаться прохладной и не подзаряжаться при готовности

Литий-ионный против свинцово-кислотного Срок службы батареи

В течение многих лет свинцово-кислотные батареи были основным источником энергии для электроники, транспортных средств и оборудования.Однако благодаря нескольким функциям, которые способствуют повышению эффективности и безопасности, литий-ионные батареи становятся популярным выбором в нескольких отраслях промышленности.

Одной из наиболее важных характеристик для компании, которая использует батареи в своем парке вилочных погрузчиков, является срок службы батареи. Срок службы батареи во время использования играет решающую роль в работе компании. Когда дело доходит до чистой прибыли бизнеса, важна эффективность.

При оценке того, какой срок службы литий-ионных или свинцово-кислотных аккумуляторов лучше подходит для автопарка, вот некоторые из основных различий между ними.

Время использования

Между литий-ионными и свинцово-кислотными батареями существует резкая разница в сроке службы батареи при повседневной работе.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные аккумуляторы

отличаются очень быстрым временем автономной работы. Это позволяет многосменным бригадам использовать питание от литий-ионных аккумуляторов в течение более длительных периодов времени в течение дня и заряжать аккумулятор, когда это удобно.

Это потому, что литиевые аккумуляторные батареи не обладают эффектом памяти, что делает возможной частичную зарядку. Фактически, частичная зарядка более безопасна и может продлить общий срок службы литий-ионной батареи.

Типичный цикл зарядки или использования литий-ионного аккумулятора составляет 8 часов использования, 1 час для зарядки и еще 8 часов использования. Период охлаждения не требуется. Это позволяет использовать аккумулятор непрерывно в течение 24-часовой смены, а простои происходят только в течение коротких периодов возможной зарядки.Это может происходить во время обеденных перерывов рабочих или между сменами.

Из-за того, что литий-ионный аккумулятор рассчитан на срок службы, важно всегда держать этот тип аккумулятора хотя бы частично заряженным. Если батарея разряжена до нуля или очень низкий заряд, цепи, установленные для защиты, могут отключиться. Цепи установлены для защиты аккумулятора. Когда батарея разряжена до чрезвычайно низкого уровня, могут образовываться дендриты, которые могут вызвать короткое замыкание батареи.

Свинцово-кислотные батареи

С другой стороны, свинцово-кислотные батареи

при зарядке выделяют значительное количество тепла. Из-за этого после этого им требуется период «остывания».

Типичный цикл зарядки и использования свинцово-кислотного аккумулятора составляет 8 часов использования, 8 часов зарядки и 8 часов отдыха или охлаждения. Это означает, что свинцово-кислотный аккумулятор можно использовать только в течение одной смены в день. Если компания нанимает рабочих для работы в две или три смены, свинцово-кислотные батареи необходимо заменить.Это означает, что на одно транспортное средство или единицу оборудования требуется от двух до трех аккумуляторов (по одной на смену).

Свинцово-кислотные батареи

также требуют помещения для хранения с соответствующей вентиляцией, чтобы опасные газы не просачивались в другие рабочие зоны во время зарядки и охлаждения. Транспортировка аккумуляторов в эти места требует дополнительного времени от рабочей смены.

Срок службы

Большие аккумуляторные блоки, используемые в таких отраслях, как складские операции и наземное вспомогательное оборудование аэропортов, являются инвестициями, независимо от их типа.Таким образом, операционная деятельность выигрывает от аккумуляторов, которые можно использовать в парке настолько долго, насколько это целесообразно.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи

имеют длительный срок службы при правильном использовании. Это явное преимущество для операций, которые зависят от эффективности и высокого уровня производства.

Включает в себя более продолжительный срок службы литий-ионных аккумуляторов:

• Более высокий уровень плотности мощности
• Более медленная потеря мощности

Фактически, общий срок службы этих аккумуляторных батарей в домкратах для поддонов в 2–3 раза больше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.Испытания на время автономной работы показали, что литий-железо-фосфатные батареи, используемые в Flux LiFT Pack для электрического портативного подъемника для поддонов, работают на 45% дольше, чем свинцово-кислотные батареи с аналогичным номиналом (ампер-час).

Минимальный срок службы литий-ионных аккумуляторов, который большинство производителей ожидает, составляет около 5 лет или не менее 2000 циклов зарядки. Но при правильном уходе и использовании в надлежащих условиях литий-ионные батареи могут работать до 3000 циклов.

свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

также имеют такой же срок службы с точки зрения циклов.Многие производители указывают на аналогичную цифру как минимум 1000 циклов зарядки, если они используются в надлежащих условиях. Однако сильная жара и другие факторы окружающей среды могут значительно сократить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов.

Кроме того, повышенные требования к техническому обслуживанию свинцово-кислотных аккумуляторов могут также привести к сокращению срока их службы. Персонал нередко имеет плохие процедуры отслеживания технического обслуживания или не заботится о свинцово-кислотных аккумуляторах в соответствии с рекомендациями производителя свинцово-кислотных аккумуляторов.

Влияния

Как в литий-ионных, так и в свинцово-кислотных аккумуляторах существует несколько факторов, которые могут повлиять на срок службы аккумулятора.

Литий-ионные батареи

Вот некоторые из факторов, влияющих на время автономной работы:

• Экстремальные температуры: Литий-ионные батареи чрезвычайно устойчивы к высоким и низким температурам. Литий-фосфат железа, химический состав, используемый Flux Power, особенно устойчив.Мы даже предлагаем нагреватели для батарей, которые будут использоваться при низких температурах, чтобы продлить срок службы батареи.
• Неправильное хранение: Хранение аккумулятора может повлиять на срок его службы. Литий-ионные аккумуляторы следует хранить частично заряженными в прохладном месте. При хранении они должны иметь уровень заряда от 40% до 50%. При хранении в течение длительного периода времени важно контролировать аккумулятор каждые пару месяцев и заряжать его до 50%, если он становится слишком низким.
• Глубокий цикл: На срок службы литий-ионного аккумулятора может повлиять глубокий цикл. В отличие от других батарей глубокого разряда, частичная зарядка продлевает срок службы литиевой батареи.

Подробнее о факторах, влияющих на срок службы литий-ионной батареи, читайте в нашей статье Как увеличить срок службы литий-ионной батареи .

свинцово-кислотные батареи

Факторы окружающей среды и способ использования свинцово-кислотных аккумуляторов также играют важную роль в сроке службы аккумуляторов.Эти факторы включают:

• Экстремальные температуры: Как и литий-ионные аккумуляторы, срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов может быть сокращен при воздействии экстремальных температур, особенно тепла. После зарядки свинцово-кислотным аккумуляторам требуется период охлаждения, поскольку в процессе зарядки выделяется большое количество тепла.
• Уровни воды: Переполнение уровня воды в свинцово-кислотной батарее может вызвать потерю электролита, сокращая срок службы батареи. Это также может способствовать коррозии аккумулятора, что может привести к неравномерной зарядке аккумулятора, что сокращает срок его службы.
• Глубокая разрядка: Срок службы свинцово-кислотной батареи сокращается, когда происходит глубокая разрядка, и аккумулятор остается «мертвым» на продолжительное время.

Итог

Приобретение аккумуляторов для автопарка – это значительные вложения. Срок службы каждой батареи напрямую влияет на эффективность работы компании и ее сотрудников.

Одним из самых больших преимуществ литий-ионной батареи является ее длительный срок службы и увеличенное время автономной работы при повседневной работе.Благодаря короткому времени простоя для зарядки литий-ионные аккумуляторы особенно полезны в многосменных местах, например, на складах.

Одна батарея может обеспечивать питание в три смены. С другой стороны, свинцово-кислотный аккумулятор может обеспечивать питание только в течение одной восьмичасовой смены, прежде чем потребуется период зарядки и охлаждения. Для этого требуется одна батарея на смену для каждого транспортного средства, что в долгосрочной перспективе обходится компаниям значительно дороже.

Каков срок службы литий-ионных батарей?

Аккумуляторные инструменты прошли долгий путь за последнее десятилетие.Переход на литий-ионные аккумуляторы в качестве накопителя энергии вместо старых никель-кадмиевых батарей позволяет повысить производительность и время автономной работы. Это происходит до такой степени, что «перерезание шнура» стало жизнеспособным вариантом для многих профессиональных приложений. Профессионалы теперь могут избавиться от необходимости таскать удлинители и генераторы на место работы. Но как долго работают литий-ионные батареи?

Обсуждение вопроса о долговечности литий-ионных аккумуляторов

Однако, поскольку литий-ионные аккумуляторы дороги, переход к удобству использования беспроводных устройств может оказаться затратным вложением.Естественно, прежде чем перейти к линейке аккумуляторных инструментов, проницательный профессионал рассмотрит, насколько большие вложения потребуются в беспроводные инструменты в долгосрочной перспективе. Как долго батарея может простаивать? Сколько циклов зарядки можно ожидать от аккумулятора? Чем отличаются литий-ионные аккумуляторы? Короче говоря, на сколько реально хватает литий-ионных аккумуляторов?

Мы поговорили с менеджерами по продукции и руководителями компаний Bosch, DeWalt, Metabo HPT (ранее Hitachi), Makita, Milwaukee и Ridgid, чтобы получить ответы прямо от производителей.Хотя ответы здесь и там различаются, по основным моментам существует общее мнение.

Каков срок службы литий-ионных батарей при хранении?

Мы хотели начать с аккумуляторов. Как долго они работают при использовании – это одно, но как насчет батарей, лежащих на полках? В конце концов, это может повлиять на то, хотите ли вы забрать эту «бывшую в употреблении» упаковку на барахолке.

На срок службы аккумуляторной батареи на полке влияет ряд внешних факторов. В каком состоянии находилась упаковка при хранении? Будет ли пользователь хранить батарею при более высоких или более низких температурах? Будет ли он храниться на инструменте, на полке или в зарядном устройстве? Кто создал внутреннюю электронику и насколько хорошо она контролирует ток внутри блока?

Конечно, если заряд аккумуляторной батареи опустится ниже определенной емкости, аккумулятор вообще прекратит зарядку.Это сигнализирует об окончании срока службы, хотя некоторые разряженные батареи можно «воскресить». Время, необходимое для этого, зависит, опять же, от производственных процессов и компонентов, а также от этих внешних факторов.

Из всего вышесказанного, похоже, существует консенсус относительно среднего срока годности аккумуляторной батареи. Если вы позаботитесь о правильном хранении батарей, вы можете рассчитывать, что они прослужат от 3 до 6 лет на полке. Самый большой вывод? Берегите аккумуляторы от тепла. Сильная жара – главный враг общего срока службы литий-ионных аккумуляторов.

Сколько циклов зарядки вы можете ожидать?

Опять же, ответ на этот вопрос во многом зависит от ряда переменных. Важную роль играют конфигурация и емкость аккумулятора, а также температура окружающей среды при хранении.

Поведение пользователя также влияет на то, сколько циклов зарядки может пройти аккумулятор, прежде чем он разрядится. Вы не поверите, но вам действительно не следует использовать аккумуляторные батареи вместо молотка.Травма от удара тупым предметом отрицательно скажется на сроке службы ваших литий-ионных аккумуляторов.

Итак, с точки зрения циклов зарядки, на сколько хватает литий-ионных аккумуляторов? Несмотря на вышеупомянутые переменные, большинство наших производителей заявляют, что пользователи должны рассчитывать на получение более 1000 циклов зарядки от любой данной батареи.

Что такое цикл зарядки?

Отчасти это зависит от того, как производитель определяет цикл зарядки. Как правило, один цикл зарядки означает разрядку аккумулятора и его повторную зарядку.Однако большинство аккумуляторов рассчитывают один полный цикл зарядки каждый раз, когда вы кладете аккумулятор на зарядное устройство. Это происходит независимо от того, сколько действительно нужно зарядить аккумулятор.

Makita сообщает нам, что они используют «умную» систему, которая учитывает это. Их зарядные устройства и аккумуляторы используют систему связи, которая распознает текущий уровень заряда и температуру аккумулятора. Затем зарядное устройство регулирует оптимальный ток, напряжение и температуру для зарядки аккумулятора. Этот процесс продлевает срок службы батареи.Это также увеличивает количество циклов зарядки, которые может выдержать аккумулятор. Это лишь один из примеров того, почему вам следует использовать оригинальные аккумуляторы и зарядные устройства производителя.

Что касается ожидаемого количества циклов зарядки, большинство производителей, похоже, попадают в лагерь от 1000 до 2000 циклов зарядки. Это все равно, что заряжать аккумулятор каждый день в течение 3–6 лет. Мы рекомендуем жить в соответствии с ожиданиями, склоняясь к более короткой стороне этого уравнения.

Каков срок службы литий-ионных батарей по сравнению с никель-кадмиевыми батареями?

Мы знаем, что никель-кадмиевые батареи уже нет в употреблении, уже более десяти лет.Тем не менее, это служит своего рода отправной точкой в ​​мышлении некоторых людей. Поскольку литий-ионный аккумулятор имеет превосходную плотность энергии, сопоставимый никель-кадмиевый аккумулятор будет больше и тяжелее. С функциональной точки зрения литий-ионный аккумулятор также не испытывает падений напряжения при истощении. Так что насчет срока годности?

Батареи обеих разновидностей саморазряжаются при хранении. Однако NiCad саморазрядится со скоростью примерно 1–3% в день. Из-за этого неиспользованный никель-кадмиевый аккумулятор нередко требовал подзарядки каждые пару недель или около того, даже если вы никогда не использовали его!

Литий-ионные аккумуляторы саморазряжаются намного медленнее.Фактически, почти незаметно. Скорость, с которой происходит этот разряд, в значительной степени зависит от качества конструкции упаковки.

В литий-ионных батареях используется гораздо больше технологий, чем в никель-кадмиевых батареях. На самом деле сравнение кажется немного несправедливым и устаревшим. Многие производители используют защиту от перегрузки, перегрузки и перегрева для своих литий-ионных аккумуляторов. Все эти технологии защищают аккумулятор. Они также продлевают ожидаемый жизненный цикл. Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи обычно не имеют такой защиты.

Итак, хотя некоторые могут утверждать, что никель-кадмиевые батареи также должны были прослужить до 1000 циклов зарядки, вам приходилось заряжать эти батареи намного больше раз во время их использования. Вам также пришлось столкнуться со страшным «эффектом памяти батареи». Хорошо, это последний раз, когда мы будем говорить о старых технологиях – обещаем!

Итог

Итак, на сколько хватает литий-ионных батарей? Подводя итог, можно сказать, что минимальный минимум, который большинство производителей ожидают от своих аккумуляторов, составляет около 3 лет или 1000 циклов зарядки (в зависимости от того, что меньше).С учетом сказанного – мы говорим: «Положите гарантию на свой рот». Компании Bosch, DeWalt, Metabo HPT (Hitachi), Makita, Milwaukee Tool и Ridgid дают на свои литий-ионные батареи 2–3 года гарантии. Это действительно хороший показатель их минимальных ожиданий от этих наборов.

Если вы заботитесь о своих батареях, нет причин не рассчитывать, что они прослужат по крайней мере так долго или дольше.

Вот правда, лежащая в основе самых больших (и самых глупых) мифов о батареях

В литий-ионных батареях это уже не так.Современные батареи способны считывать свое состояние независимо от их уровня заряда, и когда ваше устройство не используется, нагрузка на батарею почти такая же, как если бы она была полностью отключена, поэтому вы не слишком сильно отдадите батарее перерыва, если вы все равно выключили.

Батареи хуже работают в холодном состоянии

Ложь (в основном)

На самом деле все наоборот. «Использование аккумулятора при низких температурах и поддержание его в прохладном состоянии значительно увеличивает срок службы аккумулятора», – говорит Гриффит.Воздействие высоких температур на батарею – гораздо более вероятный способ сократить ее общий срок службы. «Вы же не хотите, чтобы ваша батарея была горячей. Вы не хотите, чтобы он перегревался во время зарядки, вы не хотите оставлять его на солнце или в машине ».

Но почему батареи так ненавидят тепло? Причина связана с жидкими электролитами, которые заполняют промежутки между слоями оксида лития, кобальта и графита (помните их?) И не дают двум компонентам соприкасаться. Это то, через что перемещаются ионы лития, когда они перемещаются между двумя слоями, поэтому это очень важно для конструкции батареи.

При высоких температурах эти жидкие электролиты начинают разрушаться, в результате чего аккумулятор разлагается всего за несколько сотен циклов зарядки. Это серьезная проблема для аккумуляторов электромобилей, которые часто проводят большую часть дня, сидя на ярком солнечном свете. Что касается вашего смартфона, то, если вы обычно держите его при комнатной температуре, у вас все в порядке.

Возможно, ваш телефон будет работать немного медленнее при низких температурах, и это связано с тем, что ионы лития движутся немного медленнее, а это означает, что аккумулятор не сможет обеспечить такое количество энергии для компонентов, если на улице очень холодно.Однако изменение, как правило, незначительное и не связано с каким-либо необратимым повреждением аккумулятора.

Оставление зарядного устройства подключенным к стене и включенным приводит к потере энергии

Ложь (ну, может быть, совсем немного)

С зарядными устройствами для телефонов и другими «тупыми» кабелями, у которых просто есть провод, их, вероятно, нет вообще потребляют энергию, если к ней не подключено какое-либо устройство. Когда дело доходит до кабелей телевизора или ноутбука – или любого зарядного устройства, к которому прикреплен большой “ кирпичик ” – они немного умнее, поскольку они часто потребляют небольшое количество энергии, в то время как по сути, они ждут, пока телевизор или другое устройство выйдет из режима ожидания.В прошлом потребление энергии этими устройствами составляло до 10 процентов от среднего счета за электроэнергию в домохозяйстве, но недавние изменения в законодательстве означают, что теперь они потребляют относительно небольшое количество энергии.

Вы должны дать батарее полностью разрядиться до 0 процентов перед подзарядкой

Неверно

Как ни странно, батареи испытывают наибольшую нагрузку, когда они полностью заряжены или полностью разряжены. Настоящая зона наилучшего восприятия для батареи – это 50-процентный заряд, поскольку это означает, что половина подвижных ионов лития находится в слое оксида лития-кобальта, а другая половина – в слое графита.Это равновесие снижает нагрузку на аккумулятор и увеличивает количество циклов зарядки, которое он может выдержать до выхода из строя.

Итак, если вы очень заинтересованы в том, чтобы батарея работала как можно дольше, вам следует поддерживать ее заряд между 20 и 80 процентами. Это означает, что он тратит как можно меньше времени с большим количеством ионов лития, запихнутых в любой слой, ситуация, которая заставляет слои расширяться, оказывая на них физическую нагрузку. «Но если бы вы сделали это, вы бы получали только половину заряда каждый раз, когда использовали бы его», – говорит Гриффит.Может, тогда и нет.

100-процентная зарядка приведет к повреждению аккумулятора

Верно (но не по той причине, которую вы думаете)

Этот миф тесно связан с вышеупомянутым мифом. Зарядка телефона, чтобы он оставался на 100% в течение ночи, не очень хорошая новость для аккумулятора, но это не потому, что вы набираете больше заряда, чем он может выдержать. Механизм «непрерывной зарядки» отключает зарядное устройство после того, как телефон полностью заряжен, и заряжает аккумулятор только тогда, когда он немного разряжается.

Срок службы батареи | Исследования транспорта и мобильности

Для конкуренции с обычными транспортными средствами, электромобилями (EDV) и их аккумуляторами должны надежно работать от 10 до 15 лет в различных климатических условиях и рабочих циклах. Исследователи NREL используют модель прогнозирования срока службы батареи вместе с Модели тепловых расчетов транспортных средств для оценки литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов:

• Химическая и механическая деградация, вызванная окружающей средой и цикличностью
• Компромисс между производительностью, сроком службы и стоимостью
• Требования к системе управления избыточной мощностью, энергией и температурой
• Гарантия, повторное использование и другие факторы, влияющие на принятие бизнес-решений.

Инструменты для анализа и моделирования срока службы батарей (BLAST)

Этот набор инструментов объединяет высокоточную модель деградации батареи NREL с электрическими и модели с тепловыми характеристиками, характерные для аккумуляторов и более крупных систем, с версиями для дальнего действия (BLAST BTM-Lite), транспортного средства (BLAST-V) и стационарного (BLAST-S) Приложения.

Механизмы разложения

Прогнозные модели надежности литий-ионных аккумуляторов должны учитывать множество электрохимических, тепловые и механические режимы деградации, с которыми сталкиваются батареи в процессе эксплуатации среды. Ситуация усложняется тем, что схемы хранения и цикличности могут вызывать различные пути разрушения литий-ионных аккумуляторов.Скорость разложения контролируется такие факторы, как температура, электрохимические рабочие окна и заряд / разряд ставки.

Пример модели с сокращенным сроком службы, отражающей снижение сопротивления батареи и производительность емкости в зависимости от времени, количества циклов, окружающей среды и электрохимических штат.

Моделирование прогнозирования срока службы

Модель срока службы NREL – единственная прогнозная модель в своем роде, расширяющая дорогостоящие лабораторные наборы данных о старении батарей для реальных сценариев.Модель фиксирует деградацию эффекты, обусловленные как календарным временем, так и циклическим старением, включая постоянный разряд / заряд езда на велосипеде, а также более сложные профили езды на велосипеде, например, в транспортных средствах и приложения для хранения данных в сети.

Пробные функции модели статистически преобразованы в наборы данных о сроках службы литий-ионных элементов. где клетки выдерживаются в различных условиях. Используя эту статистическую основу, деградация механизмы, наряду с температурными и циклическими факторами, регрессируют, чтобы произвести Прогностическая модель на время жизни.

Модель прогнозирования срока службы

NREL была лицензирована для нескольких компаний и интегрирована в другие инструменты анализа NREL для повышения точности систем транспортных средств, оценки парка, Анализ моделирования вспомогательной нагрузки и владения батареями. Модель также прилагается в алгоритмах управления в реальном времени.

Физика деградации

Прогностические модели также используются для обеспечения обратной связи в процессе проектирования ячеек.По сравнению с экспериментами, физические модели напряжения и деградации позволяют инженерам чтобы лучше понять влияние проектных концепций на срок службы и ускорить процесс проектирования. Например, прогнозные модели могут позволить проектировщику снизить нагрузки. в стеке электродов, чтобы предотвратить сокращение срока службы.

Мультифизические модели деградации батарей включают:

• Неравномерная деградация из-за температурного и потенциального дисбаланса в больших ячейках
• Образование и рост межфазного слоя твердое тело / электролит
• Механическое напряжение и разрушение в микромасштабе и макромасштабе в сочетании с электрохимией и температура

Публикации

База данных публикаций

NREL предлагает широкий спектр документов, связанных с разработкой батарей и энергии. системы хранения EDV.Следующие публикации документируют деятельность по проекту в моделирование срока службы батареи:

Контакт

Эл. Почта
303-275-4423

Циклы зарядки литий-ионных полимерных батарей

Литиевые батареи

или литий-ионные полимерные (LiPo) батареи – это батареи, в которых в качестве материала отрицательного электрода используется литий, а также используется неводный раствор электролита.В 1912 году литий-металлические батареи были впервые предложены и изучены Гилбертом Н. Льюисом. В 1970-е годы М.С. Уиттингем предложил и начал исследовать литий-ионные батареи. Однако из-за сложностей, связанных с использованием нестабильного металлического лития, батареи в то время не были популярны.

В настоящее время, благодаря дальнейшему развитию, литий-ионные полимерные батареи быстро стали предпочтительным источником питания для многих приложений и отраслей. По этой причине в этой статье мы подробно рассмотрим циклы зарядки литий-ионных полимерных аккумуляторов.

Что такое цикл зарядки?

Некоторым потребителям может показаться, что срок службы литий-ионных полимерных батарей при зарядке и разрядке составляет «500 раз». Но что такое «500 раз»? Это относится к количеству циклов зарядки и разрядки аккумулятора.

Давайте посмотрим на пример. Допустим, есть литиевая батарея, которая использует только половину своего заряда за один день, а затем полностью заряжается. На следующий день он снова использует только половину своей мощности. Хотя аккумулятор заряжался дважды, это считается не одним циклом зарядки, а двумя.

Цикл зарядки – это когда аккумулятор переходит от полностью заряженного до разряженного, а затем от разряженного до полностью заряженного; это не одно обвинение. Из предыдущего примера ясно, что для завершения цикла обычно может потребоваться несколько зарядов.

Каждый раз, когда цикл зарядки завершается, емкость аккумулятора немного уменьшается. Однако уменьшенная емкость очень мала. Качественные аккумуляторы сохранят 80% своей первоначальной емкости после многих циклов зарядки.Многие продукты с литиевыми батареями все еще будут использоваться через два или три года. Конечно, по истечении срока службы литиевой батареи ее все равно необходимо заменить.

В конечном счете, срок службы 500 циклов означает, что производитель достиг примерно 625 раз перезарядки при постоянной глубине разряда (например, 80%) и достиг 500 циклов зарядки. Другими словами, если мы проигнорируем другие факторы, которые могут снизить емкость литий-ионного аккумулятора, и возьмем 80% от 625, мы получим 500.

Однако из-за различных факторов в жизни, особенно с учетом того, что глубина разряда (DOD) во время зарядки непостоянна, «500 циклов зарядки» можно использовать только как ссылку на срок службы батареи.

В целом, срок службы литиевой батареи лучше рассматривать как отношение к количеству завершений цикла зарядки, а не как прямое отношение к количеству зарядов.

Глубокая и мелкая загрузка

Вот еще один способ представить себе циклический срок службы литий-ионных полимерных батарей: срок службы литиевой батареи обычно составляет от 300 до 500 циклов зарядки. Предположим, что емкость, обеспечиваемая полным разрядом, равна Q.Если не учитывать снижение емкости после каждого цикла зарядки, литиевые батареи могут обеспечивать или дополнять мощность 300Q-500Q в целом в течение своего срока службы. Из этого мы знаем, что если вы используете 1/2 каждый раз, вы можете заряжать 600-1000 раз; если использовать 1/3 каждый раз, можно заряжать 900-1500 раз. По аналогии, если вы заряжаете случайным образом, количество раз неизвестно. Короче говоря, независимо от того, как заряжается литиевая батарея, постоянно добавляется в общей сложности от 300 к 500 кОм мощности. Следовательно, мы также можем понять это: срок службы литиевой батареи зависит от общего заряда батареи и не имеет никакого отношения к количеству зарядов.Влияние глубокой зарядки и неглубокой зарядки на срок службы литиевых батарей схоже.

На самом деле, мелкая разрядка и мелкая зарядка более полезны для литиевых батарей. Глубокая зарядка необходима только в том случае, если силовой модуль продукта откалиброван для литиевых батарей. Следовательно, продукты с литий-ионным питанием не должны быть ограничены этим процессом: их можно заряжать в любое время, не беспокоясь о том, что это повлияет на срок службы батареи.

Влияние температуры на срок службы батареи

Если литий-ионный полимерный аккумулятор используется при температуре окружающей среды, превышающей указанную рабочую температуру (выше 35 ℃), мощность аккумулятора будет продолжать снижаться.Другими словами, время работы от батареи будет меньше обычного. Если устройство заряжать при таких температурах, повреждение аккумулятора будет больше. Даже если аккумулятор хранится в условиях высокой температуры, это неизбежно приведет к его повреждению. Поэтому рекомендуется как можно чаще использовать литий-ионные полимерные батареи при нормальных рабочих температурах.

Если вы используете литиевые батареи в условиях низкой температуры (ниже 4 ℃), срок службы батареи также сократится.Некоторые старые литиевые батареи мобильных телефонов нельзя заряжать даже при низких температурах. Однако, в отличие от высоких температур, при повышении температуры молекулы в аккумуляторе нагреваются и немедленно возвращаются к предыдущему заряду.

Изучив характеристики батарей при таких экстремальных температурах, теперь возникает вопрос, есть ли какие-либо батареи, которые можно использовать в средах с низкими или высокими температурами.

В настоящее время батареи GREPOW могут использоваться в диапазоне температур от -50 ℃ до 50 ℃ или от 20 ℃ до 80 ℃.Ток разряда наших низкотемпературных литиевых батарей 0,2 ° C при -50 ° C обеспечивает эффективность более 60%, эффективность более 80% при -40 ° C и эффективность около 80% при -30 ° C.

Мы можем изготовить аккумуляторы на заказ в зависимости от ваших требований.

Источник графиков от Grepow Низкотемпературная литиевая батарея Источник графиков от Grepow Низкотемпературная литиевая батарея

Цикл заряда-разряда

Чтобы получить максимальную отдачу от литий-ионных аккумуляторов, вам необходимо часто использовать их, чтобы электроны в литиевых аккумуляторах всегда находились в текучем состоянии.Если вы не часто используете литиевые батареи, не забывайте выполнять цикл зарядки каждый месяц и один раз выполнять калибровку мощности, то есть глубокую разрядку и глубокую зарядку.

После того, как номинальное количество циклов зарядки и разрядки израсходовано, способность аккумулятора накапливать энергию упадет до определенного уровня, но аккумулятор можно будет продолжать использовать.

Литиевые батареи

не имеют ограничений по количеству перезарядок. Обычные производители могут заряжать и разряжать аккумуляторы не менее 500 раз, при этом емкость поддерживается на уровне более 80% от начальной емкости.Если заряжать и разряжать один раз в день, батареи можно использовать в течение двух лет. Обычно аккумуляторы в мобильных телефонах заряжаются 1000 или более раз, что приводит к тому, что аккумуляторы становятся очень недолговечными.

Ниже приведен правильный метод обслуживания аккумулятора мобильного устройства:

1. Заряжайте телефон каждый раз полностью.
2. Не разряжайте аккумулятор полностью. Аккумулятор необходимо зарядить, когда уровень заряда менее 10%.
3. Зарядка оригинальным зарядным устройством; не используйте стороннее зарядное устройство.
4. Не пользуйтесь мобильным телефоном, пока он заряжается.
5. Не перезаряжайте: прекратите зарядку после полной зарядки аккумулятора.

Согласно результатам экспериментов, срок службы литиевой батареи непрерывно сокращается с увеличением количества зарядов.

Цикл работы литиевой батареи в соответствии с национальным стандартом

Чтобы измерить, как долго можно использовать аккумулятор, указано количество циклов.Фактические пользователи используют широкий спектр тестов, потому что тесты с разными условиями несопоставимы, и сравнение должно определять определение срока службы.

Условия испытания на срок службы литиевой батареи и требования, указанные в национальном стандарте, следующие:

Заряжайте при 1 ° C при температуре окружающей среды 20 ° C ± 5 ° C. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает предельного напряжения зарядки 4,2 В, переходите к зарядке с постоянным напряжением до тех пор, пока зарядный ток не станет меньше или равен 1/20 ° C, прекратите зарядку, оставьте на 0.От 5 до 1 часа, а затем разрядите его при 1C до напряжения завершения 2,75 В.

После завершения разряда оставьте его на 0,5–1 час, а затем выполните следующий цикл зарядки и разрядки два раза подряд. Срок службы менее 36 минут считается окончанием срока службы, а количество циклов должно быть больше 300 раз.

Перейдя к национальному стандарту, следует пояснить следующее:

1. Стандарт определяет, что испытание на жизнеспособность цикла выполняется в режиме глубокого заряда и глубокого высвобождения.
2. Указан срок службы литиевой батареи. Согласно этой модели, емкость по-прежнему превышает 60% после ≥300 циклов.

Однако количество циклов, получаемых разными системами циклирования, сильно различается. Например, остальные условия, указанные выше, остаются неизменными, и только постоянное напряжение 4,2 В изменяется на постоянное напряжение 4,1 В в течение срока службы батареи того же типа. Таким образом, аккумулятор больше не находится в состоянии глубокого заряда, а срок службы может быть увеличен почти на 60%.Затем, если напряжение отключения увеличивается до 3,9 В для тестирования, количество циклов следует увеличить в несколько раз.

Что касается этого утверждения о том, что цикл зарядки и разрядки составляет на один срок службы меньше, мы должны обратить внимание на определение цикла зарядки литиевой батареи: цикл зарядки относится к полной зарядке литиевой батареи от разряженной до полной, а затем от пустого к полному процессу. И это не то же самое, что зарядка один раз.

Кроме того, когда мы говорим о количестве циклов, мы не можем игнорировать условия цикла.Бессмысленно говорить о количестве циклов помимо правил, потому что количество циклов – это всего лишь способ измерить срок службы батареи.

Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах или наших аккумуляторах, изготовленных на заказ, свяжитесь с нами по адресу [email protected] и посетите наш веб-сайт: https://www.grepow.com/ .

Вечно через пять лет? Нет, батарейки под носом поправляются

Увеличить / В каком году опять же Mr.Fusion появился, чтобы составить конкуренцию Tesla и др.?

Универсальные картинки

Трудно писать об исследованиях аккумуляторов в отношении этих компонентов, не услышав эха определенных комментариев еще до того, как они будут опубликованы: Его никогда не увидят на рынке. До холодного синтеза навсегда останется 20 лет, а до новой технологии батарей навсегда останется пять лет.

Этот скептицизм понятен, когда новый дизайн батареи обещает революцию, но он рискует упустить тот факт, что батареи стали лучше .Литий-ионные батареи уже давно воцарились – это правда. Но «литий-ионные» – это аккумуляторов категории , которые включают в себя широкий спектр технологий, как с точки зрения аккумуляторов, используемых сегодня, так и тех, которые мы использовали ранее. Многое можно сделать – и много было сделано – чтобы сделать литий-ионную батарею лучшего качества. Фактически, прирост количества энергии, которое они могут хранить, составляет порядка пяти процентов в год. Это означает, что емкость ваших текущих батарей больше 1.В 5 раз больше, чем они держали бы десять лет назад.

Литий-ионные батареи эволюционировали, заметили вы это или нет. Вот как.

Почему литий-ионный рев?

Полезно начать с определения того, что делает аккумулятор «литий-ионным». Звезды шоу – это, очевидно, атомы лития, которые легко отдают электрон, образуя ионы. Каждая батарея имеет катод и анод, а между ними находится сепаратор и электролит. На катодной стороне литий находится в составе оксида металла, где он будет оставаться до тех пор, пока каждый атом удерживает этот электрон.После отделения от электрона ионы лития будут перемещаться через сепаратор и собираться на аноде. Освободившиеся электроны не могут пересечь разделитель, поэтому вместо этого они проходят через цепь, подключенную к двум электродам батареи.

Во время зарядки ионы и электроны лития накапливаются на аноде. Во время разряда электроны проходят через цепь, и ионы лития снова проходят через сепаратор, воссоединяясь по мере того, как литий осаждается обратно в структуру материала катода.

Увеличьте / узрите: литий-ионный аккумулятор.

Настоящая батарея состоит из трех слоев материалов: катодного материала, нанесенного на металлическую фольгу, разделительного слоя и анодного материала, нанесенного на другую металлическую фольгу. Сложите их вместе, и у вас будет карманный или призматический аккумулятор, который вы можете найти в своем телефоне или Chevy Bolt. Сверните слои в катушку, и у вас будет цилиндрическая батарея, как в электроинструментах или Tesla.

Реклама

Вы не можете избавиться от лития и по-прежнему называть его литий-ионным аккумулятором, но все остальное – честная игра.Для изготовления катода используется много разных материалов, и вы можете заменить сепаратор или попробовать другой химический состав электролита. Есть даже варианты анодного материала, хотя один из них уже давно доминирует.

При первых попытках создания литий-ионных батарей в качестве анода использовался твердый металлический литий, но это приводило к серьезным проблемам со стабильностью. (Проблемы, над которыми до сих пор работают.) Прорывом стало использование графита в качестве анода. Графит занимает ценное пространство, не обеспечивая при этом дополнительной энергоемкости, но его пластинчатая структура обеспечивает безопасное размещение ионов лития, значительно увеличивая срок службы и безопасность.Благодаря этому в 1991 году появились первые литий-ионные аккумуляторы Sony.

Даже первые литий-ионные батареи имели большую плотность энергии, чем никель-металлогидридные батареи, удерживая больше заряда в меньшем пространстве при меньшем весе. Они также работают с более высоким напряжением ячеек, что может быть полезно. Конечно, не только солнце и единороги. Литий-ионные батареи более дорогие, а органический растворитель, используемый для электролита, легко воспламеняется, что создает опасность возгорания, с которой необходимо тщательно бороться.

Никель-металлогидридные батареи

по-прежнему используются в перезаряжаемых батареях AA и AAA, а также в гибридных транспортных средствах, которые не нуждаются в таком большом накоплении энергии. Но литий-ионный аккумулятор доминирует там, где пространство и вес имеют большое значение, в таких местах, как ноутбук или электромобиль.

Особый набор навыков

Батареи обладают более чем одной или двумя важными характеристиками, поэтому они часто представлены в виде паутины (например, приведенной ниже). «Есть плотность энергии, есть удельная мощность, есть стоимость, есть срок службы, есть календарный срок, есть безопасность», – сказал Ars Венкат Сринивасан из Аргоннской национальной лаборатории.«Что обычно происходит в батареях, так это компромисс между этими разными вещами». Даже просто придерживаясь литий-ионных аккумуляторов, существуют конфигурации и конструкции, которые могут подчеркнуть некоторые из этих характеристик за счет чего-то еще. Например, можно немного повысить плотность энергии, но, возможно, это будет связано с более высокими затратами или сокращением срока службы.

Реклама Увеличить / Единый общий набор характеристик аккумулятора.

Это может быть одной из причин разочарования или скептицизма в отношении новостей об исследованиях аккумуляторов. Исследование может определить способ значительно улучшить одну характеристику, сделав захватывающий вывод о прибылях и убытках. Но дизайн может быть непрактично плохим по-другому. Хотя исследователи аккумуляторов учатся на том, что работает, а что нет, это означает, что многие лабораторные аккумуляторы, о которых вы можете прочитать, никогда не появятся на рынке.

Однако это также означает, что существует множество ручек, которые можно использовать для настройки конкретной конструкции батареи.Даже такие, казалось бы, незначительные вещи, как точная толщина анодного или катодного слоя, который осаждается на металлической фольге, могут повлиять на поведение. Например, чем толще катод по сравнению с его подложкой из фольги, тем выше удельная энергия батареи, поскольку фольга занимает меньшую часть общего объема. Но более толстый слой материала также означает более длительный путь для ионов и электронов лития. Это выделяет больше тепла во время работы от батареи и сокращает срок службы. С другой стороны, держите катод тоньше, и он сможет выдерживать более высокие скорости заряда и разряда, поскольку более короткий путь легче.

В небольших устройствах, где пространство ограничено, предпочтительны более дорогие конструкции с максимальной плотностью энергии. Электромобили отличаются, поскольку стоимость аккумулятора составляет значительную часть общей цены – добавление 20-процентной надбавки к аккумулятору может легко вывести автомобиль за пределы вашего бюджета. Жизненный цикл тоже должен быть намного больше. Уменьшение времени автономной работы телефона через два года в наши дни обычно считается нормой. Значительно уменьшенное время автономной работы в автомобиле через два года стало бы нарушением сделки.

Поскольку электромобили в настоящее время находятся на грани доступности и (по крайней мере, для некоторых) приемлемого диапазона и времени зарядки, небольшие улучшения в батареях здесь гораздо более заметны.

.