Как продлить срок службы литий ионных аккумуляторов
Перейти к содержимому

Как продлить срок службы литий ионных аккумуляторов

  • автор:

Как продлить срок службы Li-ion аккумулятора

Впервые Li-ion аккумуляторы в промышленных масштабах увидели свет в 1991 году на предприятиях SONY. Разработчики компании использовали эффективное ноу-хау: встроили контролер заряда и температуры непосредственно в корпус аккумулятора. С тех пор Li-ion батареи значительно видоизменялись, компании использовали разные составы и технологии производства, что позволило уменьшить их размер, в то же время увеличив ёмкость и безопасность.

Самым востребованным типом аккумуляторов на современном рынке являются литий-ионные. Причины их популярности: непритязательность в уходе, широкий рабочий температурный режим, длительный срок службы. Чтобы приобретенная АКБ радовала долгой и беспроблемной эксплуатацией, пользователю следует знать, как продлить срок службы литиевых аккумуляторов.

Особенности литий-ионных аккумуляторов

Основными параметрами, влияющие на время жизни АКБ, являются его состав, режим зарядки и соблюдение температурного режима эксплуатации, рекомендованного производителем.

Преимуществом Li-ion ячеек стали:

  • большая удельная емкость;
  • более стабильный ток отдачи;
  • широкий температурный режим работы;
  • большое количество циклов заряд-разряда;
  • более долгий, по сравнению со свинцовыми, жизненный цикл;
  • отсутствие «эффекта памяти».

Подробней об устройстве Li-ion аккумуляторов мы писали в предыдущей статье.

Что влияет на срок годности литий-ионных аккумуляторов

Многие пользователи, не вникая в особенности каждого конкретного подвида этих АКБ, ожидают от них длительного срока эксплуатации. На самом деле, большим ресурсов 3000-5000 рабочих циклов обладают литий-ферро-фосфатные АКБ, а литий-кобальтовые и литий-магниевые «живут » порядка 600-800 циклов.

Хранить и эксплуатировать батарею следует в температурном режиме от -20 до +40 градусов Цельсия. Выход за эти рамки приводит к быстрому разрушению и потере ёмкости. Полная разрядка является еще одним нежелательным фактором, оказывающим негативное влияние на срок годности литий ионных аккумуляторов. Встроенная плата БМС, обычно, не допускает таких ситуаций, но полный разряд плюс неправильное хранение могут привести к тому, что за короткий срок АКБ потеряет значительную часть емкости и будет не пригоден к дальнейшей эксплуатации.

Как увеличить срок службы Li-ion аккумулятора

Знание факторов, влияющих на энергетический ресурс аккумуляторов, позволит владельцу не только правильно эксплуатировать АКБ, но и поможет увеличить его срок службы. Соблюдение нескольких простых рекомендаций позволит сохранить АКБ в рабочем состоянии более длительное время в сравнении со сроком, указанным производителем. Чтобы срок службы Li-ion аккумулятора радовал, следует:

  • не покупать устройства неизвестных и подозрительных брендов;
  • полностью зарядить аккумулятор перед первым использованием;
  • не допускать переохлаждения и перегрева;
  • для длительного хранения батарею стоит зарядить на 40-60%.

Не стоит покупать, дешевые китайские аккумуляторы или noname. Как показывает практика, они обладают ёмкостью, меньше заявленной на упаковке, и укомплектованы недорогими малофункциональными контролерами, а иногда последние вообще отсутствуют в комплектации. Максимально допустимое напряжение заряда одной ячейки 4,2В. Если его превысить, аккумулятор начинает деградировать.

Полная зарядка устройства при первом использовании позволит вывести аккумуляторную батарею из состояния хранения. В будущем встроенный контролер BMS или PCM будет ограничивать максимальное напряжение заряда, продлевая жизнь аккумуляторов. Купить BMS можно, заглянув по ссылке.

По возможности, нужно не допускать переохлаждения и перегрева аккумулятора, эксплуатируя его в заданном производителем температурном режиме. И то, и другое приводит к деградации внутренней структуры батареи и сокращению ее жизненного цикла. Оптимальная температура для работы устройства составляет от +16 до +22 градусов Цельсия.

При необходимости длительного хранения, батарею стоит зарядить на 40-70%. Внутренний контролер плюс токи утечки приводят у неиспользуемой батареи к потере 5% ёмкости в месяц. Если допустить переразряд, она полностью выйдет из строя без возможности восстановления. При длительной консервации аккумуляторы нужно хранить в холодильнике в герметичной упаковке.

По возможности, следует пользоваться оригинальными зарядными устройствами или их аналогами. Использование зарядок со слишком сильным током ускоряет время заполнения батареи, но уменьшает ресурс ячеек. По мнению экспертов, соблюдение этих правил может увеличить срок службы литиевых аккумуляторов в 2-3 раза. Правильная эксплуатация сэкономит средства на покупке нового устройства.

Как продлить срок службы литий-ионных батарей?

литий-ионный аккумулятор

Исследования в области создания аккумуляторов настолько сосредоточены на химии лития, что можно предположить, что будущее аккумуляторов зиждется исключительно на нем. Во многом так и есть. Li-ion аккумуляторы постепенно замещают свинцово-кислотные во многих областях применения.

Литий-ионные аккумуляторы еще не идеальны и продолжают совершенствоваться. Заметные успехи были достигнуты в долговечности и безопасности, в то время как емкость увеличивается постепенно. Именно литий-ионным аккумуляторам обязаны своей популярностью электровелосипеды и электросамокаты.

Что вызывает старение литий-ионных аккумуляторов?

Литий-ионный аккумулятор работает на движении ионов между положительным и отрицательным электродами. Теоретически такой механизм должен работать вечно, но цикличность, повышенная температура и старение снижают производительность с течением времени. Производители придерживаются консервативного подхода и указывают, что срок службы литий-ионных аккумуляторов используемых в большинстве потребительских товаров составляет от 300 до 500 циклов разряда/заряда.

Оценка срока службы батареи по циклам разряда/заряда далека от совершенства, потому что разряд может меняться по глубине и нет четких стандартов того, что составляет цикл. Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств рекомендуют замену батареи после определенной даты, но этот метод не учитывает использование. Батарея может выйти из строя в течение отведенного времени из-за интенсивного использования или неблагоприятных температурных условий; однако, большинство аккумуляторов работает значительно дольше, чем указывают изготовители устройств, где они используются.

Производительность аккумулятора измеряется его емкостью — основным показателем «здоровья». Внутреннее сопротивление и саморазряд также играют роль, но они менее значимы в прогнозировании окончания срока службы литий-ионного аккумулятора.

На графике №1 показано падение емкости 11 литий-полимерных аккумуляторов, которые были исследованы в лаборатории Cadex. Ячейки емкостью 1500 mAh для мобильных телефонов сначала заряжались током от 1500 mA (1C) до 4,20 V/cell, затем до 0,05С (75 mA). После чего их разряжали при 1500 mA до 3,0 V/cell, после чего цикл повторяли. Ожидаемая потеря емкости литий-ионной батареи была равномерной в течение 250 циклов.

Литий-ионный аккумулятор

Несмотря на то, что батарея должна обеспечивать 100-процентную емкость в течение первого года службы, обычно наблюдается снижение емкости. Кроме того, производители, как правило, переоценивают свои батареи, зная, что очень немногие пользователи будут делать выборочные проверки и жаловаться.

Подобно механическому устройству, которое изнашивается быстрее при интенсивном использовании, глубина разряда (DoD) влияет на количество циклов батареи. Чем меньше разряд (низкий DoD), тем дольше будет работать батарея без заметной потери емкости. Если это вообще возможно, избегайте полной разрядки аккумуляторов и заряжайте батарею чаще. У Li-ion нет памяти и аккумуляторы не нуждаются в периодических циклах полной разрядки для продления срока службы.

В таблицах 2, 3 и 4 показаны общие тенденции старения обычных литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта в зависимости от глубины разряда, температуры и уровня заряда. В таблицах не рассматриваются сверхбыстрая зарядка и разряды с высокой нагрузкой, которые сокращают срок службы батареи. Не все батареи ведут себя одинаково.

Литий-ионный аккумулятор

Таблица №2 демонстрирует количество циклов разряда/заряда, которые литий-ионные аккумуляторы могут обеспечить при различных уровнях DoD, прежде чем емкость батареи упадет до 70%. Частичный разряд продлевает срок службы батареи, а также частичный заряд.

Литий-ионный аккумулятор подвергается стрессу при воздействии высоких температур. Температура выше 30 °C (86 °F) считается повышенной. Воздействие на батарею высоких температур и длительное время в состоянии полной зарядки может быть более вредным, чем ее эксплуатация. Таблица 3 демонстрирует потерю емкости в зависимости от температуры и состояния заряда (SoC).

Литий-ионная батарея

Таб. №3
Емкость при хранении Li-ion в течение одного года при различных температурах. Повышенная температура ускоряет постоянную потерю емкости. Не все литий-ионные системы ведут себя одинаково.

С точки зрения долговечности, оптимальное зарядное напряжение составляет 3,92 V/cell. В таблице 4 приведены значения емкости в зависимости от уровня заряда.

Литий-ионный аккумулятор

Таб. №4
Повышение выше 4,20 V/cell повышает емкость, но приводит к сокращению срока службы батареи и снижает безопасность.

Технологический университет Чалмерса (Швеция), сообщает, что использование пониженного уровня заряда в 50% SоC увеличивает ожидаемый срок службы литий-ионного аккумулятора автомобиля на 44–130%.

Большинство зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и цифровых камер рассчитаны на 4,20 V/cell, потому что потребители, как правило хотят заряжать свои батареи под завязку. Промышленность, с другой стороны, больше заботится о сроке службы батарей. Спутники и электромобили, как правило не заряжают батареи до максимума, обычно ограничивая заряд 85% и разряжают до 25%, чтобы продлить срок службы батареи.

Литий-ионная батарея

Обычные литий-ионные аккумуляторы не должны оставаться под воздействием напряжения 4,20 V/cell в течение длительного времени. Зарядное устройство должно отключать зарядный ток, после чего напряжение аккумулятора возвращается к более естественному уровню. Это похоже на расслабление мышц после напряженной тренировки.

На графике №6 показаны динамические стресс-тесты (DST), отражающие потерю емкости. Наибольшая потеря емкости происходит при разряде полностью заряженного аккумулятора до 25% SoC (черный); при полном разряде потеря будет выше. Цикл от 85 до 25% (зеленый) обеспечивает более длительный срок службы, чем зарядка до 100% и разрядка до 50% (темно-синий). Наименьшая потеря емкости достигается за счет зарядки Li-ion до 75% и разрядки до 65%. Что, к сожалению не позволяет использовать батарею в полной мере.

Литий-ионный аккумулятор

Существуют расхождения между таблицей №2 и графиком №6 по количеству циклов. Однозначных объяснений этому нет, кроме предположения о различиях в качестве аккумуляторов и методах испытаний. Различия между дешевыми потребительскими и долговечными промышленными элементами также могут играть заметную роль в результатах тестов. Сохранение емкости будет снижаться быстрее при температурах выше 20 ºC.

Литий-ионный аккумулятор

Ограничение диапазона зарядки продлевает срок службы батареи, но уменьшает количество потребляемой энергии. Что не лучшим образом отражается на увеличении веса и первоначальной стоимости батареи.

Что может сделать пользователь?

Условия окружающей среды, а не только циклы заряда/разряда определяют долговечность литий-ионных аккумуляторов. Худший вариант — хранение полностью заряженного аккумулятора при повышенной температуре.
Использование более низкого напряжения при зарядке продлевает срок службы батареи, электромобили и спутники пользуются этим. Но производители бытовых устройств использующих аккумуляторы не заинтересованы в долгом сроке их службы.

Продлить срок службы батареи ноутбука можно путем снижения зарядного напряжения при подключении к сети переменного тока. Чтобы сделать эту функцию удобной для пользователя, устройство должно иметь режим «Long Life», который держит батарею на уровне 4,05V и предлагает SoC около 80%. За час до поездки в места, где зарядиться не получится пользователь включает режим «Полная емкость», чтобы довести заряд до 4,20V.

Возникает вопрос: «нужно ли я отсоединять свой ноутбук от электросети, когда он не используется?» В нормальных условиях в этом нет необходимости, поскольку зарядка прекращается, когда литий-ионная батарея полностью заряжена. Максимальный заряд применяется только тогда, когда напряжение аккумулятора падает до определенного уровня. Большинство пользователей не отключают питание переменного тока, и эта практика безопасна.

Современные ноутбуки работают круче, чем старые модели, а количество пожаров меньше. Всегда держите доступ к вентилятору открытым, особенно когда ноутбук лежит на кровати. Крутой ноутбук продлевает срок службы батареи и защищает внутренние компоненты. Избегайте так называемых сверхбыстрых зарядных устройств, которые утверждают, что полностью заряжают литий-ионную батарею менее чем за час.

5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

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.

image

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 здесь.

image

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 Часто Задаваемые Вопросы по аккумуляторам на нашем сайте.

  • литий-ионные аккумуляторы
  • глубина разряда
  • эксплуатация аккумуляторов

Как продлить срок службы аккумулятора

Li-ion аккумулятор VBS 36В 22А*ч (текстолит, термоусадка) с ЗУ фото

Аккумуляторная батарея – это автономный источник питания, который накапливает энергию при зарядке от электросети и отдает ее на работу электрооборудования. Работает АКБ в циклическом режиме заряд-разряд. Поэтому и ресурс ее работы измеряется не годами эксплуатации, а количеством рабочих циклов до того момента, когда исходная номинальная емкость уменьшится на 20%. Например, у Li-ion аккумуляторов срок службы составляет около 1000 циклов, а у LiFePO4 – более 2000. Постепенно в структуре аккумуляторов происходят необратимые процессы, из-за которых снижается номинальная емкость, и уменьшается расстояние пробега на 1 заряде. Когда емкость АКБ снижается до значения, при котором использование батареи становится некомфортным, она подлежит замене.

Как продлить срок службы АКБ?

Но жизнь батареи можно продлить, соблюдая правила ее эксплуатации, зарядки и хранения. При покупке АКБ отдельно или в составе оборудования желательно сразу же ознакомиться с инструкцией производителя и следовать его рекомендациям. Каждый производитель приводит точные рекомендации по зарядке, использованию, оптимальному температурному режиму и условиям хранения конкретной батареи. Но есть и общие правила, соблюдение которых позволяет продлить срок службы и повысить эффективность использования АКБ.

Как разряжать?

график фото

Чтобы не допустить преждевременного износа литий-ионной батареи, необходимо беречь ее от глубоких разрядов. Не стоит ждать, когда АКБ разрядится « в ноль» и отключится. Лучше ставить ее на зарядку при остаточном уровне заряда не менее 10–20%. Эффекта памяти литиевые батареи не имеют, поэтому заряжать их можно при любом уровне остаточного заряда. Помните, что Li-ion аккумуляторы не любят глубокого разряда, а после длительного хранения в разряженном состоянии деградируют: теряют емкость и могут даже полностью утратить работоспособность. После каждой разрядки «в ноль» аккумуляторы теряют несколько процентов своей номинальной емкости, поэтому частые глубокие разряды приводят к критическому снижению емкости.

Как заряжать?

Зарядное устройство для Li-ion аккумулятора 72V 5A, 20s, 84В (мод. ВольтПро) фото

Заряжать Li-ion батареи нужно совместимыми с ними зарядными устройствами, работающими по алгоритму CC/CV. На 1 стадии зарядки ток неизменен, а напряжение растет до установленного максимума – 4,2 В на ячейку (для элементов типа LiFePO4 – до 3,65 В). После этого наступает 2 стадия, при которой напряжение не меняется, а зарядный ток – уменьшается до минимума. Так набираются конечные 5–10% заряда. При использовании такого алгоритма обеспечивается полный заряд элементов питания без риска их перезарядки. Заряжать литиевые АКБ нужно при температуре +1 – +40 °С, зарядными токами от 1С до 5С. Для защиты от перезаряда, перегрева и других опасных состояний батареи обязательно комплектуются БМС платами. Дополнительную защиту обеспечивает датчик в зарядном устройстве. Накрывать АКБ или зарядное устройство при зарядке нельзя. После пребывания на морозе батарею нужно выдержать несколько часов при комнатной температуре и только после этого ставить на зарядку. Заряжать АКБ желательно до полного восстановления емкости, но если такой возможности нет, допустимы и неполные заряды.

Выбор зарядного устройства

Аккумуляторные батареи комплектуются штатными зарядными устройствами, которые оптимально подходят для восполнения их заряда. Но при необходимости можно купить ЗУ отдельно от батареи. Главное – выбрать устройство, предназначенное для конкретного типа батареи, соответствующее ей по напряжению и зарядному току. Например, ЗУ для Li-ion батарей ограничивают максимальное напряжение заряда на уровне 4,2 В на ячейку, а ЗУ для LiFePO4 батарей – на максимуме 3,65 В на ячейку. Есть в продаже и универсальные зарядники, которые настраиваются на разные условия работы. Использование неподходящего ЗУ приводит к снижению емкости, сокращению ресурса АКБ или ее полному выходу из строя.

Температурный режим

термометр фото

В вопросе, как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов, немалую роль играет и температура. Литиевые АКБ чувствительны к низким температурам, что проявляется временным снижением их емкости (запаса отдаваемой энергии):

  • при 0 °С – емкость уменьшается на 6–7%;
  • при -25 °С – на 15–20%;
  • при -40 °С – на 35–40%.

В целом Li-ion аккумуляторы работают при температуре от -20 до +50 °С, некоторые виды – от -40 °С. Но низкие и высокие температуры негативно отражаются на характеристиках элементов питания, в т. ч. уменьшают срок их службы. Поэтому лучше всего использовать литиевые АКБ при температуре около +20 °С (±10 °С), хранить – при температуре от 0 до +10 °С, а заряжать – от +5 до +20 °С. Следование этим советам поможет надолго сохранить батарею работоспособной и не допустить ее преждевременного старения.

Сезонное хранение

Если в холодное время года Li-ion батарея не используется, ей нужно обеспечить комфортное хранение:

  • в сухом прохладном месте;
  • при температуре от 0 до +10 °С;
  • с частичным зарядом – на 45–60%;
  • с периодической проверкой уровня заряда и его поддержанием на уровне 45–60%.

Если батарея хранится более 3 месяцев, желательно сделать ей контрольный разряд до 10–20% с последующей зарядкой до 45–60%. Этот простой способ поможет продлить жизнь АКБ и сохранить ее емкость на высоком уровне.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *