Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батарее Дата: 10.12.2008 Раздел: Аккумуляторы
Название статьи говорит само за себя. Читаем и "мотаем на ус". ;)
Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса LiON аккумуляторов. Практически все данные взяты из проверенных источников (, с сайтов производителей LiON батарей - Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить, если заметите ошибки - пишите.
Долго думал, как преподнести материал, и, в конце концов, решил, что его нужно подавать в виде отдельных фактов, касающихся жизни реальных литий-ионных батарей. Так что начнем...
Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса "старения" (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова - если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно относитесь к дате изготовления - при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленого ресурса.
Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях – смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше)
Деградация характеристик литий-кобальтовых аккумуляторов всвязи с температурой хранения
Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его емкости до 80% от номинальной понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно огранизовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике – при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% емкости и ношении его во внешнем кармане одежды – срок жизни уже достиг почти 4х лет при сохранности емкости).
Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации LiON аккумуляторов - разряд может осуществляться и при низких температурах (в зависимости от химии аккумулятора от -25°C до -10°C), но заряд должен производиться только при положительной температуре батареи.
Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияют на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор – при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C ) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).
Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает емкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.
BMS (Battery Manegement System) - система управления батареей - электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента. Для избегания выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его, иначе BMS не позволит начаться заряду когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике – я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)). (По поводу обязательности установки электроники внутрь аккумулятора, то это большое преувеличение. Очень много аккумуляторов поставляется без неё. И даже более того, большинство аккумуляторов - без неё. Прим.ред.)
Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относится к LiFePO4 аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO2 и LiMn2O4). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной емкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO2 аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C – в 4 раза). (По поводу низких токов заряда, тоже вопрос спорный. Ничего плохого при этом не происходит. Прим.ред.)
В заключение можно сказать, что соблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора и он будет долго радовать вас своей емкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Также каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции – у них будут немножко (или множко) другие характеристики.
К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной эксплуатации LiON аккумуляторов.
------------------------------------------------------------------------------------------------- Прим.ред. Добавим ещё пару картинок "в тему", взятых с сайта и которые будут полезны для правильной эксплуатации литиевых аккумуляторов. 1. Это зависимость ёмкости литиевого аккумулятора от температуры для двух токов разряда.
Из рисунка видно, что оптимальная температура эксплуатации, примерно, 15...25 градусов Цельсия. При увеличении температуры, также как и при её уменьшении, ёмкость аккумуляторов будет снижаться.
2. Второй график показывает интенсивность старения аккумуляторов различных типов.
Видно, что быстрее всех стареют литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы, а медленнее всего - никель-металлгидридные (Ni-Mh).
3. И ещё одно замечание с данного сайта, о влиянии низких температур на характеристики литиевых аккумуляторов.
"В результате проведенных экспериментов о влиянии низких температур на аккумуляторы установлено, что низкая температура не ухудшает параметры, а только временно уменьшает токоотдачу и увеличивает скорость саморазряда. Долгое нахождение в низкой температуре не желательно для аккумуляторов на основе Li-ion, т.к. в результате более быстрого саморазряда, аккумулятор может полностью разрядиться. Если Li-ion аккумулятор оставить на хранение с напряжением ниже 2.5V сроком на три месяца и более, происходит необратимая потеря его емкости - аккумулятор становится незаряжаемым."
