В статье рассмотрены некоторые особенности работы разных типов аккумуляторов при высоких и низких температурах. Что можно, а что нельзя делать, чтобы не испортить аккумуляторы. Туристам, да и всем, кто использует на природе аккумуляторы это будет полезно знать.
Поделиться этой страницей в:
Современные аккумуляторы работают в широком диапазоне температур, но это не дают нам право заряжать их при этих экстремальных температурах. Низкая и высокая температура плохо влияют на заряжаемые батареи, поэтому, перед зарядкой их рекомендуется поместить в приемлемые температурные условия.
Старые типы батарей, например, свинцовые или Ni-Cd менее зависимы от температурных условий и могут заряжаться, даже после замерзания, малым током около 0.1С. Но это не пройдёт с большинством Ni-MH и литий-ионных батарей.
В Таблице 1 указаны допустимые температуры при заряде/разряде наиболее распространенных типов батарей: свинцово-кислотных, NiCd, NiMH и Li ion. (Здесь опущены батареи, разработанные специально для работы при экстремальных температурах.)
Таблица 1. Допустимый диапазон температур для различных типов батарей. Батареи имеют широкий температурный диапазон использования, но температура при заряде должна быть в установленных пределах. Рекомендуемая температура при заряде батарей: от 10°C до 30°C.При понижении температуры рекомендуется снизить ток заряда.
Зарядка батарей при низких температурах
Температура при быстрой зарядке батарей: от 5 до 45°C, для достижения лучших результатов, рекомендуется сузить температурный разброс: от 10°C до 30°C. Никелевые батареи наиболее неприхотливы и могут заряжаться при низких температурах, однако при заряде ниже 5°C уменьшается возможность рекомбинации кислорода и водорода внутри батареи при перезарядке, что ведет к более быстрому ее износу при этом и возрастает возможность взрыва батареи. Образовавшиеся газы разрушат электролит, а высвободившийся водород легко воспламенится. Во время заряда всех типов никелевых батарей при температуре ниже нуля, рекомендуется снижать ток зарядки до 0.1C.
Зарядные устройства для никелевых аккумуляторов, использующие метод падения напряжения в конце заряда (Negative Delta V), также будут заряжать не до конца, т.к. на холоде снижение напряжения имеет место при не полностью заряженных аккумуляторах. Результатом плохого приема заряда становится имитация полностью заряженной батареи. Отчасти это связано с нарастанием давления в результате плохой рекомбинации газов газов. Рост давления и падение напряжения заряда батареи - это взаимозависимые понятия.
Чтобы обеспечить возможность быстрой зарядки батарей при низких температурах, некоторые промышленные аккумуляторы оснащаются "тепловыми одеялами", которые обеспечивают подогрев батарей. Также, для этих целей, некоторые промышленные зарядные устройства регулируют уровень заряда, чтобы температура батарей оставалась в допустимых пределах. Бытовые зарядные устройства этими функциями не обладают, поэтому рекомендуется заряжать батареи только при комнатной температуре.
Свинцово аккумуляторы не так капризны при экстремальных температурах, примером тому служат автомобильные аккумуляторы, которые работают в широком диапазоне температур. При низкой температуре, рекомендуемый уровень заряда для них равен 0.3C, практически такой же, как и при нормальной температуре. При нормальной температуре 20°C, выделение газов начинается при 2.415V/ячейку, а при понижении температуры до -20°C напряжение, при котором начинается выделение газов, возрастает до to 2.97V/ячейку.
Не замораживайте свинцовые аккумуляторы. Это может вывести их из строя. Также, рекомендуется хранить свинцовые батареи полностью заряженными. В разряженных батареях электролит становится более водянистым и он замерзает быстрее, чем в полностью заряженных батареях.
Как известно, электролит с плотностью 1,15 имеет температуру замерзания -15 °С. А плотность электролита в полностью заряженной батарее 1.265. При промерзании, в корпусе свинцовых батарей появляются трещины и происходит утечка электролита, в результате банки в батареях теряют заряд и быстро приходят в негодность.
Литий-ионные батареи способны заряжаться и при низких температурах, а быстрый заряд этих батарей может идти в температурном диапазоне от 5 до 45°C. При температуре ниже 5°C следует снизить ток зарядки, а при температуре ниже нуля зарядку следует прекратить. Во время заряда, внутреннее сопротивление ячейки незначительно повышает температуру батарея, что компенсирует низкую температуру снаружи. Повышение внутреннего сопротивления при низкой температуре происходит у батарей всех типов.
Подавляющее большинство покупателей литий-ионных батарей не знают, что при температуре ниже 0°C заряжать их уже нельзя. Во время зарядки при такой температуре, частицы металлического лития могут попасть на анод. Это покрытие не пропадет при циклах заряда/разряда. Аккумуляторы с таким покрытием становятся менее отказоустойчивыми и могут прийти в негодность при вибрации или других "стрессовых" ситуациях. Продвинутые зарядные устройства, обычно не дают заряжать Li-Ion батереи при температуре ниже нуля.
Наряду с зарядкой низкими токами, производители Li-ion батарей продолжают искать другие возможности для их зарядки при температуре ниже нуля. Однако, не все производители могут позволить себе исследования на эту тему. Проблему низкотемпературной зарядки нужно решать отдельно в каждом конкретном случае, в зависимости от сферы применения батарей. По данным исследовательских центров, допустимый ток зарядки при температуре -30°C должен составлять 0.02C. Из этого следует, что Li-ion аккумулятор 1000 мАч должен заряжаться током около 20 мА, т.е. на зарядку уйдет 50 часов.
Li-ion батареи, разработанные для использования в электроинструменте и электродвигателях, могут заряжаться пониженным током при температурах до -10°C. Для зарядки повышенным током, батареи уже требуют наличия теплоизоляции. Так, некоторые автомобили с гибридными двигателями для обогрева батарей используют теплый воздух, циркулирующий в салоне автомобиля. А более дорогие модели электромобилей для подогрева и охлаждения батарей используют жидкости.
Зарядка аккумуляторов при высоких температурах
Высокая температура - злейший враг всех батарей, включая свинцово-кислотные. Умные зарядные устройства с термокомпенсацией, которые учитывают температуру батарей при зарядке, могут продлить жизнь свинцовых батарей на 15%. При повышении температуры заряжаемой батареи на 1°C, рекомендуется компенсировать напряжение заряда на -3mV на одну ячейку; знак минус означает, что напряжение должно уменьшатся при повышении температуры. Например, если при температуре 25°C напряжение заряда было установлено 2.30V на ячейку, то при 35°C - напряжение должно быть 2.27V на ячейку, а при 15°C - напряжение должно быть 2.33V на ячейку. Этот пример демонстрирует компенсацию в 30 мВ на каждые 10°C.
В Таблице 2 показаны оптимальные пиковые напряжения при различной температуре зарядки свинцовых батарей. В этой таблице, также, показано рекомендованное напряжение капельной (компенсационной) подзарядки в режиме ожидания.
Таблица 2: Рекомендованные значения напряжения зарядки свинцовых батарей на начальном этапе зарядки и в режиме ожидания. Термокомпенсация напряжения при заряде продлевает срок службы батарей.
Зарядка никелевых батарей при высокой температуре снижает выработку кислорода, что в свою очередь, приводит к снижению способности батарей принимать заряд. Высокая температура батареи вводит в заблуждение зарядное устройство и оно "думает", что батарея уже полностью заряжена, а это не так.
NiCd батареи наиболее полно исследованы на предмет зависимости заряда от температуры окружающей среды. На Рисунке 3 четко показано падение эффективности зарядки при температуре выше 30°C. При температуре 45°C, батарея сможет зарядиться только на 70% от своей ёмкости, а при температуре 60°C только до 45%.
Метод дельта V становится ненадежным при высоких температурах. Новые типы NiMH батарей показывают лучшие свойства при повышенных температурах, чем NiCd батареи.
Рисунок 3: Зависимость заряда NiCd батарей от температуры. Высокая температура снижает способность заряжаться. Эффективность заряда у бытовых NiMH батарей при температуре 55°C составляет 35-40%, а у новых промышленных NiMH эффективность достигает 75-80%. Информация предоставлена компанией Cadex - экспертом в области зарядных устройств.
Li-ion батареи хорошо работают при повышенной температуре окружающей среды. Однако, продолжительное воздействие повышенных температур может сократить срок их службы. Эффективность зарядки Li-Ion батарей составляет 97-99 процентов, независимо от температуры. На самом деле, высокая температура даже немного увеличивает эффективность заряда за счет повышения внутреннего сопротивления.
Если батареи других типов могут "стерпеть" выход за рамки рекомендованных эксплуатационных характеристик, то для Li-Ion батарей существуют ограничения. Правила безопасности предписывают эксплуатировать Li-ion батареи в строго установленных рамках из-за возможности их взрыва в результате перегрева при неправильной эксплуатации. Полностью заряженная Li-Ion батарея более подвержена термовзрыву, т.к. температура, при которой возможен этот взрыв, понижается с возрастанием степени зарядки батареи. Несмотря на это, Li-Ion батареи с успехом применяются там, где возможно кратковременное воздействие высоких температур, например, для стерилизации хирургического инструмента при 137°C. Другое применение - в отбойных молотках при добыче полезных ископаемых.
Зарядка аккумуляторов при низких и высоких температурах | 1 Комментарий
Спасибо за проявленный интерес
Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.
Re: Зарядка аккумуляторов при низких и высоких температурах Разместил: walker Дата: 21.04.2012
Не рекламы ради, а в дополнение.
Вышла новая версия аккумуляторов АА Энелуп с защитой от перегрева. Вроде отключается при температуре выше 50 С.
http://www.ebay.com/itm/4-New-Sanyo-Eneloop-Plus-safe-batteries-AA-1800-times-rechargable-1900mAh-/290699253310?pt=US_Batteries&hash=item43af06963e
На главную
