Експлуатація літієвих акумуляторів

перший заряд

Міф: Після покупки нового пристрою акумулятор потрібно заряджати мінімум 3-5-10 годин.

Але особливо незрозумілим для мене залишається подібна рекомендація від виробників техніки. Наприклад, нижче є витяг з інструкції до електроінструменту AEG. Мало того, що рекомендують заряджати довго, так ще й заявляють, що ємність набереться лише через кілька циклів заряд-розряд. Таке відчуття, що перша половина рекомендацій перекочувала з інструкції від версії інструменту з Ni-Cd акумулятором, а частина згодом була дописана при переході на Li-Ion.

Хоча заряджати пристрій довше покладеного перший раз може бути корисно для акумуляторів, зібраних з кількох послідовних банок. Тривалий цикл заряду в даному випадку гарантує те, що акумулятор буде як слід отбалансирован.

Тренування

Міф: Новий акумулятор потрібно перші кілька циклів повністю розрядити-зарядити, щоб він набрав номінальну ємність.

Реально ж, розгойдати можна акумулятори на основі нікелю і свинцю, тому що хімічні процеси в них частково оборотні. У разі літієвих акумуляторів звернути, на жаль, нічого не можна, можна тільки сповільнити (про це нижче).

А взагалі, за подробицями проходите сюди.

нереальні ємності

Міф: Маркування 100500мАч на корпусі акумулятора.

Не зовсім міф, просто факт наявності в продажу посилених акумуляторів з смачними х-ками. Причому простежується залежність: чим нижче вартість, тим нахабніше виробник і великі цифри він малює на тілі акумулятора.

Якщо подивитися опис за посиланням, там є характеристика "actual capacity". Це не помилка, акумулятор в реальності має ємність в 10 разів нижчою від заявленої. В даному випадку, маркування - це відвертий обман виробника.

Щоб зрозуміти, які в даний момент можливі максимальні ємності акумуляторів тих чи інших типорозмірів. Якщо хтось пропонує акумулятор в тому ж розмірі. Мало того, про якість акумуляторів говорить їхня вага. Звичайно, технології не стоять на місці, але щоб зрозуміти, де на даний момент її передова, досить подивитися, що пропонують великі виробники акумуляторів (наприклад, Samsung, Panasonic, Sanyo).

Будь-яке правильне зарядний пристрій для літієвого акумулятора повинно працювати за алгоритмом CC-CV (Constant Current - Constant Voltage). Це означає, що на початку акумулятор заряджається постійним струмом (зазвичай не перевищує чисельне значення ємності акумулятора). Коли напруга на ньому досягає необхідної величини (4.1, 4.2, 4.35В в залежності від типу), зарядний пристрій повинен переходити в режим підтримки напруги, з цього моменту напруга підтримується постійним, а зарядний струм поступово падає.

Є ще цікавий момент. Наприклад, маємо акумулятор з кінцевим напругою заряду 4.2В. Виробник заявляє для нього 300 циклів заряд-розряд (тобто через 300 циклів акумулятор повинен втратити не більше 20% ємності). Якщо ми будемо кожен раз заряджати акумулятор до 4.25В (тобто трохи перезаряджати, схема захисту акумулятора при таких перезарядити ще не спрацьовує), тоді число циклів зменшиться до 100, а якщо до 4.15В (тобто втрачаючи кілька відсотків ємності ), то число циклів збільшиться до 500.

Мінімально допустима напруга при розряді встановлюється виробником акумулятора. Зазвичай це значення лежить в межах 2.5-2.7В. Нижче цього значення в акумуляторі починаються незворотні хімічні процеси, що призводять до незворотної втрати ємності. Тут все індивідуально, якийсь акумулятор після відходу нижче втратить 20% ємності, що може бути майже непомітно, а якийсь може втратити все 80%, тобто стане майже непридатним до використання.

Дуже цікавий мій власний досвід відновлення акумуляторів після глибокого розряду. Була вибірка з 40 літієвих банок Samsung INR18650 з 2х утоплених акумуляторів від перфоратора. Перша сортування банок була наступним чином: більше 2.7В і менш 2.7В. Ті, що мали напруга більш 2.7В були відразу відзначені як справні. Далі йшли виряджені. Це були акумулятори з напругою 0-100мВ і 0.5-1.5В.

За підсумком відновлення, ті що мали хоч якесь залишкове напруга непогано взяли заряд, зберігши більше 50% початкової ємності, а ті що мали напруга менш 100мВ, заряджатися відмовлялися: при зарядці вели себе як низькоомний резистор (таким чином можна припустити, що у них відбулося внутрішнє замикання).

Взагалі, в теорії, зарядка такого "убитого" літієвий акумулятор небезпечний процес: при всередині у нього починає кристалізуватися металевий літій і він наростає на електроді. Таким чином, можливо замикання акумулятора. Якщо замикання відбувається в розрядженому стані, тоді виділяється трохи енергії, а ось якщо воно відбудеться, коли акумулятор повний, феєрверк забезпечений. Однак, подібних випадків мені невідомо.

Головний недолік літієвий акумулятор - він схильний до старіння. Даний процес є незворотним і запускається з дня виробництва акумулятора. Старіння проявляється поступовою втратою ємності. Тобто крім зношування в процесі експлуатації, акумулятор сам по собі втрачає якусь частину своєї ємності. Зазвичай це значення в межах 10% в рік.

Що ж впливає на швидкість старіння? В першу чергу це:

1. Рівень заряду, який знаходиться в акумуляторі в процесі експлуатації.
2. Температура зберігання.

Високі температури протипоказані, при високих експлуатаційних температурах акумулятор деградує швидше, та й при зберіганні старіє швидше.

Так само виробниками завжди зберігати акумулятор з рівнем заряду 30-50%, вище - швидкість деградації збільшується, нижче - є ризик піти в перерозряду. Офіційна рекомендація AEG на цей рахунок:

Тобто, покористувалися зарядили (щоб не було повних циклів), а користуватися довго не плануємо - розрядили до половини і зберігаємо. До речі, деякі Li-Po акумулятори при зберіганні з 100% зарядом мають звичай розбухати.

Дуже інформативна дана таблиця:

Як з неї видно, щоб максимально знизити швидкість старіння, потрібно: зарядити акумулятор на половину і зберігати при низькій температурі. З температурою головне не перестаратися. Мінімальна для літієвих акумуляторів близько 20С, при більш низьких є ризик заморозити електроліт, що призведе до повної непрацездатності акумулятора. Розумна температура 0-10С, тобто то що мається на камері холодильника (НЕ морозилці!).

Зберігання літію в холодильнику - практика, яка поширюється серед авіамоделістів, є теми де йде обговорення цього процесу (наприклад ця). З недавнього часу, у мене з'явилося досить багато літієвих акумуляторів для інструменту, які в повному обсязі потрібні раз в кілька місяців. Тому захотілося продовжити акумуляторів життя. Для цього купив пластикові герметичні контейнери і силікагель. Останній необхідний тому що при зниженні температури повітря в замкнутому просторі вологість підвищується (аж до випадання роси). Цю надлишкову вологість необхідно поглинути.

Разом все виглядає так: