Аккумулятор для пониженных температур

Аккумулятор для зимы — эксплуатация акб в холодное время года

Какой лучше выбрать аккумулятор для зимы? Этот вопрос актуален даже для средней полосы России, не говоря уже о более северных регионах. Не важно, когда вы покупаете аккумулятор, ведь зима близко, и даже летом надо задумываться о том, как АКБ поведет себя через полгода. Незначительная разница при работе в тепле у разных аккумуляторов может стать гораздо больше для холодного климата: падение температуры сказывается и на работоспособности АКБ, и на нагрузке на батарею (холодный двигатель труднее прокручивается стартером, отсюда и большее потребление тока).

Влияние температуры на аккумулятор

Аккумулятор «запасает» энергию с помощью чисто химического процесса на своих пластинах и благодаря обратному процессу ее отдает. Если же вспомнить, что любые химические процессы протекают с разной скоростью при разных температурах, то можно понять, что и скорость зарядки, и токоотдача у аккумулятора зимой упадут.

Поэтому для получения максимальной отдачи зимой от аккумулятора потребуется наибольшая активная площадь пластин — чем она больше, тем быстрее при прочих равных батарея сможет набирать и отдавать заряд. Оценить ее при сравнении разных аккумуляторов можно косвенно по параметру, обязательно указываемому на батарее — по току холодной прокрутки.

Независимо от выбранной производителем системы измерения ток холодной прокрутки всегда измеряется при отрицательных температурах, то есть прекрасно отражает именно поведение аккумулятора зимой. Выбирая, скажем, между АКБ с током в 570 А (EN) и 620 А (EN), отдать предпочтение стоит именно второму: при одинаковой температуре в −18 градусов он отдает заметно больший ток.

Емкость аккумулятора — величина нелинейная: указываемая на аккумуляторе цифра измеряется при стандартной температуре и токовой нагрузке. При охлаждении емкость АКБ снижается из-за падения скорости химической реакции в банках батареи. Поэтому в пределах размеров, заданных габаритами аккумуляторного отсека, стоит выбрать аккумулятор с емкостью выше чем у штатного АКБ (на 5 −10 а/ч).

Какого типа лучше аккумулятор для зимы?

Классические свинцово-кислотные аккумуляторы

К этой категории относятся все АКБ, где между пластинами находится только жидкий электролит. Современные технологии позволили сделать такие аккумуляторы практически или полностью необслуживаемыми, обеспечив стабильность уровня и плотности электролита.

Для эксплуатации в зимнее время аккумуляторы, выполненные по кальциевой технологии, предпочтительнее более дешевых батарей с пластинами из малосурьмянистого сплава (гибридные акб). В первую очередь благодаря большей скорости набора заряда: здесь образование водорода на пластинах в разы меньше, а именно его микроскопические пузырьки снижают активную площадь пластин, замедляя скорость зарядки. Особенно это важно, если зимой Ваш автомобиль используется преимущественно для коротких поездок: медленно заряжающийся аккумулятор просто не будет успевать восполнить запас энергии, растраченный при запуске.

Главное при использовании аккумулятора зимой — это регулярный контроль его состояния: пребывая в постоянно недозаряженном виде, аккумулятор начнет подвергаться сульфатации, которая тем быстрее, чем выше степень разряда. Если за время поездок Вы не успеваете зарядить аккумулятор, стоит задуматься о приобретении зарядного устройства, причем желательно с режимом десульфатации: такое ЗУ не только сможет поддержать заряд батареи, но и обеспечит ей максимальный ресурс.

Необходимо периодически проверять степень заряда аккумулятора. Один из методов — это нагрузочный тест: простейшая нагрузочная вилка позволит сразу увидеть, как быстро начнет падать напряжение на аккумуляторе под нагрузкой. Более совершенные цифровые тестеры способны выдать информацию о состоянии аккумулятора прямо в виде текстовых рекомендаций — «норма/зарядите/замените».

Аккумуляторы AGM

Аккумуляторы этого типа содержат электролит в специальном инертном наполнителе, который одновременно является элементом виброзащиты аккумулятора. За счет этого в те же габариты производитель может вписать большее количество пластин меньшей толщины — а, значит, аккумулятор сможет иметь большую емкость и токоотдачу. Кроме того, такие АКБ быстрее набирают заряд — недаром для систем «старт-стоп» применяются чаще всего именно аккумуляторы на основе технологии AGM.

Эти преимущества делают AGM-аккумуляторы более предпочтительными для использования зимой, чем классические свинцово-кислотные батареи. Немаловажно и то, что у AGM-аккумуляторов выше стойкость к глубокому разряду.

Гелевые аккумуляторы

У гелевых батарей сгущен сам электролит, то есть дополнительный наполнитель, как у AGM-аккумуляторов, им не нужен. По емкости и токоотдаче гелевые АКБ являются однозначными лидерами.

Однако особенности работы сгущенного электролита делают гелевые аккумуляторы малоприменимыми в качестве стартерных: практически все представленные в продаже аккумуляторы на гелевой основе — это тяговые батареи. Распространенная ошибка — это путаница между AGM и гелевыми аккумуляторами. Например, часто можно встретить упоминания о том, что аккумуляторы Optima Red Top являются гелевыми, на самом же деле они выполнены по технологии AGM — между пластинами установлен стекловолоконный сепаратор. Однако гелевые акб всё же встречаются в автомобилях — но как дополнительные источники питания — для аудиосистемы, например, или в «домах на колёсах». Но не следует их путать с основным автомобильным аккумулятором, т.к. они сильно отличаются.

Восстановление работоспособности аккумулятора

Что сделать, если аккумулятор все же не перенес мороза? В первую очередь нужно постараться максимально восстановить его работоспособность, проведя полный цикл заряда.

Проблема в том, что замерзший аккумулятор практически не способен принимать ток заряда. Поэтому применять для «реанимации» исключительно автоматические зарядные устройства нельзя: не получая должной нагрузки, они будут сразу отключаться. Лучше всего по возможности перенести аккумулятор в теплое помещение — заряжаться он начнет гораздо быстрее.

Лучший режим для зарядки замерзшего аккумулятора — импульсный, называемый в инструкциях к зарядным устройствам обычно режимом десульфатации или регенерации. В этом случае ток подается с небольшими паузами, что позволяет быстрее разрушить кристаллы сульфата свинца и довести скорость заряда до максимальной.

Если же у Вас есть только простое автоматическое зарядное устройство, то для «оживления» аккумулятора можно прибегнуть к хитрости, имитировав нагрузку на клеммах — достаточно подключить параллельно контактам зарядного устройства лампу из фары, чтобы зарядное устройство начало давать ток. При этом напряжение, приложенное к аккумулятору, позволит ему постепенно начать набирать заряд, и далее Вы уже сможете отключить лампу, чтобы всю мощность зарядное устройство отдавало уже на аккумулятор.

Более совершенные цифровые зарядные устройства способны сами включать режим восстановления при необходимости, но и цена у таких устройств заметно выше.

Источник

Питание для холодного климата: морозостойкие литий-полимерные АКБ от EEMB

Литий-полимерные аккумуляторные батареи производства компании EEMB с индексом LC в конце наименования имеют возможность разряда при отрицательных температурах до -40°C. При этом значение емкости остается на уровне 70% от номинальной.

С егодня химические источники тока, — литиевые аккумуляторные батареи (АКБ) и гальванические элементы, — используются как в портативной электронике — в ноутбуках, сотовых телефонах, карманных ПК, мр3-плеерах и так далее, – так и в электротранспорте, накопителях энергии, энергосистемах. При этом производители всеми силами стараются повысить плотность хранения энергии, увеличив тем самым время автономной работы устройств. По своим характеристикам литиевые аккумуляторы превосходят разработки, произведенные по другим химическим технологиям (Ni-Cd – никель-кадмиевые аккумуляторы, Ni-MH – никель-металлгидридные аккумуляторы). Можно выделить следующие преимущества литиевых аккумуляторов:

• отсутствие «эффекта памяти», что дает возможность заряжать и подзаряжать аккумулятор по мере необходимости;
• высокая удельная емкость;
• небольшая масса;
• низкий уровень саморазряда – не более 3…5% в месяц.

Конечно, как и в любой технологии, у литиевых аккумуляторов есть и недостатки, например:

• необходимость схемы защиты (встроенной или внешней), которая ограничивает максимальное напряжение на каждом элементе аккумулятора во время заряда и предохраняет напряжение элемента от слишком низкого понижения при разряде. Кроме того, она ограничивает максимальные токи заряда-разряда и контролирует температуру элемента;
• более высокая стоимость по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами.

Типовые характеристики литиевых АКБ зависят от химического состава их компонентов, наличия или отсутствия в них примесей и варьируются в следующих пределах:

• напряжение единичного элемента (ячейки):
  • номинальное: 3,6…3,7 В;
  • максимальное: 4,2 В;
  • минимальное: 2,5…3,0 В;
• удельная энергоемкость: 110…243 Вт•ч/кг;
• число циклов «заряд/разряд» до достижения 80 % емкости: 600;
• саморазряд при комнатной температуре: 3…5% в месяц;
• ток нагрузки относительно емкости С, представленной в А•ч:
  • постоянный: до 3…5С (тип.);
  • оптимальный: до 1С;
• диапазон рабочих температур: -20…60°C (оптимальная: 20°C).

Технологии изготовления литиевых аккумуляторов постоянно улучшаются. Способы решения проблем с обеспечением безопасности эксплуатации и высокой стоимости привели к появлению литий-полимерных (Li-polymer или Li-pol) аккумуляторов.

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Изначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется большей безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. К тому же отсутствие жидкого электролита исключает возможность воспламенения. Толщина элемента составляет около одного миллиметра, поэтому разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Основные преимущества литий-полимерных аккумуляторов:

• малый саморазряд;
• толщина элементов: от 1 мм;
• свобода в выборе формы АКБ;
• незначительный спад напряжения по мере разряда;
• улучшенная безопасность.

По сравнению с жидкими электролитами в литий-ионных аккумуляторах, полимерные электролиты имеют меньшую ионную проводимость, которая, к тому же, снижается при температуре ниже нуля. Поэтому проблема разработок Li-pol-аккумуляторов состояла не только в поиске наиболее подходящего электролита с достаточно высокой проводимостью, совместимого с электродными материалами, но и в расширении диапазона рабочих температур.

Аккумуляторы с полимерным электролитом выпускают многие мировые производители. Электродные материалы, рецептуры электролита и технологии изготовления Li-pol-аккумуляторов разных компаний значительно отличаются. Соответственно, отличаются и их характеристики. На качество Li-pol-аккумуляторов и стабильность их работы сильно воздействует однородность полимера, на которую оказывают влияние как соотношение компонентов электролита, так и температура полимеризации.

Среди компаний, выпускающих литий-полимерные АКБ, выделяется компания EEMB – известный и хорошо зарекомендовавший себя производитель литиевых аккумуляторов, предлагающий широкий спектр химических источников тока [1]. Продуктовая линейка включает в себя первичные (неперезаряжаемые) и вторичные (перезаряжаемые) литиевые батареи. Со времени основания в 1995 году компания стала широко известна во многих ключевых сегментах рынка химических источников тока. EEMB производит высокотехнологичные литиевые батареи для промышленности и специальных применений.

Основным минусом литиевых аккумуляторов является существенное уменьшение емкости и быстрый разряд при низких температурах. Как правило, предельной температурой у аккумуляторов такого типа является -20°C.

В настоящий момент компания EEMB разработала и серийно производит литий-полимерные АКБ с возможностью разряда при температуре от -40°C (таблица 1). При этой температуре значение емкости остается на уровне 70% от номинальной при токе разряда 0,2С и напряжении отсечки 2,75 В, что намного больше военного стандарта емкости 40%. В дополнение к этому компания EEMB имеет ряд патентов на свое изобретение.

Таблица 1. Морозостойкие аккумуляторы EEMB

Наименование	Номинальное напряжение, В	Емкость, мАч		Размеры, мм			Вес, г
		Стандартная	Минимальная	Толщина	Ширина	Высота
LP383454LC	3,7	720	670	3,8	34	54	14,4
LP603048LC	3,7	900	850	6	30	48	18
LP963450LC	3,7	1800	1700	9,6	34	50	36
LP103450LC	3,7	1850	1800	10	34	50	37
LP505597LC	3,7	3100	2900	5	55	97	62

Низкотемпературные литий-поли­мерные батареи найдут широкое применение в устройствах, предназначенных для холодного климата.

Рис. 1. Низкотемпературный аккумулятор LP603449LC

Отличить морозостойкую серию аккумуляторов можно по наличию символов LC в конце наименования, например LP103454LC (рисунок 1), где:

• LP – тип аккумулятора (Li-Pol);
• 10 – толщина аккумулятора (1,0 мм);
• 34 – ширина аккумулятора (34 мм);
• 54 – длина аккумулятора (54 мм);
• LC – низкотемпературная версия.

Данные АКБ открывают новые возможности применения литиевых аккумуляторов, и это – существенная веха в аккумуляторном производстве.

На рисунке 2 изображены графики зависимости емкости и напряжения при температуре -10°С и -20°С для стандартной версии аккумулятора (синий и красный цвет), а также для низкотемпературной LC-версии аккумулятора (черный цвет). Изображенные зависимости снимались при разрядном токе 0,2 С (C – емкость аккумулятора) до напряжения отсечки 2,75 В. В таблице 2 приведены абсолютные значения емкости при тех же условиях разряда.

Рис. 2. Разряд стандартных и LC-АКБ в зависимости от температуры

Из графиков, изображенных на рисунке 2, и данных таблицы 2 видно, что стандартная версия допускает возможность разряда только до -20°С, и при этом потеря емкости составляет 15…17%. Потеря емкости несущественна, но и предельная температура (-20°С) невелика для северного климата.

Таблица 2. Емкость Li-Pol и стандартных аккумуляторов в зависимости от температуры

Версия батареи/температура	Энергоемкость батареи при разных рабочих температурах, %
	60°С	25°С	-20°С	-40°С
Стандартная батарея	98	98	83	–
Низкотемпературная (LC)	98	98	98	98

У новой LC-серии аккумуляторов также снижается емкость при отрицательной температуре, и снижение составляет 25…28%, но уже при температуре -40°С, что является весьма неплохим показателем. Принимая во внимание, что стоимость Ватт*часа новой серии АКБ выше стандартной версии примерно на 18…25%, можно утверждать, что EEMB имеет линейку очень перспективных аккумуляторов для применения в суровом российском климате.

Новые аккумуляторы допускают не только разряд при отрицательной температуре, но и возможность заряда. АКБ можно заряжать при температуре до -10°С током 0,2C. Однако зарядить в таких условиях его можно только до 70% от номинальной емкости (в технических данных эта информация отсутствует).

Немаловажным параметром низкотемпературных аккумуляторов является изменение их свойств при низкой температуре хранения. На рисунке 3 изображена зависимость емкости от температуры хранения при 20°С (красная линия) и -40°С (зеленая линия). Время хранения аккумуляторов составляло 15 суток, за эти дни емкость при 20°С уменьшилась на 5…6%, при -40°С – на 48%. Затем аккумулятор был заряжен при температуре 0°С, и вновь была проверена его емкость (рисунок 4). Значение емкости оказалось на уровне 99% от первоначального значения.

Рис. 3. График зависимости емкости аккумулятора от температуры хранения при 20°С и -40°С

Нужно отметить, что получены весьма неплохие результаты, так как -40°С для аккумулятора – это очень суровые условия, и то, что он за пятнадцать дней сохранил половину своей емкости, а при последующем заряде его емкость практически полностью восстановилась, говорит о высоком качестве продукции EEMB.

Рис. 3. График зависимости емкости аккумулятора от температуры хранения при 20°С и -40°С

Заключение

Существует ряд приложений, для которых весьма актуальна возможность работы при отрицательной температуре, например, для портативной аппаратуры, средств радиосвязи, контрольно-измерительной и контрольно-диагностической аппаратуры, устройств индивидуальной сигнализации (электронный маяк спасателя) и тому подобного. Для таких приложений, из соображений оптимального сочетания цены/качества, наилучшим образом подойдет продукция компании EEMB.

Производителей литиевых АКБ в мире достаточно много, их технологии изготовления и сама продукция могут существенно различаться. Однако не все они имеют в своей линейке продукции морозостойкие АКБ, актуальность которых для целого ряда областей применения очевидна. Наличие подобных АКБ в номенклатуре компании EEMB еще раз подтверждает ее статус производителя высококачественной продукции.

Современные литий-полимерные аккумуляторы обеспечивают удельные характеристики, сравнимые с характеристиками литий-ионных аккумуляторов, а благодаря отсутствию жидкого электролита они более безопасны.

При всех стандартных проверках на безопасность использования (перезаряд, форсированный разряд, короткое замыкание, вибрация, раздавливание и протыкание) Li-pol-аккумуляторы имеют существенно более высокие показатели по сравнению с литий-ионными аккумуляторами с жидким электролитом. Перспективы серьезного расширения производства Li-pol-аккумуляторов и использования их в самых разнообразных областях техники не вызывают сомнений.

С появлением элементов литий-полимерных аккумуляторных батарей толщиной всего в 1 мм перед конструкторами электронных устройств открылись новые возможности в отношении конечной формы и размеров новой аппаратуры. Были убраны многие ограничения касательно микроминиатюризации радиоэлектронных устройств.

Источник