Зависимость заряда аккумулятора от температуры окружающей среды

Температура аккумулятора при зарядке

Многим интересно — при какой температуре заряжать аккумулятор? Ведь наверняка многие слышали истории о том,

как при очень низких и очень высоких температурах аккумуляторы начинали вести себя странно — очень долго заряжались, быстро разряжались либо даже вовсе переставали работать.

Оплавленная аккумуляторная батарея телефона после неправильной зарядки

Ниже мы рассмотрим особенности зарядки аккумулятора, а также рассмотрим несколько рекомендаций, придерживаясь которых ваше устройство прослужит долгую службу.

Типы аккумуляторов и рекомендуемый температурный режим

Большинство современных аккумуляторов могут работать в широком температурном диапазоне. Однако при очень низких и очень высоких температурах может меняется химическая структура аккумулятора, а это может привести к большому количеству проблем.

Чтобы избежать проблем, производители советуют перед зарядкой поместить аккумулятор в приемлемые для него температурные условия.

Оптимальная температура заряда для продолжительной жизни аккумуляторной батареи

Оптимальной температурой для зарядки считается диапазон от +10 до +30 градусов, однако заряжать аккумуляторы можно и при других температурах:

1. Если аккумулятор свинцово-кислотный, то заряжать его нужно при температуре от -20 до +50 градусов. Если зарядка происходит при отрицательных температурах, то ток следует понизить до 0,3С и ниже.
2. Если аккумулятор никель-кадмиевый или никель-металлогидридный, то заряжать его нужно при температуре от 0 до +45 градусов. При зарядке в пределах от 0 до 5 градусов следует понизить ток до 0,3С. При нарушении температурного режима серьезно снижается КПД устройства.
3. Если аккумулятор литий-ионный, то заряжать его нужно при температуре от 0 до +45 градусов. Заряжать аккумулятор при отрицательных температурах запрещено, чтобы не повредить его.

Особенности зарядки при низких температурах

Существуют следующие рекомендации относительно зарядки батарей при низких температурах:

• самыми неприхотливыми являются батареи из никеля. Их можно заряжать даже при отрицательных температурах, однако, при зарядке при температуре ниже +5 градусов замедляется рекомбинация газов в случае перезарядки. Это не только ведет к быстрому износу батареи, но и значительно повышает вероятность взрыва. Поэтому при температурах ниже +5 градусов следует снижать заряжающий ток до 0,1С;
• в промышленности часто используют аккумуляторы с так называемыми тепловыми одеялами. Они подогревают батареи и не дают им промерзнуть. К сожалению, эти одеяла значительно повышают стоимость прибора, поэтому бытовые аккумуляторы этими одеялами оснащаются довольно редко;
• нельзя замораживать свинцовые батареи, а хранить их нужно полностью заряженными. Ведь в разряженных батареях сердцевина становится более водянистой. Если свинцовые батареи долго держать на морозе, в корпусе могут появиться трещины, из-за которых устройство будет быстрее разряжаться, а сама батарея быстро придет в негодность;
• во время зарядки литий-ионных батарей при отрицательных температурах металлические частички могут попасть на электрод, что приведет к образованию тонкого металлического покрытия. Из-за этого значительно снижается отказоустойчивость, а при сильных вибрациях аккумулятор может и вовсе сломаться;
• существуют экспериментальные литий-ионные батареи, которые могут работать при температуре -10 градусов. Однако они используют очень низкий ток зарядки, поэтому заряжаются эти батареи достаточно долго; также они обычно имеют пониженный срок годности.

Зависимость плотности электролита от температуры окружающей среды

Особенности зарядки при высоких температурах

Существуют следующие рекомендации относительно зарядки батарей при высоких температурах:

1. Высокие температуры представляют серьезную опасность для свинцовых батарей, поэтому многие аккумуляторы такого типа снаряжаются специальными устройствами, которые позволяют продлить жизнь батареи на 10-15%. Также рекомендуется менять предел напряжения: при температуре 0-25 градусов предел напряжения составляет 2,4 — 2,5 вольт, при температуре 25-40 — 2,3 — 2,4 вольт, при температуре 40-50 градусов — 2,2 — 2,3 вольт. Если же же происходит капельная зарядка, то следует снизить напряжение еще на 0,2 пункта).
2. Никель-кадмиевые батареи при повышенной температуре окражующей среды практически невозможно зарядить полностью. Ведь в таких условиях снижается выработка кислорода, из-за чего батарея постепенно теряет возможность накапливать электричество. Например, при температуре 45-50 градусов батарея может зарядиться лишь на 70%, тогда как при температуре 60 градусов КПД составит не более 45%. Впрочем, у новых никель-металлогидридных батарей КПД выше, чем у старых никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако они пока что очень плохо изучены, поэтому делать выводы преждевременно.
3. Литий-ионные аккумуляторы хорошо переносят высокие температуры, а их КПД составляет порядка 98%. Однако длительное воздействие высоких температур плохо влияет на здоровье батареи. Это не только снижает срок службы, но и заметно повышает вероятность взрыва.

Советы

Опытные инженеры советуют при зарядке аккумуляторов придерживаться следующих рекомендаций:

1. Многие батареи не имеют датчика температур. Если у вас именно такой аккумулятор, следует своевременно компенсировать влияние температуры окружающей среды. Сделать это можно при помощи изменения тока зарядки. При температуре 20-25 градусов можно заряжать аккумулятор по стандартной схеме, а при отклонении от этих параметров следует повышать (если температура ниже 20 градусов) либо повышать (если температура выше 25 градусов) напряжение на 0.03 В на каждый градус (однако, помните, что при понижении температуры ниже 5 градусов в ряде случаев может потребоваться снижение входного напряжения).
2. Существует заблуждение, что при отрицательных температурах все АКБ сильно разогреваются — это не совсем верно. Действительно, если напряжение будет очень высоким, то разогревание аккумулятора возможно, однако, такие высокие токи очень редко используются, поэтому при отрицательных температурах батареи практически не разогреваются.
3. Некоторые свинцовые аккумуляторы имеют кальциевое легирование. Если у вас такая батарея, помните, что следует избегать разряда батареи ниже 10,8 В. Следует периодически подзаряжать кальциевый аккумулятор, чтобы избежать полной разрядки.
4. Если вы используете аккумулятор в качестве источника питания для автомобиля, то следует помнить несколько важных моментов. Во-первых, если вы заряжаете устройство прямо в автомобиле, нужно обязательно учитывать температуру подкапотного пространства (а она может быть выше температуры окружающей среды, если вы недавно ездили куда-либо на этом автомобиле). Во-вторых, если вы принесли в помещение холодный аккумулятор, то ему понадобится время, чтобы нагреться (обычно порядка 5-7 часов); не верьте температурному датчику — он может показывать температуру окружающей среды, а не аккумулятора. В-третьих, в зимний период желательно прогревать двигатель перед поездкой — в таком случае температура подкапотного пространства вырастет, а АКБ будет лучше воспринимать заряд.

Заключение

Подведем итоги. Заряжать аккумуляторы имеет смысл при температуре 0-45 градусов, однако лучше всего это делать при 10-30 градусах. Не нужно заряжать аккумуляторы при отрицательных температурах, поскольку энергия будет плохо накапливаться.

Это правило не касается свинцовых аккумуляторов — их можно заряжать при температуре не ниже -20 градусов, хотя инженеры все же не рекомендуют это делать, поскольку при длительном воздействии отрицательных температурах возможно растрескивание батареи, что снижает срок эксплуатации и повышает вероятность взрыва. Также следует менять напряжение зарядки в зависимости от температуры окружающей среды, чтобы полностью зарядить батареи.

Источник

Эксплуатация свинцово-кислотных аккумуляторных батарей при отрицательных температурах

Условия эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей будь то в составе резервных источников питания, применяемых в системах автоматики и телемеханики на видах транспорта, телекоммуникационного оборудования и оборудования связи, охранных и пожарных систем безопасности и других устройств предусматривают различное их размещение и монтаж непосредственно на самих объектах эксплуатации. Если свинцово-кислотные аккумуляторные батареи расположены внутри помещений в специально оборудованных аккумуляторных комнатах с системами отопления, вентиляции и кондиционирования, то условия их работы, как правило, мало чем отличаются от тех, которые предписаны заводом-изготовителем. Условия эксплуатации батарей в наружных шкафах, где практически нет разницы с температурой внешней среды, заслуживают отдельного внимания. В этом случае не всегда выполняются требования к режиму заряда аккумуляторов, они часто эксплуатируются при низких и даже отрицательных температурах. Это, в свою очередь, ограничивает не только доступную разрядную емкость аккумуляторных батарей, но и зачастую ведет к постоянному недозаряду последних.

Все технические характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов, включая проектируемый срок службы, определены для эталонной температуры 20° (как правило, для европейских производителей) или 25°С (преимущественно для производителей Юго-Востока Азии) в зависимости от серии батарей и производителей. Поддерживать эту температуру в течение всего срока службы очень сложно, поэтому рекомендуемая температура эксплуатации без использования поправочного температурного коэффициента варьируется в пределах 10-30°С. Для многих типов аккумуляторов в этом диапазоне не требуется регулирование напряжения заряда с применением температурного коэффициента.

Зависимость емкости аккумулятора от температуры

Как уже отмечалось выше, условия работы батареи в наружных шкафах существенно отличаются от рекомендуемых производителем. В зимний период в зависимости от региона температура в них может опускаться ниже -50°С. Поэтому при этих условиях заряд аккумуляторных батарей, как правило, производят повышенным напряжением из расчета на 0,003 В/°С, отличной от рекомендованной заводом-изготовителем.

При эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов при пониженной температуре ограничивается их допустимая разрядная емкость.Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей герметизированного исполнения («AGM» и «GEL») примерные данные зависимости емкости в процентном соотношении от температуры окружающей среды представлены в таблице.

Примерный график зависимости отдаваемой емкости (Сразр.) в процентном соотношении к номинальной емкости от температуры (°С) представлен на Рис. 1. Если исходить из того, что 100% емкость батареи соответствует температуре 25°С, то из графика видно, что с понижением температуры отличной от 25°С отдаваемая емкость аккумуляторных батарей падает, а с повышением, наоборот, возрастает.

Такое поведение свинцово-кислотного аккумулятора объясняется обратной зависимостью его внутреннего сопротивления от температуры. Величина сопротивления возрастает, прежде всего, за счет ухудшения проводимости электролита, а также по мере разряда аккумулятора. Это связано с тем, что при отрицательных температурах снижается скорость диффузии ионов электролита (и его концентрации в порах активной массы), проводимость самой активной массы и сепаратора. При этом уменьшается электропроводность в целом.С увеличением внутреннего сопротивления усиливается поляризация и создаются условия для образования мелкокристаллических плотных осадков сульфата свинца, вызывающих пассивирование отрицательного электрода.

Если вспомнить Закон Ома для полной цепи (I= ε/R+r), который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи, то видно, что чем выше внутреннее сопротивление (особенно электролита), а оно повышается с понижением температуры, тем меньше отдаваемый аккумуляторной батареей ток, а соответственно и емкость самой батареи.

Динамика снижения напряжения аккумулятора при разряде зависит от изменения ЭДС элемента, динамики роста его внутреннего сопротивления, а также величины тока разряда. Иными словами, чем ниже температура аккумулятора и больше ток разряда, тем быстрее упадет напряжение на его выводах и, соответственно, меньше окажется снятая емкость. Возникает эффект так называемой «кажущейся» потери емкости, когда запас непрореагировавших активных веществ еще достаточен, а разряд приходится прекращать из-за недопустимого снижения напряжения на выводах батареи.

Точка замерзания электролита

С понижением температуры увеличивается вязкость электролита, что затрудняет его проникновение в поры глубоких слоев активной массы пластин. При этом поверхностные слои активной массы быстрее преобразуются в PbS04 и кристаллы PbS04 закрывают поры активной массы, а поэтому химическая энергия, запасенная в глубоких слоях активной массы пластин, полностью не используется и разрядная емкость батареи понижается. При понижении температуры электролита ниже +25 °С емкость аккумуляторной батареи при ее разряде силой тока, соответствующей 0,05Сном., уменьшается на 1% на каждый градус понижения температуры, а при большей силе разрядного тока — на большую величину.

Более того, работа аккумуляторной батареи при низких отрицательных температурах связана с опасностью замерзания электролита. Электролит свинцово-кислотного аккумулятора представляет собой водный раствор серной кислоты и непосредственно участвует в токообразующих реакциях. Из-за того, что при разряде расходуются молекулы серной кислоты и образуются молекулы воды, плотность электролита постепенно снижается.

Оценивая работоспособность аккумулятора при отрицательных температурах, необходимо учитывать не только номинальную (начальную) плотность его электролита, но и плотность в конце разряда при снятии расчетной емкости.

Начальная плотность электролита полностью заряженного аккумулятора зависит от его конструкции и технологии производства. Например, аккумуляторы со свободным электролитом в зависимости от модели могут иметь номинальную начальную плотность: 1,22; 1,24; 1,26 кг/л. Температуры замерзания электролита этих полностью заряженных батарей составляют: -32; -42 и -54°С, то есть аккумулятор с электролитом плотностью 1,24 кг/л нельзя разряжать при температуре ниже -40°С

-45°С из-за угрозы его замерзания. Поэтому эксплуатация батареи при температуре ниже точки замерзания электролита полностью заряженного аккумулятора недопустима.

Область замерзания электролита примерно одинакова для всех типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Усредненный график зависимости температуры замерзания электролита от плотности электролита представлен на рис. 2.

Кроме этого, в зависимости от температуры следует ограничивать глубину ее разряда. Чем ниже температура эксплуатации, тем меньше допустимая глубина разряда. Поэтому при отрицательной температуре приходится использовать аккумуляторы с повышенной номинальной емкостью.

Таким образом, если предполагается эксплуатировать свинцово-кислотные аккумуляторы при пониженной температуре, то при расчете и выборе батареи необходимо предусмотреть запас по емкости.

Ограничение отбора емкости батареи при отрицательной температуре — это принудительная остановка разряда или снятие с аккумуляторов определенного количества электричества. Более экономичное и технологичное решение — использование подогреваемых батарейных шкафов, особенно в регионах с холодным климатом. В идеальных условиях температура в них не должна опускаться ниже 5°С. Это предотвратило бы опасность замерзания электролита и ограничило коэффициент запаса номинальной емкости относительно разрядной. Но даже поддержание температуры в шкафу в пределах оптимальной существенно облегчит выбор батареи и сделает ее работу более предсказуемой.

Оставьте свои контактные данные, и наши специалисты свяжутся с вами, для консультации или оформления заказа

Источник