Як продовжити життя (ресурс) літій-іонної акумуляторної батареї

Літій-іонні акумулятори більше страждають від процесу «старіння» (погіршення характеристик протягом часу), ніж циклування. Це означає, що більшість акумуляторів не можуть служити понад 5 років за звичайних умов експлуатації (оптимістичний прогноз). Мораль така – якщо купуєте літій-іонний акумулятор, уважно ставтеся до дати виготовлення – при піврічній давності ви втратите 10% від заявленого ресурсу.

Старіння батарей прискорюється при роботі або зберіганні в жарких умовах - дивись таблицю для літій-кобальтових акумуляторів (для літій-марганцевих та літій-залізних батарей результати трохи кращі)

Враховуючи, що стандартом визначення моменту завершення життя акумулятора виробником є ​​зниження його ємності до 80% від номінальної зрозуміло, звідки з'явилися 5 років життя (коли акумулятор працює при температурі не вище 25 ° C і більшість часу перебуває в напіврозрядженому стані).Тому слід правильно обмежувати охолодження батарей при експлуатації та заряджати акумулятор безпосередньо перед використанням, домагаючись середнього рівня заряду в процесі експлуатації близько до 40% (перевірено на практиці – при заряді батареї мого мобільного раз на 3-4 дні до 80-90% ємності та носіння) його в зовнішній кишені одягу – термін життя вже досяг понад 4-х років при збереженні ємності).

Слід враховувати температурний фактор і при експлуатації літій-іонних акумуляторів - розряд може здійснюватися і за низьких температур (залежно від хімії акумулятора від -25°C до -10°C), але заряд повинен виконуватися лише за позитивної температури батареї.

Кількість циклів заряду-розряду не так сильно впливають на ресурс літій-іонної батареї, як вік і температурний фактор – при короткому часі циклування (безперервні цикли заряду/розряду струмом 0,5C) та хорошому охолодженні літій-іонна батарея може витримати від 1000 циклів ( для літій-кобальтових) до 2000-3000 циклів (для літій-марганцевих).

Перевищення кінцевої напруги після заряду з 4,2 до 4,35 В підвищує ємність акумулятора на 10-15% при зниженні часу життя в 4-6 разів.

BMS (Battery Manegement System) - система управління батареєю - електронний прилад, який обов'язково ставиться на кожну акумуляторну банку в батареї для контролю процесу заряду-розряду батареї, просунуті BMS мають логіку для визначення температури, кількості зарядів/розрядів, оцінку ймовірності виходу з ладу акумулятора. В основному, завдання BMS полягає в контролі напруги на акумуляторі та шунтуванні струмів при досягненні граничних меж, також може контролюватись температура елемента.Для уникнення виходу з ладу літій-іонного акумулятора при повній його розрядці необхідно негайно зарядити його, інакше BMS не дозволить початися заряду коли напруга на елементі впаде нижче за певний поріг через саморозряд батареї з міркувань безпеки (перевірено на практиці - я був залишив свій на 3 тижні у майже розрядженому стані і потім, незважаючи на пізні реанімаційні заходи, душа акумулятора благополучно відійшла у найкращий світ (я на це щиро сподіваюся:)).

Існуючі монітори стану батарей у своїх розрахунках, швидше за все, використовують рівняння Пекерта (Peukert). Однак, все не так просто: зазвичай струм, що споживається, змінюється в часі, бувають тривалі перерви в роботі акумулятора, а також константні значення ємності і експоненти Пекерта змінюються в процесі роботи акумулятора (і їх доводиться час від часу перераховувати для отримання реальних показань монітора). Це особливо яскраво видно на прикладі «цифрового ефекту пам'яті» в літій-іонних батареях для ноутбуків – при експлуатації в умовах часткового заряду/розряду відзначається поступове зменшення часу роботи від акумуляторної батареї, через невідповідність ємності, що залишилася, розрахованою системою управління батареєю, реальною. Ефект «цифрової пам'яті» нівелюється калібруванням батареї: повним зарядом з наступним повним розрядом акумулятора раз на 30-50 циклів (ноутбуки без вбудованої в BIOS Setup системи калібрування, необхідно розряджати при вході в налаштування BIOS, після відключення через розряд акумулятора ).

Літій-іонні батареї погано переносять низькі струми заряду та високі струми розряду (зауваження про високі струми розряду не відносяться до LiFePO₄ акумуляторам, які можуть переносити великі струми розряду, і меншою мірою для LiMnO₂ та LiMn₂O₄). Для досягнення максимальної тривалості життя необхідно використовувати струми 0,5 ° C (половина номінальної ємності) для заряду та розряду акумулятора. Для LiCoO₂ акумуляторів небажано переходити межу в 1C для струмів заряду та розряду (розряд при 2C призводить до скорочення життя у 2 рази, при 3C – у 4 рази).

Дотримання всіх зазначених застережень дозволить досягти великого терміну життя (ресурсу) вашого літій-іонного акумулятора і він довго радуватиме вас своєю ємністю та низьким рівнем внутрішнього опору. Також кожні 6-12 місяців з'являються літій-іонні акумулятори на основі інших хімічних сполук та внутрішньої конструкції – у них будуть трошки (або трішки) інші характеристики. До заяв виробників щодо нових акумуляторів потрібно ставитися з відомою часткою скептицизму, оскільки лише досвід тривалої експлуатації може дати відповідь на питання відповідності заявлених параметрів реальним і перевірити рішення щодо правильної експуатації літій-іонних акумуляторів.

Ця стаття наголошує на суб'єктивному погляді на проблему продовження ресурсу літій-іонних акумуляторів. Цифрові дані взяті з перевірених джерел (batteryuniversity.com - літій-іонні (lithium-ion) батареї, з сайтів виробників літій-іонних батарей - Valence, ThunderSky, Everspring), проте під час компіляції інформації деякі надто оптимістичні заяви виробників батарей довелося опустити дещо виправити, якщо помітите помилки – пишіть.

Більше інформації про різні типи акумуляторних батарей ви зможете знайти на сайті автора: http://sdisle.com/battery/

P.S. Мене дуже здивувало, що на хабрехабрі немає підтримки індексів для тексту (тег sub./sub) — завдяки цьому деякі хімічні формули у статті зображуються неправильно:(.