Вплив температури на продуктивність та термін служби акумуляторів

Як і у людей, батареї найкраще працюють за кімнатної температури. Нагрівання батареї що розряджається в мобільному телефоні або ліхтарику в джинсах може забезпечити додатковий час роботи завдяки покращеній електрохімічній реакції. Ймовірно, це також причина, чому виробники вважають за краще вказувати температуру батарей 27 °C (80 °F). Експлуатація батареї за підвищених температур покращує її продуктивність, але тривалий вплив скорочує термін її служби.

Як відомо всім водіям у холодних країнах, теплий акумулятор краще запускає двигун автомобіля, ніж холодний. Низька температура збільшує внутрішній опір і знижує ємність. Акумулятор, який забезпечує 100% ємності при 27°C (80°F), зазвичай забезпечує лише 50% при –18°C (0°F). Миттєве зниження ємності залежить від хімічного складу акумулятора.

Захист від глибокої розрядки

Захист АКБ від впливу глибокої розрядки та подовження терміну його експлуатації

Smart BatteryProtect 12/24V 65A Victron Energy

Автоматично відключає навантаження, коли напруга на акумуляторі падає нижче критичного рівня, що захищає АКБ від глибокого розряду. Передбачено підтримку Bluetooth

Купити

Smart BatteryProtect 12/24V 220A Victron Energy

Розумний контролер навантаження, який підтримує інтеграцію з VE.Bus BMS, режим роботи з літієвими акумуляторами, а також має низьке енергоспоживання та захист від перенапруги.

Купити

BatteryProtect 12/24V 100A Victron Energy

Захищає як AGM / GEL, так і LiFePO₄ акумулятори від глибокого розряду, який може серйозно зменшити строк служби або повністю вивести АКБ з ладу.

Купити

Подивитися більше

Сухий твердополімерний акумулятор потребує температури 60–100°C (140–212°F) для сприяння потоку іонів та набуття провідності. Цей тип акумулятора знайшов своє нішеве місце на ринку стаціонарних застосувань у жаркому кліматі, де тепло служить каталізатором, а не недоліком. Вбудовані нагрівальні елементи підтримують працездатність акумулятора в будь-який час. Висока вартість акумулятора та проблеми безпеки обмежують застосування цієї системи. Більш поширений літій-полімерний акумулятор використовує гелеподібний електроліт для підвищення провідності.

Усі акумулятори досягають оптимального терміну служби, якщо їх використовувати при температурі 20°C (68°F) або трохи нижче. Якщо, наприклад, акумулятор працює при 30°C (86°F) замість більш помірної нижчої кімнатної температури, термін служби зменшується на 20%. При 40°C (104°F) втрати зростають до 40%, а якщо заряджати та розряджати при 45°C (113°F), термін служби становить лише половину від очікуваного при використанні при 20°C (68°F).

Продуктивність усіх акумуляторів різко падає за низьких температур; однак підвищений внутрішній опір спричиняє певний ефект нагрівання через втрату ефективності, спричинену падінням напруги під час подачі струму навантаження. При температурі –20°C (–4°F) більшість акумуляторів мають рівень продуктивності близько 50%. Хоча нікель-кадмієві акумулятори можуть розряджатися до –40°C (–40°F), допустимий розряд становить лише 0,2°C (5-годинний темп). Спеціальні літій-іонні акумулятори можуть працювати за температури –40°C, але лише зі зниженою швидкістю розряду; заряджання за цієї температури неможливе. Зі свинцево-кислотними акумуляторами існує небезпека замерзання електроліту, що може призвести до тріщин у корпусі. Свинцево-кислотні акумулятори замерзають швидше при низькому заряді, коли питома вага більше схожа на воду, ніж при повному заряді.

На рисунку 1 показано напругу розряду літій-іонного акумулятора 18650 за різних температур. Розряд 3 А елемента ємністю 2,8 А·год відповідає швидкості розряду C 1,07 C. Знижена ємність за низької температури застосовується лише тоді, коли елемент перебуває в цьому стані, і відновиться за кімнатної температури.

Рисунок 1: Напруга розряду літій-іонного елемента 18650 при 3A та різних температурах
Тип елемента: Panasonic NRC18650PD, номінальна ємність 2,8 А·год, LiNiCoAlO2 (NCA)

Узгоджені елементи з однаковою ємністю відіграють важливу роль під час розряду за низької температури та під великим навантаженням. Оскільки елементи в акумуляторному блоці ніколи не можуть бути ідеально узгоджені, на слабшому елементі в багатоелементному блоці може виникнути негативний потенціал напруги, якщо розряд триватиме понад безпечну точку відсікання. Це відоме як перерозрядка елементів, коли слабкий елемент навантажується до точки виникнення постійного короткого замикання. Чим більша кількість елементів, тим більша ймовірність перерозрядки елементів під навантаженням. Надмірний розряд за низької температури та великого навантаження є значним фактором, що призводить до виходу з ладу акумулятора бездротових електроінструментів.

Запас ходу електромобіля між зарядами розраховується за температури навколишнього середовища. Водіїв електромобілів попереджають, що низькі температури зменшують доступний пробіг. Ця втрата спричинена не лише електричним обігрівом салону, але й уповільненням електрохімічної реакції акумулятора, що зменшує ємність у холодному стані.