Влияние температуры на производительность и срок службы аккумуляторов

Как и люди, аккумуляторы лучше всего работают при комнатной температуре. Нагрев разряжающегося аккумулятора в мобильном телефоне или фонарике в джинсах может обеспечить дополнительное время работы благодаря улучшенной электрохимической реакции. Вероятно, это также причина, почему производители предпочитают указывать температуру батарей 27 °C (80 °F). Эксплуатация батареи при повышенных температурах улучшает её производительность, но длительное воздействие сокращает срок её службы.

Как известно всем водителям в холодных странах, теплый аккумулятор лучше запускает двигатель автомобиля, чем холодный. Низкая температура увеличивает внутреннее сопротивление и снижает ёмкость. Аккумулятор, который обеспечивает 100% ёмкости при 27°C (80°F), обычно обеспечивает лишь 50% при –18°C (0°F). Мгновенное снижение ёмкости зависит от химического состава аккумулятора.

Защита от глубокой разрядки

Защита АКБ от воздействия глубокой разрядки и продление срока его эксплуатации

Smart BatteryProtect 12/24V 65A Victron Energy

Автоматически отключает нагрузку, когда напряжение на аккумуляторе падает ниже критического уровня, что защищает АКБ от глубокой разрядки. Предусмотрена поддержка Bluetooth.

Купить

Smart BatteryProtect 12/24V 220A Victron Energy

Умный контроллер нагрузки, который поддерживает интеграцию с VE.Bus BMS, режим работы с литиевыми аккумуляторами, а также имеет низкое энергопотребление и защиту от перенапряжения.

Купить

BatteryProtect 12/24V 100A Victron Energy

Защищает как AGM / GEL, так и LiFePO₄ аккумуляторы от глубокой разрядки, которая может значительно сократить срок службы или полностью вывести АКБ из строя.

Купить

Посмотреть больше

Сухой твердополимерный аккумулятор требует температуры 60–100°C (140–212°F) для содействия потоку ионов и обретения проводимости. Этот тип аккумулятора нашел свою нишевую позицию на рынке стационарных применений в жарком климате, где тепло служит катализатором, а не недостатком. Встроенные нагревательные элементы поддерживают работоспособность аккумулятора в любое время. Высокая стоимость аккумулятора и проблемы безопасности ограничивают применение этой системы. Более распространенный литий-полимерный аккумулятор использует гелеобразный электролит для повышения проводимости.

Все аккумуляторы достигают оптимального срока службы, если их использовать при температуре 20°C (68°F) или немного ниже. Если, например, аккумулятор работает при 30°C (86°F) вместо более умеренной низкой комнатной температуры, срок службы уменьшается на 20%. При 40°C (104°F) потери возрастают до 40%, а если заряжать и разряжать при 45°C (113°F), срок службы составляет лишь половину от ожидаемого при использовании при 20°C (68°F).

Производительность всех аккумуляторов резко падает при низких температурах; однако повышенное внутреннее сопротивление вызывает некоторый эффект нагрева из-за потери эффективности, вызванной падением напряжения при подаче тока нагрузки. При температуре –20°C (–4°F) большинство аккумуляторов имеют уровень производительности около 50%. Хотя никель-кадмиевые аккумуляторы могут разряжаться до –40°C (–40°F), допустимый разряд составляет всего 0,2C (5-часовой темп). Специальные литий-ионные аккумуляторы могут работать при температуре –40°C, но только с пониженной скоростью разряда; зарядка при этой температуре невозможна. Со свинцово-кислотными аккумуляторами существует опасность замерзания электролита, что может привести к трещинам в корпусе. Свинцово-кислотные аккумуляторы замерзают быстрее при низком заряде, когда удельный вес больше похож на воду, чем при полном заряде.

На рисунке 1 показано напряжение разряда литий-ионного аккумулятора 18650 при различных температурах. Разряд 3 А элемента ёмкостью 2,8 А·ч соответствует скорости разряда 1,07 C. Сниженная ёмкость при низкой температуре применима только тогда, когда элемент находится в этом состоянии, и восстановится при комнатной температуре.

График напряжения разряда литий-ионного элемента 18650 при различных температурах

Рисунок 1: Напряжение разряда литий-ионного элемента 18650 при 3A и различных температурах
Тип элемента: Panasonic NRC18650PD, номинальная ёмкость 2,8 А·ч, LiNiCoAlO2 (NCA)

Согласованные элементы с одинаковой ёмкостью играют важную роль при разряде при низкой температуре и под большой нагрузкой. Поскольку элементы в аккумуляторном блоке никогда не могут быть идеально согласованы, на более слабом элементе в многоэлементном блоке может возникнуть отрицательный потенциал напряжения, если разряд будет продолжаться дольше безопасной точки отсечки. Это известно как переразряд ячеек, когда слабая ячейка нагружается до точки возникновения постоянного короткого замыкания. Чем больше количество ячеек, тем больше вероятность переразряда ячеек под нагрузкой. Чрезмерный разряд при низкой температуре и большой нагрузке является значительным фактором, приводящим к выходу из строя аккумуляторов беспроводных электроинструментов.

Запас хода электромобиля между зарядами рассчитывается при температуре окружающей среды. Водителей электромобилей предупреждают, что низкие температуры уменьшают доступный пробег. Эта потеря вызвана не только электрическим обогревом салона, но и замедлением электрохимической реакции аккумулятора, что уменьшает ёмкость в холодном состоянии.