Саморазряд аккумуляторов: причины и влияние
Все аккумуляторы подвержены саморазряду. Саморазряд не является производственным дефектом, а естественной характеристикой батареи. Однако плохие методы изготовления и неправильная эксплуатация могут усугублять эту проблему. Саморазряд происходит постоянно и является необратимым процессом. На рисунке 1 показан саморазряд в виде утечки жидкости.
Рисунок 1: Влияние высокого саморазряда
Саморазряд увеличивается с возрастом, циклами зарядки и повышенной температурой. Выбросьте аккумулятор, если саморазряд достигает 30 процентов за 24 часа.
Степень электрического саморазряда зависит от типа аккумулятора и его химического состава. Первичные элементы, такие как литий-металлические и щелочные, лучше всего сохраняют накопленную энергию и могут храниться в течение нескольких лет. Среди аккумуляторных батарей свинцово-кислотные имеют один из самых низких показателей саморазряда и теряют всего около 5 процентов в месяц. Однако со временем залитая свинцово-кислотная батарея накапливает осадок в отстойнике, что приводит к мягкому короткому замыканию, когда это полупроводниковое вещество достигает пластин.
Влияние высокого саморазряда
Потеря энергии имеет асимптотический характер: самый большой саморазряд происходит сразу после зарядки, затем он уменьшается. Например, никелевые аккумуляторы теряют 10–15% емкости в первые 24 часа, затем еще 10–15% в месяц (рисунок 2). NiMH и NiCd демонстрируют самый высокий саморазряд, поэтому их нужно подзаряжать даже после непродолжительного хранения. Высокопроизводительные NiCd разряжаются быстрее, а старение и кристаллообразование («эффект памяти») только усугубляют этот процесс.
Рисунок 2: Саморазряд как функция времени
Саморазряд является самым высоким сразу после зарядки и постепенно уменьшается. График показывает саморазряд никелевого аккумулятора. Системы на основе свинца и лития имеют более низкий саморазряд.
Аккумуляторы NiCd
Надежные никель-кадмиевые аккумуляторы для резервного питания и построения крупных энергетических систем
EBH10 / KHP10 1,2В 10Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый
Надежная работа при высоких разрядных токах. Устойчивость к перезаряду, глубокому разряду и ударам
Купить
SEBM20 / KMP20 1,2В 20Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый
Герметичный корпус с клапаном — обслуживание 1 раз в 3–5 лет. Надежная конструкция с сроком службы более 20 лет
Купить
EBM700 / KMP700 1,2В 700Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый
Серия аккумуляторов EBM/KMP оптимизирована для работы при разрядах от 30 минут до 2 часов, но может применяться и при более длительных нагрузках
КупитьNiMH и NiCd относятся к аккумуляторным батареям с самым высоким саморазрядом, их нужно заряжать перед использованием, если они хранились на полке несколько недель. Высокопроизводительные NiCd имеют более высокий саморазряд, чем стандартные версии. Кроме того, саморазряд увеличивается с использованием и возрастом, одним из факторов которого является кристаллообразование (память). Регулярные циклы полного разряда контролируют память.
Особенности литий-ионных систем
Литий-ионный аккумулятор саморазряжается примерно на 5 процентов в течение первых 24 часов, а затем теряет 1–2 процента в месяц; схема защиты добавляет еще 3 процента в месяц. Неисправный сепаратор может привести к повышенному саморазряду, который может превратиться в токовый путь, генерируя тепло и, в крайнем случае, инициируя тепловой пробой. Что касается саморазряда, свинцово-кислотные аккумуляторы подобны литий-ионным. В таблице 3 приведен ожидаемый саморазряд различных систем аккумуляторов.
| Система аккумуляторов | Приблизительный саморазряд |
|---|---|
| Первичный литий-металлический | 10% за 5 лет |
| Щелочные | 2–3% в год (срок годности 7–10 лет) |
| Свинцово-кислотные | 10–15% в течение 24 часов, затем 10–15% в месяц |
| На основе никеля | Литий-ионный, никель-кадмиевый, никель-металлогидридный |
| Литий-ионный | 5% в течение 24 часов, затем 1–2% в месяц (плюс 3% на схему защиты) |
Таблица 3: Процент саморазряда в годах и месяцах.
Первичные батареи имеют значительно меньший саморазряд, чем вторичные (аккумуляторные) батареи.
Аккумуляторы LiFePO4
Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.
LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)
Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.
Купить
LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг
Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки
Купить
LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah
Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy
КупитьФакторы влияния
Саморазряд всех химических элементов аккумулятора увеличивается при повышении температуры, и обычно скорость удваивается с каждыми 10°C (18°F). Заметная потеря энергии происходит, если аккумулятор остается в горячем транспортном средстве. Большое количество циклов и старение также увеличивают саморазряд всех систем. Никель-металлогидридного аккумулятора хватает на 300–400 циклов, в то время как стандартного никель-кадмиевого аккумулятора хватает более чем на 1000 циклов, прежде чем повышенный саморазряд начнет влиять на производительность. Саморазряд старого никелевого аккумулятора может быть настолько высоким, что он разряжается из-за утечки, а не из-за нормального использования, что демонстрирует взаимосвязь емкости, внутреннего сопротивления и саморазряда).
При нормальных обстоятельствах саморазряд литий-ионного аккумулятора достаточно стабилен в течение всего срока службы, однако полное состояние заряда и повышенная температура вызывают его увеличение. Эти же факторы также влияют на долговечность. Кроме того, полностью заряженный литий-ионный аккумулятор более подвержен выходу из строя, чем частично заряженный. В таблице 4 показан саморазряд литий-ионного аккумулятора за месяц при различных температурах и состояниях заряда. Высокий саморазряд при полном состоянии заряда и высоких температурах является неожиданностью.
| Тип | 0 °C (32 °F) | 25 °C (77 °F) | 60 °C (140 °F) |
|---|---|---|---|
| Полная зарядка | 6% | 20% | 35% |
| Заряд 40–60% | 2% | 4% | 15% |
Литий-ионный аккумулятор не следует разряжать ниже 2,50 В/элемент. Защитный контур отключается, и большинство зарядных устройств не заряжают аккумулятор в таком состоянии. Программа «усиления», применяющая слабый ток заряда для пробуждения защитного контура, часто восстанавливает полную емкость аккумулятора.
Производственные аспекты
Существуют причины, по которым литий-ионный аккумулятор переходит в спящий режим при разряде ниже 2,50 В/элемент. Медные дендриты растут, если элемент находится в состоянии низкого напряжения дольше недели. Это приводит к повышенному саморазряду, что может поставить под угрозу безопасность.
Механизмы саморазряда также необходимо учитывать при производстве. Они варьируются от коррозии до примесей в электродах, что отражается в вариациях саморазряда не только от партии к партии, но и от элемента к элементу. Производитель качественных элементов проверяет саморазряд каждого элемента и отбраковывает те, что выходят за пределы допусков.
Батарейные мониторы
Отслеживай основные показатели аккумуляторов и будь в курсе состояния твоего АКБ
Батарейный монитор Victron BMV-700
Монитор подходит для AGM, GEL, а также литиевых батарей LiFePO4, и измеряет напряжение, ток, потреблённую ёмкость, время до разряда, а также может опционально отображать температуру батареи.
Купить
Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A
Это интеллектуальный шунт с функциями полноценного батарейного монитора, который подключается к вашему смартфону или GX-устройству через встроенный Bluetooth или VE.Direct порт.
Купить
Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A IP65
Улучшенная версия популярного SmartShunt, разработанная для использования во влажных, пыльных или морских условиях, с полной защитой корпуса по стандарту IP65.
КупитьРегулярный заряд и разряд приводит к нежелательному отложению металлического лития на аноде (отрицательном электроде) литий-ионного аккумулятора, что приводит к потере емкости из-за истощения запасов лития и возможности возникновения внутреннего короткого замыкания. Внутреннему короткому замыканию часто предшествует повышенный саморазряд, область, которая требует дальнейших исследований, чтобы выяснить, какие уровни саморазряда представляют опасность, что может привести к тепловому взрыву. Нежелательное отложение лития также увеличивает внутреннее сопротивление, что снижает нагрузочную способность.
Сравнение и примеры
На рисунке 5 сравнивается саморазряд нового литий-ионного элемента с элементом, который подвергся принудительному глубокому разряду, и элементом, который был полностью разряжен, замкнут накоротко в течение 14 дней, а затем перезаряжен. Элемент, подвергшийся глубокому разряду более 2,50 В/элемент, демонстрирует несколько более высокий саморазряд, чем новый элемент. Наибольший саморазряд наблюдается у элемента, который хранился при нулевом напряжении.
Рисунок 5: Саморазряд новых и нагруженных литий-ионных элементов
Элементы, которые были нагружены глубокими разрядами и поддерживались при 0 В, демонстрируют более высокий саморазряд, чем новый элемент.
На рисунке 6 показан саморазряд свинцово-кислотного аккумулятора при различных температурах окружающей среды. При комнатной температуре 20°C (68°F) саморазряд составляет примерно 3% в месяц, и аккумулятор теоретически может храниться 12 месяцев без подзарядки. При высокой температуре 30°C (86°F) саморазряд увеличивается, и через 6 месяцев потребуется подзарядка. Падение заряда аккумулятора ниже 60 процентов SoC в течение определенного времени приводит к сульфатации.
Рисунок 6: Саморазряд свинцовой кислоты как функция температуры
Температура свинцовой кислоты никогда не должна падать ниже 60% SoC. Заряжайте чаще, когда тепло.
