Как тепло и нагрузка влияют на срок службы аккумулятора

Тепловое воздействие на срок службы

Тепло – убийца всех аккумуляторов, но высоких температур не всегда можно избежать. Это касается аккумулятора внутри ноутбука, стартерного аккумулятора под капотом автомобиля и стационарных аккумуляторов в жестяном укрытии под палящим солнцем. Как правило, каждое повышение температуры на 8°C (15°F) сокращает срок службы герметичного свинцово-кислотного аккумулятора вдвое. Это означает, что аккумулятор VRLA для стационарного применения, рассчитанный на 10 лет при температуре 25°C (77°F), прослужит всего 5 лет при постоянном воздействии температуры 33°C (92°F) и 30 месяцев при постоянной пустынной температуре 41°C (106°F). После повреждения аккумулятора теплом его ёмкость восстановить нельзя.

Свинцово-кислотные аккумуляторы AGM/GEL

Надежные свинцово-кислотные аккумуляторы для максимальной эффективности работы

Аккумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

Является идеальным выбором для применений, требующих надежного, долговечного и глубоко разрядного источника питания

Купить

Аккумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)

Благодаря технологиям электрохимии, этот аккумулятор выдерживает до 300 циклов разряда до 100%, что делает его отличным решением для автономных электрических систем

Купить

AGM аккумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Ач)

AGM VRLA батарея с высоким током разряда, специально разработанная для критических нагрузок в системах ИБП, телекоммуникациях и энергетике

Купить

Посмотреть больше

Термостойкость стартерных аккумуляторов

Согласно исследованию режимов отказа BCI 2010 года, стартерные аккумуляторы стали более термостойкими. В исследовании 2000 года повышение температуры на 7°C (12°F) уменьшило срок службы аккумулятора примерно на один год; в 2010 году допустимая температура была расширена до 12°C (22°F). Другая статистика показывает, что в 1962 году стартерный аккумулятор служил 34 месяца, технические усовершенствования увеличили срок службы в 2000 году до 41 месяца. В 2010 году BCI сообщил о среднем возрасте стартерных аккумуляторов 55 месяцев, причём на более холодном севере этот срок составлял 59 месяцев, а на более тёплом юге – 47 месяцев. Разговорные свидетельства 2015 года показали, что аккумулятор, хранившийся в багажнике автомобиля, служил на один год дольше, чем если его размещали в моторном отсеке.

Циклические нагрузки и стартерные батареи

Срок службы аккумулятора также зависит от активности, и он сокращается при частой разрядке. Несколько раз в день запускают двигатель, что создаёт незначительную нагрузку на стартерный аккумулятор, но это меняет работу системы старт-стоп микрогибрида. Микрогибрид выключает двигатель внутреннего сгорания на красном сигнале и перезапускает его, когда движение транспорта возобновляется, что приводит примерно к 2000 микроциклам в год. Данные производителей показывают, что ёмкость падает до 60% после 2 лет использования. Для увеличения срока службы автопроизводители применяют AGM и другие системы.

На рисунке 1 показано падение ёмкости со 100 процентов до примерно 50 процентов после 700 микроциклов разрядки аккумулятора. Моделированный тест старт-стоп был проведён в лабораториях Cadex. CCA остаётся высоким и показывает снижение только после примерно 2000 циклов.

Рисунок 1: Падение ёмкости стартерного аккумулятора в конфигурации старт-стоп
Ёмкость падает примерно до 50 процентов после 2 лет использования. AGM-аккумулятор более надёжен.

Уравнительный заряд и стационарные аккумуляторы

Аккумулятор был полностью заряжен, а затем разряжен до 70%, чтобы имитировать SoC микрогибрида в реальной жизни. Затем аккумулятор разряжался током 25 А в течение 40 секунд, чтобы имитировать выключенный двигатель с включёнными фарами. Чтобы имитировать запуск стартера и движение, аккумулятор кратковременно разряжался током 400 А, а затем заряжался. CCA измерялся с помощью Spectro CA-12.

При последовательном соединении напряжение каждого элемента должно быть равномерным, и это особенно важно в больших стационарных аккумуляторных системах. Со временем отдельные элементы выходят из строя, но применение уравнительного заряда примерно каждые 6 месяцев должно возвращать элементы к схожему уровню напряжения. Сложность этой услуги заключается в том, чтобы обеспечить правильное решение для каждого элемента. Хотя выравнивание заряда подпитывает нуждающиеся в заряде элементы, здоровый элемент перегружается, если уравнительный заряд применяется небрежно. Гелевые и AGM аккумуляторы имеют более низкую устойчивость к перезаряду, чем заливной вариант, и применяются другие условия выравнивания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы в жарком климате

Заливные свинцово-кислотные аккумуляторы являются одной из самых надёжных систем и хорошо подходят для жаркого климата. При надлежащем обслуживании эти аккумуляторы служат до 20 лет. Недостатками являются необходимость долива воды и хорошей вентиляции.

Когда в 1980-х годах были представлены VRLA, производители заявляли о сроке службы, подобном сроку службы заливных систем, и телекоммуникационная отрасль была побуждена перейти на эти необслуживаемые аккумуляторы. К середине 1990-х годов стало очевидно, что срок службы VRLA не равен сроку службы заливного типа; типичный срок службы VRLA составляет 5–10 лет, что меньше половины срока службы заливного эквивалента. Кроме того, было замечено, что воздействие температур выше 40°C (104°F) на аккумуляторы VRLA может вызвать тепловой разгон из-за высыхания.

Поломки автомобильных аккумуляторов

Исследование режимов отказа 2005 года было проведено компаниями Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls. Выборочный пул аккумуляторов включал 2681 аккумулятор, протестированный между 2003 и 2004 годами. Основные моменты включают:

• Срок службы батареи в среднем составлял 50 месяцев. Это улучшение по сравнению с предыдущими годами, когда этот показатель составлял всего 41 месяц (2000) и 34 месяца (1962). Усовершенствованные материалы продлевают срок службы батареи.
• Северные и южные районы Северной Америки имеют разный срок службы. Батареи в более тёплом климате выходят из строя быстрее, чем в более холодных регионах. См. Рисунок 2.
• Короткое замыкание элементов и отказы решётки являются основными причинами выхода из строя аккумуляторов в этом опросе.

Рисунок 2: Тип отказа как функция региона, связанная с температурой
Батареи, используемые в северной части Северной Америки, служат дольше, чем те, что используются в южной.

Отказы европейских автомобильных аккумуляторов

На рисунке 3 представлено распределение режимов отказов для более чем 800 стартерных аккумуляторов AGM, исследование проведено компанией Johnson Controls Power Solutions EMEA. Результаты были представлены на AABC Europe 2017 в Майнце, Германия.

Таблица 1: Причины выхода из строя AGM-аккумуляторов

Соотношение	Причина	Диагностика
47,8%	Износ массы, нормальное использование	Потеря ёмкости, рост сопротивления. Оценка ёмкости является наиболее прогностической.
23%	Низкий заряд аккумулятора	Используйте вольтметр в разомкнутой цепи, когда аккумулятор разряжен
14,6%	Неисправностей не найдено	Лучшие методы испытаний возвращают эти аккумуляторы в эксплуатацию
12,5%	Высокое внутреннее сопротивление	Можно идентифицировать с помощью тестеров аккумуляторов, измеряющих внутреннее сопротивление
1,6%	Повреждение контейнера	В большинстве случаев ремонт невозможен
0,5%	Производственный дефект	Производители утверждают, что большинство причин, связанных с гарантией, обусловлены пользователем

 

Вышеупомянутое исследование JCI, определяющее окончание срока службы аккумулятора, даёт результаты, подобные тесту, проведённому немецким производителем автомобилей класса люкс примерно в 2007 году, который включал 175 стартерных аккумуляторов. В этом тесте аккумуляторы, подвергшиеся тепловому повреждению (с высоким внутренним сопротивлением), были исключены, а результаты представлены на рисунке 4. Горизонтальная ось обозначает ёмкость, внутреннее сопротивление, коррелирующее с CCA, находится на вертикальной оси. CCA измерялся в соответствии со стандартами DIN и IEC.

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.

Купить

Посмотреть больше

Конец срока службы большинства аккумуляторов наступает из-за пересечения линии ёмкости, расположенной слева от зелёного поля на рисунке 4. Очень немногие аккумуляторы выходят из строя из-за падения линии CCA. Снижение ёмкости происходит при нормальном использовании, в основном из-за потери активной массы. Вспомогательное питание, такое как старт-стоп, нагревательные элементы и механические действия дверей, ускоряет потерю ёмкости. Увеличение внутреннего сопротивления является побочным эффектом потери активной массы, но оценка ёмкости является более надёжным предиктором конца срока службы. Это отмечено серой точкой на аккумуляторах.