Уход и форматирование аккумуляторов

Во многих отношениях батарейка ведет себя как человек. Она чувствует проявление доброты и ценит оказанную заботу. Как будто у батарейки есть чувства, и она благодарит за проявленную доброту. Но есть исключения, как знает любой родитель, воспитывающий детей; и проявленная щедрость не всегда может принести ожидаемую отдачу.

Чтобы стать хорошим смотрителем, вы должны понимать основные потребности аккумулятора, предмет, который не преподают в школе. В этом разделе рассказывается, что делать, когда аккумулятор новый, как правильно его «питать» и что делать, когда аккумулятор нужно отложить на некоторое время. Также рассматриваются ограничения при путешествиях с аккумуляторами по воздуху и утилизация после окончания срока службы.

Так же, как продолжительность жизни человека не может быть предсказана при рождении, мы также не можем точно определить состояние аккумулятора. Неправильная зарядка, сильные разрядные нагрузки и воздействие тепла – худшие враги аккумулятора. Хотя существуют способы защитить аккумулятор, идеальной ситуации не всегда можно достичь. Здесь обсуждается, как получить максимальную отдачу от наших аккумуляторов.

Зарядные устройства Victron Energy

Высококачественные зарядные устройства для долговечной службы и надежной работы

Зарядное устройство Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

Идеально подходит для использования в мастерских, а также для зарядки аккумуляторов автомобилей, мотоциклов, лодок и кемперов.

Купить

Зарядное устройство Blue Smart IP65 Charger 12/15

Благодаря классу защиты IP65, устройство устойчиво к пыли и воде, что делает его идеальным для использования в жестких условиях.

Купить

Зарядное устройство Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащено Bluetooth-интерфейсом для простого настройки и мониторинга через приложение VictronConnect. Высокая эффективность и надежность делают его идеальным решением для коммерческих, промышленных и морских применений.

Купить

Посмотреть больше

Подготовка нового аккумулятора

Не все аккумуляторные батареи обеспечивают номинальную емкость в новом состоянии, и им требуется форматирование. Хотя это касается большинства аккумуляторных систем, производители литий-ионных батарей с этим не согласны. Они утверждают, что литий-ионные батареи готовы к использованию с самого начала и не требуют подзарядки. Хотя это может быть правдой, пользователи сообщали о некотором увеличении емкости путем циклической разрядки/зарядки после длительного хранения.

«Какая разница между форматированием и подготовкой?» — спрашивают люди. Оба варианта касаются емкости, которая не оптимизирована и может быть улучшена с помощью циклической разрядки/зарядки. Форматирование завершает процесс изготовления, который происходит естественным образом во время использования, когда аккумулятор циклически разряжается/заряжается. Типичным примером являются свинцово-никелевые аккумуляторы, которые улучшаются с использованием до полного форматирования. Подготовка (прайминг), с другой стороны, — это цикл кондиционирования, который применяется как услуга для улучшения производительности аккумулятора во время использования или после длительного хранения. Подготовка касается главным образом никелевых аккумуляторов.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Форматирование свинцово-кислотного аккумулятора происходит путем зарядки, разрядки и перезарядки. Это делается на заводе и выполняется в полевых условиях как часть регулярного использования. Эксперты советуют не нагружать новый аккумулятор, сначала сильно разряжая его, а постепенно разряжать его умеренными разрядами, как спортсмен тренируется для поднятия тяжестей или бега на длинные дистанции. Однако это может быть невозможно со стартерным аккумулятором в транспортном средстве и для других целей. Свинцово-кислотный аккумулятор обычно достигает полной емкости после 50-100 циклов. На рисунке 1 показан срок службы свинцово-кислотного аккумулятора.

Рисунок 1: Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов

Новый свинцово-кислотный аккумулятор может быть не полностью отформатирован и достигает полной производительности только после 50 или более циклов. Форматирование происходит во время использования; преднамеренное циклическое форматирование не рекомендуется, так как это приведет к ненужному износу аккумулятора.

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

Новые аккумуляторы с глубоким циклом разрядки/зарядки имеют примерно 85 процентов емкости, а после полного форматирования она возрастает до 100 процентов, или почти до полной емкости. При тестировании с помощью анализатора аккумуляторов наблюдаются исключительные значения, достигающие 65 процентов. Возникает вопрос: «Восстановятся ли эти низкопроизводительные аккумуляторы и смогут ли они конкурировать со своими более сильными собратьями после форматирования?» Опытный эксперт по аккумуляторам сказал, что «эти аккумуляторы несколько улучшатся, но они первыми выходят из строя».

Функция стартерного аккумулятора заключается в обеспечении высокого тока нагрузки для запуска двигателя, и это свойство присутствует с самого начала без необходимости форматирования и подготовки. К удивлению многих автомобилистов, емкость стартерного аккумулятора может снизиться до 30 процентов, и двигатель все равно будет запускаться; однако дальнейшее падение может привести к тому, что водитель однажды утром останется в затруднительном положении.

Никелевые аккумуляторы

Производители советуют проводить медленную зарядку никелевых аккумуляторов в течение 16–24 часов, когда они новые, и после длительного хранения. Это позволяет элементам адаптироваться друг к другу и достичь одинакового уровня заряда. Медленная зарядка также помогает перераспределить электролит, чтобы устранить сухие пятна на сепараторе, которые могли образоваться под действием силы тяжести.

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

Купить

Посмотреть больше

Никелевые аккумуляторы не всегда полностью отформатированы после выхода с завода. Процесс форматирования завершается несколькими циклами зарядки/разрядки при обычном использовании или с помощью анализатора аккумуляторов. Количество циклов, необходимых для достижения полной емкости, отличается в зависимости от производителя. Качественные аккумуляторы работают в соответствии со спецификациями после 5–7 циклов, тогда как более дешевым альтернативам может потребоваться 50 или более циклов для достижения приемлемого уровня емкости.

Отсутствие форматирования создает проблему, когда пользователь ожидает, что новый аккумулятор будет работать на полную мощность сразу после распаковки. Организации, использующие аккумуляторы для критически важных применений, должны проверять их производительность с помощью цикла разряда/заряда в рамках контроля качества. Программа «основных» автоматизированных анализаторов аккумуляторов (Cadex) применяет столько циклов, сколько необходимо для достижения полной емкости.

Циклическая разрядка/зарядка также восстанавливает утраченную емкость, если никелевый аккумулятор хранился в течение нескольких месяцев. Время хранения, состояние заряда и температура, при которой хранится аккумулятор, определяют легкость восстановления. Чем дольше хранение и чем выше температура, тем больше циклов потребуется для восстановления полной емкости. Анализаторы аккумуляторов помогают в функциях подготовки и гарантируют, что желаемая емкость достигнута.

Литий-ионные аккумуляторы

Некоторые пользователи аккумуляторов настаивают на том, что после хранения на катоде литий-ионного элемента образуется пассивационный слой. Этот слой, также известный как межфазная защитная пленка (IPF), якобы ограничивает поток ионов, вызывает увеличение внутреннего сопротивления и, в худшем случае, приводит к литиевому покрытию. Известно, что зарядка, а эффективнее циклическая зарядка, растворяет этот слой, и некоторые пользователи аккумуляторов утверждают, что после второго или третьего цикла зарядки/разрядки смартфона они получили дополнительное время работы, хотя и незначительное.

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

Купить

Посмотреть больше

Ученые не до конца понимают природу этого слоя, и немногочисленные опубликованные ресурсы на эту тему лишь предполагают, что восстановление производительности с помощью циклической разрядки/зарядки связано с удалением слоя пассивации. Некоторые ученые прямо отрицают существование IPF, утверждая, что эта идея является очень спекулятивной и несовместимой с существующими исследованиями. Каким бы ни был результат пассивации литий-ионных аккумуляторов, нет параллели с эффектом «памяти» никель-кадмиевых аккумуляторов, которые требуют периодической циклической разрядки/зарядки для предотвращения потери емкости. Симптомы могут казаться похожими, но механика отличается. Этот эффект также нельзя сравнивать с сульфатацией свинцово-кислотных аккумуляторов.

Хорошо известный слой, который образуется на аноде – это твердый электролитный интерфейс (SEI). SEI является электрической изоляцией, но имеет достаточную ионную проводимость, чтобы обеспечить нормальное функционирование аккумулятора. Хотя слой SEI снижает емкость, он также защищает аккумулятор. Без SEI литий-ионный аккумулятор мог бы не иметь такого долговечного срока службы.

Слой SEI формируется как часть процесса форматирования, и производители очень тщательно следят за тем, чтобы сделать это правильно, поскольку пакетная работа может привести к постоянной потере емкости и увеличению внутреннего сопротивления. Процесс включает несколько циклов, поддерживающие заряды при повышенных температурах и периоды покоя, которые могут длиться много недель. Этот период форматирования также обеспечивает контроль качества и помогает в подборе элементов, а также наблюдает за саморазрядом путем измерения напряжения элемента после покоя. Высокий саморазряд указывает на примеси как часть потенциального производственного дефекта.

Окисление электролита (ЭО) также происходит на катоде. Это приводит к постоянной потере емкости и увеличивает внутреннее сопротивление. Нет средства для удаления слоя после формирования, но добавки в электролит уменьшают воздействие. Поддержание литий-ионного аккумулятора при напряжении выше 4,10 В/элемент при повышенной температуре способствует окислению электролита. Полевые наблюдения показывают, что сочетание тепла и высокого напряжения может нагружать литий-ионный аккумулятор больше, чем жесткая циклическая зарядка и разрядка.

Литий-ионный аккумулятор — это очень чистая система, которая не требует дополнительной зарядки после выхода с завода, а также не требует такого уровня обслуживания, как никелевые аккумуляторы. Дополнительное форматирование мало что меняет, поскольку максимальная емкость доступна с самого начала (исключением может быть небольшое увеличение емкости после длительного хранения). Полный разряд не улучшает емкость после того, как аккумулятор разрядился — низкая емкость сигнализирует о конце срока службы. Разряд/заряд может калибровать «умный» аккумулятор, но это мало улучшает химический аккумулятор. Инструкции, рекомендующие заряжать новый литий-ионный аккумулятор в течение 8 часов, списываются как «старая школа», пережиток старых времен никелевых аккумуляторов.

Неперезаряжаемые литиевые батареи

Первичные литиевые батареи, такие как литий-тионилхлоридные (LTC), извлекают выгоду из пассивации во время хранения. Пассивация – это тонкий слой, который образуется в результате реакции между электролитом, литиевым анодом и углеродным катодом. (Обратите внимание, что анод первичной литиевой батареи – литий, а катод – графитовый, что является противоположностью литий-ионной.)

Без этого слоя большинство литиевых аккумуляторов не смогли бы функционировать, поскольку литий вызвал бы быстрый саморазряд и быстро разрушил бы аккумулятор. Специалисты по аккумуляторам даже утверждают, что аккумулятор взорвался бы без образования слоев хлорида лития, и что слой пассивации отвечает за существование аккумулятора и его способность храниться в течение 10 лет.

Температура и состояние заряда способствуют образованию пассивационного слоя. Полностью заряженный LTC труднее депассивировать после длительного хранения, чем тот, что хранился с низким зарядом. Хотя LTC следует хранить при низких температурах, депассивация лучше работает в теплом состоянии, поскольку повышенная теплопроводность и подвижность ионов помогают в этом процессе.

Слой пассивации вызывает задержку напряжения при первой подаче нагрузки на аккумулятор, а на рисунке 2 показано падение и восстановление для аккумуляторов, на которые влияют разные уровни пассивации. Аккумулятор A демонстрирует минимальное падение напряжения, в то время как аккумулятору C требуется время для восстановления.

Рисунок 2: Поведение напряжения при подаче нагрузки на пассивированный аккумулятор
Аккумулятор A имеет легкую пассивацию, B восстанавливается дольше, а C страдает больше всего.

В устройствах, потребляющих очень малый ток, таких как датчики дорожного сбора или учета, может образовываться слой пассивации, который может привести к неисправности, а тепло способствует такому росту. Эту проблему часто можно решить, добавив большой конденсатор параллельно аккумулятору. Аккумулятор, который развил высокое внутреннее сопротивление, все еще способен заряжать конденсатор, чтобы выдавать периодические высокие импульсы; время ожидания между этими периодами посвящено перезарядке конденсатора.

Чтобы предотвратить сульфатацию во время хранения, некоторые литиевые аккумуляторы поставляются с резистором 36 кОм, который служит паразитной нагрузкой. Стабильно низкий ток разряда предотвращает чрезмерное утолщение слоя, но это сокращает срок хранения. После 2 лет хранения с резистором 36 кОм аккумуляторы, как говорят, все еще имеют 90 процентов емкости. Другим средством является подключение устройства, которое подает периодические импульсы разряда во время хранения.

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

Не все первичные литиевые аккумуляторы восстанавливаются после установки в устройство и при применении нагрузки. Ток может быть слишком низким для обратной пассивации. Также возможно, что оборудование отклоняет пассивированный аккумулятор как имеющий низкий уровень заряда или дефектный. Многие из этих аккумуляторов можно подготовить с помощью анализатора аккумуляторов (Cadex), применив контролируемую нагрузку. Затем анализатор проверяет правильность работы перед использованием аккумулятора в полевых условиях.

Необходимый ток разряда для депассивации составляет от 1C до 3C (от 1 до 3 раз больше номинальной емкости). Напряжение элемента должно восстановиться до 3,2 В после подачи нагрузки; время работы обычно составляет 20 секунд. Процесс можно повторить, но он не должен длиться дольше 5 минут. При нагрузке 1C напряжение правильно функционирующего элемента должно оставаться выше 3,0 В. Падение ниже 2,7 В означает конец срока службы.

Эти литий-металлические аккумуляторы имеют высокое содержание лития и должны соответствовать более строгим требованиям к транспортировке, чем литий-ионные аккумуляторы с такой же емкостью (Ач). Из-за высокой удельной энергии, с этими элементами следует обращаться особенно осторожно.