Саморозряд акумуляторів: причини та вплив
Усі акумулятори схильні до саморозряду. Саморозряд не є виробничим дефектом, а природною характеристикою батареї. Однак погані методи виготовлення та неправильна експлуатація можуть посилювати цю проблему. Саморозряд відбувається постійно і є незворотним процесом. На рисунку 1 показано саморозряд у вигляді витоку рідини.
Рисунок 1: Вплив високого саморозряду
Саморозряд збільшується з віком, циклами заряджання та підвищеною температурою. Викиньте акумулятор, якщо саморозряд досягає 30 відсотків за 24 години.
Ступінь електричного саморозряду залежить від типу акумулятора та його хімічного складу. Первинні елементи, такі як літій-металеві та лужні, найкраще зберігають накопичену енергію та можуть зберігатися протягом кількох років. Серед акумуляторних акумуляторів свинцево-кислотні мають один із найнижчих показників саморозряду та втрачають лише близько 5 відсотків на місяць. Однак, з часом, затоплена свинцево-кислотна батарея накопичує осад у відстійнику, що призводить до м'якого короткого замикання, коли ця напівпровідникова речовина досягає пластин.
Вплив високого саморозряду
Втрата енергії має асимптотичний характер: найбільший саморозряд відбувається одразу після зарядки, далі він зменшується. Наприклад, нікелеві акумулятори втрачають 10–15% ємності у перші 24 години, потім ще 10–15% на місяць (рисунок 2). NiMH та NiCd демонструють найвищий саморозряд, тому їх потрібно підзаряджати навіть після нетривалого зберігання. Високопродуктивні NiCd розряджаються швидше, а старіння та кристалоутворення («ефект пам’яті») лише посилюють цей процес.
Рисунок 2: Саморозряд як функція часу
Саморозряд є найвищим одразу після заряджання та поступово зменшується. Графік показує саморозряд нікелевого акумулятора. Системи на основі свинцю та літію мають нижчий саморозряд.
NiMH та NiCd належать до акумуляторних батарей з найвищим саморозрядом, їх потрібно заряджати перед використанням, якщо їх зберігати на полиці кілька тижнів. Високопродуктивні NiCd мають вищий саморозряд, ніж стандартні версії. Крім того, саморозряд збільшується з використанням та віком, одним із факторів якого є кристалоутворення (пам'ять). Регулярні цикли повного розряду контролюють пам'ять
Акумулятори NiCd
Надійні нікель-кадмієві акумулятори для резервного живлення та побудови великих енергетичних систем
EBH10 / KHP10 1,2В 10Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий
Надійна робота при високих розрядних струмах. Стійкість до перезаряду, глибокого розряду та ударів
Купити
SEBM20 / KMP20 1,2В 20Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий
Герметичний корпус з клапаном — обслуговування 1 раз на 3–5 років. Надійна конструкція з довговічністю до 20+ років
Купити
EBM700 / KMP700 1,2В 700Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий
Серія акумуляторів EBM/KMP оптимізована роботу при розрядах від 30 хвилин до 2 годин, але може виконувати задачі при більш тривалих розрядах
КупитиОсобливості літій-іонних систем
Літій-іонний акумулятор саморозряджається приблизно на 5 відсотків протягом перших 24 годин, а потім втрачає 1–2 відсотки на місяць; схема захисту додає ще 3 відсотки на місяць. Несправний сепаратор може призвести до підвищеного саморозряду, який може перетворитися на струмовий шлях, генеруючи тепло та, в крайньому випадку, ініціюючи тепловий пробій. Щодо саморозряду, свинцево-кислотні акумулятори подібні до літій-іонних. У таблиці 3 наведено очікуваний саморозряд різних систем акумуляторів.
| Система акумуляторів | Орієнтовний саморозряд |
|---|---|
| Первинний літій-метал | 10% за 5 років |
| Лужні | 2–3% на рік (термін придатності 7–10 років) |
| Свинцево-кислотні | 10–15% протягом 24 годин, потім 10–15% на місяць |
| На основі нікелю | Літій-іонний, нікель-кадмієвий, нікель-металгідридний |
| Літій-іонний | 5% протягом 24 годин, потім 1–2% на місяць (плюс 3% на схему захисту) |
Таблиця 3: Відсоток саморозряду в роках та місяцях.
Первинні батареї мають значно менший саморозряд, ніж вторинні (акумуляторні) батареї.
Акумулятори LiFePO4
Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.
LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)
Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.
Купити
LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг
Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження
Купити
LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah
Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy
КупитиФактори впливу
Саморозряд усіх хімічних елементів акумулятора збільшується при підвищенні температури, і зазвичай швидкість подвоюється з кожними 10°C (18°F). Помітна втрата енергії відбувається, якщо акумулятор залишається в гарячому транспортному засобі. Велика кількість циклів та старіння також збільшують саморозряд усіх систем. Нікель-металгідридний акумулятор вистачає на 300–400 циклів, тоді як стандартний нікель-кадмієвий акумулятор вистачає на понад 1000 циклів, перш ніж підвищений саморозряд почне впливати на продуктивність. Саморозряд старого нікелевого акумулятора може бути настільки високим, що його акумулятор розряджається через витік, а не через нормальне використання що демонструє взаємозв'язок ємності, внутрішнього опору та саморозряду).
За нормальних обставин саморозряд літій-іонного акумулятора є досить стабільним протягом усього терміну служби, однак, повний стан заряду та підвищена температура спричиняють його збільшення. Ці ж фактори також впливають на довговічність. Крім того, повністю заряджений літій-іонний акумулятор більш схильний до виходу з ладу, ніж частково заряджений. У таблиці 4 показано саморозряд літій-іонного акумулятора за місяць за різних температур та станів заряду. Високий саморозряд при повному стані заряду та високих температурах є несподіванкою.
| Тип | 0 °C (32 °F) | 25 °C (77 °F) | 60 °C (140 °F) |
|---|---|---|---|
| Повна зарядка | 6% | 20% | 35% |
| Заряд 40–60% | 2% | 4% | 15% |
Таблиця 4: Саморозряд літій-іонного акумулятора за місяць за різних температур і станів заряду.
Літій-іонний акумулятор не слід розряджати нижче 2,50 В/елемент. Захисний контур вимикається, і більшість зарядних пристроїв не заряджають акумулятор у такому стані. Програма «підсилення», що застосовує слабкий струм заряду для пробудження захисного контуру, часто відновлює повну ємність акумулятора.
Виробничі аспекти
Існують причини, чому літій-іонний акумулятор переходить у режим сну при розряді нижче 2,50 В/елемент. Мідні дендрити ростуть, якщо елемент перебуває в стані низької напруги довше тижня. Це призводить до підвищеного саморозряду, що може поставити під загрозу безпеку.
Механізми саморозряду також необхідно враховувати під час виробництва. Вони варіюються від корозії до домішок в електродах, що відображається у варіаціях саморозряду не лише від партії до партії, але й від елемента до елемента. Виробник якісних елементів перевіряє саморозряд кожного елемента та відбраковує ті, що виходять за межі допусків.
Регулярний заряд і розряд призводить до небажаного відкладення металевого літію на аноді (негативному електроді) літій-іонного акумулятора, що призводить до втрати ємності через виснаження запасів літію та можливість виникнення внутрішнього короткого замикання. Внутрішньому короткому замиканню часто передує підвищений саморозряд, галузь, яка потребує подальших досліджень, щоб з'ясувати, які рівні саморозряду становлять небезпеку, що може призвести до теплового вибуху. Небажане відкладення літію також збільшує внутрішній опір, що знижує навантажувальну здатність.
Батарейні монітори
Відстежуй основні показники акумуляторів та будь у курсі стану твого акб
Батарейний монітор Victron BMV-700
Монітор підходить для AGM, GEL, а також літієвих батарей LiFePO4, і вимірює напругу, струм, спожиту ємність, час до розрядження, а також може опціонально відображати температуру батареї.
Купити
Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A
Це інтелектуальний шунт з функціями повноцінного батарейного монітору, який підключається до вашого смартфона або GX-пристрою через вбудований Bluetooth або VE.Direct порт.
Купити
Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A IP65
Вдосконалена версія популярного SmartShunt, розроблена для використання у вологих, пилових або морських умовах, з повним захистом корпусу за стандартом IP65
КупитиПорівняння та приклади
На рисунку 5 порівнюється саморозряд нового літій-іонного елемента з елементом, який зазнав примусового глибокого розряду, та елементом, який був повністю розряджений, замкнутий накоротко протягом 14 днів, а потім перезаряджений. Елемент, який зазнав глибокого розряду понад 2,50 В/елемент, демонструє дещо вищий саморозряд, ніж новий елемент. Найбільший саморозряд спостерігається у елемента, який зберігався при нульовій напрузі.
Рисунок 5: Саморозряд нових та навантажених літій-іонних елементів
Елементи, які були навантажені глибокими розрядами та підтримувалися при 0 В, демонструють вищий саморозряд, ніж новий елемент.
На рисунку 6 показано саморозряд свинцево-кислотного акумулятора за різних температур навколишнього середовища. При кімнатній температурі 20°C (68°F) саморозряд становить приблизно 3% на місяць, і акумулятор теоретично може зберігатися 12 місяців без підзарядки. При високій температурі 30°C (86°F) саморозряд збільшується, і через 6 місяців знадобиться підзарядка. Падіння заряду акумулятора нижче 60 відсотків SoC протягом певного часу призводить до сульфатації.
Рисунок 6: Саморозряд свинцевої кислоти як функція температури
Температура свинцевої кислоти ніколи не повинна падати нижче 60% SoC. Заряджайте частіше, коли вона тепла.
