Заряджання за високих та низьких температур

Загальні рекомендації

Акумулятори працюють у широкому діапазоні температур, але це не дозволяє заряджати їх за екстремальних умов. Процес заряджання більш делікатний, ніж розряджання, і вимагає особливої ​​обережності. Екстремальний холод та висока температура знижують здатність до заряджання, тому перед зарядкою акумулятор слід нагріти до помірної температури.

Зарядні пристрої Victron Energy

Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи

Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

 Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.

Купити

Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15

Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.

Купити

Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.

Купити

Подивитися більше

Особливості різних технологій

Старіші технології, такі як свинцево-кислотні та нікель-кадмієві акумулятори, мають вищі допустимі значення заряджання, ніж новіші, наприклад, літій-іонні. Це дозволяє їм заряджатися при температурі нижче нуля зі зниженим коефіцієнтом C. Нікель-кадмієві акумулятори стійкіші до холодного заряджання, ніж нікель-металгідридні, свинцево-кислотні також стійкі, але літій-іонні потребують особливого догляду.

Допустимі температури для заряджання та розряджання

У таблиці нижче наведено допустимі температури заряджання та розряджання стандартних акумуляторів. Спеціальні батареї, призначені для заряджання поза цими межами, тут не враховані.

Таблиця 1: Допустимі температурні межі для різних акумуляторів

Акумулятори можна розряджати в широкому діапазоні температур, але температура заряджання обмежена. Для найкращих результатів заряджайте за температури від 10°C до 30°C (від 50°F до 86°F). Зменшуйте струм заряджання, коли акумулятори холодні.

Рекомендації при низьких температурах

Нікелеві акумулятори: Швидке заряджання більшості акумуляторів обмежене температурою від 5°C до 45°C (від 41°F до 113°F). Для найкращих результатів розгляньте можливість звуження температурного діапазону до 10°C до 30°C (від 50°F до 86°F), оскільки здатність до рекомбінації кисню та водню зменшується під час заряджання нікелевих акумуляторів при температурі нижче 5°C (41°F). Якщо заряджати занадто швидко, в елементі накопичується тиск, що може призвести до вентиляції. Зменште струм заряджання всіх нікелевих акумуляторів до 0,1C під час заряджання при температурі нижче нуля.

Нікелеві зарядні пристрої з функцією виявлення повного заряду NDV (від’ємна затримка V) пропонують певний захист під час швидкого заряджання за низьких температур. Погане сприйняття заряду в холодну погоду імітує повністю заряджений акумулятор. Частково це спричинено високим накопиченням тиску через знижену здатність до рекомбінації газів за низької температури. Підвищення тиску та падіння напруги при повному заряді здаються синонімами.

Щоб забезпечити швидке заряджання за будь-якої температури, деякі промислові акумулятори додають термоковдру, яка нагріває акумулятор до прийнятної температури; інші зарядні пристрої регулюють швидкість заряджання відповідно до поточної температури. Споживчі зарядні пристрої не мають таких функцій, і кінцевому користувачеві рекомендується заряджати лише за кімнатної температури.

Свинцево-кислотні: Свинцево-кислотні акумулятори досить стійкі до екстремальних температур, як показують стартерні акумулятори в наших автомобілях. Частково ця стійкість пояснюється їхньою повільною поведінкою. Рекомендована швидкість заряджання за низької температури становить 0,3°C, що майже ідентично нормальним умовам. За комфортної температури 20 ° C (68 ° F) газоутворення починається при напрузі заряджання 2,415 В/елемент. При досягненні –20 ° C (0 ° F) поріг газоутворення підвищується до 2,97 В/елемент .

Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL

Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи

Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

 Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення

Купити

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

Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем

Купити

AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)

 AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.

Купити

Подивитися більше

Свинцево-кислотний акумулятор заряджається постійним струмом до встановленої напруги, яка зазвичай становить 2,40 В/елемент за кімнатної температури. Ця напруга залежить від температури та встановлюється вищою, коли акумулятор холодний, і нижчою, коли теплий. На рисунку 2 показано рекомендовані налаштування для більшості свинцево-кислотних акумуляторів. Паралельно на рисунку також показано рекомендовану напругу підтримуючого заряду, до якої зарядний пристрій повертається після повного заряду акумулятора. Під час заряджання свинцево-кислотного акумулятора за коливань температури зарядний пристрій повинен мати функцію регулювання напруги, щоб мінімізувати навантаження на акумулятор. 

Рисунок 2: Напруга елементів під час заряджання та підтримка за різних температур

Замерзання свинцево-кислотного акумулятора призводить до його незворотного пошкодження. Завжди тримайте акумулятори повністю зарядженими, оскільки в розрядженому стані електроліт стає більш водоподібним і замерзає раніше, ніж коли він повністю заряджений. Згідно з BCI (Міжнародна рада з акумуляторів), питома вага 1,15 має температуру замерзання –15°C (5°F). Для порівняння, питома вага 1,265 з повністю зарядженим стартерним акумулятором становить –55°C (–67°F). Затоплені свинцево-кислотні акумулятори, як правило, тріскають корпус і спричиняють витік, якщо замерзнуть, герметичні свинцево-кислотні акумулятори втрачають потужність і витримують лише кілька циклів, перш ніж вони зневоднюються та потребують заміни.

Літій-іонний: Літій-іонний акумулятор можна швидко заряджати від 5°C до 45°C (від 41 до 113°F). За температури нижче 5°C струм заряду слід зменшити, а за температури нижче 5°C заряджання заборонено через зниження швидкості дифузії на аноді. Під час заряджання внутрішній опір елемента викликає незначне підвищення температури, що компенсує частину холоду. Внутрішній опір усіх акумуляторів зростає в холодному стані, помітно подовжуючи час заряджання. Це також помітно впливає на характеристики розряджання літій-іонних акумуляторів.

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

Купити

Подивитися більше

Багато користувачів акумуляторів не знають, що споживчі літій-іонні акумулятори не можна заряджати за температури нижче 0°C (32°F). Хоча акумулятор, здається, заряджається нормально, під час заряджання за температури нижче нуля на аноді відбувається покриття металевим літієм, що призводить до постійного погіршення продуктивності та безпеки. Акумулятори з літієвим покриттям більш вразливі до виходу з ладу, якщо їх піддавати вібрації або іншим стресовим умовам. Сучасні зарядні пристрої (Cadex) запобігають зарядженню літій-іонних акумуляторів за температури нижче нуля.

Досягаються успіхи в зарядці літій-іонних акумуляторів за температур нижче нуля. Зарядка справді можлива для більшості літій-іонних елементів, але лише за дуже низьких струмів. Згідно з дослідницькими роботами, допустима швидкість зарядки при –30°C (–22°F) становить 0,02°C. При такому низькому струмі час зарядки може перевищити 50 годин, що вважається непрактичним. Однак існують спеціальні літій-іонні акумулятори, які можуть заряджатися до –10°C (14°F) зі зниженою швидкістю.

Деякі виробники літій-іонних акумуляторів пропонують виготовлені на замовлення елементи для холодної зарядки. Також знадобляться спеціальні зарядні пристрої, які знижують коефіцієнт заряду (C-rate) залежно від температури та заряджають акумулятор до нижчого піку напруги; наприклад, 4,00 В/елемент замість звичайних 4,20 В/елемент. Такі обмеження зменшують енергію, яку може утримувати літій-іонний акумулятор, приблизно до 80% замість звичайних 100%. Час зарядки також збільшиться і може тривати 12 годин і довше в холодному стані.

Літій-іонні акумулятори, що заряджаються за температури нижче 0°C (32°F), повинні пройти перевірку регуляторними органами, щоб засвідчити відсутність літієвого покриття. Крім того, спеціально розроблений зарядний пристрій підтримуватиме заданий струм і напругу в безпечних межах у всьому температурному діапазоні. Сертифікація таких акумуляторів і зарядних пристроїв є дуже дорогою, що відобразиться на ціні. Подібні регуляторні вимоги також застосовуються до іскробезпечних акумуляторів.

Виробники елементів живлення та зарядних пристроїв стверджують, що заряджають літій-іонні акумулятори за низьких температур; проте більшість компаній не хочуть ризикувати потенційною несправністю та брати на себе відповідальність. Так, літій-іонні акумулятори заряджатимуться за низької температури, але дослідницькі лабораторії, які аналізують ці акумулятори, отримують тривожні результати.

Рекомендації при високих температурах

Тепло – найгірший ворог акумуляторів, включаючи свинцево-кислотні. Додавання температурної компенсації до зарядного пристрою для свинцево-кислотних акумуляторів для врахування коливань температури, як кажуть, подовжує термін служби акумулятора до 15 відсотків. Рекомендована компенсація – падіння на 3 мВ на елемент на кожен градус підвищення температури за Цельсієм. Якщо напруга підтримуючого струму встановлена ​​на 2,30 В/елемент при 25°C (77°F), напруга повинна становити 2,27 В/елемент при 35°C (95°F). При зниженні температури напруга повинна становити 2,33 В/елемент при 15°C (59°F). Ці коригування на 10°C представляють зміну на 30 мВ.

У таблиці 3 вказано оптимальну пікову напругу за різних температур під час заряджання свинцево-кислотних акумуляторів. У таблиці також наведено рекомендовану напругу підтримки заряду в режимі очікування.

Таблиця 3: Рекомендовані межі напруги
під час заряджання та підтримки стаціонарних свинцево-кислотних акумуляторів у режимі підтримуючого заряду. Компенсація напруги подовжує термін служби акумулятора під час роботи за екстремальних температур.

Заряджання нікелевих акумуляторів за високих температур знижує утворення кисню, що зменшує прийняття заряду. Тепло змушує зарядний пристрій думати, що акумулятор повністю заряджений, хоча це не так.

Заряджання нікелевих акумуляторів у теплому стані знижує утворення кисню, що зменшує прийняття заряду. Тепло змушує зарядний пристрій думати, що акумулятор повністю заряджений, хоча це не так. На рисунку 4 показано значне зниження ефективності заряду від «лінії ефективності 100 відсотків» при температурі вище 30 ° C (86 ° F). При 45 ° C (113 ° F) акумулятор може прийняти лише 70 відсотків своєї повної ємності; при 60 ° C (140 ° F) прийняття заряду знижується до 45 відсотків. NDV для виявлення повного заряду стає ненадійним за вищих температур, і вимірювання температури є важливим для резервного копіювання .

Рисунок 4: Залежність прийняття заряду NiCd від температури

Висока температура знижує придатність до заряду та відхиляється від пунктирної «лінії 100% ефективності». При 55°C комерційні NiMH мають ефективність заряду 35–40%; новіші промислові NiMH досягають 75–80%.

Літій-іонний акумулятор добре працює за підвищених температур, але тривалий вплив тепла скорочує термін служби. Заряджання та розряджання за підвищених температур залежно від утворення газу, що може призвести до вентиляції циліндричного елемента та розбухання мішечкового елемента. Багато зарядних пристроїв забороняють заряджання за температури вище 50°C (122°F).

Деякі літієві акумулятори короткочасно нагріваються до високих температур. Це стосується акумуляторів у хірургічних інструментах, які стерилізуються при температурі 137°C (280°F) протягом 20 хвилин в рамках автоклавування. Буріння нафтових і газових свердловин як частина фрекінгу також піддає акумулятор впливу високих температур.

Втрата ємності за підвищеної температури прямо пов'язана зі станом заряду (SoC). На рисунку 5 показано вплив літій-кобальту (LiCoO2), який спочатку циклічно нагрівають за кімнатної температури (RT), а потім нагрівають до 130°C (266°F) протягом 90 хвилин і циклічно нагрівають при 20, 50 та 100 відсотках SoC. При кімнатній температурі помітної втрати ємності немає. При 130°C з 20-відсотковим SoC незначна втрата ємності помітна протягом 10 циклів. Ця втрата вища при 50-відсотковому SoC і має руйнівний ефект при циклічному зарядженні з повним зарядом.

Рисунок 5: Втрата ємності за кімнатної температури (RT) та 130°C протягом 90 хвилин

Тест: Елементи LiCoO2/графіт піддавали дії температури 130°C протягом 90 хвилин при різних температурах нагріву (SoC) між кожним циклом.