Литиевый аккумулятор на морозе

• Что происходит с Li-ion аккумуляторами на морозе?
• Можно ли хранить Li-Ion аккумуляторы на морозе?
• Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на холоде?
• Простые правила для сохранения работоспособности АКБ
• Морозостойкие аккумуляторы разных типов
• Способы защиты литиевых АКБ от холода
• Выводы

Пользователи литиевых батарей не понаслышке знают, что на холоде заряд исчерпывается быстрее. Это характерно не только для аккумуляторов смартфонов. Любая литиевая батарея на морозе теряет свою емкость, а насколько – зависит от химического состава используемого электролита. Наиболее подходящими для эксплуатации в холодный период считаются батареи типа LiFePO4 – литий-железо-фосфатные. Литиевые элементы питания другого химического состава также используются зимой, но по сравнению с эксплуатацией в теплый сезон эффективность их работы падает.

Что происходит с Li-ion аккумуляторами на морозе?

Из-за снижения температуры электролита уменьшается скорость движения ионов и интенсивность прохождения химических реакций. На практике это выглядит так: при комнатной температуре аккум имеет заряд 100%, а после попадания на улицу и дальнейшего пребывания на холоде падает до 80% и ниже, не считая расходования энергии на питание устройства. Но потеря емкости литий-ионных аккумуляторов на морозе – временное явление. При последующем прогреве до комнатной температуры характеристики накопителей энергии полностью восстанавливаются.

Необратимое повреждение происходит только при охлаждении ниже допустимого уровня в -40 °С. Во избежание негативных последствий для большинства литий-ионных АКБ рекомендуется не превышать нижнюю температурную границу в -20 °С, для литий-железо-фосфатных – минус 30 °С. В целом литиевые аккумуляторы и мороз вполне совместимы. Главное – помнить, что на холоде АКБ разряжаются быстрее, а долгое хранение при глубоком разряде ведет к неминуемой смерти батареи.

Можно ли хранить Li-Ion аккумуляторы на морозе?

В отличие от эксплуатации, длительное хранение литиевых аккумуляторов на морозе недопустимо. При низких температурах временно снижается токоотдача, и увеличивается скорость саморазряда источников питания. Это некритично, если после использования АКБ снова окажется в помещении с плюсовой температурой и после нагрева будет заряжена.

Но при долгом хранении на холоде быстрый саморазряд может спровоцировать критическую разрядку источника питания. А при хранении Li-Ion аккумуляторов на протяжении 3-х месяцев или более длительного срока с напряжением ниже 2,5 В емкость теряется необратимо – АКБ утрачивает способность к восполнению заряда. Поэтому заморозка литий-ионным аккумуляторам противопоказана. Оптимальная температура для их хранения– от +1 до +25 °С, допустимая – от 0 до +40 °С.

Хранить литиевые АКБ нужно в сухом месте, извлеченными из оборудования, с уровнем заряда порядка 40%. Это поможет не допустить критического снижения напряжения при саморазряде. Если же напряжение упадет ниже значения 2,5 В на элемент, последующее хранение АКБ в течение 3-х месяцев или более длительного срока приведет к невосстанавливаемому падению емкости. Может произойти и коррозия элементов. При хранении аккумуляторов более 7 дней с напряжением до2 В на элемент происходит критическое изменение их химической структуры. Такие элементы питания подлежат утилизации.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на холоде?

Зарядка аккумулятора на морозе недопустима. Более того – после использования при низкой температуре аккумуляторную батарею нужно выдержать в помещении, чтобы она прогрелась. Прогрев должен быть естественным и постепенным, без использования близко расположенных источников тепла.

Оптимальный температурный диапазон для подзарядки литий-ионных АКБ – от +10 до +25 °С. Если зарядить литиевый аккумулятор на холоде, при последующем нагреве накопитель энергии окажется перезаряженным. А перезаряд, как и критический разряд, губительно сказывается на работоспособности батарей и их ресурсе.

Простые правила для сохранения работоспособности АКБ

Уберечь литий-ионные батареи от преждевременного выхода из строя поможет соблюдение нижеприведенных правил:

1. Заряжайте АКБ, не дожидаясь ее глубокого разряда, при положительных температурах.
2. Не заряжайте переохлажденные источники питания. Вначале прогрейте их до комнатной температуры.
3. Используйте оригинальные зарядные устройства, рекомендованные для данной модели АКБ ее производителем.
4. Не храните литиевые батареи на морозе и при температуре выше 30 °С.
5. На длительное хранение отправляйте АКБ с уровнем заряда 35–50%.
6. Не допускайте продолжительного хранения накопителей энергии в состоянии глубокого разряда, иначе они быстро деградируют.
7. Избегайте перезаряда источника питания. Он неизбежен, если полностью зарядить АКБ в прохладе, а затем внести в более теплое помещение.

Морозостойкие аккумуляторы разных типов

​К эксплуатации в холода наиболее адаптированы аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата и литий-титаната (LiFePO4 и Li4Ti5O12). Но для оснащения персонального электротранспорта модели на основе литий-титаната практически не используются из-за высокой цены и низкой удельной энергоемкости. Другое дело – батареи LiFePO4. Они считаются лучшим вариантом для использования в холодное время года, т.к.:

1. способны работать в широком температурном диапазоне – от -30 до +55°C;
2. отличаются малым сопротивлением;
3. долговечны;
4. термически стабильны;
5. терпимы к высокому заряду;
6. могут храниться при высоком напряжении;
7. максимально безопасны в применении, даже при 100% заряде.

Более чувствительны к низким температурам Li-Ion аккумуляторы типа LiCoO2 (литий-кобальтовые), LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель), LiNiMnCoO2 (литий-никель-марганец-кобальт-оксидные, сокращенно NMC).

Способы защиты литиевых АКБ от холода

Чтобы уберечь аккумуляторную батарею от воздействия отрицательных температур, не оставляйте ее надолго на морозе – по возможности снимайте АКБ и заносите в помещение. Защитить батарею от переохлаждения во время работы позволяет использование термокейса. Для его изготовления можно использовать изолон, пенопласт и другие термоизоляционные материалы. В процессе работы АКБ нагреется, а термокейс не даст ей быстро остыть во время непродолжительной стоянки.

Выводы

Боятся ли литиевые аккумуляторы мороза – зависит от химического состава используемого накопителя энергии и соблюдения правил его эксплуатации. Наиболее устойчивы к воздействию отрицательных температур батареи типа LiFePO4. Остальные литий-ионные АКБ также допустимо использовать зимой (до -20 °С), но желательно поместить их в термокейс из теплоизоляционных материалов.

Дальность хода на одном заряде у одной и той же батареи зимой будет ниже, чем в теплое время года, поскольку при снижении температуры временно уменьшается и емкость АКБ. Заряжать и хранить литиевые АКБ нужно исключительно при положительных температурах. После использования в холодных условиях аккумулятор нужно внести в помещение и выдержать 2–3 часа при комнатной температуре, а затем зарядить.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как собрать аккумуляторную батарею для электровелосипеда своими руками.