Почему аккумулятор быстро разряжается и не держит заряд?

Когда быстро разряжается старый аккумулятор, это закономерно и ожидаемо. У каждого накопителя энергии есть определенный ресурс, и он постепенно исчерпывается. Со временем во внутренней структуре элементов питания неизбежно происходят необратимые изменения. Обычно их называют химической деградацией или естественным старением аккумуляторов.

Такие изменения происходят не внезапно, а постепенно, после многочисленных циклов заряд-разряд. Например, причина естественной деградации Li-ion элементов питания кроется в изменении свойств электролита, образовании пленки на аноде, окислении катода, изменении структуры электродов, осаждении металлического лития на аноде и росте дендритов.

Внешними проявлениями таких изменений становится быстрая разрядка, снижение емкости, увеличение внутреннего сопротивления и в целом снижение работоспособности аккумулятора, вплоть до полного выхода из строя, включая неспособность держать заряд. Иногда подобные проблемы возникают при использовании относительно новых аккумов, которые еще не выработали свой номинальный ресурс. В этой статье мы рассмотрим наиболее вероятные причины быстрой разрядки накопителей энергии.

Увеличенное потребление энергии

Одна из причин, почему аккумулятор не держит заряд так долго, как раньше, – увеличение энергопотребления. Например, при работе только вилами электропогрузчик расходует меньше энергии АКБ, чем при использовании подвижного навесного оборудования. Так, ускоренному разряду аккумуляторной батареи способствует применение опрокидывателей, ротаторов, захватов для бумажных рулонов и других энергоемких дополнений.

Также увеличенному расходу энергии АКБ способствует большая весовая нагрузка на технику, передвижение по склонам, выполнение многочисленных маневров. Например, при спокойной езде на электровелосипеде – по ровной дороге, со средней скоростью и без увесистого багажа – тратится гораздо меньше энергии, чем при преодолении крутых затяжных подъемов или при экстремальных покатушках на высокой скорости, с резкими торможениями и маневрами.

Работа на морозе

Если аккумулятор не держит заряд при отрицательных температурах, это может быть обусловлено замедлением химических реакций из-за увеличения вязкости электролита. Например, у большинства литий-ионных АКБ на морозе временно уменьшается емкость, быстрее расходуется накопленная при зарядке энергия, просаживается напряжение, ухудшается токоотдача, растет внутреннее сопротивление и в целом ощутимо снижается производительность.

Есть среди литиевых аккумуляторов и морозостойкие, например, с типом химии LiFePO4 и LTO. У них снижение рабочих характеристик на холоде менее заметно. Остальные АКБ литиевого типа необходимо беречь от переохлаждения – перед зимним использованием их рекомендуется утеплять и оснащать системами подогрева, например, с низковольтными нагревательными элементами.

Чувствительны к морозам и свинцово-кислотные АКБ, в частности, стартерные аккумуляторы автомобилей. При отрицательных температурах у них снижается емкость, уменьшается пусковой ток, появляются проблемы с запуском двигателя и даже возникает риск замерзания электролита. Поэтому зимой особенно важно контролировать напряжение и вовремя заряжать аккумулятор, особенно если поездки короткие и он не успевает подзаряжаться. Защитить автомобильный аккумулятор от холода помогает утепление подкапотного пространства машины, применение термозащитных чехлов и специальных (негорючих) одеял для капота.

Неблагоприятные условия эксплуатации

Аккумуляторам не идут на пользу высокие и низкие температуры, перезаряд и глубокий разряд, превышение допустимых токовых нагрузок. Эти факторы способствуют ускоренной деградации внутренней структуры и преждевременному износу элементов питания. В частности, у литий-ионных АКБ:

1. При перезаряде или перегреве окисляются материалы катода, что на практике проявляется заметным снижением восстанавливаемой емкости.
2. Превышение токов заряда, как и состояние глубокого разряда, приводит к оседанию ионов лития в металлической форме на аноде. В результате падает емкость и увеличивается вероятность роста дендритов – металлических отростков, провоцирующих внутреннее короткое замыкание.
3. Высокие температуры способствуют ускорению химических реакций, разложению электролита и преждевременному старению ХИТ.

У свинцово-кислотных аккумуляторов обслуживаемого типа неисправности часто возникают из-за критически низкого уровня электролита, оголения пластин, длительного пребывания в разряженном состоянии, сульфатации. Иногда автомобильные аккумуляторы быстро разряжаются из-за некорректно работающего генератора или из-за повышенного тока покоя.

Разбалансировка или выход из строя отдельных ячеек

Если в составе литиевой АКБ не все ячейки работают одинаково, со временем это приводит к систематическому перезаряду одних и недозаряду других элементов. И если какая-то ячейка выйдет из строя, это отражается на работе всей сборки. Поэтому аккумуляторные батареи нужно собирать из абсолютно одинаковых элементов и снабжать балансирами или BMS платами с функциями балансировки ячеек.

Дополнительные и паразитные нагрузки

Аккумуляторная батарея может быстро садиться из-за многочисленных потребителей ее энергии. Например, современная складская техника часто имеет системы безопасности, осветительные приборы, видеокамеры, дисплеи, массу датчиков, индикаторов, лазеров. От того, какими источниками питания они будут оснащены, как будут применяться, напрямую зависит расход энергии АКБ.

Поэтому перед подключением и использованием периферийных устройств важно взвесить, насколько они необходимы, и оценить их влияние на работу аккумуляторной батареи. Например, фонари и остальную оптику на электровелосипеде не обязательно подключать к бортовой батарее. Чтобы не расходовать ее энергию и не сокращать тем самым расстояние пробега на 1 заряде, можно снабдить периферические устройства отдельными источниками питания.

Ослабление или коррозия контактов

Со временем клеммы аккумулятора могут ослабевать или коррозировать. Это приводит к проблемам с передачей энергии, росту сопротивления, нагреву контактов и проводов. Другими словами, часть электроэнергии расходуется понапрасну, и ее утечка приводит к быстрому разряду батареи. Поэтому контакты должны быть надежными, а клеммы – чистыми. В частности, окислы на клеммах свинцово-кислотных аккумуляторов ухудшают проводимость и делают их работу менее эффективной, а также могут спровоцировать перегрев и искрение.

Ранее в блоге VirtusTec.ru вышла статья о гибких батареях для носимой электроники.