Подогрев аккумуляторной батареи – описание принципа

• Устройство подогрева аккумулятора
• Принцип работы подогрева аккумулятора
• Преимущества подогрева АКБ
• Заряжать Li-ion батареи на морозе – можно!
• Применение приборов для подогрева АКБ
• Альтернативные способы подогрева Li-ion батарей
• Выводы

Литий-ионные аккумуляторы хороши по всем параметрам, но и у них есть слабые стороны. Несмотря на широкий диапазон рабочих температур – от -20 до +50 °С, лучше всего они работают при значениях от +5 до +25 °С. На морозе Li-ion аккумуляторы теряют емкость, быстро разряжаются и работают на 1 заряде примерно вдвое меньше, чем при оптимальных температурах. Это происходит из-за изменения свойств электролита и замедленного протекания химических реакций.

Чтобы защитить АКБ от угрожающего ей переохлаждения, нужно ее утеплить теплоизоляционным материалом и оснастить системой подогрева. Для утепления используются термокейсы, которые становятся защитным барьером между батареей и окружающей средой. Их делают из пенофола, пенопласта, фольгоизола, войлока и других утеплителей. Для подогрева АКБ используют разнообразные системы, приборы и устройства со слаботочными нагревательными элементами.

Устройство подогрева аккумулятора

В электромобилях для защиты АКБ от холода используются комплексные системы подогрева. Как правило, они состоят из электрического нагревателя РТС-типа и классического теплового контура, трубки которого повсеместно проходят между аккумуляторными блоками. Способ подогрева АКБ выбирается в зависимости от ее размеров и условии эксплуатации.

Часто для поддержания оптимального температурного режима используются низковольтные пластины. В них встроены слаботочные нагревательные элементы с низким энергопотреблением – 20–40 Вт. Они экономно расходуют энергию, но в то же время обеспечивают аккумуляторам необходимый подогрев. Степень нагрева регулирует термодатчик.

Такие системы быстро прогревают холодную батарею и поддерживают в процессе её зарядки и эксплуатации наилучшую температуру (+15 °С). Реализовать систему подогрева Li-ion батареи можно своими руками. В простейшем варианте 2 нагревательные пластины размещаются вдоль боковых поверхностей батареи. Цена такого апгрейда невысока, а полезность – неоднократно подтверждена на практике.

Принцип работы подогрева аккумулятора

В состоянии покоя прибор для подогрева АКБ имеет минимальное электропотребление. Энергию он может получать 2 способами: через зарядное устройство от сети или от самой батареи. Например, если нужно отогреть батарею перед зарядкой или эксплуатацией, ее достаточно подключить к зарядному устройству.

Если же подогрев необходим во время поездки на персональном электротранспорте или в процессе эксплуатации аккумуляторного оборудования, вы нажимаете кнопку поддержания температуры АКБ, и прибор работает от батареи. Даже потребляя энергию от батареи, он продлевает время ее работы на 1 заряде. Без использования такого прибора емкость литий-ионной АКБ на морозе падает в среднем на 40%, а прибор со слаботочными нагревательными элементами потребляет <10% заряда.

Преимущества подогрева АКБ

Нагревательные приборы для аккумуляторных батарей приносят существенную пользу:

1. В условиях низких температур окружающей среды нагревают АКБ до +15 °С или другой установленной температуры из рекомендованного диапазона.
2. Поддерживают заданную температуру, обеспечивая оптимальные условия для зарядки и эксплуатации батареи. При подключении зарядного устройства вначале происходит предпусковой отогрев батареи, а затем – ее зарядка.
3. Обеспечивают стабильную работу АКБ в диапазоне температур окружающей среды от -30 до +60 °С.
4. Защищают АКБ от сокращения ресурса и других проблем при зарядке в среде низких температур.
5. Создают условия для стабильной работы Li-ion аккумуляторов – без снижения емкости и токоотдачи, просадки напряжения и быстрого разряда на морозе.

Заряжать Li-ion батареи на морозе – можно!

Табу, прописанное во всех инструкциях к литий-ионным АКБ, теряет свою актуальность. Но только при одном условии – если батарея оснащена прибором подогрева. Именно он поддерживает аккумуляторы в благоприятных условиях – при температуре +15 °С или в заданном диапазоне, поэтому климатические условия окружающей среды не вредят батарее и позволяют заряжать ее на морозе.

Применение приборов для подогрева АКБ

Установка АКБ с прибором поддержания температуры особенно актуальна для зимнего электротранспорта и техники, работающей в среде низких температур. Такое решение будет полезным даже для батарей LiFePO4, которые лучше сохраняют работоспособность на морозе. Подогрев АКБ LiFePO4 и других видов Li-ion батарей решает важные задачи:

1. Расширяет возможности использования литиевых АКБ, в т. ч. зимой на улице и в неотапливаемых помещениях, в морозильных камерах и на складах с температурой ниже 0 °С.
2. Позволяет полноценно эксплуатировать аккумуляторную технику при минусовых температурах.
3. Помогает минимизировать простои техники из-за дозарядки или подогрева аккумуляторных батарей перед использованием.
4. Позволяет заряжать литий-ионные АКБ при температуре среды ниже 0 °С.
5. Оберегает АКБ от глубокого разряда на морозе и необратимой потери емкости.
6. Повышает их работоспособность.

Устройства подогрева АКБ отлично подходят для электроквадроциклов, электроснегоходов, электроснегокатов, электрофэтбайков и других видов используемого зимой транспорта на электротяге. Полезны они и для работающей на холоде складской техники: электропогрузчиков, подкатных тележек, ричтраков, штабелеров.

Также приборы подогрева батарей устанавливаются на переносные источники питания, рекламные щиты, беспилотники, аналитические системы на транспорте – на все виды аккумуляторного оборудования, используемого на холоде. Утепление и подогрев АКБ позволяет избежать потери ее энергоемкости и дольше обеспечивать питание двигателя.

Альтернативные способы подогрева Li-ion батарей

Чтобы повысить работоспособность литий-ионных АКБ при отрицательных температурах, конструкторы используют подогреватели разных типов, например:

1. Система подогрева, реализованная с помощью нагревательных элементов в защитном кожухе. Нагреватель имеет 2-позиционный выключатель и таймер с термостатическим управлением. Он получает питание от отдельной батареи или внешнего блока питания. Такая система используется для подогрева АКБ перед пуском и периодически в процессе эксплуатации.
2. Подогреватель в нижней части корпуса батареи, состоящий из нагревательного элемента, держателя и теплоизоляции. Также внутрь корпуса помещается температурный датчик, соединенный с контроллерами и нагревательным элементом. Он срабатывает при нижнем пороговом значении температуры, например, при 0 °С. Нагреватель включается в работу и обеспечивает тепловые условия, оптимальные для эксплуатации батареи. При прогреве выше заданного значения он выключается, а при последующем понижении температуры – снова включается.
3. Система из 2 нагревателей, обеспечивающих равномерный прогрев АКБ.
4. Система из нагревательного резистора и комбинированного источника питания, помещенного в диэлектрический корпус. Выпрямленный ток подается к токоотводам АКБ и управляет значением переменного тока, который подается на нагревательный резистор. Тем самым регулируется степень подогрева.
5. Батарея, помещенная в термокейс и подключенная к схеме из термостатического выключателя и нагревательного элемента. Выключатель включает подогрев при снижении температуры внутри термокейса ниже заданного значения.

При выборе способа подогрева АКБ сопоставляются стоимость его реализации, эффективность и экономичность.

Выводы

Для подогрева литиевых АКБ используются разные методы и технологии. Независимо от способа реализации подогрева, принцип его работы идентичен. Термодатчик контролирует температуру внутри аккумуляторной сборки, и когда она падает ниже установленного минимума – включает нагрев. Если температура аккумуляторов превышает верхнюю границу установленного диапазона, нагрев прекращается.

Использование систем подогрева повышает работоспособность Li-ion батарей на морозе и даже позволяет заряжать их в среде минусовых температур. Благодаря этому, литий-ионные АКБ можно эффективно использовать даже в северных широтах и в космосе. Энергопотребление подогревательных приборов может быть осуществлено от электросети, дополнительных аккумуляторов или самой батареи.

Читайте в предыдущей статье блога VirtusTec о применении аккумуляторных батарей в рекламной сфере.