Саморазряд аккумуляторных батарей

Саморазряд аккумуляторов и собираемых из них батарей – это естественное снижение электрической емкости элементов питания при разомкнутой цепи, в периоды простоя или хранения, когда они не используются для питания нагрузки. Это явление неизбежно происходит во всех АКБ. Его главная причина – протекание необратимых реакций между электродами и электролитом, частичное растворение материала катода в электролите, загрязнение анода примесями и естественный распад его элементов.

Электрическая емкость характеризует количество электроэнергии, которое способна отдать в нагрузку полностью заряженная АКБ в процессе своего разряда до допустимого уровня. Снижение емкости без полезной нагрузки называют самопроизвольным разрядом. Он бывает:

• поверхностный – происходит из-за загрязненного корпуса, окисленных контактов, протечек электролита и других причин на поверхности АКБ, когда наблюдается утечка малых токов по корпусу через токопроводящую пленку;
• внутренний – возникает из-за внутренних химических реакций в самих элементах питания.

От чего зависит скорость саморазряда?

Скорость внутреннего саморазряда бывает разной. Обычно ее обозначают в процентах от полной емкости АКБ – в зависимости от того, какой процент заряда теряется за месяц или другой период времени из-за внутренних химических процессов. Ускоренному разряду АКБ в состоянии покоя способствуют разные внутренние дефекты, такие как микрозамыкание или наличие посторонних примесей в электролите.

В целом на этот параметр влияет несколько факторов, прежде всего:

1. Химический состав. В среднем никель-металлгидридные элементы (NiMH) теряют за месяц до 30% заряда, никель-кадмиевые (NiCd) и свинцово-кислотные АКБ с жидким электролитом – до 20%, свинцово-кислотные модели со связанным или гелеобразным электролитом (AGM, GEL) – от 2–3%, литий-ионные ячейки – 1–5%.
2. Температура. С повышением температуры химические процессы в ячейках протекают активнее, и происходит ускоренное падение емкости. Поэтому хранить накопители энергии рекомендуется в сухом прохладном месте.
3. Возраст, степень износа. В процессе старения аккумуляторных элементов и сборок в их внутренней структуре происходят необратимые химические изменения – естественная деградация. На практике она проявляется ухудшением рабочих характеристик, включая ускоренную потерю емкости.
4. Уровень заряда при хранении. В большинстве случаев разряженные аккумуляторные батареи теряют заряд быстрее. Для каждого типа АКБ производители указывают оптимальный уровень заряда для длительного хранения. Например, для литий-ионных элементов питания оптимальный диапазон – 40–60% от полного заряда.
5. Потребление энергии BMS платой, которая обеспечивает мониторинг рабочих параметров и защиту АКБ от опасных состояний.
6. Чистота корпуса и клемм АКБ, соблюдение правил эксплуатации.

На что она влияет?

По тому, как быстро ячейки теряют емкость при отсутствии полезной нагрузки, например, при хранении или длительном простое, можно судить о состоянии их «здоровья» и работоспособности. От скорости саморазряда аккумуляторных батарей зависит комфорт и эффективность их использования. Чем интенсивнее разряжается АКБ, тем чаще ее приходится подзаряжать при хранении, продолжительном простое и нерегулярной эксплуатации техники. Это приводит к снижению фактической емкости, уменьшению времени автономной работы и сокращению срока службы элементов питания.

Склонность самопроизвольно разряжаться особенно важна для накопителей энергии, чувствительных к глубоким разрядам, таких как ячейки Li-ion группы. При их использовании и хранении необходимо контролировать уровень разряда, чтобы не допустить его критического снижения. Иначе в структуре ячеек произойдут негативные изменения, что приведет, как минимум, к ухудшению рабочих параметров. А после длительного пребывания в глубоко разряженном состоянии литиевая АКБ вообще становится неработоспособной и опасной для дальнейшего использования.

Как уменьшить самопроизвольный разряд?

Чтобы минимизировать процент снижения емкости неиспользуемых аккумов, производители совершенствуют их химическую структуру. В частности, они используют особые катодные сплавы с улучшенной кристаллической решеткой и усиленные аноды, более устойчивые к естественному распаду. Также производители оптимизируют сепаратор и электролит.

Чтобы накопители энергии хорошо держали заряд, покупайте качественные аккумуляторы и соблюдайте рекомендации по их эксплуатации. Соблюдение этих 2 условий поможет вам полноценно использовать функционал приобретенных АКБ, пока они не выработают свой ресурс. А старые элементы питания, которые быстро разряжаются и не способны эффективно питать нагрузку, подлежат утилизации и замене.

В предыдущей статье блога VirtusTec.ru мы рассказали о видах портативных электростанций.