Защита аккумулятора от глубокого разряда
- Чем грозит переразряд?
- Устройства для защиты АКБ от перезаряда
- Как защитить АКБ от глубокого разряда?
- Выводы
Литий-ионные аккумуляторы и собираемые из них батареи очень не любят глубоких разрядов и нуждаются в эффективной защите от таких состояний. Для каждого элемента питания есть строго установленный диапазон рабочих напряжений. Например, у большинства Li-ion элементов это диапазон от 2,8–3 до 4,2 В на ячейку, а для моделей подвида LiFePO4 – от 2 до 3,65 В. При этом номинальное напряжение (значение в средней точке) у большинства Li-ion ячеек составляет 3,6 или 3,7 вольта, а у литий-железо-фосфатных – 3,2 или 3,3 В.
Нижняя граница диапазона рабочих напряжений соответствует полностью разряженному состоянию аккумулятора, а верхняя – полностью заряженному состоянию. Глубоким разрядом называется состояние элементов питания, при котором напряжение падает ниже минимально допустимого предела, т.е. для большинства литий-ионных ячеек – ниже 2,8–3 В на элемент. Для безопасного использования литиевых АКБ важно избегать из переразряда, впрочем, как и перезаряда.
Чем грозит переразряд?
В глубоко разряженном состоянии Li-ion элементы питания подвержены химической деградации. В их структуре происходят необратимые изменения, которые приводят к ухудшению технических характеристик ячеек и возникновению различных рисков при их использовании. При длительном нахождении в критически разряженном состоянии литий-ионные АКБ не только теряют емкость и свою способность накапливать энергию и отдавать ее в нагрузку, но и могут полностью прийти в негодность или стать опасными для дальнейшего применения.
В частности, это связано с большой вероятностью роста дендритов – металлических отростков между катодом и анодом, приводящих к внутреннему короткому замыканию. Еще одним следствием переразряда и долгого хранения в разряженном состоянии является вздутие аккумуляторов из-за образующихся внутри корпуса газов. Часто этот эффект наблюдается у литий-полимерных АКБ. Их мягкий корпус не способен сдерживать внутреннее давление и раздувается, а если поставить такой аккум на зарядку, то он может взорваться.
Жесткий металлический корпус более устойчив к воздействию образующихся внутри ячейки газов, а клапаны сброса давления частично решают эту проблему, но использовать такие элементы питания все же опасно. Даже если внешне у используемых накопителей энергии нет признаков химической деградации, применять их после долгого пребывания в разряженном виде не стоит. Такие ячейки часто становятся нестабильными и склонными к тепловому пробою. Они легко перегреваются при подключении к зарядному устройству или нагрузке, могут возгораться и взрываться. Поэтому Li-ion элементам питания так важно обеспечивать надежную защиту от глубоких разрядов.
Устройства для защиты АКБ от перезаряда
Эту задачу успешно решают BMS платы защиты и мониторинга рабочих параметров. Такими электронными модулями оснащают все Li-ion батареи, иначе их использование было бы очень непродолжительным и опасным. БМС платы бывают с разным набором функций – от базового минимума до расширенных возможностей. Контроль напряжения и его поддержание в установленном диапазоне – это базовая функция, которая есть даже в простейшей BMS плате.
Работает она просто: когда напряжение опускается до нижней границы, БМС контроллер отключает аккумуляторную батарею от нагрузки, чтобы уберечь ее от критически разряженного состояния. Аналогично этот электронный модуль срабатывает и при превышении верхней границы установленного промежутка: отключает батарею от зарядного устройства, защищая ее от чрезмерного заряда.
Кроме перезарядки и переразрядки, BMS контроллеры защищают аккумуляторные батареи от перегрева, короткого замыкания, перегрузок по току и других опасных состояний. Тем самым они продлевают срок службы накопителей энергии, оберегают их от преждевременного «старения» (химической деградации), снижения технических характеристик, потенциальных повреждений и полной потери работоспособности.
Аналогичные защитные модули бывают и у отдельных ячеек. Их называют защищенными и используют в качестве самостоятельных элементов питания для разных устройств. В свою очередь, незащищенные «банки» используют для соединения в аккумуляторные батареи, которые затем обязательно оснащают BMS контроллерами.
Как защитить АКБ от глубокого разряда?
Чтобы батарея не разряжалась ниже допустимой границы, достаточно соблюдать 3 условия:
- Установить на нее надежную БМС плату с подходящими порогами напряжения, чтобы она постоянно контролировала рабочие параметры и автоматически отключала разрядившийся накопитель энергии от нагрузки. Наличие защитной схемы – обязательное условие для безопасного использования Li-ion батарей, сохранения их производительности, значения восстанавливаемой емкости, номинального циклического ресурса и работоспособности.
- Своевременно заряжать аккумуляторную батарею после циклов разрядки. Если забыть о ней на несколько месяцев, из-за саморазряда напряжение может упасть слишком низко и пересечь допустимый минимум, со всеми вытекающими последствиями.
- При длительном хранении периодически проверять уровень заряда и подзаряжать разряженные накопители энергии до оптимальных 40–60%.
Выводы
Литий-ионные батареи – надежные и безопасные накопители энергии с отличными характеристиками и широкими возможностями использования. Но свои преимущества они демонстрируют только при четком соблюдении правил их эксплуатации. Одно из простых, но важных условий – не разряжать используемые батареи в ноль и не хранить их подолгу разряженными. Иначе даже самые совершенные элементы питания окажутся безнадежно испорченными.
Ранее в блоге VirtusTec вышла статья о лучших портативных зарядных станциях
