Сучасні акумулятори працюють в широкому діапазоні температур, але це не дають нам право заряджати їх при цих екстремальних температурах. Низька і висока температура погано впливають на заряджаються батареї, тому, перед зарядкою їх рекомендується помістити в прийнятні температурні умови.
Старі типи батарей, наприклад, свинцеві або Ni-Cd менш залежні від температурних умов і можуть заряджатися, навіть після замерзання, малим струмом близько 0.1С. Але це не пройде з більшістю Ni-MH і літій-іонних батарей.
В Таблиці 1 вказані допустимі температури при заряді / розряді найбільш поширених типів батарей: свинцево-кислотних, NiCd, NiMH і Li ion. (Тут опущені батареї, розроблені спеціально для роботи при екстремальних температурах.)
Зарядка батарей при низьких температурах
Температура при швидкій зарядці батарей: від 5 до 45 ° C, для досягнення кращих результатів, рекомендується звузити температурний розкид: від 10 ° C до 30 ° C. Нікелеві батареї найбільш невибагливі і можуть заряджатися при низьких температурах, однак при заряді нижче 5 ° C зменшується можливість рекомбінації кисню і водню всередині батареї при перезарядці, що веде до більш швидкого її зносу при цьому і збільшується ймовірність вибуху батареї. Утворилися гази зруйнують електроліт, а вивільнилися водень легко запалиться. Під час заряду всіх типів нікелевих батарей при температурі нижче нуля, рекомендується знижувати струм зарядки до 0.1C.
Зарядні пристрої для нікелевих акумуляторів, що використовують метод падіння напруги в кінці заряду (Negative Delta V), також будуть заряджати не до кінця, тому що на холоді зниження напруги має місце при повному обсязі заряджених акумуляторах. Результатом поганого прийому заряду стає імітація повністю зарядженій батареї. Почасти це пов'язано з наростанням тиску в результаті поганої рекомбінації газів газів. Зростання тиску і падіння напруги заряду батареї - це взаємозалежні поняття.
Щоб забезпечити можливість швидкої зарядки батарей при низьких температурах, деякі промислові акумулятори оснащуються "тепловими ковдрами", які забезпечують підігрів батарей. Також, для цих цілей, деякі промислові зарядні пристрої регулюють рівень заряду, щоб температура батарей залишалася в допустимих межах. Побутові зарядні пристрої цими функціями не володіють, тому рекомендується заряджати батареї тільки при кімнатній температурі.
Забороняється заморожувати свинцеві акумулятори. Це може вивести їх з ладу. Також, рекомендується зберігати свинцеві батареї повністю зарядженими. У виряджених батареях електроліт стає більш рідким і він замерзає швидше, ніж в повністю заряджених батареях.
Як відомо, електроліт з щільністю 1,15 має температуру замерзання -15 ° С. А щільність електроліту в повністю зарядженій батареї 1.265. При промерзанні, в корпусі свинцевих батарей з'являються тріщини і відбувається витік електроліту, в результаті банки в батареях втрачають заряд і швидко приходять в непридатність.
Літій-іонні батареї здатні заряджатися і при низьких температурах, а швидкий заряд цих батарей може йти в температурному діапазоні від 5 до 45 ° C. При температурі нижче 5 ° C слід знизити струм зарядки, а при температурі нижче нуля зарядку слід припинити. Під час заряду, внутрішній опір осередку незначно підвищує температуру батарея, що компенсує низьку температуру зовні. Підвищення внутрішнього опору при низькій температурі відбувається у батарей всіх типів.
Переважна більшість покупців літій-іонних батарей не знають, що при температурі нижче 0 ° C заряджати їх вже не можна. Під час зарядки при такій температурі, частки металевого літію можуть потрапити на анод. Це покриття не пропаде при циклах заряду / розряду. Акумулятори з таким покриттям стають менш відмовостійкими і можуть прийти в непридатність при вібрації або інших "стресових" ситуаціях. Просунуті зарядні пристрої, як правило, не дають заряджати Li-Ion батареї при температурі нижче нуля.
Поряд з зарядкою низькими струмами, виробники Li-ion батарей продовжують шукати інші можливості для їх зарядки при температурі нижче нуля. Однак, не всі виробники можуть дозволити собі дослідження на цю тему. Проблему низькотемпературної зарядки потрібно вирішувати окремо в кожному конкретному випадку, в залежності від сфери застосування батарей. За даними дослідницьких центрів, допустимий струм зарядки при температурі -30 ° C повинен складати 0.02C. З цього випливає, що Li-ion акумулятор 1000 мАг повинен заряджатися струмом близько 20 мА, тобто на зарядку піде 50 годин.
Li-ion батареї, розроблені для використання в інструменті і електродвигунах, можуть заряджатися зниженим струмом при температурах до -10 ° C. Для зарядки підвищеним струмом, батареї вже вимагають наявності теплоізоляції. Так, деякі автомобілі з гібридними двигунами для обігріву батарей використовують тепле повітря, що циркулює в салоні автомобіля. А більш дорогі моделі електромобілів для підігріву і охолодження батарей використовують рідини.
Зарядка акумуляторів при високих температурах
Висока температура - найлютіший ворог всіх батарей, включаючи свинцево-кислотні. Розумні зарядні пристрої з термокомпенсацією, які враховують температуру батарей при зарядці, можуть продовжити життя свинцевих батарей на 15%. При підвищенні температури батарей для зарядки на 1 ° C, рекомендується компенсувати напругу заряду на -3mV на одну клітинку; знак мінус означає, що напруга повинна зменшаться при підвищенні температури. Наприклад, якщо при температурі 25 ° C напруга заряду було встановлено 2.30V на осередок, то при 35 ° C - напруга повинна бути 2.27V на осередок, а при 15 ° C - напруга повинна бути 2.33V на осередок. Цей приклад демонструє компенсацію в 30 мВ на кожні 10 ° C.
У Таблиці 2 показані оптимальні пікові напруги при різній температурі зарядки свинцевих батарей. У цій таблиці, також, показано рекомендоване напруга крапельної (компенсаційної) підзарядки в режимі очікування.
Таблиця 2: Рекомендовані значення напруги зарядки свинцевих батарей на початковому етапі зарядки і в режимі очікування. Термокомпенсація напруги при заряді продовжує термін служби батарей.
Зарядка нікелевих батарей при високій температурі знижує вироблення кисню, що в свою чергу, призводить до зниження здатності батарей приймати заряд. Висока температура батареї вводить в оману зарядний пристрій і воно "думає", що батарея вже повністю заряджена, а це не так.
NiCd батареї найбільш повно досліджені на предмет залежності заряду від температури навколишнього середовища. На рисунку 3 чітко показано падіння ефективності зарядки при температурі вище 30 ° C. При температурі 45 ° C, батарея зможе зарядитися тільки на 70% від своєї ємності, а при температурі 60 ° C тільки до 45%.
Метод дельта V стає ненадійним при високих температурах. Нові типи NiMH батарей показують кращі властивості при підвищених температурах, ніж NiCd батареї.
Малюнок 3: Залежність заряду NiCd батарей від температури. Висока температура знижує здатність заряджатися. Ефективність заряду у побутових NiMH батарей при температурі 55 ° C становить 35-40%, а у нових промислових NiMH ефективність досягає 75-80%. Інформація надана компанією Cadex - експертом в області зарядних пристроїв.
Li-ion батареї добре працюють при підвищеній температурі навколишнього середовища. Однак, тривалий вплив підвищених температур може скоротити термін їх служби. Ефективність зарядки Li-Ion батарей становить 97-99 відсотків, незалежно від температури. Насправді, висока температура навіть трохи збільшує ефективність заряду за рахунок підвищення внутрішнього опору.
Якщо батареї інших типів можуть "стерпіти" вихід за рамки рекомендованих експлуатаційних характеристик, то для Li-Ion батарей існують обмеження. Правила безпеки наказують експлуатувати Li-ion батареї в строго встановлених рамках через можливість їх вибуху в результаті перегріву при неправильній експлуатації. Повністю заряджена Li-Ion батарея більш схильна до термовибухом, тому що температура, при якій можливий цей вибух, знижується зі зростанням ступеня зарядки батареї. Незважаючи на це, Li-Ion батареї з успіхом застосовуються там, де можливо короткочасне вплив високих температур, наприклад, для стерилізації хірургічного інструменту при 137 ° C. Інше застосування - в відбійних молотках при видобутку корисних копалин.
Поділитися цією сторінкою в: