С момента начала массового производства литий-ионных аккумуляторных батарей в 1991 году фирмой Sony уже прошло более 17 лет, однако многие процессы, происходящие в литий-ионных аккумуляторах, до сих пор мало изучены. В данной статье вы сможете прикоснуться к тем крупицам знания по продлению срока жизни литий-ионных аккумуляторов, которые накопились за эти годы.

Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса "старения" (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова - если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно отнеситесь к дате изготовления - при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленного срока жизни.

Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях - смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше).

Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его ёмкости до 80% от номинальной, понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно организовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда, в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике - при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% ёмкости и ношении его во внешнем кармане одежды - срок жизни уже достиг более 4 лет при сохранности ёмкости).

Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации литий-ионных аккумуляторов - разряд может осуществляться и при низких температурах (в зависимости от химии аккумулятора от -25°C до -10°C), но заряд обязательно должен производиться только при положительной (по Цельсию) температуре батареи.

Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияет на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор - при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C¹) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).

Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает ёмкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.

BMS (Battery Management System) - система управления батареей - электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента.

Для избегания выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его. В противном случае BMS не позволит начаться заряду, когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике - я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)).

Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относится к LiFePO₄ аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO₂ и LiMn₂O₄). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной ёмкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO₂ аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C - в 4 раза).

В заключение можно сказать, что соблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора, и он будет долго радовать вас своей ёмкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Однако каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции - у них будут немножко (или множко :) другие характеристики. К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной эксплуатации литий-ионных аккумуляторов.

Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса литий-ионных аккумуляторов. Практически все цифровые данные взяты из проверенных источников (batteryuniversity.com, с сайтов производителей литий-ионных батарей - Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить.

В следующей статье мы ознакомимся с конкретными стратегиями продления жизни литий-ионных аккумуляторов, в зависимости от области применения. До следующих встреч на страницах "КВ"!

Дмитрий СПИЦЫН,
www.sdisle.com/rus

1 Ток 0,5С - означает ток, численно равный половине ёмкости аккумулятора, измеренной в ампер-часах