Сколько служат литиевые батареи

Плюсы и минусы литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы – универсальные химические источники тока, отличающиеся легким весом, низкой саморазрядкой и отсутствием «эффекта памяти». Они не требуют обслуживания и при соблюдении правил эксплуатации совершенно безопасны в использовании. Наиболее распространенные классы Li-Ion аккумуляторов – литий-марганцевые LiMn2O4, кобальт-литиевые LiCoO2, литий-ферро-фосфатные LiFePO4. Многочисленные преимущества литиевых аккумуляторов обеспечили им хорошие оценки экспертов и высокую популярность при оснащении портативной и автономной электротехники, где предъявляются особые требования к компактности и эргономичности АКБ. Есть у литий-ионных аккумуляторных батарей и недостатки, но все они компенсируются высокой плотностью накопленной энергии.

Плюсы литий ионных аккумуляторов

• высокая плотность накапливаемой энергии и разрядных токов;
• выдача более высокого напряжения (по сравнению с аккумуляторами типов NiCd и NiMH);
• постоянная готовность к эффективной эксплуатации;
• минимальный саморазряд – 4–6% за месяц, 10–20% за год;
• отсутствие «эффекта памяти» – возможность регулярной небольшой подзарядки;
• отсутствие необходимости в «тренировке » после приобретения – полностью заряжать, а потом полностью разряжать литиевые батареи после покупки не нужно;
• широкий диапазон рабочих температур – от -20 до + 50 °С;
• эффективное сохранение накопленной энергии потеря не более 5% накопленной емкости в месяц;
• возможность создания Li-Ion аккумуляторов различных форм и размеров;
• легкий вес;
• возможность длительного хранения в условиях, рекомендованных производителем;
• незначительное старение без регулярной эксплуатации – до 20% в год;
• большой эксплуатационный ресурс порядка 10 лет;
• существенный запас рабочих циклов разряд-заряд более 1000;
• простота в уходе и использовании.

Недостатки Li-Ion аккумуляторов

Минусы литий ионных аккумуляторов немногочисленны:

• относительная дороговизна;
• низкая устойчивость к избыточному заряду и полному разряду поэтому умные Li-Ion батареи оснащаются встроенными системами автоматического отключения;
• небезграничный диапазон рабочих температур (от -20 до + 50 С) ухудшение работы при высоких температурах, снижение емкости при использовании на морозе;
• затрудненность зарядки при отрицательных температурах;
• взрывоопасность при повреждении корпуса проколе или другом нарушении герметичности;
• зависимость срока службы от времени, а не от числа циклов разрядки и зарядки с течением времени происходит постепенная потеря емкости.

Рекомендации по эксплуатации литиевых аккумуляторов

Чтобы продлить срок службы литиевого аккумулятора и повысить эффективность его работы, нужно следовать простым рекомендациям:

• избегать полного разряда АКБ, регулярно подзаряжать ее при падении уровня заряда до 20%;
• не допускать перегрева батареи и воздействия на нее прямых солнечных лучей;
• не использовать аккумулятор на сильном морозе, для эксплуатации зимой утеплить его;
• хранить литий-ионный аккумулятор с 50% уровнем заряда, при температуре 0 С;
• беречь АКБ от ударов, повреждений и сильной вибрации, при установке на электротранспорт подкладывать мягкую прослойку.

О том, как восстановить литий-ионный аккумулятор после глубокого разряда, читайте здесь.

Сроки службы литиевых аккумуляторов

При выработке ресурса аккумуляторной батареи ее разрядная емкость падает до значения, установленного технической документацией, и АКБ подлежит замене. Но устанавливаемый производителями ресурс источника энергии – это приблизительное значение, которое на практике может отклоняться в сторону увеличения или уменьшения. При правильном уходе химические источники энергии служат примерно в 15 раз дольше, чем при несоблюдении правил их использования. Ответ на вопрос, какой срок службы литий-ионных аккумуляторов, зависит от ряда факторов. В их числе:

• электрохимический состав накопителей – у приборов типа LiCoO2 или LiMn2O4 число циклов разряда-заряда составляет 500–1000, а у АКБ с типом химииLiFePO4– 1000–2000 и даже 3000;
• соблюдение правил их эксплуатации и хранения;
• температурные условия при хранении и использовании АКБ;
• режим заряда;
• глубина разряда.

Литий-ионные накопители энергии имеют малый саморазряд, высокий ресурс, большую удельную емкость. Их износ фиксируется при падении емкости до 80% от исходного значения. Но на практике приборы с емкостью ниже 80% успешно эксплуатируются, хотя длительность их работы значительно уменьшается. Ниже приведены рекомендации, позволяющие существенно продлить жизненный цикл Li-ion батареи и избежать дополнительных расходов на преждевременное приобретение новой АКБ.

Способы расширения ресурса литий-ионных батарей

1. Чтобы продлить срок годности литиевых аккумуляторов, нужно: Не допускать их полного разряда – при неоднократном глубоком разряде высокими токами химические источники тока (ХИТ ) ускоренно теряют способность запасать требуемый объем энергии, иначе Вам понадобится восстановление работоспособности аккумулятора. Современные АКБ всегда оснащаются специальными схемами, контролирующими разрядный процесс – BMS или PCB. При выходе значения тока за допустимые границы электроника отключает накопитель. Если же батарея полностью разрядилась, нужно зарядить ее, как минимум, на 40%.
2. Избегать чрезмерного заряда и не оставлять подключенным к зарядному устройству на долгое время после того как процесс зарядки осуществлен.
3. Использовать подходящее зарядное устройство даже при незначительном превышении рекомендуемого напряжения заряда срок службы Li-ion аккумуляторов сокращается. К тому же, для АКБ предпочтителен режим медленной зарядки и разрядки. Использование в интенсивном режиме сокращает рабочий ресурс накопителей. Поэтому лучшими считаются зарядные устройства с фиксацией напряжения. Также можно использовать ЗУ, отсекающие минимальный ток заряда.
4. Соблюдать рекомендованный температурный режим работы устройств – от -20 до +50 °С, в идеале около +20 °С. Избегать перегрева и переохлаждения.
5. Заряжать накопители при температуре от +5 до +20 °C.
6. Хранить их заряженными на 40–50% при температуре от 0 до +10 °С. Если оставить прибор храниться в почти разряженном состоянии, из-за вероятного саморазряда его емкость может снизиться до критического значения, и в дальнейшем зарядить батарею уже не удастся. Длительное хранение приводит к снижению емкости устройства, поэтому покупать накопители энергии впрок нецелесообразно.

Соблюдение этих простых правил поможет избежать преждевременного старения Li-ion батареи и надолго сохранить ее в нормальном работоспособном состоянии.

Эффективные приемы по продлению жизни Li-ion аккумулятора

Чтобы продлить срок службы литиевых аккумуляторов, производители электромобилей снижают рабочие пороги напряжения элементов батарей. В результате, уменьшается запасаемая емкость, но при этом значительно увеличивается ресурс. Еще один способ увеличить жизненный цикл аккумуляторной батареи – снизить нагрузку на нее путем увеличения емкости. Чем больше элементов в параллели АКБ, тем меньшая сила тока разряда приходится на каждый элемент. Третий способ – снижение управление температурой сборки элементов. Сборка АКБ в холдерах и получаемые проветриваемые полости вокруг элементов снижают тепловую нагрузку на АКБ и влияют на ресурс АКБ. Объединив данные подходы при сборке АКБ можно получить многократное увеличение ресурса (циклов заряд-разряд) АКБ при тех же равных элементах.

Также для увеличения длительности эксплуатации АКБ успешно используются программируемые платы управления BMS, или smart bms (PCB ), позволяющие с приложения под Android или ios настраивать требуемые (в нашем случае щадящие) пороги напряжения. «ВольтБайкс аккумуляторы» устанавливает программируемые платы управления аккумулятором по запросу заказчиков. Ответ на вопрос, сколько составит срок годности литий-ионного аккумулятора в конкретном случае, зависит и от характеристик самого ХИТ, и от особенностей его эксплуатации. Подробнее о правилах использования литиевых АКБ читайте здесь.

Как продлить срок службы аккумулятора

Аккумуляторная батарея – это автономный источник питания, который накапливает энергию при зарядке от электросети и отдает ее на работу электрооборудования. Работает АКБ в циклическом режиме заряд-разряд. Поэтому и ресурс ее работы измеряется не годами эксплуатации, а количеством рабочих циклов до того момента, когда исходная номинальная емкость уменьшится на 20%. Например, у Li-ion аккумуляторов срок службы составляет около 1000 циклов, а у LiFePO4 – более 2000. Постепенно в структуре аккумуляторов происходят необратимые процессы, из-за которых снижается номинальная емкость, и уменьшается расстояние пробега на 1 заряде. Когда емкость АКБ снижается до значения, при котором использование батареи становится некомфортным, она подлежит замене.

Как продлить срок службы АКБ?

Но жизнь батареи можно продлить, соблюдая правила ее эксплуатации, зарядки и хранения. При покупке АКБ отдельно или в составе оборудования желательно сразу же ознакомиться с инструкцией производителя и следовать его рекомендациям. Каждый производитель приводит точные рекомендации по зарядке, использованию, оптимальному температурному режиму и условиям хранения конкретной батареи. Но есть и общие правила, соблюдение которых позволяет продлить срок службы и повысить эффективность использования АКБ.

Как разряжать?

Чтобы не допустить преждевременного износа литий-ионной батареи, необходимо беречь ее от глубоких разрядов. Не стоит ждать, когда АКБ разрядится « в ноль» и отключится. Лучше ставить ее на зарядку при остаточном уровне заряда не менее 10–20%. Эффекта памяти литиевые батареи не имеют, поэтому заряжать их можно при любом уровне остаточного заряда. Помните, что Li-ion аккумуляторы не любят глубокого разряда, а после длительного хранения в разряженном состоянии деградируют: теряют емкость и могут даже полностью утратить работоспособность. После каждой разрядки «в ноль» аккумуляторы теряют несколько процентов своей номинальной емкости, поэтому частые глубокие разряды приводят к критическому снижению емкости.

Как заряжать?

Заряжать Li-ion батареи нужно совместимыми с ними зарядными устройствами, работающими по алгоритму CC/CV. На 1 стадии зарядки ток неизменен, а напряжение растет до установленного максимума – 4,2 В на ячейку (для элементов типа LiFePO4 – до 3,65 В). После этого наступает 2 стадия, при которой напряжение не меняется, а зарядный ток – уменьшается до минимума. Так набираются конечные 5–10% заряда. При использовании такого алгоритма обеспечивается полный заряд элементов питания без риска их перезарядки. Заряжать литиевые АКБ нужно при температуре +1 – +40 °С, зарядными токами от 1С до 5С. Для защиты от перезаряда, перегрева и других опасных состояний батареи обязательно комплектуются БМС платами. Дополнительную защиту обеспечивает датчик в зарядном устройстве. Накрывать АКБ или зарядное устройство при зарядке нельзя. После пребывания на морозе батарею нужно выдержать несколько часов при комнатной температуре и только после этого ставить на зарядку. Заряжать АКБ желательно до полного восстановления емкости, но если такой возможности нет, допустимы и неполные заряды.

Выбор зарядного устройства

Аккумуляторные батареи комплектуются штатными зарядными устройствами, которые оптимально подходят для восполнения их заряда. Но при необходимости можно купить ЗУ отдельно от батареи. Главное – выбрать устройство, предназначенное для конкретного типа батареи, соответствующее ей по напряжению и зарядному току. Например, ЗУ для Li-ion батарей ограничивают максимальное напряжение заряда на уровне 4,2 В на ячейку, а ЗУ для LiFePO4 батарей – на максимуме 3,65 В на ячейку. Есть в продаже и универсальные зарядники, которые настраиваются на разные условия работы. Использование неподходящего ЗУ приводит к снижению емкости, сокращению ресурса АКБ или ее полному выходу из строя.

Температурный режим

В вопросе, как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов, немалую роль играет и температура. Литиевые АКБ чувствительны к низким температурам, что проявляется временным снижением их емкости (запаса отдаваемой энергии):

• при 0 °С – емкость уменьшается на 6–7%;
• при -25 °С – на 15–20%;
• при -40 °С – на 35–40%.

В целом Li-ion аккумуляторы работают при температуре от -20 до +50 °С, некоторые виды – от -40 °С. Но низкие и высокие температуры негативно отражаются на характеристиках элементов питания, в т. ч. уменьшают срок их службы. Поэтому лучше всего использовать литиевые АКБ при температуре около +20 °С (±10 °С), хранить – при температуре от 0 до +10 °С, а заряжать – от +5 до +20 °С. Следование этим советам поможет надолго сохранить батарею работоспособной и не допустить ее преждевременного старения.

Сезонное хранение

Если в холодное время года Li-ion батарея не используется, ей нужно обеспечить комфортное хранение:

• в сухом прохладном месте;
• при температуре от 0 до +10 °С;
• с частичным зарядом – на 45–60%;
• с периодической проверкой уровня заряда и его поддержанием на уровне 45–60%.

Если батарея хранится более 3 месяцев, желательно сделать ей контрольный разряд до 10–20% с последующей зарядкой до 45–60%. Этот простой способ поможет продлить жизнь АКБ и сохранить ее емкость на высоком уровне.

Какой срок службы у литий-ионных батарей

Такой показатель, как срок службы литий-ионной (Li-ion) батареи, очень важен для совершенно разных видов техники и умных устройств. Эта разновидность батарей, применяемая в смартфонах и зарядных станциях, стала неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Но насколько долго эти батареи могут работать?

Срок службы литий-ионных аккумуляторов определяется количеством циклов зарядки, которые они проходят, а также условиями эксплуатации и обслуживания батарей. В этой статье мы подробно расскажем обо всех этих факторах, а также дадим советы относительно того, как продлить срок службы ваших литий-ионных батарей.

Ожидаемый срок службы литий-ионных батарей

Циклом зарядки называется процесс полной подзарядки батареи от 0% до 100%, а затем полная ее разрядка обратно до 0%. Получается, что около четверти цикла батарея находится в состоянии разрядки, а начиная от 75% и выше начинается стадия полной зарядки.

Большинство литий-ионных батарей имеют предполагаемый срок службы из порядка 500 рабочих циклов. Литий-железо-фосфатные батареи более долговечны и могут перезаряжаться несколько тысяч раз до того момента, как их энергоемкость серьезно снизится. Например, батарея новинки 2023 года — зарядной станции EcoFlow DELTA 2 Max — рассчитана на 3 000 циклов до снижения энергоемкости батареи станции до 80%. Однако это не значит, что вам придется тут же покупать замену. Нет, портативная зарядная станция будет и дальше функционировать, но просто на 20% снизится ее энергоемкость, т.е. станция будет работать на одном заряде не так долго, как раньше.

Как циклы зарядки влияют на емкость литий-ионной батареи

Циклы зарядки очень влияют на емкость литий-ионных батарей. Всякий раз, когда такой аккумулятор проходит через цикл зарядки, энергоемкость (т.е. общий объем энергии, которую способна удерживать в себе батарея) постепенно снижается. И этот процесс совершенно нормален, потому что отражает неизбежные физические и химические изменения, происходящие внутри батареи во время зарядки и разрядки.

У литий-ионных батарей, устанавливаемых в смартфонах или электротранспорте, имеется ограниченное число зарядных циклов, прежде чем такую батарею можно считать выработавшей свой жизненный цикл. Для литий-железо-фосфатных батарей срок эксплуатации обычно колеблется в пределах 2 000 — 10 000 полных зарядных циклов. Однако мгновенного полного выхода из строя такого аккумулятора не случится. Например, небольшая зарядная станция EcoFlow RIVER 2 Pro все еще будет иметь емкость порядка 80% по истечении заявленных производителем 3 000 полных зарядных циклов.

Какие факторы влияют на энергоемкость литий-ионных батарей

Помимо количества прошедших зарядных циклов, есть и другие факторы, которые отражаются на энергоемкости аккумуляторных батарей. И сейчас мы подробнее остановимся на каждом из них.

Температура. Экстремальные температуры могут влиять на работу батареи и ее срок службы. Высокие температуры могут привести к тому, что химический состав батареи будет быстрее разрушаться, а очень низкие температуры могут временно снизить энергоемкость и работу аккумулятора.

Перезарядка. Литий-ионные батареи без интеллектуальной системы управления не могут корректно реагировать на поступающую зарядку после того, как был достигнут предел заряда. Многие смартфоны и другие персональные устройства как раз входят в эту категорию. Перезарядка, в свою очередь, плохо влияет на батарею и может привести к ее быстрому выходу из строя. В отличие от большинства таких устройств, портативные зарядные станции и комплекты с солнечными панелями от EcoFlow имеют встроенные контроллеры заряда и систему управления батареей, которая предотвращает перезарядку. Так что вы можете не думать о безопасности, даже если провод от вашей станции постоянно подключен к розетке. Наоборот, это очень даже неплохо, ведь в случае отключения центрального электричества вы будете уверены в том, что ваша станция полностью заряжена.

Хранение. Если литий-ионная батарея не используется долгое время, лучше всего хранить ее в прохладном месте при 40-60% заряда. Состояние, когда аккумулятор заряжен на 100% или, наоборот, полностью разряжен, может отрицательно отразиться на сроке службы батареи.

Быстрая зарядка. Обычно эта функция бывает у электротранспорта и она крайне удобна. Тем не менее, метод быстрой зарядки вырабатывает больше тепла, что очень вредно для батареи. Частая быстрая зарядка снижает энергоемкость литий-ионных батарей.

Уровень и скорость разрядки. Высокая скорость разрядки может отрицательно сказаться на сроке службы батареи. Избегайте подключения высокомощных приборов на длительный период. Медленная и постепенная разрядка всегда более предпочтительна.

Итак, теперь мы знаем, что со временем литий-ионные батареи истощаются, даже если вы ими не пользуетесь. К сожалению, это естественный процесс: химические реакции вызывают саморазряжение и истощение батареи, что напрямую влияет на срок ее службы. Периодическая подзарядка батареи, находящейся в простое, и хранение ее в прохладном месте может замедлить этот процесс.

То, как долго прослужит ваша литий-ионная батарея до того, как вам будет необходимо ее заменить, зависит от целого ряда таких факторов, как глубокая разрядка, перезарядка батареи, высокая температура работы и хранения батареи. Чтобы продлить срок службы батареи правильно ухаживайте за ней: регулярно заряжайте не до предела (оптимально — до 40%-60%) и не храните в сильно холодных или жарких помещениях.

Новейшие серии портативных зарядных станций от EcoFlow — RIVER 2 и DELTA — используют литий-железо-фосфатные батареи, которые на сегодняшний день считаются наиболее предпочтительными для применения в быту среди всех литий-ионных аккумуляторов.