Хранение li ion аккумуляторов: Как правильно хранить Li-ion аккумулятор

Как правильно хранить аккумулятор электросамоката и моноколеса

Для электротранспорта чаще всего используются литий-ионные батареи. Они обеспечивать достаточный запас хода на одном заряде, позволяют средству развивать заявленную скорость. Но при неправильной эксплуатации емкость батареи резко падает, аккумулятор выходит из строя и требует замены. Такая ситуация обычно наблюдается после хранения самоката или моноколеса в зимнее время. Главная причина – несоблюдение правил хранения гаджета и батареи.

Особенности хранения аккумулятора 

Литий-ионные АКБ отличаются многими преимуществами, они легкие, компактные, обладающие достаточными показателями для питания электромотора гаджета. Но у такого аккумулятора наблюдается естественное старение, за год емкость проседает примерно на 5% при условии соблюдения правил хранения. Избежать такого старения батареи нельзя, но можно обеспечить условия, при которых заданные параметры будут сохранены в течение всего срока использования.

Первое, что надо помнить, это зависимость количества циклов зарядки-разрядки от уровня разряда батареи. Такой показатель оказывает влияние на рабочий ресурс и возможность нормальной эксплуатации гаджета. Зависимость выглядит следующим образом:

• при полном разряде литий-ионной батареи до 100% ресурс равен 500 циклов;

• при разряде до 50% ресурс батареи равен 1500 циклов;

• при разряде АКБ до 25% ресурс АКБ увеличивается до 2500 циклов;

• при разряде до 10% ресурс составляет 4700 циклов.

Конечно, точные показатели зависят от качества и параметров АКБ, но соблюдая правила зарядки, рабочий ресурс можно значительно увеличить. Специалисты категорически не рекомендуют полостью разряжать аккумулятор до 100%. При каждом таком разряде емкость проседает на 20%, то есть батарея быстро выйдет из строя и потребует замены. Это справедливо для АКБ любых брендов, даже самые дорогие и качественные аккумуляторы требуют соблюдения правил зарядки.

Почему тогда производители рекомендуют первый раз полостью разрядить батарею перед использованием? Это необходимо для разгона АКБ, в дальнейшем заряжать аккумулятор потребуется, когда уровень заряда опускается до значения 15-10%, это оптимальные значения.

При хранении батареи надо большое внимание уделять уровня уже имеющегося заряда. Оставлять аккумулятор в полностью разряженном состоянии нельзя, рекомендуется значение в 40-55%, при этом АКБ надо подзаряжать минимум 2 раза в месяц. Нельзя допускать падения заряда на уровень меньше 10%, всего пара месяцев такого хранения и батарею можно просто выбрасывать, восстановлению она не подлежит.

Перед хранением электросамоката или сигвея надо выполнить такие условия:

• батарею и гаджет надо проверить, очистить от пыли и грязи;

• для хранения надо выбрать темное место с поддерживаемой температурой на уровне 15 градусов;

• два раза в месяц аккумулятор надо доставать и заряжать;

• нельзя хранить батарею, заворачивая в пленку и другие материалы.

Особое внимание рекомендуется уделить условиям и температуре хранения. От этих условий зависит сохранение емкости батареи и возможность дальнейшего эксплуатации АКБ. Зависимость емкости АКБ от температуры хранения и уровня заряда выглядит так:

• при 0 градусов емкость батареи падает до 98% при первоначальном заряде до 40% и до 94% при полном 100% заряде;

• при 25 градусах емкость литий-ионной батареи падает до 96% при заряде до 40% и до 80% при полном заряде;

• при 40 градусов емкость проседает до 85% при первоначальном заряде АКБ до 40% и до 65% при 100% заряде;

• при 60 градусов емкость батареи сильно падает – до 75% при заряде до 40% и до 60% при первоначальном полном заряде.

Оптимальным значением будет 15 градусов тепла, в этом случае потеря емкости при частичном или полном заряде находится в пределах нормы для литий-ионных батарей. Такое значение за год составляет 5% при полном заряде, но аккумулятор рекомендуется регулярно подзаряжать. Также нельзя оставлять батарею на ярком солнце. При перегреве она взрывается.

Для сохранения свойств батареи надо правильно заряжать АКБ, следуя таким правилам: 

1. Надо проверить состояние ЗУ, блока питания и зарядки.

2. Надо подключить зарядное устройство к сети. Важно – ЗУ сначала подключается к розетке и только после включения индикаторной лампочки подсоединяется к гаджету. Такой простой порядок помогает защитить аккумулятор от короткого замыкания или другой поломки.

3. Длительность зарядки –1-3 часа, учитывая рекомендация производителя. Меньший уровень заряда – 50%, ниже его выключать ЗУ нельзя, так как это приведет к быстрой потере батареей своих свойств. Оптимальный уровень заряда – 80%, после достижения 100% ЗУ необходимо отключить от сети.

Соблюдение правил хранения и зарядки позволяет сохранить свойства АКБ, избежать поломки или выхода из строя.

Как правильно хранить аккумуляторы для электротранспорта

Чтобы АКБ для сегвеев, найнботов, электросамокатов и иного электротранспорта прослужили дольше и долго держали заряд даже после нескольких сезонов использования, нужно соблюдать несложные правила их хранения. Они не потребуют от вас специальных умений или особых навыков, зато вам реже придется обращаться в сервисную службу. Именно об этих тонкостях мы и расскажем в этой статье. Приведем основные нюансы и особенности, которые пригодятся как тем, кто только покупает такой транспорт, так и опытным владельцам.

Литий-ионный (Li-ion) АКБ

Емкость литий-ионных аккумуляторов снижается при хранении, как в пониженных, так и в повышенных температурах. Еще на жизненном цикле батареи отражается:

• Глубина заряда до очередной подзарядки.
• Использование токов, превышающих установленные производителем.
• Напряжение в сети (например, его увеличение всего на 4% приведет к росту потери емкости от цикла к циклу в двукратном размере).

Для многобаночных аккумуляторов существуют специальные зарядные устройства, контролирующие получение полного заряда каждой конкретной банки. При достижении максимального уровня оно прекращает подавать ток в заряженный элемент. Остальные при этом продолжают заряжаться.

Оптимальными условиями хранения, которые не приведут в необходимости восстановления аккумуляторов Li-Ion, считаются — уровень заряда в 40% и температура окружающей среды от 0°С до +10°С. При покупке такого АКБ следует обратить внимание на дату производства, прикинув, сколько он уже пролежал на складах до момента реализации.

Потеря емкости при хранении Li-ion аккумуляторов:

Температура, ⁰C	С 40 % зарядом, % за год	Со 100 % зарядом, % за год
0	2	6
25	4	20
40	15	35
60	25	40% за три месяца

Никель-кадмиевый (Ni-Cd) аккумулятор

У этого вида батарей цикл заряда находится в пределах от 1,35 до 1 Вольта. Сомразряд составляет в обычных условиях в месяц примерно 10%. Использование при низких температурах аккумуляторов Ni-Cd также снижает их емкость — это вызвано уменьшением разрядного напряжения. В процессе нахождения в неблагоприятных условиях наблюдается существенный рост омического и поляризационного сопротивления, к чему приводит малое количество электролита. Его концентрация и состав определяют температуру образования в нем твердых фаз, например, кристаллогидратов, льда, солей и т. п. Из этого следует вывод, что эти два параметра напрямую влияют на нижнюю температурную границу, при которой сохраняется работоспособность. Для стандартных никель-кадмиевых аккумуляторов в герметичном корпусе она составляет -20°С, для моделей с измененным качеством и количеством электролита -40°С.

Никель-металл-гидридный (Ni-Mh) АКБ

Что касается никель-металл-гидридных аккумуляторов, то они существенно превысили по своим удельным характеристикам никель-кадмиевые, что улучшило потребительские свойства электроники, в которой они заменяют стандартный гальванический элемент. У них меньше выражен эффект «памяти», что позволяет сократить число циклов обслуживания в 2-3 раза.

В 2005 году появилась разновидность этих устройств с низким саморазрядом. Это говорит о том, что даже при длительном хранении ремонт аккумулятору Ni-Mh с префиксом LSD может не понадобиться. Их трехнедельное бездействие, напротив, даже увеличивает уровень заряда путем самозаряда. Тем самым компенсируется 10-процентная потеря, которая происходит в первые 24 часа сразу после зарядки. У обычных никель-металлогидридных АКБ она составляет ежедневно порядка 0,5% емкости. У батарей с низким самозарядом эта цифра будет равна от 0,1 до 0,4% в день. Таким образом этот вид аккумуляторов лучше сохраняет емкость на протяжении времени эксплуатации и имеет в два раза больше циклов заряда-разряда (до полутора тысяч).

Правила хранения аккумуляторных батарей в зависимости от их типа

Правила хранения аккумуляторных батарей в зависимости от их типа

1. Ni-CD никель-кадмиевые аккумуляторы

Такие аккумуляторы при длительном хранении, отлично сохраняют свое напряжение на выходе, однако теряют свою емкость. Чтобы не получить разбраковки, стоит хранить такие устройства в разряженном виде. Перед применением их подзаряжают и они становятся полностью пригодны к использованию по назначению.

Чтобы батарея четко вошла в рабочий режим после хранения и функционировала с полной отдачей, необходимо выполнить 2-3 цикла заряд/разрядных процедур с равной численно номинальной емкости в соответствии 1С.

2. Ni-MH никель-металл-гидридные аккумуляторы

В отличие от предыдущих аналогов, эти аккумуляторы хранят в полностью заряженном состоянии. Причем место хранения должно иметь температуру не менее ноля градусов. Важно при хранении устройства 2 раза в месяц отслеживать напряжение аппарата, чтобы оно не опускалось ниже отметки 1V. Если же произошло падение ниже отметки, нужно тут же выполнить подзарядку заново.

3. Li-Ion литий-ионные аккумуляторы

Самыми оптимальными условиями хранения таких аккумуляторов, становятся такие критерии, как: заряд от емкости аппарата в объеме 40%, температура воздуха в помещении должна быть в диапазоне от 0 до 10 градусов тепла.

Для пользовательского удобства, приводим таблицу хранения аккумуляторов в соответствии с температурой окружающей среды. От температуры и времени хранения, происходит потеря заряда устройства.

Таблица потери заряда аккумулятора при хранении при различной температуре окружающей среды:

Температура, ⁰C	С 40 % зарядом, % за год	Со 100 % зарядом, % за год
0	2	6
25	4	20
40	15	35
60	25	40 % за три месяца

 

 

 

 

 

 

 

 

Совет: перед тем как отправить литий-ионные аппараты на хранение, применяйте специализированные зарядные устройства. Оптимальный заряд возможен в режиме Storage.

4. Li-Po литий-полимерные аккумуляторы

Для такого типа устройств недопустимым становится глубокий разряд. Если такое произойдет, то аккумулятор полностью выйдет из строя. Стоит придерживать устройство в 40% заряде от емкости устройства.

В отличие от устаревших моделей аккумуляторов советского образца, в современные модели изготовители внести в состав электролита дополнительный специальный консервант. Это т.н. ингибитор, позволяющий хранить устройства свыше двух лет. В связи с этим, аккумуляторы такого типа требуют особого способа расконсервации перед первичным использованием. Данный процесс, подразумевает под собой выполнение 2-3 заряд-разрядных процедур, которые собственно и разрушают свойства консерванта и устройство получает свою положенную номинальную емкость.

В случае не проведения такой расконсервации, наступает «эффект памяти». И в дальнейшем в процессе эксплуатации и наличии больших токов, начинается разложение консерванта. Этот процесс будет сопровождаться существенным выделением газов и тепла. В итоге вы получите вздувшийся аппарат, утративший все свойства электролита.

5. LiFePo4 литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Эти устройства не такие требовательные, как представленные выше. Их хранят при полной зарядке и подзаряжают каждые 12 месяцев. Саморазрядка при комнатной температуре незначительная и составляет всего 3-5% за месяц.

6. PB свинцово-кислотные аккумуляторы

Аккумуляторы такого типа, хранят в заряженном виде при температуре 20 градусов тепла. Важно знать, что зарядка таких устройств проводится с напряжением в 2,45 В/элемент раз в 12 месяцев, длительностью процедуры в 48 часов. При хранении в условиях комнатной температуры, зарядку проводят чаще -1 раз в 8 месяцев с напряжением в 2,35 В/элементы длительностью процедуры от 6 до 12 часов. Температуру более 30 градусов эти устройства переносят плохо.

Аккумуляторы нуждаются в чистоте, ведь банальный слой соли, грязи и пленки из электролита на корпусе, выступают в качестве проводника тока между электродами. Это становится причиной саморазрядки аппарата. При глубокой разрядке, портятся пластины, начинается сульфация. Хранить такие устройства разряженными нельзя, они быстро выйдут из строя.

Если требуется хранить такое устройство долго и в дальнейшем использовать их с большими токами, например, в режиме стартера, нужно выполнять контрольные разряд/зарядные циклы токами номинального размера. То же самое стоит проделывать и тогда, когда уменьшается емкость аккумулятора.

Чтобы подготовить данный аккумулятор к зимнему хранению, специалисты НИИАЭ, советуют делать следующее:

1. Зарядить батарею устройства до конца согласно инструкции производителя.
2. Вывод АКБ с плюсом, смажьте литолом или солидолом, чтобы электролитовая пленка не впитывала из атмосферы влагу и не становилась причиной саморазрядки.
3. Сохранять такие аккумуляторы в прохладе, чтобы саморазряд происходил медленнее.
В случае крайней необходимости использования устройства в морозные дни, аккумулятор переносят в теплое помещение и за 7-9 часов, аппарат станет пригодным для запуска двигателя.

7. Ni-Zn никель-цинковые аккумуляторы

Этот тип аккумуляторов похож на никель-кадмиевые аналоги, только у этого типа устройств напряжение на элементе выше 1.6, нежели у аналогов с 1.2. Также Ni-Zn, не имеет «эффекта памяти» и пресловутой ядовитости для среды.

Эти устройства отдают от заявленной производителем емкости 80-85% заряда. Чтобы продлить срок службы таких устройств нужно заряжать аппарат на 90%. Плюс таких аккумуляторов состоит в том, что они хранят высокое напряжение почти до полной разрядки. Полный заряд никель-цинковых аппаратов можно выполнить за 2 часа.

Как ведут себя Li-ion аккумуляторы на морозе и как их правильно эксплуатировать в таких условиях — На токе

Тот, в чьём распоряжении находятся литий-ионные аккумуляторы, прекрасно знает, что на холоде они разряжаются гораздо быстрее чем в тепле. Причём это правило действует не только в отношении смартфонов. На морозе в ускоренном режиме теряет свою ёмкость любой Li-ion накопитель, а вот насколько именно — зависит от химсостава применяемого в нём электролита.

Самые пригодные для мороза — литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи. Понятное дело, что зимой можно использовать и литиевые источники питания другого химсостава, только такой солидной отдачи, как в тёплое время года, от них ждать не приходится. Ну а в данной теме я хочу обсудить такие вопросы: что происходит с литиевым накопителем энергии на морозе и как правильно обращаться с такими источниками питания при серьёзном минусе на улице.

Содержание:

• Что происходит с Lithium-ion электронакопителями на морозе?
• Можно ли хранить Lithium-ion электронакопители на морозе?
• Допустимо ли заряжать Lithium-ion батареи при минусовой температуре?
• Как сохранить работоспособность Lithium-ion АКБ — простые правила.
• Какая стойкость к минусовым температурам у разных типов Lithium-ion источников питания?
• Как защитить Li-ion накопитель от холода?
• Влияние холода на Lithium-ion электронакопители разных производителей и моделей (результаты одного теста).
• Морозостойкие Lithium-ion аккумуляторы Boston Power Swing 5300.

Что происходит с Lithium-ion электронакопителями на морозе?

Снижается температура электролита, что влечёт за собой уменьшение скорости движения ионов, также снижается активность химических процессов. Как это выглядит на практике? Вот зарядили мы в доме электронакопитель на сто процентов, выходим с ним на мороз и через некоторое время вуаля — ёмкость нашего аккумулятора уже 80% или даже 50%! Это без учёта того, что ещё девайс будет отбирать у нашей батарейки драгоценную энергию.

Если сравнивать объём отдаваемой энергии при +20 градусах и других показателях температуры, то:

• при снижении температурного режима до +4 градусов, количество отдаваемой энергии снизится на 5-7%;
• при последующем падении температуры ниже нуля, потеряется 20-50% ёмкости и кроме того, будет преждевременно исчерпываться ресурс электронакопителя.

Тут имеет место очень интересный момент: потеря ёмкости АКБ — явление временное. Если вы нагреете источник энергии до +20…+22 градусов (это комнатная температура), его характеристики полностью восстановятся. А вот если температура АКБ опустится ниже минус сорока — необратимых последствий для батарейки избежать не удастся. Чтобы не доводить свой накопитель до крайностей, не следует использовать его при температуре ниже -20 градусов, для литий-железо-фосфатных — ниже -30 градусов. Однако если говорить в общем, то литиевые АКБ и минусовые температурные режимы — вполне могут подружиться.

Помните: при минусе за окном, батареи разряжаются в ускоренном режиме, а продолжительное хранение электроаккумулятора при глубоком разряде, влечёт за собой неизбежный выход из строя.

А вот примерные потери ёмкости в зависимости от уровня заряда и температурного режима при хранении батареи:

Можно ли хранить Lithium-ion электронакопители на морозе?

Как уже было сказано выше, эксплуатировать Li-ion АКБ при отрицательной температуре окружающей среды можно, хотя они и утрачивают в некоторой степени свои рабочие кондиции. Совсем по другому обстоят дела с долгим хранением в холодной среде — тут вердикт однозначен — это вообще недопустимо. При минусовых показателях временно понижается отдача тока и возрастает темп саморазряда аккумулятора. В принципе, это не критично, если после использования электронакопитель опять перенести в тёплое место и после нагревания подвергнуть зарядке.

Однако при продолжительном хранении при отрицательной температуре, ускоренный саморазряд может обусловить критический разряд электробатареи. Если АКБ хранится с напряжением ниже 2,5 V, 90 дней или дольше – будет наблюдаться необратимая потеря ёмкости. Иначе говоря, батарея не сможет восполнять заряд. Отсюда следует простой вывод — «замораживать» Li-ion строго противопоказано. Самый приемлемый температурный режим для хранения таких изделий — +1…+25 градусов, максимально дозволенный — 0…+40 градусов.

Для хранения литий-ионных источников питания найдите сухое место и кроме того, АКБ не должна находиться в оборудовании, которое она обслуживает. Также, уровень заряда должен находиться на 40-процентной отметке. Все эти мероприятия позволят уйти от крайнего понижения напряжения при саморазряде.

Очень не повезёт тому юзеру, у которого напряжение упадёт ниже отметки 2,5 V на элемент. Если такое произойдёт, то последующее хранение электронакопителя в течение 90 дней или более, повлечёт за собой необратимую потерю ёмкости. Также, можно ожидать и коррозию элементов. Если гаджет хранится больше недели с напряжением до 2 V на компонент, будет иметь место пагубное преобразование химической структуры. По итогу, эти компоненты придётся утилизировать.

Допустимо ли заряжать Lithium-ion батареи при минусовой температуре?

Заряжать литиевые источники энергии на морозе категорически не рекомендуется. После того как накопитель поработал на минусовой температуре, его необходимо нагреть в помещении. Но, прогревать аппаратуру нужно естественным образом, постепенно. Не располагайте её вблизи источников тепла.

При какой температуре заряжать лучше всего? Оптимальным считается диапазон +10…+25 градусов. Если накопитель зарядить на морозе и занести в тёплое помещение, он окажется заряженным сверх нормы. Перезаряд в свою очередь, как и крайний разряд, пагубно сказывается на эффективности функционирования батареек и продолжительности их жизни.

Как сохранить работоспособность Lithium-ion АКБ — простые правила

Не хотите преждевременно распрощаться с вашей драгоценной батарейкой? Соблюдайте приведённые ниже правила:

1. Заряжайте накопитель энергии не доводя его до критического разряда, при плюсовой температуре.

2. Не заряжайте переохлаждённые АКБ — сначала прогрейте их до комнатной температуры.

3. Для зарядки батарей используйте только оригинальную зарядную аппаратуру, которую рекомендует производитель для своей продукции.

4. Не храните накопитель при отрицательных температурах. Однако не нужно думать, что высокая температура идёт на пользу изделию. Превысите +30 градусов — также будут проблемы.

5. Если источник энергии предполагается оставлять на долгосрочное хранение, обеспечьте ему 35-50% заряда.

6. Не храните продолжительное время глубоко разряженные электроаккумуляторы. В этой ситуации они будут деградировать в ускоренном режиме.

7. Не допускайте перезарядки батареи. Если вы зарядите батарейку на 100% при минусе, а затем обеспечите ей комнатную температуру — перезаряда не избежать.

Какая стойкость к минусовым температурам у разных типов Lithium-ion источников питания?

Каким же разновидностям литиевых накопителей энергии отдать предпочтение в морозную погоду? Лидерами здесь являются литий-железо-фосфатные и литий-титанатные изделия. Последние кстати, на индивидуальном электрическом транспорте применяются крайне редко. Почему? К сожалению, ценник на такие изделия огорчает очень многих пользователей и кроме того, у них низкая удельная энергоёмкость.

Совсем другая ситуация с литий-железо-фосфатными источниками энергии. В холодное время года им просто нет равных! Поэтому, стоит поближе познакомиться с их достоинствами:

1. Могут полноценно выполнять свои прямые обязанности в широком диапазоне температур — -30…+55 градусов.

2. Обладают низким сопротивлением.

3. Отличаются долговечностью.

4. Термически стабильны.

5. Устойчивы к высокому уровню заряда.

6. Можно хранить при высоком напряжении.

7. Максимально безопасны в использовании, даже при стопроцентном заряде.

Не стоит рассчитывать на эффективную работу при минусе обладателям таких разновидностей литиевых АКБ:

• литий-кобальтовые;
• литий-марганцевые;
• литий-никель-марганец-кобальт-оксидные.

Как защитить Li-ion накопитель от холода?

Чтобы по максимуму снизить негативное влияние минусовых температур на аккумуляторную батарею, не нужно оставлять её на продолжительное время на морозе. Старайтесь изымать АКБ с устройства и заносить её в тёплое помещение.

Отличным решением будет применение термокейса, который, в принципе, можно изготовить и собственными руками. В процессе своей деятельности аккумулятор будет нагреваться, а утеплитель не даст ему быстро потерять тепло во время не длительного простоя.

Влияние холода на Lithium-ion электронакопители разных производителей и моделей (результаты одного теста)

Я предлагаю вам интересный эксперимент, который показывает, что литий-ионные источники питания весьма разнятся по последствиям воздействия на них низких температур. Даже если батареи имеют схожие характеристики, при морозе их работоспособность будет отличаться в значительной степени.

Для тестирования были выбраны семь Li-ion накопителей энергии формата 18650:

Приведённые выше модели АКБ являются наиболее распространёнными и доступными. Они могут выдерживать постоянный ток разряда до 20 A. Эти батареи можно обнаружить на электрифицированных средствах передвижения, в аккумуляторном инструменте, портативных источниках энергии, а также электронных сигаретах.

Тесты осуществлялись при температуре -24 градуса. Ток разряда — 10 A. В процессе тестирования элементы не извлекались из морозилки.

Результаты замеров

Все источники энергии проявили активность, однако с очень разными результатами.

Ниже приведён график разряда накопителей при комнатной температуре и при температуре -24 градуса:

При увеличении графика можно наблюдать, что накопители отличаются по своему поведению в значительной степени. У Samsung 30Q напряжение опустилось до критических показателей, а кривая LG HG2 пребывает в штатном диапазоне напряжений.

Разряд литий-ионных батарей при температуре -24 градуса:

Что мы можем наблюдать на данном графике? Ничего хорошего для Samsung 30Q. Напряжение батарейки просело до минимально дозволенного, а из этого следует, что девайс на котором установлены элементы Samsung 30Q, в сильный мороз с большой вероятностью не запустится.

Разряд Samsung 30Q при температуре -24 градуса:

Как изменяется напряжение источников энергии на морозе

Батарейки целые сутки находились в морозилке при температуре -24 градуса. При замерах, изделия из места заморозки не извлекались.

Номинальное напряжение накопителей — 3,6 V, предел рабочих напряжений — 2,5-4,2 V. Как правило, электроника адекватно функционирует в пределе напряжений 2,7-4,2 V. Осветительные приборы и другие не слишком требовательные девайсы могут выполнять свои прямые обязанности и в более широком диапазоне — 2,5-4,35 V.

Результаты замеров:

• Samsung 30Q — 2,68 V;
• Samsung 25R — 2,78 V;
• Sony VTC5 — 2,6 V;
• LG HE2 — 2,89 V;
• LG HE4 — 2,82 V;
• LG HG2 — 3,16 V;
• Sanyo NSX — 2,67 V.

Как видим, напряжение на всех АКБ превышает напряжение разряда. У LG HG2 оно приближено к номинальному. У Samsung 25R, LG HE2 и LG HE4 — скромнее номинального, но в то же время, его хватает для запуска большинства гаджетов. А вот и неудачники: Samsung 30Q, Sony, а также Sanyo — у них напряжение приближено к нижней черте диапазона. Весьма вероятно, что гаджет обслуживаемый данными элементами не заработает, а индикатор уровня заряда продемонстрирует полный разряд батареи.

Влияние мороза на время функционирования АКБ

График демонстрирует, что продолжительность функционирования батарейки LG HG2 при минусе и при домашней температуре — идентичная:

Делаем выводы по эксперименту

1. Литий-ионные источники энергии весьма разнятся между собой. Вроде бы и характеристики у них одинаковые, а вот на морозе они показывают себя по-разному.

2. Снижение эффективности функционирования при минусовых температурах — это не «заслуга» самой литий-ионной технологии. Здесь имеет место специфика отдельно взятой модели электронакопителя.

3. Для минусовой температуры вполне удачным вариантом будут электробатареи LG HG2.

4. На переохлаждённых источниках питания напряжение растёт первые 50-100 секунд. Почему так происходит? Тут всё просто: разряжаясь АКБ производят тепло и таким образом создают себе обогрев. Кроме того, батареи могут получать дополнительное тепло от электронных схем, находящихся в едином корпусе с ними.

5. Не нужно сразу выжимать из промёрзшего электронакопителя полную мощность. Выгоднее будет дать ему повысить температуру на средней мощности.

Морозостойкие Lithium-ion аккумуляторы Boston Power Swing 5300

И напоследок, я бы хотел предложить на ваш суд морозоустойчивые накопители с весьма привлекательными характеристиками:

• заряд — -20…+60;
• разряд — -40…+70.

По размерам и массе, один элемент Swing 5300 идентичен парочке традиционных 18650, а его ёмкость при этом составляет 5300 mAh (это как два элемента по 2650 mAh). Кстати сказать, Boston Power предоставил вполне «правдивый» показатель ёмкости — юзеры убедились в этом лично, после проведения замеров «на честность».

А вот и результаты суровых испытаний. Перед проверкой, изделия сутки пролежали в морозилке при температуре -18 градусов и далее, заряженный источник питания непринуждённо отдавал заряд, а разряженный — «заправлялся» без проблем. При этом наблюдалось незначительное понижение ёмкости на таком минусе.

Конечно, после основательного перемерзания, АКБ «затормаживается» в некоторой степени, но, как только батарея включается в процесс работы, в течении 2-3 минут она приходит в себя. При этом не важно, работает она на заряд или разряд.

Что касается других характеристик, то по ёмкости морозоустойчивая разработка несколько уступает современным Li-ion элементам, к примеру тому же всенародно обожаемому Panasonic 3400. Однако разница эта не существенная — приблизительно 20%. Зато, Swing 5300 может порадовать пользователей количеством циклов перезарядки, которое в несколько раз превышает таковое у обыкновенного Li-ion накопителя.

Ещё один, весьма значимый момент: по напряжению заряда/разряда Swing 5300 соответствуют остальным Lithium-ion источниками питания. То есть, их можно юзать с той же электроникой и комбинировать в параллель с обычными «летними» элементами, для создания более ёмкого накопителя энергии.

Изделия можно юзать как в холодное время года, так и жарким летом. Можно использовать и в «переходной» период: к примеру в марте, когда всё ещё можно «попасть» на морозы, но в то же время уже достаточно много солнечных дней.

Что по деньгам? Вполне употребимо — цена как на традиционный качественный Lithium-ion.

Кстати сказать, изначально ориентир фирмы Boston Power был в первую очередь на разнообразные электрифицированные средства передвижения, где устойчивость к морозам и большой ресурс стояли во главе угла. Также их разработчики работали в направлении альтернативной энергетики. А вот и изюминка: сейчас источники питания Boston Power активно покапает NASA! Так что, в вашем распоряжении за доступную себестоимость могут оказаться чуть ли не «космические технологии»!

Заключение

Можно ли нормально эксплуатировать литий-ионные источники энергии при минусовых температурах? Можно, и тут всё зависит от химсостава используемой батарейки и соблюдения правил её эксплуатации. Больше всех не боятся мороза литий-железо-фосфатные АКБ. А что касается остальных представителей Li-ion технологии, то их также можно юзать зимой, вот только температура окружающей среды не должна быть ниже -20 градусов. Конечно, есть возможность немножко облегчить жизнь «подмороженным» девайсам. К примеру, их можно поместить в термокейс изготовленный из теплоизоляционных материалов.

Бессмысленно спорить с тем фактом, что запас хода у одного и того же электронакопителя зимой будет скромнее, чем при плюсовой температуре. К сожалению, от временного снижения ёмкости АКБ в зимнее время — никуда не деться!

По вопросам зарядки и хранения, ответ прост — всё это нужно делать исключительно при положительных температурах. Если источник энергии нужно установить на подзарядку, а он переохлаждён, занесите его в тёплую комнату, подождите 2-3 часа пока изделие нагреется, и только потом подключайте к нему зарядное устройство.

Блок разрядки Li-ion аккумуляторов для длительного хранения

Вот привалит иногда маленькое счастье в виде нескольких полуживых аккумуляторных батарей от ноутбуков. После ревизии их содержимого остаётся некоторое количество условно годных для использования банок типа «18650». И, как обычно, прямо сейчас некуда их применить.

Однако и хранить их полностью заряженными или полностью разряженными (как обычно получается после проверки их ёмкости) нерационально — параметры аккумуляторов, особенно бэушных, в процессе хранения быстро «уплывают» безвозвратно.

В статье я хочу поделиться своим опытом работы с литий-ионными аккумуляторами. Расскажу об их хранении и правильной подготовке к хранению.

Содержание / Contents

Как говорят многочисленные источники в Сети, хранить литиевые аккумуляторы рекомендуется при остаточном заряде около 40%, что для Li-Io составляет напряжение 3,6-3,7 вольта. Вручную подгонять такое напряжение затруднительно.

Обычные зарядники (например, мой OPUS BT-C3100), не имеют функции формирования напряжения хранения аккумуляторов.

У зарядного iMAX-B6 есть такой пункт в меню, но работать он может только с одним аккумулятором одновременно, т. к. это одноканальный прибор.

Для правильной автоматической разрядки нам нужен параллельный стабилизатор напряжения около 3,65±0,05 Вольта, с ограничением тока и индикацией окончания разряда аккумулятора. И желательно многоканальный.

Режим балансировки для нескольких последовательно соединённых бэушных аккумуляторов даже не рассматривал, т. к. они имеют очень большой разброс ёмкостей и внутренних сопротивлений.

У меня скопилось солидное количество деталей от разного электронного «железа». Не зря же разбирал и собирал! Их можно приложить к данной задаче.

После некоторых раздумий родилась такая простая схема.

Основа схемы — U1 регулируемый стабилитрон TL431. С помощью делителя на R6 и R7 устанавливается пороговое напряжение открытия этого стабилитрона. При открытии U1 и протекании тока через R4 и R5 открывается транзистор Т2 и подаёт плюс батареи на затвор Т3. Открывшись, Т3 подключает к батарее нагрузку — лампочку.

Лампа (6,3 В × 0,3 А) выбрана для «мягкой» разрядки аккумулятора. Лампочка является своего рода бареттером, и стабилизирует ток разрядки. В начале разряда — около 300 мА при напряжении на аккумуляторе 4,25 В и 60-80 мА при 3,65 В в конце разряда. Второе назначение лампы — «наглядность» процесса разрядки: лампа постепенно гаснет.

При приближении напряжения аккумулятора к нижнему установленному пределу ток через лампу понижается до величины около 60-80 мА, и лампочка уже не светится, но разряд ещё идёт. Падение напряжения на лампе составляет около 1-1,5 Вольт.

Для индикации окончания разряда служит каскад на Т1 и светодиоде HL. Пока идёт разряд и напряжение на лампочке превышает 0,6 В, транзистор Т1 остаётся открытым, светодиод HL светится.

При достижении аккумулятором напряжения нижнего установленного предела регулируемый стабилитрон TL431 закрывается, соответственно — последовательно закрываются Т2, Т3 и Т1. Светодиод HL гаснет.
В этом состоянии разрядник, потребляя менее 1 мА, и может находиться продолжительное время. Про аккумулятор в разряднике можно забыть на пару недель, и ничего неприятного с ним не случится.

Соблюдайте полярность подключения! Разрядник не боится переполюсовки аккумулятора. При этом горит лампочка (через встроенный в MOSFET диод), аккумулятор разряжается. Но режим разряда не контролируется, и НЕ СВЕТИТСЯ светодиод. В таком режиме можно просадить аккумулятор до напряжения 0,6 вольта, чем окончательно «огорчить» его и себя. Будьте внимательны.

Блок разрядки, собранный и испытанный на макетке.

Оба варианта печатных плат забирайте в архиве в разделе файлов.

Плата под выводные детали — удобна для повторения в домашних условиях.
Плата под smd. Я заказывал у китайцев.Я предлагаю два варианта платы: для выводного и smd монтажа, поэтому далее упоминаю детали для обоих типов.

Т1 и Т2 — любые маломощные кремниевые PNP транзисторы. В выводном корпусе TO-92 подойдут: BC556B, 2SA733, 2SA1206, КТ203, КТ208, КТ209, КТ3107, КТ502 и масса других. Перед установкой следует верно определить выводы Э-Б-К и правильно запаять.

Рекомендую «обуть» ноги транзисторов. Легко запастись разноцветными ПВХ-трубками, сняв их с кроссовки или кабеля UTP.

Например, на вывод базы оденьте изолятор белого цвета, на коллектор — красного, на эмиттер NPN — синего, на эмиттер PNP — чёрного или коричневого, или какого у вас больше. Цветовая схема на ваш вкус. И вы уже никогда не ошибётесь с распайкой выводов.

PNP транзисторы в планарном корпусе SOT23: BC807, а также другие, с обозначениями W06, 5Ap, 3Ep, K3N, 2A, 2D, 2L, t06, DKs.

C другой стороны, одинаковые цифробуковки на корпусе не всегда однозначны.
Например, в справочнике Туруты по SMD, за 2014 год, значкам «W06» соответствуют два разных транзистора:
W06 — PDTC124EU npn, 50V, 100mA, 200mW SOT-323
W06 — PMSS3906 pnp, 60V, 100mA, 200mW SOT-323
Под обозначением «t06» — тоже два разных транзистора, причём эти же!
А под сочетаниями «2A», «2D», «2L» вообще по десятку разных приборов, и часто совсем не транзисторов.
То есть проверять и проверять! Транзисторы я проверял китайским, ставшим уже народным, многофункциональным тестером MG328.

Т3 — полевой n-канальный MOSFET транзистор, у меня планарный APM3054N в корпусе TO-252, с негодной материнской платы. Важное условие — напряжение открытия MOSFETa должно быть не более 2,5 Вольт, желательно даже около 2,0. Подходят большинство низковольтных полевиков со старых материнок.

Высоковольтные, силовые полевики не подходят — у них напряжение открытия (sourse-gate) превышает 3,5 вольта, и они просто не откроются.

Полевики в больших планарных корпусах (ТО-263, DD-PAK) — CEB6030, K3570, K3296, K3572, 15N03, 14N03, FDB6670, FDB6035.
В корпусе TO252 — T40N03, APM2510, 70T03, P75N02.

У всех этих полевичков напряжение открытия 1,8 — 2,2 Вольта. Практически все они с напряжением «сток-исток» около 25-30 Вольт, не более. Вымерял сам, из того, что у меня есть в наличии.
У меня нет низковольтных полевиков в корпусе ТО-220, поэтому ничего о них сказать не могу.

Реальный совет — купите на рынке или найдите совсем старую убитую материнку, распотрошите и выберите нужные детальки. Всё есть на них.

Нагрузка — лампочка 6,3 В × 0,3 А, применялись повсеместно для освещения шкал ламповых радиоприёмников. Более позднее их применение — новогодние гирлянды и т. п. При отсутствии таких лампочек можно установить резистор 10-15 Ом на мощность не менее 1 Вт.

Светодиод HL — любой, видимого цвета, у меня он жёлтый.

Резистор R7 — желательно многооборотный — точнее настройка, и напряжение не прыгает со временем.
Остальные резисторы — какие есть в 50-летних запасах Родины, т. е. любые, по наличию, ±50% от номинала.

Если планируется более серьёзная нагрузка — в качестве Т3 необходимо применить более мощный транзистор и радиатор.

Перед первым включением желательно проверить монтаж. Это быстрее и проще, чем искать и менять умершие детали на уже смонтированной плате с плотным расположением.

На вход разрядника подайте напряжение 3,65 Вольта от регулируемого источника и с помощью R7 установите порог зажигания светодиода. Потом проверьте поведение схемы при несколько запредельных значениях нужных параметров (4,5 — 3,0) В. Но можно ограничиться и только установкой порогового напряжения.

Если вы считаете, что порог должен быть другим — устанавливайте свой. В принципе, на основе этой схемы можно рассчитать разрядник с любым разумным напряжением и мощностью. Изменяются только параметры делителя R6-R7 и мощность транзистора Т3 (полевики можно параллелить).

Если будет делаться схема для одиночного аккумулятора «18650», то в качестве клеммников для подключения к аккумуляторам очень удобно использовать магниты из негодных ноутбучных винчестеров.

Эту идею нашёл где-то в форумах Датагора. Держатся замечательно, при небольших токах проблем нет. Только провода нужно припаивать к железной подошве (!) магнита, а не к самому магниту. Иначе — размагнитятся, лично проверил.

Припаивать провод желательно, предварительно пропустив его через одно из отверстий железного основания. Так провод переломится намного позднее. Я насдувал феном деталей со старой материнки и собрал многоканальный разрядник на SMD. Очень удачно применил держатель на 4 банки «18650», рекомендую.
Отличие схемы только в том, что при настройке вместо R7 подпаивался переменный резистор, устанавливался нужный порог напряжения. После замерялась полученная величина переменного резистора, и впаивался постоянный, ближайшего номинала. Мне так показалось проще, т. к. ±0,05-0,1 вольта не принципиально.

Лампочка впаивается в плату между точкой U4 и точками 1—1 (шина +5 Вольт). На фото ниже это хорошо видно.

Плата в работе.1. В разрядник нужно вставлять предварительно заряженный (!) аккумулятор.

2. Всё описанное выше можно, и даже желательно, применять и к новым Li-Io аккумуляторам для их хранения более 1-2-х месяцев. Например, на зимнее межсезонье.

3. Естественно, эта методика применима ко всем другим Li-Io аккумуляторам, например — от сотовых телефонов. У них иногда барахлит контроллер, а сам аккумулятор — в рабочем состоянии.

4. Аккумуляторы, разряженные до «хранительного» напряжения, желательно сохранять при температуре +2… +4 °С. Лучшее место хранения — верхняя полка холодильника, у задней стенки, в герметичном пакете, и в непрозрачной светлой коробочке, чтоб жена не сразу поняла

▼ Платы печатные, оба варианта в lay.7z  13,04 Kb ⇣ 40
Плату под SMD при печати зеркалить не нужно. Монтаж идёт со стороны фольги.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) — Help for engineer

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)

Если вы сейчас читаете эту статью с ноутбука, то следующее будет именно для вас. Часто ли вы задаёте себе вопрос : какая аккумуляторная батарея находится у меня в ноутбуке? Наверняка именно в вашем ноутбуке стоит литий-ионная батарея, которая обрела свою популярность как питающий элемент для ноутбуков, мобильных телефонов, фотоаппаратов, видеокамер и т.д. Такое признание эти батареи получили вследствие того, что их не нужно обслуживать и эти батареи имеют очень высокую энергетическую плотность.

Из истории этих аккумуляторов, можно сказать, что литий-ионные аккумуляторы имеют 3 поколения развития.

Изначально в качестве отрицательных пластин активно применялся литий, но тем самым они были подвержены взрывному эффекту. Этот эффект возникал вследствие многократного использования, на аноде появлялись образования, которые приводили к замыканию электродов, что в свою очередь вело к воспламенению или взрыву.

Эту проблему пытались решить применяя каменноугольный кокс-2 поколение литий-ионных аккумуляторов, и окончательно это было завершено при замене материала анода на графит.

Литий-ионные аккумуляторы применяются вместе с системой контроля и управления – BMS(СКУ), которая входит в комплект любого литий-ионного аккумулятора. Эта система применяется для того, что бы обеспечить максимальный срок жизни этим батареям, ограничивая ток заряда сверху на уровне 95%, и разряда на 15-20%, ибо если литий-ионный аккумулятор будет полностью разряжен, то он потеряет возможность опять зарядится при подключении номинального зарядного напряжения. Эту проблему можно решить путем приложения импульса напряжения, которое является более высоким по сравнению с номинальным зарядным. Но этот метод очень сильно сказывается на дальнейших характеристиках литий-ионных батарей. То есть, эта система предотвращает перезарядку и перегрев вследствие интенсивного заряда.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы имеют рабочее напряжение равное 3,5-3,7 В. Рабочие температуры могут варьироваться от -20 до +60 °С, хотя стоит заметить, что в настоящее время разработали аккумуляторы, которые могут работать и при -40 °С, а так же теперь стало возможно расширение температур и до более высоких.

Саморазряд данного типа аккумуляторов составляет 4-6% в первый месяц, затем уменьшается. За год аккумулятор теряет 10-20% емкости. Так же, можно смело сказать, что Li-ion аккумуляторы имеют потери емкости в разы меньше, чем потери у никель-кадмиевых аккумуляторов.

Ресурс работы составляет 500-1000 циклов.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы могут заряжаться в комбинированном режиме: с самого начала при постоянном токе (величиной 0.2С до 1С) до напряжения в 4.2 В (это значение зависит от производителя батареи), а далее зарядка будет проходить при постоянном напряжении.

При зарядке литий-ионных батарей током равным 1С время необходимое для заряда будет состовлять 2-3 часа, и по достижению напряжения отсечки, ток будет значительно уменьшаться и будет составлять примерно 3% от начального зарядного тока. Это мы можем наглядно увидеть на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость напряжения и тока от времени при заряде литий-ионного (Li-ion) аккумулятора.

Так же хочу заметить, что заряд батареи невозможен, при отрицательных температурах.

Было обнаружено, что линий-ионные аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, что сводит на нет его достоитсва, но сейчас появились литий-полимерные аккумуляторы на базе литий-ионных, в которых этот эффект памяти отсутствует.

Хранение литий-ионных аккумуляторов

Самыми лучшими условиями для хранения литий-ионных аккумуляторов – это заряд на уровне 40-75% ёмкости, и при довольно низкой температуре в 5 °C. При этом, следует заметить, что при хранение именно в холодном месте, существенно снижает саморазряд. Срок хранение варьируется от 24 до 60 месяцев.

Одной из отличительных особенностей по сравнению с никелевыми и никель-металлогидридными, литий-ионные аккумуляторы снижат ёмкость под воздействием заряда. То есть, чем больше будет заряд аккумлятора, тем меньше будет его срок эксплуатации и службы.

Недостаточно прав для комментирования

Как хранить Li-Ion аккумуляторы?

[desc][/desc]

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 237
Источник: http://electrotransport.su/kak-pravilno-hranit-akkumulyator/

Если Li-ion аккумулятор приказал долго жить

Итак, если беда уже случилась, и ваш аккумуляторный блок не подает признаков жизни, то необходимо всего лишь купить нужное количество аккумуляторных элементов аналогичного типа и самостоятельно установить их в блок.
Пара замечаний: в России все они редкость, но можно заказать из Китая или Штатов (Aliexpress.com и Ebay.com вам в помощь) с бесплатной доставкой по цене 4-5 долларов за штуку; а также придется вспомнить навыки пайки. Вдобавок, нельзя менять аккумуляторные элементы выборочно. Только все сразу. Ведь контроллер заряда будет считать их все одинаковыми, что приведет к перегреву старых, которые могут даже загореться или взорваться.

И еще: в аккумуляторном блоке также может повредиться электроника, потому перед покупкой новых «банок» сначала «прозвоните» старые. Вдруг с ними все в порядке, и виноваты вовсе не они.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 877
Источник: http://dacha.news/li-ion-accumulators/

Основные сложности

Производители сегодня используют практически в любых электрических устройствах накопители одного типа – это элементы типоразмера 18650 (https://electric-wheels.ru/shop/akkumuljatory/li-ion/). Разница между электромобилем и ноутбуком здесь будет только в количестве элементов. Упомянутые батареи далеки от совершенства и требуют соблюдения определенных требований при эксплуатации. Их стоимость и уязвимость перед безграмотным хранением являются основными причинами, зарождающими сомнения в приобретении экотранспорта. Среди основных проблем хранения выделяются:

• хранение литий ионных аккумуляторов на морозе приводит к полной разрядке и уменьшению ресурса,
• требуют постоянного контроля над остаточным уровнем заряда,
• длительное хранение литий ионных аккумуляторов несет массу неудобств и не гарантирует сохранения ресурса.

Чтобы ответить на вопрос «Как хранить литиево-ионные батареи?», нужно понимать, больше всего они боятся длительного хранения при глубоком разряде. Именно это способно окончательно прикончить батарею. Можно сказать, что если после эксплуатации устройства забыли поставить пустой аккумулятор на зарядку и вспомнили о нем через месяц-другой, то будьте готовы покупать новый накопитель.

Вся сложность эксплуатации устройств на таких батареях, вызвана отсутствием защиты от полного разряда (или недостаточно эффективной работой этой защиты). Ниже разберемся, как сохранить литий ионный аккумулятор 18650, который используется в электрическом транспорте. Но, в любом случае, совет и правило №1: если уровень заряда упал ниже 30-40% после работы устройства, немедленно ставьте АКБ заряжать.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1627
Источник: http://electrotransport.su/kak-pravilno-hranit-akkumulyator/

Как хранить литиевые аккумуляторы?

В вопросе, как хранить Li-Ion аккумуляторы, основными факторами выступают температурный режим и степень заряда. В нижеприведенной таблице представлены сведения о восстанавливаемой емкости литиевых АКБ при их хранении на протяжении 12 месяцев при разных температурах и уровнях заряда. Восстанавливаемой емкостью называют доступную емкость аккумулятора после его хранения.

Температура, °С	Восстанавливаемая емкость
	при хранении с 40% зарядом	при хранении со 100% зарядом
98%	94%
25	96%	80%
40	85%	65%
60	75%	60% (через 3 месяца)

Также при хранении литий ионных аккумуляторов необходимо выполнять следующие рекомендации:

• Хранить Li-Ion батареи нужно в сухом и прохладном месте, извлеченными из оборудования.
• Оптимальной температурой для хранения таких АКБ является +1 – +25°С, а допустимые значения варьируются в диапазоне 0 – +40°С.
• Нельзя допускать их замораживания – можно хранить литиевый аккумулятор в холодильнике, предварительно поместив его в пакет (для предотвращения конденсации влаги), но не в морозилке!
• Хранить АКБ необходимо в заряженном состоянии (идеальное значение степени заряда – 40%), чтобы избежать падения напряжения при саморазрядке ниже значения 2,5 В/элемент. Если оставить такой накопитель храниться с напряжением ниже граничного значения 2,5 В на период времени 3 месяца и дольше, произойдет невосстанавливаемое падение его емкости, а также не исключена коррозия элементов.
•  Если напряжение литий ионной батареи на протяжении недели и более не превышает 2,0 В/элемент, такая АКБ подлежит утилизации. Кстати, некоторые Li-Ion батареи не допускают подзарядки при снижении напряжения на выводах ниже граничного значения. Это связано с изменением химической структуры сильно разряженного элемента и повышенной опасности его подзарядки.

Предлагаем вам также ознакомиться с рекомендациями, как правильно заряжать аккумулятор Li-ion.

Блок: 2/2 | Кол-во символов: 1917
Источник: https://www.VoltBikes.ru/blog/electro/kak-hranit-li-ion-akkumuljatory/

Li ion аккумуляторы: температура хранения и зарядки

Если о том, что отрицательный градус хранения АКБ отрицательно влияет на время службы, знают все, то немногим известно, что при минусовых температурах губительна даже сама зарядка – аккумулятор просто теряет емкость. Еще одно «температурное» требование говорит, что нельзя хранить Li-ion-батарею при температурах выше 30 градусов. Это также кратно снижает емкость.

При зарядке устройства тоже есть своя опасность – перезаряд АКБ. Этого тоже нужно избегать, чтобы продлить срок службы устройства. Не менее важно использовать только сертифицированное, идущее в комплекте с батареей, зарядное устройство, которое соответствует по техническим характеристикам. И нужно помнить, что нередки случаи взрыва батарей, поэтому нельзя оставлять процесс без внимания.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 807
Источник: http://electrotransport.su/kak-pravilno-hranit-akkumulyator/

Для тех, кто использует инструмент регулярно

Есть еще несколько рекомендаций, которые помогут вам продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.

1.      Как было уже сказано выше, всегда старайтесь сразу поставить на зарядку аккумулятор, если он разряжен полностью или почти полностью. Попутно избегайте циклов глубокой разрядки-зарядки. Данная таблица покажет, какое количество циклов заряда-разряда последует до потери 50% емкости в зависимости от глубины разряда аккумулятора:

2.      Не заряжайте аккумуляторы при отрицательных температурах. Они будут терять емкость.

3.      Не храните аккумуляторы при температуре выше 30 градусов. Эта табличка показывает, насколько снизится емкость в зависимости от температуры хранения и степени заряженности аккумулятора:

4. Если аккумулятору предстоит долгое хранение, не заряжайте его полностью. Оптимальным будет уровень заряда в 35-50%.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 882
Источник: http://dacha.news/li-ion-accumulators/

Кол-во блоков: 9 | Общее кол-во символов: 7688
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

1. https://www.VoltBikes.ru/blog/electro/kak-hranit-li-ion-akkumuljatory/: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 1917 (25%)
2. http://dacha.news/li-ion-accumulators/: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 3100 (40%)
3. http://electrotransport.su/kak-pravilno-hranit-akkumulyator/: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 2671 (35%)

Влияние температуры на скорость старения литий-ионной батареи, работающей при температуре выше комнатной

Влияние температуры на скорость старения максимальной емкости накопителя заряда

Путем исследования максимальной емкости накопителя заряда ( Q _м ) и влияние изменения температуры от 25 до 55 ° C и циклического старения на деградацию Q _m , ценные результаты могут быть получены, чтобы помочь в определении подходящих условий использования.Рисунок 5 показывает, что Q _м постепенно уменьшается с увеличением количества циклов, как и ожидалось. Установлено, что механизмы деградации этой необратимой потери емкости при циклическом старении связаны с одним или несколькими из следующих факторов, а именно структурными изменениями вставного электрода, разложением электролита, растворением активных материалов, фазовыми изменениями во вставляющем электроде и образованием пассивной пленки на электроды и поверхность токосъемника ^15,16 .

Рисунок 5

Максимальная емкость накопителя заряда как функция температуры.

Максимальная емкость накопителя заряда соответствует разному количеству циклов.

Чтобы уточнить, деградация электрода LCO включает его структурные изменения во время циклирования и образования поверхностной пленки и ее последующую модификацию на электроде ¹⁷ . Для графитового электрода основными механизмами деградации являются образование и рост пленки на границе раздела твердого электролита (SEI) из-за разложения электролита и процесса совместной интеркаляции растворителя на графитовом электроде ^15,17 .Более пристальный взгляд на рис. 4 показывает, что чем выше температура, тем больше Q _м , за исключением падения при 55 ° C. По сути, температура увеличивает производительность LiB в краткосрочной перспективе за счет увеличения его емкости. Но это также увеличивает скорость разложения Q _м , как показано на рис. 5.

Увеличивающаяся скорость разложения Q _м во время цикла с повышением температуры объясняется механизмами разрушения необратимыми потеря емкости ускоряется повышением температуры, как сообщается во многих исследованиях ^15,17 .Хотя механизмы деградации различных компонентов LiB, а именно электродов, электролита, их границ раздела фаз и сепаратора, которые приводят к необратимой потере емкости, известны, порядок важности деградации этих компонентов неизвестен. Исследование этого порядка важности является целью данной работы, а проявление этих ухудшений электрических характеристик LiB является еще одной целью этой работы, которая не была исследована.

Влияние температуры на скорость старения электрода LCO

Электрод LCO, который является катодом во время разряда, изготовлен из LiCoO ₂ (LCO), наиболее часто используемого материала для композитных электродов ¹⁸ .На рис. 6 показано разрушение m ₁ электрода LCO при циклическом изменении температуры в диапазоне от 25 ° C до 55 ° C. Определение m ₁ — это эффективность электрода LCO в накоплении ионов лития ¹⁹ .

Рис. 6

Старение m ₁ электрода из оксида кобальта в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Ухудшение m ₁ может быть вызвано двумя механизмами.Один из них — это образование поверхностной пленки и ее последующая модификация на электроде, а другой — структурные / фазовые изменения электрода. Zhang et al. ²⁰ и Ramadass et al. ⁸ наблюдал образование поверхностной пленки в результате окисления на границе раздела электрод / электролит. Maher et al. ²¹ идентифицировал структурные и фазовые изменения электрода LCO. Наличие поверхностной пленки (также называемой SEI) снижает скорость реакции введения и деинтеркаляции Li ^{+ 20} , а также структурное / фазовое изменение электрода из гексагональной фазы (менее стабильной, но активной) в кубическая фаза или структура шпинели (менее активная) также снижает скорость переноса заряда.Следовательно, оба механизма приводят к снижению скорости переноса заряда (K) при циклировании. Эта скорость переноса заряда показывает скорость переноса Li +, когда он идет от электрода к электролиту и от электролита к электроду ²² . Вышеупомянутые два механизма уменьшают скорость переноса, и это действительно наблюдается на рис. 7. Оба также увеличивают импеданс электрода, и это снова наблюдается на рис. 8.

Рис. 7

Старение константы скорости vs .. температура.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Рисунок 8

Суммарное сопротивление электродов и сопротивление электродов / электролита старению в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Фактически, на рис. 7 наблюдаются два различных механизма деградации, а именно большое начальное падение значения K, за которым следует более медленное уменьшение значения K после 100 циклов.Для двух механизмов, упомянутых выше, наш текущий анализ не может определить, какой из двух произойдет первым. С другой стороны, более пристальное рассмотрение рис. 7 показывает, что скорость уменьшения значения K после 100 циклов не зависит существенно от температуры, когда диапазон температур составляет 35–55 ° C. Эта информация может пролить свет на идентификацию доминирующего механизма в более поздней стадии циклического старения.

Поскольку уменьшение значения K и увеличение импеданса электрода обусловлены одними и теми же механизмами, ожидается, что их зависимость от температуры будет одинаковой, и это можно увидеть на рис.7 и 8.

Влияние температуры на скорость старения графитового электрода

Графит является наиболее важным материалом анодного электрода в LiB, поскольку он имеет высокую емкость, плоский профиль потенциала и обладает рядом преимуществ, таких как низкая стоимость, длительный срок службы. цикл, малое расширение объема и безопасность ^23,24 . На рис. 9 показано разрушение графитового электрода m ₂ при циклическом изменении температуры. M ₂ в модели ECBE представляет эффективность графитового электрода в обеспечении запасенных ионов Li ¹⁹ .

Рис. 9

Старение m ₂ графитового электрода в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Деградация m ₂ обнаруживается в основном из-за образования SEI и его роста на поверхности графитового электрода при циклическом изменении ⁷ . Этот SEI развивается за счет восстановительного разложения электролита, сопровождаемого необратимым расходом ионов лития, что приводит к необратимой потере емкости с возможным выделением газообразных продуктов.Поскольку этот слой SEI не полностью проницаем для ионов лития, количество ионов Li, которые могут быть получены от этого электрода, уменьшается с непрерывным ростом SEI на графитовом электроде ²⁵ . Этот SEI также приведет к снижению скорости переноса заряда (K) и увеличению импеданса ячейки, как в случае электрода LCO. Другой возможный механизм старения графитового электрода заключается в том, что растворитель может совместно внедряться в углерод, вызывая расслоение углерода и последующее расширение углеродных частиц, которые образуют соединения тройного интеркалирования графита (GIC).Развитие (GIC) приводит к потере активного материала, а также будет способствовать необратимой потере емкости ¹⁵ . Однако развитие GIC не повлияет на скорость переноса заряда ^15,20 .

Если LiB работает при более высокой температуре, скорость роста SEI будет увеличиваться, и это будет препятствовать доставке ионов Li от графитового электрода. Более высокая температура также усилит образование GIC. Следовательно, оба механизма вызовут большее ухудшение m ₂ при более высоких рабочих температурах, как показано на рис.9, и этот вывод согласуется с Thomas et al. ¹⁰ .

Тщательное изучение вставленных таблиц на Рис. 6 и Рис. 9 показывает, что скорость разрушения обоих электродов во время циклирования довольно схожа при 25 ° C. Но на скорость разрушения электрода LCO влияет больше, когда температура выше 25 ° C. Это означает, что скорость деградации электрода LCO в большей степени зависит от температуры, чем скорость деградации графитового электрода, и это также можно увидеть по большему увеличению крутизны деградации электрода LCO.

Скорость разрушения электродов увеличивается с температурой, как обсуждалось ранее. Более значительный скачок сопротивления элемента на ранних стадиях цикла наблюдается при высоких рабочих температурах, как это видно на рис. 8 от 0 до 50 циклов. Считается, что это связано с увеличением скорости образования SEI на электродах. при более высокой температуре, где Schalkwijk et al. ⁷ подробно рассказали о механизме образования SEI при различных температурах. За пределами 50 циклов разложение связки, окисление проводящего агента и коррозия токосъемника также будут способствовать увеличению импеданса, вызывая еще одно большое увеличение сопротивления при высокой рабочей температуре, как видно из 100-150 циклов на рис.8 ¹⁷ .

Влияние температуры на скорость старения электролита

Старение электролита можно проанализировать по изменению элемента Варбурга. Этот элемент Варбурга моделирует электролит как диэлектрик конденсатора с параллельными пластинами с двумя электродами как две пластины конденсатора. Он моделирует систему электролита как последовательность R _w и C _w , где R _w относится к сопротивлению электролита, а C _w относится к емкости эквивалентного конденсатора с параллельными пластинами.

При повышении температуры с 25 ° C до 55 ° C коэффициент диффузии активных ионов Li в электролите увеличивается ²⁶ , а концентрация ионов лития, протекающих через электролит, также увеличивается ¹⁹ из-за увеличения Q _m в результате усиленного электрохимического восстановления-окисления (окислительно-восстановительного потенциала) на аноде и катоде при повышенной температуре ^27,28 , таким образом, ожидается снижение сопротивления электролита, когда ячейка запускается в первый цикл цикла, как показано на Инжир.10.

Рис. 10

Старение сопротивления элемента Варбурга в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

С другой стороны, емкость элемента Варбурга увеличивается с температурой, как показано на рис. 11. Это можно объяснить увеличением количества накопленного ионного заряда (из-за увеличения Q _м ) в двух электродах, т. Е. и для данного V, который представляет собой напряжение на двух выводах LiB, увеличение Q _m приведет к увеличению C.

Рис. 11

Старение емкости элемента Варбурга в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Скорость разложения R _n (т. Е. Увеличение значения R _n ) из-за циклирования больше при более высоких температурах. Это может быть связано с увеличением скорости деградации максимальной емкости накопителя заряда при циклической работе при более высоких температурах. Возрастающая скорость разрушения сепараторов при более высоких температурах также является возможной причиной увеличения R _n ¹⁰ .

Уменьшение емкости элемента Варбурга при циклировании можно увидеть на рис. 11. Одной из возможных причин является образование SEI на электродах и сепараторе, которые уменьшают доступную поверхность активных материалов во время циклирования, т. Е. Эффективную площадь эквивалентный параллельный конденсатор уменьшается. Другая возможная причина связана с образованием слоя SEI, который изменяет конденсаторную модель электролита на два последовательно соединенных конденсатора, где один из них имеет электролит в качестве диэлектрика, а другой — SEI в качестве диэлектрика.Если относительная диэлектрическая проницаемость электролита составляет ε ₁ , а диэлектрическая проницаемость пленки SEI равна ε ₂ , эффективная емкость будет всегда меньше 1. При повышении температуры пленка SEI также будет расти быстрее и толще, которые прямо соответствуют уменьшению емкости при циклировании и повышении температуры.

Умножение R _на C _на приведет к графику, показанному на рис. замедлится при высокой температуре.

Рис. 12

Зависимость постоянной времени RC Warburg RC от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Обзор влияния температуры на скорость старения

Из приведенного выше анализа было обнаружено, что более высокая температура увеличивает скорость разложения всех компонентов LiB, и это согласуется с работой Thomas et al. ¹⁰ . Тщательное изучение таблиц, представленных на рисунках, которые показывают деградацию в процентах для каждого компонента в LiB, показывает, что температура оказывает наибольшее влияние на скорость деградации элемента Варбурга с циклической сменой и последующим импедансом ячейки .На скорость снижения скорости переноса заряда меньше влияет рабочая температура для рассматриваемого здесь диапазона температур.

Когда рабочая температура LiB изменяется от 25 до 55 ° C, скорость деградации максимального накопления заряда после 260 циклов увеличивается с 4,22% до 13,24%. На уровне компонентов при таком же изменении рабочей температуры скорость деградации сопротивления элемента Варбурга после 260 циклов увеличивается с 49,40% до 584.07% (рис. 10), что является максимальным изменением; а импеданс ячейки занимает второе место, увеличившись с 33,64% до 93,29% (рис. 8). Что касается скорости переноса заряда, то изменение скорости его деградации уменьшается с 68,64% до 56,19% (рис. 7).

Из изменения деградации различных компонентов и сравнения с изменением деградации Q _m , которые также представляют скорость деградации состояния здоровья (SoH) LiB, мы можем сделать вывод, что деградация SoH является не сильно зависит от деградации элемента Варбурга и импеданса ячейки, так как большие изменения их значений могут привести только к небольшому изменению Q _m .Это, кажется, противоречит некоторым исследованиям ^8,20 , в которых утверждается, что более высокий импеданс ячейки является причиной потери зарядной емкости. Расхождение можно объяснить следующим образом.

В большинстве случаев Q _m определяется методом кулоновского счета, где Q _m представлено интегрированием разрядного тока по времени до полного разряда LiB, что соответствует напряжению на клеммах около 3–2,5 В. , в зависимости от типа батареи. Замечено, что при более высоком импедансе ячейки Q _м , определенное таким образом, будет меньше, и это было связано с потерей энергии на импеданс ячейки, в результате чего меньшее значение Q _м вытекает из LiB для интеграции ^{15, 28} .Потеря энергии имеет вид i ² R . Однако это будет означать, что температура ячейки немного увеличится, и, поскольку Q _m увеличивается с температурой ячейки, как мы наблюдали ранее ¹⁹ , такое объяснение сомнительно. Кроме того, очевидно, что определенная Q _m (обычно называемая Q _d , разрядная емкость) с использованием метода кулоновского счета выше, когда разрядный ток меньше ²⁸ , и поскольку более низкий разрядный ток означает меньшую энергию потери, увеличение температуры элемента будет меньше, следовательно, Q _m должно быть уменьшено с меньшим током разряда по сравнению с большим током разряда, и это противоречит экспериментальному наблюдению.

Мы предположили, что наблюдение более низкого Q _m для элемента с более высоким импедансом может быть связано с большим внутренним падением напряжения в LiB. Таким образом, когда внешнее напряжение LiB падает до 2,7 В, где оно устанавливается как напряжение, при котором все накопленные заряды разряжены, фактическое напряжение внутри LiB фактически выше 2,7 В и, следовательно, не все накопленные заряды в ячейке. выводятся во внешнюю цепь. Следовательно, определенная Q _m меньше, чем фактическая Q _m в соте.При таком объяснении, когда ток разряда меньше, внутреннее падение напряжения в LiB также будет меньше для данного импеданса ячейки, и, таким образом, внешнее 2,7 В будет ближе к фактическому напряжению внутри LiB, что подразумевает, что оставшиеся сохраненные заряды в LiB будет меньше при прекращении разряда 2,7 В, таким образом, определенное значение Q _м выше. Другими словами, наблюдение более высокого импеданса ячейки вызывает более низкую Q _м. является артефактом измерения, а не причинно-следственной связью.

С другой стороны, определение Q _m в этой работе рассчитывается на основе модели ECBE, и, следовательно, эффект внутреннего падения напряжения из-за импеданса ячейки не повлияет на наш расчет. На рисунке 13 показано сравнение Q _m , определенного с использованием метода кулоновского счета при различных токах разряда, с Q _m , определенным с использованием модели ECBE. Можно сделать вывод, что тенденция Q _d с использованием метода кулоновского счета очень похожа на значение, определенное с использованием модели ECBE, когда ток разряда небольшой, что указывает на то, что Q _m из модели ECBE близок к фактическому значению. зарядная емкость LiB.Небольшое уменьшение Q _m , определенное на основе модели ECBE, как показано на рис. 13, связано с чрезмерными зарядами, достигающими отрицательного электрода в единицу времени, что приводит к неэффективному хранению зарядов в электроде, как сообщается ¹¹ .

Рис. 13

Емкость разряда (Q _d ), измеренная с помощью ETMS, в сравнении с максимальной емкостью накопителя заряда (Q _м ), оцененной ECBE.

Из приведенного выше анализа мы видим, что когда SoH значительно ухудшается, где SoH = Q _м ( текущий ) / Q _m ( свежий ), импеданс ячейки был бы увеличен очень значительно, и это привело бы к увеличению джоулева нагрева ячейки и привело бы к тепловому разгоне и, таким образом, возможно, к возникновению опасности возгорания.Следовательно, из соображений безопасности следует ввести ограниченное допустимое значение деградации SoH.

Кроме того, поскольку наш метод может обнаруживать деградацию SoH в режиме реального времени и проводить простые измерения, он будет полезен для прогнозирования и диагностики LiB, как показано на рис. 14. Эта информация также позволит определить оставшийся срок полезного использования LiB, о котором будет сообщено в нашей будущей работе.

Рисунок 14

Передовая технология управления батареями с возможностью прогнозирования и диагностики.

Литий-ионные аккумуляторы — лучшие в области аккумулирования энергии: исследование

Энергетические компании находятся на переднем крае технологий, связанных с энергоснабжением, и разработки продуктов, крупномасштабной коммерциализации и использования на протяжении более 100 лет. Практически во всех случаях основным результатом были новые или улучшенные услуги для клиентов, повышение безопасности работников и общий прогресс для общества. Однако в нескольких редких случаях имели место непредвиденные последствия, которые оставались незамеченными в течение многих десятилетий.По мере того, как коммунальные предприятия вступают на новые пути, владея, эксплуатируя и содействуя установке новых технологий клиентами, стоит учитывать уроки, извлеченные из прошлого, такие как учет затрат на полный жизненный цикл, включая надлежащую переработку / утилизацию использованных материалов / оборудования. Литий-ионные (литий-ионные) батареи и солнечные панели являются яркими примерами наших нынешних энергетических стратегий.

Благодаря многолетнему опыту и большему количеству новых нормативных требований производители и пользователи, включая большую часть общественности, сегодня гораздо лучше осведомлены о последствиях продуктов, процессов и ингредиентов для безопасности, здоровья и окружающей среды.Паспорта безопасности материалов не существовали, когда общины по всей стране использовали газификацию угля на местных электростанциях для поставки природного газа до того, как были установлены трубопроводы для его доставки. В процессе производились опасные побочные продукты, которые не всегда должным образом удерживались и утилизировались годами позже. Точно так же угольная зола не обрабатывалась и не собиралась в течение многих лет до тех пор, пока не выяснилась ее потенциальная опасность. ПХБ, используемые в качестве изолирующего агента во многих типах электрического оборудования, которое повысило электробезопасность и, несомненно, спасло множество жизней, не подвергались тщательному обращению до тех пор, пока не стали известны их канцерогенные последствия и долговечность в окружающей среде.

Многие коммунальные предприятия выступают за электрификацию нашего транспортного сектора и участвуют в ней. Некоторые коммунальные предприятия перестраивают свои собственные автопарки, планируют обслуживание коммерческих парков и инвестируют в инфраструктуру. Большинство аккумуляторов, используемых в электромобилях (электромобилях), являются литий-ионными. По оценкам Союза обеспокоенных ученых (UCS), к 2030 году 1,6 миллиона аккумуляторных батарей для электромобилей будут ежегодно выводиться из эксплуатации. В случае утилизации эти батареи будут считаться опасными во многих юрисдикциях из-за их содержания металлов, и в настоящее время нет единых стандартов в отношении того, кто несет ответственность за надлежащее обращение с вышедшими из употребления батареями.Калифорния, в которой к 2027 году может быть выведено 45 000 списанных батарей в год, разрабатывает политику, гарантирующую, что все батареи для электромобилей, проданные в штате, будут утилизированы или повторно использованы. Необходимость в комплексном плане вывода из эксплуатации аккумуляторных батарей для электромобилей также привлекла внимание администрации Байдена, которая планирует сделать электрификацию транспортного сектора одной из основных целей.

Хорошей новостью являются исследования производителя, и многие пилотные исследования DYI показывают, что выводимые из эксплуатации аккумуляторные батареи для электромобилей могут иметь увеличенный срок службы, если будут созданы надлежащие программы повторной сертификации, полностью поняты потенциальные риски и приняты стандарты ответственности.Аккумуляторы электромобилей выводятся из эксплуатации примерно через 10 лет, когда их емкость элементов снижается ниже 80% от проектной. Несколько автомобильных компаний уже оценивают возможность восстановления таких аккумуляторов для повторного использования в электромобилях, требующих замены аккумулятора. Аккумуляторы, не пригодные для обслуживания транспортных средств, но способные безопасно работать при более низком номинале, могут иметь второй срок службы от пяти до восьми лет в энергетическом секторе. После сертификации для работы такие батареи могут использоваться для хранения энергии в большом количестве коммунальных служб, а также для хранения энергии в коммерческих и жилых помещениях.Повсеместное повторное использование аккумуляторов для электромобилей может повысить ценность электромобилей, а также снизить затраты на хранение энергии от аккумуляторов. По оценкам UCS, к 2030 году будет доступно 112 ГВт-ч / год мощности выводимых из эксплуатации аккумуляторных батарей электромобилей. Коммунальные предприятия должны помогать формулировать механизмы политики для надлежащего повторного использования и утилизации в конце срока службы батарей электромобилей, чтобы обеспечить управление этим ценным ресурсом в ответственный, равноправный и устойчивый подход.

Солнечные панели с истекшим сроком службы представляют собой еще одну потенциальную проблему утилизации.В отличие от батарей, второй срок службы выводимых панелей неизвестен. Хотя панели содержат важные материалы, определенные Министерством внутренних дел, включая мышьяк, галлий, германий, индий и теллур, они также включают металлы, такие как свинец, алюминий, медь и серебро, а также кадмий и другие потенциально опасные материалы. . В результате солнечные панели сложно и дорого перерабатывать, и данные показывают, что некоторые элементы, включая кадмий, могут вымываться из фрагментов солнечных панелей дождевой водой всего за несколько месяцев.

EPRI рекомендует коммунальным предприятиям не выбрасывать солнечные панели на обычные свалки. В немногих штатах есть законы об утилизации солнечных отходов, и, как правило, владелец панели, а не производитель, несет ответственность за утилизацию отходов. По мере того как солнечная промышленность в США стареет, миллионы панелей потребуют утилизации. Как крупные владельцы солнечных установок и бенефициары частных солнечных проектов, коммунальные предприятия могут пожелать применить уроки, извлеченные из прошлого, и взять на себя ведущую роль в установлении стандартов для надлежащего учета и переработки / утилизации непригодных для использования солнечных панелей.

Краткое содержание — Руководство по противопожарной защите для складского хранения картонных литий-ионных аккумуляторов

Том Лонг и Эндрю Блюм
Exponent, Inc

В этой статье обобщены огневые испытания, проведенные для определения рекомендаций по противопожарной защите для складского хранения картонных литий-ионных аккумуляторов. Полный отчет см. В ссылке 1.

Основная методология этого проекта заключалась в двухстороннем подходе к анализу пожарной опасности литий-ионных батарей в картонных коробках: (1) сравнение характеристик воспламеняемости при свободном горении широкоформатных полимерный пакет, литий-ионный аккумулятор, соответствующий стандартам FM Global, и ранее протестированные литий-ионные аккумуляторы небольшого формата в стоечном массиве хранения ^2,3 и (2) крупномасштабное испытание на огнестойкость для оценки характеристик спринклера на уровне потолка защита на картонной упаковке из полимера большого формата. Литий-ионные аккумуляторы.Целью экспериментального подхода было максимальное применение успешных результатов крупномасштабных огневых испытаний.

Дополнительные задачи этого проекта включали (3) оценку воздействия внутреннего воспламенения в поддоне, загруженном батареями, по сравнению с внешним воспламенением, обычно используемым при крупномасштабных пожарных испытаниях, и (4) оценку эффективности спринклерной воды при тушении пожара. на более позднем этапе вовлечения батареи, чем это может быть достигнуто в крупномасштабном испытании. Эти задачи подкрепляют руководство по защите спринклерных систем, полученное в результате успешного крупномасштабного пожарного испытания.Все данные, описания испытаний, анализ данных и цифры в этом отчете были предоставлены FM Global. Exponent положился на отчет об испытаниях FM Global под названием «Разработка рекомендаций по защите для хранения литий-ионных аккумуляторов в больших объемах: испытание на огнестойкость» в качестве основы для этого отчета ⁴ .

Этот проект был осуществлен в партнерстве с Исследовательской группой по страхованию имущества и в сотрудничестве с Фондом исследований противопожарной защиты. Предыдущие два этапа проекта включали отчет об оценке использования и опасности ⁵ (этап I) и серию испытаний на возгорание сниженных товаров, сравнивающих характеристики воспламеняемости обычных литий-ионных аккумуляторов / продуктов со стандартными товарами FM Global (этап II ) ^2,3 .Эти испытания показали, что при хранении в больших объемах малоформатных литий-ионных аккумуляторов (2,6 Ач) наблюдается схожий рост возгорания, что приводит к срабатыванию первого спринклера, как и для других более распространенных товаров в картонной упаковке. Кроме того, было определено, что время, необходимое для вовлечения литий-ионных аккумуляторов в полностью развившийся пожар, составляет приблизительно пять минут. Эти выводы послужили основой для рекомендаций по защите от спринклерных систем для литий-ионных аккумуляторов малого формата при хранении в больших объемах с целью тушения пожара до предполагаемого времени использования литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы, доступные для этого проекта, были 20 ампер-час (Ач), 3,3 В (В), полимерные аккумуляторы с химическим составом литий-фосфат железа (LiFePO4). Размеры батареи составляли приблизительно 6,0 × 9,0 × 0,3 дюйма, а состояние заряда (SOC) номинально составляло 50%. Упаковка состояла из гофрированных картонных коробок, в которых размещалось 20 батарей, разделенных 10 уровнями пластиковых перегородок. Такая упаковка и расположение батарей соответствовали ранее протестированным литий-ионным полимерным аккумуляторам малого формата ^2,3 .

Характеристики легковоспламеняемости аккумуляторной литий-ионной полимерной аккумуляторной батареи емкостью 20 Ач были протестированы и сравнены с характеристиками стандартных товаров FM Global и литий-ионных аккумуляторов малого формата из фазы II ^2,3 . Этот тест, называемый тестом на «сниженный товар», использовался для оценки пожарной опасности, присутствующей во время первого срабатывания спринклера в сценарии пожара на складах с опрыскиванием. Измерения были сосредоточены на развитии возгорания каждого товара и времени задействования литий-ионных аккумуляторов во время испытания на возгорание стеллажа со свободным горением.Основные результаты этих тестов, о которых сообщает FM Global, по сравнению с предыдущими тестами на сниженные товары, включали:

• Картонная широкоформатная батарея емкостью 20 Ач, использованная в настоящем исследовании, представляет более высокую опасность, чем ранее испытанные малоформатные цилиндрические и полимерные аккумуляторные батареи емкостью 2,6 Ач.
• Упаковка продукции (контейнеры из гофрированного картона и пластиковые разделители) была определена как ключевой фактор, определяющий опасность литий-ионных аккумуляторов при хранении. В то время как картонные коробки из гофрированного картона, как было показано, преобладали при начальном росте возгорания, содержание пластика в картонных коробках было определяющим фактором общей опасности для товаров.
• Картонные батареи, содержащие значительное количество пластика, показали такое же быстрое увеличение выделяемой энергии из-за вовлечения пластика на ранней стадии развития пожара.
• Картонные батареи, содержащие минимальное количество пластика (например, малоформатные цилиндрические и полимерные литий-ионные батареи, испытанные на этапе 2), показали более медленное увеличение высвобождения энергии и задержку включения батареи из-за нагрева батарей. В этом случае пластиковые перегородки представляют собой меньшую горючую нагрузку, чем тяжелые пластиковые перегородки, используемые для полимерной аккумуляторной батареи емкостью 20 Ач.

Эффективность автоматической спринклерной защиты от огня на уровне потолка была оценена с помощью крупномасштабного испытания на огнестойкость с разбрызгиванием. В ходе испытания оценивался вышеупомянутый тип батареи и SOC, хранящиеся в картонных коробках в трехуровневом массиве хранения с высокими стеллажами на высоте 15 футов и высоте потолка 40 футов. Защита обеспечивалась быстродействующими подвесными спринклерами. с номинальным соединением 165 ° F и коэффициентом К 22,4 галлона в минуту / фунт / кв. дюйм ^1/2 . Основные результаты этого масштабного теста, о которых сообщает FM Global, включают:

• Хранение до 15 футов.под потолком на высоте до 40 футов могут быть надлежащим образом защищены спринклерной системой пожаротушения, состоящей из подвесных спринклеров, имеющих К-фактор 22,4 галлонов в минуту / фунт / кв. дюйм ^1/2 , номинальную температуру 165 ° F и RTI 50 футов ^{1 / 2} S ^1/2 , установлен на расстоянии 10 футов × 10 футов при рабочем давлении 35 фунтов на квадратный дюйм.
• Руководство по защите, установленное в результате крупномасштабных испытаний на огнестойкость, может быть разумно применено к литий-ионным батареям малого формата (например, цилиндрическим или полимерным пакетам емкостью 2,6 Ач), ранее испытанным для этого проекта.

Две дополнительные задачи были выполнены для усиления указаний по защите спринклерных систем, упомянутых выше. Первая оценка оценивала вероятность и влияние возгорания в результате теплового разгона одной или нескольких батарей в картонной коробке. Во втором была проанализирована эффективность спринклерной воды при тушении пожара на более поздней стадии поражения аккумуляторной батареи, чем это было достигнуто в крупномасштабном испытании. Основные результаты этих дополнительных анализов / тестов, о которых сообщает FM Global, включают:

• Для всех литий-ионных батарей малого и большого формата, используемых в этом проекте, развитие пожара в стеллаже, ведущего к работе спринклера, должно быть одинаковым для обоих сценариев возгорания, когда пожар возникает внутри или снаружи коробки.
• Спринклерная система, использованная в крупномасштабном огневом испытании, была достаточной для защиты от пожара, когда литий-ионные батареи вносили больший вклад в общую серьезность пожара, чем это произошло в крупномасштабном испытании.

Список литературы

[1] Р. Томас Лонг и Эндрю Блюм, «Оценка опасности и использования литий-ионных батарей — Фаза III», Заключительный отчет, ноябрь 2016 г. ионные батареи в массовом хранении », Технический отчет FM Global, март 2013 г.
[3] Р. Томас Лонг-младший, Р. Т. Лонг-младший, Дж. Сутула и М. Кан, «Фаза IIB оценки опасности и использования литий-ионных аккумуляторов: характеристика воспламеняемости литий-ионных аккумуляторов для защиты при хранении», подготовленный отчет for the Fire Protection Research Foundation, 2013.
[4] Б. Дитч, «Разработка рекомендаций по защите для бестарного хранения литий-ионных аккумуляторов: испытание на огнестойкость», FM Global, сентябрь 2016 г.
[5] К. Миколайчак, М. Кан, К. Уайт и Р. Лонг, «Оценка опасности и использования литий-ионных батарей», отчет, подготовленный для Фонда исследований противопожарной защиты, июнь 2011 г.

Информационный бюллетень | Хранение энергии (2019) | Официальные документы

Из-за растущей озабоченности по поводу воздействия ископаемого топлива на окружающую среду, а также пропускной способности и устойчивости энергосетей по всему миру инженеры и политики все чаще обращают свое внимание на решения по хранению энергии. Действительно, хранение энергии может помочь решить проблему непостоянства солнечной и ветровой энергии; во многих случаях он также может быстро реагировать на большие колебания спроса, делая сеть более отзывчивой и уменьшая необходимость в строительстве резервных электростанций.Эффективность накопителя энергии определяется тем, насколько быстро он может реагировать на изменения спроса, скоростью потери энергии в процессе накопления, его общей емкостью накопления энергии и тем, как быстро он может быть перезаряжен.

Накопитель энергии не новость. Батареи используются с начала 1800-х годов, а гидроаккумулирующие гидроаккумуляторы работают в Соединенных Штатах с 1920-х годов. Но потребность в более динамичной и чистой сети привела к значительному увеличению строительства новых проектов по хранению энергии и к разработке новых или более совершенных решений по хранению энергии.

Ископаемые виды топлива являются наиболее используемой формой энергии, отчасти из-за их транспортабельности и практичности их сохраняемой формы, что позволяет производителям в значительной степени контролировать скорость поставляемой энергии. Напротив, энергия, вырабатываемая солнцем и ветром, непостоянна и зависит от погоды и времени года. По мере того как возобновляемые источники энергии становятся все более заметными в электрических сетях, растет интерес к системам, хранящим чистую энергию

Накопление энергии также может способствовать удовлетворению спроса на электроэнергию в часы пик, например, в жаркие летние дни, когда работают кондиционеры, или с наступлением темноты, когда домохозяйства включают свет и электронику.Электроэнергия становится дороже в периоды пиковой нагрузки, поскольку электростанциям приходится наращивать производство, чтобы приспособиться к возросшему потреблению энергии. Накопление энергии обеспечивает большую гибкость сети, поскольку распределители могут покупать электроэнергию в непиковые периоды, когда энергия дешевая, и продавать ее в сеть, когда она пользуется большим спросом.

Поскольку экстремальные погодные условия, усугубляемые изменением климата, продолжают разрушать инфраструктуру США, правительственные чиновники все больше осознают важность устойчивости энергосистемы.Накопление энергии помогает обеспечить отказоустойчивость, поскольку оно может служить в качестве резервного источника энергии, когда производство электроэнергии на электростанции прерывается. В случае Пуэрто-Рико, где есть минимальные запасы энергии и гибкость сети, потребовалось примерно год для восстановления подачи электричества для всех жителей.

Международная энергетическая ассоциация (МЭА) оценивает, что для поддержания глобального потепления ниже 2 градусов по Цельсию миру потребуется 266 ГВт накопителей к 2030 году по сравнению со 176,5 ГВт в 2017 году. При текущих тенденциях Bloomberg New Energy Finance прогнозирует, что мировой рынок хранения энергии достигнет этой цели и быстро вырастет до 942 ГВт к 2040 году (что составляет 620 миллиардов долларов инвестиций в течение следующих двух десятилетий).

Хранение энергии сегодня

В 2017 году Соединенные Штаты произвели 4 миллиарда мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии, но в наличии было только 431 МВтч электроэнергии. Гидроэнергетика с гидроаккумулятором (PSH) на сегодняшний день является самой популярной формой накопления энергии в Соединенных Штатах, где на нее приходится 95 процентов накопления энергии в масштабах коммунального предприятия. По данным Министерства энергетики США (DOE), гидроаккумулирующая энергия увеличилась на 2 гигаватта (ГВт) за последние 10 лет.В 2015 году в энергосистему США было включено 22 ГВт хранилища PSH. Тем не менее, несмотря на широкое использование PSH, в последнее десятилетие в центре внимания технологических достижений были аккумуляторы.

К декабрю 2017 года в энергосистеме США было около 708 МВт крупномасштабных аккумуляторных аккумуляторов. Большая часть этого хранилища находится в ведении организаций, отвечающих за балансировку энергосистемы, таких как независимые системные операторы (ISO) и региональные передающие организации (RTO).ISO и RTO — это «независимые, регулируемые на федеральном уровне некоммерческие организации», которые контролируют ценообразование и распределение электроэнергии в регионах.

PJM, региональная передающая организация, расположенная в 13 восточных штатах (включая Пенсильванию, Западную Вирджинию, Огайо и Иллинойс), имеет наибольшее количество крупномасштабных аккумуляторных установок с накопительной мощностью 278 МВт на конец 2017 года. Второй Крупнейшим владельцем аккумуляторных батарей большой емкости является калифорнийская компания ISO (CAISO). К концу 2017 года CAISO эксплуатировала аккумуляторные батареи общей емкостью 130 МВт.

Большинство проектов аккумуляторов, разрабатываемых ISO / RTO, предназначены для краткосрочного хранения энергии и не предназначены для замены традиционной сети. В большинстве этих объектов используются литий-ионные батареи, обеспечивающие достаточное количество энергии для поддержки местной электросети примерно на четыре часа или меньше. Эти средства используются для обеспечения надежности сети, для интеграции возобновляемых источников энергии в сеть и для облегчения работы энергосистемы в часы пик.

Существует также ограниченный рынок для малых аккумуляторов энергии.В то время как небольшая часть малых складских мощностей в Соединенных Штатах предназначена для использования в жилых помещениях, большая часть их предназначена для использования в коммерческом секторе, и большинство этих коммерческих проектов находится в Калифорнии.

За последнее десятилетие стоимость хранения энергии, солнечной и ветровой энергии резко снизилась, что сделало решения, сочетающие накопление энергии с возобновляемыми источниками энергии, более конкурентоспособными. В войне торгов за проект Xcel Energy в Колорадо, средняя цена на хранение энергии и ветра составляла 21 доллар / МВтч, а для солнечной энергии и накопления — 36 долларов / МВтч (по сравнению с 45 долларами / МВтч для аналогичного проекта солнечной энергии и накопления в 2017 году). ).Это сопоставимо с 18,10 долл. США / МВт-ч и 29,50 долл. США / МВт-ч соответственно для ветряных и солнечных батарей без хранилища, но все еще далеко от медианной цены на природный газ в 4,80 долл. США / МВт-ч соответственно. Снижение цен в значительной степени связано с падением стоимости литий-ионных аккумуляторов; с 2010 по 2016 годы затраты на аккумуляторные батареи для электромобилей (аналогичные технологиям, используемым для хранения) упали на 73 процента. Согласно недавнему отчету GTM Research, цены на системы хранения энергии будут падать на 8 процентов ежегодно до 2022 года.

Избранные технологии хранения энергии

Существует множество различных способов хранения энергии, у каждого из которых есть свои сильные и слабые стороны.В приведенном ниже списке основное внимание уделяется технологиям, которые в настоящее время могут обеспечивать большие хранилища (не менее 20 МВт). Поэтому он не включает сверхпроводящие магнитные накопители энергии и суперконденсаторы (с номинальной мощностью менее 1 МВт).

	Макс.мощность Номинальная мощность (МВт)	Время разряда	Макс. Количество циклов или срок службы	Плотность энергии (ватт-час на литр)	КПД
Гидравлический насос	3 000	4–16 часов	30-60 лет	0.2–2	70 — 85%
Сжатый воздух	1 000 900 25	2 ч. — 30 ч.	20-40 лет	2–6	40 — 70%
Солевой расплав (термический)	150	часов	30 лет	70–210	80–90%
Литий-ионный аккумулятор	100	1 мин. — 8 ч.	1 000–10 000	200–400	85 — 95%
Свинцово-кислотный аккумулятор	100	1 мин. — 8 ч.	6-40 лет	50–80	80–90%
Проточная батарея	100	часов	12 000 — 14 000	20–70	60 — 85%
Водород	100	мин — неделя	5-30 лет	600 (при 200 бар)	25–45%
Маховик	20	секунд — минут	20 000–100 000	20–80	70 — 95%
Характеристики выбранных систем хранения энергии (источник: Мировой энергетический совет)

ГАЭС

Гидроаккумуляторы (ГЭС) представляют собой крупномасштабные электростанции, использующие силу тяжести для выработки электроэнергии.Воду перекачивают на более высокую высоту для хранения в периоды низкой стоимости энергии и периоды высокой выработки возобновляемой энергии. Когда требуется электричество, вода сбрасывается обратно в нижний бассейн, генерируя энергию с помощью турбин. Недавние инновации позволили объектам PSH иметь регулируемую скорость, чтобы лучше реагировать на потребности энергосистемы, а также работать в системах с замкнутым контуром. В отличие от традиционной гидроаккумулирующей гидроэнергетики, ГЭС с замкнутым контуром работает без подключения к источнику непрерывно проточной воды, что делает гидроаккумулирующую гидроэнергетику вариантом для большего количества мест.

По сравнению с другими формами накопления энергии гидроаккумулирующая энергия может быть дешевле, особенно для накопителей очень большой емкости (с которыми другие технологии с трудом справляются). По данным Исследовательского института электроэнергетики, установленная стоимость гидроаккумулирующей энергии колеблется от 1700 до 5100 долларов за кВт, по сравнению с 2500 долларов за кВт до 3900 долларов за кВт для литий-ионных батарей. Гидроэнергетика с гидроаккумулятором более чем на 80 процентов энергоэффективна за счет полного цикла , , и объекты PSH обычно могут обеспечивать 10 часов электроэнергии по сравнению с примерно 6 часами для литий-ионных батарей.Несмотря на эти преимущества, проблема проектов PSH заключается в том, что они являются долгосрочными инвестициями: получение разрешений и строительство могут занять 3-5 лет каждый. Это может отпугнуть инвесторов, которые предпочли бы более краткосрочные инвестиции, особенно на быстро меняющемся рынке.

В округе Бат, штат Вирджиния, крупнейшее в мире гидроаккумулирующее предприятие обеспечивает электроэнергией около 750 000 домов. Он был построен в 1985 году и имеет мощность около 3 ГВт.

Аккумулятор сжатого воздуха (CAES)

При хранении сжатого воздуха воздух закачивается в подземную скважину, скорее всего, в соляную пещеру в непиковые часы, когда электричество дешевле.Когда требуется энергия, воздух из подземной пещеры выпускается обратно в помещение, где он нагревается, и в результате расширения включается электрогенератор. В этом процессе нагрева обычно используется природный газ, который выделяет углерод; однако CAES втрое увеличивает выработку энергии объектами, использующими только природный газ. CAES может достичь до 70 процентов энергоэффективности при сохранении тепла от давления воздуха, в противном случае эффективность составляет от 42 до 55 процентов. В настоящее время действуют только два центра CAES: один в Макинтоше, Алабама, и один в Хунторфе, Германия.Завод McIntosh, построенный в 1991 году, имеет накопительную мощность 110 МВт. АЭС CAES мощностью 317 МВт строится в округе Андерсон, штат Техас.

термический (включая расплавленную соль)

В хранилищах тепловой энергии для хранения энергии используется температура. Когда необходимо хранить энергию, камни, соли, воду или другие материалы нагревают и хранят в изолированной среде. Когда требуется выработка энергии, тепловая энергия высвобождается путем нагнетания холодной воды на горячие камни, соли или горячую воду для производства пара, который вращает турбины.Накопители тепловой энергии также могут использоваться для обогрева и охлаждения зданий вместо выработки электроэнергии. Например, теплоаккумулятор можно использовать для приготовления льда в течение ночи, чтобы охладить здание в течение дня. Тепловой КПД может составлять от 50 до 90 процентов в зависимости от типа используемой тепловой энергии.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные аккумуляторы, впервые выпущенные Sony в начале 1990-х годов, первоначально использовались в основном для небольших потребительских товаров, таких как мобильные телефоны.В последнее время они использовались для крупномасштабных аккумуляторных батарей и электромобилей. В конце 2017 года стоимость литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобилей упала до 209 долларов за киловатт-час, исходя из предположения, что срок службы составляет 10-15 лет. Bloomberg New Energy Finance прогнозирует, что к 2025 году литий-ионные батареи будут стоить менее 100 долларов за кВт / ч.

Литий-ионные аккумуляторы

на сегодняшний день являются самым популярным вариантом аккумуляторов и контролируют более 90 процентов мирового рынка сетевых аккумуляторов.По сравнению с другими вариантами аккумуляторов литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии и легкими. Новые инновации, такие как замена графита кремнием для увеличения емкости батареи, стремятся сделать литий-ионные батареи еще более конкурентоспособными для длительного хранения.

Кроме того, литий-ионные батареи в настоящее время часто используются в развивающихся странах для электрификации сельских районов. В сельских общинах литий-ионные батареи сочетаются с солнечными панелями, чтобы домашние хозяйства и предприятия могли использовать ограниченное количество электроэнергии для зарядки сотовых телефонов, работы бытовой техники и освещения зданий.Раньше такие общины были вынуждены полагаться на грязные и дорогие дизельные генераторы или не имели доступа к электричеству.

Когда в 2015 году произошла утечка газа на предприятии в Каньоне Алисо, Калифорния поспешила использовать литий-ионную технологию, чтобы компенсировать потерю энергии на предприятии в часы пик. Аккумуляторные хранилища, построенные Tesla, AES Energy Storage и Greensmith Energy, обеспечивают мощность 70 МВт, чего достаточно для питания 20 000 домов в течение четырех часов.

Hornsdale Power Reserve в Южной Австралии — это крупнейшая в мире литий-ионная батарея, которая используется для стабилизации электросети за счет энергии, которую она получает от близлежащей ветряной электростанции.Эта батарея мощностью 100 МВт была построена компанией Tesla и обеспечивает электроэнергией более 30 000 домохозяйств.

General Electric разработала контейнеры для литий-ионных батарей мощностью 1 МВт, которые будут доступны для покупки в 2019 году. Они будут легко транспортируемыми и позволят объектам возобновляемой энергетики иметь более компактные и гибкие варианты хранения энергии.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи были одними из первых аккумуляторных технологий, использованных в накоплении энергии. Однако они не популярны для хранения в сети из-за их низкой плотности энергии и короткого цикла и календарного срока службы.Они обычно использовались для электромобилей, но в последнее время в значительной степени были заменены на более долговечные литий-ионные батареи.

Проточные батареи Аккумуляторы

Flow являются альтернативой литий-ионным аккумуляторам. Хотя проточные батареи менее популярны, чем литий-ионные (проточные батареи составляют менее 5 процентов рынка батарей), проточные батареи использовались в нескольких проектах по хранению энергии, которые требуют более длительного хранения энергии. Батареи Flow имеют относительно низкую плотность энергии и длительный срок службы, что делает их хорошо подходящими для непрерывной подачи энергии.Например, на заводе Avista Utilities в штате Вашингтон используются проточные аккумуляторные батареи.

Проточная батарея мощностью 200 МВт (800 МВтч) в настоящее время строится в Даляне, Китай. Эта система не только превзойдет Hornsdale Power Reserve как самую большую батарею в мире, но также станет единственной крупногабаритной батареей (> 100 МВт), которая состоит из проточных батарей вместо литий-ионных батарей.

Твердотельные батареи

Твердотельные батареи имеют множество преимуществ перед литий-ионными батареями в крупномасштабных сетевых хранилищах.Твердотельные батареи содержат твердые электролиты, которые имеют более высокую плотность энергии и гораздо менее подвержены возгоранию, чем жидкие электролиты, такие как те, которые содержатся в литий-ионных батареях. Их меньший объем и более высокая безопасность делают твердотельные батареи хорошо подходящими для крупномасштабных сетевых приложений.

Однако технология твердотельных аккумуляторов в настоящее время дороже, чем технология литий-ионных аккумуляторов, поскольку она менее развита. Быстро растущее производство литий-ионных аккумуляторов привело к экономии за счет масштаба, с которой твердотельные батареи будет трудно сравниться в ближайшие годы.

Водород

Водородные топливные элементы, вырабатывающие электричество путем объединения водорода и кислорода, обладают привлекательными характеристиками: они надежны и бесшумны (без движущихся частей), занимают мало места, имеют высокую плотность энергии и не выделяют никаких выбросов (при работе на чистом водороде, их единственный побочный продукт — вода). Этот процесс также можно обратить, что делает его полезным для хранения энергии: электролиз воды производит кислород и водород. Поэтому установки на топливных элементах могут производить водород, когда электричество дешево, а затем использовать этот водород для выработки электричества, когда это необходимо (в большинстве случаев водород производится в одном месте, а используется в другом).Водород также можно производить путем риформинга биогаза, этанола или углеводородов, что является более дешевым методом, который приводит к загрязнению углеродом. Хотя водородные топливные элементы остаются дорогими (в первую очередь из-за их потребности в платине, дорогом металле), они используются в качестве основного и резервного источника питания для многих критически важных объектов (телекоммуникационные реле, центры обработки данных, обработка кредитных карт…).

Маховики

Маховики не подходят для длительного хранения энергии, но очень эффективны для выравнивания и переключения нагрузки.Маховики известны своим долгим жизненным циклом, высокой плотностью энергии, низкими затратами на техническое обслуживание и быстрой скоростью реакции. Двигатели накапливают энергию в маховиках, ускоряя свое вращение до очень высоких скоростей (до 50 000 об / мин). Позже двигатель может использовать эту накопленную кинетическую энергию для выработки электричества, двигаясь в обратном направлении. Маховики обычно оставляют в вакууме, чтобы минимизировать трение воздуха, которое могло бы замедлить колесо. Шпиндель Stephentown в Стефентауне, штат Нью-Йорк, представленный в 2011 году с мощностью 20 МВт, был первым коммерческим применением технологии маховика для регулирования энергосистемы в Соединенных Штатах.С тех пор было введено в эксплуатацию несколько других маховиков.

Хранение и электромобили

Накопление энергии особенно важно для электромобилей. По мере того как электромобили становятся все более распространенными, они будут увеличивать потребность в электроэнергии в часы пик, поскольку профессионалы приходят домой с работы и подключают свои машины для ночной подзарядки. Чтобы предотвратить потребность в новых электростанциях для удовлетворения этого дополнительного спроса, электричество необходимо будет хранить в непиковые часы.Хранение также важно для домашних хозяйств, которые вырабатывают собственную возобновляемую электроэнергию: автомобиль не может быть заряжен за ночь от солнечной энергии без системы хранения.

Интересно, что электромобили можно использовать в качестве резервного хранилища в периоды сбоя сети или скачков спроса. Хотя сегодня большинство электромобилей не предназначены для подачи энергии обратно в сеть, автомобили, работающие от транспортного средства к сети (V2G), могут накапливать электроэнергию в автомобильных аккумуляторах, а затем передавать эту энергию обратно в сеть позже. Батареи электромобилей по-прежнему можно использовать в энергосетях даже после того, как их уберут с дороги: коммунальные предприятия используют батареи от списанных электромобилей в качестве подержанных накопителей энергии.Такие батареи можно использовать для хранения электроэнергии до десяти лет для сетевых приложений. Пример этого можно найти в Эльверлингсене, Германия, где было собрано почти 2000 батарей от электромобилей Mercedes Benz для создания стационарной батареи размером с сетку, которая может выдерживать почти 9 МВт энергии.

Федеральная политика и политика штата в области хранения энергии

В феврале 2018 года Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) единогласно утвердила Приказ № 841, требующий от независимых системных операторов и региональных передающих организаций устранить барьеры для доступа к технологиям накопления энергии, потребовав от этих групп переоценки своих тарифов.FERC считает, что это приведет к усилению рыночной конкуренции в секторе энергосетей.

В мае 2018 года Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E) выделило до 30 миллионов долларов на финансирование инноваций в области долгосрочного хранения энергии. Финансирование было направлено на программу увеличения продолжительности хранения электроэнергии (DAYS), которая фокусируется на разработке новых технологий, которые могут позволить хранилищам энергии во всех регионах США обеспечивать электропитание электрической сети на срок до 100 часов.

Несколько штатов США проявили большой интерес к хранению энергии, и их политика может служить источником вдохновения для других.

• Гавайи , где импорт ископаемого топлива обходится очень дорого, были в авангарде перехода к возобновляемым источникам энергии и хранению энергии. Стоимость двух недавних проектов Hawaiian Electric Industries составляет 8 центов за киловатт-час, что вдвое меньше, чем стоимость производства ископаемого топлива в штате.
• Массачусетс прошел сертификацию H.4857 в июле 2018 года, поставив цель накопить 1000 МВтч энергии к концу 2025 года.
• Нью-Йорк Губернатор Эндрю Куомо объявил в январе 2018 года, что Нью-Йорк поставил цель достичь к 2025 году накопленной энергии мощностью 1500 МВт. В соответствии с этой директивой New York Green Bank согласился инвестировать 200 миллионов долларов в технологии хранения энергии.
• Трем крупнейшим энергетическим кооперативам Калифорнии было поручено разработать к концу 2024 года общую накопительную мощность 1325 МВт.Дополнительные 500 МВт были добавлены к мандату в 2016 году.
• В Орегон, закон HB 2193 предписывает, что к 2020 году в сети должно быть задействовано 5 МВт-ч накопительной энергии.
• Нью-Джерси прошел A3723 в 2018 году, который устанавливает цель по хранению энергии в Нью-Джерси на уровне 2000 МВт к 2030 году.
• Аризона Уполномоченный штата Энди Тобин предложил цель накопления энергии в 3000 МВт к 2030 году.

Автор: Александра Заблоцкая

Редакторы: Кэрол Вернер, Амори Ляпорт

Литиевая батарея

глубокого разряда | Литиевые солнечные батареи

Дополнительная информация о литиевых батареях глубокого разряда

Хранение литиевых батарей

Литиевые батареи

— отличный выбор для солнечных энергетических систем.Они особенно снисходительны, когда речь идет об уровне выделений, который они переносят. Другими словами, вы можете безопасно достичь 100% глубины разряда (DoD) при сохранении почти 98% эффективности. Многие из предлагаемых нами литиевых батарей глубокого разряда имеют срок службы свыше 10 000 циклов (при 80% DoD)!

Литиевые батареи

хорошо работают в солнечных системах с резервным аккумулятором, поскольку они могут заряжаться и не требуют обслуживания.

Контроль литиевых батарей

Многие литиевые солнечные батареи оснащены встроенной системой управления батареями (также известной как BMS).Системы управления батареями предназначены для защиты батарей, гарантируя, что они работают в соответствии с желаемыми производителями параметрами. Параметры, контролируемые BMS, могут включать состояние заряда (SoC), напряжение или температуру батареи. Не секрет, что при покупке литиевых батарей глубокого разряда требуются более высокие начальные капитальные затраты. BMS — отличная встроенная функция, потому что она автоматически помогает защитить ваши вложения в аккумулятор, отключая его, если BMS обнаруживает что-то не так.

Обзор компании SimpliPhi Power

Посмотрите наше видео с Джорданом из SimpliPhi Power, где мы обсуждаем их компанию и литий-феррофосфатные (LFP) батареи глубокого разряда, которые они производят.

Литиевые солнечные батареи KiloVault

Посмотрите наш видеоролик о линейке литиевых солнечных батарей KiloVault. Линия KiloVault специально разработана для рынка бытовых накопителей энергии — как для автономных систем, так и для систем резервного питания от батарей. Они могут быть подключены в конфигурациях 12В, 24В и 48В.Они не требуют обслуживания и имеют срок службы 5000 циклов при разряде до 80% глубины разряда. Нажмите, чтобы посмотреть и узнать больше о KiloVault!

Солнечные литиевые батареи Battle Born

Литиевые батареи глубокого разряда не только просты в эксплуатации, но и легче, чем другие варианты батарей глубокого разряда. В зависимости от ампер-часов и напряжения конкретной батареи они могут весить от 16,2 фунта (7,35 кг) до 32,65 фунта (14,8 кг). Это делает их надежным вариантом для мобильных приложений, таких как морские или крошечные солнечные дома.

Присоединяйтесь к нам, когда мы посетим завод по производству литиевых батарей Battle Born в Рино, штат Невада! Мы разговариваем с главным операционным директором Шоном Николсом и техническим директором Эваном Хамфрисом. Мы видим, как они собирают аккумуляторные элементы, и обсуждаем некоторые из их будущих продуктов.

Литиевые и железные батареи Simpliphi Power

SimpliPhi производит феррофосфат лития (LFP), который практически не требует обслуживания. Их литиевые батареи бывают с разной емкостью в ампер-часах в зависимости от ваших потребностей в хранении и доступны с напряжением 12, 24 и 48 вольт.Посмотрите наше видео, чтобы узнать больше о литиевых батареях глубокого разряда.

Тайна хранения литий-ионных батарей, дававшаяся десятилетиями, разгадана — ScienceDaily

В течение многих лет исследователи стремились узнать больше о группе оксидов металлов, которые являются многообещающими ключевыми материалами для следующего поколения литий-ионных аккумуляторов из-за их таинственная способность накапливать значительно больше энергии, чем должно быть возможно. Международная исследовательская группа, возглавляемая Техасским университетом в Остине, взломала код этой научной аномалии, разрушив барьер на пути создания сверхбыстрых аккумуляторных систем хранения энергии.

Команда обнаружила, что эти оксиды металлов обладают уникальными способами хранения энергии, выходящими за рамки классических электрохимических механизмов хранения. Исследование, опубликованное в Nature Materials , обнаружило несколько типов соединений металлов, которые в три раза превышают способность аккумулировать энергию по сравнению с материалами, которые обычно используются в современных литий-ионных батареях.

Расшифровывая эту загадку, исследователи помогают разблокировать аккумуляторы с большей энергоемкостью. Это может означать более компактные и более мощные батареи, способные быстро заряжать все, от смартфонов до электромобилей.

«В течение почти двух десятилетий исследовательское сообщество было озадачено аномально высокими характеристиками этих материалов, превышающими их теоретические пределы», — сказал Гуйхуа Ю, доцент кафедры машиностроения Уолкера Инженерной школы Кокрелла и один из преподавателей. руководители проекта. «Эта работа демонстрирует самое первое экспериментальное свидетельство, показывающее, что дополнительный заряд физически хранится внутри этих материалов с помощью механизма хранения пространственного заряда».

Чтобы продемонстрировать это явление, команда нашла способ отслеживать и измерять, как элементы меняются с течением времени.В проекте приняли участие исследователи из Университета штата Калифорния, Массачусетского технологического института, Университета Ватерлоо в Канаде, Шаньдунского университета Китая, Университета Циндао в Китае и Китайской академии наук.

В центре открытия — оксиды переходных металлов, которые представляют собой соединения, содержащие кислород, связанный с переходными металлами, такими как железо, никель и цинк. Энергия может храниться внутри оксидов металлов — в отличие от типичных методов, при которых ионы лития перемещаются внутрь и из этих материалов или преобразуют их кристаллические структуры для хранения энергии.И исследователи показывают, что дополнительная зарядовая емкость также может храниться на поверхности наночастиц железа, образованных в ходе ряда обычных электрохимических процессов.

Согласно исследованию, широкий спектр переходных металлов может раскрыть эту дополнительную способность, и у них есть общая черта — способность собирать высокую плотность электронов. По словам Юя, эти материалы еще не готовы к выпуску в прайм-тайм, в первую очередь из-за незнания о них. Но исследователи заявили, что эти новые открытия должны пролить свет на потенциал этих материалов.

Ключевой метод, использованный в этом исследовании, названный in situ магнитометрией, представляет собой метод магнитного мониторинга в реальном времени для исследования эволюции внутренней электронной структуры материала. Он может количественно оценить емкость заряда, измеряя вариации магнетизма. Этот метод можно использовать для изучения накопления заряда в очень небольшом масштабе, который выходит за рамки возможностей многих традиционных инструментов определения характеристик.

«Наиболее значимые результаты были получены с помощью техники, обычно используемой физиками, но очень редко в сообществе аккумуляторных батарей», — сказал Юй.«Это прекрасная демонстрация прекрасного союза физики и электрохимии».

История Источник:

Материалы предоставлены Техасским университетом в Остине . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Применение литий-ионных батарей в сетевых системах хранения энергии

LIB были коммерчески внедрены Sony с начала 1990-х годов. На сегодняшний день LIB были разработаны как одна из наиболее важных аккумуляторных технологий, доминирующих на рынке [22].Как правило, технология LIB основана на соединениях с интеркаляцией лития. Как показано на схеме LIB (рис. 1 [23]), ионы лития мигрируют через электролит, расположенный между анодом и катодом. Во время процесса разряда ионы лития легко высвобождаются из анода и диффундируют в катод с делитированием, что связано с окислением и восстановлением двух электродов соответственно [5, 24].

Рис. 1

Воспроизведено с разрешения [23]. Copyright 2012, Королевское химическое общество

Схематическое изображение принципа работы LIB на основе катода Li _x C ₆ / Li _{1- x} CoO ₂ .Во время процесса разряда ионы лития высвобождаются из литиированного графитового анода (Li _x C ₆ ) на катод из литиированного Li _{1- x} CoO ₂ . В процессе зарядки реакция обратная.

Аноды

Обычно в LIB аноды изготавливаются из материалов на основе графита из-за низкой стоимости и широкой доступности углерода. Более того, графит широко используется в коммерческих LIB из-за его устойчивости к вставке лития.Низкое тепловое расширение LIB способствует их стабильности для поддержания их разрядной / зарядной емкости даже после длительных циклов разрядки / зарядки. Однако емкость графита для размещения литиевой вставки (372 мАч / г) относительно низкая, и LIB привлекут больше внимания, если это свойство будет улучшено [25]. К счастью, в последние годы были предприняты значительные усилия по оптимизации анодных материалов на основе графита, и было разработано несколько новых анодных материалов, включая кремний, сплавы и оксиды металлов [26,27,28,29].Емкость и срок службы коммерческих LIB были эффективно улучшены за счет разработки новых анодных материалов (например, кремний / углеродный композит) или новых катодных материалов с высоким содержанием никеля [30].

Катоды

Название современных коммерческих LIB произошло от литий-ионного донатора в катоде, который является основным фактором, определяющим характеристики батареи. Обычно катоды состоят из сложного литиированного составного материала, в частности из нескольких материалов на основе оксида металлического лития, таких как LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ [31,32,33].С разными катодами производительность аккумуляторов существенно различается. Однако по сравнению с металлическим литием все вышеупомянутые соединения демонстрируют высокий импеданс из-за их низких коэффициентов диффузии и ионной проводимости, что приводит к низким EE и сроку службы. Это ограничение можно преодолеть, изготовив катод из тонкодисперсных материалов на основе литиевых соединений и смешав их с проводящими материалами (например, углеродом) путем смешивания со связующим (например, поливинилиденфторидом) и растворителем (например.g., N -метил-2-пирролидон) [34]. Катод на алюминиевой фольге имеет форму пластины или спирали.

Электролиты

Электролиты в LIB в основном делятся на две категории: жидкие электролиты и полутвердые / твердые электролиты. Обычно жидкие электролиты состоят из солей лития [например, LiBF ₄ , LiPF ₆ , LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ и LiBOB], которые растворены в органических карбонатах (например, этилене карбонат, пропиленкарбонат, этилметилкарбонат, диметилкарбонат и их смеси) [35].Обычно полутвердые / твердотельные электролиты состоят из солей лития в качестве проводящих солей и высокомолекулярных полимерных матриц (например, поливинилиденфторида, поли (этиленоксида) и поливинилиденфторида-гексафторпропилена) [36, 37].

Характеристики и производительность LIB

Как упоминалось выше, в процессе преобразования электрической энергии системы хранения энергии на уровне сети преобразуют электроэнергию из энергосистемы сетевого масштаба в пригодную для хранения форму и при необходимости преобразуют ее обратно в электрическую энергию.Системы накопления энергии в энергосистеме должны обеспечивать баланс спроса и предложения электроэнергии в сети. Следовательно, чтобы соответствовать приложениям к системам хранения энергии на уровне сети, необходимо учитывать гравиметрическую плотность энергии [14]. Также необходимы высокая энергоэффективность и длительный срок службы [38]. Кроме того, недорогой и безопасный аккумуляторный модуль имеет решающее значение для построения высокоэффективной аккумуляторной системы в крупномасштабных накопителях энергии.

Как правило, в настоящее время используются типы коммерческих LIB: монетные, цилиндрические, призматические и карманные (рис.2 [39]). В большинстве случаев цилиндрические ячейки соответствуют стандартному размеру модели, то есть 18650 ячейкам, таким как те, которые используются в автомобилях Tesla [40]. Обычно при сборке при высоком напряжении батареи 18650 обеспечивают на 20% большую объемную плотность энергии до 600–650 Втч / л, чем призматические и карманные элементы [41]. Хотя цилиндрические ячейки демонстрируют более высокую плотность энергии, призматические и карманные ячейки более широко используются из-за меньшего мертвого объема на уровне модуля и большей свободы конструкции. Кроме того, по сравнению с цилиндрическими элементами, батареи призматического типа и карманного типа можно легко адаптировать к конкретным продуктам.

Рис. 2

Воспроизведено с разрешения [39]. Copyright 2019, Wiley

Схема a монетного типа, b цилиндрического типа, c призматического типа, d карманных батарей.

В настоящее время коммерчески доступные LIB основаны на материалах графитового анода и катода из оксида металлического лития (например, LiCoO ₂ , LiFePO ₄ и LiMn ₂ O ₄ ), теоретическая емкость которых составляет 372 мАч / ч. г и менее 200 мАч / г соответственно [21].Однако современные LIB с плотностью энергии 75–200 Втч / кг не могут обеспечить достаточное количество энергии для использования в накоплении энергии на уровне сети. Чтобы еще больше повысить удельную энергию LIB, в настоящее время исследуются многие альтернативы графиту с более высокой удельной емкостью. Например, кремний демонстрирует высокий потенциал как многообещающий анодный материал, который обеспечивает высокую теоретическую емкость 4200 мАч / г и привлекательное рабочее напряжение (примерно 0,3 В по сравнению с Li / Li ⁺ ) [21]. В предыдущей работе на основе анода 50% замена графита на коммерческий SiO _x и катод из LiNi _0.8 Co _0,1 Mn _0,1 O ₂ электродов с высокой емкостью, ожидается, что удельная энергия аккумуляторной батареи карманного типа увеличится на 7,6% [40]. Кроме того, жизненный цикл LIB является весьма привлекательным для использования в накоплении энергии на уровне сети до 10 000 циклов.

В дополнение к описанному ранее жизненному циклу необходимо проанализировать календарные показатели срока службы LIB, когда они применяются к системам хранения энергии на уровне сети, где обслуживание или замена батарей требует высоких затрат.Календарный срок службы относится как к продолжительности хранения, так и к тесту периодической разрядки, который также следует учитывать, поскольку он вызывает потерю емкости батареи из-за саморазряда [42]. В 2017 году Кубяк и др. [43] исследовали эффекты саморазряда после 3-летнего использования в полевых условиях в режиме ожидания LIB мощностью 250 кВт / 500 кВтч, интегрированного с сетью и солнечной фермой, в суровых климатических условиях Катара. После тестирования остаточная емкость пакета LIB была оценена как 93% от его первоначальной доступной емкости, что указывает на его потенциал.Однако следует отметить, что несколько батарейных блоков были повреждены в результате саморазряда. Снижение емкости и замирание мощности происходят из-за электродов и электролитов и межфазного согласования между ними. Для электродов доминирующим механизмом является следующий [44]: (1) контактная потеря частиц активного материала и разложение электродных материалов (например, связующего и добавок) из-за изменения объема во время цикла; (2) образование и рост непрерывной границы раздела твердое тело – электролит (SEI) приводит к увеличению импеданса на электродах; и (3) реакции лития с электродами, приводящие к потере подвижного лития.Что касается электролитов, разложение электролита является основной причиной потери емкости, что приводит к растворению металла, миграции растворимых частиц, осаждению новых фаз, выделению газа и образованию поверхностного слоя. Кроме того, температура хранения существенно влияет на календарный срок жизни LIB. Например, Asakura et al. [45] исследовали сохранение емкости LIB типа LP10 в условиях поплавковой зарядки. Они наблюдали потерю емкости на 30% за 12 месяцев при 45 ° C даже в мягких условиях.Поэтому желательны постоянные усилия по исследованию механизма саморазряда и разработке усовершенствованных электродов и электролитов, способствующих практическому использованию LIB в электрических сетях.

Как упоминалось ранее, несколько нежелательных / паразитных реакций включают рост SEI, разложение электролита и растворение электрода во время циклирования LIB, что приводит к потере емкости. Кулоновская эффективность (CE), которая выражается как отношение разрядной емкости к емкости, необходимой для зарядки материала / системы, может использоваться для измерения обратимости окислительно-восстановительных реакций [46].Обычно аноды на основе графита имеют высокие начальные значения КЭ, т.е. в диапазоне 95–99%. Аналогично CE, EE, который представляет собой отношение энергии разряда к энергии заряда, также является ключевым показателем эффективности LIB, поскольку электрическая энергия может преобразовываться в другую форму энергии, такую ​​как тепловая энергия. Meister et al. [46] проанализировали КЭ и ЭЭ различных анодных материалов. Сравнение вставок / вставок графита и мягкого углерода показывает почти сравнимые значения для CE.После первых циклов формирования CE увеличивается примерно до 100%. Что касается ЭЭ, графит и мягкий углерод показывают значения 93,8% и 93,0% соответственно. Кроме того, катодные материалы с высоким содержанием лития демонстрируют высокие значения CE и EE примерно 99% и более 90% соответственно, превосходя другие конкурентные системы батарей (например, свинцово-кислотные и никель-металлогидридные батареи). При практическом использовании низкий EE будет отражаться высокими дополнительными затратами на энергию, особенно для хранения энергии на уровне сети.Таким образом, LIB с высоким КПД, длительным сроком службы, низким саморазрядом и высокой удельной энергией являются перспективными для электроснабжения сетей.

Хотя LIB доминируют на рынке, они также сталкиваются с серьезными проблемами при их широкомасштабном использовании. Основным ограничением является их высокая стоимость, которую можно объяснить нехваткой ресурсов металлического лития, специальной упаковки и внутренних схем защиты, предотвращающих перезарядку [1]. Измерение стоимости срока службы (в долларах / кВтч) для понимания экономики системы имеет решающее значение.Для расчета стоимости срока службы сумму затрат на аккумулятор, установку и транспортировку можно умножить на количество раз, которое потребуется новая система в течение периода проекта, включая первоначальную установку. Олбрайт и др. [47] проанализировали стоимость срока службы LIB при стоимости батареи около 600 долларов США / кВтч, стоимости установки около 3,6 доллара США / кВтч и транспортных расходов около 5 долларов США / кВтч. Было приложено много усилий для снижения стоимости производства LIB для захвата будущих энергетических рынков.В США проект по проектированию и строительству LIB в качестве системы хранения энергии для обеспечения электроэнергией микротурбинных приложений, подключенных к сети, был спонсирован Министерством энергетики и SAFT и SatCon Power Systems [1]. Более того, в предыдущем исследовании сообщалось, что к 2025 году ожидается потребность в 100 ГВтч при уровне затрат примерно 100 евро / кВтч для стационарного хранилища [48].

Кроме того, LIB состоят из высокоактивных материалов, находящихся в контакте с легковоспламеняющимся органическим электролитом.Когда они попадают в условия, которые неправильно спроектированы, LIB преждевременно выходят из строя. В частности, реакции заряженных положительных и отрицательных электродов с электролитами при повышенной температуре легко приводят к несчастным случаям и проблемам безопасности. Предыдущая работа [49] показала, что все эти материалы начинают реагировать с электролитом примерно при 80 ° C с низкой скоростью, что объясняет феномен того, что LIB начинают терять емкость при циклировании при температурах выше 60 ° C.