Береги аккумулятор

Срок службы аккумуляторов электромобилей и различных мобильных устройств вполне реально продлить, позаботившись о щадящих режимах их зарядки и работы. У каждой батареи свои оптимальные режимы - это определённые скорость зарядки, глубина разрядки, диапазон температур и величина электрической нагрузки.

Работа ионолитиевых батарей основана на перемещении ионов между положительным и отрицательным электродами. Хотелось бы, чтобы процедуру зарядки и разрядки можно было повторять сколько угодно раз, но, к сожалению, повышенные температуры и старение материалов приводят к постепенному снижению ёмкости батарей.

Производители аккумуляторов для потребительских устройств зачастую демонстрируют консерватизм, указывая в документации ресурс всего в 300-500 циклов зарядки-разрядки. Оценивать срок службы батарей по числу заявленных циклов проблематично, поскольку глубина разряда может варьироваться, а точного определения цикла не существует. Некоторые производители даже рекомендуют заменять аккумуляторы по истечении срока годности, не учитывая их реальную наработку. Батарея может отказать и раньше расчётного срока, если будет эксплуатироваться в чрезмерно тяжёлых условиях, но большинство батарей работает гораздо дольше.

Состояние ионолитиевых батарей в основном оценивается по остаточной ёмкости, в меньшей степени - по внутреннему сопротивлению и саморазряду.

Производители смартфонных аккумуляторов нередко завышают их ёмкость, понимая, что мало кто из пользователей станет её измерять и жаловаться. В лаборатории «Батарейного университета» компании Cadex на установке C7400 было протестировано одиннадцать смартфонных аккумуляторов с паспортной ёмкостью 1500 мА·ч. Все они заряжались током 1,5 А до напряжения 4,2 В, после чего «насыщались» малым током в 75 мА. Установка разряжала аккумуляторы током 1,5 А до напряжения 3,0 В. Начальная ёмкость составила 88-94% от заявленной, а конечная, после 250 циклов, 73-84%.

Производители стандартных ионолитиевых элементов (например, типа 18650) не могут позволить себе завирать, поскольку знают, что заказчики будут соединять в блоки элементы одинаковой ёмкости, обязательно контролируя её значение. Другое дело - поставщики аккумуляторов для фонариков и мелких гаджетов, которым фальсификация обычно сходит с рук. Кстати, «недостача» реальной ёмкости не всегда объясняется недобросовестностью производителя. Аккумулятор мог просто долго пролежать на полке склада или магазина.

Как и механическое устройство, которое быстрее изнашивается при высоких нагрузках, ионолитиевый аккумулятор скорее выйдет из строя при частых глубоких разрядках (см. таблицу 1). По возможности избегайте их. Помните, что эффекта памяти у него нет, как нет и необходимости восстанавливать ёмкость циклом полной разрядки и зарядки. Эта процедура может оказаться необходимой только для калибровки датчика смартфона или другого гаджета.

Во время хранения внутренняя структура ионолитиевых аккумуляторов страдает от повышенного напряжения (выше 4,1 В) и от повышенной температуры. Так, при нулевой температуре заряженный на 40% элемент, пролежав год, потеряет 2% исходной ёмкости, а заряженный на 100% - 6% ёмкости. При температуре хранения 40 °C первый элемент за год лишится 15% ёмкости, а второй - 35%. Как видите, хранение при высоких температурах может быть даже более вредным для аккумулятора, чем его эксплуатация в нормальных условиях.

Большинство ионолитиевых элементов заряжаются до 4,2 В, но если останавливать процесс зарядки на уровне 4,1 В, то элемент выдержит вдвое большее количество циклов (600-1000 вместо 300-500). Четырёхвольтный режим обеспечит 1200-2000 циклов (см. таблицу 2). Конечно же недобор напряжения выливается в снижение запасаемой энергии, притом весьма существенное: на каждые 70 мВ теряется 10%. С точки зрения долговечности батареи оптимальное напряжение равно 3,92 В. Специалисты утверждают, что после преодоления этого порога включаются все механизмы старения и разрушения, вызываемые чрезмерным электрическим напряжением. Напряжение в 4,2 В, «зашитое» в большинство зарядных устройств, нельзя превышать по соображениям безопасности. Стоит отметить, что при неполной зарядке ионолитиевые аккумуляторы не могут похвастаться высокой удельной энергией, то есть теряют преимущество перед аккумуляторами других видов.

Скорость деградации элемента зависит от характера его использования. Если циклы частичной зарядки-разрядки элементов настроить на разные пределы заряженности (state of charge, SoC; выражается в процентах от максимального уровня заряда), выяснится следующее. Медленнее всех будет деградировать элемент, у которого SoC меняется в небольшом диапазоне от 65 до 75%, однако при этом будет задействовано всего 10% его полезной ёмкости. Быстрее всех будет деградировать элемент с SoC, меняющимся от 25 до 100% (см. рисунок).

В мобильных телефонах и дронах, как правило, используется самый напряжённый режим SoC 100-25%, а производитель электромобиля может задать для нового аккумулятора щадящий режим SoC 75-25%. В этом случае задействуется всего 50% ёмкости батареи, зато прослужит она долго. Под конец жизни батарею можно перевести на более жёсткий режим, обеспечивающий максимальную дальность поездки, чтобы водитель не испытывал дискомфорта.