Lithium-iontové (Li-Ion) baterie se v současnosti staly nejrozšířenějšími. Jednou z mála oblastí, kde se lithiové baterie neprosadily, jsou vozidla se spalovacím motorem, kde baterie slouží pouze k zapalování a napájení hlavních součástí.

S popularizací elektrických vozidel se potřeba lithiových baterií ještě zvýšila. Elektrodopravou se rozumí nejen elektromobily, ale také elektrokola, elektrokoloběžky a další zařízení poháněná elektromotorem.

Vzhledem k tomu, že li-ion baterie se používají téměř všude, uživatelé se často diví, čeho se lithium-iontové baterie bojí. To je užitečné vědět, zejména pokud používáte drahou sestavu skládající se z velkého množství prvků, které nechcete téměř každý rok měnit.

Obsah

  1. Čeho se Li-ion baterie bojí?
  2. Co se stane s Li-ion baterií v mrazu?
  3. Jak vyřešit problém používání lithiové baterie v mrazu
  4. Co se stane s Li-ion bateriemi v mrazu?
  5. Je možné skladovat Li-Ion baterie v chladu?
  6. Lze lithiové baterie nabíjet za studena?
  7. Jednoduchá pravidla pro udržení výkonu baterie
  8. Mrazuvzdorné baterie různých typů
  9. Způsoby ochrany lithiových baterií před chladem
  10. Závěry

Čeho se Li-ion baterie bojí?

Každý typ baterie má specifické provozní požadavky, které je nutné splnit pro dosažení co nejdelší životnosti blízké té deklarované. Obvykle jsou tyto požadavky stejné, liší se pouze v konkrétních číslech. Mezi nimi jsou následující:

  • Nabíjecí a vybíjecí proud. Každá baterie má maximální přípustný nabíjecí a vybíjecí proud. Pro mnoho lithium-iontových baterií to není příliš relevantní kvůli přítomnosti BMS regulátoru, který řídí všechny procesy a chrání před nesprávným provozem;
  • Úroveň nabití. Jakákoli baterie může být poškozena jejím vybitím na nulu a ponecháním v tomto stavu pro uskladnění. Baterie musí být vždy nabitá. Optimální úroveň nabití pro skladování je obvykle kolem 60 %. Lithiovou baterii také není možné vybít na 100% kvůli BMS ovladači, ale před samovybíjením při skladování nic neochrání;
  • Teplotní podmínky. Skladování i provoz musí probíhat při teplotě vhodné pro konkrétní typ baterie. Ve většině případů se baterie používá v interiéru, nebo je možné ji tam přemístit, takže lithiové baterie se v mrazu používají jen zřídka. Tak tomu bylo před popularizací elektromobilů. Nyní provoz lithium-iontových a polymerových baterií v chladném počasí znepokojuje uživatele mnohem více.
ČTĚTE VÍCE
Jak napsat žádost do správcovské společnosti?

Co se stane s Li-ion baterií v mrazu?

Navzdory skutečnosti, že problém provozu li-ion baterií při teplotách pod nulou se stal akutním relativně nedávno, v některých oblastech byl relevantní již před mnoha lety.

Mnozí si pravděpodobně pamatují situace, kdy se smartphone (obvykle se to týkalo starších generací iPhonu) po delším pobytu venku v mínusových teplotách vypnul. To je způsobeno skutečností, že lithium-iontová baterie v chladném počasí výrazně ztrácí svůj aktuální výkon a úroveň nabití.

Nyní si představte, že se nebavíme o smartphonu, ale řekněme o elektrokole. Ano, mnoho lidí moudře raději počká do jara, ale milovníky zimní cyklistiky může zaskočit rychlá ztráta náboje. U elektromobilů je situace podobná. Jádrem problému je, že mnoho chemických reakcí se při nízkých teplotách zpomaluje a lithium-iontová baterie je pouze chemickým zdrojem energie. V chladném počasí je tedy baterie vystavena riziku hlubokého vybití, i když je nečinná. Stojí za to vzít to v úvahu a nabíjet baterii včas. Vezměte prosím na vědomí, že nabíjení baterie bezprostředně po mrazu se nedoporučuje. Než proces začne, musí se přirozeně zahřát.

Pokud se o lithium-iontovou baterii nestaráte a necháte se samovolně vybít na kriticky nízké napětí (pod 2,5 V na článek), může se stát, že po nějaké době skladování baterie neopravitelně selže. V rámci dejme tomu jednoho článku 18650 to nevypadá jako problém, ale pokud se bavíme o desítkách či dokonce tisících (vozy Tesla mají více než 7 tisíc článků 18650 od Panasonicu), budou ztráty značné. Proto pečlivě sledujte stav baterie a udržujte stabilní středně vysokou úroveň nabití, abyste ji skladovali.

Jak vyřešit problém používání lithiové baterie v mrazu

Pokud se nemůžete vyhnout použití lithiové baterie v mrazu, existuje několik způsobů, jak si situaci trochu usnadnit.

Samozřejmým řešením je izolovat baterii. Izolací může být jakýkoli tepelně izolační materiál, včetně pěnového plastu. Hlavní je, že to prostor umožňuje. Díky izolaci si teplo generované bateriemi během provozu udrží přijatelnou teplotu. V době nečinnosti toto teplo pomůže baterii chvíli udržet v teple. Minimálně tedy k provoznímu procesu a krátkým prostojům dojde za více či méně přijatelných podmínek.

ČTĚTE VÍCE
Kolik trávy potřebujete na 10 akrů?

Druhé řešení problému je radikálnější. Spočívá ve výběru jiného typu lithiové baterie, která lépe odolává provozu při nízkých okolních teplotách. Mezi tyto typy patří lithium-železofosfátové baterie (LiFePO4). Fungují skvěle i při teplotách -20°C, ale nemají nejstandardnější napětí jednoho prvku. Dalším extrémně slibným typem lithiové baterie pro elektrická vozidla jsou lithium-titanátové baterie. Nabízejí nejen spolehlivý provoz v chladném počasí, ale také dlouhou životnost (životnost některých modelů může přesáhnout životnost samotného elektromobilu) a také možnost rychlého nabíjení. U lithium-titanátové baterie je standardní nabití za 5-10 minut.

Uživatelé lithiových baterií z první ruky vědí, že nabití se v chladu vybíjí rychleji. To je typické nejen pro baterie smartphonů. Jakákoli lithiová baterie v chladu ztrácí svou kapacitu a jak moc, závisí na chemickém složení použitého elektrolytu. LiFePO4 – lithium-železo fosfát – baterie jsou považovány za nejvhodnější pro použití v chladných obdobích. V zimě se používají i lithiové baterie jiného chemického složení, ale oproti provozu v teplém období jejich účinnost klesá.

Co se stane s Li-ion bateriemi v mrazu?

Vlivem poklesu teploty elektrolytu klesá rychlost pohybu iontů a intenzita chemických reakcí. V praxi to vypadá takto: při pokojové teplotě je baterie nabitá na 100% a po vystavení na ulici a dalším vystavení chladu klesne na 80% nebo méně, nepočítaje energii vynaloženou na napájení zařízení. . Ale ztráta kapacity lithium-iontových baterií v mrazu je dočasný jev. Po následném zahřátí na pokojovou teplotu se vlastnosti akumulačních zařízení zcela obnoví.

K nevratnému poškození dochází pouze při chlazení pod přípustnou úroveň -40 °C. Aby se předešlo negativním důsledkům, u většiny lithium-iontových baterií se doporučuje nepřekračovat spodní teplotní limit -20 °C, u lithium-železofosfátových baterií – minus 30 °C. Obecně jsou lithiové baterie a mráz docela kompatibilní. Hlavní věc je mít na paměti, že baterie se v chladu vybíjejí rychleji a dlouhodobé skladování s hlubokým vybitím vede k nevyhnutelné smrti baterie.

Je možné skladovat Li-Ion baterie v chladu?

Na rozdíl od provozu je dlouhodobé skladování lithiových baterií v chladu nepřijatelné. Při nízkých teplotách proudový výstup dočasně klesá a zvyšuje se rychlost samovybíjení napájecích zdrojů. To není kritické, pokud je baterie po použití opět v místnosti s kladnou teplotou a po zahřátí je nabitá.

ČTĚTE VÍCE
Kolik stojí zvednutí listu sádrokartonu na podlahu?

Při dlouhodobém skladování v chladu však může rychlé samovybíjení vyvolat kritické vybití zdroje energie. A když jsou Li-Ion baterie skladovány po dobu 3 měsíců nebo déle s napětím nižším než 2,5 V, kapacita se nenávratně ztrácí – baterie ztrácí schopnost doplňovat své nabití. Zmrazování lithium-iontových baterií je proto kontraindikováno. Optimální teplota pro jejich skladování je od +1 do +25 °C, přípustná – od 0 do +40 °C.

Lithiové baterie by měly být skladovány na suchém místě, vyjmuty ze zařízení, s úrovní nabití asi 40 %. To pomůže zabránit kritickému poklesu napětí během samovybíjení. Pokud napětí klesne pod 2,5 V na článek, následné skladování baterie po dobu 3 měsíců nebo déle povede k nevratnému poklesu kapacity. Může také dojít ke korozi prvků. Při skladování baterií po dobu delší než 7 dní s napětím do 2 V na článek dochází ke kritické změně jejich chemické struktury. Takové baterie musí být recyklovány.

Lze lithiové baterie nabíjet za studena?

Nabíjení baterie v mrazu je nepřijatelné. Po použití při nízkých teplotách je navíc nutné baterii uchovávat uvnitř, aby se zahřála. Zahřívání by mělo být přirozené a pozvolné, bez použití blízkých zdrojů tepla.

Optimální teplotní rozsah pro nabíjení lithium-iontových baterií je od +10 do +25 °C. Pokud nabíjíte lithiovou baterii za studena, dojde při jejím následném zahřátí k přebití zásobníku energie. A přebíjení, stejně jako kritické vybití, má škodlivý vliv na výkon baterií a jejich životnost.

Jednoduchá pravidla pro udržení výkonu baterie

Dodržování níže uvedených pravidel pomůže chránit lithium-iontové baterie před předčasným selháním:

  1. Nabíjejte baterii bez čekání na její hluboké vybití při kladných teplotách.
  2. Nenabíjejte podchlazené zdroje energie. Nejprve je zahřejte na pokojovou teplotu.
  3. Používejte originální nabíječky doporučené pro tento model baterie jeho výrobcem.
  4. Neskladujte lithiové baterie při teplotách pod bodem mrazu nebo nad 30 °C.
  5. Pro dlouhodobé skladování posílejte baterii s úrovní nabití 35–50 %.
  6. Nedovolte, aby byla zařízení pro ukládání energie skladována ve stavu hlubokého vybití po dlouhou dobu, jinak se rychle znehodnotí.
  7. Vyvarujte se přebíjení zdroje energie. Je nevyhnutelné, pokud baterii plně nabijete na chladném místě a poté ji přenesete do teplejší místnosti.
ČTĚTE VÍCE
Jaký druh napařovače mohu žehlit záclony?

Mrazuvzdorné baterie různých typů

Baterie na bázi fosforečnanu lithného a titaničitanu lithného (LiFePO4 a Li4Ti5O12) jsou nejvhodnější pro použití v chladném počasí. Ale modely na bázi titaničitanu lithného se prakticky nepoužívají pro vybavení osobních elektrických vozidel kvůli jejich vysoké ceně a nízké specifické energetické náročnosti. Další věcí jsou LiFePO4 baterie. Jsou považovány za nejlepší možnost pro použití v chladném období, protože:

  1. schopné provozu v širokém teplotním rozsahu – od -30 do +55°C;
  2. mají nízký odpor;
  3. odolný;
  4. tepelně stabilní;
  5. toleruje vysoký náboj;
  6. lze skladovat pod vysokým napětím;
  7. extrémně bezpečné použití i při 100% nabití.

Li-Ion akumulátory jako LiCoO2 (lithium-kobalt), LiMn2O4 (lithiummangan-spinel), LiNiMnCoO2 (lithiumnikl-mangan-kobaltoxid, zkráceně NMC) jsou citlivější na nízké teploty.

Způsoby ochrany lithiových baterií před chladem

Aby byla baterie chráněna před negativními teplotami, nenechávejte ji dlouho v chladu – pokud možno baterii vyjměte a přeneste ji dovnitř. Použití tepelného pouzdra umožňuje chránit baterii před podchlazením během provozu. Pro jeho výrobu můžete použít izolon, polystyrenovou pěnu a další tepelně izolační materiály. Během provozu se baterie zahřeje a tepelné pouzdro jí nedovolí během krátkého pobytu rychle vychladnout.

Závěry

Zda se lithiové baterie bojí mrazu, závisí na chemickém složení použitého zařízení pro ukládání energie a dodržování pravidel jeho provozu. LiFePO4 baterie jsou nejodolnější vůči negativním teplotám. Zbývající lithium-iontové baterie lze použít i v zimě (do -20 °C), je však vhodné je umístit do termopouzdra z tepelně izolačních materiálů.

Dojezd na jedno nabití stejné baterie bude v zimě nižší než v teplém období, protože s klesající teplotou se kapacita baterie dočasně snižuje. Lithiové baterie by se měly nabíjet a skladovat pouze při kladných teplotách. Po použití v chladných podmínkách musí být baterie přenesena do interiéru a ponechána při pokojové teplotě po dobu 2-3 hodin a poté nabita.