Li-ion на морозе, Что делать когда нельзя, но надо. Опции

[ArtemKAD]

Ни кто не подскажет причину запрета заряда литиевых АКБ при отрицательных температурах? Интересует физика(химия) этих ограничений.

[GefarD]

А видеорегистраторы с акб зачем тогда разрабатывают?

[Огурцов]

Интересует физика(химия) этих ограничений.

вся химия падает в два раза на каждые десять градусов
при -40 ток заряда/разряда придётся снизить в 64 раза - оно вам надо ?

[ArtemKAD]

вся химия падает в два раза на каждые десять градусов
при -40 ток заряда/разряда придётся снизить в 64 раза - оно вам надо ?

Снизить ток заряда - не проблема, т.к. всё равно АКБ стоит как резервный источник и времени на зарядку вагон. Интересует только-ли этим ограничивается.

[Myron]

Снизить ток заряда - не проблема, т.к. всё равно АКБ стоит как резервный источник и времени на зарядку вагон. Интересует только-ли этим ограничивается.

Если нет проблем с током заряда, а возможно также временем заряда, временем разряда, мах. током разряда, емкостью, кол-вом циклов (деградирование), необходимыми размерами батареи и пр. при негативных температурах, то зачем поднимать тему? Вся теория расписана в интернете. В теме не было раскрыто, что нужно и важно и как много этого должно быть в цифрах.
Например, ток разряда и емкость также быстро уменьшаются, примерно в 3 (а то и 4) раза при -20С от 25С. А дальше по температуре вообще катастрофически падают. Считается, что внутреннее сопротивление растет так (или проводимость электролита падает, причем логарифмически - см. график внизу и заметьте, там вертикальная шкала логарифмическая).
Например:
http://ecec.mne.psu.edu/Pubs/047304JES%202013.pdf
http://data.energizer.com/pdfs/temperat.pdf

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ydaloj]

Что делать когда нельзя, но надо.

Заменить АКБ на литий-титанатные. Есть отдельные марки, умеющие работать до -50, в т.ч. нормально заряжаться.

[ArtemKAD]

Литий-титанатные не подходят по критериям габаритов, доставабельности, цены и емкости.

см. график внизу и заметьте, там вертикальная шкала логарифмическая).

Ну, с учетом того, что горизонтальная там в Кельвинах(273 от 253 не сильно отличаются) это не столь катастрофически. Больше интересно к примеру как зависит скорость роста дендритов от тока зарядки и можно ли этому как-то помешать.

[Myron]

Ну, с учетом того, что горизонтальная там в Кельвинах(273 от 253 не сильно отличаются) это не столь катастрофически.

Конечно это не кончик света. Кому что важно. Мне, например, важно иметь -55С, а -10С недостаточно. А у вас, похоже, и проблем нет. Запрос только по теории. Ничем помочь не могу.

Больше интересно к примеру как зависит скорость роста дендритов от тока зарядки и можно ли этому как-то помешать.

Только уменьшая Его. А по другому нельзя.

[Огурцов]

Литий-титанатные не подходят по критериям габаритов

вы же сказали, что рост габаритов в 64 раза для вас не проблема

Снизить ток заряда - не проблема

[yuri.job]

Стандартная li-ion батарея(аккум) включает в сбя такую штуку, как электролит. это по сути - соли лития в некотором органическом растворителе. Так вот при низких температурах, в зависимости от конструктива ячейки и того, какую химию применяли для электролита - существует опасность кристаллизации этого самого электролита (частиц воды в нем) с последующим повреждением сепаратора, что в свою очередь приводит к внутреннему КЗ ячейки.
Т.е. на типовой потребительский литий "запрет" использования на морозе растет из, я бы сказал, конструктивных особенностей самой ячейки.

Так же есть нюанс, что ячейку на морозе скорее получится разрядить, чем зарядить, связано это с тем, что есть такая штука, которая называется charge-transfer resistance, и есть еще такая штука, как bulk resistance, собственно это основные компоненты внутреннего сопротивления ячейки, так вот bulk это объемное сопротивление, и при 25гр.С. оно является доминирующим при протекании тока через ячейку, и для разряда и для заряда, но вот ведь подстава, при температуре ниже 10гр.С, charge-transfer resistance, сопротивление перезарядки существенно (становится доминирующим) вырастает для УЖЕ РАЗРЯЖЕННОЙ ячейки, и не сильно вырастает для ЕЩЁ ЗАРЯЖЕННОЙ. таким образом литий скорее получится разрядить на морозе и вряд ли получится зарядить, т.к. из за сильно возросшего внутреннего сопротивления ячейка просто "не возьмет" заряд. никакой.

Вариант использования лития на морозе - подогрев ячеек при заряде. В тесле именно так и делается.

ЗЫ.
Если есть возможность - поставьте свинец и не парьтесь, он хоть и тяжелый, не сильно емкий, зато официально прекрасно себя чувствует на -40 и даже на -65. есть ячейки по 2В, типа D. а еще зарядник для него - плевое дело.

Сообщение отредактировал yuri.job - Nov 28 2017, 09:52

[GefarD]

А обычный свинцовый( например стартерный) акк можно заряжать на морозе?

[Herz]

А обычный свинцовый( например стартерный) акк можно заряжать на морозе?

А когда Вы в мороз ездите на авто, разве он не заряжается?

[ArtemKAD]

Стандартная li-ion батарея(аккум) включает в сбя такую штуку, как электролит. это по сути - соли лития в некотором органическом растворителе. Так вот при низких температурах, в зависимости от конструктива ячейки и того, какую химию применяли для электролита - существует опасность кристаллизации этого самого электролита (частиц воды в нем) с последующим повреждением сепаратора, что в свою очередь приводит к внутреннему КЗ ячейки.
Т.е. на типовой потребительский литий "запрет" использования на морозе растет из, я бы сказал, конструктивных особенностей самой ячейки.

Не согласен. Хранить и разряжать никто не запрещал. Иначе нельзя было-бы батареи даже хранить. "Запрет" исключительно в зарядке при минусах.
Вот и интересна физика такого запрета. В чем сложность. Если надо откорректировать пороги/ток это одно, а если принципиальное ограничение, тогда останется только нагреть перед зарядкой.

[GefarD]

Как то не особо. Подкапотное пространство в принципе быстро прогревается.
А вот если ДЭС стоит на дежурстве и к ней подходит напрядение сети которое питает систему хранения акк в мороз же в контейнере должно быть холодно или там подогревают акк?

[V_G]

Не знаю, кто такой ДЭС, но литиевый акк Ниссана Лиф подогревается при отрицательных температурах при зарядке

[Itch]

Li ion can be fast charged from 5°C to 45°C (41 to 113°F). Below 5°C, the charge current should be reduced, and no charging is permitted at freezing temperatures because of the reduced diffusion rates on the anode. During charge, the internal cell resistance causes a slight temperature rise that compensates for some of the cold. The internal resistance of all batteries rises when cold, prolonging charge times noticeably.

Many battery users are unaware that consumer-grade lithium-ion batteries cannot be charged below 0°C (32°F). Although the pack appears to be charging normally, plating of metallic lithium can occur on the anode during a sub-freezing charge. This is permanent and cannot be removed with cycling. Batteries with lithium plating are more vulnerable to failure if exposed to vibration or other stressful conditions. Advanced chargers (Cadex) prevent charging Li-ion below freezing.

Advancements are being made to charge Li-ion below freezing temperatures. Charging is indeed possible with most lithium-ion cells but only at very low currents. According to research papers, the allowable charge rate at –30°C (–22°F) is 0.02C. At this low current, the charge time would stretch to over 50 hours, a time that is deemed impractical. There are, however, specialty Li-ions that can charge down to –10°C (14°F) at a reduced rate.

http://batteryuniversity.com/learn/article...ow_temperatures

https://batteryworkshop.msfc.nasa.gov/prese..._AZimmerman.pdf

Т.е. заряжать лучше малым током, чтобы скорость образования лития была меньше скорости его растворения в электролите.
Со временем он может уйти, или остаться на сепараторе. Тогда вероятно КЗ элемента и общая деградация.

[ArtemKAD]

http://batteryuniversity.com/learn/article...ow_temperatures

https://batteryworkshop.msfc.nasa.gov/prese..._AZimmerman.pdf

Т.е. заряжать лучше малым током, чтобы скорость образования лития была меньше скорости его растворения в электролите.
Со временем он может уйти, или остаться на сепараторе. Тогда вероятно КЗ элемента и общая деградация.

О, спасибо, хорошая статья. Оказывается и NiCd так-же не любят заряда при низких температурах по аналогичным причинам, но уже не с литием,а с рекомбинацией газов. И даже становится понятно почему у титаната эта проблема не так выражена - там площадь электрода на два порядка больше. И во многом становится понятно почему при разряде сперва происходит резкое падение напряжения(реагирует тонкая пленка лития на поверхности угольного электрода), а потом напряжение стабилизируется.
Т.е. надо или снизить скорость заряда или дать время на диффузию или комбинировать зарядный ток с разрядным. По-любому это, естественно, означает рост времени заряда.

[VCO]

А может проще подогревать аккумулятор на минусах, раз уж питание сетевое? Ведь подогревать нужно только при заряде.
Или энергосбережение даже в таком варианте важнее?

[vladec]

А может проще подогревать аккумулятор на минусах, раз уж питание сетевое?

Если сетевое, то однозначно надо прогревать перед зарядом (во время самого заряда можно обойтись саморазогревом), хуже если не сетевое, а например, солнечная батарея, от которой и так мало что зимой получишь, тогда лучше всего закопать на большую глубину.

[kolhoz]

Посмотрите это:
http://www.eemb.com/battery/rechargeable-b...re-version.html
Можно заряжать и при -20
Минусы - цена, малая емкость, мылый отдаваемый ток.

[one_eight_seven]

Можно заряжать и при -20

Чукча - не читатель, чукча - писатель?

п. 2.9:
Operation Temperature Charge 0 - 45 °C

[MikeSchir]

А когда Вы в мороз ездите на авто, разве он не заряжается?

Для этого нужно поднять напряжение регулятора вольт до 17 - 18 или ли нагреть аккумулятор, что возможно только в тёплом гараже

[kolhoz]

Чукча - не читатель, чукча - писатель?

Пардон, пардон. Слышал, их таки ставят в устройства, работающие на улице, но заряд там шел малыми токами. Вроде, работало, но о ресурсе батареи ничего сказать не могу. Могу только предположить, что с какого-то порога, батарея не будет принимать никакой заряд