АКБ с подогревом: зимнее использование аккумуляторов

Эффективность работы аккумуляторных батарей во многом зависит от температурных условий. Например, Li-ion аккумуляторы способны работать в диапазоне от -20 до +50 °С, но наиболее эффективно справляются со своими задачами при температуре от +5 до +25 °С. Работа при граничных температурах допустимого диапазона, в т. ч. на морозе, вызывает у них:

• временное снижение емкости;
• просадки напряжения;
• возрастание внутреннего сопротивления;
• ухудшение токоотдачи;
• быстрый саморазряд;
• уменьшение ресурса и производительности.

На практике заметно, что литий-ионные АКБ зимой быстрее разряжаются и время их автономной работы сокращается. Это обусловлено тем, что при низких температурах замедляются химические реакции, повышается вязкость электролита и затрудняется перемещение ионов лития. В результате элементы питания хуже отдают энергию. Одновременно возрастает риск глубокого разряда накопителей энергии, и создаются предпосылки для их преждевременного выхода из строя.

Стоит отметить, что не все литиевые аккумуляторы одинаково чувствительны к низким температурам. Модели подвидов LiFePO4 (литий-железо-фосфатные) и LTO (литий-титанатные) считаются морозостойкими, т.к. они лучше сохраняют работоспособность на холоде. Но все же большинство Li-ion аккумов нужно беречь от переохлаждения.

Влияние отрицательных температур на стартерные АКБ

Стартерные аккумуляторы автомобилей также хуже работают в зимний период. В частности, у автомобильных аккумуляторов в холодное время года наблюдается снижение емкости и пускового тока. В результате могут возникнуть проблемы с запуском двигателя и полноценной эксплуатацией авто, а при сильном разряде нередко аккумулятор сдыхает из-за замерзания электролита и повреждения конструкции.

Поэтому при использовании обслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторов важно регулярно проверять плотность электролита, контролировать напряжение и своевременно ставить аккумулятор на зарядку. Помните, что за время коротких поездок аккум не успевает достаточно прогреться и подзарядиться.

Подготовка АКБ к зимнему использованию

Чтобы снизить негативное влияние низких температур на работоспособность АКБ, их утепляют и снабжают системами подогрева. Например, при подготовке машины к зиме утепляют подкапотное пространство, используют термозащитные чехлы и специальные одеяла для капота. Аналогично защищают от переохлаждения и другие, например, литий-ионные АКБ, установленные на электровелосипедах, электроквадроциклах и других видах техники.

Простейший способ утеплить АКБ – поместить ее в термокейс. Сделать такую «шубку» можно из войлока, фольгоизола на пенопласте, пенофола или другого теплоизоляционного материала с низким коэффициентом теплопроводности, порядка 0,03–0,04 Вт/(м·°С). Из утеплителя делают выкройку так, чтобы обернуть им батарею со всех сторон. Чтобы вывести провода, в утеплителе выполняют технологические отверстия. Чтобы повысить теплозащиту термокейса, используют несколько слоев утеплителя.

В качестве фиксаторов термошубы применяют застежки-липучки, ремни или скотч. В такой чехол помещают батарею комнатной температуры, и тогда холод окружающей среды оказывается для нее не таким заметным и вредным. Термочехол сохраняет тепло АКБ и поддерживает комфортные температурные условия для ее эффективной работы.

Системы подогрева аккумуляторных батарей

В дополнение к термочехлу, поддерживать оптимальные температуры АКБ в холода помогают специальные системы подогрева. В простейшем исполнении они включают в себя:

1. Тонкие пластины из пластика или текстолита со встроенными в них низковольтными нагревательными элементами. Такие пластины размещают по бокам батареи внутри термокейса. При небольшой мощности (20–40 Вт) и экономном потреблении энергии такие подогреватели обеспечивают достаточный обогрев АКБ и защищают ее от переохлаждения, поддерживая благоприятную температуру (≈15 °С). Питание они могут получать через зарядное устройство от сети (например, во время предпускового отогрева батареи) или непосредственно от аккумуляторной батареи. Причем, несмотря на расходование заряда, установка системы с низковольтными нагревательными элементами оказывается выгодным апгрейдом Li-ion батареи. Энергии она потребляет немного, но при этом заметно увеличивает время автономной работы, а также создает условия для стабильной токоотдачи и эффективного использования техники.
2. Терморегулятор – устройство, отслеживающее температуру и регулирующее уровень нагрева. Его крепят к боковой поверхности АКБ на двусторонний скотч. Когда температура опускается ниже определенной минимальной отметки, терморегулятор инициирует обогрев, а когда она достигает установленной максимальной отметки, подогрев приостанавливается.

В электромобилях и другой технике с масштабными аккумуляторными батареями используются комплексные системы обогрева. Как правило, в их состав входит электрический РТС-нагреватель и проложенные между блоками аккумуляторов трубки теплового контура.

Ранее в блоге Shura-Master.ru вышла статья с обзором AGV и AMR роботов.