AKUMULATOR LITOWO-JONOWY I MRÓZ

Ogniwa litowo-jonowe, podobnie jak wszystkie inne akumulatory, nie lubią mrozu. Niskie temperatury zwiększają opór wewnętrzny akumulatora i zmniejszają jego pojemność. Akumulatory litowo-jonowe działają w ujemnych temperaturach, nawet w temperaturze -20°C, ale ich pojemność użytkowa jest niższa (ale nie drastycznie) i ulegają zniszczeniu (starzeniu) w wyniku takiego użytkowania. Długotrwałe użytkowanie w ujemnych temperaturach nieodwracalnie uszkodzi akumulator, a jego dostępna pojemność będzie niższa.

JAKI JEST LIMIT TEMPERATURY?

We wszystkich naszych szczelnych (=nieotwieralnych) akumulatorach znajdują się ogniwa litowo-jonowe Samsung INR18650-35E. Producent określa zakres temperatur od 10°C do 60°C(temperatura pracy - rozładowania), w których akumulatory mogą być używane (rozładowane) i w których gwarantowana jest ich funkcjonalność. Panasonic, inny duży producent świetnych akumulatorów 18650, określa zakres rozładowania do -20°C. Moim zdaniem Samsung jest tylko bardziej rygorystyczny (ostrożniejszy) w specyfikacji, obie baterie działają nawet w -20°C. Swoje twierdzenie poprę linkiem do testu baterii na https://lygte-info.dk/, gdzie duński tester rozładował bardzo podobną baterię Samsung INR18650-36G (3350mAh) w zamrażarce w temperaturze -21°C i podał bardzo solidną pojemność. Co więcej, funkcjonalność w temperaturze -20°C potwierdza dokument pdf od NASA zatytułowany Performance and Safety of COTS 18650 Li-ion cells from Various Manufacturers , w którym szczegółowo zbadano ogniwo Panasonic NCR18650A (3100mAh). Rzeczywisty test można przeprowadzić samodzielnie w zamrażarce, gdzie zwykle panuje temperatura -18°C.

Ostatnie badania wskazują nawet, że ogniwa litowo-jonowe mogą być używane w temperaturze -40°C, przy założeniu bardzo niskich prądów rozładowania.

ZMNIEJSZENIE POJEMNOŚCI W UJEMNYCH TEMPERATURACH

Jak bardzo zmniejsza się pojemność akumulatora w ujemnych temperaturach? Odpowiedź na to pytanie nie jest łatwa, ponieważ pojemność zależy również od prądu rozładowania. Wykresy pokazują również, że jeśli prąd rozładowania jest bardzo wysoki (np. 4 A), akumulator stopniowo rozgrzewa się do normalnej temperatury i utrzymuje ją.

Panasonic NCR18650GA - podczas rozładowywania prądem 4A w temperaturze 0°C bateria ma 3080mAh, 92,6% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [5]

Panasonic NCR18650GA - po rozładowaniu prądem 4A w temperaturze -10°C bateria ma 2920 mAh, 88% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C [5] .

Panasonic NCR18650B - po rozładowaniu prądem 3,3 A w temperaturze 0°C bateria ma 2950 mAh, 90% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [4]

Panasonic NCR18650B - po rozładowaniu prądem 3,3 A w temperaturze -10°C bateria ma 2800 mAh, 85% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [4]

Panasonic NCR18650B - po rozładowaniu prądem 3,3 A w temperaturze -20°C, bateria ma 2190 mAh, 67% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [4]

Panasonic NCR18650A - po rozładowaniu prądem 0,62 A w temperaturze 0°C, bateria ma 2550 mAh, 86% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [2]

Panasonic NCR18650A - po rozładowaniu prądem 0,62 A w temperaturze -10°C, bateria ma 2400 mAh, 80,5% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [2]

Panasonic NCR18650A - po rozładowaniu prądem 0,62 A w temperaturze -20°C bateria ma 1400 mAh, czyli 47% pojemności w porównaniu z temperaturą 25°C. [2]

Panasonic INR18650-35E - po rozładowaniu prądem 3,4A w temperaturze -10°C akumulator ma 40% pojemności w porównaniu do temperatury 25°C. [3]

CZY UŻYWANIE BATERII W NISKICH TEMPERATURACH POWODUJE JEJ ROZŁADOWANIE?

Tak, używanie akumulatora litowo-jonowego w temperaturze poniżej 0°C spowoduje jego nieodwracalne zniszczenie (starzenie się akumulatora). Im niższa temperatura, tym bardziej akumulator się starzeje. Jeśli prąd rozładowania jest niski (np. C/10 = 0,34 A), uszkodzenie nie jest duże. W przypadku wysokich prądów rozładowania, uszkodzenia są już znaczące. Istnieją jednak również badania, które wskazują, że wyższe prądy rozładowania niekoniecznie powodują większe uszkodzenia niż niskie prądy rozładowania, ponieważ akumulator może stopniowo nagrzewać się do dodatniej temperatury przy wysokim przepływie prądu. Tak czy inaczej, niezależnie od tego, gdzie leży prawda, bateria ulega uszkodzeniu podczas użytkowania w temperaturach poniżej zera.

Znacznie większe szkody powoduje ładowanie ogniw w ujemnych temperaturach, co powoduje tworzenie się warstw na powierzchni elektrod, które zmniejszają dostępną pojemność.

JAK CHRONIĆ AKUMULATORY PRZED ZAMARZANIEM?

Zawsze należy samodzielnie ocenić warunki. Nie ma potrzeby chowania akumulatora na krótkie (30-minutowe) przebieżki, jest mało prawdopodobne, aby ostygł w tak krótkim czasie. W przypadku dłuższych aktywności w warunkach, w których jest zimno, a nawet wietrznie (temperatura odczuwalna jest jeszcze niższa), należy albo schować baterię pod zewnętrzną warstwą odzieży, albo w jakiś sposób odizolować ją od zimna, np. za pomocą naszej kieszeni softshell.

Jeśli jesteś w poważnej sytuacji i potrzebujesz światła, to oczywiście zapomnij o bateriach i ratuj swoje życie, jedno użycie w mroźnej pogodzie nie zniszczy ani nie uszkodzi baterii. Tylko długotrwałe użytkowanie spowoduje jej uszkodzenie.

ŹRÓDŁA

[1] Battery University - Battery Testing and Safety, https://batteryuniversity.com/learn/article/battery_testing_and_safety

[2] Wydajność i bezpieczeństwo ogniw litowo-jonowych COTS 18650 różnych producentów, PDF, NASA, 2013 r.

[3] Specyfikacja produktu Samsung INR18650-35E, PDF, Samsung SDI, 2015

[4] Specyfikacja produktu Panasonic/Sanyo NCR18650B, PDF, Panasonic/Sanyo

[5] Specyfikacja produktu Panasonic/Sanyo NCR18650GA, PDF, Panasonic/Sanyo

[6] Performance and Safety Testing of Panasonic 2.9Ah Li-ion NCR 18650 Cells, PDF, NASA, 2009