Не стоит держать li-ion аккумулятор постоянно полностью заряженным – это его убивает. А если планируется долгое хранение аккумулятора без работы, то лучше перед этим зарядить его примерно на 50-80% и в таком состоянии положить на полку. Если так не делать, то li-ion довольно быстро «превратится в тыкву».

Наверняка, слышали такое. И даже кто-то из вас, возможно, такое практикует. На профильных форумах очень мало информации по этой теме с конкретными цифрами. Чаще всего только общие рекомендации. А если и есть, то информация десятилетней давности или даже больше. А с той поры воды утекло немало, и технологии li-ion аккумуляторов ушли далеко. Поэтому большой пласт информации попросту уже неактуален.

Скажу сразу, вся информация, которая будет ниже, мало применима, например, к аккумуляторам телефонов или ноутбуков при типовых сценариях их использования. Там основное влияние на срок жизни батареи оказывают немного другие факторы.

Ситуации, для которых уровень заряда аккумулятора при долгом хранении оказывает решающее значение:

хранение батарей электровелосипедов и электросамокатов до следующего сезона
хранение li-ion аккумуляторов, неиспользуемых постоянно или купленных «про запас»
ИБП на основе li-ion аккумуляторов в некоторых случаях

Что такое SoC

Напряжение полностью заряженного Li‑ion аккумулятора — 4.2 Вольта или 100% заряда, напряжение полностью разряженного — 2.5 Вольта или 0% заряда, напряжение 3.7 — 3.8 Вольта соответствует примерно уровню заряда аккумулятора в 50%.

SoC (State of Charge) — это уровень заряда аккумулятора в процентах.

SoC (State of Charge) или уровень заряда аккумулятора

SoC 100% — полностью заряженный аккумулятор
SoC 50% — аккумулятор, заряженный наполовину
SoC 0% — полностью разряженный аккумулятор

Цифры заряда в процентах на экране вашего смартфона или ноутбука — это как раз и есть SoC батареи.

На форумах по электротранспорту почти все сходятся во мнении, что на зиму (несезон для катания) батарею не следует убирать сильно разряженную. А вот как лучше хранить — с полным зарядом (SoC 100%), с SoC 50% (заряд ровно наполовину) или SoC 60-80% — вот тут мнения встречаются разные.

Деградация аккумулятора — это не только уменьшение емкости

В процессе работы у аккумулятора неизбежно ухудшаются его характеристики. Причем, такое постепенное ухудшение характеристик происходит даже тогда, когда аккумулятор просто лежит на полке. В этом случае скорость деградации аккумулятора будет ожидаемо намного ниже, чем в процессе использования.

В первую очередь со временем уменьшается фактическая запасенная емкость (mAh), запасенная энергия (Wh) и увеличивается внутреннее сопротивление аккумулятора. То есть аккумулятор начинает работать все меньше и меньше по времени, начинает сильно греться при заряде и во время работы, иногда как будто не хватает мощности и т.д. Это все симптомы уже «подуставшего» аккумулятора.

Предыстория

Несколько лет назад нам потребовалось проверить на нескольких конкретных моделях li-ion размера 18650 влияние SoC, а точнее уровня напряжения, на скорость деградации аккумуляторов за 6 месяцев хранения. Но недавно, я вспомнил, что аналогичное исследование делал довольно известный в определенных кругах пользователь Pajda с сайта endless-sphere.com. Он делает огромную работу по тестированию актуальных моделей li-ion аккумуляторов, в том числе и циклическое тестирование по 1000 циклов заряд-разряд. Единственный минус — некоторые результаты он дает просто в форме больших таблиц, которые, мягко говоря, не очень информативны. Для удобства и лучшего восприятия мы постарались немного визуализировать результаты и превратить большую таблицу с результатами в более понятные картинки.

В тесте приняли участие четыре цилиндрических li-ion аккумулятора типоразмера 18650 и 21700: Samsung INR18650-30Q, Samsung INR21700-50G, LG INR21700-M50L и Molicel INR21700-M50A. Аккумуляторы хранились при комнатной температуре +23⁰С (+-3⁰С). Каждый год после измерения всех параметров производился заряд каждого аккумулятора до 100 или 50% соответственно.

Аккумуляторы, которые принимали участие в тесте

Ниже немного сокращенная версия итоговой таблицы. Это для тех, кто любит, когда много цифр.

Большая скучная таблица с исходными данными

Емкость

На диаграмме ниже показано на сколько процентов уменьшится фактическая емкость аккумуляторов после 1-го – 2-х – 3-х и 4-х лет хранения по сравнению с первоначальной. Данные идут именно накопительным итогом. Бирюзовый цвет — данные для SoC 50%, фиолетовые — для SoC 100%.

Процесс снижения запасенной энергии (Wh) со временем идет практически так же, как и снижение емкости (mAh). Поэтому отдельно потерю Wh рассматривать не будем. Это справедливо для небольших токов разряда, как, например, 0,2*C в таблице выше. С большими нагрузками дело обстоит немного иначе — там уже значительную роль будет играть увеличение внутреннего сопротивления, о котором мы еще поговорим отдельно.

Уменьшение емкости аккумулятора со временем (накопительным итогом)

Скорость уменьшения фактической емкости (mAh), конечно, зависит от уровня SoC. Но, как видно, из диаграммы не так сильно, как многие считают. Аккумулятор или батарея (сборка) не превратится в тыкву, даже если они будут лежать в полностью заряженном состоянии год, и два, и даже пять лет.

У аккумуляторов Samsung INR21700-50G и LG INR21700-M50L снижение емкости происходит заметно медленнее, чем у других двух моделей. Это неспроста, Samsung INR21700-50G и LG INR21700-M50L хоть и не обладают выдающимися параметрами по емкости или мощности (максимальному току), но разработаны и оптимизированы для использования в батареях электротранспорта и длительного времени работы (количество циклов). Поэтому и скорость деградации у них заметно меньше.

На диаграмме ниже для лучшего восприятия показано, на сколько процентов уменьшается емкость за каждый год, т. е. уже не накопительным итогом, а именно уменьшение емкости за первый год, за второй год и т. д.

Процент уменьшения емкости за каждый год по сравнению с предыдущим

Емкость аккумуляторов при хранении с SoC 50% за 1 год уменьшится в среднем от 1 до 3%, при хранении с SoC 100% — от 1.6 до 4%. За 4 года (подзарядка 1 раз в год) это уменьшение составит для SoC 50% — от 2.4 до 6.2%, для SoC 100% — от 2.9 до 7.4%.

В худшем случае получается меньше 10% за 4 года. Мне кажется, в большинстве случаев это не те цифры, из-за которых можно сильно переживать.

Обратите внимание, что в первый год снижение емкости намного больше, чем в последующие. Т. е. с течением времени скорость деградации аккумуляторов замедляется и выходит практически на постоянный уровень.

С емкостью более-менее разобрались. Снижение емкости при хранении совсем не большое. Но не емкостью единой, как говорится. Вспоминаем, что есть еще внутреннее сопротивление.

Внутреннее сопротивление

Кроме емкости аккумулятора значимую (а иногда даже главную) роль играет его внутреннее сопротивление. От него зависит величина нагрева аккумулятора при его работе с высокой нагрузкой, величина просадки напряжения под нагрузкой и способность заряжаться большими токами без перегрева. А еще работа на морозе и много чего еще.

На диаграмме показано изменение в процентах внутреннего сопротивления аккумуляторов накопительным итогом, т. е. после 1-го — 2-х — 3-х и 4-х лет хранения по сравнению с сопротивлением нового аккумулятора. Повторный заряд, напоминаю, также 1 раз в год.

Увеличение сопротивления аккумулятора со временем (накопительным итогом)

Во-первых, сразу заметно, что сопротивление со временем изменяется сильнее, чем емкость. Если емкость за 4 года хранения уменьшается не более, чем на 7-8%, то с внутренним сопротивлением вы видим в отдельных случаях увеличение даже больше, чем на 20%.

У Samsung INR21700-50G и LG INR21700-M50L скорость деградации по сопротивлению в 2-3 раза меньше, чем у Samsung INR18650-30Q и Molicel INR21700-M50A. Тоже самое было и с уменьшением емкости, кстати.

Во-вторых, внутреннее сопротивление аккумулятора при его хранении с SoC 100% увеличивается иногда в 3-5 раз быстрее, чем при хранении с SoC 50%. На скорость уменьшения емкости уровень заряда аккумулятора оказывал меньшее влияние.

На диаграмме ниже показан процент увеличения сопротивления аккумуляторов по сравнению с предыдущим годом, т.е. уже не накопительным итогом, а изменение за каждый год по сравнению с предыдущим.

Процент увеличения сопротивления за каждый год по сравнению с предыдущим

Явной зависимости скорости увеличения внутреннего сопротивления от времени нет. Дельта за год находится на более-менее одном и том же уровне.

Влияние температуры

Как известно, скорость протекания многих химических процессов зависит от температуры. Я почему-то со школьных уроков химию помню правило — При увеличении температуры на 10⁰С скорость протекания химической реакции увеличивается в два раза. Этот принцип отчасти справедлив и для процессов, происходящих внутри аккумуляторов. Хотя у нас не химическая реакция в чистом виде.

Все данные, которые были приведены выше, были получены при хранении аккумуляторов при комнатной температуре +23⁰С (+-3⁰С). При снижении температуры хранения деградация сильно замедляется. При этом есть предположение, что при снижении температуры разница в результатах для SoC 50% и SoC 100% будет уменьшаться, а при повышении температуры - увеличиваться. Правда пока это никто на практике не проверил.

Так знаю, что некоторые хранят li-ion аккумуляторы дома в холодильнике при температуре +3 … +5 ⁰С. Оправдано ли это? Если есть место в холодильнике и жена не против, то почему бы и нет.

На одном из форумов выживальщиков некоторые пользователи, готовясь к возможному БП (Большой П….) спорили, на какой глубине в почве в укромном месте лучше закопать ящик с аккумуляторами для «схрона» с расчетом на много лет хранения.

Но мне кажется, что это уже излишние заморочки, если нет особых вводных. Чаще всего это неоправданно. В конце концов в бытовом использовании аккумуляторы — это все-таки расходники и стоят не так уж и много, чтобы так над ними трястись.

Хранение li-ion в состоянии «с завода»

Отдельно стоит отметить, что аккумуляторы, которые ни разу не использовались и хранились в том состоянии, с которым они вышли с завода, могут храниться достаточно долго без существенного ухудшения характеристик. По нашему опыту, например, 2–3 летние аккумуляторы по всем параметрам ничем не отличаются от выпущенных меньше года назад. Речь идет про цилиндрический li-ion, который хранился в более-менее благоприятных условиях.

Уровень заряда li-ion аккумуляторов с завода

Li-ion аккумуляторы с завода выходят с напряжением в районе 3.45 — 3.6 Вольт, это примерно соответствует 20-30% SoC. Такой низкий уровень заряда не только для минимизации деградации аккумуляторов по пути с завода к конечному потребителю, но и требование стандартов по транспортировке li-ion аккумуляторов.

А что же рекомендуют сами производители для долгого хранения?

В технической документации (datasheet) на li-ion аккумуляторы почти все производители дают рекомендации насчет долгого хранения. Ниже приведены выдержки из datasheet на цилиндрические li-ion аккумуляторы некоторых производителей.

Samsung SDI: »If the cell is kept for a long time (3 months or more), It is strongly recommended that the cell is preserved at dry and low‑temperature.»
Если ячейка хранится в течение длительного времени (3 месяца и более), настоятельно рекомендуется хранить ее в сухом месте при низкой температуре.

LG: »Battery must be stored in a dry area with low temperature for long‑term (3months or more) storage.»
Аккумулятор должен храниться в сухом помещении с низкой температурой в течение длительного времени (3 месяца и более).

Molicel: »Long‑term Storage. In case of long‑term storage, store the cell at <23 oC, low humidity, noncorrosive gas atmosphere. When storing the cell for a long period longer than 1 year, charge it at least once 1 year. And in this case, the cell is recommended to be charged to 30% capacity. Do not store cell in humid environment.»
Длительное хранение. При длительном хранении аккумулятор следует хранить при температуре <23°C, низкой влажности и в атмосфере некоррозионного газа. При длительном хранении аккумулятора (более 1 года) заряжайте его не реже одного раза в 1 год. В этом случае рекомендуется зарядить аккумулятор на 30%. Не храните аккумулятор во влажной среде.

Murata: »Recommended SOC of cell is 10～50% for long‑term storage. Recommended temperature is 0～25deg.C and Humidity 75%RH or less.»
Рекомендуется SoC от 10 до 50% для длительного хранения ячеек. Рекомендуемая температура от 0 до 25 °C и относительная влажность не более 75%.

Как видим, производители рекомендуют длительное хранение ячеек производить с SoC от 10 до 50% и при низкой температуре.

Что в итоге

Скорость деградации цилиндрических li-ion аккумуляторов напрямую зависит от уровня заряда при хранении (SoC). У полностью заряженного аккумулятора деградация происходит сильнее, чем у заряженного наполовину. При хранении емкость уменьшается относительно медленно, до 4% в год в начале. К тому же с течением времени процесс снижения емкости замедляется.

На рост внутреннего сопротивления уровень SoC оказывает гораздо большее влияние, чем на уменьшение емкости. Поэтому в ряде случаев увеличение внутреннего сопротивления со временем может оказаться гораздо большей проблемой, чем уменьшение емкости.

Деградация аккумуляторов, оптимизированных для долговременного использования (количество циклов), происходит при хранении заметно медленнее чем у аккумуляторов, оптимизированных по другим параметрам (мощность, емкость и т. д.).

При обычном (бытовом) использовании li-ion аккумуляторов, если вы будете хранить аккумуляторы долгое время полностью заряженными, ничего страшного не случится. Даже за несколько лет из-за этого аккумулятор в тыкву не превратится.

Если делать все «по науке», то аккумулятор нужно зарядить на 30-50% и убрать куда-нибудь в прохладное место. Например, в холодильник (только не в морозильное отделение), только не забудьте про влажность и коррозию металла. Хранить аккумуляторы с совсем низким уровнем заряда 10-20% тоже чревато. За пару лет в таком состоянии из-за саморазряда напряжение аккумулятора может снизится ниже допустимых пределов, а это в 99% случаев смерть аккумулятора.

Если у вас аккумуляторы в состоянии «с завода», т. е. ни разу не заряжались и не разряжались, то самый лучший вариант — это хранить их именно в таком состоянии. Так они могут лежать годами без какого‑либо заметного ухудшения характеристик.

Но стоит ли так в обычной жизни трястись над аккумуляторами? Все же это чаще всего расходник.

Если вы готовитесь к БП, то имейте ввиду, что при наступлении оного, возможно, аккумуляторы вам будет просто нечем зарядить. А в самом худшем случае их и некому будет откопать из схрона.

На этой мажорной ноте и закончим.

С уважением, команда 18650pro.ru

Влияние уровня заряда li-ion аккумулятора на его деградацию при долгом хранении