[Solar]

В холодное время года у фонаревщиков, активно использующих аккумуляторы на основе лития, могут возникать проблемы и вопросы относительно производительности этих источников питания. Речь идет не о литиевых одноразовых батарейках, а имеются в виду такие аккумуляторы, как:

Li-ion,
Li-ion IMR,
Li-pol,
LiFePo4.

Кроме общей технологии, аккумуляторы еще различаются в зависимости от фирмы и модели, химией и качеством исполнения. Бывают от мировых производителей и "китайские", на небольшой разрядный ток и силовые - узнать разницу между ними при низкой температуре тоже интересно.

Тема создана для сбора и обсуждения практической информации, реального опыта использования форумчанами перезаряжаемого лития на морозе. Таким образом мы точно выясним, какие типы аккумуляторов на что способны, а на что - нет, и пользователи смогут на основании информации в этой теме знать, чего ожидать от своих аккумуляторов в определенных условиях.

Типичный разрядный график литиевых аккумуляторов при разных температурах:



При низких температурах в первое время работы напряжение "проседает" (показано стрелкой), что может привести к срабатыванию защиты в аккумуляторе (если есть) или в самом устройстве - к отключению питаемого устройства.

Следовательно, кроме определения емкости, при тестировании аккумулятора важно обращать особое внимание на его работу в первые секунды и минуты.

Ссылки по теме:

NASA. The Limits of Low-Temperature Performance of Li-Ion Cells
http://trs-new.jpl.nasa.gov...
(общие сведения о производительности Li-ion при низких температурах)

NASA. Safe Charge Rates for Lithium-Ion Cells. Effects of Lithium Plating
http://trs-new.jpl.nasa.gov...
(о последствиях зарядки Li-ion при низких температурах)

[Tymmmi]

по идее фонарь при работе нагреется, и нагреет аккумулятор: )

[Solar]

 Сообщение от Tymmmi :

по идее фонарь при работе нагреется, и нагреет аккумулятор: )

Это само собой, если не обдувать фонарь холодным воздухом (например езда на снегоходе). В любом случае в начале работы аккумулятор холодный, и относительным показателем его работы в большинстве случаев использования является первое время, до прогрева.

[Solar]

Фонарь Armytek Predator имеет драйвер, потребляющий примерно одинаковую мощность - то есть если напряжение на аккумуляторе просаживается, ток возрастает. В максимуме у моего фонаря это около 4.5-5 Вт. Сможет ли охлажденный до -18 фонарь с новым (3 цикла) аккумулятором Li-ion Samsung ICR18650-28A (2800 мАч, по даташиту минимальная температура работы -20) светить на максимуме, а аккумулятор отдавать нормальную мощность, пока не прогреется? Заряжен не полностью для большей чистоты эксперимента, напряжение 3.97 В.

Если под нагрузкой аккумулятор просядет до 2.8 В от холода - фонарь помигает и драйвер перейдет в самый слабый режим. Итак, критерий успешного прохождения теста: фонарь светит на максимуме непрерывно от момента включения сразу с морозильной камеры (я держал там фонарь больше 2 часов, этого достаточно) до прогрева до комнатной температуры.

Результат - фонарь "заводился", как старое Жигули при таком же морозе. Достаю из морозилки, включаю - через секунду максимум 500 лм слетает в светлячок. Ладно, ставлю 100 лм. Слетает. 5 лм - тоже слетает! Покрутил по кругу все режимы первой линии еще секунд 20, и аккумулятор "завелся". На максимуме больше не слетел, светит ровно, идет на прогрев. Тест как бы пройден с больши-и-ими оговорками

Так как до того, как заработал максимальный режим, особо нагреться аккумулятор вряд ли успел за полминуты (я держал фонарь кончиками пальцев), наверное холодный аккумулятор в моем случаем просто не сразу выходит на полную отдачу - его надо раскачать сначала хоть каким-то током. Я не ожидал такого, думал наоборот - сначала будет светить, а потом "выдохнется".

Predator из-за своего драйвера оказался хорошим фонарем для теста аккумуляторов на морозе. Если кто-то повторит опыт с другими аккумуляторами и морозилкой, информация будет очень полезной для сравнения!

[Иван И]

 Сообщение от Solar :

с новым (3 цикла) аккумулятором Li-ion

А разве имеет значение сколько циклов с момента покупки прошло?

[Solar]

 Сообщение от Иван И :

А разве имеет значение сколько циклов с момента покупки прошло?

Не знаю, наверное при ста циклах внутреннее сопротивление больше было бы. Указать это число как-то более "по-научному"

[diver52]

Напишу тоже о своих экспериментах. Тема пришлась очень кстати, т.к. гляжу, не только меня волнует вопрос, как ведут себя аккумуляторы на холоде. Итак, обо всем по порядку:
1.) Брендовый Li-Ion 14500 (какая фирма не помню - этикетку сорвал). Емкость 900 мА. В начале я не верил, но она оказалась реально такой. Тесты на холоде. В холодильнике ровно -15 градусов. Подключил нагрузку 300 мА (0,3С), и смотрел, как будет разряжаться аккумулятор. Напряжение сразу просело с 4,20 В до 3,80 В буквально за пару секунд. Через 10 мин стало 3,60 В, через 40 - 3,51 В, через 130 - 3,07 В. Аккумулятор разрядился ровно за 2,5 часа. Учитывая, что нагрузка - сопротивление, то в конце ток составил 200 мА, и аккумулятор отключился (сработала защита) при 2,45 В. Итого емкость на холоде примерно 700 мА вместо 900 мА. Очень хороший результат. Напряжение проседает где-то на 0,3-0,4 В больше, чем при комнатной температуре. Т.е. среднее получится не 3,7 В, а 3,3 В.
2.) Обычный Li-Ion (плоский, от коммуникатора) на 3000 мА. Нагрузил сопротивлением примерно 2 Ома. Начальный ток 1,29 А (0,4С). Напряжение СРАЗУ упало до 2,80 В. Повторюсь, температура та же -15 градусов. Отвратительно. Через 5 мин напруга стала 2,67 В, через 15 - 2,79 В, через 20 - 2,85 В и через 40 - 2,83 В. Ток примерно 1,25 А. Т.е. сначала резкий спад, а потом рост напряжения, и затем спад. Очень удивил этот факт. Будто аккумулятор нагрел сам себя, и результат стал лучше. Пока в процессе тестирования, емкость не могу сказать.
3.) LiFePo4 18650. Температура уже -25 градусов, а не -15, как в начале! Морозил его 2 часа, выставил их морозилки провода. Нагрузил током 1С!!! (или 1 А). Напряжение просело до 2,8 В, и все время теста держалось на отметке 2,6 В. Потом резко спало до 2,2 В, и сработала защита. Емкость получилась ниже всего на 10-20%, не больше. Напряжение проседает очень слабо! Просто отличный аккамул на холоде. Из минусов - у него раза в 2-3 меньше емкость на тот же объем и вес, чем у Li-ion и ниже напряжение. В остальном одни плюсы - плевать на холод и кол-во циклов до 2000. Может заряжаться токами хоть 4С и разряжаться 10С. Может заряжаться на холоде ниже 0 градусов напряжением 4,2 В вместо 3,65 В!!! И это реальность, проверенная на практике. Только заряжать его можно этим напряжением ТОЛЬКО при отрицательной температуре, иначе сдохнет аккамул.

[Solar]

 Сообщение от diver52 :

1.) Брендовый Li-Ion 14500 (какая фирма не помню - этикетку сорвал). Емкость 900 мА. В начале я не верил, но она оказалась реально такой. Тесты на холоде. В холодильнике ровно -15 градусов. Подключил нагрузку 300 мА (0,3С), и смотрел, как будет разряжаться аккумулятор. Напряжение сразу просело с 4,20 В до 3,80 В буквально за пару секунд. Через 10 мин стало 3,60 В, через 40 - 3,51 В, через 130 - 3,07 В. Аккумулятор разрядился ровно за 2,5 часа. Учитывая, что нагрузка - сопротивление, то в конце ток составил 200 мА, и аккумулятор отключился (сработала защита) при 2,45 В. Итого емкость на холоде примерно 700 мА вместо 900 мА. Очень хороший результат...
2.) Обычный Li-Ion (плоский, от коммуникатора) на 3000 мА. Нагрузил сопротивлением примерно 2 Ома. Начальный ток 1,29 А (0,4С). Напряжение СРАЗУ упало до 2,80 В. Повторюсь, температура та же -15 градусов. Отвратительно. Через 5 мин напруга стала 2,67 В, через 15 - 2,79 В, через 20 - 2,85 В и через 40 - 2,83 В. Ток примерно 1,25 А. Т.е. сначала резкий спад, а потом рост напряжения, и затем спад. Очень удивил этот факт. Будто аккумулятор нагрел сам себя, и результат стал лучше...

Ну вот, разное качество аккумуляторов при разряде близкими нагрузками, в частях от емкости. От коммуникатора аккум наверное старый? Тогда у него внутреннее сопротивление выше и он просел быстро. Была бы защита на 2.8 вольт - "не пускала" бы аж 15 минут до 2.8.

Резкий спад заканчивается подъемом наверное таки от прогрева, хотя бы локального где-то внутри аккумулятора, там где сопротивление наибольшее. У меня в опыте было то же самое, только на 30 секунд, а не 15 минут.

На даташитах спад обычно это выглядит так:



Вопрос в том, достигнет ли "дно" спада напряжения срабатывания защиты...

[diver52]

Кстати, провал напряжения получился именно секунд на 10-15, а подъем составил где-то 20 мин. Все в точности, как на графике. Аккумулятору, который я использовал, где-то 2-3 года - он еще от коммуникатора, который я продал еще давно со штатным аккумулятором. Количество циклов было где-то 300...500 точно (заряжал через каждые 2 дня в течение 2-х лет). В тепле он отдает емкость 2500 мА вместо 3000 мА, что весьма неплохо. Но на холоде становится никакой. В завершение теста отмечу, что его емкость при -15 градусах составила 1800 мА примерно. Но это при просадке почти до 2,3 В. Потом уже отключил сам - защита не срабатывала. Хотя в реале ниже 3 В он и не разряжался (не позволял коммуникатор). А потом я его использовал в самодельном фонарике, где он тоже ниже 3 В не разряжался, ибо было заметно, как падает яркость светодиода, и я его выключал. Т.е. так то все ОК, но на холоде он никакой.
Далее меня приятно удивил почти свежий аккамул 14500, который прошел циклов 20. И видно, что на холоде он себя отлично ведет.
Теперь я прямо колеблюсь в выборе - либо качественный Li-Ion, либо LiFePo4. Цель - зимние походы + возможность зарядки хотя бы при -10...0 градусах. LiFePo4 - у них все отлично, и холод переносят, и кол-во циклов до 2000 (причем это реальные цифры - люди тестировали), и служат лет 10, в отличие от лития, который состарится спустя 2-3 года. Но главный минус - это емкость, почти в 3 раза меньшая, чем у лития. Хотя если учитывать, что емкость у лития в 3 раза выше, то и заряжать нужно будет в 3 раза реже. Все бы было хорошо, если бы на холоде вели себя достойно и не так быстро старели. Так что я буду очень благодарен тому, кто подскажет марку или модель 18650 Li-Ion, которая бы себя нормально вела на морозе -20 градусов, учитывая ток разряда 0,5С (стандартный). А лучше реальные тесты на нагрузке. Например, какие провел я. Т.е. емкость при +20 и при -20. Просадка напряжения при +20 и -20. А то в даташитах пишут тесты, например, для того же Panasonic 2900 мА только при температуре -10 градусов, и нагружают аккамул заведомо малым током. Также очень интересно, вредна ли для лития разрядка на морозе и зарядка при 0 градусах. И прежде всего, меня интересует с низким уровнем внутреннего сопротивления Li-Ion. Т.к. чем ниже внутреннее сопротивление, тем лучше аккамул будет вести себя на холоде.
Вот, кстати, ссылка на LiFePo4, кому интересно. После 1000 циклов имеем 95% емкости:
http://file.espritmodel.com...

[vaska]

 Сообщение от diver52 :

Так что я буду очень благодарен тому, кто подскажет марку или модель 18650 Li-Ion, которая бы себя нормально вела на морозе -20 градусов, учитывая ток разряда 0,5С (стандартный)

Если Благородный Дон живет в Первопрестольной или поблизости, то могу дать для экспериментов довольно симпатичные банки Минамото, которые покупаю периодически мелким оптом. Самому заморачиваться на эксперименты некогда, а знать тоже хоцца. Такой вот симбиоз предлагаю...

[diver52]

Живу я в Нижнем Новгороде. Не знаю, насколько это далеко от Вас. Мне просто реально хочется подумать, и решить, что все же выбрать: либо очень качественный Li-Ion (обычный мне не нравится малым количеством циклов, сроком службы и неработоспособностью при морозе), либо LiFePo4 (все отлично, но емкость просто смешная по сравнению с Li-Ion). Если бы не желание уместить в малых габаритах большую емкость, то однозначно бы выбрал LiFePo4. Пока рассматриваю два варианта: Panasonic NCR18650 Li-Ion 2900 мАч или SAMSUNG ICR18650-28A Li-Ion 2800мАч.
P.S. Вот, вспомнил, как называется первая протестированная модель аккумулятора. AW 14500 900 мА. Глянул в инете, аккумулятор реально мега рульный. Неудивительно, почему он так хорошо держался у меня на холоде! И не зря он стоил 400 руб. в свое время. Вот только такой размера 18650 навряд ли найдешь, если только за бугром:
http://www.ebay.com/itm/186...
http://terrasvet.com****/akk...
Хотя, походу, эта фирма AW тот же Панасоник. Но я в этом не уверен.

[Solar]

 Сообщение от diver52 :

Panasonic NCR18650 Li-Ion 2900 мАч или SAMSUNG ICR18650-28A Li-Ion 2800мАч.

Расклад такой:
Panasonic NCR18650 имеет емкость 2900 мАч, среднее (номанальное) напряжение 3.6 В и вес 45 г. Выходит удельная емкость 232 Вт*ч/кг.
Samsung ICR18650-28A имеет емкость ~2600 мАч (при зарядке до 4.2 В вместо номинала 4.3), среднее (номанальное) напряжение 3.75 В и вес 48 г. Выходит удельная емкость 203 Вт*ч/кг. Если заряжать до номинала 4.3 В, то емкость 2800 мАч и 218 Вт*ч/кг.
A123 APR18650M1-A имеет емкость 1100 мАч, среднее (номанальное) напряжение 3.3 В и вес 39 г. Выходит удельная емкость 93 Вт*ч/кг.
Li-ion запасает энергию плотнее в 2.2-2.5 раз, чем LiFePo4. По весу. На 1 аккумулятор разница еще больше.

Как работает при -18 мой Samsung - я писал, ток был как раз около 0.5 C. Сколько емкости он отдал бы, я не знаю. Но LiFePo4 тоже сильно снижает емкость при морозе, просто не так сильно проседает относительно номинала. При минус 30 по тестам NASA (http://batteryworkshop.msfc... страница 17) вообще "фосфаты" отдали 41% емкости при чуть более чем 2 В. Некоторые устройства могут отключиться. Например фонарь Предатор, если его настроить на LiFePo4 с отсечкой 2.5 В, а не на CR123A с отсечкой 2.0 В. Так что хоть LiFePo4 и морозоустойчивее, с учетом емкости - надо думать. И тестить

[MOHAPX]

Может надо делать в "зимних" фонарях отдельную функцию прогрева аккума? Например, аккум термоизолирован от корпуса, а намотанной проволокой осуществляется подогрев отдельным драйвером с термостатом. Да, мы теряем энергию на разогрев, но тем самым подогреваем аккум, чтоб он выдал весь свой запас, а не зажимал замороженную половину. Эффективность и пригодность такой идеи надо расчитывать и проверять. Хоть патентуй...

[Solar]

Холодный аккум даже полезную нагрузку выдать не всегда может. Если греть его, то надо после нажатия кнопки включения фонаря подождать в темноте согрева, и хорошо так подождать: мощность подогрева мала из-за холодного аккума, замкнутый круг

А у нас цель - на морозе пользоваться фонарем как обычно.

Вообще все аккумы на морозе отдают неполную емкость. Просто разные типы в разной степени холодостойкие. Это надо помнить и выбирать тип аккумов, и брать с собой их больше.

[dsche]

 Сообщение от Solar :

А у нас цель - на морозе пользоваться фонарем как обычно

Но у нас же нет цели пользоваться предварительно вымороженным фонарём?

Если нам нужен фонарь на зиму – можно обмотать его ветошью и для эстетов затянуть поверх в термоусадку. Ну и до включения держать в кармане. Во внутреннем.

Если это фара-налобник – прячем батарейный блок под одежду.

Кажется, вы ищите дополнительных сложностей себе.

(У нас тут -40 обычное дело, такого ни в одном морозильнике не покажут)

[Solar]

 Сообщение от dsche :

Но у нас же нет цели пользоваться предварительно вымороженным фонарём?

Если нам нужен фонарь на зиму – можно обмотать его ветошью и для эстетов затянуть поверх в термоусадку. Ну и до включения держать в кармане. Во внутреннем.

Если это фара-налобник – прячем батарейный блок под одежду.

Кажется, вы ищите дополнительных сложностей себе.

(У нас тут -40 обычное дело, такого ни в одном морозильнике не покажут)

В этой теме как раз исследуем возможности аккумуляторов, которые в тепле не держали. Аналогия: нож будет хорошо резать, если его точить каждый раз, но ценится нож, который долго обходится без заточки и прочей правки.

[clickvk]

Sanyo UR18650W и здесь есть о них же (обратите внимание на дату). Сейчас они используются DeWalt.
К сожалению в продаже, в розницу, я их не видел, но в течении полугода планирую приобрести одну коробку.

[Жуков]

Господа, поверьте, у нас холодно очень, вопроса о подогреве, раскачке и даже использовании холодного аккумулятора не возникает (если это не ноутбук). Просто не охлаждаем его и всё.

[Donkey]

Лучше держать аккумуляторы в кармане если топаешь по морозу и уже перед использованием запихивать в фонарь, или таскать сам фонарь под одеждой. Все верно, использовать замороженный не вариант, а скорее экстрим. В не экстремальной ситуации морозить технику не обязательно

[Solar]

 Сообщение от clickvk :

Sanyo UR18650W и здесь есть о них же (обратите внимание на дату). Сейчас они используются DeWalt.

Хороший разрядный график при -10, учитывая ток 10 ампер! Но при -10 почти весь li-ion работает, даже для моего фотоаппарата с "квадратным" литиевым аккумом заявлена работа при этой температуре. Производители банок Li-ion любят заявлять работу начиная от -20, а графики приводят при -10, вот в чем засада. Интересно как раз -20 и по возможности ниже - насколько хватит "сил".

 Сообщение от Жуков :

Господа, поверьте, у нас холодно очень, вопроса о подогреве, раскачке и даже использовании холодного аккумулятора не возникает (если это не ноутбук). Просто не охлаждаем его и всё.

У Вас город Норильск, там хоть бы батарейки CR123A работали а у нас вот "немного" южнее, теплая Украина, где -20 редко, а ниже -30 - почти рекорд. Дело не только в этом. Даже если -50 и литиевые аккумы не работают ну вообще, то прятать фонарь во внешнем кармане куртки (где допустим близкая к еще рабочим по даташитам температура) удобнее, чем расстегиваться на морозе для "посветить". А если фонарь крупный? Неудобно, это же не мобила. Так что тема, думаю, актуальна не менее и для далекого севера.

И еще: если -50 и ветер, светодиоду придется очень постараться, чтобы не дать остынуть вынутому из кармана фонарю ниже тех же -20. Перчатки могут не помочь фонарю согреться Такая проблема при сильных морозах выходит на первое место - техника замерзает после вынимания из тепла.