Срок службы при глубоком разряде

Когда говорят про срок службы при глубоком разряде, многие сразу думают о циклах из даташита — скажем, 500 циклов при 80% глубине разряда. Но в реальности всё сложнее. Частая ошибка — считать, что эти цифры линейны и гарантированы. На деле, один глубокий разряд в неподходящих условиях может ?состарить? батарею больше, чем десятки плановых. Я не раз видел, как на стенде два одинаковых аккумулятора из одной партии показывали разницу в ресурсе в полтора раза — и всё из-за нюансов в профиле разряда и температуры.

Глубокий разряд не как параметр, а как процесс

В спецификациях обычно пишут ?глубокий разряд до 80% DOD?. Но важно понимать, что это не просто точка отключения. Это процесс, который включает в себя скорость разряда, конечное напряжение на ячейке, температуру электролита и время, которое батарея проводит в этом глубоко разряженном состоянии. Например, если мы говорим о свинцово-кислотных АКБ для ИБП, то разряд током 0.1C до 1.75 В на ячейку и последующее немедленное заряжение — это один сценарий. А если та же батарея разряжена до 1.8 В, но потом сутки лежит на складе при +30°C — это уже катастрофа для ресурса. Сульфатация пластин идет нелинейно.

В нашей практике на производстве срок службы при глубоком разряде — это всегда компромисс. Клиент хочет, чтобы аккумулятор отдавал максимум энергии (то есть разряжался глубоко), но при этом служил долго. Объяснять, что эти вещи обратно пропорциональны, приходится постоянно. Особенно в проектах для телекома, где резервные системы могут месяцами стоять в буферном режиме, а потом внезапно уйти в глубокий разряд из-за отключения сети. Тут важно не только количество циклов, но и способность батареи ?прощать? такие события.

Один из наших старых проектов для удаленных базовых станций как раз столкнулся с этим. Использовались гелевые АКБ, которые в теории должны были держать 600 циклов при 60% DOD. Но на объектах в жарком климате после двух лет эксплуатации емкость падала на 40%. Разбирались — оказалось, виноват не столько сам глубокий разряд, сколько комбинация: высокая ambient-температура в контейнере + медленный заряд после разряда из-за слабых солнечных панелей. Батарея слишком долго находилась в состоянии низкого заряда, и это убивало её быстрее, чем циклирование.

Материалы и конструкция: что действительно влияет на ресурс

Если говорить о свинцово-кислотных технологиях, которые мы много лет производим на мощностях ООО Чунцин Кайжун Чуаньи Прибор, то ключевое — это сплав решеток и состав пасты. Для режимов с частыми глубокими разрядами нельзя использовать кальциевые сплавы в чистом виде — они склонны к преждевременной коррозии и потере контакта с активной массой. Нужен гибридный сплав, скажем, с добавкой олова и, возможно, серебра. Это дороже, но решетка лучше переносит повторяющиеся объемные изменения активной массы.

Ещё один момент — плотность электролита. Для циклических применений с глубоким разрядом её часто завышают, чтобы поднять емкость и снизить внутреннее сопротивление. Но обратная сторона — ускоренная коррозия положительной решетки и большая сульфатация при недозаряде. Мы в некоторых линейках продуктов, информация о которых есть на https://www.ronkpower.ru, идем по пути не максимальной плотности, а оптимальной, жертвуя немного стартовыми характеристиками ради общего ресурса. Это не всегда легко продать, но для ответственных применений — верный путь.

Вот конкретный пример: разрабатывали батарею для складской техники (электропогрузчики). Там ежедневные глубокие разряды — норма. Первые прототипы на стандартных решетках не выхаживали и года — решетки положительных пластин ломались. Перешли на решетки радиальной конструкции из низко-сурьмянистого сплава с армированием. Ресурс по циклам вырос почти вдвое, хотя вес и стоимость тоже. Но заказчик, в итоге, был готов платить, потому что простои техники из-за замены АКБ обходились дороже.

Температура — немой убийца ресурса

Часто в расчетах срока службы при глубоком разряде температуру учитывают по упрощенной формуле: +10°C сверх нормы — срок жизни вдвое меньше. В реальности зависимость нелинейная и сильно зависит от того, в какой момент цикла батарея нагрета. Худший сценарий — глубокий разряд уже теплой батареи. Химические реакции идут быстрее, сульфатация становится более ?жесткой?, да и коррозия ускоряется.

На одном из наших тестовых стендов мы как-то моделировали работу АКБ в солнечной энергосистеме в Краснодарском крае. Батарея в изолированном боксе летом нагревалась до 45-50°C днем, вечером происходил глубокий разряд на бытовые нагрузки, а ночью — заряд. Ресурс по циклам упал против паспортных данных почти в три раза. Решение в итоге нашли не в химии батареи, а в системе — принудительное охлаждение бокса в дневное время. Это показало, что иногда влиять надо не на сам аккумулятор, а на условия его эксплуатации.

Отсюда и наш подход в инжиниринге: когда к нам приходят с запросом на батарею для тяжелого циклирования, мы всегда спрашиваем про тепловой режим. Без этого данные по глубокому разряду почти бесполезны. Можно сделать суперстойкую батарею, но если она будет работать при +40°C, все преимущества сведутся на нет.

Контроллеры заряда и их роль

Огромная часть проблем с ресурсом при глубоких разрядах упирается не в батарею, а в систему заряда. Идеально, если после глубокого разряда следует немедленный и полноценный заряд. В реальности — часто стоит дешевый ШИМ-контроллер, который не может выдать нужное напряжение для полного насыщения, особенно при низких температурах. Батарея хронически недозаряжается, сульфатация накапливается, емкость падает.

Мы в ООО Чунцин Кайжун Чуаньи Прибор, опираясь на опыт материнской компании с 60-летней историей, всегда акцентируем это в технических консультациях. Батарея и зарядное устройство — это одна система. Для тяжелых циклических режимов нужны контроллеры с алгоритмами выравнивающего заряда (equalization) и компенсацией по температуре. Без этого даже самая хорошая АКБ не отработает заявленный ресурс.

Был случай с поставкой аккумуляторов для охранных систем на удаленных объектах. Батареи разряжались сигнализацией, а заряд шел от маломощного ветрогенератора через простейший контроллер. Через полгода — массовые рекламации. Стали разбираться: контроллер никогда не поднимал напряжение до уровня абсорбции, батарея постоянно была в состоянии 70-80% заряда. Пластины засульфатировались. Пришлось переделывать систему, ставить более интеллектуальное зарядное устройство. После этого ресурс пришел в соответствие с ожиданиями.

Миф о ?восстановлении? после глубокого разряда

В сети много советов, как ?реанимировать? батарею после глубокого разряда специальными зарядами, импульсными воздействиями и прочим. Часть из этого работает лишь на ранних стадиях легкой сульфатации. Если же батарея регулярно и глубоко разряжалась, а потом долго хранилась в таком состоянии, изменения в активной массе часто необратимы. Можно немного поднять емкость, но о первоначальном сроке службы речи уже не идет.

На производстве мы иногда тестировали такие методы на бракованных или возвращенных экземплярах. Заряд малым током до высокого напряжения иногда помогал вернуть 10-15% потерянной емкости. Но микротрещины в активной массе, осыпание, коррозия решеток — это физические повреждения. Их не исправить. Поэтому наш главный совет, который мы всегда даем партнерам и клиентам на ronkpower.ru: не допускать длительного простоя в разряженном состоянии. Лучше один цикл глубокого разряда с последующим немедленным зарядом, чем месяц хранения при 30% заряда.

В итоге, если резюмировать мой опыт, срок службы при глубоком разряде — это не паспортная цифра, а переменная, которая зависит от десятка факторов: от химии и конструкции АКБ до интеллекта системы, в которую она встроена. Гнаться за максимальным количеством циклов в спецификации бессмысленно, если не обеспечить правильные условия работы. И иногда правильнее выбрать батарею с чуть меньшими заявленными циклами, но более устойчивую к ?неидеальности? реального мира — перепадам температуры, неполному заряду, случайным переразрядам. Именно на эту устойчивость мы и ориентируемся при разработке продуктов, используя наш более чем полувековой опыт в источниках питания.