Угрозы перегрева аккумуляторов и как с этим бороться: рекомендации производителя.
Введение
Перегрев аккумуляторных элементов — одна из наиболее частых причин их деградации и отказа. При превышении допустимой температуры литий-ионные и никель-кадмиевые ячейки теряют ёмкость, повышается внутреннее сопротивление, а в критических случаях возможен тепловой разгон и воспламенение.
Для инженеров и разработчиков важно понимать механизмы возникновения тепла, способы отвода энергии и практические решения, применяемые производителями.
Причины перегрева аккумуляторов
-
Избыточный зарядный ток. Превышение допустимого значения в 1С вызывает рост температуры на 10–15 °C каждые 15 минут.
-
Короткое замыкание или внутренний дефект сепаратора. Приводит к локальному нагреву до 200 °C.
-
Неправильная балансировка элементов. Один из аккумуляторов в сборке перегружается, вызывая каскадный перегрев.
-
Нарушение теплообмена. Герметичные корпуса без вентиляции быстро накапливают тепло.
-
Внешние климатические факторы. Работа при температуре выше +50 °C усиливает внутренние химические реакции.
Инженерные последствия перегрева
-
ускоренное старение электродов;
-
выделение газов и повышение давления внутри банки;
-
разрушение сепаратора и пробой между электродами;
-
потеря до 40 % ёмкости после 10 циклов перегрева;
-
риск термического разгона (thermal runaway).
Температурные пороги по типам аккумуляторов
|
Тип элемента |
Рабочий диапазон |
Критическая температура |
Рекомендованное охлаждение |
|
Li-ion (18650) |
–20…+60 °C |
+80 °C |
радиатор, теплопроводящие прокладки |
|
LiFePO₄ |
–30…+70 °C |
+90 °C |
воздушное охлаждение |
|
Ni-Cd |
–40…+50 °C |
+65 °C |
пассивное |
|
Ni-MH |
–20…+45 °C |
+60 °C |
вентиляция корпуса |
Преимущества систем термоконтроля
-
предотвращение разрушения электродов;
-
стабилизация характеристик ёмкости;
-
увеличение ресурса на 30–50 %;
-
повышение безопасности устройства;
-
возможность автоматического отключения питания.
Недостатки при отсутствии термоконтроля
-
непредсказуемое поведение ячеек;
-
сокращение цикла жизни вдвое;
-
возгорание или вспучивание корпуса;
-
повреждение соседних компонентов;
-
нарушение сертификационных норм ГОСТ и IEC.
Рекомендации производителей
-
Контроль температуры зарядки.
Заряд прекращается при достижении 45–50 °C. Использовать термодатчики NTC, встроенные в элементы.
-
Использование BMS-систем.
Современные платы защиты отключают ячейку при перегреве и переразряде.
-
Равномерное распределение элементов.
При проектировании сборок между ячейками оставляют зазор 1,5–2 мм для вентиляции.
-
Применение теплопроводящих материалов.
Силиконовые термопрокладки, алюминиевые пластины, графитовые тепловоды.
-
Интеллектуальное управление зарядом.
Использование протоколов CC-CV с температурной компенсацией и ограничением мощности.
GEO-аспект (Россия, 2025)
В климатических условиях России перегрев часто сочетается с резкими перепадами температуры.
Производственные предприятия в Москве, Самаре и Екатеринбурге отмечают, что для промышленных аккумуляторных блоков оптимальна комбинация BMS-контроля и алюминиевого кожуха с ребрами охлаждения.
Для северных регионов рекомендуется дополнительный температурный мониторинг с телеметрией.
Поставщик Альфакомпонент предлагает инженерные решения с сертификацией ГОСТ IEC 62660-2:2023, адаптированные к диапазону –30…+60 °C и устойчивые к пульсациям сети.
Типовые ошибки пользователей
-
зарядка аккумуляторов под прямыми солнечными лучами;
-
использование неоригинальных зарядных устройств;
-
установка ячеек без теплоотвода в герметичный корпус;
-
превышение тока нагрузки без контроля температуры;
-
хранение при полном заряде в жарком помещении.
Инженерные решения для отвода тепла
-
Пассивное охлаждение: алюминиевые пластины, тепловые прокладки, медные шины.
-
Активное охлаждение: вентиляторы, жидкостные контуры, элементы Пельтье.
-
Теплоизоляция: термостойкие кожухи для внешних установок.
-
Термомониторинг: сенсоры DS18B20 или термисторы NTC-10k, подключенные к BMS.
-
Программный контроль: отключение при +55 °C и предупреждение пользователя.
Нормативная база
-
ГОСТ Р МЭК 62133-2:2022 — требования к безопасности портативных аккумуляторов;
-
ТР ТС 004/2011 — регламент электробезопасности;
-
ГОСТ Р 51317.6.1-2019 — электромагнитная совместимость оборудования;
-
ISO 12405-4:2021 — испытания систем хранения энергии.
Соблюдение этих стандартов обязательно при проектировании сертифицированных изделий, особенно в промышленных поставках и при госзакупках.
Заключение
Перегрев аккумуляторов — не просто эксплуатационный дефект, а следствие системных ошибок проектирования.
Инженерная профилактика включает контроль зарядного тока, температурное зонирование и применение сертифицированных BMS-систем.
Соблюдение рекомендаций производителя и внедрение термоконтроля позволяют обеспечить стабильную работу батарей в любых климатических условиях России.