LTO-акумулятори типорозміру 18650 і ємністю 1500 мА·год

Літій-титанатні акумулятори продаються вже досить давно, але так склалося, що досі в мене їх не було, тож я вирішив заповнити цю прогалину й замовити парочку для тестування та задоволення власної цікавості.
Огляд, тести й невеликий бонус.

Літій-титанатні акумулятори — це різновид літій-іонних, але в них як анод використовують титанат літію (Li4Ti5O12). Вони відрізняються підвищеною надійністю, довшим терміном служби й можуть нормально працювати за низьких температур, що, власне, і вирізняє їх серед інших елементів.

Але, крім того, у них є ще одна особливість: напруга становить 2.4 вольта, тому вони підходять для заміни двох нікелевих акумуляторів (1.2+1.2=2.4В), щоправда, з деякими застереженнями щодо заряджання.
Ця особливість корисна тим, що «звичайний» літій-іонний акумулятор замінює три нікелеві, тому його можна використовувати там, де було 3, 6, 9 тощо елементів. А от для варіантів із 2 або 4 елементами вони не підходили, так само не надто допомагали й акумулятори LiFePO4. Наприклад, у мене є хороший шурупокрут, але він працює від батареї на 4.8 вольта: одного елемента на 3.7 вольта замало, а двох — забагато.
Але, на жаль, усе не так просто: наприклад, я поки що так і не зміг знайти плату захисту для 1–2 елементів, до того ж потрібна плата, розрахована на струм понад 20А.

Отже, повернімося до акумуляторів.
Замовив їх в українському магазині, коштують 68грн за штуку (2.4 долара), з доставкою пара обійшлася в $7.3. Із хорошого — доставили дуже швидко: увечері відправили, а вдень вони вже були в мене вдома. Але онлайн-замовлення обробляли довго, довелося навіть телефонувати.

Запакували в пакет, усередині якого пару акумуляторів щільно обмотали плівкою. Загалом нормально.


Зовні — найзвичайнісінькі елементи 18650, вирізняються лише літерами LTO у маркуванні. Наприкінці є ще маркування PSR, але оскільки в інтернеті я бачив такі акумулятори з маркуванням PSQ, то маю стійке відчуття, що це дата виготовлення, а остання літера позначає рік.


Розміри й вага — тут усе гаразд, за винятком того, що один акумулятор легший за інший.


До речі, про характеристики. Даташит я так і не знайшов, а на сторінці продавця є таблиця з характеристиками, яка вже під час побіжного перегляду викликає певні сумніви, адже струм заряджання вказано як 5А і для номінального, і для максимального значення.


Пошук в інтернеті вивів на кілька схожих акумуляторів, перший зовні майже ідентичний, за винятком маркування PSQ (саме тому я й подумав, що це дата виготовлення), але в продажу його немає. другі є в продажу, характеристики схожі, але зовні вони відрізняються, до того ж коштують помітно дорожче.

Але, на мій погляд, тут характеристики трохи скромніші, особливо щодо струму розряду: до 7А в першому випадку й до 9А в другому, тоді як для тих, що оглядаємо, заявлено струм до 15А.


Перед тестами провів цикл «нормалізації» для обох акумуляторів: заряджання, розряджання, заряджання струмом 1С. Уже на цьому етапі перший акумулятор видав лише 1215мАч, а результат другого був помітно кращим — 1413мАч.


Оскільки я не був упевнений у характеристиках, заряджання перевіряв у двох режимах: 0.5 і 1С, де С=1.5А.
Спочатку результати другого акумулятора — тут усе досить красиво: 2 години 5 хвилин за 0.5С.


За 1С процес трохи затягнувся, але теж усе дуже непогано. Заряджання проводилося після повного розряджання струмом 0.2С.


А от перший акумулятор показав набагато гірші результати. Перевіряв його лише за струму заряджання 1С (1.5А). За часом вийшло лише трохи довше, ніж для другого, але з огляду на меншу ємність заряджання тривало довше. Фаза CV дуже затягнулася, що, власне, видно й на графіку.


Вимірювання. Заряджання проводилося струмом 1.5А до напруги 2.8 вольта, вимкнення — за падіння струму до 50мА, розряджання — до напруги 1.6 вольта.

Спочатку перший екземпляр: струм розряджання 0.2, 0.5, 1, 2С, 5 і 7.5А (5С). Ну що тут сказати — результати дуже погані: за 5С акумулятор віддав лише 950мАч, та й за 0.2С вийшло лише трохи більше ніж 1400, не кажучи вже про сильне просідання напруги.


Температура за струмів розряджання 3, 5 і 7.5А.


Другий акумулятор виявився набагато кращим за перший, тому я розширив тест і перевірив його за струмів 10 і 15А. Можу сказати, що за струму 10 А він працює ще більш-менш нормально, а от за 15 А спостерігається явне перевантаження, тож заявленим в описі 15 А він не відповідає і більше схожий на ті, що знайшлися на AliExpress, де заявлено 7,5 і 9 А.


Температура за струмів 3, 5 і 7,5 А була приблизно на 10 градусів нижчою, ніж у першого екземпляра.


За струмів 10 і 15 А, звісно, температура була вищою, але принаймні за 10 А вона була цілком нормальною.


Порівняльний графік першого й другого екземплярів за струмів 0,2C, 1C і 7,5 А. Добре видно, наскільки перший екземпляр поступається другому.


Внутрішній опір під час отримання, після "нормалізації" та після всіх тестів.
Тут також помітно, що імпеданс першого екземпляра вищий. До того ж я помітив, що він залежить від напруги; у "звичайних" літій-іонних акумуляторів і LiFePO4 ця залежність значно менша.
Також опір не відповідає заявленим 16 мОм і більше відповідає 20 мОм, які мають акумулятори з максимальним струмом 7,5 А.


А тепер невеликий бонус.
У Вікіпедії про літій-титанатні акумулятори пишуть таке:


Для тесту я на кілька годин поклав другий акумулятор у морозильник, де він охолов приблизно до -15 градусів. Акумулятор попередньо повністю зарядив, як і в попередніх тестах. Під час тесту він залишався в морозильнику й додатково охолоджувався.
Імпеданс акумулятора також підскочив із 18 до майже 24 мОм.


Для експерименту спочатку навантажив акумулятор струмом 1C. Я вирішив, що в такому режимі тест триватиме не так довго, як за менших значень, але струм не буде настільки великим, щоб акумулятор почав підігрівати сам себе.
Другий тест проводився за 7,5 А, і напруга на акумуляторі так просіла, що я навіть почав хвилюватися, чи не вимкнеться навантаження через нижню межу. Але тут допомогло те, що воно не могло утримувати задані 7,5 А за напруги нижче 1,8 вольта й знизило струм до 6,6 А — позначилися довгі дроти.
Чітко видно етап падіння напруги та помітне її зростання в міру прогрівання акумулятора. Якби навантаження весь час утримувало струм 7,5 А, перепади були б ще більшими.

У результаті в обох режимах отримано близько 1150 мА·год: у першому — через невеликий струм, у другому спрацював самопідігрів акумулятора. Але в обох випадках різниця не така вже й мала.


Крім того, LTO-акумулятори дають змогу не лише розряджатися за від’ємних температур, а й заряджатися, що іноді може бути критично важливим, адже "звичайні" цього не допускають.
Наприклад, у двох знайдених даташитах на ємніші екземпляри вказано температуру -40 і навіть -50 градусів.


Мені також було цікаво, як поводитиметься акумулятор, якщо спробувати зарядити його за температури -15 градусів.
Після того як акумулятор розрядився струмом 1,5 А, я ввімкнув заряджання тим самим струмом. Так, він зарядився, але на заряджання пішло 1050 мА·год, хоча було "витрачено" 1150 мА·год, та й сам графік зовсім млявий — під кінець я вже думав, що він і не дотягне.

Після завершення заряджання я дістав його, нагрів, установив у зарядний пристрій, яким заряджав раніше, і він зміг прийняти ще 141 мА·год, після чого я знову охолодив його та провів тест за струму 7,5 А.


Висновки.
За ємністю перший екземпляр відповідає заявленим 1500 мА·год, але, мабуть, це була єдина відповідність: опір виявився трохи вищим, а за струму 15 А спостерігається перевантаження із сильним просіданням напруги. За результатами тестів можу сказати, що реальні параметри дещо скромніші й більше відповідають акумуляторам з AliExpress, для яких заявлено 1500 мА·год, 20 мОм і струм до 7,5 А.

Другий екземпляр мене просто вразив — таке відчуття, ніби це взагалі два різні акумулятори. Я якось розповідав, що графік розряджання акумулятора — це як відбитки пальців у людини: кожен тип по-своєму унікальний. Вище чітко видно, що в них відрізняються не лише параметри, а й графік, а це свідчить саме про різні елементи.

Щодо роботи за низьких температур я також очікував більшого. Тепер планую, за можливості, додавати такий тест до оглядів. Також планую провести ресурсний тест щонайменше на тисячу циклів і подивитися, як він поводитиметься в такому режимі. Треба лише визначитися з параметрами тесту.

На сьогодні в мене все, сподіваюся, було корисно.