LTO аккумуляторы 18650 ёмкостью 1500мАч + 1200 циклов ресурсного теста

Литий-титанат аккумуляторы продаются довольно давно, но вот как-то так получилось, что у меня их до этого не было и потому было решено восполнить этот пробел и заказать парочку для теста и удовлетворения собственного любопытства.
Осмотр, тесты и небольшой бонус.



В качестве пояснения, обзор фактически составлен из двух, собственно обзора аккумуляторов и ресурсного теста, а так как ресурсный тест занимает прилично времени, то и писались эти части в разное время.

Часть первая, аккумуляторы.

Литий-титанатные аккумуляторы являются вариантом литий-ионных, но используют пентатитанат лития (Li4Ti5O12) в качестве анода, отличаются повышенной надежностью, большим сроком службы и могут нормально работать при низких температурах, что собственно и выделяет их на фоне остальных элементов.

Но кроме того у них есть еще одна особенность, они имеют напряжение 2.4 вольта и потому подходят для замены двух никелевых аккумуляторов (1.2+1.2=2.4В), правда с некоторыми оговорками связанным с зарядом.
Эта особенность полезна тем, что «обычный» литий-ионный аккумулятор заменяет три никелевых аккумулятора, потому его можно применять там где использовались 3, 6, 9 и т.д. ячеек, а вот для вариантов где было 2 или 4 ячейки они не подходили, также не сильно помогали и LiFePO4 аккумуляторы. Как пример, у меня есть хороший шуруповерт, но использующий батарею 4.8 вольта, где одной ячейки 3.7 вольта мало, а двух много.
Но к сожалению ситуация не так проста, например я так и не смог пока найти плат защиты под 1-2 элемента, кроме того нужна плата на ток более 20А.

И так, вернемся к аккумуляторам.
Заказаны были в украинском магазине, стоят 68грн за штуку (2.4 доллара), с доставкой пара вышла $7.3, из хорошего, доставка была очень быстрой, вечером отправили, днем они были уже у меня дома, но онлайн заказ обрабатывали долго, пришлось даже звонить.

Упаковали в пакет, внутри которого пара аккумуляторов была плотно обмотана пленкой, в общем нормально.


Внешне самые обычные 18650 ячейки, единственное что выделяет, буквы LTO в маркировке. В конце есть еще маркировка PSR, но так как я видел в интернете такие аккумуляторы с маркировкой PSQ, то у меня есть стойкое ощущение что это дата выпуска и последняя буква отвечает за год.


Размеры и вес, здесь все нормально за исключением того, что один аккумулятор легче другого.


Кстати о характеристиках. Даташит я так и не нашел, на странице продавца есть табличка с характеристиками, которая уже на этапе беглого просмотра вызывает некоторые сомнения так как ток заряда и номинальный и максимальный заявлены как 5А.


Поиск по интернету вывел на несколько подобных аккумуляторов, первый внешне почти идентичен, за исключением маркировки PSQ (именно потому я и подумал что это дата выпуска), но в продаже его нет, вторые в продаже есть, характеристики схожи, но отличаются внешне, а кроме того стоят заметно дороже.

Но на мой взгляд здесь характеристики немного скромнее, особенно в части отдаваемого тока, до 7А в первом случае и до 9А во втором, для обозреваемых заявляется ток до 15А.


Перед тестами провел цикл «нормализации» для обоих аккумуляторов, он включал в себя заряд, разряд, заряд током 1С и уже на этом этапе первый аккумулятор выдал всего 1215мАч у второго результат был заметно лучше, 1413мАч.


Так как уверенности в характеристиках у меня не было, то заряд проверял в двух режимах, 0.5 и 1С, где С=1.5А.
Сначала результаты второго аккумулятора и здесь все довольно красиво, 2 часа 5 минут при 0.5С


При 1С немного затянуто, но также очень неплохо. Заряд проводился после полного разряда током 0.2С.


А вот первый аккумулятор показал результаты куда хуже, его я проверял только при токе заряда 1С (1.5А), по времени всего чуть больше чем второй номер, но с учетом меньшей емкости получается дольше, фаза CV очень затянута, собственно это можно видеть и по графику.


Измерения. Заряд проводился током 1.5А до напряжения 2.8 вольта, отключение по падению тока до 50мА, разряд до напряжения 1.6 вольта.

Сначала первый экземпляр, ток разряда 0.2, 0.5, 1, 2С, 5 и 7.5А (5С). Ну что тут сказать, результаты очень плохие, при 5С аккумулятор отдал всего 950мАч, да и при 0.2 было всего чуть больше чем 1400, не говоря о сильной просадке напряжения.


Температура при токах разряда 3, 5 и 7.5А.


Второй аккумулятор оказался гораздо лучше чем первый, потому я расширил тест проверив его при токах 10 и 15А. Могу сказать что при 10А он работает еще более-менее нормально, а вот при 15А наблюдается явная перегрузка, так что заявленным в описании 15А он не соответствует и больше подходит по описания найденные на Алиэспресс, где заявлялось 7.5 и 9А.


Температура при токах 3, 5 и 7.5А была примерно на 10 градусов ниже чем у первого экземпляра.


При токах 10 и 15А конечно было повыше, но как минимум при 10А она была очень даже нормальной.


Сравнительный график первого и второго экземпляров при токах 0.2С, 1С и 7.5А, хорошо видно насколько первый экземпляр проигрывает второму.


Внутреннее сопротивление при получении, после «нормализации» и после всех тестов.
Здесь также заметно что импеданс первого экземпляра выше, причем заметил что он зависит от напряжения, у «обычных» литий-ионных и LiFePO4 такая зависимость проявляется гораздо меньше.
Также сопротивление не соответствует заявленным 16мОм и больше подходит под 20мОм, которые имеют аккумуляторы с максимальным током 7.5А.


А вот теперь небольшой бонус.
В википедии насчет Литий-титанат аккумуляторов пишут следующее-

могут без потерь работать при более низких температурах до минус 30 градусов, в отличие от классических литий-ионных, которые уже при минус 5 градусах снижают свои показатели на 20 %.

Для теста я на несколько часов положил второй аккумулятор в морозилку, где он охладился до температуры примерно в -15 градусов. Аккумулятор был предварительно полностью заряжен как и в предыдущих тестах. Аккумулятор во время теста находился в морозилке, кроме того, дополнительно охлаждался.
Импеданс аккумулятора также подскочил с 18 до почти 24мОм.


В качестве эксперимента аккумулятор сначала был нагружен током 1С, я посчитал что в таком варианте это будет не так долго как при меньших значениях, но и не настолько много, чтобы аккумулятор стал подогревать сам себя.
Второй тест был при 7.5А и напряжение на аккумуляторе настолько просело, что я начал даже волноваться чтобы нагрузка не отключилась по нижнему лимиту. Но здесь помогло то, что она не могла удерживать заданные 7.5А при напряжении ниже 1.8 вольта и сбросила ток до 6.6А, сказались длинные провода.
Явно виден этап падения напряжения и заметный подъем по мере прогрева аккумулятора, если бы нагрузка удерживала ток 7.5А все время, то перепады были бы еще больше.

В итоге получено около 1150мАч в обоих режимах, в первом потому что ток был небольшой, во втором сработал самоподогрев аккумулятора. Но в обоих случаях разница не так уж мала.


Кроме того, LTO аккумуляторы позволяют не только разряжать и при отрицательных температурах, а и заряжать, что иногда может быть очень критичным так как «обычные» такого не допускают.
Например в двух найденных даташитах на более емкие экземпляры указана температура -40 и даже -50 градусов.


Мне также было любопытно как поведет себя аккумулятор если попытаться зарядить его при температуре в -15 градусов.
После того как аккумулятор был разряжен током 1.5А я включил заряд тем же током. Да, он зарядился, но на заряд ушло 1050мАч, хотя было «скачано» 1150мАч, да и сам график ну совсем вялый, под конец думал что уже и не дотянет.

По завершении заряда я его вынул, нагрел, установил в то зарядное которым заряжал ранее и он смог взять еще 141мАч, после чего опять охладил и провел тест при токе 7.5А.


Часть вторая, ресурсный тест.

Проводились тесты с использованием уже известной многим моим читателям нагрузкой EBC-A10, как и в прошлый раз нагрузка была установлена в таком месте квартиры, где температурные колебания минимальны, а выглядело все примерно так (фото другого теста).


Начал с режима:
5А разряд до 1.6 вольта
Пауза 5 минут
3А заряд до 2.8 вольта с отсечкой по 100мА
Пауза 1 минута.

В итоге каждый цикл длился чуть меньше часа.


Но после 500 циклов мне надоело смотреть на слишком медленное падение емкости, когда результаты больше зависели от температурных колебаний чем от старения и я провел несколько тестов в других режимах. Жирным выделены отличия от предыдущего теста.

Циклы 501-800
7.5А разряд до 1.6 вольта
Пауза 5 минут
4.5А заряд до 2.8 вольта с отсечкой по 100мА
Пауза 1 минута.

Циклы 801-1000
9А разряд до 1.6 вольта
Пауза 5 минут
4.5А заряд до 2.8 вольта с отсечкой по 100мА
Пауза 1 минута.

Циклы 1001-1100
9А разряд до 1.6 вольта
Пауза 10 минут
3А заряд до 2.8 вольта с отсечкой по 100мА
Пауза 1 минута.

Циклы 1101-1200
5А разряд до 1.6 вольта
Пауза 5 минут
3А заряд до 2.8 вольта с отсечкой по 100мА
Пауза 1 минута.

Как можно догадаться, тестировал заходами по 100 циклов, но в некоторых случаях менял параметры, графики в конце каждого этапа выглядели как-то так


В процессе все полученные результаты сводились в один файл, после чего получилось построить соответствующий график.
Каждый 100 циклов аккумулятор вынимался из держателя и измерялся его импеданс, обычно все проходило без проблем, но почему-то на этапах 900 и 100 циклов появился резкий скачок емкости. Если его возникновение при 1000 я еще могу как-то понять, там было изменение режима и пауза получилась чуть больше, то откуда он при 900, не знаю.



Этот же график, но добавил к нему результаты измерения энергоотдачи в мВтч.


При этом импеданс аккумулятора хоть и медленно, но неукротимо рос, ниже соответственно результаты после каждой сотни циклов, 1200 циклов, 12 результатов.


Тесты проводились в разных режимах не просто так, мне это позволило сделать некоторые выводы.
1. В режиме заряд/разряд 3/4.5А емкость снижается очень медленно, за 500 циклов она упала примерно на полтора процента, если экстраполировать результаты для снижения до 80% то будет примерно 6500 циклов.
2. В режиме 4.5/7.5А емкость стала падать значительно быстрее и за 300 циклов упала примерно на 4.5%, соответственно в таком режиме ресурс будет не более 1200 циклов.
3. Если поднять ток разряда до 9А (6С), то результаты будут еще хуже, думаю вряд ли больше 700-800 циклов.
4. Снижение тока заряда до 3А и увеличение паузы после разряда с 5 до 10 минут фактически ничего не дало, значит больше на ресурсе отражается ток разряда, а не заряда.
5. Возврат к первому режиму 3/5А сделал график опять более плавным, хотя и не таким как он был в самом начале, сказывается износ аккумулятора и увеличение импеданса.

На мой взгляд аккумулятор показал довольно неплохие ресурсные результаты, ток заряда 3А (2С) и ток разряда 5А (более 3С) для него оптимален. Думаю что можно поднять ток разряда еще больше, например до 6А (4С) но при 7.5А (5С) ресурс будет значительно снижен.

Итого, ресурсный тест показал хорошую живучесть LTO аккумулятора, хотя сами аккумуляторы имеют низкое качество и большой разброс характеристик.

Выводы.
В плане емкости первый экземпляр соответствует своим заявленным 1500мАч, но пожалуй это было единственное соответствие, так как сопротивление было немного выше и кроме того, при токе 15А наблюдается перегрузка с сильной просадкой напряжения. Исходя из тестов могу сказать что реальные параметры выглядят несколько скромнее и больше соответствуют аккумуляторам с Алиэкспресс, где было 1500мАч, 20мОм и ток до 7.5А.

Второй экземпляр меня вообще поразил, такое ощущение что это вообще два разных аккумулятора. Я как-то рассказывал, что график разряда аккумулятора это как отпечатки пальцев у человека, каждый тип по своему уникален. Выше явно видно что у них отличаются не только параметры, а и график, что говорит именно о разных ячейках.

По поводу работы при низких температурах я также ожидал большего, теперь у меня в планах по возможности добавлять и такой тест в обзоры.

Кстати, продавцу аккумуляторов была дана ссылка на обзор, где показаны аккумуляторы, которые они продают, ответили что почитают, потом я написал им еще несколько раз, ответ был примерно таким же. Думаю что им просто неинтересно знать, чем они торгуют, хотя при общении сказали, что имеют возможность тестировать элементы, причем даже при больших, чем у меня, нагрузках.

На этом у меня на сегодня все, надеюсь что было полезно.