Память о глубине: топим литиевые аккумуляторы на 1500 м / forpes.ru

Главная
Память о глубине: топим литиевые аккумуляторы на 1500 м

Память о глубине: топим литиевые аккумуляторы на 1500 м +113

16.12.2025 05:08

AlekDikarev 54 19000 Источник

Приветствую, глубокоуважаемые!

Мой дед говорит: делай добро и бросай его в воду (С) м/ф "Ух ты, говорящая рыба!"

Сегодня все у нас на литии, и даже под воду мы тащим литий, но вместе с ним — сложные, тяжёлые и дорогие нормобарические корпуса. Возникает вопрос: мы правда защищаем аккумуляторы от среды или просто страхуемся традицией, не зная, на что они реально способны под давлением? Чтобы ответить, пришлось устроить LiFePO₄ 18650 стресс-тест. Результат, как водится, - убил.

Под катом 150 килограмм на квадратный сантиметр, аккумуляторы, щепотка сопромата и ключ на 55.

Пенопластовые балберки: нырявшие на 1500 м и не нырявшие для сравнения

0. Intro

Мы затеялись не ради праздного любопытства: мы не блогеры - у нас профессия есть. Разрабатываем различную подводную технику: системы гидроакустической связи и навигации, коллеги-смежники делают разных подводных роботов. И все это естественно надо чем-то питать. И чем дальше в море - тем длиннее автономки.

Под водой, где есть чем занять разную технику, как правило холодно, темно и страшно.
А массовые разработки аккумуляторов в большей степени ориентируются на применение в стандартных земных условиях: если длительная работа при низких температурах не является чем-то из ряда вон выходящим и именно по этому речь идет именно о LiFePO4, то высокое гидростатическое давление - это фактор экзотический и не рассматривается при проектировании обычных аккумуляторов и сборок.

Есть буквально несколько научных работ, где исследуются эффекты высокого давления на Li-Ion/Li-Po акб. Причем бОльшая часть из них рассматривают механическое давление на призматические акб - такие, какие применяются, например в смартфонах. Оно и понятно - человечеству важнее понимать - и я пишу это без иронии - насколько безопасно положить телефон в задний карман и сесть, чем то, что будет с аккумулятором на морском дне.

Если вкратце по этим исследованиям: все неоднозначно. Механическое давление ведет к разрушению структуры и замыканию, гидростатическое - вроде бы подавляет рост дендритов лития, но ускоряет деградацию. Про литий-железофосфат вообще ничего толком нет, и мы решили по мере сил заполнить этот пробел.

1. Что, как и зачем измеряем

Любое техническое проектирование - это оптимизационная задача, я бы даже сказал - минимизационная, мы все минимизируем, потому что, как обычно, ничего толком нет. А не "поставим блютус, вай-фай и светодиод" и вот это вот все.

Мы хотим понять, до какой глубины можно использовать LiFePO4 аккумуляторы, не прибегнув к использованию нормобарического корпуса - такого, который разгружает внутренний объем от внешнего давления.

Почему? Потому что это ответственная деталь, которая имеет существенные габариты, вес и стоимость. Если надо опускать ниже метров 600 - то ни из какого пластика ее не сделаешь - пластик "плывет" при таких давлениях, а металл - корродирует, сделаешь из нержавейки - тяжелая в обработке и в переноске, сделаешь из алюминия - так там метизы из нержавейки и будет гальваническая пара, покроешь анодированием - а кто-то царапнет, уронит, наступит - и привет.

Вот пример такого корпуса, он не для батареек, но все же:

Маяк-ответчик Zima2RK: нормобарический корпус с электроникой и гидроакустическая антенна

Это алюминиевый анодированный корпус на 1000 м (10 МПа или 100 бар), в котором живет электроники столько, сколько в исполнении до 300 метров помещается в объеме антенны - на картинке черный цилиндр. Собственно до 300 метров весь маяк и выглядит как одна антенна, а на 1000 приходится таскать с собой такой "чемодан".

С корпусом понятно, будем акб без корпуса давить. Но просто так "голяком" аккумуляторы в воду, тем более морскую, очевидно совать нельзя - надо чем-то покрыть. Мы давно исповедуем такое правило: "что залито - затечь не может". Все, что можно, заливаем в полиуретан. Так сделали и в этот раз: подготовили пять новых аккумуляторов емкостью 2000 мАч и залили их в предварительно изготовленных формах, толщина слоя полимера 3 мм.

Да, мы знаем, что пять - это не статистика, но я же подстелил себе оправдательной соломки: работаем с тем, что есть - в наш гидробак это поместится, да и у кабеля как раз 6 жил вместе с оплеткой. Конусный ввод спроектирован специально под этот кабель и другой туда вставить не получится.

Тестовые ячейки LiFePO4 18650 в полиуретановой оболочке готовы к погружению

Почему так можно? Получившийся слой относительно мягкого (90 по Шору А) полиуретана практически никак не разгружает корпус аккумулятора от внешнего давления: оно почти в неизменном виде будет воспринято аккумулятором.

Чуть более развернуто под спойлером

Тут можно допустить, что слои полиуретана и оболочки аккумулятора работают параллельно. Это значит, что нагрузка распределяется пропорционально жесткостям слоев. Запишем закон Гука:

$F_t=F_{bat}+F_{pu}=(k_{bat}+k_{pu})\cdot \delta$

Где $k_{bat}$ и $k_{pu}$ - радиальные жесткости аккумулятора и оболочки, $\delta$ - радиальная деформация. - полная внешняя сила. И доля нагрузки, воспринимаемая оболочкой:

$\alpha_{pu}=\frac{k_{pu}}{k_{bat}+k_{pu}}$

Если рассматривать аккумулятор как стальной цилиндр (Модуль Юнга = 200 ГПа, коэффициент Пуассона =0.3), а полиуретановую оболочку как тонкую оболочку (Модуль Юнга $E_{pu}$ =20 МПа при твердости 90 по Шору (А)), то радиальная жесткость металлического цилиндра получится:

$k_{bat}=\frac{E_s\cdot r_s}{1-\nu_s^2} \approx 1.98\cdot 10^9 \space Н/м$

А радиальная жесткость оболочки:

$k_{pu}=\frac{E_{pu}\cdot h_{pu}}{r_{out}}\approx2.5\cdot 10^6 Н/м$

И оболочка воспримет всего лишь

$\alpha_{pu}=\frac{k_{pu}}{k_{bat}+k_{pu}}\approx 0.0013 = 0.13 \%$

То есть полиуретан забирает на себя порядка одной десятой процента нагрузки — для наших целей можно считать, что аккумулятор воспринимает внешнее давление полностью.

Итак, есть пять залитых, можно даже сказать, облитых элемента 18650. Их контакты заводятся в общую конусообразную "морковку", внутри морковки все переходит в один шестижильный кабель.

Аккумуляторы перед помещением в гидробак

Крышка гидробака весит ~50 кг, поэтому утруждать себя частыми её перемещениями вручную не стали - повесили таль.

Из гидробака торчат 12 шпилек М32, затягиваются они строго по номерам - как колесо у фуры. Основное уплотнение крышки - фторопласт. Остальные мелкие уплотнения - медь.

Далее идет собственно сам измерительный стенд.

Суть эксперимента состоит в том, чтобы при разном давлении от 0 до 14 МПа с шагом 2 МПа произвести цикл-заряд-разряд. То есть от поверхности мы опускаемся до 1400 метров (ок, 1500 в заголовке для красоты) по ступенькам - каждая 200 метров.

Каждый АКБ имеет свою цепь разряда, измерения и заряда - они идентичны с точностью до погрешностей, связанных с номиналами используемых компонентов.

Как видите, стенд получился объемный. Да, стоит сказать, что по-хорошему надо было бы измерять прям непосредственно у контактов - но это проблематично выполнить. Мы попытались учесть падение напряжения на проводах.

При каждом значении давления выполняется следующая последовательность действий:

Заряд ячеек током 1А до напряжения 3.6 +/- 0.1 В
Разряд ячеек током 390 +/- 3.9 мА до напряжения 2.2 +/- 0.05 В при помощи источников тока

В ходе разряда, каждые пять секунд измеряются напряжения на каждом аккумуляторе и вместе с меткой времени эти данные сохраняются.

Давление контролируется поверенным манометром ЦМ-И-521Р(0-16MPa)М20х1,5.0,25.ЭП с диапазоном измерений 16 МПа и классом точности 0.25. Допустимая погрешность поддержания давления в ходе активной фазы эксперимента (разряда) выдерживалось в диапазоне +/- 0.5 Бар (т.е. +/- 5 метров) от заданного при помощи ручного насоса. Насос, кстати, для опрессовки батарей, только не аккумуляторных, а батарей отопления. Вроде как должен до 2500 м мочь, и это сильное заявление, проверять мы его конечно же не стали.

Прежде чем перейти к результатам эксперимента стоит немного признаться, что не всегда у нас удавалось все делать одинаково: накачал, зарядил и запустил разряд. Иногда разряд начинали через час-другой после зарядки. Иногда на выходные вся эта электроника оставалась под давлением, так что не все разрядные характеристики начинаются с одинаковых величин. Но тем не менее, это не должно было повлиять на общую картину.

2. Результаты экспериментов

Сразу скажу, что в результате экспериментов ни один из аккумуляторов не пострадал - не утратил работоспособности. Эксперимент занял почти весь август 2025 года - именно столько "гирлянда" из пяти акб провисела в гидробаке, но все они полностью рабочие и сейчас - на всякий случай проверяли еще на прошлой неделе.

Мы получили кучу данных - напряжение измерялось каждые пять секунд для пяти аккумуляторов в течение более четырех часов - именно столько в среднем занимал разряд. Все это для давление от 0 до 14 МПа и обратно с шагом 2 МПа.

То, что мы получили сходу - разрядные характеристики. И они выглядят разочаровывающе неинформативно:

Разрядные характеристики АКБ №1 при разных давлениях - малоинформативно

Вот например все данные по акб №1. Если взять наиболее важную конечную часть, примерно после 3.5 часов, это выглядит так:

Увеличенный фрагмент - все еще неинформативно

Так же - вроде бы и есть увеличение времени разряда от давления, но совпадение не однозначное: можно снести это на немного разные условия заряда/разряда при разных экспериментах.

В таких случаях один из выходов - статистический и корреляционный анализы, которые и пришлось выполнить. Мы посчитали:

коэффициенты корреляции Пирсона для каждой разрядной характеристики
оценку статистической значимости (p-value)
линейную регрессию конечного напряжения от давления и коэффициенты детерминации (R^2)
анализ адекватности модели (F-статистика)

Некоторой мерой качества и похожести измерительных цепей можно выбрать СКО (среднеквадратичное отклонение) напряжение, усредненного по всем выборкам. СКО для всех в общем-то очень похоже:

Измерительные цепи похожи друг на друга - это хорошо

Варьируется незначительно - в пределах 0.01 В.

Дальше - больше: длительность и энергия разряда в целом показывают рост с ростом давления и далее, с уменьшением давления не демонстрируют однозначного убывания - это примечательный момент. Это значит, что возможно с аккумуляторами что-то произошло - они после высокого давления ведут себя как-то иначе. Можно заподозрить наличие гистерезиса.

Построим в более наглядном виде графики и пробуем количественно оценить гистерезис для времени и емкости:

Для порядка величины гистерезиса в таблице:


АКБ	Гистерезис емкости, А·ч	Гистерезис емкости, %	Гистерезис времени разряда, сек
АКБ №1	0.0088	0.44	82
АКБ №2	0.0185	0.93	170
АКБ №3	0.0144	0.72	133
АКБ №4	0.0154	0.77	142
АКБ №5	0.0133	0.67	123

Качественно - гистерезис присутствует. Количественно - кот наплакал.
Кот наплакал в среднем по +100 секунд ко времени разряда. Т.е. акб после обработки давлением стали держать заряд примерно на 100 секунд больше. В сравнении с 4+ часами полного разряда - именно что "слезы".

Теперь, чтобы хоть примерно оценить, что наблюдаемый эффект действительно может быть связан с давлением, строим матрицу корреляций для всех параметров от давлений.

Матрица корреляций разных параметров от давления для фаз повышения и понижения

В матрицах присутствуют начальное и конечное значения напряжения - они никак не зависят от давления и внесены как эталонные параметры. Так все еще недостаточно наглядно, поэтому для пуристов под спойлером убер-таблица, куда сведены все статистические показатели.

Убер-таблица со статистическими показателями

АКБ	Фаза	Хр-ка	r	R²	p_value	F_stat	F_pval	Значимость
1	↑	U_нач	-0.156015	0.031792	1.000000	0.197014	0.672701
		U_кон	0.234577	0.071871	1.000000	0.464619	0.520901
		Скорость	0.225556	0.066450	1.000000	0.427079	0.537650
		Длительность	0.573184	0.429114	0.172624	4.509979	0.077887
		Энергия	0.667073	0.581206	0.056099	8.326861	0.027852
		Емкость	0.573681	0.429858	0.171808	4.523690	0.077541
	↓	U_нач	0.349157	0.175551	0.930349	0.851727	0.408294
		U_кон	0.346188	0.172579	0.939333	0.834296	0.412708
		Скорость	0.400239	0.230675	0.778373	1.199362	0.334966
		Длительность	0.402907	0.233761	0.770589	1.220305	0.331278
		Энергия	0.415979	0.249176	0.732714	1.327478	0.313429
		Емкость	0.395267	0.224980	0.792921	1.161158	0.341875
2	↑	U_нач	0.158209	0.032692	1.000000	0.202783	0.668297
		U_кон	-0.404365	0.213565	0.564821	1.629366	0.248969
		Скорость	0.213358	0.059457	1.000000	0.379293	0.560603
		Длительность	0.586065	0.448616	0.152135	4.881709	0.069195
		Энергия	0.776775	0.788087	0.005142	22.313467	0.003246	**
		Емкость	0.589513	0.453910	0.146894	4.987204	0.066970
	↓	U_нач	0.367172	0.194134	0.876163	0.963603	0.381859
		U_кон	-0.081170	0.009488	1.000000	0.038314	0.854356
		Скорость	0.368819	0.195880	0.871238	0.974380	0.379472
		Длительность	0.293208	0.123798	1.000000	0.565160	0.494004
		Энергия	0.309247	0.137712	1.000000	0.638822	0.468908
		Емкость	0.285659	0.117505	1.000000	0.532606	0.505954
3	↑	U_нач	0.521008	0.354546	0.270126	3.295775	0.119374
		U_кон	-0.130460	0.022230	1.000000	0.136412	0.724558
		Скорость	0.225280	0.066287	1.000000	0.425956	0.538167
		Длительность	0.601149	0.472006	0.129972	5.363766	0.059777
		Энергия	0.722397	0.681610	0.020945	12.844793	0.011588	*
		Емкость	0.601881	0.473157	0.128946	5.388588	0.059341
	↓	U_нач	0.318917	0.146460	1.000000	0.686362	0.453975
		U_кон	-0.531307	0.406494	0.422883	2.739607	0.173231
		Скорость	0.262740	0.099406	1.000000	0.441515	0.542739
		Длительность	0.331158	0.157918	0.985022	0.750134	0.435293
		Энергия	0.342424	0.168846	0.950743	0.812586	0.418327
		Емкость	0.325350	0.152428	1.000000	0.719362	0.444125
4	↑	U_нач	0.592796	0.458980	0.142000	5.090169	0.064891
		U_кон	0.445881	0.259669	0.448839	2.104488	0.197059
		Скорость	0.230963	0.069674	1.000000	0.449350	0.527587
		Длительность	0.625593	0.511173	0.098255	6.274278	0.046224
		Энергия	0.726512	0.689397	0.019181	13.317241	0.010716	*
		Емкость	0.625730	0.511396	0.098092	6.279887	0.046154
	↓	U_нач	0.359057	0.185648	0.900498	0.911881	0.393692
		U_кон	0.098276	0.013908	1.000000	0.056416	0.823923
		Скорость	0.454455	0.297403	0.624020	1.693163	0.263074
		Длительность	0.411525	0.243868	0.745571	1.290081	0.319470
		Энергия	0.413422	0.246122	0.740088	1.305897	0.316891
		Емкость	0.402450	0.233231	0.771921	1.216695	0.331908
5	↑	U_нач	0.585995	0.448510	0.152241	4.879617	0.069240
		U_кон	0.255993	0.085594	1.000000	0.561634	0.481941
		Скорость	0.320882	0.134485	0.828300	0.932293	0.371556
		Длительность	0.612791	0.490465	0.114220	5.775444	0.053062
		Энергия	0.712682	0.663401	0.025541	11.825342	0.013821	*
		Емкость	0.613366	0.491387	0.113472	5.796795	0.052742
	↓	U_нач	0.614976	0.544601	0.237571	4.783499	0.093994
		U_кон	-0.667193	0.641010	0.145690	7.142375	0.055660
		Скорость	0.413614	0.246350	0.739535	1.307502	0.316632
		Длительность	0.381401	0.209472	0.833796	1.059908	0.361414
		Энергия	0.391603	0.220828	0.803682	1.133652	0.347001
		Емкость	0.373803	0.201210	0.856367	1.007571	0.372282

В столбце «значимость» соответствует p < 0.05, * соответствует p < 0.01.

3. Выводы

3.1. Твердо и четко (и кратко)

Да, аккумуляторы работают под внешним давлением 14 МПа - заряжаются и разряжаются.

Да, есть статистически значимая положительная корреляция между внешним давлением и энергоемкостью аккумуляторов. Что в общем-то согласуется с существующими исследованиями Li-ion/Li-Po аккумуляторов.

3.2. Почему?

Тут конекретно мы может только предполагать (мы вообще системы связи и навигации разрабатываем, не электрохимики мы).
От внешнего давление может улучшаться контакт между компонентами аккумулятора - электродами, токоотводами и сепаратором, что улучшает проводимость.
Внешнее давление скорее всего может модифицировать пористую структуру электродов и сепаратора, улучшая распределение электролита в пористой структуре и увеличивая эффективную площадь контакта между активным материалом и электролитом. Увеличивается скорость диффузии ионов лития.
Наверное, если передавить, пористость сепаратора может снижаться.

3.3. Статистическая значимость

Опять же, выборка не велика. Здесь я просто описываю числа.

Присутствует статистически значимая связь (p < 0.05) между давлением и энергией разряда для четырех из пяти исследованных аккумуляторов в фазе повышения давления, с коэффициентами корреляции от r = 0.71 до r = 0.78 и коэффициентами детерминации R² от 0.66 до 0.79.

Наиболее сильная корреляция у АКБ №2 (r = 0.78, R² = 0.79, p = 0.005), это говорит о том, что 79% вариации энергии разряда может быть объяснено изменением давления.
Эталонные параметры (начальное и конечное напряжение) с давлением особо не коррелируют (p > 0.5 в большинстве случаев).

3.4. Эффект гистерезиса и необратимые изменения

Характеристики аккумуляторов, измеренные при снижении давления, не совпадают с характеристиками, полученными при повышении давления до тех же значений. Величина гистерезиса по емкости варьировалась от 0.44% до 0.93%, а по времени разряда от 82 до 170 секунд для разных образцов.

Какова причина? Судя по всему где-то что-то необратимо деформировалось - изменилась внешняя геометрия и может быть изменилась структура, например, пористость сепаратора.

Присутствие гистерезиса также объясняет, почему в фазе понижения давления статистически значимые корреляции отсутствуют или существенно ослабевают — система находится в другом структурно-механическом состоянии по сравнению с фазой повышения давления.

3.5. Что дальше?

У наших экспериментов были очевидные ограничения. Во-первых, малая выборка, а во-вторых, хорошо бы все то же самое проделать при разных температурах. Хотя бы при низкой, чтобы максимально близко сымитировать подводные условия.

Но мы получили очень важный качественный результат: ничего не сломалось. Аккумуляторы полностью рабочие и по сей день. Конечно, очень полезно было бы выполнить и ресурсные испытания, чтоб понять, как внешнее давление, а точнее даже циклирование давления - постоянные нагрузки-разгрузки влияют на долговечность ячеек.

Примерно такие мы видим планы по этой теме.

3.6. ...And one more thing

Я чуть не забыл о самом главном: есть и еще некоторый явный эффект.

Мы вскрыли оболочку одного из аккумуляторов (не из этих пяти, но такого же). Электрически он полностью рабочий

но есть нюанс

Ничто не проходит бесследно, особенно неупругие деформации.

4. Outro

На этом будем заканчивать. Как обычно искренне признательны всем читателям, благодарим за ваше время и надеемся, что было полезно.

Будем еще больше благодарны за обратную связь - это очень мотивирует.

Вся работа по подготовке и проведению эксперимента проведена группой лиц по предварительному сговору, а не одним мной.

В качестве бонуса полный датасет эксперимента

Комментарии (54)

Pyhesty
16.12.2025 05:28
#29258008
"что залито - затечь не может"

класс, нужно запомнить =)))

вопрос: в гидробаке морская вода?
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29258120
  Нет конечно не морская) С обычной то алюминиевый предохранитель гниет, с морской наверное они вообще одноразовые бы были. У нас там фильтр на воду специально для гидробака, так то с него пить можно.

mmMike
16.12.2025 05:28
#29258020
О! спасибо большое.
Получается, как минимум, для подводного фонаря (глубины существенно меньше) не нужно возится с боксом для аккумуляторов... А то они стоят как паровоз. Еще бы такой эксперимент с светодиодами и микросхемами бытового класса. По идее там то же все компаундом залито. Но вдруг нюансы..
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29258132
  Конечно есть нюансы - а где их нет?) Ну до водолазных глубин заливать в полиуретан вполне можно. Нужно конечно иметь в виду, что такой способ подразумевает неремонтопригодность, но, как говориться, все наши недостатки являются логическими продолжениями наших достоинств.
  1. Arhammon
    16.12.2025 05:28
    #29258910
    Почему неремонтопригодное? Пленка на изделии под полиуретаном портит характеристики? По крайней мере на фото с деформированой АКБ не особо заметно какой-то суперадгезии к корпусу и пленке вокруг банки. В то время как клей фиксирующий те же ноутбучные АКБ фиг чем снимешь без следов.
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29258924
    ну, если так подходить к вопросу, то да. Придется перезаливать, если это вообще имеет экономический смысл.
    
    mmMike
    16.12.2025 05:28
    #29259386
    Канистровый фонарь стоит от 40 (самый дешманский) до 1xx тыс. рублей.
    И основная цена в нем - это не головная часть со светодиодом и магнитным (геркон+схемка драйвера) выключателем, а сама канистра.
    Да при такой цене, можно тупо на каждую поездку сборку аккумов делать/заливать мягким герметиком как на фото.
    
    Надо будет попробовать. Был всегда уверен, что в банках аккумов полно воздушных полостей и обычные банки (как на фото) уже на 15 м деформирует и замкнет под водой. Никогда даже мысли не было попробовать.
    
    А еще хотел подогрев в сухарь. Но останавливала стоимость канистры, а внутри костюма как то страшновато было располагать (а вдруг замкнут/начнут греться и пр.). Не сбросишь же.
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29259708
    Именно. Большая корпусная деталь с крышкой, с обработкой под уплотнения и т.п. это естественно дорого.
    
    Darkness_Paladin
    16.12.2025 05:28
    #29266088
    Вы никогда не пилили аккумулятор? Зря. Да, в нём, в отличие от банальных батареек, "полно воздушных полостей" -- но стакан у него очень крепкий, о повреждениях от давления 15м водяного столба (1.5 кгс/см²) и речи быть не может -- главное, чтоб он было обжат внешним давлением равномерно.
    Вот если вы зальёте сборку аккумов твёрдым компаундом -- тут да, возникает риск, что неравномерное давление раздавит те из них, что будут по краям сборки. Если же давление одинаково со всех сторон -- никаких проблем.
    
    Кстати, если вам интересна тема "подводных аккумуляторов"-- возможно, стоит подумать о возможности поместить аккумы в эластичную герметичную оболочку, заполненную, например, изопропиловым спиртом (он и так есть в составе электролита, так что потенциально возможное попадание небольшого его количества внутрь аккумулятора, вероятно, его не испортит). Оболочка и спирт -- исключительно как защита от контакта аккума с водой, давление среды банка аккумулятора выдержит сама. Только проконтролируйте, чтоб аккумы были без встроенных плат бмс -- подозреваю, что их наличие может негативно сказаться на прочности банки и на надёжности устройства.
1. chiandr
  16.12.2025 05:28
  #29261754
  При эксплуатации скважинных приборов несколько раз видел результаты аварий, когда электроника оказывалась под давлением ~60 МПа. После такого издевательства распространённые чипы (SMD резисторы, керамические конденсаторы, микросхемы в пластике) работают безо всяких проблем. Стандартные щелочные элементы сминаются по корпусу, но работают лучше прежнего (внутреннее сопротивление падает). Отказывают только кварцы в металлических корпусах, если их сплющивает. Ну и, естественно, печатные платы разрушаются электролизом.
  1. AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29261818
    логично и ожидаемо. Еще электролиты не переживают такого издевательства. Тут еще может быть (и часто бывает) такой эффект, что у кондеров может емкость меняться и иногда безвозвратно.
  1. nehrung
    16.12.2025 05:28
    #29261990
    микросхемы в пластике
    
    Вот как раз по поводу этих микросхем возникает коллизия. С одной стороны, в таких экзотических (мягко говоря) условиях напрашивается использование компонентов спецсерий - в просторечье, "военных" (от -55 до 125 градусов и т.п.). Но у них корпуса с полостями, сдавливать недопустимо. С другой стороны, "коммерческие" компоненты в пластике легко переносят давление, зато диапазон работоспособности согласно ТУ у них сильно облегчён (всего лишь от 0 до 70, ну и прочие послабления). И уж конечно, их никто официально не сертифицировал на работоспособность при тяжёлом гидростатическом давлении - а при нём мало ли что может проявиться помимо явных, чисто механических эффектов. Как у вас решалась эта коллизия?
    
    Я знаю по крайней мере одно место, где эту коллизию уже пришлось решать - это на глубоководном аппарате "Мир", способном погружаться до 5 км. Как мировцы её решили - не знаю, и спросить возможности не имею. Может, они тупо не выносили ничего электронного за пределы прочного корпуса...
    
    Пардон за оффтоп - микросхемы это всё-таки не аккумуляторы, но случай удобный спросить о том, чем давно интересовался.
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29263314
    Мы обычно что-то сложнее резистора не выносим наружу. И у нас основная масса изделий до 300 м. Я почти уверен, что во всяких мирах и им подобных все в нормобарических корпусах или в кремнийорганике - чему давление не страшно.

Borisych22
16.12.2025 05:28
#29258044
Когда я в наше "нейронное" время натыкаюсь на такие исследования энтузиастов я понимаю, что не всё ещё потеряно...

Спасибо вам!
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29258136
  Рад, что вам понравилось, спасибо за теплые слова! Мы, правда, не то что бы прям на энтузиазме - есть производственная необходимость, ну и не без интереса само собой.
  1. aborigen81
    16.12.2025 05:28
    #29258366
    Присоединяюсь к Borisych22.
  1. Wesha
    16.12.2025 05:28
    #29262114
    А не думаете немножечко допилить — и статейку в журнальчик какой научный?
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29263318
    Тут наоборот - статья вот-вот выйдет, а это адаптация публицистическая )

konst90
16.12.2025 05:28
#29258192
Гибробак у вас - моё почтение. Считаю похожие на прочность.

А почему выбрано именно это давление в качестве финального? Оборудование вроде бы позволяет и дальше "спускаться".
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29258212
  Не, не позволяет. Он как раз аттестован до 1500. Наверное можно до 2-х качать, но мы итак месяц почти проковырялись с этими делами)
1. VT100
  16.12.2025 05:28
  #29262028
  "Двенадцатиболтовка"!

Tillman73
16.12.2025 05:28
#29258428
Можно было бы добавить для теста АКБ при атмосферном давлении. И сравнить их с теми что "на глубине"
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29258486
  Да, вы правы, это логично и мы это сделали - данные начинаются от глубины 0. Надо было бы добавить еще раз измерение при атмосферном в конце, и мы это даже измерили, но эти данные не попали в датасет т.к. там возникла небольшая заминка и я все к этому моменту обсчитал и поленился переделывать)
  1. CraftSW
    16.12.2025 05:28
    #29264014
    Возможно имелось ввиду, во всяком случае у меня первая мысль к концу статьи такая была, параллельно с испытуемыми, так же замерять и один или несколько образцов таких же батарей без воздействия. Контрольный образец, так сказать.
    
    Так как испытуемые уже получили физическое воздействие и, вероятно, изменили свои свойства, как в статье и указано.
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29266500
    Строго формально да, надо было бы такое сделать. Но у нас они сотнями и мы их постоянно измеряем эти аккумуляторы и как-то упустили, надо было добавить еще для батареи вне гидробака, но там быстро не получался еще один канал измерения в стенде.

roverseti
16.12.2025 05:28
#29259042
Отличный материал . Морскую воду и правда использовать затруднительно . Нужно считать "магниевые демферы" чтобы замкнуть электрохимические токи , на другую поверхность. А, если можно для чего такие испытания 8-) ? В свое время работал в КБ ( гидроакустика , ДВ) , станции на 5000 м погружали , надеялись и на 8000... Но, увы.
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29259084
  да можно конечно, собственно я ж и написал - мы всякое такое разрабатываем - как раз гидроакустика. Ее питать надо, например, маяки-ответчики. Там, конечно, акб не на 1400 м.

j_aleks
16.12.2025 05:28
#29259092
ролики на ютубе про деятеля который решил углубиться во все океаны(что то там про покорить глубины 5-ти океанов), по кусочкам информации там электроника залита маслом, а вот с батареями никакой информации нет, а батарейки там огого.... ну и собственно аппарат нырял в марианскую , на 11 км... вот интересно, как там батарейки устроены, а они там снаружи...

old_merman
16.12.2025 05:28
#29259704
Шикарное исследование, молодцы!

А эффекты многократной компрессии/декомпрессии аккумуляторов Вы, часом, не смотрели? Кажется, если в изменении их характеристик есть гистерезис - то при последующих циклах эти изменения должны нарастать? Или Ваши изделия одноразовые, и многократные погружения Вам не интересны в принципе?

Ещё заплющенный торец аккумулятора впечатлил - странно что не пострадал предохранительный клапан, и есть сильнейшее подозрение что "случись чего" после такого он уже не сработает.
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29259756
  Спасибо! У нас изделия, в частности подводные акб до 450 м. Там конструкция внутри немного сложнее и такой эффект отсутствует. До 1400 - это просто испытания практически "голых" аккумуляторов "до щелкчка" или до упора - до куда сможет гидробак. По многократному нагружению до 1400 у нас просто нет времени на это - сделали, что смогли. Изделия конечно же испытываются с циклической нагрузкой, не на такое давление конечно.
1. Bunyaz39
  16.12.2025 05:28
  #29260704
  Гистерезис может как нарастать, так и стабилизироваться после нескольких циклов обкатки
  
  Было бы интересно посмотреть на 10-20 циклов давление/разрядка, чтобы понять динамику)
  1. AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29261684
    Да, очень было бы интересно, но на это, по крайней мере сейчас, совершенно нет времени да и кроме интереса тут мало что можно предъявить для оправдания того, зачем занять людей и оборудование)

bugigugi
16.12.2025 05:28
#29260080
Отличная статья, спасибо! Я правильно понимаю, что из-за деформации корпуса результат эксперимента неудачен? Т.е. нельзя обычный аккумулятор опускать на 1400 м. ? А на сколько можно?
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29260140
  Спасибо, рад, что вам понравилось! Честно говоря это вопрос: все аккумуляторы полностью работоспособны, они заряжаются, разряжаются, емкость не потеряли. Ток выдают. У нас есть акб на глубины до 450 метров, но они внутри все-таки чуть сложнее устроены и я не могу дать вам однозначный ответ, к сожалению.
  1. bugigugi
    16.12.2025 05:28
    #29260398
    Однако деформация означает изменение расстояния между анодом и катодом в разных частях аккумулятора. На ёмкость(если я правильно понимаю) это никак не влияет. Но это приводит к усталости металла. Т.е. при многократном погружении всплытии расстояние между анодом и катодом может уменьшиться до 0 вызвав КЗ? Вопрос исключительно с дивана :)
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29261678
    На давлениях до 450 м такого эффекта нет при определенном подборе параметров. Что касаемо описанного в статье случая с давлением до 14 МПа - ну тут мы и не рассчитывали в таком виде это использовать. Конечно, очень интересно было бы циклически все это погонять, но на это просто нет времени - занять людей, занять оборудование. Мне кажется, что дальше надо анализировать изменения в микроструктуре все-таки, но это явно выходит за рамки наших возможностей и компетенций.
    
    Darkness_Paladin
    16.12.2025 05:28
    #29266138
    Не будет многократных деформаций. Донышко один раз вмялось, и всё. Оно просто приняло рационально обоснованную форму, и останется таким после любого дополнительного количества циклов.
    Ну сами прикиньте, насколько от этого вмятия изменился внутренний объём банки, и, соответственно, внутреннее давление в ней (изначально равное атмосферному). На несколько процентов, не более. Соответственно, после снятия внешнего давления, на донышко будет давить внутренним давлением лишь чуть выше нормального атмосферного. Разница давлений внутри и снаружи будет сильно меньше, чем это донышко испытывает при полёте в самолёте.
    
    И нет, деформация донышка на сам аккум вообще не влияет. Цилиндрические аккумуляторы -- не батарейки, а просто корпуса, сам аккумулятор находится внутри этого корпуса и от деформации донышка не пострадает.

Bunyaz39
16.12.2025 05:28
#29260682
Шикарный стенд. Гидробак, таль, ключ на 55... Повеяло духом старой доброй инженерной школы, где люди не боятся работать руками и железом, а не только код писать. Уважение
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29261680
  Благодарю за добрые слова!

lz961
16.12.2025 05:28
#29261306
Статья -- огонь, а вот графики не читаемые.
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29261898
  Спасибо. Попробую исправить. Кстати в бонусе по ссылке полный датасет вместе со скриптом для октавы, который эти графики строит.

anonymous
16.12.2025 05:28
#29261686
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29261716
  Seawater exposure, corrosion, etc., are not an issue here because the units are fully polymer-coated. The effects you mentioned are more likely to occur with traditional enclosures. And of course, we do not design this for 15 MPa pressure; that was just a stress test. We intended to crush it, but our hydrostatic tank reached its limit. And the units are still fully functional, the article is about this.
1. Wesha
  16.12.2025 05:28
  #29262120
  long-term impact of seawater exposure, corrosion
  
  Looks like we have an idea for future long-term experiments!

sim2q
16.12.2025 05:28
#29262584
Отличный стенд, жаль не в хайрез (шефу бы показал).
Про клапан на акках уже написали - тоже волновался за него пока читал.

MegaHard
16.12.2025 05:28
#29262632
Маслом заливать не пробовали? Тогда по идее деформаций не будет.
1. Wesha
  16.12.2025 05:28
  #29262674
  Нептуну так и передам, чтобы в море воду на масло поменял.
  1. MegaHard
    16.12.2025 05:28
    #29264772
    В пакет залить, аккумуляторы туда кинуть и завязать, это если на бытовом языке.
1. AlekDikarev Автор
  16.12.2025 05:28
  #29263330
  Да будут скорее всего, может быть не такие. Масло ж внутрь акб не зальешь. Но я повторюсь - в статье про стресс-тест, мы такое не поставляем конечно же)
1. Darkness_Paladin
  16.12.2025 05:28
  #29266150
  Будут. Чтоб не было деформаций -- надо избавиться от герметичности стального корпуса аккумулятора, но масло внутри, вероятно, нарушит химические процессы.
  
  Надо не так. Надо избавиться от банки и залить герметиком сам аккумулятор. Тогда можно будет посмотреть, как РЕАЛЬНО давление влияет на физику-химию протекающих в нём процессов. В данном же опыте, фактически, удалось лишь испытать на прочность стальные "стаканы" аккумуляторов, а не сами аккумуляторы.
  1. VT100
    16.12.2025 05:28
    #29266596
    Надо избавиться от банки ..... удалось лишь испытать на прочность стальные "стаканы" аккумуляторов, а не сами аккумуляторы.
    
    В герметичной среде и т.п.
    На вид - уменьшение периметра составило процентов 10-15. На столько же - уменьшился и объём, не считая донышек. Вероятно - были выбраны (и стравлены в бак?) все паразитные внутренние объёмы.
    @AlekDikarev - отмечено ли присутствие газов в баке?
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29266640
    нет. не отмечено. Внешне (если не разрезать оболочку полиуретановую) заметно, что на донцах образовались мениски. Сами акб сохранили герметичность. Нет совершенно никаких эффектов кроме тех, что представлены на фото в статье. Я не понял предыдущего комментатора немного - испытали на прочность банки но не испытали сами акб. Не представляю, как испытать акб на прочность отдельно от его корпуса.
    
    VT100
    16.12.2025 05:28
    #29266718
    Как я понимаю - предлагается окуклить Li-Po?
    
    AlekDikarev Автор
    16.12.2025 05:28
    #29268606
    может быть, для нас это не очень интересно, т.к. LiPo плохо работают при низких температурах, а в воде чем глубже, тем холоднее.

Память о глубине: топим литиевые аккумуляторы на 1500 м +113

0. Intro

1. Что, как и зачем измеряем

2. Результаты экспериментов

3. Выводы

3.1. Твердо и четко (и кратко)

3.2. Почему?

3.3. Статистическая значимость

3.4. Эффект гистерезиса и необратимые изменения

3.5. Что дальше?

3.6. ...And one more thing

4. Outro

Комментарии (54)

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор

AlekDikarev Автор