بطاريات ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن. بطاريات وبطاريات ليثيوم أيون (Li-ion). قياس سعة البطارية بدون أدوات القياس

غالبًا ما تستخدم بطاريات ليثيوم أيون (Li-ion) في الأجهزة المحمولة (أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وغيرها). ويرجع ذلك إلى مزاياها على بطاريات هيدريد معدن النيكل (Ni-MH) وبطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) المستخدمة على نطاق واسع.

تحتوي بطاريات Li-ion على معلمات أفضل بكثير.
ظهرت الخلايا الأولية ("البطاريات") ذات أنود الليثيوم في أوائل السبعينيات من القرن العشرين وسرعان ما وجدت تطبيقًا بسبب طاقتها النوعية العالية ومزايا أخرى. وهكذا ، تحققت رغبة طويلة الأمد في إنشاء مصدر تيار كيميائي مع عامل الاختزال الأكثر نشاطًا - معدن قلوي ، مما جعل من الممكن زيادة كل من جهد التشغيل للبطارية وطاقتها المحددة بشكل حاد. إذا توج تطوير الخلايا الأولية مع أنود الليثيوم بنجاح سريع نسبيًا واحتلت هذه الخلايا مكانها بثبات كمصادر طاقة للمعدات المحمولة ، فإن إنشاء بطاريات الليثيوم واجه صعوبات أساسية ، استغرق التغلب عليها أكثر من 20 عامًا.

بعد الكثير من الاختبارات خلال الثمانينيات ، اتضح أن مشكلة بطاريات الليثيوم تدور حول أقطاب الليثيوم. بتعبير أدق ، حول نشاط الليثيوم: العمليات التي حدثت أثناء العملية ، في النهاية ، أدت إلى رد فعل عنيف يسمى "التهوية مع إطلاق اللهب". في عام 1991 ، تم استدعاء عدد كبير من بطاريات الليثيوم ، التي استخدمت لأول مرة كمصدر للطاقة للهواتف المحمولة ، إلى الشركات المصنعة. والسبب هو أنه أثناء المحادثة ، عندما يكون الاستهلاك الحالي هو الحد الأقصى ، اندلع اللهب من البطارية ، مما أدى إلى حرق وجه مستخدم الهاتف المحمول.

نظرًا لعدم الاستقرار المتأصل في معدن الليثيوم ، خاصة أثناء عملية الشحن ، تحول البحث إلى مجال إنشاء بطارية دون استخدام Li ، ولكن باستخدام أيوناتها. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون توفر كثافة طاقة أقل قليلاً من بطاريات الليثيوم ، إلا أن بطاريات Li-ion آمنة عند تقديمها الأوضاع الصحيحةالشحن والتفريغ.

العمليات الكيميائية لبطاريات Li-ion.

تم إحداث ثورة في تطوير بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن من خلال الإعلان عن تطوير البطاريات ذات القطب السالب المصنوع من مواد الكربون في اليابان. تبين أن الكربون هو مصفوفة مريحة للغاية لعملية إقحام الليثيوم.
من أجل أن يكون جهد البطارية كبيرًا بما يكفي ، استخدم الباحثون اليابانيون أكاسيد الكوبالت كمادة فعالة للإلكترود الموجب. يحتوي أكسيد الكوبالت الملمع على إمكانات تبلغ حوالي 4 فولت بالنسبة إلى قطب الليثيوم ، وبالتالي فإن الجهد التشغيلي لبطارية ليثيوم أيون له قيمة مميزة تبلغ 3 فولت وأعلى.

عندما يتم تفريغ بطارية Li-ion ، يتم فصل الليثيوم من مادة الكربون (على القطب السالب) ويتم إقحام الليثيوم في أكسيد (على القطب الموجب). عندما يتم شحن البطارية ، تسير العمليات في الاتجاه المعاكس. وبالتالي ، لا يوجد الليثيوم المعدني (صفر التكافؤ) في النظام بأكمله ، ويتم تقليل عمليات التفريغ والشحن إلى نقل أيونات الليثيوم من قطب كهربائي إلى آخر. لذلك ، تسمى هذه البطاريات "ليثيوم أيون" ، أو بطاريات من نوع الكرسي الهزاز.

العمليات على القطب السالب لبطارية ليثيوم أيون.

في جميع بطاريات Li-ion التي تم طرحها في الأسواق ، يتكون القطب السالب من مواد الكربون. يعتبر إقحام الليثيوم في المواد الكربونية عملية معقدة ، وتعتمد آليتها وحركيتها إلى حد كبير على طبيعة مادة الكربون وطبيعة المنحل بالكهرباء.

يمكن أن يكون لمصفوفة الكربون المستخدمة كأنود بنية طبقات مرتبة ، كما هو الحال في الجرافيت الطبيعي أو الاصطناعي ، أو غير المتبلور أو المرتب جزئيًا (فحم الكوك ، أو الانحلال الحراري ، أو الكربون الطور المتوسط ​​، والسخام ، وما إلى ذلك). أيونات الليثيوم ، عند إدخالها ، تبتعد عن طبقات مصفوفة الكربون وتقع بينها ، وتشكل تقاطعات من هياكل مختلفة. يتغير الحجم المحدد لمواد الكربون في عملية الإقحام وإزالة التداخل بين أيونات الليثيوم بشكل طفيف.
بالإضافة إلى المواد الكربونية كمصفوفة قطب سالب ، تتم دراسة الهياكل القائمة على القصدير والفضة وسبائكها وكبريتيد القصدير وفوسفوريد الكوبالت ومركبات الكربون مع جزيئات السيليكون النانوية.

العمليات على القطب الموجب لبطارية ليثيوم أيون.

بينما تستخدم خلايا الليثيوم الأولية مجموعة متنوعة من المواد النشطة للإلكترود الموجب ، فإن اختيار مادة القطب الموجب في بطاريات الليثيوم يكون محدودًا. تصنع الأقطاب الموجبة لبطاريات الليثيوم أيون حصريًا من الكوبالت المصقول أو أكاسيد النيكل ومن إسبينيل الليثيوم والمنغنيز.

حاليًا ، يتم استخدام المواد القائمة على الأكاسيد المختلطة أو الفوسفات بشكل متزايد كمواد الكاثود. يتضح أنه مع كاثودات الأكسيد المختلطة ، أفضل أداءبطارية. كما يتم إتقان تقنيات طلاء سطح الكاثود بأكاسيد مشتتة بدقة.

بناء بطاريات ليثيوم أيون

من الناحية الهيكلية ، يتم إنتاج بطاريات Li-ion ، مثل القلوية (Ni-Cd ، Ni-MH) في إصدارات أسطوانية ومنشورية. في البطاريات الأسطوانية ، يتم وضع حزمة ملفوفة من الأقطاب الكهربائية وفاصل في علبة من الصلب أو الألومنيوم ، والتي يتصل بها القطب السالب. يتم إخراج القطب الموجب للبطارية من خلال العازل إلى الغطاء (الشكل 1). تُصنع البطاريات المنشورية عن طريق تكديس الألواح المستطيلة فوق بعضها البعض. توفر البطاريات المنشورية حزمًا أكثر إحكامًا في البطارية ولكنها أكثر صعوبة من البطاريات الأسطوانية للحفاظ على قوى الضغط على الأقطاب الكهربائية. في بعض المراكم المنشورية ، يتم استخدام مجموعة ملفوفة لحزمة قطب كهربائي ، والتي يتم لفها في لولب بيضاوي الشكل (الشكل 2). يتيح لك ذلك الجمع بين مزايا تعديلي التصميم الموصوفين أعلاه.

الشكل 1 جهاز بطارية ليثيوم أيون أسطوانية.

الصورة 2. جهاز لبطارية ليثيوم أيون منشورية (Li-ion) مع لفافة من الأقطاب الكهربائية.

عادة ما يتم اتخاذ بعض تدابير التصميم لمنع التسخين السريع وضمان التشغيل الآمن لبطاريات Li-ion. يوجد تحت غطاء البطارية جهاز يتفاعل مع معامل درجة الحرارة الموجب عن طريق زيادة المقاومة ، وآخر يقطع الاتصال الكهربائي بين الكاثود والطرف الموجب عندما يرتفع ضغط الغاز داخل البطارية عن الحد المسموح به.

لتحسين سلامة بطاريات Li-ion ، يجب أن تستخدم البطارية أيضًا حماية إلكترونية خارجية ، والغرض منها هو منع إمكانية الشحن الزائد والتفريغ الزائد لكل بطارية ، وقصر الدائرة الكهربائية والتسخين المفرط.
تصنع معظم بطاريات Li-ion في إصدارات موشورية ، لأن الغرض الرئيسي من بطاريات Li-ion هو ضمان تشغيل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. كقاعدة عامة ، لا يتم توحيد تصميمات البطاريات المنشورية ، ولا تسمح معظم الشركات المصنعة للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وما إلى ذلك باستخدام بطاريات الجهات الخارجية في الأجهزة.

خصائص بطاريات Li-ion.

تتميز بطاريات Li-ion الحديثة بخصائص محددة عالية: 100-180 واط / كغم و 250-400 واط / لتر. جهد التشغيل - 3.5-3.7 فولت.
إذا اعتبر المطورون قبل بضع سنوات أن السعة القابلة للتحقيق لبطاريات Li-ion لا تزيد عن بضع ساعات أمبير ، والآن تم التغلب على معظم الأسباب التي تحد من الزيادة في السعة وبدأ العديد من الشركات المصنعة في إنتاج بطاريات بسعة مئات الأمبير.
تتميز البطاريات الحديثة صغيرة الحجم بالكفاءة في تيارات التفريغ حتى 2 درجة مئوية ، والبطاريات القوية - حتى 10-20 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التشغيل: من -20 إلى +60 درجة مئوية. ومع ذلك ، فقد طور العديد من الشركات المصنعة بالفعل بطاريات يمكن أن تعمل في درجة حرارة -40 درجة مئوية. من الممكن تمديد نطاق درجة الحرارة إلى درجات حرارة أعلى.
تبلغ نسبة التفريغ الذاتي لبطاريات Li-ion من 4 إلى 6٪ للشهر الأول ، ثم تقل كثيرًا: في 12 شهرًا ، تفقد البطاريات 10-20٪ من سعتها المخزنة. فقدان قدرة بطاريات Li-ion أقل بعدة مرات من بطاريات النيكل والكادميوم ، عند 20 درجة مئوية و 40 درجة مئوية. الموارد 500-1000 دورة.

شحن بطاريات ليثيوم أيون.

يتم شحن بطاريات Li-ion الوضع المشترك: أولاً بتيار ثابت (في حدود 0.2 درجة مئوية إلى 1 درجة مئوية) حتى جهد من 4.1-4.2 فولت (حسب توصيات الشركة المصنعة) ، ثم بجهد ثابت. يمكن أن تستغرق المرحلة الأولى من الشحن حوالي 40 دقيقة ، بينما تستغرق المرحلة الثانية وقتًا أطول. يمكن تحقيق شحن أسرع مع وضع النبض.
في الفترة الأولية ، عندما ظهرت بطاريات Li-ion فقط التي تستخدم نظام الجرافيت ، كان مطلوبًا تحديد جهد الشحن بمعدل 4.1 فولت لكل خلية. على الرغم من استخدام أكثر الجهد العالييسمح لك بزيادة كثافة الطاقة ، تفاعلات مؤكسدة، الذي حدث في خلايا من هذا النوع بجهد يتجاوز عتبة 4.1 فولت ، أدى إلى انخفاض في مدة خدمتها. بمرور الوقت ، تم التخلص من هذا العيب من خلال استخدام المواد المضافة الكيميائية ، والآن يمكن شحن خلايا Li-ion حتى جهد 4.20 فولت. تحمل الجهد هو فقط حوالي 0.05 فولت لكل خلية.
يجب أن تتمتع بطاريات Li-ion للاستخدام الصناعي والعسكري بعمر خدمة أطول من البطاريات إستخدام تجاري. لذلك ، بالنسبة لهم ، فإن عتبة الجهد لنهاية الشحنة هي 3.90 فولت لكل خلية. على الرغم من أن كثافة الطاقة (kWh / kg) لهذه البطاريات أقل ، إلا أن عمر الخدمة المتزايد عند أحجام صغيرةوالوزن المنخفض وكثافة الطاقة العالية مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى تضع بطاريات Li-ion خارج المنافسة.
عند شحن بطاريات Li-ion بتيار 1C ، يكون وقت الشحن 2-3 ساعات.تصل بطارية Li-ion إلى حالة الشحن الكامل عندما يصبح الجهد عليها مساويًا لجهد القطع ، وينخفض ​​التيار بشكل كبير ويبلغ حوالي 3 ٪ من تيار الشحن الأولي (الشكل 3).

تين. 3. الجهد والتيار مقابل الوقت عند شحن بطارية ليثيوم أيون (Li-ion)

إذا أظهر الشكل 3 رسمًا بيانيًا نموذجيًا للشحن لأحد أنواع بطاريات Li-ion ، فإن الشكل 4 يوضح عملية الشحن بشكل أكثر وضوحًا. مع زيادة تيار الشحن لبطارية Li-ion ، لا ينخفض ​​وقت الشحن بشكل كبير. على الرغم من أن جهد البطارية يرتفع بشكل أسرع مع ارتفاع تيار الشحن ، إلا أن مرحلة إعادة الشحن بعد الانتهاء من المرحلة الأولى من دورة الشحن تستغرق وقتًا أطول.
تتطلب بعض أنواع أجهزة الشحن ساعة واحدة أو أقل لشحن بطارية ليثيوم أيون. في مثل هذه الشواحن ، يتم حذف المرحلة 2 وتدخل البطارية في حالة الاستعداد فورًا بعد نهاية المرحلة 1. في هذه المرحلة ، سيتم شحن بطارية Li-ion بنسبة 70٪ تقريبًا ، وبعد ذلك يمكن إعادة الشحن الإضافي.

الشكل 4. اعتماد الجهد والتيار في الوقت المحدد عند شحن بطارية Li-ion.

• المرحلة 1 - يتدفق الحد الأقصى المسموح به لتيار الشحن عبر البطارية حتى يصل الجهد عبرها إلى قيمة العتبة.
• الخطوة 2 - أقصى جهدعند الوصول إلى البطارية ، يتم تقليل تيار الشحن تدريجيًا حتى يتم شحنها بالكامل. تحدث لحظة إتمام الشحن عندما تنخفض قيمة تيار الشحن إلى 3٪ من القيمة الأولية.
• الخطوة 3 - شحن الماكياج بشكل دوري أثناء تخزين البطارية ، كل 500 ساعة تقريبًا من التخزين.

لا تنطبق مرحلة الشحن الهزيل لبطاريات Li-ion نظرًا لحقيقة أنها لا تستطيع امتصاص الطاقة عند الشحن الزائد. علاوة على ذلك ، يمكن أن يتسبب الشحن البطيء في طلاء الليثيوم ، مما يجعل البطارية غير مستقرة. على العكس من ذلك ، يمكن لشحن التيار المستمر القصير تعويض التفريغ الذاتي الصغير لبطارية Li-ion والتعويض عن فقد الطاقة الناتج عن تشغيل جهاز الحماية الخاص بها. اعتمادًا على نوع الشاحن ودرجة التفريغ الذاتي لبطارية Li-ion ، يمكن إعادة الشحن كل 500 ساعة أو 20 يومًا. عادة يجب أن يتم ذلك عندما ينخفض ​​جهد الدائرة المفتوحة إلى 4.05 فولت / خلية ويتوقف عندما يصل إلى 4.20 فولت / خلية.
لذلك ، تتمتع بطاريات Li-ion بمقاومة منخفضة للشحن الزائد. على القطب السالب على سطح مصفوفة الكربون ، مع زيادة كبيرة في الشحن ، يصبح من الممكن ترسيب الليثيوم المعدني (في شكل رواسب مطحونة مطحونة بدقة) ، والتي لها تفاعل عالي مع المنحل بالكهرباء ، ويبدأ تطور الأكسجين النشط عند الكاثود. هناك خطر من الهروب الحراري وزيادة الضغط وانخفاض الضغط. لذلك ، لا يمكن شحن بطاريات Li-ion إلا حتى الجهد الموصى به من قبل الشركة المصنعة. مع زيادة جهد الشحن ، ينخفض ​​عمر البطارية.
يجب النظر بجدية في التشغيل الآمن لبطاريات Li-ion. تحتوي بطاريات Li-ion التجارية على أجهزة حماية خاصة تمنع جهد الشحن من تجاوز قيمة حدية معينة. عنصر إضافيتضمن الحماية اكتمال الشحن إذا وصلت درجة حرارة البطارية إلى 90 درجة مئوية. تحتوي البطاريات الأكثر تقدمًا على عنصر حماية آخر - مفتاح ميكانيكي ، يتم تشغيله عن طريق زيادة الضغط الداخلي للبطارية. تم تكوين نظام التحكم في الجهد المدمج لجهدتي قطع - عالية ومنخفضة.
هناك استثناءات - بطاريات Li-ion ، التي لا توجد فيها أجهزة حماية على الإطلاق. هذه هي البطاريات التي تحتوي على المنجنيز. نظرًا لوجودها ، أثناء إعادة الشحن ، تحدث تفاعلات معدنة الأنود وتطور الأكسجين عند الكاثود ببطء شديد بحيث أصبح من الممكن التخلي عن استخدام أجهزة الحماية.

سلامة بطاريات الليثيوم أيون.

تتميز جميع بطاريات الليثيوم بسلامة جيدة إلى حد ما. فقدان القدرة بسبب التفريغ الذاتي بنسبة 5-10٪ سنويًا.
يجب اعتبار المؤشرات المعطاة على أنها بعض النقاط المرجعية الاسمية. لكل بطارية معينة ، على سبيل المثال ، يعتمد جهد التفريغ على تيار التفريغ ومستوى التفريغ ودرجة الحرارة ؛ يعتمد المورد على أوضاع (تيارات) التفريغ والشحن ودرجة الحرارة وعمق التفريغ ؛ يعتمد نطاق درجات حرارة التشغيل على مستوى نضوب الموارد ، وجهود التشغيل المسموح بها ، إلخ.
تشمل عيوب بطاريات Li-ion الحساسية للشحن الزائد والتفريغ الزائد ، ولهذا السبب يجب أن يكون لديهم محددات الشحن والتفريغ.
يظهر الشكل النموذجي لخصائص تفريغ بطاريات Li-ion في الشكل. 5 و 6. يتضح من الأرقام أنه مع زيادة تيار التفريغ ، تقل سعة تفريغ البطارية قليلاً ، لكن جهد التشغيل ينخفض. يظهر نفس التأثير عند التفريغ في درجات حرارة أقل من 10 درجات مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، في درجات الحرارة المنخفضة هناك انخفاض أولي في الجهد.

الشكل 5. خصائص تفريغ بطارية Li-ion في التيارات المختلفة.

الشكل 6. خصائص تفريغ بطارية Li-ion في درجات حرارة مختلفة.

أما بالنسبة لتشغيل بطاريات Li-ion بشكل عام ، فبالنظر إلى كل ما هو بناء و الطرق الكيميائيةحماية البطاريات من السخونة الزائدة والفكرة الراسخة بالفعل للحاجة إلى الحماية الإلكترونية الخارجية للبطاريات من الشحن الزائد والتفريغ الزائد ، يمكننا النظر في مشكلة التشغيل الآمن لبطاريات Li-ion التي تم حلها. وغالبًا ما توفر مواد الكاثود الجديدة ثباتًا حراريًا أكبر لبطاريات Li-ion.

سلامة بطارية ليثيوم أيون.

في تطوير بطاريات الليثيوم والليثيوم أيون ، كما هو الحال في تطوير خلايا الليثيوم الأولية ، تم إيلاء اهتمام خاص لسلامة التخزين والاستخدام. جميع البطاريات محمية ضد قصر الدائرة الداخلية (وفي بعض الحالات - ضد قصر الدائرة الخارجية). على نحو فعالهذه الحماية هي استخدام فاصل من طبقتين ، إحدى طبقاته ليست مصنوعة من البولي بروبلين ، ولكن من مادة تشبه البولي إيثيلين. في حالات قصر الدائرة (على سبيل المثال ، بسبب نمو تشعبات الليثيوم إلى القطب الموجب) ، بسبب التسخين الموضعي ، تذوب هذه الطبقة الفاصلة وتصبح غير منفذة ، وبالتالي تمنع المزيد من النمو الشجيري.

أجهزة حماية بطارية ليثيوم أيون.

تتمتع بطاريات Li-ion التجارية بأحدث حماية لجميع أنواع البطاريات. كقاعدة عامة ، في دائرة حماية بطاريات Li-ion ، يتم استخدام مفتاح ترانزستور ذو تأثير ميداني ، والذي ، عند الوصول إلى جهد 4.30 فولت على خلية البطارية ، يفتح وبالتالي يقطع عملية الشحن. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم المصهر الحراري الموجود ، عند تسخين البطارية إلى 90 درجة مئوية ، بفصل دائرة حملها ، وبالتالي توفير الحماية الحرارية لها. لكن هذا ليس كل شيء. تحتوي بعض البطاريات على مفتاح يتم تنشيطه عندما يصل ضغط العتبة داخل العلبة إلى 1034 كيلو باسكال (10.5 كجم / م 2) ويكسر دائرة الحمل. هناك أيضًا دائرة حماية من التفريغ العميق تراقب جهد البطارية وتكسر دائرة الحمل إذا انخفض الجهد إلى 2.5 فولت لكل خلية.
المقاومة الداخلية لدائرة حماية بطارية الهاتف المحمول في حالة التشغيل هي 0.05-0.1 أوم. من الناحية الهيكلية ، يتكون من مفتاحين متصلين في سلسلة. يتم تشغيل أحدهما عند الوصول إلى الجزء العلوي ، والآخر - عتبة الجهد المنخفض على البطارية. تخلق المقاومة الكلية لهذه المفاتيح فعليًا مضاعفة مقاومتها الداخلية ، خاصةً إذا كانت البطارية تتكون من بطارية واحدة فقط. يجب أن توفر بطاريات الهاتف المحمول تيارات حمولة عالية ، وهو أمر ممكن بأقل مقاومة داخلية ممكنة للبطارية. وبالتالي ، فإن دائرة الحماية هي عقبة تحد من تيار التشغيل لبطارية Li-ion.
في بعض أنواع بطاريات Li-ion التي تستخدم في بطارياتها التركيب الكيميائيالمنغنيز ويتكون من 1-2 عناصر ، لا يتم تطبيق مخطط الحماية. بدلاً من ذلك ، تم تركيب فتيل واحد فقط. وهذه البطاريات آمنة لصغر حجمها وقدرتها الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المنغنيز يتحمل تمامًا إساءة استخدام بطارية Li-ion. يقلل عدم وجود دائرة حماية من تكلفة بطارية Li-ion ، ولكنه يقدم مشاكل جديدة.
على وجه الخصوص ، قد يستخدم مستخدمو الهواتف المحمولة أجهزة شحن غير قياسية لإعادة شحن بطارياتهم. عند استخدام شواحن غير مكلفة مصممة لإعادة الشحن من التيار الكهربائي أو من شبكة السيارة الموجودة على متن السيارة ، يمكنك التأكد من أنه في حالة وجود دائرة حماية في البطارية ، فسوف تقوم بإيقاف تشغيلها عند الوصول إلى نهاية جهد الشحن. إذا لم تكن هناك دائرة حماية ، فسيتم شحن البطارية بشكل زائد ، ونتيجة لذلك ، سيكون هناك فشل لا رجعة فيه. عادة ما تكون هذه العملية مصحوبة بزيادة تسخين وانتفاخ علبة البطارية.

الآليات التي تؤدي إلى انخفاض قدرة بطاريات Li-ion

عند تدوير بطاريات Li-ion ، من بين الآليات المحتملة لتقليل السعة ، غالبًا ما يتم مراعاة ما يلي:
- دمار هيكل بلوريمادة الكاثود (خاصة LiMn2O4) ؛
- تقشير الجرافيت.
- تراكم غشاء تخميل على كلا القطبين ، مما يؤدي إلى انخفاض السطح النشط للأقطاب الكهربائية وانسداد المسام الصغيرة ؛
- ترسب الليثيوم المعدني ؛
- التغيرات الميكانيكية في هيكل القطب نتيجة الاهتزازات الحجمية للمادة الفعالة أثناء ركوب الدراجات.
يختلف الباحثون حول أي من الأقطاب الكهربائية يخضع لأكبر قدر من التغييرات أثناء ركوب الدراجات. هذا يعتمد على كل من طبيعة المواد المختارة للإلكترود ونقاوتها. لذلك ، بالنسبة لبطاريات Li-ion ، من الممكن وصف التغيير النوعي فقط في معلماتها الكهربائية والتشغيلية أثناء التشغيل.
عادةً ما يكون مورد بطاريات Li-ion التجارية حتى يتم تقليل سعة التفريغ بنسبة 20 ٪ هو 500-1000 دورة ، ولكنه يعتمد بشكل كبير على قيمة جهد الشحن المحدد (الشكل 7). مع انخفاض عمق الدورة ، يزداد المورد. ترتبط الزيادة الملحوظة في عمر الخدمة بانخفاض الضغط الميكانيكي الناجم عن التغيرات في حجم الأقطاب الكهربائية الخلالية ، والتي تعتمد على درجة شحنتها.

الشكل 7. تغيير في سعة بطارية Li-ion عند جهد شحن مختلف

يمكن أن تؤدي الزيادة في درجة حرارة التشغيل (ضمن نطاق التشغيل) إلى زيادة معدل العمليات الجانبية التي تؤثر على واجهة الإلكترود والإلكتروليت وزيادة طفيفة في معدل الانخفاض في قدرة التفريغ بالدورات.

خاتمة.

نتيجة عمليات البحث أفضل مادةبالنسبة للكاثود ، تتحول بطاريات Li-ion الحديثة إلى مجموعة كاملة من مصادر التيار الكيميائي ، والتي تختلف بشكل ملحوظ عن بعضها البعض في استهلاك الطاقة وفي معلمات أوضاع الشحن / التفريغ. وهذا بدوره يتطلب زيادة كبيرة في ذكاء دوائر التحكم ، والتي أصبحت الآن جزءًا لا يتجزأ من البطاريات والأجهزة التي تعمل بالطاقة - وإلا فإن الضرر (بما في ذلك الضرر الذي لا يمكن إصلاحه) لكل من البطاريات والأجهزة ممكن. تزداد المهمة تعقيدًا بسبب حقيقة أن المطورين يحاولون تحقيق أقصى استفادة من طاقة البطاريات ، ويسعون إلى زيادة عمر البطارية مع الحد الأدنى من الحجم والوزن الذي يشغله مصدر الطاقة. هذا يسمح لك بتحقيق مزايا تنافسية كبيرة. وفقًا لـ D. Hickok ، نائب رئيس Texas Instruments لمكونات الطاقة لأنظمة الأجهزة المحمولة ، عند استخدام الكاثودات من مواد جديدة ، لا يحقق مطورو البطاريات على الفور نفس خصائص التصميم والأداء كما في حالة الكاثودات التقليدية. نتيجة لذلك ، غالبًا ما يكون للبطاريات الجديدة حدود نطاق تشغيل كبيرة. علاوة على ذلك ، في السنوات الأخيرة ، بالإضافة إلى الشركات المصنعة التقليدية لخلايا وبطاريات التخزين - سانيو وباناسونيك وسوني - هناك مصنعون جدد ، معظمهم من الصين ، يشقون طريقهم بنشاط كبير إلى السوق. على عكس الشركات المصنعة التقليدية ، فإنهم يزودون المنتجات بنطاق أوسع بكثير من المعلمات ضمن تقنية واحدة أو حتى دفعة واحدة. ويرجع ذلك إلى رغبتهم في المنافسة بشكل أساسي على أساس أسعار المنتجات المنخفضة ، مما يؤدي غالبًا إلى تحقيق وفورات في الامتثال للعملية.
لذا ، في الوقت الحاضر ، فإن أهمية المعلومات التي يقدمها ما يسمى ب. "البطاريات الذكية": تحديد البطارية ودرجة حرارة البطارية والشحنة المتبقية والجهد الزائد المسموح به. وفقا لهيكوك ، إذا المطورين الأجهزة النهائيةسيصمم نظامًا فرعيًا للطاقة يأخذ في الاعتبار كل من ظروف التشغيل ومعلمات الخلية ، وسيؤدي ذلك إلى تسوية الاختلافات في معلمات البطارية وزيادة درجة الحرية للمستخدمين النهائيين ، مما يمنحهم الفرصة لاختيار ليس فقط الأجهزة الموصى بها من قبل الشركة المصنعة ، ولكن أيضًا البطاريات من الشركات الأخرى.

18650 أصبح أكثر وأكثر شعبية في الآونة الأخيرة. وفقًا لخصائصها التقنية ، فإنها تتقدم على بطاريات الأصابع المعروفة. مفاهيم "الاصبع" و "الاصبع الصغير" ، المستخدمة في الشهرة من وجهة نظر المصطلحات الصحيحة ، غير صحيحة. جميع البطاريات ، بغض النظر عن الحجم ، لها رموز خاصة بها تشير إلى حجمها. إذن ، 18650 هو أيضًا رمز. هذا هو السر كله.

حجم البطارية 18650

يعبر هذا الرمز المكون من خمسة أرقام عن عرض البطارية وطولها ، حيث يكون أول رقمين هما العرض (القطر) بالملم ، والأخران الثلاثة هما الطول بالملم مع أعشار. هناك رأي خاطئ بأن الصفر في نهاية هذا الرمز يشير إلى الشكل الأسطواني للبطارية (يوجد بطاريات أشكال مختلفة). هذا التحديد الدقيق لطول البطارية ليس ضروريًا. عند تحديد حجمه ، غالبًا ما يقتصر على الأرقام الأربعة الأولى (1865). بالمناسبة ، بطاريات الأصابع والأصابع الصغيرة لها أيضًا رمز خاص بها - 14500 و 10440. بالإضافة إلى الرمز الرقمي ، يمكن أيضًا تحديد الحجم بالحروف. على سبيل المثال ، يحتوي الحجمان أعلاه للبطارية على رموز أحرف بديلة - AA (نوع الإصبع) و AAA (نوع الإصبع الصغير). هناك العديد من الرموز الأبجدية والرقمية التي تشير إلى أحجام البطاريات المختلفة: CR123 (16340) ، A (17500) ، Fat A (18500) ، 4/3 A (17670) ، إلخ.

بالنسبة لبطاريات 18650 ، فإن تعيين الحجم هذا غير دقيق. يجب أيضًا مراعاة المعلمات الأخرى. يمكن أن يتأثر حجم بطارية 18650 ، على سبيل المثال ، بوجود لوحة خاصة مدمجة (جهاز التحكم في الشحن). قد يكون طول بعض البطاريات أطول قليلاً في هذه الحالة. غالبًا ما تكون هناك حالات لا تتناسب فيها البطارية ببساطة مع مقصورة الجهاز حيث يريدون استخدامها ، على الرغم من حقيقة أن هذا الجهاز (على سبيل المثال ، حزمة بطارية السيجارة الإلكترونية) مصمم للعمل مع بطاريات من هذا النوع.

عمر بطارية ليثيوم أيون 18650

يعتمد الوقت الذي تستطيع فيه بطارية معينة العمل على شيء مثل "مللي أمبير في الساعة" (مللي أمبير في الساعة). بالنسبة للبطاريات الكبيرة ، مثل السيارات ، يتم استخدام مصطلح "أمبير لكل ساعة". لبطارية 18650 مللي أمبير ، هذه قيمة مشتقة. أمبير واحد يساوي 1000 مللي أمبير. الملي أمبير في الساعة هو التيار الذي يمكن أن تنتجه البطارية خلال ساعة الاستخدام التقليدية. بمعنى آخر ، إذا قسمت هذه القيمة على عدد معين من الساعات ، يمكنك معرفة عمر البطارية. على سبيل المثال ، تبلغ سعة البطارية 3000 مللي أمبير. هذا يعني أنه لمدة ساعتين من التشغيل ، سينتج 1500 مللي أمبير. أربعة - 750. البطارية من المثال أعلاه سيتم تفريغها بالكامل بعد 10 ساعات من التشغيل ، عندما تصل سعتها إلى 300 ملي أمبير (حد التفريغ العميق).

تعطي مثل هذه الحسابات فكرة تقريبية عن عمر البطارية. يعتمد وقت التشغيل الحقيقي على الحمولة التي يجب أن تتعامل معها ، أي على الجهاز الذي يجب أن يوفر الطاقة.

التيار والجهد والطاقة

قبل التوقف عند وصف عام تحديد 18650 بطاريات الليثيوم أيون والاحتياطات في التعامل معها ، سوف نحدد بإيجاز المفاهيم المذكورة أعلاه. يتم التعبير عن التيار (الحد الأقصى لتيار التفريغ ، الإخراج الحالي) بالأمبير ويتم تمييزه على البطارية بالحرف "A". يُعبر عن الجهد بالفولت ويُشار إليه بالحرف "V". في العديد من البطاريات ، يمكنك العثور على مثل هذه التعيينات. بالنسبة لبطارية ليثيوم أيون ، يكون الجهد دائمًا 3.7 فولت ، ويمكن أن يكون التيار مختلفًا. يتم التعبير عن طاقة البطارية كمعامل مهيمن لقوتها على أنها ناتج الجهد والتيار (يجب مضاعفة الفولت بالأمبير).

وصف مزايا وعيوب بطارية ليثيوم أيون

العيب الرئيسي لبطاريات 18650 المصنوعة باستخدام تقنية أيونات الليثيوم هو أن لديها نطاق درجة حرارة تشغيل صغير. لا يمكن التشغيل العادي لبطارية ليثيوم أيون إلا في النطاق من -20 إلى +20 درجة مئوية. إذا تم استخدامه أو شحنه في درجات حرارة أقل أو أعلى من تلك المشار إليها ، فإنه يفسدها. للمقارنة ، تتمتع بطاريات النيكل والكادميوم وهيدريد معدن النيكل بنطاق درجة حرارة أوسع - من -40 إلى +40. ولكن ، على عكس الأخير ، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بجهد اسمي أعلى - 3.7 فولت مقابل 1.2 فولت لبطاريات النيكل.

أيضًا ، لا تخضع بطاريات الليثيوم أيون عمليًا لآثار التفريغ الذاتي والذاكرة الشائعة بين العديد من أنواع البطاريات. التفريغ الذاتي هو فقدان الطاقة المشحونة عند الخمول. يحدث تأثير الذاكرة في بعض أنواع البطاريات نتيجة الشحن المنتظم بعد التفريغ غير الكامل. أي أنه يتطور على البطاريات التي لم يتم تفريغها بالكامل.

مع تأثير الذاكرة ، "تتذكر" البطارية درجة التفريغ التي تم بعدها بدء شحنها ، وتفريغها ، بعد أن وصلت إلى هذا الحد في الدورة التالية. قدرتها الحقيقية في ذلك الوقت أكبر في الواقع. إذا كانت هناك لوحة عرض ، فستظهر أيضًا تفريغًا. هذا التأثيرلا يتطور على الفور ، ولكن بشكل تدريجي. يمكن أن تتطور أيضًا في الظروف التي يتم فيها تشغيل البطارية باستمرار بواسطة التيار الكهربائي ، أي أنها تشحن باستمرار.

تأثير التفريغ الذاتي والذاكرة ضئيل للغاية في بطاريات الليثيوم أيون.

هناك نقطة أخرى يجب الانتباه إليها: لا يمكن تخزين هذه البطاريات في حالة تفريغ الشحن ، وإلا فإنها ستفشل بسرعة.

احتياطات بطارية ليثيوم أيون

كثيرون عرضة لاطلاق النار والانفجارات. يعتمد ذلك على التركيب الكيميائي للهيكل الداخلي للبطارية. بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون 18650 ، فإن هذه المشكلة حادة للغاية. ليس من غير المألوف أن يعاني مستخدمو السجائر الإلكترونية من حروق شديدة في أيديهم ووجههم ، أو حتى إصابات أكثر خطورة. نظرًا لوجود بطاريات الليثيوم أيون في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة ، فليس من غير المألوف أن تشتعل.

في المقام الأول من بين أسباب مثل هذه الحوادث ، بالطبع ، تجميع بطاريات منخفضة الجودة (رخيصة). ومع ذلك ، في حالة السجائر الإلكترونية ، من السهل إثارة انفجار بطارية ليثيوم أيون بنفسك ، حتى لو لم تكن البطارية رخيصة. للقيام بذلك ، عليك أن تفهم قليلاً ما هي المقاومة الكهربائية.

إذا شرحنا هذا المفهوم في الغالب لغة بسيطة، فهذه معلمة تحدد متطلبات الموصل للبطارية. كلما انخفضت مقاومة الموصل ، كلما زادت التيار (الأمبيرات) التي يجب أن تعطيها البطارية. إذا كانت المقاومة منخفضة جدًا ، فستعمل البطارية مع هذا الموصل بحمل كبير. يمكن أن تكون المقاومة منخفضة جدًا لدرجة أنها ستثير حملًا زائدًا على البطارية وانفجارها أو اشتعالها اللاحق. بمعنى آخر ، ستكون دائرة كهربائية قصيرة. نظرًا لأن السجائر الإلكترونية تعمل على مبدأ التبخر ، الذي يتطلب عنصر تسخين (ملف خيطي) ، يمكن للمستخدمين غير الأكفاء إجبار البطارية عن طريق الخطأ على العمل بها عنصر التسخينبمقاومة منخفضة للغاية. بمعرفة الإخراج الحالي لبطارية معينة ومقاومة الموصل ، باستخدام حسابات بسيطة باستخدام صيغة قانون أوم ، يمكنك تحديد ما إذا كانت هذه البطارية يمكنها التعامل مع موصل معين.

لا تحدث هذه المخاطر دائمًا في جميع الحالات. تتطور تقنيات حماية البطارية باستمرار. تحتوي العديد من البطاريات على وحدة تحكم شحن خاصة بداخلها يمكنها إلغاء تنشيط البطارية في الوقت المناسب عند حدوث ماس كهربائي. هذه بطاريات محمية.

جهاز بطارية ليثيوم أيون

تعتمد بطارية 18650 على إلكتروليت - سائل خاص تحدث فيه تفاعلات كيميائية.

هذه التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس. هذا هو مبدأ تشغيل أي بطارية. بعبارات بسيطة ، يمكن أن تستمر صيغة مثل هذه التفاعلات من اليسار إلى اليمين (التفريغ) ومن اليمين إلى اليسار (الشحنة). تحدث مثل هذه التفاعلات بين الكاثود والأنود في الخلية. الكاثود هو القطب السالب (ناقص) ، القطب الموجب هو القطب الموجب (زائد) لمصدر الطاقة. بينهما في وقت التفاعل كهرباء. تفاعلات كيميائيةالتفريغ والشحن بين القطب السالب والأنود هما عمليتا الأكسدة والاختزال ، لكن هذه قصة مختلفة تمامًا. لن نتعمق في عملية التحليل الكهربائي. يتشكل التيار في اللحظة التي يبدأ فيها الكاثود والأنود في التفاعل ، أي أن شيئًا ما متصل بقطر زائد وناقص من البطارية. يجب أن يكون الكاثود والأنود موصلين كهربائياً.

أثناء انتهاك ظروف التشغيل ، تظهر الجزيئات في المنحل بالكهرباء العناصر الكيميائية، والتي تغلق الكاثود والأنود ، مما يؤدي إلى دوائر قصر داخلية. نتيجة لذلك ، تزداد درجة حرارة البطارية ويظهر المزيد من الجزيئات ، مما يؤدي إلى إغلاق الموجب والناقص. هذه العملية برمتها ، مثل كرة الثلج ، تكتسب السرعة بشكل كبير. بدون إمكانية إخراج المنحل بالكهرباء (حالة البطارية محكمة الغلق) ، ينشأ ضغط داخلي متزايد. ما سيحدث بعد ذلك يمكن فهمه دون تعليق.

شحن بطارية الليثيوم أيون

كشاحن لبطارية 18650 ، أي جهاز مصمم لبطاريات بهذا الشكل مناسب. الشيء الرئيسي هو عدم تغيير القطبية الصحيحة عند الشحن. ضع البطاريات في الفتحات تمامًا وفقًا لرموز الجمع والطرح. من الجيد قراءة الاحتياطات الأخرى لاستخدام شاحن بطارية 18650 ، والتي يتم سردها دائمًا في علبة البطارية.

أفضل خيار لشحن بطاريات الليثيوم أيون هو استخدام أجهزة شحن أكثر تكلفة مع عملية شحن دقيقة. العديد منها لديه وظيفة شحن البطاريات باستخدام طريقة CC / CV ، والتي تعني التيار المستمر والجهد الثابت. هذه الطريقة جيدة لأنها يمكن أن تشحن البطارية أكثر من أجهزة الشحن التقليدية. هذا يرجع إلى مفهوم مثل إعادة التحميل.

أثناء شحن البطارية أو تفريغها يتغير جهدها. يزداد عند الشحن وينخفض ​​عند التفريغ. 3.7 فولت الاسمي هو متوسط ​​القيمة.

هناك نوعان من التأثيرات التي تؤثر سلبًا على البطارية - الشحن الزائد والتفريغ الزائد. هناك عتبات لشحن البطارية وتفريغها. إذا تجاوز الجهد الكهربي للبطارية هذه الحدود ، فسيتم شحن البطارية بشكل زائد أو مفرط ، اعتمادًا على ما إذا كانت قيد الشحن أو التفريغ. في وضع الشحن العادي لـ 18650 Li-ion ، يقوم الشاحن ووحدة التحكم في الشحن داخل البطارية نفسها (إن وجدت) بقراءة جهد البطارية وقطع الشحن عندما تصل إلى الحد الأدنى لتجنب الشحن الزائد. في هذه الحالة ، لا تكون البطارية مشحونة بالكامل. قد تسمح لها سعتها بشحن المزيد ، لكن العتبة تمنعها من القيام بذلك.

تم تصميم مبدأ الشحن بطريقة CC / CV بحيث لا يتم قطع التيار الموفر للشحنة ، ولكن يتم تقليله بشكل حاد ، مما يمنع التوتر الداخليتتجاوز البطارية العتبة. وبالتالي ، فإن البطارية مشحونة بالكامل دون زيادة الشحن.

أنواع بطاريات الليثيوم أيون

أنواع بطاريات الليثيوم أيون 18650:

• فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ؛
• الليثيوم والمنغنيز (IMR) ؛
• الكوبالت الليثيوم (ICR) ؛
• بوليمر الليثيوم (ليبو).

جميع الأنواع ما عدا النوع الأخير أسطوانية ويمكن تصنيعها بتنسيق 18650. تختلف بطاريات الليثيوم بوليمر من حيث أنها لا تملك شكلًا محددًا. هذا يرجع إلى حقيقة أن لديهم إلكتروليت صلب (بوليمر). بسبب هذه الخاصية غير العادية للإلكتروليت ، غالبًا ما تستخدم هذه البطاريات في الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة.

تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون

كما ذكرنا سابقًا ، تستخدم بطاريات Li-ion 18650 على نطاق واسع في السجائر الإلكترونية. يمكن أن تكون مدمجة في حزمة البطارية أو قابلة للإزالة ، أي مثبتة بشكل منفصل فيها. قد يكون هناك أيضًا العديد منها ، متصلة بشكل متوازٍ أو متسلسل.

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون منذ فترة طويلة في صناعة البطاريات المختلفة ، مثل بطاريات الكمبيوتر المحمول. هذه البطاريات عبارة عن سلسلة من عدة بطاريات مترابطة داخل علبة واحدة. يمكن أيضًا العثور على هذه البطاريات كبنوك طاقة كبيرة - أجهزة شحن محمولة.

نطاق البطاريات نفسها واسع جدًا: من أجهزة الشحن المسماة إلى العناصر المكونة للآليات الكبيرة الحديثة (السيارات أو الطيران). في الوقت نفسه ، يمكن أن يختلف عدد بطاريات الليثيوم أيون 18650 التي تشكل بطارية واحدة من بضع إلى مئات. والجدير بالذكر أن بطاريات الليثيوم بوليمر. على الرغم من عدم توفرها بتنسيق 18650 Li-ion ، إلا أنها الأكثر شيوعًا ، حيث يتم استخدامها في الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة.

عند قراءة "نصائح تشغيل" البطاريات في المنتديات ، تتساءل بشكل لا إرادي عما إذا كان الأشخاص قد تخطوا الفيزياء والكيمياء في المدرسة ، أم أنهم يعتقدون أن قواعد تشغيل بطاريات الرصاص والبطاريات هي نفسها.
لنبدأ بمبادئ بطارية Li-Ion. كل شيء بسيط للغاية على الأصابع - يوجد قطب سالب (عادة ما يكون مصنوعًا من النحاس) ، وهناك قطب موجب (مصنوع من الألومنيوم) ، يوجد بينهما مادة مسامية (فاصل) مشبعة بالكهرباء (تمنع الانتقال "غير المصرح به" لأيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية):

يعتمد مبدأ التشغيل على قدرة أيونات الليثيوم على الاندماج في الشبكة البلورية مواد متعددة- عادة الجرافيت أو أكسيد السيليكون - مع تكوين روابط كيميائية: وفقًا لذلك ، عند الشحن ، يتم تضمين الأيونات في الشبكة البلورية ، وبالتالي تتراكم شحنة على أحد الأقطاب ، عند التفريغ ، على التوالي ، تعود إلى قطب كهربائي آخر ، وتتخلى عن الإلكترون الذي نحتاجه (من يهتم بشرح أكثر دقة للعمليات الجارية - إقحام جوجل). كإلكتروليت ، يتم استخدام المحاليل المحتوية على الماء التي لا تحتوي على بروتون حر ومستقرة في نطاق جهد واسع. كما ترون ، في البطاريات الحديثة يتم كل شيء بأمان تام - لا يوجد معدن الليثيوم ، ولا يوجد شيء ينفجر ، فقط الأيونات تمر عبر الفاصل.
الآن بعد أن أصبح كل شيء أكثر أو أقل وضوحًا مع مبدأ التشغيل ، دعنا ننتقل إلى الأساطير الأكثر شيوعًا حول بطاريات Li-Ion:

1. الأسطورة الأولى. لا يمكن تفريغ بطارية Li-Ion في الجهاز بنسبة صفر بالمائة.
   في الواقع ، كل شيء يبدو صحيحًا ومتوافقًا مع الفيزياء - عند التفريغ إلى ~ 2.5 فولت Li-Ion ، تبدأ البطارية في التدهور بسرعة كبيرة ، وحتى تفريغ واحد من هذا القبيل يمكن أن يقلل بشكل كبير (حتى 10٪!) من سعتها. بالإضافة إلى ذلك ، عند تفريغ هذا الجهد ، لن يكون من الممكن شحنه بشاحن قياسي - إذا انخفض جهد خلية البطارية إلى أقل من 3 فولت تقريبًا ، فسيقوم جهاز التحكم "الذكي" بإيقاف تشغيله باعتباره تالفًا ، وفي حالة وجود كل هذه الخلايا ، يمكن نقل البطارية إلى سلة المهملات.
   ولكن هناك أمر مهم للغاية ولكن ينسى الجميع عنه: في الهواتف والأجهزة اللوحية وغيرها من الأجهزة المحمولة ، فإن نطاق جهد التشغيل على البطارية هو 3.5-4.2 فولت.عندما ينخفض ​​الجهد أقل من 3.5 فولت ، يظهر المؤشر نسبة شحن صفر وينطفئ الجهاز ، لكنه لا يزال بعيدًا جدًا عن 2.5 فولت "الحرجة". يتم تأكيد ذلك من خلال حقيقة أنه إذا قمت بتوصيل مصباح LED ببطارية "فارغة" من هذا القبيل ، فيمكن أن يحترق لفترة طويلة (ربما يتذكر شخص ما أن الهواتف المزودة بمصابيح كاشفة كانت تُباع ، والتي تم تشغيلها بواسطة زر بغض النظر عن النظام. لذلك استمر الضوء في الاحتراق حتى بعد تفريغ وإطفاء الهاتف). هذا ، كما ترى ، أثناء الاستخدام العادي ، لا يحدث تفريغ يصل إلى 2.5 فولت ، مما يعني أنه من الممكن تمامًا تفريغ Akum إلى صفر بالمائة.
2. الأسطورة الثانية. تنفجر بطاريات Li-Ion في حالة تلفها.
   نتذكر جميعًا Samsung Galaxy Note 7. "المتفجر" ، ومع ذلك ، هذا استثناء للقاعدة - نعم ، الليثيوم معدن نشط للغاية ، وليس من الصعب تفجيره في الهواء (وهو يحترق بشدة في الماء). ومع ذلك ، فإن البطاريات الحديثة لا تستخدم الليثيوم ، ولكن أيوناتها أقل نشاطًا بكثير. لذلك من أجل حدوث انفجار ، تحتاج إلى المحاولة الجادة - إما إتلاف بطارية الشحن فعليًا (ترتيب دائرة كهربائية قصيرة) ، أو شحنها بجهد عالي جدًا (عندئذٍ ستتلف ، ولكن على الأرجح ستحرق وحدة التحكم نفسها ولن تسمح بشحن البطارية). لذلك ، إذا كان لديك بطارية تالفة أو مدخنة فجأة في يديك - لا ترميها على الطاولة وتهرب من الغرفة وتصرخ "نحن جميعًا سنموت" - فقط ضعها في حاوية معدنية وأخرجها إلى الشرفة (حتى لا تتنفس الكيمياء) - ستشتعل البطارية لفترة ثم تخرج. الشيء الرئيسي هو عدم ملئه بالماء ، الأيونات هي بالطبع أقل نشاطًا من الليثيوم ، ولكن لا يزال يتم إطلاق بعض كمية الهيدروجين أيضًا عند التفاعل مع الماء (وهو يحب أن ينفجر).
3. الأسطورة الثالثة. عندما تصل بطارية Li-Ion إلى 300 (500/700/1000/100500) دورة ، تصبح غير آمنة وتحتاج إلى التغيير بشكل عاجل.
   خرافة ، لحسن الحظ يتناقص التجوال في المنتديات ولا يوجد أي تفسير فيزيائي أو كيميائي على الإطلاق. نعم ، أثناء التشغيل ، تتأكسد الأقطاب وتتآكل ، مما يقلل من سعة البطارية ، لكن هذا لا يهددك بأي شيء بخلاف عمر البطارية الأقصر والسلوك غير المستقر عند 10-20٪ من الشحن.
4. الأسطورة الرابعة. مع بطاريات Li-Ion ، لا يمكنك العمل في البرد.
   هذه توصية أكثر من حظر. يحظر العديد من الشركات المصنعة استخدام الهواتف في درجات حرارة سلبية ، وقد عانى الكثير منهم من تفريغ سريع وإيقاف تشغيل الهواتف بشكل عام في البرد. تفسير ذلك بسيط للغاية: الإلكتروليت عبارة عن مادة هلامية تحتوي على الماء ، وماذا يحدث للماء عندما درجات حرارة سلبيةيعلم الجميع (نعم ، يتجمد إذا كان هناك أي شيء) ، مما يؤدي إلى إخراج بعض مساحة البطارية من العمل. يؤدي هذا إلى انخفاض الجهد ، ويبدأ جهاز التحكم في اعتبار هذا تفريغًا. هذا ليس مفيدًا للبطارية ، لكنه ليس مميتًا أيضًا (بعد التسخين ، ستعود السعة) ، لذلك إذا كنت بحاجة ماسة لاستخدام الهاتف في البرد (لا يُنظر في استخدامه - أخرجه من الجيب الدافئ ، وانظر إلى الوقت وقم بإخفائه مرة أخرى) ، فمن الأفضل شحنه بنسبة 100٪ وتشغيل أي عملية تقوم بتحميل المعالج - لذلك سيكون التبريد أبطأ.
5. الأسطورة الخامسة. تشكل بطارية Li-Ion المنتفخة خطورة ويجب التخلص منها على الفور.
   هذه ليست خرافة تمامًا ، ولكنها إجراء احترازي - يمكن للبطارية المنتفخة أن تنفجر ببساطة. من وجهة نظر كيميائية ، كل شيء بسيط: أثناء عملية الإقحام ، تتحلل الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الغاز (يمكن أيضًا إطلاقه أثناء إعادة الشحن ، ولكن المزيد عن ذلك أدناه). لكنها تبرز قليلاً جدًا ، ولكي تبدو البطارية منتفخة ، يجب أن تمر عدة مئات (إن لم يكن الآلاف) من دورات إعادة الشحن (ما لم تكن ، بالطبع ، معيبة). لا توجد مشاكل في التخلص من الغاز - فقط اخترق الصمام (في بعض البطاريات يفتح من تلقاء نفسه تحت ضغط زائد) وقم بإفراغه (لا أوصي باستنشاقه) ، وبعد ذلك يمكنك تغطية الفتحة راتنجات الايبوكسي. بالطبع ، لن يؤدي هذا إلى إعادة البطارية إلى سعتها السابقة ، ولكن على الأقل الآن لن تنفجر بالتأكيد.
6. الأسطورة السادسة. بطاريات Li-Ion ضارة بالشحن الزائد.
   لكن هذه لم تعد أسطورة ، لكنها حقيقة قاسية - عند إعادة الشحن ، هناك فرصة كبيرة لأن تنتفخ البطارية وتنفجر وتشتعل فيها النيران - صدقوني ، هناك القليل من المتعة في أن يتم رشها بالكهرباء المغلي. لذلك ، توجد في جميع البطاريات وحدات تحكم لا تسمح ببساطة بشحن البطارية فوق جهد معين. ولكن هنا يجب أن تكون حذرًا للغاية في اختيار بطارية - غالبًا ما تفشل أدوات التحكم في الحرف اليدوية الصينية ، وأعتقد أن الألعاب النارية من الهاتف في الساعة 3 صباحًا لن ترضيك. بالطبع ، توجد نفس المشكلة في البطاريات ذات العلامات التجارية ، ولكن أولاً ، يحدث هذا كثيرًا هناك ، وثانيًا ، سيتم استبدال الهاتف بالكامل بموجب الضمان. عادة ما تؤدي هذه الأسطورة إلى ما يلي:
7. الأسطورة السابعة. عند الوصول إلى 100٪ ، تحتاج إلى إزالة الهاتف من الشحن.
   من الأسطورة السادسة ، يبدو هذا معقولًا ، لكن في الحقيقة لا معنى للاستيقاظ في منتصف الليل وإخراج الجهاز من الشحن: أولاً ، حالات فشل وحدة التحكم نادرة للغاية ، وثانيًا ، حتى عند الوصول إلى 100٪ على المؤشر ، يتم إعادة شحن البطارية لبعض الوقت إلى أقصى حد ممكن مع التيارات المنخفضة ، مما يضيف سعة أخرى بنسبة 1-3٪. لذلك لا ينبغي أن يكون هذا كثيرًا من الامتداد.
8. الأسطورة الثامنة. لا يمكن شحن الجهاز إلا بالشاحن الأصلي.
   تحدث الأسطورة بسبب الجودة الرديئة لأجهزة الشحن الصينية - مع الجهد العاديعند 5 + - 5 ٪ فولت ، يمكنهم إعطاء كل من 6 و 7 - وحدة التحكم ، بالطبع ، ستعمل على تخفيف هذا الجهد لبعض الوقت ، ولكن في المستقبل ستؤدي إلى احتراق وحدة التحكم في أحسن الأحوال ، في أسوأ الأحوال - إلى انفجار و (أو) فشل اللوحة الأم. يحدث العكس - تحت الحمل ، ينتج الشاحن الصيني 3-4 فولت: سيؤدي ذلك إلى حقيقة أن البطارية لا يمكن شحنها بالكامل.

كما يتضح من مجموعة كاملة من المفاهيم الخاطئة ، ليس لدى الجميع تحتها التفسير العلمي، وحتى أقل في الواقع من تدهور أداء البطارية. لكن هذا لا يعني أنه بعد قراءة مقالتي ، يجب عليك الجري بتهور وشراء بطاريات صينية رخيصة مقابل بضعة دولارات - ومع ذلك ، من أجل المتانة ، من الأفضل أن تأخذ نسخًا أصلية أو عالية الجودة من النسخ الأصلية.

تتطلب بطاريات ليثيوم أيون (Li-ion) ، المستخدمة في معظم الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الحديثة ، إجراءات صيانة وتشغيل مختلفة مقارنة ببطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) وهيدريد النيكل المعدني (Ni-MH) المستخدمة في الأجهزة السابقة.

في الحقيقة، الرعاية المناسبةيمكن لبطارية ليثيوم أيون زيادة عمرها الافتراضي بمقدار 15 مرة مقارنة بالحالات التي يساء استخدامها. في هذه المقالة ، سنقدم نصائح حول كيفية تحقيق أقصى قدر دورة الحياةبطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن في جميع أجهزتك المحمولة.

في الآونة الأخيرة ، كان على فريد لانجا ، الصحفي في بوابة Windows Secrets Internet ، استبدال الهاتف الذكي التالف - وكان ذلك خطأه.

العَرَض الرئيسي لا يبشر بالخير - حالة الهاتف كانت مشوهة ، لأن جسم الجهاز نفسه بدأ ينحني.

عند التحليل والفحص التفصيلي ، اتضح أن بطارية الهاتف الذكي كانت منتفخة.

في البداية ، لم يلاحظ فريد أي تغييرات: بدت البطارية طبيعية إلى حد ما عند عرضها وجهاً لوجه (الشكل 1). ومع ذلك ، عندما تم وضع البطارية على سطح مستو ، أصبح من الواضح أن وجوهها العلوية والسفلية لم تعد مسطحة ومتوازية مع بعضها البعض. تشكل انتفاخ شديد على جانب واحد من البطارية (الشكل 2). تسبب هذا الانتفاخ في ثني الهاتف وتشوهه.

كان انتفاخ البطارية مؤشراً على مشكلة خطيرة: تراكم الغازات السامة عالية الضغط داخل البطارية.

أدت علبة البطارية عملاً رائعًا ، لكن الغازات السامة جعلت البطارية تبدو وكأنها قنبلة صغيرة في قدر الضغط تنتظر الانفجار.

في حالة فريد ، تلف كل من الهاتف والبطارية - حان الوقت لشراء هاتف ذكي جديد.

أتعس شيء هو أنه كان من الممكن تفادي هذه المشكلة بسهولة. في الجزء الأخير من المقالة ، سيتم تقديم أخطاء فريد.

لتجنب تكرار أخطاء الماضي مع الهاتف الذكي الجديد وأجهزة الليثيوم أيون الأخرى مثل الأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، بدأ فريد في البحث بجدية عن التشغيل السليم لبطاريات الليثيوم أيون وصيانتها.

لم يكن فريد مهتمًا بإطالة عمر البطارية - فهذه التقنيات معروفة جيدًا. توفر معظم الأجهزة أوضاعًا يدوية أو تلقائية لتوفير الطاقة وطرقًا لضبط سطوع الشاشة وإبطاء أداء المعالج وتقليل عدد التطبيقات قيد التشغيل.

ركز فريد بدلاً من ذلك على إطالة عمر البطارية - طرق للحفاظ على البطارية في حالة عمل جيدة وإطالة عمر البطارية إلى أقصى حد.

تتضمن هذه المقالة استنتاجات أطروحة موجزة بناءً على بحث فريد. اتبع هذه النصائح الخمس المقترحة ، وبعد ذلك ستعمل بطاريات الليثيوم أيون بشكل كامل وطويل وآمن في جميع أجهزتك المحمولة.

نصيحة 1: راقب درجة الحرارة ولا تسخن بطاريتك

والمثير للدهشة أن الحرارة هي أحد الأعداء الرئيسيين لبطاريات الليثيوم أيون. يمكن أن تؤدي عوامل سوء الاستخدام ، مثل سرعة دورات شحن وتفريغ البطارية وطولها ، إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية.

البيئة المادية الخارجية مهمة أيضًا. يمكن أن يؤدي ترك بطارية الليثيوم أيون في الشمس أو في سيارة مغلقة إلى تقليل قدرة البطارية بشكل كبير على قبول الشحن والاحتفاظ به.

مثالي ظروف درجة الحرارةبالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون ، تبلغ درجة حرارة الغرفة 20 درجة مئوية. إذا تم تسخين الجهاز إلى 30 درجة مئوية ، تقل قدرته على حمل الشحن بنسبة 20 بالمائة. إذا تم استخدام الجهاز في 45 درجة مئوية ، وهو ما يمكن تحقيقه بسهولة في الشمس ، أو عند استخدام الجهاز بشكل مكثف مع التطبيقات كثيفة الاستخدام للموارد ، فإن سعة البطارية تنخفض بمقدار النصف تقريبًا.

وبالتالي ، إذا أصبح جهازك أو بطاريتك دافئة بشكل ملحوظ أثناء الاستخدام ، فحاول الانتقال إلى منطقة أكثر برودة. إذا لم يكن ذلك ممكنًا ، فحاول تقليل مقدار الطاقة التي يستهلكها جهازك عن طريق تعطيل التطبيقات والخدمات والميزات غير الضرورية أو خفض سطوع الشاشة أو تنشيط وضع توفير الطاقة بالجهاز.

إذا استمر هذا الأمر غير مفيد ، فقم بإيقاف تشغيل الجهاز تمامًا حتى تعود درجة الحرارة إلى وضعها الطبيعي. لتبريد أسرع ، قم بإزالة البطارية (بالطبع ، إذا كان تصميم الجهاز يسمح بذلك) - بهذه الطريقة سوف يبرد الجهاز بشكل أسرع بسبب الفصل المادي من مصدر الطاقة.

بالمناسبة ، على الرغم من حقيقة ذلك درجات حرارة عالية- هذا المشكلة الأساسيةمع بطاريات الليثيوم أيون ، لا يمثل التشغيل في درجات حرارة منخفضة مصدر قلق كبير. لا تتسبب درجات الحرارة المنخفضة في تلف البطارية على المدى الطويل ، على الرغم من أن البطارية الباردة لن تكون قادرة على توفير كل الطاقة التي يمكن أن توفرها عند درجة الحرارة المثلى. يصبح انخفاض الطاقة ملحوظًا جدًا في درجات حرارة أقل من 4 درجات مئوية. تصبح معظم بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بالمستهلكين عديمة الفائدة في درجات حرارة قريبة من نقطة التجمد أو أقل منها.

إذا أصبح جهاز مزود بمصدر طاقة ليثيوم أيون شديد البرودة لأي سبب من الأسباب ، فلا تحاول استخدامه. اتركه غير موصول وخذه إلى مكان دافئ (جيب أو غرفة ساخنة) حتى يعود الجهاز إلى درجة الحرارة العادية. تمامًا كما هو الحال مع ارتفاع درجة الحرارة ، قم بإزالة البطارية فعليًا وسيؤدي التسخين المنفصل إلى تسريع عملية الإحماء. بعد أن ترتفع درجة حرارة البطارية إلى درجة الحرارة العادية ، ستتم استعادة خصائصها الإلكتروليتية.

نصيحة 2: افصل الشاحن الخاص بك لتوفير البطارية

إعادة تحميل - أي يمكن أن يؤدي توصيل البطارية بمصدر طاقة عالي الجهد لفترة طويلة إلى تقليل قدرة البطارية على الاحتفاظ بالشحنة أو تقصير عمرها الافتراضي أو قتلها تمامًا.

تم تصميم معظم بطاريات الليثيوم أيون للمستهلكين لتعمل عند 3.6 فولت لكل خلية ، ولكنها تعمل عند 4.2 فولت أعلى أثناء الشحن. إذا كان الشاحن أيضًا منذ وقت طويلالجهد الزائد ، قد تتلف البطارية الداخلية.

في الحالات الشديدة ، يمكن أن يؤدي الشحن الزائد إلى ما يسميه المهندسون عواقب "كارثية". حتى في الحالات المتوسطة ، فإن الحرارة الزائدة الناتجة عن إعادة الشحن ستخلق التأثير الحراري السلبي الموصوف في النصيحة الأولى.

يمكن أن تعمل أجهزة الشحن عالية الجودة بانسجام مع الدوائر الكهربائية الحديثة لبطارية ليثيوم أيون ، مما يقلل من خطر الشحن الزائد عن طريق تقليل تيار الشحن بما يتناسب مع شحن البطارية.

تختلف هذه الخصائص بشكل كبير حسب نوع التكنولوجيا المستخدمة في البطارية. على سبيل المثال ، عند استخدام بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) وهيدريد معدن النيكل (Ni-MH) ، حاول تركها متصلة بالشاحن لأطول فترة ممكنة. هذا لأن الأنواع القديمة من البطاريات لها مستوى عالالتفريغ الذاتي ، أي يبدأون في فقد قدر كبير من الطاقة المخزنة فور فصلهم عن الشاحن ، حتى لو تم إيقاف تشغيل الجهاز المحمول نفسه.

في الواقع ، يمكن أن تفقد بطارية النيكل والكادميوم ما يصل إلى 10 في المائة من شحنتها في أول 24 ساعة بعد شحنها. بعد هذه الفترة الزمنية ، يبدأ منحنى التفريغ الذاتي في الاستقرار ، ولكن بطارية النيكل والكادميوميستمر في خسارة 10-20 في المائة شهريًا.

بل إن الوضع مع بطاريات هيدريد النيكل والمعدن أسوأ. معدل تفريغها الذاتي أسرع بنسبة 30 في المائة من نظيراتها من النيكل والكادميوم.

ومع ذلك ، فإن بطاريات الليثيوم أيون للغاية مستوى منخفضالتفريغ الذاتي. ستفقد البطارية التي تعمل بشكل جيد 5 في المائة فقط من شحنتها في أول 24 ساعة بعد الشحن و 2 في المائة أخرى في غضون الشهر الأول بعد ذلك.

وبالتالي ، لا داعي لترك الجهاز وبطارية ليثيوم أيون متصلة بالشاحن حتى اللحظة الأخيرة. للحصول على أفضل النتائج وعمر البطارية ، افصل الشاحن عندما يظهر الشحن الكامل.

لا تحتاج أجهزة بطاريات الليثيوم أيون الجديدة إلى الشحن الكامل قبل الاستخدام الأول (توصي أجهزة النيكل والكادميوم وهيدريد معدن النيكل بشحن من 8 إلى 24 ساعة). تكون بطاريات الليثيوم أيون في أقصى سعتها عندما تظهر شحنة بنسبة 100 بالمائة. ليست هناك حاجة لشحن ممتد.

لا تؤثر جميع دورات التفريغ على صحة البطارية بنفس الطريقة. يولد الاستخدام الطويل والمكثف مزيدًا من الحرارة ، مما يؤدي إلى إجهاد البطارية بشكل خطير ، بينما تؤدي دورات التفريغ الأقصر والأكثر تكرارًا ، على العكس من ذلك ، إلى إطالة عمر البطارية.

قد تعتقد أن دورات الشحن / التفريغ الصغيرة المفرطة يمكن أن تقلل بشكل خطير من عمر مزود الطاقة. كان هذا طبيعيًا فقط بالنسبة للتقنيات القديمة ، ولكنه لا ينطبق على بطاريات الليثيوم أيون الحديثة.

يمكن أن تكون مواصفات البطارية مضللة بسبب يعتبر العديد من المصنّعين أن دورة الشحن هي الوقت الذي يستغرقه الوصول إلى شحن بنسبة 100 بالمائة. على سبيل المثال ، شحنتان من 50 إلى 100 بالمائة تعادل دورة شحن كاملة واحدة. وبالمثل ، فإن ثلاث دورات بنسبة 33 في المائة أو 5 دورات بنسبة 20 في المائة تعادل أيضًا دورة كاملة واحدة.

باختصار ، لا يقلل عدد كبير من دورات الشحن والتفريغ الصغيرة الحجم الإجمالي للدورات. الشحن الكاملبطارية ليثيوم.

مرة أخرى ، تقلل الحرارة والضغط العالي من التفريغ الثقيل من عمر البطارية. وبالتالي ، حاول تقليل عدد عمليات التفريغ العميقة إلى الحد الأدنى. لا تدع مستوى البطارية ينخفض ​​إلى قيم قريبة من الصفر (عندما ينطفئ الجهاز نفسه). بدلاً من ذلك ، تعامل مع أقل 15-20 في المائة من عمر البطارية على أنه احتياطي للطوارئ - لحالات الطوارئ فقط. اعتد على استبدال البطارية إن أمكن ، أو توصيل الجهاز بمصدر طاقة خارجي قبل نفاد البطارية بالكامل.

كما تعلم ، فإن التفريغ السريع والشحن السريع مصحوبان بإطلاق الحرارة الزائدة ويؤثران سلبًا على عمر البطارية.

إذا كنت قد استخدمت الجهاز بشكل مكثف بأحمال عالية ، فاترك البطاريات حتى تبرد درجة حرارة الغرفةقبل التوصيل بالشاحن. لن تتمكن البطارية من الشحن بالكامل إذا كانت ساخنة.

أثناء شحن الجهاز ، راقب درجة حرارة البطارية - لا ينبغي أن ترتفع درجة حرارتها كثيرًا. عادةً ما تشير البطارية الساخنة أثناء الشحن إلى أن تيارًا كبيرًا للغاية يتدفق بسرعة.

من المرجح أن يكون الشحن الزائد مع أجهزة الشحن العامة الرخيصة التي تستخدم الدوائر شحن سريعأو بشواحن لاسلكية (حثي).

يمكن أن يكون الشاحن الرخيص محولًا بسيطًا بأسلاك متصلة به. هذه "الرسوم الصامتة" توزع ببساطة التيار ولا تتلقى عمليا أي ملاحظات من الجهاز المشحون. يعد ارتفاع درجة الحرارة والجهد الزائد أمرًا شائعًا جدًا عند استخدام أجهزة الشحن هذه ، مما يؤدي إلى تدمير البطارية ببطء.

تم تصميم الشحنات "السريعة" لتوفير شحن لمدة دقيقة واحدة ، وليس شحن لمدة ساعة. هناك طرق مختلفة لتكنولوجيا الشحن السريع ، وليست كلها متوافقة مع بطاريات الليثيوم أيون. إذا لم يتم تصميم الشاحن والبطارية للعمل معًا ، فقد يتسبب الشحن السريع في زيادة الجهد والسخونة. بشكل عام ، من الأفضل عدم استخدام شاحن إحدى العلامات التجارية لشحن جهاز محمول لعلامة تجارية أخرى.

تستخدم أجهزة الشحن اللاسلكية (الحثية) سطح شحن خاصًا لإعادة شحن البطارية. للوهلة الأولى ، يعد هذا مناسبًا للغاية ، لكن الحقيقة هي أن هذه الشحنات تولد حرارة زائدة حتى في التشغيل العادي (تستخدم بعض المواقد ظاهرة الحث لتسخين الأواني والمقالي).

لا تعاني بطاريات الليثيوم من الحرارة فحسب ، بل تهدر أيضًا الطاقة عند الشحن لاسلكيًا. بطبيعتها ، تكون كفاءة الشاحن الحثي دائمًا أقل من كفاءة الشاحن التقليدي. هنا كل شخص حر في اتخاذ قراره الخاص ، ولكن بالنسبة لفريد ، فإن زيادة الحرارة وانخفاض الكفاءة هي عوامل كافية للتخلي عن مثل هذه الأجهزة.

في أي حال ، فإن الطريقة الأكثر أمانًا هي استخدام الشاحن المزود الموصى به من قبل الشركة المصنعة. هذه هي الطريقة الوحيدة المضمونة للحفاظ على درجة الحرارة والجهد ضمن الحدود الطبيعية.

إذا لم يتوفر شاحن OEM ، فاستخدم جهازًا بتيار خرج منخفض لتقليل فرصة تلف البطارية بسبب توصيل الطاقة العالية بسرعة.

أحد مصادر الطاقة المنخفضة الحالية هو منفذ USB على جهاز كمبيوتر نموذجي. يوفر منفذ USB 2.0 القياسي 500 مللي أمبير (0.5 أمبير) لكل منفذ ، بينما يوفر USB 3.0 900 مللي أمبير (0.9 أمبير) لكل منفذ. للمقارنة ، يمكن لبعض أجهزة الشحن المخصصة توصيل 3000-4000 مللي أمبير (3-4 أمبير). يضمن التيار المنخفض لمنافذ USB بشكل عام الشحن الآمن مع الوضع العادي نظام درجة الحرارةلمعظم بطاريات الليثيوم أيون الحديثة.

نصيحة 5: استخدم بطارية احتياطية إذا أمكن

إذا كان جهازك يسمح لك باستبدال البطارية بسرعة ، فإن الحصول على بطارية احتياطية هو بوليصة تأمين رائعة. لا يؤدي هذا إلى مضاعفة عمر البطارية فحسب ، بل يلغي أيضًا الحاجة إلى استنزاف البطارية تمامًا أو استخدام الشحن السريع. عندما تصل البطارية إلى علامة 15-20 في المائة ، ما عليك سوى تبديل البطارية المستنفدة للحصول على احتياطي وستحصل على الفور على شحن كامل دون أي مشاكل في ارتفاع درجة الحرارة.

البطارية الاحتياطية لها فوائد أخرى أيضًا. على سبيل المثال ، إذا وجدت نفسك في موقف ترتفع فيه درجة حرارة البطارية المثبتة (على سبيل المثال ، بسبب الاستخدام المكثف للجهاز أو ارتفاع درجة الحرارة المحيطة) ، يمكنك تغيير البطارية الساخنة لتبريدها بشكل أسرع مع الاستمرار في استخدام الجهاز.

إن وجود بطاريتين يلغي الحاجة إلى استخدام الشحن السريع - يمكنك استخدام الجهاز بأمان عندما يتم شحن البطارية ببطء من مصدر طاقة آمن.

أخطاء فريد المميتة

اقترح فريد أنه ربما يكون قد أتلف بطارية الهاتف الذكي أثناء رحلة الطريق. استخدم وظيفة GPS للجهاز للتنقل في يوم مشمس صاف. ظل الهاتف الذكي في الشمس لفترة طويلة في الحامل بالقرب من لوحة القيادة في السيارة ، وتم تشغيل سطوع الهاتف الذكي إلى أقصى حد من أجل تمييز الخريطة بين الساطع أشعة الشمس.

بالإضافة إلى ذلك ، جميع تطبيقات الخلفية القياسية - البريد الإلكتروني ، والمراسلة الفورية ، وما إلى ذلك. تم إطلاقها. استخدم الجهاز وحدة 4G لتنزيل المقطوعات الموسيقية ووحدة Bluetooth اللاسلكية لنقل الصوت إلى وحدة الصوت في السيارة. بالتأكيد ، كان الهاتف تحت الضغط.

لكي يتلقى الهاتف الطاقة ، تم توصيله بمحول 12 فولت ، تم شراؤه وفقًا لمعايير السعر المنخفض ووجود الموصل الصحيح.

أدى الجمع بين ضوء الشمس المباشر وحمل وحدة المعالجة المركزية العالي والسطوع الأقصى للشاشة والجودة المشكوك فيها للمحول إلى ارتفاع درجة حرارة الهاتف الذكي بشكل مفرط. يتذكر فريد برعب مدى سخونة الجهاز عندما تم إخراجه من حامله. كان هذا الانهاك الشديد هو العامل المحفز لموت البطارية.

يبدو أن المشكلة تزداد سوءًا في الليل ، عندما ترك فريد الجهاز موصولًا بالتيار الكهربائي طوال الليل باستخدام شاحن تابع لجهة خارجية ، دون التحكم في وقت شحن البطارية بالكامل.

مع هاتفه الذكي الجديد ، لن يستخدم فريد سوى الشاحن المدمج والبطارية الاحتياطية. يأمل فريد في حياة طويلة وآمنة لكل من البطارية والهاتف ، وهو ما ينوي تحقيقه بهذه النصائح.

وجدت خطأ مطبعي؟ حدد واضغط على Ctrl + Enter

في هذا الوقت ، تنتشر بطاريات ليثيوم أيون وبطاريات Li-pol (ليثيوم بوليمر).

الفرق بينهما في المنحل بالكهرباء. في الإصدار الأول ، يتم استخدام الهيليوم لأنه ، في الإصدار الثاني ، عبارة عن بوليمر مشبع بمحلول يحتوي على الليثيوم. اليوم ، نظرًا لشعبية السيارات ذات المحركات الكهربائية ، فإن مسألة العثور على النوع المثالي لبطارية ليثيوم أيون الأمثل لمثل هذه السيارة أمر حاد.

ويتكون ، مثل البطاريات الأخرى ، من أنود (كربون مسامي) وكاثود (ليثيوم) ، وفاصل يفصل بينهما وموصل إلكتروليت. ويصاحب عملية التفريغ انتقال أيونات "الأنود" إلى القطب السالب من خلال الفاصل والإلكتروليت. يتم عكس اتجاههم أثناء الشحن (الصورة أدناه).

تدور الأيونات في عملية تفريغ وشحن الخلية بين أقطاب كهربائية مشحونة بشكل معاكس.

تحتوي بطاريات الأيونات على كاثود مصنوع من معادن مختلفة ، وهذا هو الفرق الرئيسي بينهما. استخدام الشركات المصنعة للأقطاب الكهربائية مواد مختلفةتحسين أداء البطارية.

لكن يحدث أن تحسين بعض الخصائص يؤدي إلى تدهور حاد في البعض الآخر. على سبيل المثال ، من خلال تحسين السعة اللازمة لزيادة وقت السفر ، يمكنك زيادة الطاقة والأمان وتقليل التأثير السلبي على بيئة. في الوقت نفسه ، يمكنك تقليل الحمل الحالي أو زيادة تكلفة البطارية أو حجمها.

تعرف على المعلمات الرئيسية أنواع مختلفةيمكن أن تكون بطاريات الليثيوم (الليثيوم - المنغنيز ، الليثيوم - الكوبالت ، الليثيوم - الفوسفات والنيكل - المنغنيز - الكوبالت) في الجدول:

قواعد لمستخدمي النقل الكهربائي

لا تقل سعة هذه البطاريات عمليًا أثناء التخزين طويل الأجل. يتم تفريغ بطاريات Li-ion بنسبة 23٪ فقط إذا تم تخزينها عند درجة حرارة 60 درجة لمدة 15 عامًا. بسبب هذه الخصائص ، يتم استخدامها على نطاق واسع في تقنيات النقل الكهربائي.

بطاريات الليثيوم أيون مناسبة للسيارات الكهربائية ، التي تحتوي على نظام تحكم كامل مدمج في العلبة.

لهذا السبب ، ينسى المستخدمون أثناء العملية القواعد الأساسية التي يمكن أن تطيل عمر خدمتهم:

• يجب شحن البطارية بالكامل فور شرائها من المتجر حيث يتم شحن الأقطاب الكهربائية بنسبة 50٪ أثناء عملية التصنيع. لذلك ، ستنخفض السعة المتاحة ، أي وقت التشغيل إذا لم يكن هناك رسوم أولية ؛
• يجب عدم السماح للبطارية بالتفريغ الكامل من أجل الحفاظ على مواردها ؛
• من الضروري شحن البطارية بعد كل مغادرة ، حتى لو بقيت الشحنة ؛
• لا تقم بتسخين البطاريات لأن درجات الحرارة المرتفعة تساهم في الشيخوخة. من أجل استخدام المورد إلى أقصى حد ، من الضروري تنفيذ العملية في درجة الحرارة المثلىوهي 20-25 درجة. لذلك ، لا يمكن تخزين البطارية بالقرب من مصدر حرارة ؛
• في الطقس البارد ، يوصى بلف البطارية في كيس بلاستيكي بقفل مفرغ للتخزين عند 3-4 درجات ، أي. في غرفة غير مدفأة. يجب أن تكون الشحنة على الأقل 50٪ من إجمالي الشحن ؛
• بعد تشغيل البطارية في درجات حرارة منخفضة ، لا يمكن شحنها دون الإمساك بها لبعض الوقت في درجة حرارة الغرفة ، أي تحتاج إلى التسخين ؛
• تحتاج إلى شحن البطارية بالشاحن المرفق مع المجموعة.

يحتوي PU لهذه البطاريات على عدة أنواع فرعية - الليثيوم - LiFePO4 (الحديد - الفوسفات) ، باستخدام كاثود فوسفات الحديد. تسمح لنا خصائصها بالحديث عن البطاريات باعتبارها ذروة التكنولوجيا المستخدمة في إنتاج البطاريات.

مزاياها الرئيسية هي:

• عدد دورات الشحن والتفريغ ، والتي تصل إلى 5000 دورة حتى اللحظة التي تنخفض فيها السعة بنسبة 20 ٪ ؛
• عمر خدمة طويل
• فقدان "تأثير الذاكرة" ؛
• نطاق درجة حرارة واسع مع أداء غير متغير (300-700 درجة مئوية) ؛
• الاستقرار الكيميائي والحراري مما يزيد من السلامة.

البطاريات الأكثر استخدامًا

من بين العديد من البطاريات الأكثر شيوعًا ، 18650 بطارية ليثيوم أيون تصنعها خمس شركات: إل جي ، سوني ، باناسونيك ، سامسونج ، سانيو ، التي تقع مصانعها في اليابان والصين وماليزيا وكوريا الجنوبية. كان من المخطط أن يتم استخدام بطاريات li ion 18650 في أجهزة الكمبيوتر المحمولة. ومع ذلك ، نظرًا للتنسيق الناجح ، يتم استخدامها في النماذج التي يتم التحكم فيها عن بُعد ، والمركبات الكهربائية ، والفوانيس ، وما إلى ذلك.

مثل أي منتج عالي الجودة ، تحتوي هذه البطاريات على العديد من المنتجات المقلدة ، لذلك ، من أجل إطالة عمر الجهاز ، ما عليك سوى شراء البطاريات من العلامات التجارية المعروفة.

بطاريات ليثيوم أيون محمية وغير محمية

من المهم أيضًا لبطاريات الليثيوم سواء كانت محمية أم لا. نطاق التشغيل الأول هو 4.2-2.5 فولت (يستخدم في الأجهزة المصممة للعمل مع مصادر أيونات الليثيوم): مصابيح LED ، أجهزة منزلية منخفضة الطاقة ، إلخ.

في الأدوات الكهربائية ، يتم استخدام الدراجات ذات المحركات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ومعدات الفيديو والصور والبطاريات غير المحمية التي يتم التحكم فيها بواسطة وحدة التحكم.

ما الذي تريد معرفته عن بطاريات الليثيوم أيون؟

بادئ ذي بدء ، القيود التي يجب مراعاتها أثناء العملية:

• لا يمكن أن يكون جهد إعادة الشحن (الحد الأقصى) أعلى من 4.35 فولت ؛
• لا يمكن أن تكون قيمته الدنيا أقل من 2.3 فولت ؛
• يجب ألا يتجاوز تيار التفريغ أكثر من ضعف قيمة السعة. إذا كانت قيمة الأخير 2200 مللي أمبير ، فإن الحد الأقصى للتيار هو 4400 مللي أمبير.

الوظائف التي يؤديها جهاز التحكم

لماذا تحتاج إلى وحدة تحكم شحن بطارية ليثيوم أيون؟ يؤدي عدة وظائف:

• يوفر تيارًا يعوض التفريغ الذاتي. قيمته أقل من الحد الأقصى لتيار الشحن ، ولكن أكثر من تيار التفريغ الذاتي ؛
• تنفذ خوارزمية دورة شحن / تفريغ فعالة لبطارية معينة ؛
• يعوض الفرق في تدفقات الطاقة أثناء الشحن وتوفير الطاقة للمستهلك. على سبيل المثال ، عند شحن جهاز كمبيوتر محمول وتشغيله ؛
• يقيس درجة الحرارة أثناء ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض درجة حرارة الجسم ، مما يمنع تلف البطارية.

يتم تصنيع وحدة التحكم في شحن بطارية ليثيوم أيون إما على شكل دائرة كهربائية صغيرة مدمجة في البطارية ، أو كجهاز منفصل.

لشحن البطاريات ، من الأفضل استخدام الشاحن القياسي لبطاريات ليثيوم أيون 18650 المتوفرة في المجموعة. عادة ما يكون لشاحن بطاريات الليثيوم 18650 مؤشر على مستوى الشحن. غالبًا ما يكون مصباح LED يظهر عندما تكون الشحن قيد التقدم ونهايتها.

في الأجهزة الأكثر تقدمًا ، يمكنك تتبع الوقت المتبقي حتى نهاية الشحن ، والجهد الحالي على الشاشة. بالنسبة لبطارية 18650 بسعة 2200 مللي أمبير ، يكون وقت الشحن ساعتين.

لكن من المهم معرفة كيفية شحن بطارية ليثيوم أيون 18650 بأي تيار ، يجب أن تكون نصف السعة الاسمية ، أي إذا كانت 2000 مللي أمبير ، فالتيار الأمثل هو 1A. عن طريق شحن البطارية بتيار عالٍ ، يبدأ تدهورها بسرعة. عند استخدام تيار منخفض ، سيستغرق الأمر مزيدًا من الوقت.

فيديو: كيف تشحن شاحن بطارية Li ion بيديك

مخطط جهاز لشحن البطاريات

تبدو هكذا:

تتميز الدائرة بالموثوقية والتكرار ، والأجزاء الواردة غير مكلفة ومتاحة بسهولة. من أجل زيادة عمر البطارية ، يلزم الشحن الكفء لبطاريات ليثيوم أيون: بحلول نهاية الشحن ، يجب أن ينخفض ​​الجهد.

بعد اكتماله ، أي عندما يصل التيار إلى الصفر ، يجب أن يتوقف شحن بطارية ليثيوم أيون. الدائرة المذكورة أعلاه تفي بهذه المتطلبات: بطارية فارغة متصلة بالشاحن (تضيء VD3) تستخدم تيار 300 مللي أمبير.

يشار إلى العملية الجارية من خلال احتراق LED VD1. يشير التيار المتناقص تدريجياً إلى 30 مللي أمبير إلى أن البطارية قيد الشحن. تتم الإشارة إلى نهاية العملية بواسطة مصباح LED VD2 المضاء.

تستخدم الدائرة مضخمًا تشغيليًا LM358N (يمكنك استبداله بمضخم تناظري KR1040UD1 أو KR574UD2 ، والذي له ترتيب دبوس مختلف) ، بالإضافة إلى ترانزستور VT1 S8550 9 أصفر وأحمر وأخضر (1.5 فولت).

هل يمكن إحياء البطارية؟

بعد عامين من الاستخدام النشط ، تفقد البطاريات سعتها بشكل كارثي ، مما يخلق مشاكل عند استخدام جهازك المفضل. هل من الممكن وكيفية استعادة بطارية ليثيوم أيون بينما يبحث المستخدم عن بديل؟

يمكن استرداد بطارية ليثيوم أيون مؤقتًا بعدة طرق.

إذا كانت البطارية منتفخة ، أي. توقف عن حمل شحنة ، مما يعني أن الغازات قد تراكمت في الداخل.

ثم تابع ما يلي:

• حالة البطارية مفصولة بعناية عن المستشعر ؛
• فصل المستشعر الإلكتروني
• ابحث عن غطاء به إلكترونيات تحكم تحته وثقبه بإبرة بعناية ؛
• بعد ذلك ، يجدون جسمًا مسطحًا ثقيلًا ، أكبر مساحة من مساحة البطارية ، والتي سيتم استخدامها كضغط (لا تستخدم نائبًا وأجهزة مماثلة) ؛
• ضع البطارية على مستوى أفقي ، واضغط لأسفل بالضغط ، مع تذكر أن البطارية يمكن أن تتلف من خلال استخدام القوة المفرطة. إذا لم يكن ذلك كافيًا ، فقد لا تتحقق النتيجة. هذه هي اللحظة الأكثر أهمية.
• يبقى تقطير الايبوكسي على الفتحة ولحام المستشعر.

هناك طرق أخرى يمكنك أن تقرأ عنها على الإنترنت.

يمكنك اختيار شاحن على الموقع http://18650.in.ua/chargers/.

فيديو: بطاريات Li-ion ، نصائح لاستخدام بطاريات li-ion