Laetavad liitiumioonakud. Liitium-ioon (Li-ion) akud ja akud. Aku mahutavuse mõõtmine ilma mõõteriistadeta

Liitium-ioonakusid (Li-ion) kasutatakse kõige sagedamini mobiilseadmetes (sülearvutid, mobiiltelefonid, pihuarvutid ja muud). Selle põhjuseks on nende eelised varem laialt levinud nikkel-metallhüdriid (Ni-MH) ja nikkel-kaadmium (Ni-Cd) akude ees.

Liitium-ioonakudel on palju paremad parameetrid.
Liitiumanoodiga primaarelemendid ("patareid") ilmusid 20. sajandi 70. aastate alguses ja leidsid kiiresti rakendust tänu oma suurele erienergiale ja muudele eelistele. Nii sai teoks ammune soov luua keemiline vooluallikas kõige aktiivsema redutseerija - leelismetalliga, mis võimaldas järsult tõsta nii aku tööpinget kui ka selle erienergiat. Kui liitiumanoodiga primaarelementide väljatöötamist kroonis suhteliselt kiire edu ja sellised elemendid võtsid kindlalt oma koha kaasaskantavate seadmete toiteallikana, siis liitiumakude loomine sattus põhjapanevatesse raskustesse, millest ülesaamiseks kulus üle 20 aasta.

Pärast palju katsetamist 1980. aastatel selgus, et liitiumakude probleem keerles liitiumelektroodide ümber. Täpsemalt liitiumi aktiivsuse ümber: töötamise ajal toimunud protsessid viisid lõpuks ägeda reaktsioonini, mida nimetatakse "ventilatsiooniks leegi vabastamisega". 1991. aastal kutsuti tootjatele tagasi suur hulk liitiumakusid, mida esmakordselt kasutati mobiiltelefonide toiteallikana. Põhjus on selles, et vestluse ajal, kui tarbitav vool on maksimaalne, puhkes akust leek, mis kõrvetas mobiiltelefoni kasutaja nägu.

Liitiummetallile omase ebastabiilsuse tõttu, eriti laadimisprotsessi ajal, on teadusuuringud nihkunud aku loomise valdkonda, kus ei kasutata Li, vaid kasutatakse selle ioone. Kuigi liitium-ioonakud tagavad veidi väiksema energiatiheduse kui liitiumakud, on liitiumioonakud siiski ohutud. õiged režiimid laadimine ja tühjendamine.

Liitiumioonakude keemilised protsessid.

Revolutsiooni taaslaetavate liitiumakude arendamisel tegi teade, et Jaapanis on välja töötatud süsinikmaterjalidest negatiivse elektroodiga akud. Süsinik osutus liitiumi interkalatsiooni jaoks väga mugavaks maatriksiks.
Selleks, et aku pinge oleks piisavalt suur, kasutasid Jaapani teadlased positiivse elektroodi aktiivse materjalina koobaltoksiide. Litereeritud koobaltoksiidi potentsiaal on liitiumelektroodi suhtes umbes 4 V, seega on liitiumioonaku tööpinge iseloomulik väärtus 3 V ja kõrgem.

Kui liitium-ioonaku tühjeneb, eraldatakse liitium süsinikmaterjalist (negatiivsel elektroodil) ja liitium interkaleeritakse oksiidiks (positiivsel elektroodil). Aku laadimisel kulgevad protsessid vastupidises suunas. Järelikult puudub kogu süsteemis metalliline (nullvalentse) liitium ning tühjenemise ja laadimise protsessid taanduvad liitiumioonide ülekandmisele ühelt elektroodilt teisele. Seetõttu nimetatakse selliseid akusid "liitium-ioon" ehk kiiktooli tüüpi akudeks.

Protsessid liitiumioonaku negatiivsel elektroodil.

Kõigi turule toodud liitiumioonakude negatiivne elektrood on valmistatud süsinikmaterjalidest. Liitiumi interkalatsioon süsinikmaterjalideks on keeruline protsess, mille mehhanism ja kineetika sõltuvad suuresti süsinikmaterjali ja elektrolüüdi olemusest.

Anoodina kasutatav süsinikmaatriks võib olla korrastatud kihilise struktuuriga, näiteks looduslikul või sünteetilisel grafiidil, korrastamata amorfne või osaliselt korrastatud (koks, pürolüüs või mesofaasiline süsinik, tahm jne). Liitiumioonid, kui need sisestatakse, liigutavad süsinikmaatriksi kihid üksteisest lahku ja paiknevad nende vahel, moodustades erinevate struktuuride interkalaate. Süsinikmaterjalide erimaht liitiumioonide interkalatsiooni-deinterkalatsiooni protsessis muutub ebaoluliselt.
Lisaks süsinikmaterjalidele negatiivse elektroodmaatriksina uuritakse tina, hõbeda ja nende sulamite, tinasulfiidide, koobaltfosforiidide, räni nanoosakestega süsinikkomposiite põhinevaid struktuure.

Protsessid liitiumioonaku positiivsel elektroodil.

Kui primaarsetes liitiumelementides kasutatakse positiivse elektroodi jaoks mitmesuguseid aktiivseid materjale, siis liitiumakude puhul on positiivse elektroodi materjali valik piiratud. Liitiumioonakude positiivsed elektroodid on valmistatud eranditult liitium-koobalti- või nikkeloksiididest ja liitium-mangaani spinellidest.

Praegu kasutatakse katoodmaterjalina üha enam oksiidide või fosfaatide segudel põhinevaid materjale. On näidatud, et segatud oksiidkatoodidega parim esitus aku. Samuti omandatakse tehnoloogiad katoodide pinna katmiseks peendisperssete oksiididega.

Li-ion akude ehitus

Struktuurselt toodetakse liitiumioonakusid, nagu leelis (Ni-Cd, Ni-MH), silindrilistes ja prismalistes versioonides. Silindrilistes akudes asetatakse teras- või alumiiniumkorpusesse keritud elektroodide pakett ja separaator, mille külge on ühendatud negatiivne elektrood. Aku positiivne poolus tuuakse läbi isolaatori kaaneni (joonis 1). Prismapatareid valmistatakse ristkülikukujuliste plaatide üksteise peale virnastamisel. Prismaatilised akud tagavad aku tihedama pakkimise, kuid neil on silindrilistest patareidest raskem säilitada elektroodidele survejõudu. Mõne prisma aku puhul kasutatakse elektroodipakendi valtsitud komplekti, mis on keeratud elliptiliseks spiraaliks (joonis 2). See võimaldab ühendada kahe ülalkirjeldatud disainimuudatuse eelised.

Joon.1 Silindrilise liitiumioonaku seade.

Joonis 2. Prismaatilise liitiumioon (Li-ioon) aku seade, millel on rullitud elektroodid.

Tavaliselt võetakse mõningaid projekteerimismeetmeid, et vältida kiiret kuumenemist ja tagada liitium-ioonakude ohutu töö. Aku kaane all on seade, mis reageerib plusstemperatuuri koefitsiendile takistust suurendades, ja teine, mis katkestab elektriühenduse katoodi ja plussklemmi vahel, kui gaasirõhk akusises tõuseb üle lubatud piiri.

Li-ion akude ohutuse parandamiseks peab akul kasutama ka välist elektroonilist kaitset, mille eesmärk on vältida iga aku üle- ja ülelaadimise võimalust, lühist ja liigset kuumenemist.
Enamik liitiumioonakusid on valmistatud prismaversioonides, kuna liitiumioonakude peamine eesmärk on tagada mobiiltelefonide ja sülearvutite töö. Prismapatareide konstruktsioonid ei ole reeglina ühtsed ning enamik mobiiltelefonide, sülearvutite jms tootjaid ei luba seadmetes kasutada kolmanda osapoole akusid.

Liitiumioonakude omadused.

Kaasaegsetel liitiumioonakudel on kõrged eriomadused: 100-180 Wh/kg ja 250-400 Wh/l. Tööpinge - 3,5-3,7 V.
Kui veel mõned aastad tagasi pidasid arendajad liitiumioonakude saavutatavaks võimsuseks mitte suuremat kui paar ampertundi, siis nüüdseks on enamik võimsuse kasvu piiravatest põhjustest üle saadud ja paljud tootjad hakkasid tootma võimsusega akusid. sadadest ampertundidest.
Kaasaegsed väikese suurusega akud on tõhusad tühjendusvooludel kuni 2 C, võimsad - kuni 10-20 C. Töötemperatuuri vahemik: -20 kuni +60 °C. Paljud tootjad on aga juba välja töötanud akud, mis võivad töötada -40 °C juures. Temperatuurivahemikku on võimalik laiendada kõrgematele temperatuuridele.
Li-ion akude isetühjenemine on esimesel kuul 4-6%, siis on see tunduvalt väiksem: 12 kuuga kaotavad akud 10-20% salvestatud mahust. Liitiumioonakude mahukadu on nii 20 °C kui ka 40 °C juures kordades väiksem kui nikkel-kaadmiumakudel. Ressurss-500-1000 tsüklit.

Li-ion akude laadimine.

Liitiumioonakud on laetud kombineeritud režiim: esmalt konstantsel voolul (vahemikus 0,2 C kuni 1 C) kuni pingeni 4,1-4,2 V (olenevalt tootja soovitustest), seejärel konstantsel pingel. Laadimise esimene etapp võib kesta umbes 40 minutit, teine etapp kauem. Kiirema laadimise saab saavutada impulssrežiimiga.
Algsel perioodil, kui ilmusid ainult grafiitsüsteemi kasutavad liitiumioonakud, oli vaja piirata laadimispinget kiirusega 4,1 V elemendi kohta. Kuigi kasutamine rohkem kõrgepinge võimaldab teil suurendada energiatihedust, oksüdatiivsed reaktsioonid, mis esines seda tüüpi rakkudes 4,1 V künnist ületavatel pingetel, põhjustas nende kasutusea lühenemise. Aja jooksul kõrvaldati see puudus keemiliste lisandite kasutamisega ja nüüd saab liitiumioonelemente laadida kuni 4,20 V pingeni. Pingetaluvus on ainult umbes ± 0,05 V elemendi kohta.
Tööstuslikuks ja sõjaliseks kasutamiseks mõeldud liitiumioonakud peaksid olema pikema tööeaga kui akud kaubanduslik kasutamine. Seetõttu on nende jaoks laengu lõpu lävipinge 3,90 V elemendi kohta. Kuigi selliste akude energiatihedus (kWh/kg) on väiksem, pikeneb kasutusiga kl väikesed suurused, väike kaal ja suurem energiatihedus võrreldes teist tüüpi akudega jätavad liitiumioonakud konkurentsist välja.
Liitiumioonakude laadimisel vooluga 1C on laadimisaeg 2-3 tundi Liitiumioonaku saavutab täislaadimise oleku siis, kui sellel olev pinge muutub võrdseks katkestuspingega ning vool väheneb oluliselt ning on ligikaudu 3% algsest laadimisvoolust (joonis 3).

Joonis 3. Pinge ja vool versus aeg liitiumioonaku (Li-ioonaku) laadimisel

Kui joonisel 3 on kujutatud tüüpilist laadimisgraafikut ühe tüüpi liitiumioonakude kohta, siis joonisel 4 on laadimisprotsess selgemalt näidatud. Liitiumioonaku laadimisvoolu suurenemisega laadimisaeg oluliselt ei vähene. Kuigi aku pinge tõuseb suurema laadimisvoolu korral kiiremini, võtab laadimisfaas pärast laadimistsükli esimese etapi lõppemist kauem aega.
Teatud tüüpi laadijate puhul kulub liitiumioonaku laadimiseks 1 tund või vähem. Sellistes laadijates jäetakse 2. etapp välja ja aku läheb valmisolekusse kohe pärast 1. etapi lõppu. Sel hetkel on liitiumioonaku laetud ligikaudu 70% ja pärast seda on võimalik täiendav laadimine.

Joonis 4. Pinge ja voolu sõltuvus ajast liitiumioonaku laadimisel.

1. STAADIUM – maksimaalne lubatud laadimisvool liigub läbi aku, kuni selle pinge jõuab läviväärtuseni.
2. SAMM – Max pinge Kui aku on täis laetud, vähendatakse laadimisvoolu järk-järgult, kuni see on täielikult laetud. Laadimise lõpetamise hetk saabub siis, kui laadimisvoolu väärtus langeb väärtuseni 3% algväärtusest.
3. SAMM – perioodiline meigilaadimine aku hoiustamisel, ligikaudu iga 500 hoiutunni järel.

Liitiumioonakude nirelaadimise aste ei ole rakendatav, kuna need ei suuda ülelaadimisel energiat neelata. Lisaks võib tilklaadimine põhjustada liitiumkatte, mis muudab aku ebastabiilseks. Vastupidi, lühike alalisvoolu laadimine suudab kompenseerida liitiumioonaku väikese isetühjenemise ja kompenseerida selle kaitseseadme tööst tingitud energiakadusid. Sõltuvalt laadija tüübist ja liitiumioonaku isetühjenemise astmest saab sellist laadimist teostada iga 500 tunni või 20 päeva järel. Tavaliselt tuleks seda teha siis, kui avatud vooluahela pinge langeb 4,05 V/elemendi kohta ja lõpetada, kui see jõuab 4,20 V/elemendi kohta.
Seega on liitiumioonakudel madal vastupidavus ülelaadimisele. Süsinikmaatriksi pinnal olevale negatiivsele elektroodile saab olulise ülelaenguga võimalikuks ladestada metallilist liitiumi (peeneks purustatud samblasetete kujul), millel on elektrolüüdi suhtes kõrge reaktiivsus, ja hapniku aktiivne eraldumine algab kl. katood. Oht on termiline põgenemine, rõhu tõus ja rõhu langus. Seetõttu saab liitiumioonakusid laadida ainult kuni tootja soovitatud pingeni. Suurenenud laadimispinge korral väheneb aku eluiga.
Liitiumioonakude ohutule kasutamisele tuleb tõsiselt mõelda. Kaubanduslikel liitiumioonakudel on spetsiaalsed kaitseseadmed, mis ei lase laadimispingel ületada teatud läviväärtust. Täiendav element kaitse tagab laadimise lõpetamise, kui aku temperatuur jõuab 90 °C-ni. Kõige arenenumatel akudel on veel üks kaitseelement - mehaaniline lüliti, mille käivitab aku siserõhu tõus. Sisseehitatud pinge juhtimissüsteem on konfigureeritud kahele väljalülituspingele - kõrgele ja madalale.
On erandeid - liitiumioonakud, milles pole üldse kaitseseadmeid. Need on mangaani sisaldavad patareid. Selle olemasolu tõttu toimuvad laadimise ajal anoodi metalliseerimise reaktsioonid ja hapniku eraldumine katoodil nii aeglaselt, et sai võimalikuks kaitseseadmete kasutamisest loobuda.

Liitiumioonakude ohutus.

Kõiki liitiumakusid iseloomustab üsna hea ohutus. Võimsuse kaotus isetühjenemise tõttu 5-10% aastas.
Antud näitajaid tuleks käsitleda kui mõningaid nominaalseid võrdluspunkte. Näiteks iga konkreetse aku tühjenduspinge sõltub tühjendusvoolust, tühjenemistasemest, temperatuurist; ressurss sõltub tühjenemise ja laadimise režiimidest (vooludest), temperatuurist, tühjenemise sügavusest; töötemperatuuride vahemik sõltub ressursi ammendumise tasemest, lubatud tööpingetest jne.
Liitiumioonakude miinusteks on tundlikkus üle- ja ülelaadimise suhtes, seetõttu peavad neil olema laadimise ja tühjenemise piirajad.
Liitiumioonakude tühjenemisomaduste tüüpiline vaade on näidatud joonisel fig. 5 ja 6. Joonistelt on näha, et tühjendusvoolu suurenedes aku tühjendusvõimsus veidi väheneb, kuid tööpinge väheneb. Sama efekt ilmneb alla 10 °C temperatuuril tühjendamisel. Lisaks on madalatel temperatuuridel esialgne pingelangus.

Joonis 5. Liitiumioonaku tühjenemise omadused erinevatel vooludel.

Joonis 6. Liitiumioonaku tühjenemise omadused erinevatel temperatuuridel.

Mis puutub liitium-ioonakude töösse üldiselt, siis arvestades kõiki konstruktiivseid ja keemilised meetodid akude kaitse ülekuumenemise eest ja juba väljakujunenud idee akude välise elektroonilise kaitse vajadusest ülelaadimise ja ülelaadimise eest, võime liitiumioonakude ohutu kasutamise probleemi pidada lahendatuks. Ja uued katoodmaterjalid tagavad liitiumioonakude jaoks sageli veelgi suurema termilise stabiilsuse.

Liitium-ioonaku ohutus.

Liitium- ja liitium-ioonakude arendamisel, nagu ka primaarsete liitiumakude väljatöötamisel, pöörati erilist tähelepanu ladustamise ja kasutamise ohutusele. Kõik akud on kaitstud sisemiste lühiste (ja mõnel juhul ka väliste lühiste) eest. Tõhus viis Selliseks kaitseks on kahekihilise separaatori kasutamine, mille üks kihtidest ei ole polüpropüleenist, vaid polüetüleeniga sarnasest materjalist. Lühise korral (näiteks liitiumdendriitide kasvu tõttu positiivsele elektroodile) lokaalse kuumenemise tõttu sulab see eraldajakiht ja muutub läbilaskmatuks, takistades seega edasist dendriitide kasvu.

Liitium-ioonaku kaitseseadmed.

Kaubanduslikel liitiumioonakudel on kõigist akutüüpidest kõige arenenum kaitse. Li-ioonakude kaitseahelas kasutatakse reeglina väljatransistori võtit, mis akuelemendil 4,30 V pinge saavutamisel avaneb ja sellega laadimisprotsessi katkestab. Lisaks ühendab olemasolev termokaitse, kui aku kuumutatakse temperatuurini 90 ° C, oma koormuse vooluringi lahti, tagades seega selle termilise kaitse. Kuid see pole veel kõik. Mõnel akul on lüliti, mis aktiveerub, kui korpuse sees olev lävirõhk jõuab 1034 kPa-ni (10,5 kg/m2) ja katkestab koormusahela. Samuti on olemas sügavtühjenemise kaitseahel, mis jälgib aku pinget ja katkestab koormusahela, kui pinge langeb 2,5 V-ni elemendi kohta.
Mobiiltelefoni aku kaitseahela sisetakistus sisselülitatud olekus on 0,05-0,1 oomi. Struktuurselt koosneb see kahest järjestikku ühendatud võtmest. Üks neist käivitub, kui aku ülemine ja teine - alumine pingelävi on saavutatud. Nende lülitite kogutakistus tekitab tegelikult sisemise takistuse kahekordistumise, eriti kui aku koosneb ainult ühest akust. Mobiiltelefoni akud peavad tagama suure koormusvoolu, mis on võimalik võimalikult väikese aku sisemise takistusega. Seega on kaitseahel takistuseks, mis piirab liitiumioonaku töövoolu.
Teatud tüüpi liitiumioonakudes, mida kasutatakse nendes keemiline koostis mangaan ja koosneb 1-2 elemendist, kaitseskeemi ei rakendata. Selle asemel on neile paigaldatud ainult üks kaitse. Ja sellised akud on oma väiksuse ja väikese mahu tõttu ohutud. Lisaks talub mangaan liitiumioonakude kuritarvitamist üsna hästi. Kaitseahela puudumine vähendab liitiumioonaku maksumust, kuid toob kaasa uusi probleeme.
Eelkõige võivad mobiiltelefonide kasutajad oma akude laadimiseks kasutada mittestandardseid laadijaid. Kasutades odavaid laadijaid, mis on mõeldud vooluvõrgust või sõiduki pardavõrgust laadimiseks, võite olla kindlad, et kui akus on kaitseahel, lülitab see laadimispinge lõppedes selle välja. Kui kaitseahelat pole, laetakse aku üle ja selle tagajärjel tekib pöördumatu rike. Selle protsessiga kaasneb tavaliselt aku korpuse suurenenud kuumenemine ja turse.

Mehhanismid, mis põhjustavad liitiumioonakude võimsuse vähenemist

Liitiumioonakude jalgrattasõidul kaalutakse võimsuse vähendamise võimalike mehhanismide hulgas kõige sagedamini järgmist:
- hävitamine kristallstruktuur katoodmaterjal (eriti LiMn2O4);
- grafiidi koorimine;
- passiveeriva kile kogunemine mõlemale elektroodile, mis viib elektroodide aktiivse pinna vähenemiseni ja väikeste pooride blokeerimiseni;
- metallilise liitiumi sadestamine;
- mehaanilised muutused elektroodi struktuuris aktiivse materjali mahulise vibratsiooni tagajärjel rattasõidu ajal.
Teadlased on eriarvamusel, milline elektrood muutub rattasõidu ajal kõige rohkem. See sõltub nii valitud elektroodimaterjalide olemusest kui ka nende puhtusest. Seetõttu on liitiumioonakude puhul võimalik kirjeldada ainult nende elektriliste ja tööparameetrite kvalitatiivset muutust töötamise ajal.
Tavaliselt on kaubanduslike liitiumioonakude ressurss kuni tühjendusvõimsuse vähenemiseni 20% võrra 500-1000 tsüklit, kuid see sõltub oluliselt piirava laadimispinge väärtusest (joon. 7). Kui tsükli sügavus väheneb, suureneb ressurss. Täheldatud kasutusea pikenemine on seotud mehaanilise pinge vähenemisega, mis on põhjustatud interstitsiaalsete elektroodide mahu muutustest, mis sõltuvad nende laengu astmest.

Joonis 7. Liitiumioonaku võimsuse muutus erinevatel laadimispiirpingetel

Töötemperatuuri tõus (töövahemikus) võib suurendada elektroodi-elektrolüüdi liidest mõjutavate kõrvalprotsesside kiirust ja veidi suurendada tühjendusvõimsuse vähenemise kiirust tsüklitega.

Järeldus.

Otsingute tulemusena parim materjal katoodi jaoks muutuvad kaasaegsed liitiumioonakud terveks keemiliste vooluallikate perekonnaks, mis erinevad üksteisest märkimisväärselt nii energiatarbimise kui ka laadimis- / tühjendusrežiimide parameetrite poolest. See omakorda eeldab nüüdseks akude ja toitega seadmete lahutamatuks osaks saanud juhtimisahelate intelligentsuse olulist tõstmist – vastasel juhul on võimalik kahjustada (sh pöördumatuid kahjustusi) nii akudele kui ka seadmetele. Ülesande muudab veelgi keerulisemaks asjaolu, et arendajad püüavad akude energiat maksimaalselt ära kasutada, püüdes aku kasutusaega pikendada toiteallika minimaalse mahu ja kaaluga. See võimaldab teil saavutada olulisi konkurentsieeliseid. Texas Instrumentsi mobiilsüsteemide toitekomponentide asepresidendi D. Hickoki sõnul ei saavuta akude arendajad uutest materjalidest katoode kasutades kohe samu disaini- ja jõudlusnäitajaid, mis traditsioonilisemate katoodide puhul. Seetõttu on uutel akudel sageli märkimisväärsed tööulatuse piirangud. Veelgi enam, viimastel aastatel on lisaks traditsioonilistele salvestuselementide ja akude tootjatele – Sanyole, Panasonicule ja Sonyle – väga aktiivselt turule tulemas ka uued, peamiselt Hiinast pärit tootjad. Erinevalt traditsioonilistest tootjatest tarnivad nad ühe tehnoloogia või isegi ühe partii piires oluliselt laiema parameetrivalikuga tooteid. Selle põhjuseks on nende soov konkureerida peamiselt madalate tootehindade alusel, mille tulemuseks on sageli kokkuhoid protsesside nõuetele vastavuse pealt.
Nii et hetkel on info olulisus nn. "nutipatareid": aku tunnus, aku temperatuur, jääklaeng ja lubatud ülepinge. Hickoki sõnul, kui arendajad valmis seadmed projekteerib toite alamsüsteemi, mis võtab arvesse nii töötingimusi kui ka elemendi parameetreid, see ühtlustab aku parameetrite erinevusi ja suurendab lõppkasutajate vabadust, mis annab neile võimaluse valida mitte ainult tootja soovitatud seadmeid. , aga ka teiste firmade akusid.

18650 on viimasel ajal üha populaarsemaks muutunud. Tehniliste omaduste poolest edestavad nad tuntud sõrmetüüpi akusid. Õige terminoloogia seisukohast üldtuntud mõisted "sõrm" ja "väike sõrm" on valed. Kõikidel patareidel, olenemata suurusest, on oma suurused tähistavad koodid. Niisiis, 18650 on ka kood. See on kogu saladus.

Aku suurus 18650

See viiekohaline kood väljendab aku laiust ja pikkust, kus kaks esimest numbrit on laius (läbimõõt) millimeetrites ja kolm viimast on pikkus millimeetrites kümnendikutega. On ekslik arvamus, et selle koodi lõpus olev null näitab aku silindrilist kuju (patareid on erinevad kujud). Aku pikkuse selline täpne määramine pole vajalik. Selle suuruse täpsustamisel piirdutakse sageli esimese nelja numbriga (1865). Muide, ka sõrme- ja väikese sõrme akudel on oma kood - 14500 ja 10440. Suurust saab lisaks digikoodile näidata ka tähtedega. Näiteks ülaltoodud kahel patarei suurusel on alternatiivsed tähekoodid – AA (sõrmetüüp) ja AAA (väikese sõrme tüüp). Erinevate patareide suurusi tähistavaid tähe- ja numbrikoode on palju: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670) jne.

18650 akude puhul on see suuruse tähistus ebatäpne. Arvestada tuleb ka teiste parameetritega. 18650 aku suurust võib mõjutada näiteks sisseehitatud spetsiaalse plaadi (laadimiskontrolleri) olemasolu. Mõned akud võivad sel juhul olla veidi pikemad. Sageli on juhtumeid, kui aku lihtsalt ei mahu seadme lahtrisse, kus seda kasutada soovitakse, hoolimata asjaolust, et see seade (näiteks elektroonilise sigareti aku) on loodud töötama selle akudega. tüüp.

Li-ion 18650 aku eluiga

Aeg, mille jooksul konkreetne aku töötab, sõltub sellisest asjast nagu "milliamprit tunnis" (mAh). Suurte akude, näiteks autode puhul kasutatakse mõistet "amprit tunnis". 18650 mAh aku puhul on see tuletatud väärtus. Üks amper võrdub 1000 milliampriga. Milliamper tunnis on vool, mida aku suudab tavalise kasutustunni jooksul toota. Teisisõnu, kui jagate selle väärtuse teatud arvu tundidega, saate teada aku kasutusaja. Näiteks aku mahutavus on 3000 mAh. See tähendab, et kahe töötunni jooksul toodab see 1500 milliamprit. Neli - 750. Ülaltoodud näite aku tühjeneb täielikult pärast 10 töötundi, kui selle võimsus jõuab 300 milliamprini (sügavtühjenemise piir).

Sellised arvutused annavad aku tööeast vaid ligikaudse ettekujutuse. Selle tegelik tööaeg sõltub sellest, millise koormusega ta peab hakkama saama, st seadmest, millele see toidet peab andma.

Vool, pinge ja võimsus

Enne peatumist kell üldkirjeldus spetsifikatsioonid 18650 liitiumioonakud ja ettevaatusabinõud nendega töötamisel, määratleme lühidalt ülaltoodud mõisted. Vool (maksimaalne tühjendusvool, voolu väljund) on väljendatud amprites ja on akule märgitud tähega "A". Pinge väljendatakse voltides ja seda tähistatakse tähega "V". Paljudel akudel võib selliseid tähiseid leida. Liitiumioonaku puhul on pinge alati 3,7 volti ja vool võib olla erinev. Aku võimsust kui selle tugevuse domineerivat parameetrit väljendatakse pinge ja voolu korrutisena (voldid tuleb korrutada ampritega).

Liitiumioonaku plusside ja miinuste kirjeldus

Liitiumioontehnoloogial valmistatud 18650 akude peamiseks puuduseks on nende väike töötemperatuuri vahemik. Liitiumioonaku normaalne töö on võimalik ainult vahemikus -20 kuni +20 kraadi Celsiuse järgi. Kui seda kasutatakse või laetakse näidatust madalamal või kõrgemal temperatuuril, rikub see seda. Võrdluseks, nikkel-kaadmium ja nikkel-metallhüdriid akudel on laiem temperatuurivahemik - -40 kuni +40. Kuid erinevalt viimasest on liitiumioonakudel kõrgem nimipinge - 3,7 volti võrreldes nikkelakude 1,2 voltiga.

Samuti ei allu liitiumioonakud praktiliselt paljudele akutüüpidele levinud isetühjenemis- ja mäluefektidele. Isetühjenemine on laetud energia kadu tühikäigul. Mäluefekt ilmneb teatud tüüpi akude puhul süstemaatilise laadimise tulemusena pärast mittetäielikku tühjenemist. See tähendab, et see areneb akudel, mis pole täielikult tühjenenud.

Mäluefektiga "mäletab" aku tühjenemise astet, mille järel seda laadima hakatakse, ja tühjeneb, olles järgmises tsüklis selle piirini jõudnud. Selle tegelik võimsus sel ajal on tegelikult suurem. Kui ekraanitahvel on olemas, näitab see ka tühjenemist. See efekt ei arene kohe, vaid järk-järgult. See võib areneda ka tingimustes, kus aku toidetakse pidevalt vooluvõrgust, see tähendab, et see laeb pidevalt.

Isetühjenemine ja mäluefekt on liitiumioonakude puhul äärmiselt ebaolulised.

On veel üks punkt, millele peaksite tähelepanu pöörama: selliseid akusid ei saa tühjendatud olekus hoida, vastasel juhul lähevad need kiiresti rikki.

Liitium-ioonaku ettevaatusabinõud

Paljud on altid tulekahjudele ja plahvatustele. See sõltub aku sisestruktuuri keemilisest koostisest. 18650 liitiumioonakude puhul on see probleem üsna terav. Ei ole harvad juhud, kus e-sigareti kasutajad saavad käte ja näo tugevaid põletushaavu või isegi tõsisemaid vigastusi. Kuna liitiumioonakusid leidub sülearvutites, tahvelarvutites ja mobiiltelefonides, ei ole harvad juhud, kui need süttivad.

Selliste juhtumite põhjuste hulgas on esikohal loomulikult madala kvaliteediga (odav) akukomplekt. Kuid e-sigarettide puhul on liitiumioonaku plahvatus lihtne iseseisvalt esile kutsuda, isegi kui aku pole odav. Selleks peate veidi mõistma, mis on elektritakistus.

Kui me seda mõistet kõige rohkem lahti seletame selge keel, siis on see parameeter, mis määrab aku juhi nõuded. Mida väiksem on juhi takistus, seda rohkem voolu (ampreid) peab aku andma. Kui takistus on väga madal, töötab aku sellise juhiga suure koormuse korral. Takistus võib olla nii madal, et see põhjustab aku liigset koormust ja selle järgnevat plahvatust või süttimist. Teisisõnu, see on lühis. Kuna elektroonilised sigaretid töötavad aurustumise põhimõttel, mis nõuab kütteelementi (hõõgniidi mähis), võivad asjatundmatud kasutajad sundida akut ekslikult töötama. kütteelementäärmiselt madala takistusega. Teades konkreetse aku vooluvõimsust ja juhi takistust, saate Ohmi seaduse valemi abil lihtsate arvutuste abil kindlaks teha, kas see aku saab konkreetse juhiga hakkama.

Need ohud ei esine alati kõigil juhtudel. Akukaitsetehnoloogiad arenevad pidevalt. Paljude akude sees on spetsiaalne laadimiskontroller, mis võib lühise korral aku õigeaegselt pingest välja lülitada. Need on kaitstud patareid.

Liitium-ioonaku seade

18650 aku põhineb elektrolüüdil – erilisel vedelikul, milles toimuvad keemilised reaktsioonid.

Need keemilised reaktsioonid on pöörduvad. See on iga aku tööpõhimõte. Lihtsamalt öeldes võib selliste reaktsioonide valem kulgeda nii vasakult paremale (tühjenemine) kui ka paremalt vasakule (laeng). Sellised reaktsioonid toimuvad raku katoodi ja anoodi vahel. Katood on toiteallika negatiivne elektrood (miinus), anood on toiteallika positiivne elektrood (pluss). Nende vahel moodustub reaktsioon elektrit. keemilised reaktsioonid tühjenemine ja laeng katoodi ja anoodi vahel on oksüdatsiooni ja redutseerimise protsessid, kuid see on täiesti erinev lugu. Me ei süvene elektrolüüsi protsessi. Vool tekib hetkel, kui katood ja anood hakkavad omavahel suhtlema, see tähendab, et midagi on ühendatud aku pluss- ja miinuspoolega. Katood ja anood peavad olema elektrit juhtivad.

Töötingimuste rikkumisel ilmuvad molekulid elektrolüüti keemilised elemendid, mis sulgevad katoodi ja anoodi, mis põhjustab sisemisi lühiseid. Selle tulemusena tõuseb aku temperatuur ja ilmub rohkem molekule, mis sulgevad pluss- ja miinuspunktid. Kogu see protsess nagu lumepall omandab plahvatuslikult kiirust. Ilma võimaluseta elektrolüüti välja võtta (aku korpus on suletud), tekib siserõhk suurenev. Mis edasi saab, saab aru ilma kommentaarideta.

Liitiumioonaku laadimine

18650 aku laadijaks sobib iga sellise formaadi akude jaoks mõeldud seade. Peaasi, et laadimise ajal õiget polaarsust ei muudetaks. Asetage patareid pesadesse täpselt pluss- ja miinussümbolite järgi. Hea mõte on lugeda ka teisi ettevaatusabinõusid akulaadija 18650 kasutamisel, mis on alati akukarbil kirjas.

Parim võimalus liitiumioonakude laadimiseks on kasutada kallimaid laadijaid koos peenhäälestatud laadimisprotsessiga. Paljudel neist on akude laadimise funktsioon CC / CV meetodi abil, mis tähistab konstantset voolu, pidevat pinget. See meetod on hea, kuna see suudab akut laadida rohkem kui tavalised laadijad. See on tingitud sellisest kontseptsioonist nagu ümberlaadimine.

Aku laadimise või tühjenemise ajal selle pinge muutub. Suureneb laadimisel, väheneb tühjenemisel. Nominaalne 3,7 volti on keskmine väärtus.

Akut kahjustavad kaks mõju – ülelaadimine ja ülelaadimine. Aku laadimisel ja tühjenemisel on künnised. Kui aku pinge ületab neid piire, laetakse aku üle või tühjeneb, olenevalt sellest, kas see laeb või tühjeneb. 18650 Li-ion tavalises laadimisrežiimis loevad aku sees olev laadija ja laadimiskontroller (kui see on olemas) aku pinget ja katkestavad laadimise, kui see jõuab künnise, et vältida ülelaadimist. Sel juhul pole aku tegelikult täielikult laetud. Selle võimsus võib lubada sellel rohkem laadida, kuid lävi ei lase tal seda teha.

CC / CV-meetodil laadimise põhimõte on loodud nii, et laadimisele antav vool ei katke, vaid väheneb järsult, takistades sisemine pinge aku ületab künnise. Seega on aku täielikult laetud ilma ülelaadimiseta.

Liitium-ioonakude tüübid

18650 liitiumioonakude tüübid:

liitiumraudfosfaat (LFP);
liitium-mangaan (IMR);
liitium-koobalt (ICR);
liitiumpolümeer (LiPo).

Kõik tüübid peale viimase on silindrilised ja neid saab valmistada formaadis 18650. Liitiumpolümeerakud erinevad selle poolest, et neil pole kindlat kuju. See on tingitud asjaolust, et neil on tahke elektrolüüt (polümeer). Selle elektrolüüdi ebatavalise omaduse tõttu kasutatakse neid patareisid sageli tahvelarvutites ja mobiiltelefonides.

Liitium-ioonakude rakendused

Nagu juba mainitud, kasutatakse 18650 liitiumioonakusid laialdaselt elektroonilised sigaretid. Need võivad olla akukomplekti sisse ehitatud või eemaldatavad, st sellesse eraldi paigaldatud. Neid võib olla ka mitu, paralleelselt või järjestikku ühendatud.

Liitium-ioonakusid on pikka aega kasutatud erinevate akude, näiteks sülearvuti akude ehitamisel. Sellised akud on mitme omavahel ühendatud 18650 aku kett ühes korpuses. Selliseid akusid võib leida ka mahukate akupankade – kaasaskantavate laadijatena.

Akude endi ulatus on väga lai: alates nimetatud laadijatest kuni tänapäevaste suurte mehhanismide (auto või lennundus) koostisosadeni. Samal ajal võib ühe aku moodustavate 18650 liitiumioonakude arv varieeruda mõnest sadadeni. Märkimist väärivad liitiumpolümeerakud. Kuigi need pole saadaval 18650 liitiumioonvormingus, on need kõige levinumad, kuna neid kasutatakse tahvelarvutites ja mobiiltelefonides.

Lugedes foorumitest akude "näpunäiteid tööks", tekib tahes-tahtmata küsimus, kas inimesed jätsid koolis füüsika ja keemia vahele või arvatakse, et plii- ja ioonakude tööreeglid on samad.
Alustame Li-Ion aku põhimõtetest. Sõrmedel on kõik äärmiselt lihtne - seal on negatiivne elektrood (tavaliselt vasest), positiivne (alumiiniumist), nende vahel on elektrolüüdiga küllastunud poorne aine (separaator) (see takistab "volitamata" "liitiumioonide üleminek elektroodide vahel):

Toimimispõhimõte põhineb liitiumioonide võimel integreeruda kristallvõresse erinevaid materjale- tavaliselt grafiit või ränioksiid - keemiliste sidemete moodustumisega: vastavalt laadimisel ehitatakse ioonid kristallvõresse, kogudes seeläbi laengu ühele elektroodile, tühjenemisel lähevad nad tagasi teisele elektroodile, loobudes meile vajalik elektron (keda huvitab käimasolevate protsesside täpsem selgitus – google interkalatsioon). Elektrolüüdina kasutatakse vett sisaldavaid lahuseid, mis ei sisalda vaba prootonit ja on stabiilsed laias pingevahemikus. Nagu näha, siis tänapäevastes akudes tehakse kõike üsna turvaliselt - pole metalliliitiumi, pole midagi plahvatada, separaatorist jooksevad läbi ainult ioonid.
Nüüd, kus tööpõhimõttega on kõik enam-vähem selgeks saanud, liigume edasi Li-Ion akude kohta levinumate müütide juurde:

Müüt üks. Seadme Li-Ion akut ei saa tühjaks laadida nullprotsendini.
Tegelikult kõlab kõik õigesti ja on füüsikaga kooskõlas – ~2,5 V Li-Ion peale tühjendades hakkab aku väga kiiresti lagunema ja juba üks selline tühjenemine võib selle mahtuvust oluliselt (kuni 10%!) vähendada. Lisaks ei ole sellise pingega tühjenemisel võimalik seda enam tavalise laadijaga laadida – kui akuelemendi pinge langeb alla ~ 3 V, lülitab "tark" kontroller selle vigastatuna välja ja kui on kõik sellised elemendid, saab aku prügikasti viia.
Kuid on üks väga oluline, kuid mille kõik unustavad: telefonides, tahvelarvutites ja muudes mobiilseadmetes on aku tööpinge vahemik 3,5–4,2 V. Kui pinge langeb alla 3,5 V, näitab indikaator laetust null protsenti ja seade lülitub välja, kuid kuni " kriitilise "2,5 V on endiselt väga kaugel. Seda kinnitab tõsiasi, et kui ühendada LED sellise "tühjenenud" akuga, siis võib see kaua põleda (äkki keegi mäletab, et vanasti müüdi taskulampidega telefone, mis lülitati nupuga sisse sõltumata Nii et seal põles tuli ka pärast tühjenemist ja lülitage telefon välja). See tähendab, et nagu näete, tavakasutuse ajal ei teki kuni 2,5 V tühjenemist, mis tähendab, et Akumi tühjendamine nullprotsendini on täiesti võimalik.
Müüt kaks. Li-Ion akud plahvatavad, kui need on kahjustatud.
Me kõik mäletame "plahvatusohtlikku" Samsung Galaxy Note 7. See on siiski pigem erand reeglist – jah, liitium on väga aktiivne metall ja seda pole keeruline õhus õhku lasta (ja see põleb väga eredalt vees). Tänapäevased akud ei kasuta aga liitiumi, vaid selle ioone, mis on palju vähem aktiivsed. Nii et plahvatuse toimumiseks peate kõvasti pingutama - kas laadimisakut füüsiliselt kahjustama (korraldama lühise) või laadima seda väga kõrge pingega (siis saab see kahjustatud, kuid tõenäoliselt teeb kontroller lihtsalt põleb ise läbi ja ei võimalda akut laadida). Seega, kui sul on ootamatult käes vigastatud või suitsev aku – ära viska seda lauale ja jookse toast minema hüüdes “me kõik sureme” – pane see lihtsalt metallanumasse ja vii rõdule. (et mitte keemiat sisse hingata) - aku hõõgub mõnda aega ja siis kustub. Peaasi, et seda veega ei täidetaks, ioonid on muidugi vähem aktiivsed kui liitium, aga siiski eraldub veega reageerides (ja talle meeldib plahvatada) ka mingi kogus vesinikku.
Kolmas müüt. Kui Li-Ion aku jõuab 300 (500/700/1000/100500) tsüklini, muutub see ohtlikuks ja seda tuleb kiiresti vahetada.
Müüt, õnneks aina harvem foorumites ringi jalutamas ja üldse mitte mingit füüsikalist ega keemilist seletust omamata. Jah, töötamise ajal elektroodid oksüdeeruvad ja korrodeeruvad, mis vähendab aku mahtuvust, kuid see ei ohusta teid millegi muuga kui aku lühema tööeaga ja ebastabiilse käitumisega 10-20% laadimise juures.
Neljas müüt. Li-Ion akudega ei saa te külmas töötada.
See on pigem soovitus kui keeld. Paljud tootjad keelavad telefonide kasutamise negatiivsetel temperatuuridel ning paljud on kogenud telefoni kiiret tühjenemist ja üldiselt telefoni väljalülitamist külma käes. Selle seletus on väga lihtne: elektrolüüt on vett sisaldav geel ja mis juhtub veega, kui negatiivsed temperatuurid kõik teavad (jah, see külmub, kui midagi), eemaldades sellega mõne aku ala tööst. See toob kaasa pingelanguse ja kontroller hakkab seda tühjenemiseks pidama. Akule pole sellest kasu, aga ka saatuslik (pärast kuumutamist taastub võimsus), nii et kui on hädasti vaja telefoni külmas kasutada (see on lihtsalt selleks, et seda kasutada – võtke see soojast taskust välja, vaadake kellaaega ja peitke see tagasi), siis on parem laadida 100% ja lülitada sisse mis tahes protsess, mis laadib protsessorit - nii on jahutus aeglasem.
Viies müüt. Paisunud liitiumioonaku on ohtlik ja see tuleb kohe välja visata.
See pole päris müüt, vaid pigem ettevaatusabinõu – paisunud aku võib lihtsalt lõhkeda. Keemiliselt on kõik lihtne: interkalatsiooni käigus elektroodid ja elektrolüüt lagunevad, mille tulemusena eraldub gaas (saab vabaneda ka laadimisel, aga sellest allpool). Kuid see paistab väga vähe silma ja selleks, et aku tunduks paistes, peab läbima mitusada (kui mitte tuhandeid) laadimistsükleid (kui see pole muidugi defektne). Gaasi vabanemisega pole probleeme - lihtsalt torgake klapp (mõnes akus avaneb see ülerõhu all ise) ja tühjendage see (ma ei soovita seda hingata), misjärel saate augu kinni katta epoksiidvaik. Muidugi ei too see akut endise mahutavuse juurde tagasi, kuid vähemalt praegu see kindlasti ei lõhke.
Kuues müüt. Li-Ion akude ülelaadimine on kahjulik.
Kuid see pole enam müüt, vaid karm reaalsus - laadimisel on suur võimalus, et aku paisub, lõhkeb ja süttib - uskuge mind, keeva elektrolüüdiga pritsimisest on vähe naudingut. Seetõttu on kõikides akudes kontrollerid, mis lihtsalt ei võimalda akut üle teatud pinge laadida. Kuid siin peate aku valimisel olema äärmiselt ettevaatlik - Hiina käsitöö kontrollerid võivad sageli ebaõnnestuda ja ma arvan, et kell 3 öösel telefonist tulev ilutulestik teile ei meeldi. Muidugi on sama probleem ka kaubamärgiga akudel, kuid esiteks juhtub seda seal palju harvemini ja teiseks vahetatakse garantii korras terve telefon. Tavaliselt põhjustab see müüt järgmist:
Seitsmes müüt. 100% saavutamisel peate telefoni laadimisest eemaldama.
Kuuendast müüdist lähtudes tundub see mõistlik, kuid tegelikkuses pole mõtet keset ööd üles tõusta ja seadet laadimisest eemaldada: esiteks on kontrolleri tõrkeid äärmiselt harva ja teiseks isegi siis, kui indikaatoril on 100%. on saavutatud, laeb aku mõneks ajaks väga-väga maksimumini madalate vooludega, mis lisab veel 1-3% mahutavust. Nii et see ei tohiks tõesti nii palju venitada.
Müüt kaheksa. Seadet saab laadida ainult originaallaadijaga.
Müüt leiab aset Hiina laadijate halva kvaliteedi tõttu - koos normaalne pinge 5 + - 5% volti korral võivad nad toota nii 6 kui ka 7 - kontroller muidugi tasandab mõnda aega sellist pinget, kuid tulevikus viib see parimal juhul kontrolleri läbipõlemiseni, halvimal juhul - kuni plahvatus ja (või) emaplaadi rike. Juhtub vastupidine - koormuse all toodab Hiina laadija 3-4 volti: see toob kaasa asjaolu, et akut ei saa täielikult laadida.

Nagu paljudest väärarusaamadest nähtub, ei ole kõigil nende all teaduslik seletus ja veelgi vähem halvendavad aku jõudlust. Kuid see ei tähenda, et pärast minu artikli lugemist peate jooksma ülepeakaela ja ostma paari dollari eest odavaid Hiina akusid - vastupidavuse huvides on siiski parem võtta kas originaal- või kvaliteetsed originaalkoopiad.

Liitium-ioon (Li-ion) akud, mida kasutatakse enamikes kaasaegsetes tahvelarvutites, nutitelefonides ja sülearvutites, vajavad teistsuguseid hooldus- ja tööprotseduure võrreldes kasutatavate nikkel-kaadmium (Ni-Cd) ja nikkel-metallhüdriid (Ni-MH) akudega. varasemates seadmetes.

Tegelikult, korralik hooldus liitium-ioonaku võib selle eluiga 15 korda pikendada võrreldes väärkasutatud korpustega. Selles artiklis anname näpunäiteid, kuidas maksimeerida eluring kallid liitiumioonakud kõigis kaasaskantavates seadmetes.

Hiljuti pidi internetiportaali Windows Secrets ajakirjanik Fred Langa kahjustatud nutitelefoni välja vahetama – ja see oli tema viga.

Peamine sümptom ei tõotanud head – telefoni korpus oli deformeerunud, kuna seadme enda korpus hakkas painduma.

Parsimisel ja üksikasjalikul uurimisel selgus, et nutitelefoni aku oli paistes.

Esialgu ei märganud Fred mingeid muutusi: aku nägi näoga pealt vaadates enam-vähem normaalne välja (joonis 1). Kui aga aku asetati tasasele pinnale, sai selgeks, et selle ülemine ja alumine külg ei olnud enam tasased ega paralleelsed. Aku ühele küljele on tekkinud tugev punn (joonis 2). See mõhk põhjustas telefoni paindumise ja deformatsiooni.

Aku mõhk viitas tõsisele probleemile: aku sisse kogunenud kõrgsurvega mürgised gaasid.

Aku korpus sai suurepäraselt hakkama, kuid mürgised gaasid muutsid aku välja nagu pisike kiirkeedupomm, mis ootas vaid plahvatamist.

Fredi puhul on kahjustatud nii telefon kui ka aku – aeg on osta uus nutitelefon.

Kõige kurvem on see, et seda probleemi oleks saanud kergesti ära hoida. Artikli viimases osas tuuakse ära Fredi vead.

Vältimaks minevikuvigade kordamist uue nutitelefoni ja teiste liitiumioonseadmetega nagu tahvelarvutid, sülearvutid, hakkas Fred tõsiselt uurima liitiumioonakude õiget toimimist ja hooldust.

Fred ei olnud huvitatud aku kasutusaja pikendamisest – need tehnikad on hästi teada. Enamik seadmeid pakuvad käsitsi või automaatseid energiasäästurežiime ja -meetodeid ekraani heleduse reguleerimiseks, protsessori jõudluse aeglustamiseks ja töötavate rakenduste arvu vähendamiseks.

Fred keskendus pigem aku tööea pikendamisele – viisidele, kuidas hoida akut heas töökorras ja maksimeerida aku kasutusiga.

See artikkel sisaldab Fredi uurimistööl põhinevaid lühikokkuvõtteid. Järgige neid viit soovitatud näpunäidet ja teie liitiumioonakud töötavad täielikult, kaua ja ohutult kõigis teie kaasaskantavates seadmetes.

1. nõuanne: jälgige temperatuuri ja ärge ülekuumendage akut

Üllataval kombel on kuumus liitiumioonakude üks peamisi vaenlasi. Väärkasutustegurid, nagu aku laadimis- ja tühjenemistsüklite kiirus ja pikkus, võivad põhjustada aku ülekuumenemist.

Samuti loeb väline füüsiline keskkond. Ainuüksi liitiumioonaku jätmine päikese kätte või kinnisesse autosse võib oluliselt vähendada aku võimet laengut vastu võtta ja hoida.

Ideaalne temperatuuri tingimused liitiumioonakude puhul on toatemperatuur 20 kraadi Celsiuse järgi. Kui seadet kuumutada 30C-ni, väheneb selle laadimisvõime 20 protsenti. Kui seadet kasutatakse temperatuuril 45C, mis on päikese käes kergesti saavutatav, või kui seadet kasutatakse intensiivselt ressursimahukate rakendustega, väheneb aku mahtuvus umbes poole võrra.

Seega, kui teie seade või aku muutub kasutamise ajal märgatavalt soojaks, proovige liikuda jahedamasse kohta. Kui see pole võimalik, proovige vähendada seadme tarbitavat energiat, keelates mittevajalikud rakendused, teenused ja funktsioonid, vähendades ekraani heledust või aktiveerides seadme energiasäästurežiimi.

Kui see ikka ei aita, lülitage seade täielikult välja, kuni temperatuur normaliseerub. Veelgi kiiremaks jahutamiseks eemalda aku (muidugi, kui seadme disain seda lubab) – nii jahtub seade füüsiliselt toiteallikast eraldatuse tõttu kiiremini.

Muide, hoolimata sellest kõrged temperatuurid- See peamine probleem liitiumioonakude puhul ei ole madalal temperatuuril töötamine suurem probleem. Madalad temperatuurid ei põhjusta aku pikaajalist kahjustust, kuigi külm aku ei suuda optimaalsel temperatuuril kogu võimsust, mida see potentsiaalselt pakkuda saab. Võimsuse langus muutub väga märgatavaks temperatuuril alla 4C. Enamik tarbijatele mõeldud liitiumioonakudest muutub külmumispunkti lähedal või sellest madalamal temperatuuril põhimõtteliselt kasutuks.

Kui liitiumioontoiteallikaga seade mingil põhjusel liiga külmaks läheb, ärge proovige seda kasutada. Jätke see vooluvõrgust välja ja viige see sooja kohta (taskusse või köetavasse ruumi), kuni seade normaliseerub. Samuti, nagu ülekuumenemise puhul, eemaldage aku füüsiliselt ja eraldi kuumutamine kiirendab soojenemisprotsessi. Pärast aku soojenemist normaalse temperatuurini taastuvad selle elektrolüütilised omadused.

2. nõuanne: aku säästmiseks eemaldage laadija vooluvõrgust

Laadi uuesti – st. Aku ühendamine kõrgepinge toiteallikaga liiga kaua võib samuti vähendada aku laetust, lühendada selle eluiga või hävitada selle.

Enamik tarbijatele mõeldud liitium-ioonakusid on mõeldud töötama 3,6 V elemendi kohta, kuid laadimise ajal töötavad kõrgemal 4,2 V pingel. Kui laadija on ka kaua aegaülepinge, võib sisemine aku kahjustuda.

Rasketel juhtudel võib ülelaadimine kaasa tuua nn katastroofilised tagajärjed. Ka mõõdukatel juhtudel tekitab laadimisel tekkiv liigne soojus esimeses näpunäites kirjeldatud negatiivse termilise efekti.

Kvaliteetsed laadijad töötavad harmoonias kaasaegse liitiumioonaku vooluringiga, vähendades ülelaadimise ohtu, vähendades laadimisvoolu proportsionaalselt aku laetusega.

Need omadused erinevad oluliselt olenevalt akus kasutatavast tehnoloogiast. Näiteks nikkel-kaadmium (Ni-Cd) ja nikkel-metallhüdriid (Ni-MH) akusid kasutades proovige jätta need laadijaga ühendatuks nii kaua kui võimalik. Seda seetõttu, et vanemat tüüpi akudel on kõrge tase isetühjenemine, st. nad hakkavad kaotama märkimisväärse koguse salvestatud energiat kohe pärast laadijast lahtiühendamist, isegi kui kaasaskantav seade ise on välja lülitatud.

Tegelikult võib nikkel-kaadmiumaku esimese 24 tunni jooksul pärast laadimist kaotada oma laetusest kuni 10 protsenti. Selle aja möödudes hakkab isetühjenemise kõver ühtlustuma, kuid nikkelkaadmiumaku kaotab jätkuvalt 10-20 protsenti kuus.

Nikkelmetallhüdriidakudega on olukord veelgi hullem. Nende isetühjenemise kiirus on 30 protsenti kiirem kui nende nikkel-kaadmiumi kolleegidel.

Liitium-ioonakud on aga väga madal tase isetühjenemine. Hästi töötav aku kaotab esimese 24 tunni jooksul pärast laadimist vaid 5 protsenti ja sellele järgneva kuu jooksul veel 2 protsenti.

Seega pole vaja laadijaga ühendatud liitiumioonakuga seadet viimasele hetkele jätta. Parimate tulemuste ja aku kasutusaja saavutamiseks eemaldage laadija vooluvõrgust, kui kuvatakse täislaadimine.

Uusi liitiumioonakuseadmeid ei pea enne esmakordset kasutamist täielikult laadima (nikkelkaadmium- ja nikkelmetallhüdriidseadmed soovitavad laadida 8–24 tundi). Liitiumioonakud on maksimaalsel võimsusel, kui need näitavad 100-protsendilist laetust. Pikendatud laadimist pole vaja.

Mitte kõik tühjenemistsüklid ei mõjuta aku tervist ühtemoodi. Pikaajaline ja intensiivne kasutamine tekitab rohkem soojust, koormates tõsiselt akut, samas kui lühemad ja sagedasemad tühjenemistsüklid, vastupidi, pikendavad aku eluiga.

Võib arvata, et liiga väikesed laadimis-/tühjenemistsüklid võivad toiteallika eluiga tõsiselt lühendada. See oli loomulik ainult vananenud tehnoloogiate puhul, kuid ei kehti tänapäevaste liitiumioonakude kohta.

Aku tehnilised andmed võivad olla eksitavad, kuna Paljud tootjad peavad laadimistsükliks aega, mis kulub 100-protsendilise laetuse saavutamiseks. Näiteks kaks laadimist 50–100 protsenti võrdub ühe täislaadimistsükliga. Samamoodi on kolm tsüklit 33 protsenti või 5 tsüklit 20 protsenti samaväärsed samuti ühe täistsükliga.

Ühesõnaga, suur hulk väikeseid laadimis-tühjenemise tsükleid ei vähenda tsüklite kogumahtu. täislaadimine liitiumaku.

Jällegi, kuumus ja tugevast tühjenemisest tulenev stress vähendavad aku eluiga. Seetõttu püüdke sügavheidete arv minimeerida. Ärge laske aku laetusel langeda nullilähedaste väärtusteni (kui seade ise välja lülitub). Selle asemel käsitlege 15–20 protsenti oma aku kasutusajast hädaolukorra reservina – ainult hädaolukordadeks. Harjutage võimalusel aku välja vahetama või ühendage seade välise toiteallikaga enne, kui aku on täielikult tühjenenud.

Nagu teate, kaasneb kiire tühjenemise ja kiirlaadimisega liigse kuumuse eraldumine ja see mõjutab negatiivselt aku tööiga.

Kui olete seadet intensiivselt suurel koormusel kasutanud, laske akudel maha jahtuda toatemperatuuril enne laadijaga ühendamist. Aku ei saa soojalt täis laadida.

Seadme laadimise ajal jälgi aku temperatuuri – see ei tohiks palju üle kuumeneda. Kuum aku laadimise ajal näitab tavaliselt, et liiga palju voolu voolab kiiresti.

Ülelaadimine toimub tõenäoliselt odavate üldiste laadijatega, mis kasutavad vooluahelaid kiire laadimine või juhtmevabade (induktiivsete) laadijatega.

Odav laadija võib olla lihtne trafo, mille külge on ühendatud juhtmed. Sellised "vaiksed laengud" lihtsalt jaotavad voolu ja praktiliselt ei saa laetavalt seadmelt tagasisidet. Nende laadijate kasutamisel on väga levinud ülekuumenemine ja ülepinge, mis hävitab aku aeglaselt.

"Kiirlaadimised" on mõeldud ühe minuti, mitte tunniajaliseks laadimiseks. Kiirlaadimistehnoloogiale on erinevaid lähenemisviise ja mitte kõik neist ei ühildu liitiumioonakudega. Kui laadija ja aku ei ole loodud koos töötama, võib kiirlaadimine põhjustada ülepinget ja ülekuumenemist. Üldiselt on parem mitte kasutada ühe kaubamärgi laadijat teise kaubamärgi kaasaskantava seadme laadimiseks.

Juhtmeta (induktiivsed) laadijad kasutavad aku laadimiseks spetsiaalset laadimispinda. Esmapilgul on see väga mugav, kuid tõsiasi on see, et sellised laengud tekitavad liigset soojust isegi tavatöös (mõned pliidid kasutavad pottide ja pannide soojendamiseks induktsiooni nähtust).

Liitiumakud ei kannata mitte ainult kuumuse käes, vaid raiskavad ka juhtmevaba laadimise ajal energiat. Oma olemuselt on induktiivlaadija efektiivsus alati madalam kui tavalisel laadijal. Siin on igaühel vabadus teha oma valik, kuid Fredi jaoks on kõrgem kuumus ja madalam efektiivsus piisavad tegurid, et sellistest seadmetest loobuda.

Igal juhul on kõige ohutum kasutada tootja soovitatud kaasasolevat laadijat. See on ainus garanteeritud viis hoida temperatuuri ja pinget normaalsetes piirides.

Kui OEM-laadijat pole saadaval, kasutage väikese väljundvooluga seadet, et vähendada aku kahjustamise võimalust suure võimsuse kiire tarnimise tõttu.

Üks vähese vooluga toiteallikas on tavalise arvuti USB-port. Standardne USB 2.0 port pakub 500 mA (0,5 A) pordi kohta, USB 3.0 aga 900 mA (0,9 A) pordi kohta. Võrdluseks, mõned spetsiaalsed laadijad suudavad pakkuda 3000–4000 mA (3–4 A). USB-portide madal voolutugevus tagab üldiselt ohutu laadimise tavalisse laadimisega temperatuuri režiim enamiku kaasaegsete liitiumioonakude jaoks.

5. nõuanne: võimalusel kasutage varuakut

Kui teie seade võimaldab akut kiiresti vahetada, on varuaku omamine suurepärane kindlustuspoliis. See mitte ainult ei kahekordista aku kasutusaega, vaid välistab ka vajaduse akut täielikult tühjendada või kiirlaadimist kasutada. Kui aku jõuab 15–20 protsendi piirini, vahetage tühjenenud aku lihtsalt varuaku vastu ja laadite kohe täis ilma ülekuumenemisprobleemideta.

Varuakul on ka muid eeliseid. Näiteks kui leiate end olukorrast, kus paigaldatud aku on ülekuumenenud (näiteks seadme intensiivse kasutamise või kõrge ümbritseva õhu temperatuuri tõttu), saate kuuma aku vahetada, et see seadme kasutamise ajal kiiremini maha jahtuda.

Kahe aku olemasolu kaotab vajaduse kasutada kiirlaadimist – seadet saab ohutult kasutada, kui aku laadib aeglaselt turvalisest toiteallikast.

Fredi saatuslikud vead

Fred oletas, et võis reisi ajal nutitelefoni akut kahjustada. Selgel päikesepaistelisel päeval navigeerimiseks kasutas ta seadme GPS-funktsiooni. Nutitelefon oli pikka aega päikese käes auto armatuurlaua lähedal hoidikus, nutitelefoni heledus oli maksimaalselt sisse lülitatud, et eristada kaarti eredate hulgast päikesekiired.

Lisaks kõik standardsed taustarakendused – email, kiirsõnum jne. käivitati. Seade kasutas 4G moodulit muusikapalade allalaadimiseks ja Bluetoothi juhtmevaba moodulit heli edastamiseks auto peaheliplokki. Kindlasti oli telefon stressis.

Selleks, et telefon saaks voolu, ühendati see 12V adapteriga, mis osteti madala hinna ja õige pistiku olemasolu kriteeriumi järgi.

Otsese päikesevalguse, suure protsessori koormuse, maksimaalse ekraani heleduse ja adapteri kahtlase kvaliteedi kombinatsioon viis nutitelefoni liigse ülekuumenemiseni. Fred meenutab õudusega, kui kuum seade hoidikust välja tõmmates oli. See tõsine ülekuumenemine oli aku surma katalüsaator.

Probleem näis süvenevat öösel, kui Fred jättis seadme terveks ööks vooluvõrku ühendatuna, kasutades kolmanda osapoole laadijat, ilma et oleks võimalik kontrollida, millal aku on täielikult laetud.

Oma uue nutitelefoniga kasutab Fred ainult integreeritud laadijat ja varuakut. Fred loodab nii akule kui ka telefonile pikka ja turvalist eluiga, mida ta kavatseb nende nippidega saavutada.

Kas leidsite kirjavea? Valige ja vajutage Ctrl + Enter

Praegu on laialt levinud liitium-ioonakud ja liitiumpolümeerakud.

Erinevus nende vahel on elektrolüüdis. Esimeses versioonis kasutatakse heeliumi sellena, teises - liitiumi sisaldava lahusega küllastunud polümeeri. Tänapäeval on elektrimootoriga autode populaarsuse tõttu terav küsimus sellisele sõidukile optimaalse liitiumioonaku ideaalse tüübi leidmisest.

See koosneb nagu teisedki akud anoodist (poorsest süsinikust) ja katoodist (liitium), neid eraldavast separaatorist ja elektrolüüdijuhist. Tühjendamisprotsessiga kaasneb "anoodi" ioonide üleminek katoodile läbi separaatori ja elektrolüüdi. Nende suund on laadimise ajal vastupidine (pilt allpool).

Ioonid ringlevad elemendi tühjenemise ja laadimise protsessis vastupidiselt laetud elektroodide vahel.

Ioonakudel on erinevatest metallidest valmistatud katood, mis on nende peamine erinevus. Elektroodide jaoks kasutavad tootjad erinevad materjalid parandada aku jõudlust.

Kuid juhtub, et mõne omaduse paranemine toob kaasa teiste järsu halvenemise. Näiteks optimeerides reisiaja pikendamiseks vajalikku võimsust, saate suurendada võimsust, ohutust ja vähendada negatiivset mõju keskkond. Samal ajal saate vähendada koormusvoolu, suurendada aku maksumust või suurust.

Tutvuge peamiste parameetritega erinevad tüübid liitiumakud (liitium-mangaan, liitium-koobalt, liitium-fosfaat ja nikkel-mangaan-koobalt) võivad olla tabelis:

Reeglid elektritranspordi kasutajatele

Selliste akude mahutavus pikaajalisel ladustamisel praktiliselt ei vähene. Liitiumioonakud tühjenevad vaid 23%, kui neid hoida temperatuuril 60 kraadi 15 aastat. Nende omaduste tõttu kasutatakse neid laialdaselt elektritransporditehnoloogiates.

Liitiumioonakud sobivad elektrisõidukitele, millel on korpusesse sisse ehitatud terviklik juhtimissüsteem.

Sel põhjusel unustavad kasutajad töö ajal põhireeglid, mis võivad nende kasutusiga pikendada:

aku tuleb kohe pärast poest ostmist täielikult laadida, kuna elektroodid laetakse tootmisprotsessi käigus 50%. Seetõttu väheneb saadaolev võimsus, s.o. tööaeg esialgse tasu puudumisel;
akul ei tohi lasta täielikult tühjeneda, et säästa oma ressurssi;
pärast iga väljumist on vaja akut laadida, isegi kui laetust on veel alles;
Ärge kuumutage patareisid, kuna kõrge temperatuur soodustab vananemisprotsessi. Ressursi maksimaalseks kasutamiseks on vaja operatsioon läbi viia aadressil optimaalne temperatuur, mis on 20-25 kraadi. Seetõttu ei saa akut hoida soojusallika läheduses;
külmal ajal on soovitatav aku pakkida vaakumlukuga kilekotti, et hoida 3-4 kraadi juures, s.o. kütmata ruumis. Tasu peaks olema vähemalt 50% täismahust;
pärast aku madalal temperatuuril töötamist ei saa seda laadida ilma seda mõnda aega toatemperatuuril hoidmata, st seda tuleb soojendada;
Akut tuleb laadida komplekti kuuluva laadijaga.

Nende akude PU-l on mitu alamliiki - liitium - LiFePO4 (raud - fosfaat), kasutades raudfosfaatkatoodi. Nende omadused võimaldavad rääkida akudest kui akude tootmiseks kasutatava tehnoloogia tipust.

Nende peamised eelised on:

laadimis-tühjenemise tsüklite arv, mis ulatub 5000-ni kuni hetkeni, mil võimsus väheneb 20% võrra;
pikk kasutusiga;
puudub "mäluefekt";
lai temperatuurivahemik muutumatu jõudlusega (300-700 kraadi Celsiuse järgi);
keemiline stabiilsus ja termiline, mis suurendavad ohutust.

Kõige laialdasemalt kasutatavad akud

Paljude seas on levinumad 18650 liitiumioonakud, mida toodab viis ettevõtet: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, mille tehased asuvad Jaapanis, Hiinas, Malaisias ja Lõuna-Koreas. Sülearvutites plaaniti kasutada li ion 18650 akusid. Eduka formaadi tõttu kasutatakse neid aga raadio teel juhitavates mudelites, elektrisõidukites, laternates jne.

Nagu igal kvaliteetsel tootel, on sellistel akudel palju võltsinguid, seetõttu peate seadme eluea pikendamiseks ostma ainult tuntud kaubamärkide patareisid.

Kaitstud ja kaitsmata liitiumioonakud

Liitiumakude puhul on oluline ka see, kas need on kaitstud või mitte. Esimese tööpiirkond on 4,2-2,5V (kasutatakse liitiumioonallikatega töötamiseks mõeldud seadmetes): LED-valgustid, väikese võimsusega kodumasinad jne.

Elektritööriistades kasutatakse elektrimootoriga jalgrattaid, sülearvuteid, video- ja fototehnikat, kaitsmata akusid, mida juhib kontroller.

Mida peate teadma liitiumioonakude kohta?

Esiteks piirangud, mida tuleb töö ajal järgida:

laadimispinge (maksimaalne) ei tohi olla kõrgem kui 4,35 V;
selle minimaalne väärtus ei tohi olla väiksem kui 2,3 V;
tühjendusvool ei tohiks ületada mahtuvuse väärtust rohkem kui kaks korda. Kui viimase väärtus on 2200 mAh, on maksimaalne vool 4400 mA.

Kontrolleri poolt teostatavad funktsioonid

Miks vajate liitiumioonaku laadimiskontrollerit? See täidab mitmeid funktsioone:

annab voolu, mis kompenseerib isetühjenemist. Selle väärtus on väiksem kui maksimaalne laadimisvool, kuid suurem kui isetühjenemisvool;
rakendab konkreetse aku jaoks tõhusa laadimis- / tühjendustsükli algoritmi;
kompenseerib energiavoogude erinevust laadides ja tarbijale energiat andes. Näiteks sülearvuti laadimisel ja toiteallikana;
mõõdab temperatuuri ülekuumenemise või hüpotermia ajal, vältides aku kahjustamist.

Li-ion aku laadimiskontroller on valmistatud kas aku sisseehitatud mikroskeemi kujul või eraldi seadmena.

Akude laadimiseks on parem kasutada komplekti kuuluvat 18650 liitiumioonakude standardlaadijat. 18650 liitiumakude laadijal on tavaliselt laetuse taseme näit. Sagedamini on selleks LED, mis näitab laadimise toimumist ja selle lõppu.

Täiustatud seadmetes saate jälgida laadimise lõpuni jäänud aega, voolupinget ekraanil. 18650 aku puhul, mille võimsus on 2200mA, on laadimisaeg 2 tundi.

Kuid oluline on teada, kuidas laadida Li ion 18650 akut, mis vooluga peaks olema pool nimivõimsusest, st kui see on 2000 mAh, siis optimaalne vool on 1A. Akut suure vooluga laadides saabub kiiresti selle lagunemine. Madala voolu kasutamisel võtab see rohkem aega.

Video: kuidas liitiumioonakulaadijat oma kätega laadida

Akude laadimise seadme skeem

See näeb välja selline:

Ahela eristab töökindlus ja korratavus ning sissetulevad osad on odavad ja kergesti kättesaadavad. Aku eluea pikendamiseks on vajalik liitiumioonakude asjatundlik laadimine: laadimise lõpuks peaks pinge langema.

Pärast selle valmimist, s.o. kui vool jõuab nulli, peaks liitiumioonaku laadimine peatuma. Ülaltoodud vooluahel vastab neile nõuetele: laadijaga ühendatud tühjenenud aku (VD3 süttib) kasutab voolu 300 mA.

Käimasolevast protsessist annab märku põlev LED VD1. Voolu järkjärguline vähenemine 30 mA-ni näitab, et aku laeb. Protsessi lõpust annab märku põlev LED VD2.

Skeemis on kasutatud LM358N operatiivvõimendit (selle saab asendada analoogiga KR1040UD1 või KR574UD2, millel on erinev kontaktide paigutus), samuti VT1 S8550 transistori 9 kollast, punast ja rohelist LED-i (1,5 V).

Kas akut saab elustada?

Pärast paariaastast aktiivset kasutamist kaotavad akud katastroofiliselt mahutavuse, tekitades probleeme lemmikseadme kasutamisel. Kas ja kuidas on võimalik liitiumioonakut taastada, kui kasutaja otsib asendust?

Li-ioonaku taastamine on ajutiselt võimalik mitmel viisil.

Kui aku on paistes, st. lakkas laengu hoidmisest, mis tähendab, et sees on kogunenud gaase.

Seejärel toimige järgmiselt.

aku korpus on ettevaatlikult anduri küljest lahti ühendatud;
elektroonilise anduri eraldamine;
leidke selle alt juhtelektroonikaga kork ja torgake see ettevaatlikult nõelaga läbi;
siis leiavad nad raske lameda eseme, mille pindala on suurem kui aku pindala ja mida kasutatakse pressina (ärge kasutage kruustangu ja sarnaseid seadmeid);
asetage aku horisontaaltasapinnale ja vajutage vajutusega alla, pidades meeles, et liigse jõu rakendamisel võib akut kahjustada. Kui sellest ei piisa, ei pruugi tulemust saavutada. See on kõige olulisem hetk;
jääb üle epoksiid auku tilgutada ja andur jootma.

On ka teisi viise, mille kohta saate lugeda Internetist.

Laadija saate valida saidil http://18650.in.ua/chargers/.

Video: liitium-ioonakud, näpunäited liitiumioonakude kasutamiseks