Li-ion punjive baterije. Litij-ionske (Li-ion) baterije i baterije. Mjerenje kapaciteta baterije bez mjernih instrumenata

Litij-ionske (Li-ion) baterije najčešće se koriste u mobilnim uređajima (prijenosna računala, mobiteli, dlanovnici i drugi). To je zbog njihovih prednosti u odnosu na ranije široko korištene nikal-metal-hidridne (Ni-MH) i nikal-kadmijeve (Ni-Cd) baterije.

Li-ion baterije imaju mnogo bolje parametre.
Primarne ćelije ("baterije") s litijskom anodom pojavile su se početkom 70-ih godina 20. stoljeća i brzo su pronašle primjenu zbog visoke specifične energije i drugih prednosti. Tako je ostvarena dugogodišnja želja za stvaranjem kemijskog izvora struje s najaktivnijim redukcijskim sredstvom - alkalnim metalom, što je omogućilo naglo povećanje radnog napona baterije i njegove specifične energije. Ako je razvoj primarnih ćelija s litijevom anodom bio okrunjen relativno brzim uspjehom i takve su ćelije čvrsto zauzele svoje mjesto kao izvori energije za prijenosnu opremu, tada je stvaranje litijevih baterija naišlo na temeljne poteškoće, za čije je prevladavanje trebalo više od 20 godina.

Nakon mnogo testiranja tijekom 1980-ih, pokazalo se da se problem litijevih baterija vrti oko litijevih elektroda. Točnije, oko aktivnosti litija: procesi koji su se dogodili tijekom rada, na kraju su doveli do burne reakcije, nazvane "ventilacija s oslobađanjem plamena". Godine 1991. veliki broj litijevih baterija, koje su se prvi put koristile kao izvor napajanja za mobilne telefone, povučen je proizvođačima. Razlog je što je tijekom razgovora, kada je potrošena struja maksimalna, iz baterije izbio plamen koji je opekao lice korisnika mobilnog telefona.

Zbog inherentne nestabilnosti metalnog litija, posebno tijekom procesa punjenja, istraživanja su se prebacila na područje stvaranja baterije bez upotrebe Li, ali koristeći njegove ione. Iako litij-ionske baterije daju nešto manju gustoću energije od litijevih baterija, litij-ionske baterije su ipak sigurne kada pružaju ispravni modovi punjenje i pražnjenje.

Kemijski procesi Li-ion baterija.

Revolucija u razvoju punjivih litijevih baterija napravljena je objavom da su u Japanu razvijene baterije s negativnom elektrodom od karbonskih materijala. Pokazalo se da je ugljik vrlo pogodna matrica za interkalaciju litija.
Kako bi napon baterije bio dovoljno velik, japanski su istraživači koristili kobaltove okside kao aktivni materijal pozitivne elektrode. Literirani kobaltov oksid ima potencijal od oko 4 V u odnosu na litijevu elektrodu, tako da radni napon Li-ion baterije ima karakterističnu vrijednost od 3 V i više.

Kada se litij-ionska baterija isprazni, litij se deinterkalira iz ugljičnog materijala (na negativnoj elektrodi), a litij se interkalira u oksid (na pozitivnoj elektrodi). Kada se baterija puni, procesi idu u suprotnom smjeru. Posljedično, u cijelom sustavu nema metalnog (nulavalentnog) litija, a procesi pražnjenja i naboja svode se na prijenos iona litija s jedne elektrode na drugu. Stoga se takve baterije nazivaju "litij-ionske" ili baterije tipa stolica za ljuljanje.

Procesi na negativnoj elektrodi Li-ion baterije.

U svim Li-ion baterijama dovedenim u komercijalizaciju, negativna elektroda je izrađena od karbonskih materijala. Interkalacija litija u ugljikove materijale složen je proces, čiji mehanizam i kinetika uvelike ovise o prirodi ugljikovog materijala i prirodi elektrolita.

Ugljikova matrica koja se koristi kao anoda može imati uređenu slojevitu strukturu, kao u prirodnom ili sintetskom grafitu, neuređenu amorfnu ili djelomično uređenu (koks, pirolizni ili mezofazni ugljik, čađa, itd.). Litijevi ioni, kada se unesu, razmiču slojeve ugljikove matrice i nalaze se između njih, tvoreći interkalate različitih struktura. Specifični volumen ugljikovih materijala u procesu interkalacije-deinterkalacije litijevih iona neznatno se mijenja.
Osim ugljičnih materijala kao matrice negativne elektrode, proučavaju se strukture na bazi kositra, srebra i njihovih legura, kositrenih sulfida, kobaltovih fosforida, ugljikovih kompozita s nanočesticama silicija.

Procesi na pozitivnoj elektrodi Li-ion baterije.

Dok primarne litijeve ćelije koriste razne aktivne materijale za pozitivnu elektrodu, u litijevim baterijama izbor materijala pozitivne elektrode je ograničen. Pozitivne elektrode litij-ionskih baterija izrađene su isključivo od litiranih oksida kobalta ili nikla te od litij-manganskih spinela.

Trenutno se materijali na bazi miješanih oksida ili fosfata sve više koriste kao katodni materijali. Pokazano je da s mješovitim oksidnim katodama, najbolji nastup baterija. Osvajaju se i tehnologije oblaganja površine katoda fino dispergiranim oksidima.

Konstrukcija Li-ion baterija

Strukturno, Li-ion baterije, kao i alkalne (Ni-Cd, Ni-MH), proizvode se u cilindričnoj i prizmatičnoj verziji. Kod cilindričnih baterija, namotani paket elektroda i separatora smješten je u čelično ili aluminijsko kućište, na koje je spojena negativna elektroda. Pozitivni pol baterije se kroz izolator izvodi na poklopac (slika 1). Prizmatične baterije izrađuju se slaganjem pravokutnih ploča jedna na drugu. Prizmatične baterije osiguravaju čvršće pakiranje u bateriji, ali je teže nego cilindrične baterije održavati tlačne sile na elektrodama. U nekim prizmatičnim akumulatorima koristi se valjani sklop paketa elektroda koji je uvijen u eliptičnu spiralu (slika 2). To vam omogućuje da kombinirate prednosti dviju gore opisanih modifikacija dizajna.

Sl.1 Uređaj cilindrične Li-Ion baterije.

sl.2. Uređaj prizmatične litij-ionske (Li-ion) baterije s namotanim uvijanjem elektroda.

Obično se poduzimaju neke projektne mjere kako bi se spriječilo brzo zagrijavanje i osigurao siguran rad Li-ion baterija. Ispod poklopca baterije nalazi se uređaj koji na pozitivni temperaturni koeficijent reagira povećanjem otpora, te drugi koji prekida električnu vezu između katode i pozitivnog pola kada tlak plina unutar baterije poraste iznad dopuštene granice.

Kako bi se poboljšala sigurnost Li-ion baterija, baterija također mora koristiti vanjsku elektroničku zaštitu, čija je svrha spriječiti mogućnost prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja svake baterije, kratkog spoja i prekomjernog zagrijavanja.
Većina Li-ion baterija izrađuje se u prizmatičnim verzijama, budući da je glavna namjena Li-ion baterija osigurati rad mobitela i prijenosnih računala. Dizajni prizmatičnih baterija u pravilu nisu unificirani, a većina proizvođača mobitela, prijenosnih računala i sl. ne dopušta korištenje baterija trećih strana u uređajima.

Karakteristike Li-ion baterija.

Moderne Li-ion baterije imaju visoke specifične karakteristike: 100-180 Wh/kg i 250-400 Wh/l. Radni napon - 3,5-3,7 V.
Ako su prije nekoliko godina programeri smatrali da dostižni kapacitet Li-ion baterija nije veći od nekoliko amper-sati, sada je većina razloga koji ograničavaju povećanje kapaciteta prevladana i mnogi su proizvođači počeli proizvoditi baterije s kapacitetom od stotina amper-sati.
Moderne male baterije učinkovite su pri strujama pražnjenja do 2 C, snažne - do 10-20 C. Raspon radne temperature: od -20 do +60 °C. Međutim, mnogi su proizvođači već razvili baterije koje mogu raditi na -40 °C. Moguće je proširiti temperaturni raspon na više temperature.
Samopražnjenje Li-ion baterija je 4-6% u prvih mjesec dana, zatim je puno manje: u 12 mjeseci baterije gube 10-20% svog pohranjenog kapaciteta. Gubitak kapaciteta litij-ionskih baterija je nekoliko puta manji nego kod nikl-kadmijskih baterija, kako na 20°C tako i na 40°C. Resurs-500-1000 ciklusa.

Punjenje Li-ion baterija.

Li-ion baterije se pune kombinirani način rada: prvo pri konstantnoj struji (u rasponu od 0,2 C do 1 C) do napona 4,1-4,2 V (ovisno o preporukama proizvođača), zatim pri konstantnom naponu. Prva faza punjenja može trajati oko 40 minuta, druga faza duže. Brže punjenje može se postići pulsnim načinom rada.
U početnom razdoblju, kada su se pojavile samo Li-ion baterije koje koriste grafitni sustav, bilo je potrebno ograničiti napon punjenja na stopu od 4,1 V po ćeliji. Iako je korištenje više visoki napon omogućuje vam povećanje gustoće energije, oksidativne reakcije, koji se dogodio u ćelijama ove vrste pri naponima većim od praga od 4,1 V, doveo je do smanjenja njihovog vijeka trajanja. S vremenom je ovaj nedostatak eliminiran upotrebom kemijskih dodataka i sada se Li-ion ćelije mogu puniti do napona od 4,20 V. Tolerancija napona je samo oko ± 0,05 V po ćeliji.
Li-ionske baterije za industrijsku i vojnu uporabu trebale bi imati dulji vijek trajanja od baterija za Komercijalna upotreba. Stoga je za njih granični napon kraja punjenja 3,90 V po ćeliji. Iako je energetska gustoća (kWh/kg) takvih baterija manja, produljeni radni vijek pri male veličine, mala težina i veća gustoća energije u usporedbi s drugim vrstama baterija izbacuju Li-ion baterije iz konkurencije.
Pri punjenju Li-ion baterija strujom od 1 C, vrijeme punjenja je 2-3 sata. Li-ion baterija dostiže stanje pune napunjenosti kada napon na njoj postane jednak graničnom naponu, a struja se značajno smanji i iznosi približno 3% početne struje punjenja (slika 3).

sl.3. Napon i struja u odnosu na vrijeme prilikom punjenja litij-ionske (Li-ion) baterije

Ako slika 3 prikazuje tipični grafikon napunjenosti jedne od vrsta Li-ion baterija, onda slika 4 jasnije prikazuje proces punjenja. S povećanjem struje punjenja Li-ion baterije, vrijeme punjenja se značajno ne smanjuje. Iako napon baterije raste brže s većom strujom punjenja, faza punjenja nakon završetka prve faze ciklusa punjenja traje dulje.
Nekim vrstama punjača potrebno je 1 sat ili manje za punjenje litij-ionske baterije. Kod ovakvih punjača faza 2 je izostavljena i baterija ulazi u stanje pripravnosti odmah nakon završetka faze 1. U tom trenutku Li-ion baterija će biti napunjena približno 70%, a nakon toga je moguće dodatno punjenje.

sl.4. Ovisnost napona i struje o vremenu pri punjenju Li-ion baterije.

1. FAZA - Maksimalna dopuštena struja punjenja teče kroz bateriju sve dok napon na njoj ne dosegne graničnu vrijednost.
KORAK 2 - Maksimalni napon baterija dosegla, struja punjenja se postupno smanjuje dok se potpuno ne napuni. Trenutak završetka punjenja nastupa kada vrijednost struje punjenja padne na vrijednost od 3% početne vrijednosti.
KORAK 3 - Periodično dopunsko punjenje tijekom skladištenja baterije, otprilike svakih 500 sati skladištenja.

Stupanj kapajućeg punjenja za Li-ion baterije nije primjenjiv zbog činjenice da ne mogu apsorbirati energiju kada se prepune. Štoviše, kratkotrajno punjenje može uzrokovati litijsko presvlačenje, što bateriju čini nestabilnom. Naprotiv, kratkotrajno istosmjerno punjenje može kompenzirati malo samopražnjenje Li-ion baterije i nadoknaditi gubitke energije uzrokovane radom njezinog zaštitnog uređaja. Ovisno o vrsti punjača i stupnju samopražnjenja Li-ion baterije, takvo punjenje se može vršiti svakih 500 sati, odnosno 20 dana. Obično to treba učiniti kada napon otvorenog kruga padne na 4,05 V/ćeliji i zaustaviti kada dosegne 4,20 V/ćeliji.
Dakle, Li-ion baterije imaju nisku otpornost na prekomjerno punjenje. Na negativnoj elektrodi na površini ugljične matrice, uz značajno prenaboj, postaje moguće taložiti metalni litij (u obliku fino usitnjenog mahovinastog sedimenta), koji ima visoku reaktivnost na elektrolit, a aktivno oslobađanje kisika počinje na katoda. Postoji opasnost od toplinskog odlaska, povećanja tlaka i pada tlaka. Stoga se Li-ion baterije mogu puniti samo do napona koji preporučuje proizvođač. S povećanim naponom punjenja smanjuje se vijek trajanja baterije.
Mora se ozbiljno razmotriti siguran rad Li-ion baterija. Komercijalne Li-ion baterije imaju posebne zaštitne uređaje koji sprječavaju da napon punjenja prijeđe određenu graničnu vrijednost. Dodatni element zaštita osigurava da je punjenje dovršeno ako temperatura baterije dosegne 90 °C. Najnaprednije baterije imaju još jedan zaštitni element - mehanički prekidač, koji se aktivira povećanjem unutarnjeg tlaka baterije. Ugrađeni sustav kontrole napona konfiguriran je za dva granična napona - visoki i niski.
Postoje iznimke - Li-ion baterije, u kojima uopće nema zaštitnih uređaja. To su baterije koje sadrže mangan. Zbog njegove prisutnosti, tijekom punjenja, reakcije metalizacije anode i oslobađanje kisika na katodi odvijaju se tako sporo da je postalo moguće odustati od upotrebe zaštitnih uređaja.

Sigurnost Li-ion baterija.

Sve litijeve baterije karakterizira prilično dobra sigurnost. Gubitak kapaciteta zbog samopražnjenja 5-10% godišnje.
Navedene pokazatelje treba promatrati kao neke nominalne referentne točke. Za svaku pojedinu bateriju, na primjer, napon pražnjenja ovisi o struji pražnjenja, razini pražnjenja, temperaturi; resurs ovisi o načinima (strujama) pražnjenja i punjenja, temperaturi, dubini pražnjenja; raspon radnih temperatura ovisi o stupnju iscrpljenosti resursa, dopuštenim radnim naponima itd.
Nedostaci Li-ion baterija su osjetljivost na prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje, zbog čega moraju imati limitatore punjenja i pražnjenja.
Tipičan prikaz karakteristika pražnjenja Li-ionskih baterija prikazan je na sl. 5 i 6. Iz slika je vidljivo da s povećanjem struje pražnjenja kapacitet pražnjenja baterije malo opada, ali radni napon opada. Isti se učinak javlja kod pražnjenja na temperaturama ispod 10 °C. Osim toga, pri niskim temperaturama dolazi do početnog pada napona.

sl.5. Karakteristike pražnjenja Li-ion baterije pri različitim strujama.

sl.6. Karakteristike pražnjenja Li-ion baterije pri različitim temperaturama.

Što se tiče rada Li-ion baterija općenito, onda, s obzirom na sve konstruktivne i kemijske metode zaštite baterija od pregrijavanja i već uvriježene ideje o potrebi vanjske elektroničke zaštite baterija od prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja, problem sigurnog rada Li-ionskih baterija može se smatrati riješenim. A novi katodni materijali često pružaju još veću toplinsku stabilnost za Li-ion baterije.

Sigurnost Li-ion baterije.

U razvoju litijskih i litij-ionskih baterija, kao iu razvoju primarnih litijevih ćelija, posebna se pozornost pridavala sigurnosti skladištenja i korištenja. Sve baterije su zaštićene od unutarnjeg kratkog spoja (iu nekim slučajevima - od vanjskog kratkog spoja). Učinkovit način Takva zaštita je korištenje dvoslojnog separatora, čiji jedan od slojeva nije izrađen od polipropilena, već od materijala sličnog polietilenu. U slučajevima kratkog spoja (npr. zbog rasta litijevih dendrita na pozitivnu elektrodu), zbog lokalnog zagrijavanja, ovaj se separatorski sloj topi i postaje nepropustan, čime se sprječava daljnji rast dendrita.

Uređaji za zaštitu Li-ion baterija.

Komercijalne Li-ion baterije imaju najnapredniju zaštitu od svih vrsta baterija. U pravilu se u zaštitnom krugu Li-ion baterija koristi tranzistorski ključ s efektom polja, koji se pri postizanju napona od 4,30 V na baterijskoj ćeliji otvara i time prekida proces punjenja. Osim toga, postojeći toplinski osigurač, kada se baterija zagrije na 90 °C, isključuje strujni krug svog opterećenja, čime se osigurava njezina toplinska zaštita. Ali to nije sve. Neke baterije imaju prekidač koji se aktivira kada prag tlaka unutar kućišta dosegne 1034 kPa (10,5 kg/m2) i prekine krug opterećenja. Tu je i zaštitni krug od dubokog pražnjenja koji prati napon baterije i prekida strujni krug opterećenja ako napon padne na 2,5 V po ćeliji.
Unutarnji otpor kruga zaštite baterije mobilnog telefona u uključenom stanju iznosi 0,05-0,1 ohma. Strukturno, sastoji se od dva ključa spojena u seriju. Jedan od njih se aktivira kada se dostigne gornji, a drugi - donji prag napona na bateriji. Ukupni otpor ovih prekidača zapravo stvara udvostručenje njegovog unutarnjeg otpora, pogotovo ako se baterija sastoji od samo jedne baterije. Baterije mobilnih telefona moraju osigurati visoke struje opterećenja, što je moguće uz najmanji mogući unutarnji otpor baterije. Dakle, zaštitni krug je prepreka koja ograničava radnu struju Li-ion baterije.
U nekim vrstama Li-ion baterija koje koriste u svojim kemijski sastav mangana i sastoji se od 1-2 elementa, shema zaštite se ne primjenjuje. Umjesto toga, imaju ugrađen samo jedan osigurač. A takve baterije su sigurne zbog svoje male veličine i malog kapaciteta. Osim toga, mangan je prilično tolerantan na zlouporabu Li-ion baterija. Nedostatak zaštitnog kruga smanjuje cijenu Li-ion baterije, ali donosi nove probleme.
Konkretno, korisnici mobilnih telefona mogu koristiti nestandardne punjače za punjenje svojih baterija. Kada koristite jeftine punjače dizajnirane za punjenje iz električne mreže ili iz mreže u vozilu, možete biti sigurni da će se, ako u bateriji postoji zaštitni krug, isključiti kada se postigne krajnji napon punjenja. Ako nema zaštitnog kruga, baterija će se prepuniti i, kao rezultat toga, doći će do njenog nepovratnog kvara. Ovaj proces obično prati pojačano zagrijavanje i bubrenje kućišta baterije.

Mehanizmi koji dovode do smanjenja kapaciteta Li-ion baterija

Kod cikliranja Li-ion baterija, među mogućim mehanizmima smanjenja kapaciteta najčešće se razmatraju sljedeći:
- uništenje kristalna struktura katodni materijal (osobito LiMn2O4);
- ljuštenje grafita;
- nakupljanje pasivizirajućeg filma na obje elektrode, što dovodi do smanjenja aktivne površine elektroda i začepljenja malih pora;
- taloženje metalnog litija;
- mehaničke promjene u strukturi elektrode kao rezultat volumetrijskih vibracija aktivnog materijala tijekom ciklusa.
Istraživači se ne slažu oko toga koja od elektroda prolazi kroz najviše promjena tijekom vožnje. To ovisi io prirodi odabranih materijala elektrode io njihovoj čistoći. Stoga je za Li-ion baterije moguće opisati samo kvalitativnu promjenu njihovih električnih i radnih parametara tijekom rada.
Tipično, resurs komercijalnih Li-ion baterija dok se kapacitet pražnjenja ne smanji za 20% iznosi 500-1000 ciklusa, ali značajno ovisi o vrijednosti graničnog napona punjenja (slika 7). Kako se dubina ciklusa smanjuje, resurs se povećava. Uočeno povećanje životnog vijeka povezano je sa smanjenjem mehaničkog naprezanja uzrokovanog promjenama volumena međuprostornih elektroda, koje ovise o stupnju njihove napunjenosti.

sl.7. Promjena kapaciteta Li-ion baterije pri različitim graničnim naponima punjenja

Povećanje radne temperature (unutar radnog raspona) može povećati brzinu sporednih procesa koji utječu na sučelje elektroda-elektrolit i blago povećati stopu smanjenja kapaciteta pražnjenja s ciklusima.

Zaključak.

Kao rezultat pretraga najbolji materijal za katodu, moderne litij-ionske baterije pretvaraju se u cijelu obitelj kemijskih izvora struje, koji se međusobno značajno razlikuju kako u potrošnji energije tako iu parametrima načina punjenja / pražnjenja. To pak zahtijeva značajno povećanje inteligencije upravljačkih krugova, koji su do sada postali sastavni dio baterija i uređaja s napajanjem - u protivnom je moguća šteta (uključujući i nepopravljiva oštećenja) i baterija i uređaja. Zadatak je dodatno kompliciran činjenicom da programeri pokušavaju maksimalno iskoristiti energiju baterija, nastojeći produljiti vijek trajanja baterije uz minimalni volumen i težinu koju zauzima izvor napajanja. To vam omogućuje postizanje značajnih konkurentskih prednosti. Prema D. Hickoku, Texas Instruments potpredsjedniku energetskih komponenti za mobilne sustave, kada koriste katode od novih materijala, razvijači baterija ne postižu odmah iste karakteristike dizajna i performansi kao u slučaju tradicionalnijih katoda. Kao rezultat toga, nove baterije često imaju značajna ograničenja radnog raspona. Štoviše, u posljednje vrijeme uz tradicionalne proizvođače ćelija i baterija za pohranu podataka - Sanyo, Panasonic i Sony - na tržište se vrlo aktivno probijaju i novi proizvođači, uglavnom iz Kine. Za razliku od tradicionalnih proizvođača, oni isporučuju proizvode sa znatno širim rasponom parametara unutar jedne tehnologije ili čak jedne serije. To je zbog njihove želje da se natječu uglavnom na temelju niskih cijena proizvoda, što često rezultira uštedama na usklađenosti procesa.
Dakle, trenutno je važnost informacija koje pruža tzv. "pametne baterije": identifikaciju baterije, temperaturu baterije, preostalo punjenje i dopušteni prenapon. Prema Hickoku, ako programeri gotovih uređaja dizajnirat će energetski podsustav koji uzima u obzir i radne uvjete i parametre ćelija, čime će se izravnati razlike u parametrima baterije i povećati stupanj slobode za krajnje korisnike, što će im dati mogućnost izbora ne samo uređaja koje preporučuje proizvođač, već ali i baterije drugih tvrtki.

18650 je u posljednje vrijeme sve popularniji. Po svojim tehničkim karakteristikama ispred su poznatih prstastih baterija. Pojmovi "prst" i "mali prst", koji se koriste za dobro poznate sa stajališta ispravne terminologije, netočni su. Sve baterije, bez obzira na veličinu, imaju vlastite kodove koji označavaju njihovu veličinu. Dakle, 18650 je također šifra. To je sva tajna.

Veličina baterije 18650

Ovaj peteroznamenkasti kod izražava širinu i duljinu baterije, gdje su prve dvije znamenke širina (promjer) u mm, a zadnje tri su duljina u mm s desetinkama. Postoji pogrešno mišljenje da nula na kraju ovog koda označava cilindrični oblik baterije (postoje baterije različite oblike). Takva točna oznaka duljine baterije nije potrebna. Kada se navodi veličina, često je ograničena na prve četiri znamenke (1865). Inače, prstne i male prstne baterije također imaju svoj kod - 14500 i 10440. Osim digitalnog koda, veličina se može označiti i slovima. Na primjer, gornje dvije veličine baterija imaju alternativne slovne kodove - AA (tip za prst) i AAA (tip za mali prst). Postoji mnogo abecednih i numeričkih kodova koji označavaju veličine različitih baterija: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670), itd.

Za 18650 baterije, ova oznaka veličine je netočna. Moraju se uzeti u obzir i drugi parametri. Na veličinu baterije 18650 može utjecati, na primjer, prisutnost ugrađene posebne ploče (kontroler punjenja). Neke baterije mogu imati malo veću duljinu u ovom slučaju. Česti su slučajevi kada baterija jednostavno ne stane u odjeljak uređaja u kojem je želite koristiti, unatoč činjenici da je ovaj uređaj (na primjer, baterija elektroničke cigarete) dizajniran za rad s baterijama ovog tip.

Li-ion 18650 trajanje baterije

Vrijeme koje određena baterija može raditi ovisi o "miliamperima po satu" (mAh). Za velike baterije, kao što su automobili, koristi se izraz "amper po satu". Za bateriju od 18650 mAh, ovo je izvedena vrijednost. Jedan amper je jednak 1000 miliampera. Miliamper po satu je struja koju baterija može proizvesti tijekom konvencionalnog sata korištenja. Drugim riječima, ako ovu vrijednost podijelite s određenim brojem sati, možete saznati trajanje baterije. Primjerice, baterija ima kapacitet od 3000 mAh. To znači da će za dva sata rada proizvesti 1500 miliampera. Četiri - 750. Baterija iz gornjeg primjera bit će potpuno ispražnjena nakon 10 sati rada, kada njezin kapacitet dosegne 300 miliampera (granica dubokog pražnjenja).

Takvi izračuni daju samo grubu ideju o trajanju baterije. Njegovo stvarno vrijeme rada ovisi o opterećenju s kojim se nosi, odnosno o uređaju koji mora napajati.

Struja, napon i snaga

Prije zaustavljanja na Opći opis tehnički podaci 18650 litij-ionske baterije i mjere opreza pri radu s njima, ukratko ćemo definirati gore navedene pojmove. Struja (maksimalna struja pražnjenja, izlazna struja) izražava se u amperima i na bateriji je označena slovom "A". Napon se izražava u voltima i označava slovom "V". Na mnogim baterijama možete pronaći takve oznake. Za litij-ionsku bateriju napon je uvijek 3,7 volti, a struja može biti drugačija. Snaga baterije kao dominantni parametar njezine snage izražava se kao umnožak napona i struje (volte treba pomnožiti s amperima).

Opis prednosti i nedostataka litij-ionske baterije

Glavni nedostatak 18650 baterija izrađenih litij-ionskom tehnologijom je njihov mali raspon radne temperature. Normalan rad litij-ionske baterije moguć je samo u rasponu od -20 do +20 stupnjeva Celzijusa. Ako se koristi ili puni na temperaturama ispod ili iznad navedenih, kvari se. Za usporedbu, nikal-kadmijeve i nikal-metal-hidridne baterije imaju širi temperaturni raspon - od -40 do +40. Ali, za razliku od potonjih, litij-ionske baterije imaju viši nazivni napon - 3,7 volta naspram 1,2 volta za nikal baterije.

Također, litij-ionske baterije praktički nisu podložne efektima samopražnjenja i memorije uobičajenim za mnoge vrste baterija. Samopražnjenje je gubitak nabijene energije tijekom mirovanja. Efekt pamćenja javlja se kod nekih vrsta baterija kao rezultat sustavnog punjenja nakon nepotpunog pražnjenja. Odnosno, razvija se na baterijama koje nisu potpuno ispražnjene.

S efektom pamćenja, baterija "pamti" stupanj pražnjenja nakon kojeg se počinje puniti i isprazni se nakon što je dosegla tu granicu u sljedećem ciklusu. Njegov stvarni kapacitet u to vrijeme zapravo je veći. Ako postoji ploča za prikaz, tada će također pokazati pražnjenje. Ovaj učinak ne razvija se odmah, već postupno. Može se razviti i u uvjetima kada je baterija stalno napajana iz mreže, odnosno neprekidno se puni.

Samopražnjenje i učinak pamćenja su kod litij-ionskih baterija iznimno beznačajni.

Postoji još jedna točka na koju biste trebali obratiti pozornost: takve baterije ne mogu se skladištiti u ispražnjenom stanju, inače će brzo propasti.

Mjere opreza za Li-ion baterije

Mnogi su skloni vatri i eksplozijama. Ovisi o kemijskom sastavu unutarnje strukture baterije. Za 18650 litij-ionske baterije ovaj je problem prilično akutan. Nije rijetkost da korisnici e-cigareta zadobiju teške opekline ruku i lica, pa čak i ozbiljnije ozljede. Budući da se litij-ionske baterije nalaze u prijenosnim računalima, tabletima i mobitelima, nije neuobičajeno da se zapale.

Na prvom mjestu među uzrocima ovakvih incidenata je, naravno, nekvalitetna (jeftina) montaža baterija. No, u slučaju e-cigareta, lako je sami izazvati eksploziju litij-ionske baterije, čak i ako baterija nije jeftina. Da biste to učinili, morate malo razumjeti što je električni otpor.

Ako u najkraćem objasnimo ovaj koncept prostim jezikom, onda je ovo parametar koji određuje zahtjeve vodiča za bateriju. Što je manji otpor vodiča, baterija mora davati veću struju (ampera). Ako je otpor vrlo nizak, tada će baterija raditi s takvim vodičem do velikog opterećenja. Otpor može biti tako nizak da će izazvati prekomjerno opterećenje baterije i njezinu naknadnu eksploziju ili paljenje. Drugim riječima, to će biti kratki spoj. Budući da elektroničke cigarete rade na principu isparavanja, za što je potreban grijaći element (zavojnica sa filamentom), nevješti korisnici mogu greškom natjerati bateriju da radi s grijaće tijelo s izuzetno niskim otporom. Poznavajući strujni izlaz određene baterije i otpor vodiča, koristeći jednostavne izračune pomoću formule Ohmovog zakona, možete odrediti može li ova baterija nositi određeni vodič.

Ove opasnosti se ne pojavljuju uvijek u svim slučajevima. Tehnologije zaštite baterija neprestano se razvijaju. Mnoge baterije unutar sebe imaju poseban regulator punjenja koji može na vrijeme isključiti bateriju iz struje kada dođe do kratkog spoja. Ovo su zaštićene baterije.

Li-ion baterijski uređaj

Baterija 18650 temelji se na elektrolitu - posebnoj tekućini u kojoj se odvijaju kemijske reakcije.

Ove kemijske reakcije su reverzibilne. Ovo je princip rada svake baterije. Jednostavnim rječnikom rečeno, formula za takve reakcije može teći i slijeva nadesno (pražnjenje) i zdesna nalijevo (naboj). Takve se reakcije događaju između katode i anode ćelije. Katoda je negativna elektroda (minus), anoda je pozitivna elektroda (plus) napajanja. Između njih u trenutku reakcije nastaje struja. kemijske reakcije pražnjenje i naboj između katode i anode su procesi oksidacije i redukcije, ali to je sasvim druga priča. Nećemo ulaziti u proces elektrolize. Struja nastaje u trenutku kada katoda i anoda počnu djelovati, odnosno nešto se spoji na plus i minus baterije. Katoda i anoda moraju biti električki vodljive.

Tijekom kršenja radnih uvjeta, molekule se pojavljuju u elektrolitu kemijski elementi, koji zatvaraju katodu i anodu, što dovodi do unutarnjih kratkih spojeva. Kao rezultat toga, temperatura baterije se povećava i pojavljuje se više molekula, zatvarajući plus i minus. Cijeli taj proces, poput grudve snijega, eksponencijalno dobiva brzinu. Bez mogućnosti vađenja elektrolita (kućište baterije je zabrtvljeno) nastaje sve veći unutarnji tlak. Što se dalje događa može se razumjeti bez komentara.

Punjenje litij-ionske baterije

Kao punjač za bateriju 18650 prikladan je svaki uređaj dizajniran za baterije ovog formata. Glavna stvar je ne mijenjati ispravan polaritet prilikom punjenja. Postavite baterije u utore točno prema simbolima plus i minus. Dobro je pročitati ostale mjere opreza za korištenje punjača baterije 18650, koje su uvijek navedene na kućištu baterije.

Najbolja opcija za punjenje litij-ionskih baterija je korištenje skupljih punjača s fino podešenim procesom punjenja. Mnogi od njih imaju funkciju punjenja baterija metodom CC/CV, što znači konstantna struja, konstantni napon. Ova metoda je dobra jer može napuniti bateriju više od uobičajenih punjača. To je zbog takvog koncepta kao što je ponovno učitavanje.

Tijekom punjenja ili pražnjenja baterije mijenja se njen napon. Povećava se pri punjenju, smanjuje pri pražnjenju. Nazivnih 3,7 volti je prosječna vrijednost.

Dva su učinka koja nepovoljno utječu na bateriju - prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje. Postoje pragovi za punjenje i pražnjenje baterije. Ako napon baterije prijeđe te granice, baterija se prepuni ili isprazni, ovisno o tome puni li se ili prazni. U normalnom načinu punjenja za 18650 Li-ion, punjač i kontroler punjenja unutar same baterije (ako postoji) očitavaju napon baterije i prekidaju punjenje kada dosegne prag kako bi se izbjeglo prekomjerno punjenje. U tom slučaju baterija zapravo nije potpuno napunjena. Njegov kapacitet može dopustiti da naplati više, ali prag ga sprječava u tome.

Načelo punjenja metodom CC / CV dizajnirano je tako da struja koja se dovodi do punjenja nije prekinuta, već je naglo smanjena, sprječavajući unutarnja napetost baterija prijeđe prag. Tako je baterija potpuno napunjena bez prepunjavanja.

Vrste litij-ionskih baterija

Vrste 18650 Li-ion baterija:

litij željezo fosfat (LFP);
litij-mangan (IMR);
litij-kobalt (ICR);
litij polimer (LiPo).

Sve vrste osim posljednje su cilindrične i mogu se izraditi u formatu 18650. Litij polimer baterije se razlikuju po tome što nemaju određeni oblik. To je zbog činjenice da imaju čvrsti elektrolit (polimer). Upravo zbog ovog neobičnog svojstva elektrolita ove se baterije često koriste u tabletima i mobitelima.

Primjena litij-ionskih baterija

Kao što je već spomenuto, 18650 Li-ion baterije naširoko se koriste u elektronske cigarete. Mogu se ugraditi u bateriju ili odvojiti, tj. ugraditi zasebno u nju. Može ih biti i nekoliko, spojenih paralelno ili serijski.

Litij-ionske baterije već se dugo koriste u izradi raznih baterija, poput baterija za prijenosna računala. Takve baterije su lanac od nekoliko međusobno povezanih baterija 18650 unutar jednog kućišta. Takve baterije se mogu pronaći i kao capacious power bank - prijenosni punjači.

Opseg samih baterija je vrlo širok: od imenovanih punjača do sastavnih elemenata modernih velikih mehanizama (automobila ili zrakoplovstva). U isto vrijeme, broj 18650 litij-ionskih baterija koje čine jednu bateriju može varirati od nekoliko do stotina. Vrijedno je spomenuti litij-polimerske baterije. Iako nisu dostupni u 18650 Li-ion formatu, oni su najčešći jer se koriste u tabletima i mobitelima.

Čitajući "savjete za rad" baterija na forumima, nehotice se pitate jesu li ljudi preskočili fiziku i kemiju u školi ili misle da su pravila za rad olovnih i ionskih baterija ista.
Počnimo s načelima Li-Ion baterije. Na prstima je sve vrlo jednostavno - postoji negativna elektroda (obično od bakra), postoji pozitivna (od aluminija), između njih je porozna tvar (separator) zasićena elektrolitom (spriječava "neovlašteno" prijelaz litijevih iona između elektroda):

Princip rada temelji se na sposobnosti litijevih iona da se integriraju u kristalnu rešetku raznih materijala- obično grafit ili silicijev oksid - uz stvaranje kemijskih veza: prema tome, prilikom punjenja ioni se ugrađuju u kristalnu rešetku, akumulirajući naboj na jednoj elektrodi, pri pražnjenju se vraćaju na drugu elektrodu, odustajući elektron koji nam treba (koga zanima točnije objašnjenje procesa koji se odvijaju - google intercalation). Kao elektrolit koriste se otopine koje sadrže vodu koje ne sadrže slobodni proton i stabilne su u širokom području napona. Kao što vidite, u modernim baterijama sve se radi prilično sigurno - nema metalnog litija, nema ničega što bi eksplodiralo, samo ioni prolaze kroz separator.
Sada kada je sve postalo više-manje jasno s principom rada, prijeđimo na najčešće mitove o Li-Ion baterijama:

Mit prvi. Li-Ion baterija u uređaju ne može se isprazniti do nula posto.
Zapravo, sve zvuči kako treba i u skladu je s fizikom - kod pražnjenja na ~2,5 V Li-Ion, baterija počinje vrlo brzo propadati, a čak i jedno takvo pražnjenje može značajno (do 10%!) smanjiti njen kapacitet. Osim toga, kada se isprazni do takvog napona, više ga neće biti moguće puniti standardnim punjačem - ako napon ćelije baterije padne ispod ~ 3 V, "pametni" regulator će je isključiti kao oštećenu, a ako postoji su sve takve ćelije, baterija se može odnijeti u smeće.
Ali postoji jedan vrlo važan, ali na koji svi zaboravljaju: u telefonima, tabletima i drugim mobilnim uređajima raspon radnog napona na bateriji je 3,5-4,2 V. Kada napon padne ispod 3,5 V, indikator pokazuje nula posto napunjenosti i uređaj se isključuje, ali do " kritičnih "2,5 V je još uvijek vrlo daleko. To potvrđuje i činjenica da ako na tako "ispražnjenu" bateriju spojite LED diodu, onda ona može dugo gorjeti (možda se netko sjeća da su se nekada prodavali telefoni sa svjetiljkama koje su se palile tipkom bez obzira na sustav.Tako da je lampica nastavila gorjeti nakon pražnjenja i isključivanja telefona). Odnosno, kao što vidite, tijekom normalne upotrebe ne dolazi do pražnjenja na 2,5 V, što znači da je sasvim moguće isprazniti Akum na nula posto.
Mit drugi. Li-Ion baterije eksplodiraju ako su oštećene.
Svi se sjećamo "eksplozivnog" Samsung Galaxy Note 7. Međutim, ovo je prilično iznimka od pravila - da, litij je vrlo aktivan metal i nije ga teško raznijeti u zraku (i gori vrlo jarko u vodi). No, moderne baterije ne koriste litij, već njegove ione koji su puno manje aktivni. Dakle, da bi došlo do eksplozije, morate se jako potruditi - ili fizički oštetiti bateriju za punjenje (dogovoriti kratki spoj) ili je napuniti vrlo visokim naponom (tada će se oštetiti, ali najvjerojatnije će kontroler jednostavno izgori i neće dopustiti punjenje baterije). Stoga, ako vam se iznenada u rukama nađe oštećena baterija ili baterija koja se dimi - nemojte je baciti na stol i bježati iz sobe vičući "svi ćemo umrijeti" - samo je stavite u metalnu posudu i iznesite na balkon. (kako ne bi udahnuo kemiju) - baterija će tinjati neko vrijeme, a zatim se ugasiti. Glavna stvar je ne napuniti ga vodom, ioni su naravno manje aktivni od litija, ali ipak će se neka količina vodika također osloboditi kada reagira s vodom (a on voli eksplodirati).
Mit treći. Kada Li-Ion baterija dosegne 300 (500/700/1000/100500) ciklusa, postaje nesigurna i treba je hitno promijeniti.
Mit koji na sreću sve manje hoda po forumima i nema nikakvog fizikalnog ili kemijskog objašnjenja. Da, tijekom rada elektrode oksidiraju i korodiraju, što smanjuje kapacitet baterije, ali to vam ne prijeti ništa osim kraćeg trajanja baterije i nestabilnog ponašanja na 10-20% napunjenosti.
Mit četvrti. S Li-Ion baterijama ne možete raditi na hladnoći.
Ovo je više preporuka nego zabrana. Mnogi proizvođači zabranjuju korištenje telefona na negativnim temperaturama, a mnogi su iskusili brzo pražnjenje i općenito gašenje telefona na hladnoći. Objašnjenje za to je vrlo jednostavno: elektrolit je gel koji sadrži vodu, a što se događa s vodom kada negativne temperature svi znaju (da, smrzava se ako ništa), čime se dio baterije isključuje iz rada. To dovodi do pada napona, a regulator to počinje smatrati pražnjenjem. Ovo nije korisno za bateriju, ali nije ni pogubno (nakon zagrijavanja, kapacitet će se vratiti), pa ako očajnički morate koristiti telefon na hladnoći (samo da ga koristite - izvadite ga iz toplog džepa, pogledaj vrijeme i sakrij ga natrag), onda ga je bolje napuniti 100% i uključiti bilo koji proces koji opterećuje procesor - tako će hlađenje biti sporije.
Mit pet. Natečena Li-Ion baterija je opasna i treba je odmah baciti.
Ovo nije mit, već mjera opreza - natečena baterija može jednostavno prsnuti. S kemijskog gledišta, sve je jednostavno: tijekom procesa interkalacije dolazi do razgradnje elektroda i elektrolita, pri čemu se oslobađa plin (može se oslobađati i tijekom punjenja, ali o tome u nastavku). Ali ističe se vrlo malo, a da bi se baterija činila natečenom, potrebno je proći nekoliko stotina (ako ne i tisuća) ciklusa punjenja (osim, naravno, ako nije u kvaru). Nema problema sa oslobađanjem od plina - samo probušite ventil (kod nekih baterija se otvara sam od sebe pod pritiskom) i odzračite ga (ne preporučam da ga udišete), nakon čega možete pokriti rupu epoksi smola. Naravno, to neće vratiti bateriju na prijašnji kapacitet, ali barem sada sigurno neće prsnuti.
Mit šesti. Li-Ion baterije su štetne za prekomjerno punjenje.
Ali to više nije mit, već surova stvarnost - prilikom punjenja postoji velika šansa da će baterija nabubriti, prsnuti i zapaliti se - vjerujte mi, malo je zadovoljstva biti poprskan kipućim elektrolitom. Stoga u svim baterijama postoje kontroleri koji jednostavno ne dopuštaju punjenje baterije iznad određenog napona. Ali ovdje morate biti izuzetno oprezni pri odabiru baterije - kontroleri kineskih rukotvorina često mogu zakazati, a mislim da vam se neće svidjeti vatromet s telefona u 3 ujutro. Naravno, isti problem postoji u markiranim baterijama, ali prvo, tamo se to događa mnogo rjeđe, a drugo, cijeli telefon će biti zamijenjen pod jamstvom. Obično ovaj mit dovodi do sljedećeg:
Mit sedmi. Kada dostignete 100%, trebate ukloniti telefon s punjenja.
Iz šestog mita to se čini razumnim, ali u stvarnosti nema smisla ustati usred noći i isključiti uređaj s punjenja: prvo, kvarovi kontrolera su izuzetno rijetki, a drugo, čak i kada je 100% na indikatoru dosegne, baterija se puni do vrlo, vrlo maksimuma za neko vrijeme niske struje, što dodaje još 1-3% kapaciteta. Dakle, to stvarno ne bi trebalo biti previše rastegnuto.
Mit osmi. Uređaj se može puniti samo originalnim punjačem.
Mit se odvija zbog loše kvalitete kineskih punjača - sa normalni napon na 5 + - 5% volti, oni mogu proizvesti i 6 i 7 - regulator će, naravno, neko vrijeme izgladiti takav napon, ali u budućnosti će dovesti do toga da regulator u najboljem slučaju izgori, u najgorem slučaju - eksplozija i (ili) kvar matične ploče. Događa se suprotno - pod opterećenjem, kineski punjač proizvodi 3-4 volta: to će dovesti do činjenice da se baterija ne može potpuno napuniti.

Kao što se može vidjeti iz čitave gomile zabluda, nema svatko pod njima znanstveno objašnjenje, a još manje stvarno pogoršavaju performanse baterije. Ali to ne znači da nakon čitanja mog članka morate trčati bezglavo i kupiti jeftine kineske baterije za nekoliko dolara - ipak, za izdržljivost, bolje je uzeti ili originalne ili visokokvalitetne kopije originalnih.

Litij-ionske (Li-ion) baterije, koje se koriste u većini modernih tableta, pametnih telefona i prijenosnih računala, zahtijevaju drugačije postupke održavanja i rada u usporedbi s nikal-kadmijevim (Ni-Cd) i nikal-metal-hidridnim (Ni-MH) baterijama. u ranijim uređajima.

Zapravo, odgovarajuću njegu jer litij-ionska baterija može produžiti životni vijek za 15 puta u usporedbi s pogrešno korištenim kućištima. U ovom ćemo članku dati savjete kako maksimizirati životni ciklus skupe litij-ionske baterije u svim vašim prijenosnim uređajima.

Nedavno je Fred Langa, novinar internetskog portala Windows Secrets, morao zamijeniti oštećeni pametni telefon – i to je bila njegova greška.

Glavni simptom nije slutio na dobro - kućište telefona je bilo deformirano, jer se samo tijelo uređaja počelo savijati.

Nakon analize i detaljnog pregleda pokazalo se da je baterija pametnog telefona natekla.

U početku Fred nije primijetio nikakve promjene: baterija je izgledala više-manje normalno gledana licem u lice (slika 1). Međutim, kada je baterija postavljena na ravnu površinu, postalo je očito da njena gornja i donja strana više nisu ravne i paralelne jedna s drugom. Na jednoj strani baterije stvorila se velika izbočina (slika 2). Ovo izbočenje uzrokovalo je savijanje i deformaciju telefona.

Izbočina baterije bila je pokazatelj ozbiljnog problema: nakupljanje otrovnih plinova pod visokim pritiskom unutar baterije.

Kućište baterije odlično je obavilo posao, ali otrovni plinovi učinili su da baterija izgleda poput male bombe iz ekspres lonca koja samo čeka da detonira.

U Fredovom slučaju oštećeni su i telefon i baterija – vrijeme je za kupnju novog pametnog telefona.

Najtužnije je što se ovaj problem mogao lako spriječiti. U završnom dijelu članka bit će navedene Fredove pogreške.

Kako bi izbjegao ponavljanje grešaka iz prošlosti s novim pametnim telefonom i drugim litij-ionskim uređajima poput tableta, prijenosnih računala, Fred je počeo ozbiljno istraživati pravilan rad i održavanje litij-ionskih baterija.

Fred nije bio zainteresiran za produljenje vijeka trajanja baterije - te su tehnike dobro poznate. Većina uređaja nudi ručne ili automatske načine uštede energije i metode za podešavanje svjetline zaslona, usporavanje rada procesora i smanjenje broja pokrenutih aplikacija.

Fred se više usredotočio na produljenje vijeka trajanja baterije - načine kako održati bateriju u dobrom radnom stanju i maksimizirati trajanje baterije.

Ovaj članak uključuje kratke zaključke teze temeljene na Fredovu istraživanju. Slijedite ovih pet predloženih savjeta i tada će vaše litij-ionske baterije raditi potpuno, dugo i sigurno u svim vašim prijenosnim uređajima.

Savjet 1: Pazite na temperaturu i nemojte pregrijavati bateriju

Iznenađujuće, toplina je jedan od glavnih neprijatelja litij-ionskih baterija. Čimbenici zlouporabe kao što su brzina i duljina ciklusa punjenja i pražnjenja baterije mogu uzrokovati pregrijavanje baterije.

Vanjsko fizičko okruženje također je važno. Jednostavno ostavljanje litij-ionske baterije na suncu ili u zatvorenom automobilu može znatno smanjiti sposobnost baterije da prihvati i zadrži punjenje.

Idealan temperaturni uvjeti za litij-ionske baterije je sobna temperatura od 20 Celzijevih stupnjeva. Ako se uređaj zagrije na 30C, njegova sposobnost punjenja se smanjuje za 20 posto. Ako se uređaj koristi na 45C, što je lako postići na suncu, ili kada se uređaj intenzivno koristi s aplikacijama koje zahtijevaju velike resurse, kapacitet baterije se smanjuje za otprilike polovicu.

Stoga, ako se vaš uređaj ili baterija osjetno zagriju tijekom upotrebe, pokušajte se premjestiti na hladnije mjesto. Ako to nije moguće, pokušajte smanjiti količinu energije koju vaš uređaj troši tako da onemogućite nepotrebne aplikacije, usluge i značajke, smanjite svjetlinu zaslona ili aktivirate način rada za uštedu energije uređaja.

Ako ni to ne pomogne, potpuno isključite uređaj dok se temperatura ne vrati na normalu. Za još brže hlađenje izvadite bateriju (naravno, ako dizajn uređaja to dopušta) - na taj način će se uređaj brže ohladiti zbog fizičke odvojenosti od izvora napajanja.

Usput, unatoč činjenici da visoke temperature- Ovo glavni problem s litij-ionskim baterijama rad na niskim temperaturama nije velika briga. Niske temperature ne uzrokuju dugotrajno oštećenje baterije, iako hladna baterija neće moći isporučiti svu snagu koju potencijalno može isporučiti pri optimalnoj temperaturi. Pad snage postaje vrlo vidljiv na temperaturama ispod 4C. Većina potrošačkih litij-ionskih baterija postaje beskorisna na temperaturama blizu ili ispod točke smrzavanja.

Ako se uređaj s litij-ionskim napajanjem iz bilo kojeg razloga pretjerano ohladi, nemojte ga pokušavati koristiti. Ostavite ga isključen i odnesite ga na toplo mjesto (džep ili grijanu prostoriju) dok se uređaj ne vrati na normalnu temperaturu. Također, kao i kod pregrijavanja, fizički izvadite bateriju i odvojeno grijanje će ubrzati proces zagrijavanja. Nakon što se baterija zagrije na normalnu temperaturu, njena elektrolitička svojstva će se vratiti.

Savjet 2: Isključite punjač kako biste uštedjeli bateriju

Ponovno učitaj - tj. Predugo spajanje baterije na izvor napajanja visokog napona također može smanjiti sposobnost baterije da drži napunjenost, skratiti njezin životni vijek ili je potpuno uništiti.

Većina potrošačkih litij-ionskih baterija dizajnirana je za rad na 3,6 V po ćeliji, ali rade na viših 4,2 V tijekom punjenja. Ako je i punjač Dugo vrijeme prenapona, unutarnja baterija se može oštetiti.

U teškim slučajevima, prekomjerno punjenje može dovesti do onoga što inženjeri nazivaju "katastrofalnim" posljedicama. Čak i u umjerenim slučajevima, višak topline generiran ponovnim punjenjem stvorit će negativan toplinski učinak opisan u prvom savjetu.

Visokokvalitetni punjači mogu raditi u skladu s modernim sklopovima litij-ionske baterije, smanjujući opasnost od prekomjernog punjenja smanjenjem struje punjenja proporcionalno napunjenosti baterije.

Ova se svojstva značajno razlikuju ovisno o vrsti tehnologije koja se koristi u bateriji. Na primjer, kada koristite nikal-kadmijeve (Ni-Cd) i nikal-metal-hidridne (Ni-MH) baterije, pokušajte ih ostaviti priključene na punjač što je duže moguće. To je zato što starije vrste baterija imaju visoka razina samopražnjenje, tj. počinju gubiti znatnu količinu pohranjene energije odmah nakon odspajanja s punjača, čak i ako je sam prijenosni uređaj isključen.

Zapravo, nikal-kadmijeva baterija može izgubiti do 10 posto napunjenosti u prva 24 sata nakon punjenja. Nakon tog vremenskog razdoblja, krivulja samopražnjenja počinje se izravnavati, ali nikl-kadmijeva baterija nastavlja gubiti 10-20 posto mjesečno.

Situacija s nikal-metal-hidridnim baterijama još je gora. Njihova stopa samopražnjenja je 30 posto brža od njihovih nikal-kadmijevih analoga.

Međutim, litij-ionske baterije su vrlo niska razina samopražnjenje. Baterija koja dobro radi izgubit će samo 5 posto napunjenosti u prva 24 sata nakon punjenja, a još 2 posto u prvih mjesec dana nakon toga.

Dakle, nema potrebe ostavljati uređaj s litij-ionskom baterijom priključenom na punjač do zadnjeg trenutka. Za najbolje rezultate i trajanje baterije, isključite punjač kada se prikaže puna napunjenost.

Nove litij-ionske baterije ne moraju se puniti dulje vrijeme prije prve uporabe (nikl-kadmijevi i nikal-metal-hidridni uređaji preporučuju punjenje između 8 i 24 sata). Litij-ionske baterije imaju svoj maksimalni kapacitet kada pokažu 100 posto napunjenosti. Nema potrebe za produljenim punjenjem.

Ne utječu svi ciklusi pražnjenja na zdravlje baterije na isti način. Duga i intenzivna uporaba stvara više topline, ozbiljno opterećujući bateriju, dok kraći, češći ciklusi pražnjenja, naprotiv, produžuju vijek trajanja baterije.

Možda mislite da pretjerano mali ciklusi punjenja/pražnjenja mogu ozbiljno smanjiti životni vijek napajanja. To je bilo prirodno samo za zastarjele tehnologije, ali ne odnosi se na moderne litij-ionske baterije.

Specifikacije baterije mogu dovesti u zabludu jer Mnogi proizvođači smatraju da je ciklus punjenja vrijeme potrebno da se postigne 100 posto napunjenosti. Na primjer, dva punjenja od 50 do 100 posto ekvivalentna su jednom punom ciklusu punjenja. Slično tome, tri ciklusa od 33 posto ili 5 ciklusa od 20 posto također su ekvivalentna jednom punom ciklusu.

Ukratko, veliki broj malih ciklusa punjenja i pražnjenja ne smanjuje ukupni volumen ciklusa. potpuno punjenje litijska baterija.

Opet, toplina i veliki stres zbog teških pražnjenja smanjuju vijek trajanja baterije. Stoga pokušajte svesti broj dubokih pražnjenja na minimum. Nemojte dopustiti da razina baterije padne na vrijednosti blizu nule (kada se uređaj sam isključi). Umjesto toga, donjih 15-20 posto trajanja baterije tretirajte kao rezervu za hitne slučajeve - samo za hitne slučajeve. Steknite naviku zamijeniti bateriju ako je moguće ili spojiti uređaj na vanjski izvor napajanja prije nego što se baterija potpuno isprazni.

Kao što znate, brzo pražnjenje i brzo punjenje popraćeni su oslobađanjem viška topline i negativno utječu na trajanje baterije.

Ako ste uređaj intenzivno koristili pod velikim opterećenjem, ostavite baterije da se ohlade sobna temperatura prije spajanja na punjač. Baterija se neće moći potpuno napuniti ako je topla.

Dok punite uređaj, pratite temperaturu baterije - ne bi se trebala pregrijati. Vruća baterija tijekom punjenja obično znači da previše struje brzo teče.

Pretjerano punjenje najvjerojatnije je kod jeftinih generičkih punjača koji koriste sklopove brzo punjenje ili s bežičnim (induktivnim) punjačima.

Jeftini punjač može biti jednostavan transformator s žicama spojenim na njega. Takva "tiha punjenja" jednostavno distribuiraju struju i praktički ne dobivaju povratnu informaciju od uređaja koji se puni. Pregrijavanje i prenapon vrlo su česti kod korištenja ovih punjača, što polako uništava bateriju.

"Brza" punjenja osmišljena su za punjenje od jedne minute, a ne za sat vremena. Postoje različiti pristupi tehnologiji brzog punjenja, a nisu svi kompatibilni s litij-ionskim baterijama. Ako punjač i baterija nisu dizajnirani da rade zajedno, brzo punjenje može uzrokovati prenapon i pregrijavanje. Općenito govoreći, najbolje je ne koristiti punjač jedne marke za punjenje prijenosnog uređaja druge marke.

Bežični (induktivni) punjači koriste posebnu površinu za punjenje za ponovno punjenje baterije. Na prvi pogled, to je vrlo zgodno, ali činjenica je da takva punjenja stvaraju višak topline čak i u normalnom radu (Neki štednjaci koriste fenomen indukcije za zagrijavanje lonaca i tava).

Litijske baterije ne samo da pate od topline, već i rasipaju energiju prilikom bežičnog punjenja. Po svojoj prirodi, učinkovitost induktivnog punjača uvijek je niža od one konvencionalnog punjača. Ovdje je svatko slobodan izabrati po svom izboru, ali za Freda su povećana toplina i manja učinkovitost dovoljni čimbenici da odustane od takvih uređaja.

U svakom slučaju, najsigurniji pristup je koristiti isporučeni punjač koji preporučuje proizvođač. Ovo je jedini zajamčeni način održavanja temperature i napona unutar normalnih granica.

Ako OEM punjač nije dostupan, koristite uređaj s niskom izlaznom strujom kako biste smanjili mogućnost oštećenja baterije zbog velike snage koja se brzo isporučuje.

Jedan izvor struje niske struje je USB priključak na tipičnom računalu. Standardni USB 2.0 priključak daje 500 mA (0,5 A) po priključku, dok USB 3.0 daje 900 mA (0,9 A) po priključku. Za usporedbu, neki namjenski punjači mogu isporučiti 3000-4000mA (3-4A). Mala amperaža USB priključaka općenito jamči sigurno punjenje s normalnim temperaturni režim za većinu modernih litij-ionskih baterija.

Savjet 5: Ako je moguće, koristite rezervnu bateriju

Ako vam vaš uređaj omogućuje brzu zamjenu baterije, rezervna baterija odlična je polica osiguranja. Ovo ne samo da udvostručuje trajanje baterije, već također eliminira potrebu za potpunim pražnjenjem baterije ili korištenjem brzog punjenja. Kada baterija dosegne oznaku od 15-20 posto, jednostavno zamijenite istrošenu bateriju za rezervnu i odmah ćete dobiti potpuno punjenje bez problema s pregrijavanjem.

Rezervna baterija ima i druge prednosti. Na primjer, ako se nađete u situaciji da je ugrađena baterija pregrijana (primjerice, zbog intenzivnog korištenja uređaja ili visoke temperature okoline), možete promijeniti vruću bateriju kako bi se brže ohladila dok još koristite uređaj.

Posjedovanje dvije baterije eliminira potrebu za korištenjem brzog punjenja - možete sigurno koristiti uređaj dok se baterija sporo puni iz sigurnog izvora napajanja.

Fredove kobne greške

Fred je sugerirao da je možda oštetio bateriju pametnog telefona tijekom putovanja. Koristio je GPS funkciju uređaja za navigaciju po vedrom sunčanom danu. Pametni telefon je dugo bio na suncu u držaču blizu armaturne ploče automobila, svjetlina pametnog telefona je bila uključena na maksimum kako bi se karta razlikovala među svijetlim sunčeve zrake.

Osim toga, sve standardne pozadinske aplikacije - e-pošta, instant messenger itd. su pokrenuti. Uređaj je koristio 4G modul za preuzimanje glazbenih zapisa i Bluetooth bežični modul za prijenos zvuka u glavnu audio jedinicu automobila. Definitivno, telefon je bio pod stresom.

Kako bi telefon dobio napajanje, spojen je na adapter od 12 V, kupljen prema kriterijima niske cijene i prisutnosti ispravnog konektora.

Kombinacija izravne sunčeve svjetlosti, velikog opterećenja CPU-a, maksimalne svjetline zaslona i sumnjive kvalitete adaptera doveli su do pretjeranog pregrijavanja pametnog telefona. Fred se s užasom prisjeća koliko je uređaj bio vruć kada je izvučen iz držača. Ovo jako pregrijavanje bilo je katalizator smrti baterije.

Činilo se da se problem pogoršao noću, kada je Fred ostavio uređaj uključen cijelu noć pomoću punjača treće strane, bez kontrole kada je baterija potpuno napunjena.

Sa svojim novim pametnim telefonom Fred će koristiti samo integrirani punjač i rezervnu bateriju. Fred se nada dugom i sigurnom vijeku trajanja i baterije i telefona, što ovim savjetima namjerava postići.

Pronašli ste grešku pri upisu? Odaberite i pritisnite Ctrl + Enter

U ovom su trenutku široko rasprostranjene litij-ionske baterije i litij-pol (litij-polimer) baterije.

Razlika između njih je u elektrolitu. U prvoj verziji kao njega se koristi helij, u drugoj polimer zasićen otopinom koja sadrži litij. Danas, zbog popularnosti automobila s električnim motorima, akutno je pitanje pronalaska idealne vrste litij-ionske baterije koja je optimalna za takvo vozilo.

Sastoji se, kao i druge baterije, od anode (porozni ugljik) i katode (litij), separatora koji ih razdvaja i vodiča elektrolita. Proces pražnjenja prati prijelaz "anodnih" iona na katodu kroz separator i elektrolit. Njihov smjer je obrnut tijekom punjenja (slika ispod).

Ioni kruže u procesu pražnjenja i punjenja ćelije između suprotno nabijenih elektroda.

Ionske baterije imaju katodu od različitih metala, što je njihova glavna razlika. Proizvođači koji koriste za elektrode različitih materijala poboljšati performanse baterije.

No, događa se da poboljšanje nekih karakteristika dovodi do oštrog pogoršanja drugih. Na primjer, optimiziranjem kapaciteta potrebnog za povećanje vremena putovanja, možete povećati snagu, sigurnost, smanjiti negativan utjecaj na okoliš. Istodobno možete smanjiti struju opterećenja, povećati cijenu ili veličinu baterije.

Upoznajte se s glavnim parametrima različiti tipovi litijeve baterije (litij-mangan, litij-kobalt, litij-fosfat i nikal-mangan-kobalt) mogu biti u tablici:

Pravila za korisnike elektroprijevoza

Kapacitet takvih baterija praktički se ne smanjuje tijekom dugotrajnog skladištenja. Li-ion baterije se isprazne samo 23% ako se čuvaju na temperaturi od 60 stupnjeva 15 godina. Upravo zbog ovih svojstava imaju široku primjenu u tehnologijama električnog transporta.

Litij-ionske baterije prikladne su za električna vozila koja imaju kompletan sustav upravljanja ugrađen u kućište.

Iz tog razloga korisnici tijekom rada zaboravljaju na osnovna pravila koja mogu produžiti njihov vijek trajanja:

Baterija mora biti potpuno napunjena odmah nakon kupnje u trgovini, jer se elektrode napune 50% tijekom procesa proizvodnje. Stoga će se raspoloživi kapacitet smanjiti, tj. vrijeme rada ako nema početnog punjenja;
ne smije se dopustiti da se baterija potpuno isprazni kako bi se sačuvao njen resurs;
potrebno je napuniti bateriju nakon svakog polaska, čak i ako je još puna;
Nemojte zagrijavati baterije jer visoke temperature doprinose procesu starenja. Kako bi se maksimalno iskoristio resurs, potrebno je izvršiti operaciju na optimalna temperatura, što je 20-25 stupnjeva. Stoga se baterija ne može skladištiti u blizini izvora topline;
po hladnom vremenu preporuča se zamotati bateriju u plastičnu vrećicu s vakuum bravom za čuvanje na 3-4 stupnja, tj. u negrijanoj prostoriji. Naplata bi trebala biti najmanje 50% pune;
nakon što je baterija radila na niskim temperaturama, ne može se puniti bez držanja neko vrijeme na sobnoj temperaturi, tj. potrebno ju je zagrijati;
Bateriju morate napuniti punjačem koji ste dobili s kompletom.

PU ovih baterija ima nekoliko podvrsta - litij - LiFePO4 (željezo - fosfat), koristeći katodu željeznog fosfata. Njihove karakteristike omogućuju nam da govorimo o baterijama kao vrhuncu tehnologije koja se koristi za proizvodnju baterija.

Njihove glavne prednosti su:

broj ciklusa punjenja i pražnjenja, koji doseže 5000 do trenutka kada se kapacitet smanji za 20%;
dug radni vijek;
nedostaje "efekt pamćenja";
širok temperaturni raspon s nepromijenjenim performansama (300-700 stupnjeva Celzija);
kemijska stabilnost i toplinska stabilnost, što povećava sigurnost.

Najraširenije baterije

Među mnogima najzastupljenije su 18650 li-ion baterije koje proizvodi pet kompanija: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, čije se tvornice nalaze u Japanu, Kini, Maleziji i Južnoj Koreji. Planirano je da se u prijenosnim računalima koriste litij-ionske 18650 baterije. Međutim, zbog uspješnog formata, koriste se u radio upravljanim modelima, električnim vozilima, svjetiljkama itd.

Kao i svaki kvalitetan proizvod, takve baterije imaju mnogo krivotvorina, stoga, kako biste produljili vijek trajanja uređaja, trebate kupiti samo baterije poznatih marki.

Zaštićene i nezaštićene litij-ionske baterije

Za litijeve baterije također je važno jesu li zaštićene ili ne. Radni raspon prvog je 4,2-2,5 V (koristi se u uređajima dizajniranim za rad s litij-ionskim izvorima): LED svjetla, kućanski aparati male snage itd.

U električnim alatima, biciklima s elektromotorima, prijenosnim računalima, video i foto opremi koriste se nezaštićene baterije kojima upravlja upravljač.

Što trebate znati o litij-ionskim baterijama?

Prije svega, ograničenja koja se moraju poštivati tijekom rada:

napon punjenja (maksimalni) ne može biti veći od 4,35 V;
njegova minimalna vrijednost ne može biti niža od 2,3 V;
struja pražnjenja ne smije premašiti više od dvostruke vrijednosti kapacitivnosti. Ako je vrijednost potonjeg 2200 mAh, maksimalna struja je 4400 mA.

Funkcije koje obavlja upravljač

Zašto vam je potreban regulator punjenja litij-ionske baterije? Obavlja nekoliko funkcija:

daje struju koja kompenzira samopražnjenje. Njegova vrijednost je manja od maksimalne struje punjenja, ali veća od struje samopražnjenja;
implementira učinkovit algoritam ciklusa punjenja / pražnjenja za određenu bateriju;
kompenzira razliku u protoku energije tijekom punjenja i opskrbe potrošača energijom. Na primjer, prilikom punjenja i napajanja prijenosnog računala;
mjeri temperaturu tijekom pregrijavanja ili hipotermije, sprječavajući oštećenje baterije.

Kontroler punjenja litij-ionske baterije izrađen je ili u obliku mikro kruga ugrađenog u bateriju ili kao zasebni uređaj.

Za punjenje baterija bolje je koristiti standardni punjač za 18650 li-ion baterije koji se isporučuje u kompletu. Punjač za 18650 litijske baterije obično ima indikaciju razine napunjenosti. Češće je to LED dioda koja pokazuje kada je punjenje u tijeku i njegov kraj.

Na naprednijim uređajima možete pratiti preostalo vrijeme do kraja punjenja, trenutni napon na zaslonu. Za 18650 bateriju kapaciteta 2200mA, vrijeme punjenja je 2 sata.

Ali važno je znati kojom strujom puniti bateriju li ion 18650. Ona bi trebala biti pola nominalnog kapaciteta, odnosno ako je 2000 mAh, onda je optimalna struja 1A. Punenjem baterije velikom strujom brzo dolazi do njezine degradacije. Kada koristite malu struju, trebat će više vremena.

Video: Kako puniti litij-ionski punjač baterija vlastitim rukama

Shema uređaja za punjenje baterija

Ovako izgleda:

Krug se odlikuje pouzdanošću i ponovljivošću, a dolazni dijelovi su jeftini i lako dostupni. Kako bi se produžio vijek trajanja baterije, potrebno je kompetentno punjenje li-ionskih baterija: do kraja punjenja napon bi trebao pasti.

Nakon njegovog završetka, tj. kada struja dosegne nulu, punjenje li-ionske baterije bi trebalo prestati. Gornji sklop zadovoljava ove zahtjeve: ispražnjena baterija spojena na punjač (VD3 svijetli) koristi struju od 300 mA.

Proces koji je u tijeku označen je gorućom LED diodom VD1. Struja koja se postupno smanjuje na 30 mA označava da se baterija puni. Završetak procesa signalizira upaljena LED dioda VD2.

Krug koristi operacijsko pojačalo LM358N (možete ga zamijeniti analognim KR1040UD1 ili KR574UD2, koji ima drugačiji raspored pinova), kao i VT1 S8550 tranzistor 9 žutih, crvenih i zelenih LED (1,5 V).

Može li se baterija oživjeti?

Nakon nekoliko godina aktivnog korištenja, baterije katastrofalno gube kapacitet, stvarajući probleme pri korištenju vašeg omiljenog uređaja. Je li moguće i kako obnoviti Li ion bateriju dok korisnik traži zamjenu?

Oporavak litij-ionske baterije moguć je privremeno na nekoliko načina.

Ako je baterija natečena, tj. prestala držati naboj, što znači da su se unutra nakupili plinovi.

Zatim postupite na sljedeći način:

kućište baterije pažljivo se odvaja od senzora;
odvajanje elektroničkog senzora;
pronađite poklopac s upravljačkom elektronikom ispod njega i pažljivo ga probušite iglom;
zatim, pronađu teški ravni predmet, veći u površini od površine baterije, koji će se koristiti kao preša (nemojte koristiti škripac i slične uređaje);
postavite bateriju na vodoravnu ravninu i pritisnite prešom, imajući na umu da se baterija može oštetiti primjenom pretjerane sile. Ako to nije dovoljno, rezultat se možda neće postići. Ovo je najvažniji trenutak;
preostaje nakapati epoksid na rupu i zalemiti senzor.

Postoje i drugi načini, o kojima možete pročitati na internetu.

Na stranici možete odabrati punjač http://18650.in.ua/chargers/.

Video: Li-ion baterije, savjeti za korištenje li-ion baterija