Akumulatory litowo-jonowe. Baterie i akumulatory litowo-jonowe (Li-ion). Pomiar pojemności baterii bez przyrządów pomiarowych

Baterie litowo-jonowe (Li-ion) są najczęściej stosowane w urządzeniach mobilnych (laptopach, telefonach komórkowych, PDA i innych). Wynika to z ich przewagi nad powszechnie stosowanymi dotychczas akumulatorami niklowo-metalowo-wodorkowymi (Ni-MH) i niklowo-kadmowymi (Ni-Cd).

Akumulatory Li-Ion charakteryzują się znacznie lepszymi parametrami.
Ogniwa pierwotne („baterie”) z anodą litową pojawiły się na początku lat 70. XX wieku i szybko znalazły zastosowanie ze względu na wysoką energię właściwą i inne zalety. W ten sposób zrealizowano wieloletnie pragnienie stworzenia chemicznego źródła prądu z najbardziej aktywnym środkiem redukującym - metalem alkalicznym, co umożliwiło gwałtowne zwiększenie zarówno napięcia roboczego akumulatora, jak i jego energii właściwej. Jeśli rozwój ogniw pierwotnych z anodą litową zakończył się stosunkowo szybkim sukcesem i ogniwa takie zdecydowanie zajęły ich miejsce jako źródła zasilania sprzętu przenośnego, to tworzenie akumulatorów litowych napotkało zasadnicze trudności, których pokonanie zajęło ponad 20 lat.

Po wielu testach w latach 80. okazało się, że problem baterii litowych dotyczy elektrod litowych. Dokładniej, wokół aktywności litu: procesy zachodzące podczas pracy ostatecznie doprowadziły do gwałtownej reakcji, zwanej „wentylacją z uwolnieniem płomienia”. W 1991 r. producentom zwrócono uwagę na dużą liczbę baterii litowych, które po raz pierwszy zastosowano jako źródło zasilania telefonów komórkowych. Powodem jest to, że podczas rozmowy, gdy pobór prądu jest maksymalny, z akumulatora wybuchł płomień, parząc twarz użytkownika telefonu komórkowego.

Ze względu na nieodłączną niestabilność litu metalicznego, zwłaszcza podczas procesu ładowania, badania przesunęły się w stronę tworzenia baterii bez użycia Li, ale z wykorzystaniem jego jonów. Chociaż akumulatory litowo-jonowe zapewniają nieco niższą gęstość energii niż akumulatory litowe, akumulatory litowo-jonowe są mimo to bezpieczne prawidłowe trybyładowanie i rozładowywanie.

Procesy chemiczne akumulatorów Li-Ion.

Rewolucją w rozwoju akumulatorów litowych było doniesienie o tym, że w Japonii opracowano akumulatory z elektrodą ujemną wykonaną z materiałów węglowych. Węgiel okazał się bardzo wygodną matrycą do interkalacji litu.
Aby napięcie akumulatora było odpowiednio duże, japońscy badacze wykorzystali tlenki kobaltu jako materiał aktywny elektrody dodatniej. Literowany tlenek kobaltu ma potencjał około 4 V w stosunku do elektrody litowej, zatem napięcie robocze akumulatora Li-Ion ma charakterystyczną wartość 3 V i wyższą.

Kiedy akumulator litowo-jonowy jest rozładowany, lit jest oddzielany od materiału węglowego (na elektrodzie ujemnej), a lit jest interkalowany do tlenku (na elektrodzie dodatniej). Podczas ładowania akumulatora procesy przebiegają w odwrotnym kierunku. W rezultacie w całym układzie nie ma metalicznego (zerowartościowego) litu, a procesy wyładowania i ładowania sprowadzają się do przenoszenia jonów litu z jednej elektrody na drugą. Dlatego takie akumulatory nazywane są „litowo-jonowymi” lub akumulatorami typu bujanego.

Procesy na elektrodzie ujemnej akumulatora litowo-jonowego.

We wszystkich wprowadzonych na rynek akumulatorach litowo-jonowych elektroda ujemna jest wykonana z materiałów węglowych. Interkalacja litu do materiałów węglowych jest procesem złożonym, którego mechanizm i kinetyka w dużej mierze zależą od charakteru materiału węglowego i charakteru elektrolitu.

Osnowa węglowa stosowana jako anoda może mieć uporządkowaną strukturę warstwową, jak w przypadku grafitu naturalnego lub syntetycznego, nieuporządkowaną amorficzną lub częściowo uporządkowaną (koks, węgiel pirolityczny lub mezofazowy, sadza itp.). Wprowadzone jony litu rozsuwają warstwy osnowy węglowej i lokują się pomiędzy nimi, tworząc interkalaty o różnej strukturze. Objętość właściwa materiałów węglowych w procesie interkalacji-deinterkalacji jonów litu zmienia się nieznacznie.
Oprócz materiałów węglowych jako osnowy elektrody ujemnej badane są struktury na bazie cyny, srebra i ich stopów, siarczków cyny, fosforków kobaltu, kompozytów węglowych z nanocząsteczkami krzemu.

Procesy na elektrodzie dodatniej akumulatora litowo-jonowego.

Podczas gdy w pierwotnych ogniwach litowych na elektrodę dodatnią wykorzystuje się różnorodne materiały aktywne, w bateriach litowych wybór materiału elektrody dodatniej jest ograniczony. Elektrody dodatnie akumulatorów litowo-jonowych wykonane są wyłącznie z litowanych tlenków kobaltu lub niklu oraz ze spineli litowo-manganowych.

Obecnie jako materiały katodowe coraz częściej stosuje się materiały na bazie mieszanych tlenków lub fosforanów. Wykazano, że w przypadku katod z mieszanymi tlenkami, najlepsza wydajność bateria. Udoskonalane są także technologie powlekania powierzchni katod drobno zdyspergowanymi tlenkami.

Budowa akumulatorów litowo-jonowych

Konstrukcyjnie akumulatory litowo-jonowe, podobnie jak alkaliczne (Ni-Cd, Ni-MH), produkowane są w wersji cylindrycznej i pryzmatycznej. W akumulatorach cylindrycznych zwinięty pakiet elektrod i separator umieszcza się w stalowej lub aluminiowej obudowie, do której podłączona jest elektroda ujemna. Biegun dodatni akumulatora jest wyprowadzony przez izolator do pokrywy (rys. 1). Baterie pryzmatyczne powstają poprzez ułożenie prostokątnych płytek jedna na drugiej. Baterie pryzmatyczne zapewniają ciaśniejsze upakowanie w baterii, ale trudniej niż baterie cylindryczne utrzymać siły ściskające na elektrodach. W niektórych akumulatorach pryzmatycznych stosuje się walcowany zespół pakietu elektrod, który jest skręcony w spiralę eliptyczną (rys. 2). Pozwala to połączyć zalety dwóch opisanych powyżej modyfikacji konstrukcyjnych.

Ryc.1 Urządzenie cylindrycznego akumulatora Li-Ion.

Ryc.2. Urządzenie z pryzmatycznego akumulatora litowo-jonowego (Li-ion) ze zwiniętym skrętem elektrod.

Zwykle podejmuje się pewne środki projektowe, aby zapobiec szybkiemu nagrzewaniu i zapewnić bezpieczną pracę akumulatorów litowo-jonowych. Pod pokrywą akumulatora znajduje się urządzenie, które reaguje na dodatni współczynnik temperaturowy zwiększeniem rezystancji oraz drugie, które przerywa połączenie elektryczne pomiędzy katodą a zaciskiem dodatnim, gdy ciśnienie gazu wewnątrz akumulatora wzrośnie powyżej dopuszczalnego limitu.

Aby poprawić bezpieczeństwo akumulatorów Li-Ion, akumulator musi także posiadać zewnętrzne zabezpieczenie elektroniczne, którego zadaniem jest zapobieganie możliwości przeładowania i nadmiernego rozładowania każdego akumulatora, zwarcia oraz nadmiernego nagrzania.
Większość akumulatorów litowo-jonowych wykonywana jest w wersjach pryzmatycznych, ponieważ głównym celem akumulatorów litowo-jonowych jest zapewnienie działania telefonów komórkowych i laptopów. Z reguły konstrukcje baterii pryzmatycznych nie są ujednolicone, a większość producentów telefonów komórkowych, laptopów itp. Nie pozwala na stosowanie w urządzeniach baterii innych firm.

Charakterystyka akumulatorów litowo-jonowych.

Nowoczesne akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się wysokimi charakterystykami: 100-180 Wh/kg i 250-400 Wh/l. Napięcie robocze - 3,5-3,7 V.
O ile jeszcze kilka lat temu projektanci uważali, że osiągalna pojemność akumulatorów litowo-jonowych nie przekracza kilku amperogodzin, teraz większość przyczyn ograniczających wzrost pojemności została przezwyciężona i wielu producentów zaczęło produkować akumulatory o pojemności setek amperogodzin.
Nowoczesne akumulatory małogabarytowe są wydajne przy prądach rozładowania do 2 C, mocne - do 10-20 C. Zakres temperatury pracy: od -20 do +60°С. Jednak wielu producentów opracowało już akumulatory, które mogą pracować w temperaturze -40°C. Istnieje możliwość rozszerzenia zakresu temperatur na wyższe temperatury.
Samorozładowanie akumulatorów litowo-jonowych wynosi 4-6% przez pierwszy miesiąc, potem jest znacznie mniej: po 12 miesiącach akumulatory tracą 10-20% zgromadzonej pojemności. Utrata pojemności akumulatorów litowo-jonowych jest kilkakrotnie mniejsza niż akumulatorów niklowo-kadmowych, zarówno w temperaturze 20°C, jak i 40°C. Zasób-500-1000 cykli.

Ładowanie akumulatorów litowo-jonowych.

Ładowane są akumulatory litowo-jonowe tryb łączony: najpierw prądem stałym (w zakresie od 0,2 C do 1 C) do napięcia 4,1-4,2 V (w zależności od zaleceń producenta), następnie napięciem stałym. Pierwszy etap ładowania może trwać około 40 minut, drugi etap dłużej. Szybsze ładowanie można osiągnąć w trybie impulsowym.
W początkowym okresie, gdy pojawiały się wyłącznie akumulatory Li-Ion wykorzystujące układ grafitowy, konieczne było ograniczenie napięcia ładowania do wartości 4,1 V na ogniwo. Chociaż użycie więcej Wysokie napięcie pozwala zwiększyć gęstość energii, reakcje oksydacyjne, które występowały w tego typu ogniwach przy napięciach przekraczających próg 4,1 V, powodowały skrócenie ich żywotności. Z biegiem czasu tę wadę wyeliminowano poprzez zastosowanie dodatków chemicznych i obecnie ogniwa Li-Ion można ładować do napięcia 4,20 V. Tolerancja napięcia wynosi jedynie około ± 0,05 V na ogniwo.
Akumulatory litowo-jonowe do zastosowań przemysłowych i wojskowych powinny mieć dłuższą żywotność niż akumulatory użytek komercyjny. Dlatego dla nich napięcie progowe końca ładowania wynosi 3,90 V na ogniwo. Chociaż gęstość energii (kWh/kg) takich akumulatorów jest niższa, wydłużona żywotność przy małe rozmiary, niska waga i większa gęstość energii w porównaniu do innych typów akumulatorów sprawiają, że akumulatory Li-Ion nie mają konkurencji.
Podczas ładowania akumulatorów Li-Ion prądem 1 C czas ładowania wynosi 2-3 h. Akumulator Li-Ion osiąga stan pełnego naładowania, gdy napięcie na nim zrówna się z napięciem odcięcia, a prąd znacznie maleje i wynosi około 3% początkowego prądu ładowania (rys. 3).

Ryc.3. Napięcie i prąd w funkcji czasu podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego (Li-ion).

Jeśli na ryc. 3 przedstawiono typowy wykres ładowania jednego z typów akumulatorów litowo-jonowych, to ryc. 4 wyraźniej pokazuje proces ładowania. Wraz ze wzrostem prądu ładowania akumulatora litowo-jonowego czas ładowania nie zmniejsza się znacząco. Chociaż napięcie akumulatora rośnie szybciej przy większym prądzie ładowania, faza ładowania po zakończeniu pierwszego etapu cyklu ładowania trwa dłużej.
Niektóre typy ładowarek wymagają 1 godziny lub mniej, aby naładować akumulator litowo-jonowy. W takich ładowarkach pomija się etap 2 i akumulator wchodzi w stan gotowości zaraz po zakończeniu etapu 1. W tym momencie akumulator Li-Ion będzie naładowany w około 70% i po tym czasie możliwe będzie dodatkowe doładowanie.

Ryc.4. Zależność napięcia i prądu od czasu ładowania akumulatora Li-Ion.

ETAP 1 - Przez akumulator przepływa maksymalny dopuszczalny prąd ładowania, aż napięcie na nim osiągnie wartość progową.
KROK 2 - Maksymalne napięcie akumulatora, prąd ładowania jest stopniowo zmniejszany, aż do całkowitego naładowania. Moment zakończenia ładowania następuje, gdy wartość prądu ładowania spadnie do wartości 3% wartości początkowej.
KROK 3 - Okresowe ładowanie uzupełniające podczas przechowywania akumulatora, mniej więcej co 500 godzin przechowywania.

Etap ładowania podtrzymującego w przypadku akumulatorów litowo-jonowych nie ma zastosowania, ponieważ nie są one w stanie absorbować energii w przypadku przeładowania. Co więcej, ładowanie podtrzymujące może powodować osadzanie się litu, co powoduje niestabilność akumulatora. Wręcz przeciwnie, krótkie ładowanie prądem stałym jest w stanie zrekompensować niewielkie samorozładowanie akumulatora litowo-jonowego i zrekompensować straty energii spowodowane działaniem jego urządzenia zabezpieczającego. W zależności od rodzaju ładowarki i stopnia samorozładowania akumulatora Li-Ion, takie ładowanie można wykonywać co 500 godzin lub co 20 dni. Zwykle należy to zrobić, gdy napięcie w obwodzie otwartym spadnie do 4,05 V/ogniwo i zatrzymać, gdy osiągnie 4,20 V/ogniwo.
Dlatego akumulatory litowo-jonowe mają niską odporność na przeładowanie. Na elektrodzie ujemnej na powierzchni osnowy węglowej, przy znacznym przeładowaniu, możliwe staje się osadzanie metalicznego litu (w postaci drobno pokruszonego osadu omszałego), który charakteryzuje się dużą reaktywnością w stosunku do elektrolitu, a wydzielanie aktywnego tlenu rozpoczyna się już przy katoda. Istnieje zagrożenie niekontrolowaną temperaturą, wzrostem ciśnienia i rozszczelnieniem. Dlatego akumulatory litowo-jonowe można ładować wyłącznie do napięcia zalecanego przez producenta. Wraz ze wzrostem napięcia ładowania żywotność akumulatora maleje.
Należy poważnie rozważyć bezpieczną eksploatację akumulatorów litowo-jonowych. Komercyjne akumulatory litowo-jonowe są wyposażone w specjalne urządzenia zabezpieczające, które zapobiegają przekroczeniu przez napięcie ładowania określonej wartości progowej. Dodatkowy element zabezpieczenie gwarantuje, że ładowanie zostanie zakończone, jeśli temperatura akumulatora osiągnie 90°C. Najbardziej zaawansowane akumulatory posiadają jeszcze jeden element zabezpieczający - wyłącznik mechaniczny, który wyzwalany jest wzrostem ciśnienia wewnętrznego akumulatora. Wbudowany układ kontroli napięcia jest skonfigurowany dla dwóch napięć odcięcia – wysokiego i niskiego.
Są wyjątki - akumulatory litowo-jonowe, w których w ogóle nie ma urządzeń zabezpieczających. Są to akumulatory zawierające mangan. Ze względu na jego obecność podczas ładowania reakcje metalizacji anody i wydzielanie tlenu na katodzie zachodzą tak wolno, że możliwa stała się rezygnacja ze stosowania urządzeń zabezpieczających.

Bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych.

Wszystkie baterie litowe charakteryzują się dość dobrym bezpieczeństwem. Utrata pojemności na skutek samorozładowania 5-10% rocznie.
Podane wskaźniki należy traktować jako pewne nominalne punkty odniesienia. Na przykład dla każdego konkretnego akumulatora napięcie rozładowania zależy od prądu rozładowania, poziomu rozładowania i temperatury; zasób zależy od sposobów (prądów) rozładowania i ładowania, temperatury, głębokości rozładowania; zakres temperatur roboczych zależy od stopnia wyczerpania zasobów, dopuszczalnych napięć roboczych itp.
Wady akumulatorów litowo-jonowych obejmują wrażliwość na przeładowanie i nadmierne rozładowanie, z tego powodu muszą mieć ograniczniki ładowania i rozładowania.
Typowy widok charakterystyki rozładowania akumulatorów litowo-jonowych pokazano na ryc. 5 i 6. Z rysunków widać, że wraz ze wzrostem prądu rozładowania pojemność rozładowania akumulatora nieznacznie maleje, ale napięcie robocze maleje. Ten sam efekt pojawia się podczas rozładowywania w temperaturach poniżej 10°C. Dodatkowo przy niskich temperaturach następuje początkowy spadek napięcia.

Ryc.5. Charakterystyka rozładowania akumulatora litowo-jonowego przy różnych prądach.

Ryc.6. Charakterystyka rozładowania akumulatora litowo-jonowego w różnych temperaturach.

Jeśli chodzi ogólnie o działanie akumulatorów litowo-jonowych, biorąc pod uwagę wszystkie konstruktywne i metody chemiczne ochrona akumulatorów przed przegrzaniem oraz ugruntowana już idea konieczności zewnętrznej elektronicznej ochrony akumulatorów przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem, możemy uznać problem bezpiecznej pracy akumulatorów Li-ion za rozwiązany. Nowe materiały katodowe często zapewniają jeszcze większą stabilność termiczną akumulatorów litowo-jonowych.

Bezpieczeństwo akumulatora litowo-jonowego.

Przy opracowywaniu akumulatorów litowych i litowo-jonowych, podobnie jak przy opracowywaniu pierwotnych ogniw litowych, szczególną uwagę zwrócono na bezpieczeństwo przechowywania i użytkowania. Wszystkie akumulatory posiadają zabezpieczenie przed zwarciami wewnętrznymi (a w niektórych przypadkach także przed zwarciami zewnętrznymi). Efektywny sposób Zabezpieczeniem takim jest zastosowanie dwuwarstwowego separatora, którego jedna z warstw nie jest wykonana z polipropylenu, lecz z materiału podobnego do polietylenu. W przypadku zwarcia (na przykład w wyniku narastania dendrytów litu do elektrody dodatniej) w wyniku lokalnego nagrzewania ta warstwa oddzielająca topi się i staje się nieprzepuszczalna, zapobiegając w ten sposób dalszemu wzrostowi dendrytów.

Urządzenia zabezpieczające akumulatory litowo-jonowe.

Komercyjne akumulatory litowo-jonowe mają najbardziej zaawansowaną ochronę ze wszystkich typów akumulatorów. Z reguły w obwodzie ochronnym akumulatorów litowo-jonowych stosuje się klucz tranzystora polowego, który po osiągnięciu na ogniwie akumulatora napięcia 4,30 V otwiera się, przerywając w ten sposób proces ładowania. Dodatkowo istniejący bezpiecznik termiczny po nagrzaniu akumulatora do 90°C rozłącza obwód jego obciążenia zapewniając w ten sposób jego ochronę termiczną. Ale to nie wszystko. Niektóre akumulatory posiadają wyłącznik, który jest aktywowany, gdy ciśnienie progowe wewnątrz obudowy osiągnie 1034 kPa (10,5 kg/m2) i przerywa obwód obciążenia. Istnieje również obwód zabezpieczający przed głębokim rozładowaniem, który monitoruje napięcie akumulatora i przerywa obwód obciążenia, jeśli napięcie spadnie do 2,5 V na ogniwo.
Wewnętrzna rezystancja obwodu zabezpieczającego baterię telefonu komórkowego w stanie włączonym wynosi 0,05–0,1 oma. Strukturalnie składa się z dwóch kluczy połączonych szeregowo. Jeden z nich zostaje wywołany po osiągnięciu górnego, a drugi dolnego progu napięcia na akumulatorze. Całkowita rezystancja tych przełączników w rzeczywistości powoduje podwojenie ich rezystancji wewnętrznej, szczególnie jeśli bateria składa się tylko z jednej baterii. Baterie telefonów komórkowych muszą zapewniać wysokie prądy obciążenia, co jest możliwe przy możliwie najniższej rezystancji wewnętrznej baterii. Zatem obwód ochronny jest przeszkodą ograniczającą prąd pracy akumulatora litowo-jonowego.
W niektórych typach akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w ich skład chemiczny manganu i składający się z 1-2 pierwiastków, schemat ochrony nie jest stosowany. Zamiast tego mają zainstalowany tylko jeden bezpiecznik. A takie akumulatory są bezpieczne ze względu na swoje małe rozmiary i małą pojemność. Ponadto mangan jest dość tolerancyjny w przypadku nadużywania akumulatorów litowo-jonowych. Brak obwodu zabezpieczającego zmniejsza koszt akumulatora litowo-jonowego, ale powoduje nowe problemy.
W szczególności użytkownicy telefonów komórkowych mogą używać niestandardowych ładowarek do ładowania akumulatorów. Korzystając z niedrogich ładowarek przeznaczonych do ładowania z sieci lub z sieci pokładowej samochodu, możesz mieć pewność, że jeśli w akumulatorze znajduje się obwód zabezpieczający, wyłączy go, gdy napięcie osiągnie koniec ładowania . Brak obwodu zabezpieczającego spowoduje przeładowanie akumulatora i w efekcie jego nieodwracalną awarię. Procesowi temu zwykle towarzyszy zwiększone nagrzewanie i pęcznienie obudowy akumulatora.

Mechanizmy prowadzące do zmniejszenia pojemności akumulatorów Li-Ion

Podczas cyklowania akumulatorów litowo-jonowych wśród możliwych mechanizmów zmniejszania pojemności najczęściej rozważa się następujące:
- zniszczenie struktura krystaliczna materiał katody (zwłaszcza LiMn2O4);
- złuszczanie grafitu;
- powstawanie warstwy pasywacyjnej na obu elektrodach, co prowadzi do zmniejszenia powierzchni czynnej elektrod i zablokowania małych porów;
- osadzanie metalicznego litu;
- zmiany mechaniczne w strukturze elektrody w wyniku drgań objętościowych materiału aktywnego podczas jazdy na rowerze.
Naukowcy nie są zgodni co do tego, która z elektrod ulega największym zmianom podczas jazdy na rowerze. Zależy to zarówno od charakteru wybranych materiałów elektrodowych, jak i od ich czystości. Dlatego w przypadku akumulatorów litowo-jonowych można opisać jedynie jakościową zmianę ich parametrów elektrycznych i eksploatacyjnych podczas pracy.
Zazwyczaj zasób dostępnych na rynku akumulatorów litowo-jonowych do momentu zmniejszenia pojemności rozładowania o 20% wynosi 500-1000 cykli, ale w istotny sposób zależy od wartości granicznego napięcia ładowania (rys. 7). Wraz ze spadkiem głębokości cyklu zasób wzrasta. Obserwowany wzrost trwałości użytkowej związany jest ze spadkiem naprężeń mechanicznych wywołanych zmianami objętości elektrod międzywęzłowych, które zależą od stopnia ich naładowania.

Ryc.7. Zmiana pojemności akumulatora litowo-jonowego przy różnych granicznych napięciach ładowania

Wzrost temperatury pracy (w zakresie roboczym) może zwiększyć szybkość procesów ubocznych oddziałujących na granicę faz elektroda-elektrolit i nieznacznie zwiększyć szybkość spadku pojemności rozładowania w cyklach.

Wniosek.

W wyniku poszukiwań najlepszy materiał w przypadku katody nowoczesne akumulatory litowo-jonowe zamieniają się w całą rodzinę chemicznych źródeł prądu, które znacznie różnią się od siebie zarówno zużyciem energii, jak i parametrami trybów ładowania / rozładowania. To z kolei wymaga znacznego zwiększenia inteligencji obwodów sterujących, które obecnie stały się integralną częścią akumulatorów i zasilanych urządzeń – w przeciwnym razie możliwe jest uszkodzenie (w tym nieodwracalne) zarówno akumulatorów, jak i urządzeń. Zadanie dodatkowo komplikuje fakt, że programiści starają się maksymalnie wykorzystać energię akumulatorów, starając się wydłużyć żywotność akumulatorów przy minimalnej objętości i wadze zajmowanej przez źródło zasilania. Pozwala to na osiągnięcie znaczących przewag konkurencyjnych. Według D. Hickoka, wiceprezesa Texas Instruments ds. komponentów mocy do systemów mobilnych, stosując katody z nowych materiałów, twórcy akumulatorów nie od razu uzyskują takie same parametry konstrukcyjne i użytkowe, jak w przypadku bardziej tradycyjnych katod. W rezultacie nowe akumulatory często mają znaczne ograniczenia w zakresie działania. Co więcej, w ostatnim czasie obok tradycyjnych producentów ogniw i akumulatorów – Sanyo, Panasonic i Sony – bardzo aktywnie wkraczają na rynek nowi producenci, głównie z Chin. W odróżnieniu od tradycyjnych producentów dostarczają produkty o znacznie szerszym zakresie parametrów w ramach jednej technologii lub nawet jednej partii. Wynika to z chęci konkurowania głównie niskimi cenami produktów, co często skutkuje oszczędnościami na zgodności procesów.
Zatem obecnie znaczenie informacji dostarczanych przez tzw. „inteligentne akumulatory”: identyfikacja akumulatora, temperatura akumulatora, ładunek resztkowy i dopuszczalne przepięcie. Według Hickoka, jeśli programiści gotowe urządzenia zaprojektuje podsystem zasilania uwzględniający zarówno warunki pracy, jak i parametry ogniw, co zniweluje różnice w parametrach akumulatorów i zwiększy stopień swobody użytkowników końcowych, co da im możliwość wyboru nie tylko urządzeń rekomendowanych przez producenta, ale także akumulatory innych firm.

18650 staje się ostatnio coraz bardziej popularny. Pod względem parametrów technicznych wyprzedzają dobrze znane akumulatory palcowe. Pojęcia „palec” i „mały palec”, używane jako znane z punktu widzenia poprawnej terminologii, są błędne. Wszystkie baterie, niezależnie od wielkości, posiadają własne kody wskazujące ich wielkość. Zatem 18650 jest również kodem. Oto cała tajemnica.

Rozmiar baterii 18650

Ten pięciocyfrowy kod wyraża szerokość i długość baterii, gdzie pierwsze dwie cyfry to szerokość (średnica) w mm, a ostatnie trzy to długość w mm z częściami dziesiątymi. Istnieje błędna opinia, że zero na końcu tego kodu wskazuje na cylindryczny kształt baterii (są baterie różne kształty). Tak dokładne określenie długości akumulatora nie jest konieczne. Określając jego wielkość, często ogranicza się ją do pierwszych czterech cyfr (1865). Nawiasem mówiąc, baterie palcowe i małe palce również mają swój własny kod - 14500 i 10440. Oprócz kodu cyfrowego rozmiar można również oznaczyć literami. Na przykład powyższe dwa rozmiary baterii mają alternatywne kody literowe – AA (typ z małym palcem) i AAA (typ z małym palcem). Istnieje wiele kodów alfabetycznych i numerycznych wskazujących rozmiary różnych baterii: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670) itp.

W przypadku akumulatorów 18650 to oznaczenie rozmiaru jest niedokładne. Należy wziąć pod uwagę także inne parametry. Na rozmiar akumulatora 18650 może wpływać na przykład obecność wbudowanej specjalnej płytki (kontrolera ładowania). W tym przypadku niektóre baterie mogą mieć nieco większą długość. Często zdarza się, że bateria po prostu nie mieści się w komorze urządzenia, w którym chcą jej używać, pomimo tego, że to urządzenie (na przykład zestaw baterii elektronicznego papierosa) jest zaprojektowane do współpracy z bateriami tego typ.

Żywotność baterii litowo-jonowej 18650

Czas, jaki dany akumulator jest w stanie przepracować, zależy od czegoś takiego jak „miliampery na godzinę” (mAh). W przypadku dużych akumulatorów, takich jak samochody, stosuje się termin „ampery na godzinę”. W przypadku akumulatora 18650 mAh jest to wartość pochodna. Jeden amper jest równy 1000 miliamperów. Miliamper na godzinę to prąd, jaki akumulator może wytworzyć w ciągu konwencjonalnej godziny użytkowania. Innymi słowy, jeśli podzielisz tę wartość przez określoną liczbę godzin, możesz sprawdzić żywotność baterii. Przykładowo bateria ma pojemność 3000 mAh. Oznacza to, że przez dwie godziny pracy wytworzy 1500 miliamperów. Cztery - 750. Akumulator z powyższego przykładu zostanie całkowicie rozładowany po 10 godzinach pracy, gdy jego pojemność osiągnie 300 miliamperów (granica głębokiego rozładowania).

Takie obliczenia dają jedynie przybliżone pojęcie o żywotności baterii. Jego rzeczywisty czas pracy zależy od tego, z jakim obciążeniem ma do czynienia, czyli od urządzenia, które ma zapewnić zasilanie.

Prąd, napięcie i moc

Przed zatrzymaniem się na ogólny opis specyfikacje Baterie litowo-jonowe 18650 i środki ostrożności podczas pracy z nimi, krótko zdefiniujemy powyższe pojęcia. Prąd (maksymalny prąd rozładowania, moc wyjściowa) wyrażany jest w amperach i jest oznaczony na akumulatorze literą „A”. Napięcie wyrażane jest w woltach i jest oznaczone literą „V”. Na wielu bateriach można znaleźć takie oznaczenia. W przypadku akumulatora litowo-jonowego napięcie wynosi zawsze 3,7 wolta, a prąd może być inny. Moc akumulatora jako dominujący parametr jego wytrzymałości wyraża się jako iloczyn napięcia i prądu (wolty należy pomnożyć przez ampery).

Opis zalet i wad baterii litowo-jonowej

Główną wadą akumulatorów 18650 wykonanych w technologii litowo-jonowej jest to, że mają mały zakres temperatur pracy. Normalna praca akumulatora litowo-jonowego możliwa jest tylko w zakresie od -20 do +20 stopni Celsjusza. Jeśli jest używany lub ładowany w temperaturach niższych lub wyższych od wskazanych, powoduje jego psucie. Dla porównania akumulatory niklowo-kadmowe i niklowo-wodorkowe mają szerszy zakres temperatur - od -40 do +40. Ale w przeciwieństwie do tych ostatnich akumulatory litowo-jonowe mają wyższe napięcie nominalne - 3,7 wolta w porównaniu do 1,2 wolta w przypadku akumulatorów niklowych.

Ponadto akumulatory litowo-jonowe praktycznie nie podlegają samorozładowaniu i efektom pamięci typowym dla wielu typów akumulatorów. Samorozładowanie to utrata naładowanej energii w stanie spoczynku. Efekt pamięci występuje w niektórych typach akumulatorów na skutek systematycznego ładowania po niecałkowitym rozładowaniu. Oznacza to, że rozwija się na bateriach, które nie są całkowicie rozładowane.

Dzięki efektowi pamięci akumulator „zapamiętuje” stopień rozładowania, po którym rozpoczyna się ładowanie i rozładowuje się, osiągając ten limit w następnym cyklu. Jego rzeczywista pojemność w tym czasie jest w rzeczywistości większa. Jeśli jest tablica wyświetlająca, pokaże ona również wyładowanie. Ten efekt nie rozwija się natychmiast, ale stopniowo. Może również rozwijać się w warunkach, w których akumulator jest stale zasilany z sieci, czyli ciągle się ładuje.

W akumulatorach litowo-jonowych samorozładowanie i efekt pamięci są niezwykle nieistotne.

Jest jeszcze jeden punkt, na który należy zwrócić uwagę: takich akumulatorów nie można przechowywać w stanie rozładowanym, w przeciwnym razie szybko ulegną awarii.

Środki ostrożności dotyczące akumulatorów litowo-jonowych

Wiele z nich jest podatnych na pożary i eksplozje. Zależy to od składu chemicznego wewnętrznej struktury akumulatora. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych 18650 problem ten jest dość poważny. Nierzadko użytkownicy e-papierosów doznają poważnych oparzeń dłoni i twarzy, a nawet poważniejszych obrażeń. Ponieważ baterie litowo-jonowe znajdują się w laptopach, tabletach i telefonach komórkowych, często zdarza się, że ulegają zapaleniu.

Na pierwszym miejscu wśród przyczyn takich wypadków znajduje się oczywiście niskiej jakości (tani) montaż akumulatora. Jednak w przypadku e-papierosów łatwo jest samodzielnie wywołać eksplozję baterii litowo-jonowej, nawet jeśli bateria nie jest tania. Aby to zrobić, musisz trochę zrozumieć, czym jest opór elektryczny.

Jeśli wyjaśnimy to pojęcie w najbardziej zwykły język, to jest to parametr określający wymagania przewodu wobec akumulatora. Im niższy opór przewodnika, tym większy prąd (ampery) musi dawać akumulator. Jeśli rezystancja jest bardzo niska, akumulator będzie pracował z takim przewodnikiem przy dużym obciążeniu. Opór może być tak niski, że spowoduje nadmierne obciążenie akumulatora i jego następczą eksplozję lub zapłon. Inaczej mówiąc, będzie to zwarcie. Ponieważ papierosy elektroniczne działają na zasadzie parowania, co wymaga zastosowania elementu grzejnego (cewki żarnika), nieudolni użytkownicy mogą omyłkowo zmusić akumulator do pracy Element grzewczy z wyjątkowo niskim oporem. Znając wydajność prądową konkretnego akumulatora oraz rezystancję przewodnika, za pomocą prostych obliczeń z wykorzystaniem wzoru na prawo Ohma można określić, czy akumulator ten wytrzyma dany przewodnik.

Zagrożenia te nie zawsze występują we wszystkich przypadkach. Technologie ochrony akumulatorów stale się rozwijają. Wiele akumulatorów ma wewnątrz specjalny kontroler ładowania, który może odłączyć akumulator w momencie wystąpienia zwarcia. Są to akumulatory zabezpieczone.

Urządzenie z baterią litowo-jonową

Bateria 18650 oparta jest na elektrolicie – specjalnej cieczy, w której zachodzą reakcje chemiczne.

Te reakcje chemiczne są odwracalne. Taka jest zasada działania każdej baterii. W uproszczeniu wzór na takie reakcje może przebiegać zarówno od lewej do prawej (wyładowanie), jak i od prawej do lewej (ładunek). Takie reakcje zachodzą pomiędzy katodą i anodą ogniwa. Katoda to elektroda ujemna (minus), anoda to elektroda dodatnia (plus) zasilacza. Pomiędzy nimi w momencie reakcji powstaje Elektryczność. reakcje chemiczne wyładowanie i ładunek pomiędzy katodą a anodą to procesy utleniania i redukcji, ale to zupełnie inna historia. Nie będziemy zagłębiać się w proces elektrolizy. Prąd powstaje w momencie, gdy katoda i anoda zaczynają oddziaływać, to znaczy coś jest podłączone do plusa i minusa akumulatora. Katoda i anoda muszą przewodzić prąd elektryczny.

Podczas naruszenia warunków pracy w elektrolicie pojawiają się cząsteczki pierwiastki chemiczne, które zamykają katodę i anodę, co prowadzi do wewnętrznych zwarć. W rezultacie wzrasta temperatura akumulatora i pojawia się więcej cząsteczek, zamykając plus i minus. Cały ten proces, niczym kula śnieżna, nabiera wykładniczej prędkości. Bez możliwości usunięcia elektrolitu (obudowa akumulatora jest szczelna) powstaje rosnące ciśnienie wewnętrzne. To, co stanie się później, można zrozumieć bez komentarza.

Ładowanie akumulatora litowo-jonowego

Jako ładowarka do akumulatora 18650 odpowiednie jest każde urządzenie przeznaczone do akumulatorów tego formatu. Najważniejsze, aby podczas ładowania nie zmieniać prawidłowej polaryzacji. Umieść baterie w szczelinach dokładnie według symboli plus i minus. Dobrym pomysłem jest zapoznanie się z innymi środkami ostrożności dotyczącymi korzystania z ładowarki akumulatorów 18650, które są zawsze wymienione na opakowaniu akumulatora.

Najlepszą opcją ładowania akumulatorów litowo-jonowych jest stosowanie droższych ładowarek z precyzyjnie dostosowanym procesem ładowania. Wiele z nich posiada funkcję ładowania akumulatorów metodą CC/CV, co oznacza stały prąd, stałe napięcie. Ta metoda jest dobra, ponieważ pozwala naładować akumulator bardziej niż konwencjonalne ładowarki. Wynika to z takiej koncepcji jak przeładowanie.

Podczas ładowania lub rozładowywania akumulatora zmienia się jego napięcie. Zwiększa się podczas ładowania, maleje podczas rozładowywania. Wartość nominalna 3,7 V jest wartością średnią.

Istnieją dwa efekty, które niekorzystnie wpływają na akumulator - przeładowanie i nadmierne rozładowanie. Istnieją progi ładowania i rozładowywania akumulatora. Jeśli napięcie akumulatora przekroczy te limity, akumulator zostanie przeładowany lub nadmiernie rozładowany, w zależności od tego, czy jest ładowany, czy rozładowywany. W normalnym trybie ładowania akumulatora litowo-jonowego 18650 ładowarka i kontroler ładowania wewnątrz samego akumulatora (jeśli występuje) odczytują napięcie akumulatora i odcinają ładowanie, gdy osiągnie ono próg, aby uniknąć przeładowania. W takim przypadku akumulator nie jest w pełni naładowany. Jego pojemność może pozwolić na ładowanie większej ilości, ale próg mu to uniemożliwia.

Zasada ładowania metodą CC/CV została zaprojektowana w taki sposób, że prąd dostarczany do ładunku nie jest odcinany, ale gwałtownie zmniejszany, zapobiegając napięcie wewnętrzne bateria przekracza próg. Dzięki temu akumulator jest w pełni naładowany bez przeładowania.

Rodzaje akumulatorów litowo-jonowych

Rodzaje akumulatorów litowo-jonowych 18650:

fosforan litowo-żelazowy (LFP);
litowo-mangan (IMR);
litowo-kobaltowy (ICR);
polimer litowy (LiPo).

Wszystkie typy oprócz ostatniego są cylindryczne i można je wykonać w formacie 18650. Baterie litowo-polimerowe różnią się tym, że nie mają określonego kształtu. Wynika to z faktu, że posiadają stały elektrolit (polimer). To właśnie ze względu na tę niezwykłą właściwość elektrolitu baterie te są często stosowane w tabletach i telefonach komórkowych.

Zastosowania akumulatorów litowo-jonowych

Jak już wspomniano, akumulatory litowo-jonowe 18650 są szeroko stosowane papierosy elektroniczne. Można je wbudować w akumulator lub wyjmować, czyli instalować w nim osobno. Może być ich także kilka, połączonych równolegle lub szeregowo.

Baterie litowo-jonowe są od dawna stosowane w konstrukcji różnych baterii, np. baterii do laptopów. Takie akumulatory to łańcuch kilku połączonych ze sobą akumulatorów 18650 umieszczonych w jednej obudowie. Takie akumulatory można spotkać również jako pojemne power banki – przenośne ładowarki.

Zakres samych akumulatorów jest bardzo szeroki: od wymienionych ładowarek po elementy składowe nowoczesnych dużych mechanizmów (samochodowych lub lotniczych). Jednocześnie liczba akumulatorów litowo-jonowych 18650 składających się na pojedynczą baterię może wahać się od kilku do setek. Warto wspomnieć o akumulatorach litowo-polimerowych. Chociaż nie są one dostępne w formacie litowo-jonowym 18650, są najpowszechniejsze, ponieważ są używane w tabletach i telefonach komórkowych.

Czytając na forach „porady dotyczące obsługi” akumulatorów, mimowolnie zastanawiasz się, czy ludzie w szkole pomijali fizykę i chemię, czy też wydaje im się, że zasady obsługi akumulatorów ołowiowych i jonowych są takie same.
Zacznijmy od zasad działania akumulatora Li-Ion. Na palcach wszystko jest niezwykle proste - jest elektroda ujemna (zwykle miedziana), jest dodatnia (wykonana z aluminium), pomiędzy nimi znajduje się porowata substancja (separator) nasycona elektrolitem (zapobiega to „nieuprawnionemu „przejście jonów litu pomiędzy elektrodami):

Zasada działania opiera się na zdolności jonów litu do integracji z siecią krystaliczną różne materiały- zwykle grafit lub tlenek krzemu - z tworzeniem wiązań chemicznych: odpowiednio podczas ładowania jony wbudowują się w sieć krystaliczną, gromadząc w ten sposób ładunek na jednej elektrodzie, podczas rozładowywania odpowiednio wracają do drugiej elektrody, poddając się potrzebny nam elektron (kogo interesuje dokładniejsze wyjaśnienie zachodzących procesów - interkalacja google). Jako elektrolit stosuje się roztwory zawierające wodę, które nie zawierają wolnego protonu i są stabilne w szerokim zakresie napięć. Jak widać, w nowoczesnych akumulatorach wszystko odbywa się w miarę bezpiecznie - nie ma metalicznego litu, nie ma co eksplodować, przez separator przepływają tylko jony.
Skoro już wszystko stało się mniej więcej jasne co do zasady działania, przejdźmy do najpopularniejszych mitów na temat akumulatorów Li-Ion:

Mit jeden. Akumulatora litowo-jonowego w urządzeniu nie można rozładować do zera procent.
Tak naprawdę wszystko brzmi dobrze i jest zgodne z fizyką – przy rozładowywaniu do ~2,5 V Li-Ion akumulator zaczyna bardzo szybko ulegać degradacji, a nawet jedno takie rozładowanie może znacząco (nawet o 10%!) zmniejszyć jego pojemność. Dodatkowo po rozładowaniu do takiego napięcia nie będzie już możliwości ładowania go standardową ładowarką – jeśli napięcie ogniwa akumulatora spadnie poniżej ~3 V, „inteligentny” sterownik wyłączy go jako uszkodzony, a jeżeli nie są takie ogniwa, akumulator można wyrzucić do kosza.
Jest jednak jedno bardzo ważne, o którym wszyscy zapominają: w telefonach, tabletach i innych urządzeniach mobilnych zakres napięcia roboczego na akumulatorze wynosi 3,5-4,2 V. Gdy napięcie spadnie poniżej 3,5 V, wskaźnik pokazuje zero procent naładowania i urządzenie wyłącza się, ale do „krytycznego” 2,5 V jest jeszcze bardzo daleko. Potwierdza to fakt, że jeśli do tak „rozładowanego” akumulatora podłączymy diodę LED, to może ona palić się bardzo długo (może ktoś pamięta, że sprzedawano kiedyś telefony z latarką, które włączane były przyciskiem niezależnie od system.Tak więc tam kontrolka paliła się nadal po rozładowaniu i wyłączeniu telefonu). Oznacza to, jak widać, podczas normalnego użytkowania nie następuje rozładowanie do 2,5 V, co oznacza, że całkiem możliwe jest rozładowanie Akum do zera procent.
Mit drugi. Akumulatory litowo-jonowe eksplodują w przypadku uszkodzenia.
Wszyscy pamiętamy „wybuchowego” Samsunga Galaxy Note 7. To jednak raczej wyjątek od reguły – tak, lit jest metalem bardzo aktywnym i nie jest trudno go wysadzić w powietrze (a pali się bardzo jasno w wodzie). Jednak nowoczesne akumulatory nie korzystają z litu, lecz z jego jonów, które są znacznie mniej aktywne. Aby więc doszło do eksplozji, trzeba się bardzo postarać - albo fizycznie uszkodzić ładujący się akumulator (zorganizować zwarcie), albo naładować go bardzo wysokim napięciem (wtedy ulegnie uszkodzeniu, ale najprawdopodobniej sterownik po prostu wypali się i nie pozwoli na ładowanie akumulatora). Dlatego jeśli nagle będziesz miał w rękach uszkodzony lub dymiący akumulator – nie rzucaj go na stół i uciekaj z pokoju krzycząc „wszyscy umrzemy” – po prostu włóż go do metalowego pojemnika i wynieś na balkon (aby nie wdychać chemii) - akumulator przez chwilę będzie się tlił po czym zgaśnie. Najważniejsze, żeby nie napełniać go wodą, jony są oczywiście mniej aktywne niż lit, ale mimo to przy reakcji z wodą wydzieli się też pewna ilość wodoru (a on lubi eksplodować).
Mit trzeci. Kiedy akumulator litowo-jonowy osiągnie 300 (500/700/1000/100500) cykli, staje się niebezpieczny i wymaga pilnej wymiany.
Mit, na szczęście coraz mniej chodzący po forach i nie mający żadnego wyjaśnienia fizycznego ani chemicznego. Tak, podczas pracy elektrody utleniają się i korodują, co zmniejsza pojemność akumulatora, ale nie grozi to niczym innym jak krótszą żywotnością akumulatora i niestabilnym zachowaniem przy 10-20% naładowania.
Mit czwarty. Dzięki akumulatorom Li-Ion nie można pracować na mrozie.
To raczej zalecenie niż zakaz. Wielu producentów zabrania używania telefonów w ujemnych temperaturach, a wielu doświadczyło szybkiego rozładowania i ogólnego wyłączania telefonów na zimno. Wyjaśnienie tego jest bardzo proste: elektrolit jest żelem zawierającym wodę i co dzieje się z wodą kiedy ujemne temperatury wszyscy wiedzą (tak, jeśli w ogóle się zawiesza), w ten sposób wyłączając część baterii. Prowadzi to do spadku napięcia, a sterownik zaczyna traktować to jako wyładowanie. Nie jest to korzystne dla baterii, ale też nie jest śmiertelne (po nagrzaniu pojemność wróci), więc jeśli koniecznie musisz korzystać z telefonu na mrozie (to tylko po to, żeby go użyć - wyjmij go z ciepłej kieszeni, spójrz na godzinę i schowaj ją), wtedy lepiej naładować ją na 100% i włączyć dowolny proces obciążający procesor - dzięki temu chłodzenie będzie wolniejsze.
Mit piąty. Spęczniały akumulator litowo-jonowy jest niebezpieczny i należy go natychmiast wyrzucić.
To nie do końca mit, a raczej środek ostrożności - spuchnięta bateria może po prostu pęknąć. Z chemicznego punktu widzenia wszystko jest proste: podczas procesu interkalacji elektrody i elektrolit ulegają rozkładowi, w wyniku czego wydziela się gaz (może on również wydzielać się podczas ładowania, ale o tym poniżej). Ale wyróżnia się bardzo niewiele i aby akumulator sprawiał wrażenie spuchniętego, należy przejść kilkaset (jeśli nie tysiące) cykli ładowania (chyba że jest oczywiście uszkodzony). Z pozbyciem się gazu nie ma problemu - wystarczy przekłuć zawór (w niektórych akumulatorach sam się otwiera pod nadmiernym ciśnieniem) i odpowietrzyć (nie polecam wdychać), po czym można zatkać dziurę żywica epoksydowa. Oczywiście nie przywróci to baterii do dawnej pojemności, ale przynajmniej teraz na pewno nie pęknie.
Mit szósty. Akumulatory litowo-jonowe są szkodliwe w przypadku przeładowania.
Ale to już nie mit, ale brutalna rzeczywistość - podczas ładowania istnieje duża szansa, że akumulator spuchnie, pęknie i zapali się - uwierz mi, oblanie wrzącym elektrolitem nie sprawia przyjemności. Dlatego we wszystkich akumulatorach znajdują się kontrolery, które po prostu nie pozwalają na ładowanie akumulatora powyżej określonego napięcia. Ale tutaj trzeba być wyjątkowo ostrożnym przy wyborze baterii - sterowniki chińskiego rękodzieła często potrafią zawieść, a myślę, że fajerwerki z telefonu o 3 w nocy Ci nie przypadną do gustu. Oczywiście ten sam problem występuje w markowych bateriach, ale po pierwsze zdarza się to tam znacznie rzadziej, a po drugie, cały telefon zostanie wymieniony w ramach gwarancji. Zwykle ten mit powoduje, że:
Mit siódmy. Po osiągnięciu 100% należy odłączyć telefon od ładowania.
Z szóstego mitu wydaje się to rozsądne, ale w rzeczywistości nie ma sensu wstawać w środku nocy i odłączać urządzenia od ładowania: po pierwsze awarie kontrolera zdarzają się niezwykle rzadko, a po drugie nawet przy 100% na wskaźniku zostanie osiągnięty, akumulator ładuje się przez pewien czas bardzo, bardzo maksymalnym prądem, co dodaje kolejne 1-3% pojemności. Więc to naprawdę nie powinno być aż tak naciągane.
Mit ósmy. Urządzenie można ładować wyłącznie oryginalną ładowarką.
Mit ma miejsce ze względu na złą jakość chińskich ładowarek - z normalne napięcie przy 5 + - 5% woltów mogą wytworzyć zarówno 6, jak i 7 - sterownik oczywiście wygładzi takie napięcie na jakiś czas, ale w przyszłości doprowadzi to w najlepszym przypadku do wypalenia sterownika, w najgorszym - do eksplozja i (lub) awaria płyty głównej. Dzieje się odwrotnie - pod obciążeniem chińska ładowarka wytwarza 3-4 wolty: doprowadzi to do tego, że akumulatora nie będzie można w pełni naładować.

Jak widać z całej masy nieporozumień, nie każdy je ma naukowe wyjaśnienie, a jeszcze mniej faktycznie pogarszają wydajność baterii. Nie oznacza to jednak, że po przeczytaniu mojego artykułu trzeba biec na łeb na szyję i kupować tanie chińskie baterie za kilka dolców - niemniej jednak, dla trwałości, lepiej jest wziąć oryginał lub wysokiej jakości kopie oryginałów.

Baterie litowo-jonowe (Li-ion), które są stosowane w większości nowoczesnych tabletów, smartfonów i laptopów, wymagają innych procedur konserwacji i obsługi w porównaniu do stosowanych baterii niklowo-kadmowych (Ni-Cd) i niklowo-wodorkowych (Ni-MH). we wcześniejszych urządzeniach.

W rzeczywistości, odpowiednia opieka dla baterii litowo-jonowej może wydłużyć jej żywotność 15 razy w porównaniu do niewłaściwie używanych obudów. W tym artykule podamy wskazówki, jak maksymalizować koło życia drogie baterie litowo-jonowe we wszystkich urządzeniach przenośnych.

Niedawno Fred Langa, dziennikarz portalu internetowego Windows Secrets, musiał wymienić uszkodzony smartfon – i to był jego błąd.

Główny objaw nie wróżył nic dobrego – obudowa telefonu uległa zdeformowaniu, bo sam korpus urządzenia zaczął się wyginać.

Po analizie i szczegółowym badaniu okazało się, że bateria smartfona jest spuchnięta.

Początkowo Fred nie zauważył żadnych zmian: patrząc od przodu akumulator wyglądał mniej więcej normalnie (rysunek 1). Jednak gdy akumulator położono na płaskiej powierzchni, stało się oczywiste, że jego górna i dolna powierzchnia nie są już płaskie i równoległe do siebie. Po jednej stronie akumulatora utworzyło się poważne wybrzuszenie (Rysunek 2). To wybrzuszenie spowodowało, że telefon wygiął się i odkształcił.

Wybrzuszenie akumulatora wskazywało na poważny problem: nagromadzenie się wewnątrz akumulatora toksycznych gazów pod wysokim ciśnieniem.

Obudowa baterii spisała się świetnie, ale toksyczne gazy sprawiły, że bateria wyglądała jak mała bomba szybkowarowa, która tylko czekała na detonację.

W przypadku Freda uszkodzony jest zarówno telefon, jak i bateria – czas kupić nowy smartfon.

Najsmutniejsze jest to, że temu problemowi można było łatwo zapobiec. W końcowej części artykułu zostaną podane błędy Freda.

Aby uniknąć powtórzenia błędów z przeszłości w przypadku nowego smartfona i innych urządzeń litowo-jonowych, takich jak tablety, laptopy, Fred zaczął poważnie badać prawidłowe działanie i konserwację akumulatorów litowo-jonowych.

Fred nie był zainteresowany wydłużaniem czasu pracy baterii – te techniki są dobrze znane. Większość urządzeń oferuje ręczne lub automatyczne tryby i metody oszczędzania energii umożliwiające dostosowanie jasności ekranu, spowolnienie wydajności procesora i zmniejszenie liczby uruchomionych aplikacji.

Fred raczej skupił się na wydłużaniu żywotności baterii – sposobach na utrzymanie baterii w dobrym stanie i maksymalizowaniu jej żywotności.

Artykuł zawiera krótkie wnioski z pracy oparte na badaniach Freda. Postępuj zgodnie z pięcioma sugerowanymi wskazówkami, a Twoje akumulatory litowo-jonowe będą działać w pełni, długo i bezpiecznie we wszystkich Twoich urządzeniach przenośnych.

Wskazówka 1: Obserwuj temperaturę i nie przegrzewaj baterii

Co zaskakujące, jednym z głównych wrogów akumulatorów litowo-jonowych jest ciepło. Czynniki związane z nieprawidłowym użytkowaniem, takie jak prędkość i długość cykli ładowania i rozładowywania akumulatora, mogą spowodować przegrzanie akumulatora.

Zewnętrzne środowisko fizyczne również ma znaczenie. Samo pozostawienie akumulatora litowo-jonowego na słońcu lub w zamkniętym samochodzie może znacznie zmniejszyć jego zdolność do przyjmowania i utrzymywania ładunku.

Ideał warunki temperaturowe w przypadku akumulatorów litowo-jonowych jest to temperatura pokojowa wynosząca 20 stopni Celsjusza. Jeśli urządzenie zostanie podgrzane do 30°C, jego zdolność do przenoszenia ładunku zmniejsza się o 20 procent. Jeśli urządzenie jest używane w temperaturze 45°C, co jest łatwo osiągalne na słońcu, lub gdy urządzenie jest intensywnie używane w zastosowaniach wymagających dużej ilości zasobów, pojemność baterii zmniejsza się o około połowę.

Dlatego jeśli urządzenie lub bateria wyraźnie się nagrzeje podczas użytkowania, spróbuj przenieść się do chłodniejszego miejsca. Jeśli nie jest to możliwe, spróbuj zmniejszyć ilość energii zużywanej przez urządzenie, wyłączając niepotrzebne aplikacje, usługi i funkcje, zmniejszając jasność ekranu lub włączając tryb oszczędzania energii urządzenia.

Jeśli to nadal nie pomoże, wyłącz urządzenie całkowicie, aż temperatura powróci do normy. Dla jeszcze szybszego chłodzenia należy wyjąć akumulator (oczywiście jeśli konstrukcja urządzenia na to pozwala) - w ten sposób urządzenie szybciej się schłodzi ze względu na fizyczne oddzielenie od źródła zasilania.

Swoją drogą, mimo że wysokie temperatury- Ten główny problem w przypadku akumulatorów litowo-jonowych praca w niskich temperaturach nie stanowi większego problemu. Niskie temperatury nie powodują długotrwałego uszkodzenia akumulatora, chociaż zimny akumulator nie będzie w stanie dostarczyć całej mocy, jaką może potencjalnie dostarczyć w optymalnej temperaturze. Spadek mocy staje się bardzo zauważalny w temperaturach poniżej 4C. Większość akumulatorów litowo-jonowych klasy konsumenckiej staje się w zasadzie bezużyteczna w temperaturach bliskich lub niższych od punktu zamarzania.

Jeśli z jakiegoś powodu urządzenie zasilane litowo-jonowo nadmiernie się ochłodzi, nie próbuj go używać. Pozostaw urządzenie odłączone od zasilania i zabierz je w ciepłe miejsce (kieszeń lub ogrzewane pomieszczenie), aż urządzenie powróci do normalnej temperatury. Podobnie jak w przypadku przegrzania, należy fizycznie wyjąć akumulator, a oddzielne ogrzewanie przyspieszy proces nagrzewania. Gdy akumulator nagrzeje się do normalnej temperatury, jego właściwości elektrolityczne zostaną przywrócone.

Wskazówka 2: Odłącz ładowarkę, aby oszczędzać baterię

Załaduj ponownie - tj. Zbyt długie podłączenie akumulatora do źródła zasilania o wysokim napięciu może również zmniejszyć zdolność akumulatora do utrzymywania ładunku, skrócić jego żywotność lub całkowicie go zabić.

Większość akumulatorów litowo-jonowych klasy konsumenckiej jest zaprojektowana do pracy przy napięciu 3,6 V na ogniwo, ale podczas ładowania działa przy wyższym napięciu 4,2 V. Jeśli ładowarka też długi czas przepięcia, może dojść do uszkodzenia wewnętrznego akumulatora.

W poważnych przypadkach przeładowanie może prowadzić do, jak to nazywają inżynierowie, „katastrofalnych” konsekwencji. Nawet w umiarkowanych przypadkach nadmiar ciepła wytwarzany podczas ładowania spowoduje negatywny efekt termiczny opisany w pierwszej wskazówce.

Wysokiej jakości ładowarki mogą współpracować w harmonii z nowoczesnymi obwodami akumulatorów litowo-jonowych, zmniejszając niebezpieczeństwo przeładowania poprzez zmniejszenie prądu ładowania proporcjonalnie do poziomu naładowania akumulatora.

Właściwości te różnią się znacznie w zależności od rodzaju technologii zastosowanej w akumulatorze. Na przykład, jeśli używasz akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd) i niklowo-wodorkowych (Ni-MH), staraj się pozostawić je podłączone do ładowarki tak długo, jak to możliwe. Dzieje się tak dlatego, że starsze typy akumulatorów tak mają wysoki poziom samorozładowanie, tj. zaczynają tracić znaczną ilość zmagazynowanej energii zaraz po odłączeniu od ładowarki, nawet jeśli samo urządzenie przenośne jest wyłączone.

W rzeczywistości akumulator niklowo-kadmowy może stracić do 10 procent ładunku w ciągu pierwszych 24 godzin po naładowaniu. Po tym czasie krzywa samorozładowania zaczyna się wyrównywać, ale akumulator niklowo-kadmowy nadal traci 10-20 procent miesięcznie.

Jeszcze gorsza jest sytuacja z akumulatorami niklowo-wodorkowymi. Ich współczynnik samorozładowania jest o 30 procent szybszy niż w przypadku ich odpowiedników niklowo-kadmowych.

Jednak akumulatory litowo-jonowe są bardzo niski poziom samorozładowanie. Dobrze działająca bateria straci tylko 5 procent ładunku w ciągu pierwszych 24 godzin po naładowaniu, a kolejne 2 procent w ciągu pierwszego miesiąca.

Dzięki temu nie trzeba zostawiać urządzenia z baterią litowo-jonową podłączoną do ładowarki na ostatnią chwilę. Aby uzyskać najlepsze rezultaty i żywotność baterii, odłącz ładowarkę, gdy pojawi się pełne naładowanie.

Nowe urządzenia z akumulatorami litowo-jonowymi nie wymagają długiego ładowania przed pierwszym użyciem (w przypadku urządzeń niklowo-kadmowych i niklowo-metalowo-wodorkowych zaleca się ładowanie od 8 do 24 godzin). Baterie litowo-jonowe osiągają maksymalną pojemność, gdy wykazują 100% naładowania. Nie ma potrzeby długotrwałego ładowania.

Nie wszystkie cykle rozładowania wpływają na stan baterii w ten sam sposób. Długie i intensywne użytkowanie generuje więcej ciepła, poważnie obciążając akumulator, natomiast krótsze i częstsze cykle rozładowywania wręcz przeciwnie, wydłużają żywotność akumulatora.

Można by pomyśleć, że zbyt małe cykle ładowania/rozładowania mogą poważnie skrócić żywotność zasilacza. Było to naturalne tylko w przypadku przestarzałych technologii, ale nie dotyczy nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych.

Specyfikacje baterii mogą wprowadzać w błąd, ponieważ Wielu producentów uważa cykl ładowania za czas potrzebny do osiągnięcia 100% naładowania. Na przykład dwa ładowania od 50 do 100 procent odpowiadają jednemu pełnemu cyklowi ładowania. Podobnie trzy cykle po 33 procent lub 5 cykli po 20 procent są również równoważne jednemu pełnemu cyklowi.

Krótko mówiąc, duża liczba małych cykli ładowania i rozładowania nie zmniejsza całkowitej objętości cykli. pełne naładowanie bateria litowa.

Ponownie, ciepło i duże obciążenie spowodowane silnymi wyładowaniami skracają żywotność baterii. Dlatego staraj się ograniczyć liczbę głębokich wyładowań do minimum. Nie dopuść do spadku poziomu baterii do wartości bliskich zeru (gdy urządzenie samo się wyłączy). Zamiast tego traktuj dolne 15–20 procent żywotności baterii jako rezerwę awaryjną – tylko na wypadek sytuacji awaryjnych. Wyrób sobie nawyk wymiany baterii, jeśli to możliwe, lub podłączania urządzenia do zewnętrznego źródła zasilania, zanim bateria zostanie całkowicie wyczerpana.

Jak wiadomo, szybkiemu rozładowywaniu i szybkiemu ładowaniu towarzyszy wydzielanie nadmiaru ciepła i niekorzystnie wpływa to na żywotność baterii.

Jeżeli intensywnie korzystałeś z urządzenia przy dużych obciążeniach, poczekaj aż akumulatory ostygną temperatura pokojowa przed podłączeniem do ładowarki. Akumulator nie będzie w stanie w pełni naładować się, jeśli będzie ciepły.

Podczas ładowania urządzenia kontroluj temperaturę akumulatora - nie powinien on zbytnio się przegrzewać. Gorąca bateria podczas ładowania zwykle oznacza, że przepływa za dużo prądu za szybko.

Przeładowanie występuje najprawdopodobniej w przypadku tanich, ogólnych ładowarek wykorzystujących obwody szybkie ładowanie lub z ładowarkami bezprzewodowymi (indukcyjnymi).

Tanią ładowarką może być prosty transformator z podłączonymi do niego przewodami. Takie „ciche ładowanie” po prostu rozprowadzają prąd i praktycznie nie otrzymują informacji zwrotnej od ładowanego urządzenia. Podczas korzystania z tych ładowarek bardzo często dochodzi do przegrzania i przepięcia, które powoli niszczy akumulator.

„Szybkie” ładowanie ma na celu zapewnienie ładowania jednominutowego, a nie godzinnego. Istnieją różne podejścia do technologii szybkiego ładowania i nie wszystkie z nich są kompatybilne z akumulatorami litowo-jonowymi. Jeśli ładowarka i akumulator nie są zaprojektowane do współpracy, szybkie ładowanie może spowodować przepięcie i przegrzanie. Ogólnie rzecz biorąc, najlepiej nie używać ładowarki jednej marki do ładowania urządzenia przenośnego innej marki.

Ładowarki bezprzewodowe (indukcyjne) do ładowania akumulatora wykorzystują specjalną powierzchnię ładującą. Na pierwszy rzut oka jest to bardzo wygodne, jednak faktem jest, że takie ładunki generują nadmiar ciepła nawet podczas normalnej pracy (niektóre piece wykorzystują zjawisko indukcji do podgrzewania garnków i patelni).

Baterie litowe nie tylko cierpią z powodu ciepła, ale także marnują energię podczas ładowania bezprzewodowego. Ze swej natury wydajność ładowarki indukcyjnej jest zawsze niższa niż w przypadku ładowarki konwencjonalnej. Tutaj każdy może dokonać własnego wyboru, ale dla Freda zwiększone ciepło i niższa wydajność to wystarczające czynniki, aby porzucić takie urządzenia.

W każdym razie najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest użycie dołączonej ładowarki zalecanej przez producenta. Jest to jedyny gwarantowany sposób utrzymania temperatury i napięcia w normalnych granicach.

Jeśli ładowarka OEM nie jest dostępna, użyj urządzenia o niskim prądzie wyjściowym, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia akumulatora z powodu szybkiego dostarczania dużej mocy.

Jednym ze źródeł zasilania o niskim natężeniu jest port USB w typowym komputerze. Standardowy port USB 2.0 zapewnia 500 mA (0,5 A) na port, podczas gdy USB 3.0 zapewnia 900 mA (0,9 A) na port. Dla porównania, niektóre dedykowane ładowarki mogą dostarczyć 3000-4000mA (3-4A). Niskie natężenie portów USB zasadniczo gwarantuje bezpieczne ładowanie w normalnym trybie reżim temperaturowy dla większości nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych.

Wskazówka 5: Jeśli to możliwe, użyj zapasowej baterii

Jeśli Twoje urządzenie pozwala na szybką wymianę baterii, posiadanie zapasowej baterii to świetna polisa ubezpieczeniowa. To nie tylko podwaja żywotność baterii, ale także eliminuje konieczność całkowitego rozładowywania baterii lub korzystania z szybkiego ładowania. Gdy poziom naładowania baterii osiągnie 15–20 procent, po prostu wymień wyczerpaną baterię na zapasową, a natychmiast uzyskasz pełne naładowanie bez problemów z przegrzaniem.

Zapasowy akumulator ma także inne zalety. Przykładowo, jeśli znajdziesz się w sytuacji, w której zainstalowany akumulator ulegnie przegrzaniu (na przykład w wyniku intensywnego użytkowania urządzenia lub wysokiej temperatury otoczenia), możesz wymienić nagrzany akumulator, aby szybciej się schłodził, nadal korzystając z urządzenia.

Posiadanie dwóch akumulatorów eliminuje konieczność korzystania z szybkiego ładowania – możesz bezpiecznie korzystać z urządzenia, gdy akumulator powoli ładuje się z bezpiecznego źródła zasilania.

Fatalne błędy Freda

Fred zasugerował, że mógł uszkodzić baterię smartfona podczas podróży. Używał funkcji GPS urządzenia do nawigacji w pogodny, słoneczny dzień. Smartfon długo stał na słońcu w uchwycie przy desce rozdzielczej samochodu, jasność smartfona została włączona na maksimum, aby wyróżnić mapę wśród jasnych promienie słoneczne.

Ponadto wszystkie standardowe aplikacje działające w tle - poczta elektroniczna, komunikatory internetowe itp. zostały uruchomione. Urządzenie wykorzystywało moduł 4G do pobierania utworów muzycznych oraz moduł bezprzewodowy Bluetooth do przesyłania dźwięku do głównego zestawu audio w samochodzie. Zdecydowanie telefon był pod wpływem stresu.

Aby telefon otrzymał zasilanie, był podłączony do zasilacza 12V, zakupionego według kryteriów niskiej ceny i obecności odpowiedniego złącza.

Połączenie bezpośredniego światła słonecznego, dużego obciążenia procesora, maksymalnej jasności ekranu i wątpliwej jakości zasilacza doprowadziło do nadmiernego przegrzania smartfona. Fred z przerażeniem pamięta, jak gorące było urządzenie, gdy zostało wyjęte z uchwytu. To poważne przegrzanie było katalizatorem śmierci akumulatora.

Problem wydawał się nasilać w nocy, kiedy Fred zostawił urządzenie podłączone do prądu na całą noc za pomocą ładowarki innej firmy, bez kontroli nad tym, kiedy bateria będzie w pełni naładowana.

W swoim nowym smartfonie Fred będzie korzystał wyłącznie ze zintegrowanej ładowarki i zapasowego akumulatora. Fred ma nadzieję na długą i bezpieczną żywotność zarówno baterii, jak i telefonu, co zamierza osiągnąć dzięki tym wskazówkom.

Znalazłeś literówkę? Wybierz i naciśnij Ctrl + Enter

Obecnie powszechne są akumulatory litowo-jonowe i litowo-polimerowe.

Różnica między nimi polega na elektrolicie. W pierwszej wersji stosuje się hel, w drugiej polimer nasycony roztworem zawierającym lit. Dzisiaj, w związku z popularnością samochodów z silnikami elektrycznymi, kwestia znalezienia idealnego typu akumulatora litowo-jonowego, optymalnego dla takiego pojazdu, jest paląca.

Składa się, podobnie jak inne akumulatory, z anody (porowaty węgiel) i katody (lit), oddzielającego je separatora oraz przewodnika elektrolitu. Procesowi rozładowania towarzyszy przejście jonów „anodowych” do katody poprzez separator i elektrolit. Podczas ładowania ich kierunek ulega odwróceniu (zdjęcie poniżej).

Jony krążą w procesie rozładowywania i ładowania ogniwa pomiędzy przeciwnie naładowanymi elektrodami.

Baterie jonowe mają katodę wykonaną z różnych metali i to jest ich główna różnica. Producenci stosujący do elektrod różne materiały poprawić wydajność baterii.

Ale zdarza się, że poprawa niektórych cech prowadzi do gwałtownego pogorszenia innych. Na przykład optymalizując pojemność potrzebną do wydłużenia czasu podróży, można zwiększyć moc, bezpieczeństwo, zmniejszyć negatywny wpływ środowisko. Jednocześnie można zmniejszyć prąd obciążenia, zwiększyć koszt lub rozmiar akumulatora.

Poznaj główne parametry różne rodzaje baterie litowe (litowo-manganowe, litowo-kobaltowe, litowo-fosforanowe i niklowo-manganowo-kobaltowe) mogą znajdować się w tabeli:

Zasady dla użytkowników transportu elektrycznego

Pojemność takich akumulatorów praktycznie nie zmniejsza się podczas długotrwałego przechowywania. Akumulatory litowo-jonowe rozładowują się jedynie w 23%, jeśli są przechowywane w temperaturze 60 stopni przez 15 lat. To właśnie dzięki tym właściwościom znajdują one szerokie zastosowanie w technologiach transportu elektrycznego.

Do pojazdów elektrycznych nadają się akumulatory litowo-jonowe, które posiadają kompletny system sterowania wbudowany w obudowę.

Z tego powodu użytkownicy podczas pracy zapominają o podstawowych zasadach, które mogą przedłużyć ich żywotność:

Akumulator należy natychmiast po zakupie w sklepie naładować do pełna, ponieważ w procesie produkcyjnym elektrody są naładowane w 50%. W związku z tym dostępna pojemność będzie się zmniejszać, tj. czas pracy, jeśli nie ma opłaty wstępnej;
aby zachować zasoby, nie można dopuścić do całkowitego rozładowania akumulatora;
konieczne jest ładowanie akumulatora po każdym wyjeździe, nawet jeśli jest on nadal naładowany;
Nie podgrzewaj akumulatorów, ponieważ wysokie temperatury przyczyniają się do ich starzenia. Aby maksymalnie wykorzystać zasób, konieczne jest przeprowadzenie operacji o godz optymalna temperatura czyli 20-25 stopni. Dlatego akumulatora nie można przechowywać w pobliżu źródła ciepła;
w chłodne dni zaleca się owinięcie akumulatora w foliową torbę z zamkiem próżniowym w celu przechowywania w temperaturze 3-4 stopni, tj. w nieogrzewanym pomieszczeniu. Opłata powinna wynosić co najmniej 50% pełnej kwoty;
po pracy akumulatora w niskich temperaturach nie można go ładować bez przetrzymania go przez pewien czas w temperaturze pokojowej, czyli należy go rozgrzać;
Akumulator należy ładować za pomocą ładowarki dołączonej do zestawu.

PU tych akumulatorów ma kilka podgatunków - lit - LiFePO4 (żelazo - fosforan), wykorzystując katodę z fosforanu żelaza. Ich charakterystyka pozwala mówić o akumulatorach jako o szczycie technologii stosowanej przy produkcji akumulatorów.

Ich główne zalety to:

liczba cykli ładowania i rozładowania, która sięga 5000 do momentu, gdy pojemność spadnie o 20%;
długa żywotność;
brakujący „efekt pamięci”;
szeroki zakres temperatur przy niezmienionej wydajności (300-700 stopni Celsjusza);
stabilność chemiczna i termiczna, które zwiększają bezpieczeństwo.

Najczęściej stosowane baterie

Wśród wielu najczęściej spotykane są akumulatory litowo-jonowe 18650 produkowane przez pięć firm: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, których fabryki zlokalizowane są w Japonii, Chinach, Malezji i Korei Południowej. Planowano, że w laptopach będą stosowane akumulatory litowo-jonowe 18650. Jednak ze względu na udany format są one stosowane w modelach sterowanych radiowo, pojazdach elektrycznych, latarniach itp.

Jak każdy produkt wysokiej jakości, takie baterie mają wiele podróbek, dlatego aby przedłużyć żywotność urządzenia, wystarczy kupić baterie znanych marek.

Chronione i niezabezpieczone akumulatory litowo-jonowe

W przypadku baterii litowych ważne jest również to, czy są one chronione, czy nie. Zakres pracy tego pierwszego to 4,2-2,5 V (stosowany w urządzeniach przeznaczonych do współpracy ze źródłami litowo-jonowymi): oświetlenie LED, sprzęt AGD małej mocy itp.

W elektronarzędziach, rowerach z silnikami elektrycznymi, laptopach, sprzęcie wideo i fotograficznym stosuje się akumulatory niezabezpieczone, sterowane za pomocą sterownika.

Co warto wiedzieć o bateriach litowo-jonowych?

Przede wszystkim ograniczenia, których należy przestrzegać podczas pracy:

napięcie ładowania (maksymalne) nie może być wyższe niż 4,35 V;
jego minimalna wartość nie może być niższa niż 2,3 V;
prąd rozładowania nie powinien przekraczać dwukrotności wartości pojemności. Jeśli wartość tego ostatniego wynosi 2200 mAh, maksymalny prąd wynosi 4400 mA.

Funkcje realizowane przez sterownik

Dlaczego potrzebujesz kontrolera ładowania akumulatora litowo-jonowego? Pełni kilka funkcji:

dostarcza prąd kompensujący samorozładowanie. Jego wartość jest mniejsza niż maksymalny prąd ładowania, ale większa niż prąd samorozładowania;
implementuje wydajny algorytm cyklu ładowania/rozładowania dla konkretnego akumulatora;
kompensuje różnicę w przepływach energii podczas ładowania i dostarczania energii do odbiorcy. Na przykład podczas ładowania i zasilania laptopa;
mierzy temperaturę podczas przegrzania lub hipotermii, zapobiegając uszkodzeniu akumulatora.

Kontroler ładowania akumulatora litowo-jonowego jest wykonany albo w postaci mikroukładu wbudowanego w akumulator, albo jako osobne urządzenie.

Do ładowania akumulatorów lepiej jest użyć standardowej ładowarki do akumulatorów litowo-jonowych 18650 znajdującej się w zestawie. Ładowarka do akumulatorów litowych 18650 zazwyczaj posiada wskaźnik poziomu naładowania. Częściej jest to dioda LED, która pokazuje kiedy ładowanie jest w toku i kiedy się kończy.

Na bardziej zaawansowanych urządzeniach możesz śledzić czas pozostały do końca ładowania, aktualne napięcie na wyświetlaczu. Dla akumulatora 18650 o pojemności 2200mA czas ładowania wynosi 2 godziny.

Ale ważne jest, aby wiedzieć, jakim prądem ładować akumulator litowo-jonowy 18650. Powinna to być połowa pojemności nominalnej, tj. Jeśli wynosi 2000 mAh, optymalny prąd wynosi 1A. Ładując akumulator dużym prądem szybko następuje jego degradacja. W przypadku korzystania z niskiego prądu zajmie to więcej czasu.

Wideo: Jak ładować ładowarkę akumulatorów litowo-jonowych własnymi rękami

Schemat urządzenia do ładowania akumulatorów

To wygląda tak:

Układ wyróżnia się niezawodnością i powtarzalnością, a dostarczane części są niedrogie i łatwo dostępne. Aby wydłużyć żywotność baterii, wymagane jest właściwe ładowanie akumulatorów litowo-jonowych: pod koniec ładowania napięcie powinno spaść.

Po jego zakończeniu, tj. gdy prąd osiągnie zero, ładowanie akumulatora litowo-jonowego powinno się zatrzymać. Powyższy obwód spełnia te wymagania: rozładowany akumulator podłączony do ładowarki (świeci się VD3) pobiera prąd o natężeniu 300mA.

Trwający proces sygnalizowany jest świeceniem diody LED VD1, a prąd stopniowo malejący do 30 mA sygnalizuje ładowanie akumulatora. Zakończenie procesu sygnalizowane jest świeceniem diody LED VD2.

W obwodzie zastosowano wzmacniacz operacyjny LM358N (można go zastąpić analogowym KR1040UD1 lub KR574UD2, który ma inny układ pinów), a także tranzystor VT1 S8550 9 żółtych, czerwonych i zielonych diod LED (1,5 V).

Czy akumulator można zregenerować?

Po kilku latach aktywnego użytkowania baterie katastrofalnie tracą pojemność, stwarzając problemy podczas korzystania z ulubionego urządzenia. Czy jest to możliwe i jak odnowić akumulator litowo-jonowy, gdy użytkownik szuka zamiennika?

Odzyskiwanie akumulatora litowo-jonowego jest możliwe tymczasowo na kilka sposobów.

Jeżeli akumulator jest spuchnięty, tj. przestał trzymać ładunek, co oznacza, że \u200b\u200bw środku zgromadziły się gazy.

Następnie postępuj w następujący sposób:

obudowa baterii jest ostrożnie odłączona od czujnika;
oddzielenie czujnika elektronicznego;
znajdź nasadkę z elektroniką sterującą pod nią i ostrożnie przekłuj ją igłą;
następnie znajdują ciężki, płaski przedmiot o powierzchni większej niż powierzchnia akumulatora, który będzie służył jako prasa (nie używaj imadła i podobnych urządzeń);
połóż akumulator na płaszczyźnie poziomej i dociśnij go dociskiem, pamiętając, że przy użyciu nadmiernej siły akumulator może zostać uszkodzony. Jeśli to nie wystarczy, wynik może nie zostać osiągnięty. To najważniejszy moment;
pozostaje nalać żywicę epoksydową na otwór i przylutować czujnik.

Istnieją inne sposoby, o których można przeczytać w Internecie.

Możesz wybrać ładowarkę na stronie http://18650.in.ua/chargers/.

Wideo: Akumulatory litowo-jonowe, wskazówki dotyczące korzystania z akumulatorów litowo-jonowych