Перезаряжаемая li ion батарея. Li-Ion аккумуляторы - правда и мифы

Особенности тестирования

Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.

Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.

Немного терминов:
DoD - Depth of Discharge - глубина разряда.
SoC - State of Charge - уровень заряда.

Использование аккумуляторов

Количество циклов

Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.

В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности .

Расчет суперпозиции циклов

По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).


Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.

Эффект памяти

Хранение аккумуляторов

Температуры хранения

Уровень заряда

Основные проблемы результатов экспериментов

Итоги экспериментов

Источники

Его устанавливают во всех ноутбуках, планшетах, мобильных телефонах и прочей технике. Номинальное напряжение такого элемента питания составляет 3,7-3,8 В, максимальное - до 4,4 В, а минимальное - от 2,5 до 3,0 В.

Из истории создания

Li-ion аккумуляторы впервые появились в начале 90-х годов. Ведущим их производителем изначально стала компания Sony. В состав такой батареи входят два электрода. Катод помещен на фольгу из алюминия, а анод расположен на фольге из меди. Между электродами помещены разделители (сепараторы), содержащие жидкий или гелеобразный электролит. Ионы лития c зарядом «+» являются носителями тока, ионами, способными проникать в другие химические элементы, давая, тем самым, ход электрохимической реакции, обеспечивающей питание того или иного устройства.

Литиевые аккумуляторные батареи прошлого поколения «славились» повышенной взрывоопасностью по причине использования в них анода металлического лития и возникновения газообразных химических соединений внутри АКБ. При множественных циклах «заряда-разряда» могло произойти замыкание, а затем и взрыв литиевого аккумулятора. Взрывы случались и по причине того, что ионы лития вступали в опасную реакцию с другими веществами, входившими в состав батареек.

Когда химическое вещество для анода окончательно заменили графитом, это удалось полностью исправить. Кстати, все современные устройства для зарядки, посредством которых батарейки получают электропитание, предохраняют их от перегревания и «перебора» тока. В литий-феррум-фосфатных АКБ этот серьезный недостаток полностью устранен. Однако для разработки безопасных аккумуляторных устройств понадобилось около 20 лет.

Во избежание самовозгорания литиевой батареи при ее зарядке производители стали встраивать в корпус контроллер заряда аккумуляторов. Контроллер регулирует температуру внутри АКБ, глубину разрядки и количество потребляемого тока. Но не все литиевые аккумуляторы снабжены контроллером. Часто производитель не устанавливает его - в целях экономии и увеличения емкости. Именно по этой причине некоторые батареи и взрываются до сих пор.

Однако, в отличие от своих предшественников в виде и элементов питания, ионные аккумуляторы имеют гораздо лучшие характеристики. Низкий уровень саморазряда в таких батареях обеспечивает их более длительный срок годности, а высокая емкость позволяет им работать гораздо дольше. К тому же ни одному литиевому элементу не требуется дополнительное обслуживание, а при окончательном выходе из строя лучше его не восстанавливать, а заменить.

Как правильно эксплуатировать и хранить литий-ионный аккумулятор

Важно следить за тем, чтобы в батарее всегда находилось хотя бы минимальное количество заряда. Любую ионную батарейку нельзя доводить до полного разряда. Если она не используется и будет полностью разряжена, это приведет к короткому . На сохранность АКБ сильно действует температурный фактор. Не заряжайте и не храните литиевые аккумуляторы при чрезмерно высоких и низких температурах, так как показатель их емкости быстро начнет падать.

Li-ion чувствительны к перемене напряжения. Если U в зарядном устройстве повысить даже незначительно (например, всего на 4%), АКБ будет терять емкость с каждым циклом «заряда-разряда».

Лучшие условия хранения Li-ion: заряд должен составлять, как минимум, 40% от емкости ионного элемента, а температура - от 0 до +10°С.

Несмотря на все положительные характеристики, приобретать Li-ion впрок не имеет смысла: батарея за 2 года теряет около 4% своей емкости. Во время покупки обязательно нужно обратить внимание на дату изготовления. Если с момента производства прошло больше времени, такой аккумулятор покупать не рекомендуется.

Обычный - 2 года, но сейчас фирмы-производители изобрели способ, позволяющий хранить их более длительное время. В батарею добавляется специальный консервант, позволяющий хранить ее больше двух лет. При наличии консерванта в электролите перед первым использованием АКБ следует полностью разрядить, проведя ей своеобразную тренировку в виде двух или трех циклов «заряд-разряд». При таком расконсервировании электролит в аккумуляторе постепенно распадается, и батарея выходит на свой обычный уровень емкости.

Если с литиевыми элементами этого не делать, АКБ приобретет «эффект памяти», а далее, поскольку консервант до сих пор находится внутри, при подаче заряда и увеличении аккумуляторного тока он начнет быстро распадаться, и может произойти вздутие аккумулятора.

Если с ионными АКБ обращаться внимательно и аккуратно, соблюдая все условия хранения, при правильной эксплуатации они будут служить долго, а уровень емкости в таких аккумуляторах длительное время останется на высоком уровне.

Литий-полимерный аккумулятор как альтернатива Li-ion

Полимерные аккумуляторы - это усовершенствованный вариант литий-ионных. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас они уже рассматриваются как серьезная альтернатива предыдущим АКБ на литиевой основе. Целью создания батарей на основе полимерных материалов стало, прежде всего, возможное устранение недостатков Li-ion в виде высокой стоимости и повышенного риска самовозгорания.

Главное отличие полимерного аккумулятора от Li-ion заключается в том, что в качестве электролита при его изготовлении используются не жидкость или гель, а твердые полимеры. Смена электролита является большим достижением, потому что такие батареи более безопасны, и теперь можно гораздо меньше думать о потенциальном взрыве при их эксплуатации.

Твердые материалы и раньше выполняли серьезную роль в плане проводимости тока - например, с помощью пленки из пластика, а их использование внутри Li-pol аккумулятора вместо пористого разделителя двух его полюсов, пропитанного жидкостью, стало значительным шагом вперед.

Li-pol аккумулятор также имеет улучшенные характеристики в плане удобной формы, так как полимеры дают возможность получать разные размеры и виды таких батарей. Минимальная толщина, которой обладают полимерные аккумуляторы, может составлять всего 1 мм.

Наряду с отличиями, есть и сходства между Li-ion и Li-pol. Большей частью, это означает, что не все недостатки устранены, и возможности дальнейшей работы производителей еще не исчерпаны до конца. Например, между ними нет особой разницы в сроках службы и проблеме «старения» в случае, если они не используются.

Полимерные аккумуляторы, как и Li-ion, применяются в сотовых телефонах, радиоуправляемой технике, портативных электрических инструментах, например, в электродрелях и шуруповертах.

Некоторые производители полимерных АКБ утверждают, что у них отсутствует эффект памяти, а также они якобы могут работать в более широком температурном спектре: от -20 до +40-60°С, что делает возможным их применение, эксплуатируя в условиях жаркого тропического климата. Поскольку опасность самопроизвольного возгорания устранена еще не до конца, полимерные аккумуляторы, как правило, снабжены встроенной электросхемой, предупреждающей перезаряд и перегрев.

Как восстановить Li-ion аккумулятор

Несмотря на то, что срок службы многих современных АКБ достаточно долгий, приходит время, когда заряд любого химического источника тока истощается. Емкость падает, и АКБ уже не может работать долго и исправно. Особенно, если разряженный источник питания долго хранился без подзарядки. Существует несколько распространенных способов вернуть его к жизни. Восстановленная батарея будет работать недолго, но это поможет выиграть время до ее замены.

В Интернете описываются самые неожиданные и порой абсолютно нелогичные методы . Например, есть статьи о том, что можно эффективно раскачивать батарею, если заряжать и разряжать ее несколько раз подряд. Безусловно, это миф, и применять такой «способ» не стоит. Также на одном из популярных форумов описывается реальный жизненный пример о том, как один человек раскачивал батарею, положив ее в холодильник. Она вздулась до огромных размеров и лопнула после того, как была изъята из морозилки - естественно, от перепада температуры.

На серьезный вопрос о том, как действительно раскачать заново батарею сотового, можно дать простой и ясный ответ: взять любую аккумуляторную зарядку с напряжением 5-12 В и резистор сопротивлением от 330 Ом до 1 килоОм. Схема подключения предельно проста: «минус» источника питания подсоединяется к «минусу» аккумулятора, а «плюс» - к «плюсу, через резистор. Теперь нужно включить зарядное устройство в сеть и регулярно проверять рост напряжения с помощью мультиметра в течение 10-15 минут. Напряжение постепенно растет, и при достижении его числа приблизительно в 3,31 В телефон «находит» батарею и принимает ее.

Раскачка Li-ion, отключенного контроллером, с быстрым приведением АКБ в рабочее состояние тоже возможны. В данном случае, при замерах текущего напряжения его показатель будет равен около 2,5 В. Аккумулятор «жив» и может еще поработать некоторое время, хотя, на первый взгляд, он выглядит почти разряженным. Восстанавливаем его так: для этого понадобятся «народный зарядник» Imax B6 и мультиметр. У АКБ отпаивается защитная схема, она подключается к Imax. А как проверить напряжение - уже понятно: оно всегда контролируется мультиметром.

Раскачиваем АКБ максимально осторожно. Программа заряда ставится на Li-Po, режим зарядки выбирается в зависимости от вида АКБ: для Li-ion - 3,6 В, либо 3,7 В для Li-pol. Важно: в процессе восстановления выставить параметр Autо - без него запуск не начнется по причине низкого заряда АКБ. Значение тока выбирается с помощью кнопок «+» и «–». 1 А - это самый безопасный и оптимальный ток для раскачки.

Когда напряжение достигнет 3,2-3,3 В, АКБ начнет свою полноценную работу.

Можно ли починить вздутую батарею

На эту тему в Интернете есть большое количество популярных статей и даже видео типа «Восстанавливаю вздувшиеся батареи простым способом». Далее следует описание или съемка процесса разборки АКБ, протыкание ее иголкой или шилом с целью «выпустить газы», чтобы затем вставить аккумулятор обратно в телефон.

К сожалению, незадачливые авторы подобных видео и публикаций не объясняют людям, почему аккумулятор вздулся, а смело приступают к весьма сомнительным действиям, которые могут быть небезопасными как для человека, так и для устройства, в которое помещается такая батарея.

«Тренировать интеллект» и заниматься подобным восстановлением настоятельно не рекомендуется. Следует понимать, что любой литий-ионный аккумулятор - это, прежде всего, источник химических реакций, которые могут быть и токсичными, и взрывоопасными.

Вздутие АКБ может произойти как вследствие нарушения химических процессов внутри нее по причине заводского брака, так и по вине владельца гаджета, если эксплуатация была неправильной.

Если, к примеру, дешевый аккумулятор вздулся по причине дефекта при его изготовлении, следует задуматься, проверенным был производитель, и в следующий раз лучше приобрести батарею по более высокой цене, но с гарантией качества.

Также батареи вздуваются при попадании влаги внутрь, что, чаще всего, происходит по неосторожности владельца телефона или планшета. Если при зарядке телефона использовать неподходящее устройство, АКБ рано или поздно вздуется по причине высокого уровня тока, из-за которого нарушается скорость химических процессов внутри нее. Если телефон рассчитан на ток в 1А, зарядку с подачей тока в 2А использовать уже нельзя. Как альтернативу можно взять устройство с меньшим, но никак не с большим показателем тока - в случае, если «родная» зарядка утеряна, либо вышла из строя.

Использование АКБ в жарких климатических условиях тоже может стать причиной ее вздутия. Нельзя оставлять полностью заряженный телефон на жаре, а если батарея по каким-либо причинам вздулась, ее следует не разбирать и протыкать, а и заменить на новую.

Li-Ion аккумуляторы успешно используются в различных портативных устройствах. Востребованы они и при оснащении электроприводом транспортных средств. Аккумуляторные батареи этой группы не терпят превышения напряжения при заряде. Поэтому в целях безопасности они используются совместно с системой контроля и управления - BMS. Такие системы используются для ограничения тока заряда на границе 95% и степени разряда на значении 15-20%. Это важно для продления срока эксплуатации источников питания, поскольку при глубоком разряде литиевая АКБ теряет способность заряжаться.

Особенности литий ионных аккумуляторов зависят от содержащегося в них материала катода. По этому критерию семейство Li-Ion батарей подразделяется на 3 основных класса:

1. LiCoO2 - имеют высокую удельную энергию, выдерживают средние нагрузки и отличаются небольшим сроком эксплуатации.
2. LiMn2O4 - выдерживают высокие токи заряда и разряда, но служат относительно недолго и имеют большую удельную энергию.
3. LiFePO4 - обладают увеличенным сроком службы, и низкую скорость саморазряда.

В таблице приведены характеристики и особенности литиевых аккумуляторов, с указанием усредненных значений параметров.

Литий-ионные аккумуляторные батареи имеют:

• низкую терпимость к перезарядке и глубокому разряду;
• малое значение саморазряда - при комнатной температуре меньше 10% в месяц, обычно в 1-й месяц 46%, затем меньше;
• незначительную потерю емкости за год - 5-10%;
• температуру зарядки - от 0 до +45 С;
• температуру разрядки(эксплуатации) от -20 до +60 °С;
• рабочее напряжение - от 2,8 до 4,2 В;
• требование к наличию защитного контура - у большинства Li-Ion аккумуляторов(кроме LiFePO4) нижняя граница 2,8 и верхняя 4,2 В.

Особенности зарядки литий ионных аккумуляторов

Основные особенности зарядки Li-ion аккумуляторов заключаются в следующем:

1. Такие АКБ необходимо заряжать в комбинированном режиме CC/CV. Вначале - при стабильном токе(значением от 0,2С до 1С) до напряжения, зависящего от производителя батареи(обычно 4,2 В). Дальнейшая зарядка осуществляется при стабильном значении напряжения.
2. Зарядка Li-Ion аккумуляторов током 1С длится 1,5 часа, а после достижения напряжения отсечки происходит плавное снижение зарядного тока примерно до 3% от начального значения.
3. Нельзя заряжать литиевые АКБ при морозе.

Хранить Li-Ion батареи рекомендуется с уровнем заряда 40 75%, при температуре около 5 С. Хранение в прохладном месте(но не ниже 0 °С) значительно уменьшает саморазряд. Длительность хранения таких устройств колеблется от 2 до 5 лет. Стоит учесть, что литиевые АКБ подвержены старению - даже если они не эксплуатируются, а просто хранятся на полке, со временем их свойства ухудшаются.

Подробнее о том, как работают литий-ионные аккумуляторные батареи, читайте здесь.

Все в этом мире хотят внимания к себе. Думаете, это касается только живых существ? Ничего подобного! Наши верные помощники – смартфоны, планшеты, умные часы, фитнес-трэкеры и другие гаджеты не меньше нас с вами нуждаются в бережном отношении и постоянном внимании. В чем это выражается?

Литий-ионный аккумулятор

Ну, скажем, как пользователь обращается со своим девайсом – так он ему потом и служит. И это факт.

Но даже если с устройства пылинки сдувать – все же есть одна потребность любого устройства, без которого нормальная работа просто невозможна. Эта потребность – в хорошем и своевременном питании. Если вовремя не подкормить энергией своего помощника, он просто-напросто выключится. Причем, если батарея разрядилась до определенного уровня, при котором устройство уже не может нормально выполнять свои функции – это еще полбеды. А вот если в таком случае в ближайшее время не поставить смартфон (или другой гаджет) на зарядку, то через некоторое время могут возникнуть проблемы.

Дело в том, что во всех современных устройствах используются Li-ion аккумуляторные батареи, которые оборудованы своим собственным контроллером, который и контролирует уровень заряда и уровень разряда батареи, причем он работает независимо от такого же контроллера в схеме телефона или другого устройства.

Когда телефон сигнализирует о критически низком уровне заряда – это заслуга контроллера, встроенного в схему телефона. Последний отключается, но его можно зарядить.

Если же телефон вовремя не поставить на зарядку, то аккумулятор будет продолжать разряжаться. При достижении критически низкого уровня заряда, при котором может начаться процесс плавной деградации самой батареи, сработает встроенный в АКБ контроллер, и отключит контакты АКБ от схемы телефона. Это и есть тот случай, при котором телефон может абсолютно не реагировать на подключение зарядного устройства – телефон «не видит» аккумуляторную батарею и процесс заряда не начинается.

В таком случае неподготовленному пользователю без сторонней помощи (сервисного центра или хорошего друга, который понимает в этом толк) не обойтись.

Для восстановления работоспособности батареи, необходимо напрямую (без участия схемы телефона) подать на ее клеммы, в соответствии с полярностью, напряжение — не более 4,2 Вольт.

Вся соль заключается в том, что:

— не у каждого рядового пользователя найдется дома подходящий источник питания.

Хотя известны случаи, когда люди подключали свои батареи, а иногда и телефоны(!) со вставленными в них батареями с помощью проводов напрямую в зарядному устройству. При этом наугад, без соблюдения полярности и уровня напряжения. А ведь многие ЗУ имеют на выходе даже не 5В, а 7- 16В. Чаще всего такие телефоны и их АКБ выходили из строя.

— не все телефоны позволяют извлечь АКБ без частичной или полной разборки. А для этого необходимо иметь соответствующий инструмент и навыки. Опять дорога в сервисный центр или к знакомому специалисту.

В качестве примера недавний случай – iPhone 5 разрядился и долгое время не заряжался, так как при неаккуратном использовании был поврежден USB-кабель. После покупки нового кабеля смартфон никак не реагировал на зарядку…

Для разборки iPhone 5 необходим некоторый инструмент, отличающийся от инструмента для других телефонов: специальная отвертка для iPhone 4 / 4S / 5 Pentalobe *0.8 и присоска для поднятия верхней панели, которым является экран.

Откручиваем на нижнем торце телефона 2 винта, после чего устанавливаем присоску в рабочее положение в нижней части экрана – ближе к кнопке “Home”.

Аккуратно, без резких движений с помощью присоски поднимаем дисплей вверх.

Придерживая, откручиваем крестообразной отверткой металлическую пластину, прижимающую коннектор дисплея и отключаем шлейфы дисплея и тачскрина. Дисплей с рамкой откладываем в сторону.

Откручиваем похожую металлическую пластину, которая фиксирует коннектор АКБ и аккуратно, чтобы не повредить шлейф, отключаем АКБ от платы.

С помощью мультиметра можно измерить уровень заряда батареи. При не включающемся телефоне он может быть ниже 3,2 – 3,4В. А если телефон даже не реагирует на подключение зарядного устройства, уровень напряжения может быть ниже 3 Вольт или вообще отсутствовать. Это значит, что внутренний контроллер обесточил выходные клеммы АКБ во избежание дальнейшей нагрузки на нее.

Соблюдая полярность, подать на клеммы батареи от внешнего источника питания напряжение уровня 3,7 – 4,2 Вольт. В зависимости от остаточной емкости аккумулятора, время «прикуривания» может длиться от нескольких минут до нескольких десятков минут.

Для контроля, проверяем мультиметром, взял ли аккумулятор заряд. При этом для уверенного включения смартфона на клеммах должно быть напряжение 3,6 Вольт и более.

Главное, чтобы он включился, а дозарядить до 100% необходимо с помощью штатного зарядного устройства.

Производим сборку в обратном порядке и обязательно ставим на зарядку.

На этом все.

Подробнее об устройстве Li-ion аккумулятора и его работе в мобильных телефонах можно прочитать здесь.

Удачных Вам ремонтов!!!

Если аккумуляторная батарея Li-Ion не заряжается, необходимо определить, в чем причина возникшей проблемы. Это может быть:

1. Нарушение правил хранения АКБ - в результате, одна из параллелей опускается ниже порога напряжения, контролируемого платой управления BMS, и эта плата ограничивает заряд.
2. Выход из строя одного из элементов батареи из-за естественного износа и потери качества.
3. Нарушение соединения элементов.
4. Повреждение балансирного провода, идущего от BMS к параллелям АКБ.
5. Поломка штатного зарядного устройства.

Чтобы понять, почему литиевый аккумулятор не заряжается, желательно обратиться к специалистам, чтобы они протестировали устройство.

Возможные причины«смерти» литий-ионной АКБ

В процессе своего использования литий-ионные батареи постепенно утрачивают способность держать заряд. Большое количество циклов заряда-разряда и продолжительное влияние повышенных температур приводит к нарушениям в перемещениях ионов лития и дальнейшей смерти батареи. Также причиной того, что аккумулятор Li-Ion не заряжается, может стать проблема коррозии проводников тока. Поврежденный коррозией металл неспособен полноценно перемещать электроны.

Причиной возникновения коррозии в АКБ обычно становится взаимодействие электродов с электролитом. Графит уже с 1-й зарядки АКБ взаимодействует с электролитом. Вследствие такого взаимодействия формируется пористый слой, оберегающий анод от последующих воздействий. Он эффективен в нормальном температурном режиме, но при повышенных значениях температуры и чрезмерном разряде накопителя частично растворяется в электролите. При возобновлении нормальных условий создается новый защитный слой, но на этот процесс тратится литий. В итоге, батарею приходится заряжать все чаще.

Если же слой, защищающий графитовый анод, сильно утолщается, он препятствует свободному перемещению ионов лития. В итоге снижается емкость АКБ. Поэтому при использовании литий-ионных аккумуляторов очень важно избегать критического разряда и экстремальных температур. Если же пренебрегать этими требованиями, очень скоро можно задаться вопросом - почему же литий ионный аккумулятор не заряжается?

Правила зарядки Li-Ion аккумуляторов

Заряжаются такие накопители в комбинированном режиме: сначала около 40 минут при неизменном токе(из промежутка 0,2С - 1С) до значения напряжения 4,1-4,2 В(руководствуясь рекомендациями производителя), а затем при неизменном напряжении. Второй этап зарядки длится дольше.

Как продлить жизненный цикл литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

Быстрее можно зарядить АКБ при импульсном режиме. Длительность заряда при использовании тока 1С - 2-3 часа. Батарея считается заряженной, когда напряжение достигает значения напряжения отсечки, а ток заряда падает примерно до 3% от исходного значения.

Литий-ионные батареи боятся перезаряда при превышении зарядного напряжения сокращается ресурс аккумулятора, а также возникает риск теплового разгона, увеличения давления и разгерметизации АКБ.

Для безопасной работы таких накопителей используются платы BMS, не допускающие повышения зарядного напряжения выше критического значения. Дополнительно элемент защиты завершает заряд при нагреве АКБ до 90 С. Также причиной того, что Li-Ion не заряжается, может стать срабатывание защитного клапана в элементе из-за увеличения давления внутри его корпуса.

О том, какие литий-ионные батареи лучше в эксплуатации, читайте в нашем предыдущем материале.

comments powered by HyperComments

Литиевые аккумуляторы

Типы литиевых аккумуляторов и их особенности

Среди самых современных аккумуляторов особое место занимают литиевые. В химии литий из металлов самый активный.

Он обладает огромным ресурсом хранения энергии. 1 кг лития способен хранить 3860 ампер-часов. Хорошо известный цинк сильно отстаёт. У него этот показатель равен 820 ампер-часов.

Элементы на основе лития могут вырабатывать напряжение до 3,7V. Но лабораторные образцы способны вырабатывать напряжение около 4.5V.

В современных литиевых аккумуляторах чистый литий не применяется.

Сейчас распространены 3 типа литиевых аккумуляторов:

Литий-ионные (Li-ion ). Номинальное напряжение (U ном.) - 3,6V;

Литий-полимерные (Li-Po , Li-polymer или «липо»). U ном. - 3,7V;

Литий-железо фосфатные (Li-Fe или LFP ). U ном. - 3,3V.

Все эти типы литиевых аккумуляторов различаются материалом катода или электролита. В Li-ion используется катод из кобальтата лития LiCoO 2 , в Li-Po применён электролит из гелеобразного полимера, а в Li-Fe используется катод из литий-ферро-фосфата LiFePO 4 .

Любой литиевый аккумулятор (или устройство в котором он работает) оснащён небольшой электронной схемой — контроллером заряда/разряда.

Аккумуляторы для мобильных устройств - методы заряда

Так как аккумуляторы на основе лития очень чувствительны к перезаряду и глубокому разряду, это необходимо. Если "расковырять" любой литиевый аккумулятор от сотового телефона, то в нём можно обнаружить небольшую электронную схему — это и есть защитный контроллер (Protection IC ).

Если встроенного контроллера (или супервизора заряда) в литиевой батареи нет, то такой аккумулятор называют незащищённым. В таком случае контроллер встроен в прибор, который питается от такой батареи, а зарядка возможна только от прибора или от специального зарядного устройства.

На фото показан незащищённый Li-Po аккумулятор Turnigy 2200 mAh 3C 25C Lipo Pack . Данная акк.батарея состоит из 3 последовательно включенных ячеек (3C — 3 cell) по 3,7V и поэтому имеет балансировочный разъём. Продолжительный ток разряда может достигать 25С, т.е. 25 * 2200 мА = 55000 мА = 55 А! А кратковременный ток разряда (10 сек.) — 35С!

Для литиевых батарей, которые представляют собой несколько последовательно включенных ячеек, требуется сложное зарядное устройство, оснащённое балансиром. Такой функционал реализован, например, в таких универсальных зарядных устройствах, как Turnigy Accucell 6 и IMAX B6.

Балансир нужен для того, чтобы во время заряда составной литиевой батареи выровнять напряжение на отдельных ячейках. Из-за различий между ячейками одни могут заряжаться быстрее, а другие медленнее. Поэтому применяется специальная схема шунтирования зарядного тока.

Вот такую распайку имеют балансировочный и силовой шлейф у LiPo-аккумулятора на 11,1V.

Как известно, перезаряд ячейки литиевого аккумулятора (особенно Li-Polymer) свыше 4,2V может привести к взрыву или самовозгоранию. Поэтому во время заряда необходимо контролировать напряжение на каждой ячейке составной батареи аккумулятора!

Правильная зарядка литиевых аккумуляторов.

Литиевые аккумуляторы (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) заряжаются по методу CC/CV («постоянный ток/постоянное напряжение»). Метод заключается в том, что сначала, когда напряжение на элементе мало, его заряжают постоянным током (constant current) определённой величины. При достижении напряжения на элементе (например, до 4,2V - зависит от типа аккумулятора), контроллер заряда поддерживает постоянное напряжение (constant voltage) на нём.

Первая стадия заряда литиевого аккумулятора - CC - реализуется за счёт обратной связи. Контроллер так подбирает напряжение на элементе, чтобы ток заряда был строго постоянной величины.

В течение первой стадии заряда литиевый аккумулятор накапливает большую часть мощности (60 - 80 %).

Вторая стадия заряда - CV — начинается тогда, когда напряжение на элементе достигает определённого порогового уровня (например, в 4,2V). После этого контроллер просто поддерживает постоянное напряжение на элементе и отдаёт ему тот ток, который ему необходим. К концу заряда ток снижается до значения 30 - 10 мА. При таком токе элемент считается заряженным.

Во время второй стадии аккумулятор накапливает оставшиеся 40 - 20 % мощности.

Стоит отметить, что превышение порогового напряжения на литиевом аккумуляторе чревато его чрезмерным перегревом и даже взрывом!

При зарядке литиевых аккумуляторов рекомендуется помещать их в невозгораемый пакет. Это особенно актуально для аккумуляторов, которые не имеют специального бокса. Например, такие, которые применяются в радиоуправляемых моделях (авто-, авиа- моделирование).

Недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Основным и самым пугающим недостатком аккумуляторов на основе лития, я бы назвал их пожароопасность при превышении рабочего напряжения, перегреве, неправильном заряде и безграмотной эксплуатации. Особенно много нареканий относительно литий-полимерных (Li-Polymer) аккумуляторов. Однако, литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы не имеют такой негативной особенности — они пожаробезопасны.

Также литиевые аккумуляторы очень боятся холода - быстро теряют свою ёмкость и перестают заряжаться. Это относится к Li-ion и Li-Po аккумуляторам. Литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы более устойчивы к морозу. Собственно, это одно из положительных качеств Li-Fe аккумуляторов.

Недостатком литиевых аккумуляторов является и то, что они требуют наличия специального контроллера заряда - электронной схемы. А в случае составной аккумуляторной батареи и балансира.

При глубоком разряде литиевые аккумуляторы теряют свои первоначальные свойства. Особенно глубокого разряда боятся Li-ion и Li-Po аккумуляторы. Даже после восстановления такой аккумулятор будет иметь меньшую ёмкость.

Если литиевый аккумулятор не будет "работать" долгое время, то сначала напряжение на нём снизится до порогового уровня (как правило 3,2-3,3V). Электронная схема полностью отключит ячейку аккумулятора, а затем начнётся глубокий разряд. Если напряжение на ячейке снизится до 2,5V, то это может привести к выходу её из строя.

Поэтому стоит время от времени подзаряжать аккумуляторы ноутбуков, сотовых телефонов, mp3-плееров во время длительного простоя.

Обычно срок службы рядового литиевого аккумулятора составляет 3 — 5 лет. Спустя 3 года ёмкость аккумулятора начинает довольно заметно уменьшаться.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Т акже Вам будет интересно узнать:

Аккумуляторы современных мобильных устройств, как и человек, созданы, чтобы жить долго. Если продолжительность жизни человека во многом зависит от места проживания, рациона, генетических особенностей и образа жизни, то в случае с аккумуляторами все зависит, главным образом, от дисциплинированности пользователя.

Большинство современных мобильных устройств (телефоны, смартфоны, карманные персональные компьютеры), фотоаппаратов и электроинструмента питаются энергией литиевых аккумуляторов – литий-ионных или литий-полимерных. Эта технология уже достаточно обкатана, чтобы обеспечить высокую энергоемкость и длительный срок эксплуатации.

Конструктивные особенности

Убить литиевый аккумулятор также просто, как и обеспечить ему долголетие. Есть несколько особенностей устройства литиевых аккумуляторов, которые необходимо иметь в виду, и на которые пользователь ни коим образом повлиять не может.

Во-первых, всю свою жизнь аккумулятор должен находиться в тонусе – выдаваемое напряжение не должно превышать определенной величины и опускаться ниже определенного производителем порога, что соответствует максимальному и минимальному уровню заряда.

Дольше всего аккумулятор проживет, если поддерживать заряд на уровне 45%. Любые колебания в плюс или минус сокращают срок службы.

Уровень заряда аккумулятора, как правило, контролируется двумя устройствами: контроллером аккумулятора и контроллером мобильного устройства.

Что можно, а что нельзя

Если пользователь не желает регулярно инвестировать в покупку нового литиевого аккумулятора для своего телефона, смартфона, КПК или цифрового зеркального фотоаппарата, не стоит разряжать батарею в ноль, чтобы экспериментальным путем выяснить, как долго устройство может проработать на одном заряде. Если автоматика аппарата сама отключила питание, нужно как можно скорее добраться до розетки.

Литиевые аккумуляторы любят частые подзарядки, причем, вовсе необязательно дожидаться полной зарядки.

Вопреки поговорке кашу маслом очень даже можно испортить – перезаряд вредит литиевому аккумулятору так же, как и полная разрядка.

По этой причине, следует заряжать литиевые аккумуляторы при комнатной температуре. При пониженной положительной температуре, близкой к нулю по Цельсию, аккумулятор не наберет полную мощность, а при повышенной температуре может произойти перезаряд. По этой же причине нельзя допускать сильного нагрева литиевых аккумуляторов и их заморозки.

Данный тип аккумулятора очень не любит мороза. При полной заморозке литиевому аккумулятору потребуется замена. Если приходится работать в условиях пониженных температур, рекомендуется иметь несколько аккумуляторов, держать их в тепле и периодически менять местами. Литиевые аккумуляторы теряют емкость не только на морозе, но и в условиях пониженного атмосферного давления (в горах, на борту самолета). Здоровью батареи это не вредит, но знать об этом пользователю не помешает.

Как заряжать

Существует два способа зарядки мобильных устройств с литиевыми источниками питания: от стандартного зарядного устройства и при USB-соединении с компьютером. USB-подключение в этом случае является полумерой, особенно если аккумулятор сильно разряжен. Полноценная зарядка возможна лишь при помощи зарядного устройства, соответствующего емкости аккумулятора. Если заменить родной аккумулятор на другой с более высокой емкостью и использовать для подзарядки штатное зарядное устройство, может наблюдаться нестабильная работа мобильного устройства с ухудшением производительности и частыми отключениями. Проблему решит покупка нового зарядного устройства под стать более мощному аккумулятору.

Свежеприобретенным литиевым аккумуляторам не нужен обряд инициации, как для никель-кадмиевых и никель-металгидридых батарей, которым для выхода в паспортный режим требуется несколько циклов зарядки-разрядки.

Литий-ионные аккумуляторы дольше остаются свежими, если их хранить при температуре 15°C при заряде на уровне 40%.

Знакомство с данной статьей и изучение мануала поможет потребителю максимально эффективно использовать мобильные устройства и не тратить лишние средства на покупку дорогостоящих
аккумуляторов.

Устройство литиевых аккумуляторных батарей

В настоящей статье рассматриваются наиболее перспективные литий-ионные аккумуляторы.

Устройство литиевых аккумуляторов

Электроды современных аккумуляторов изготавливаются путём нанесения катодного материала на алюминиевую фольгу (катод) и, соответственно, анодного материала – на медную фольгу. В химический состав катодного материала входят, чаще всего, литиевые соли кобальтовой кислоты и твёрдые растворы литиевых солей никелевой кислоты. В качестве анодного материала используют литиевые соли фосфорной кислоты. Электролит представляет собой гелеобразную массу, в состав которой входят соли лития.
Электролитом пропитываются так называемые сепараторы – конструкции, имеющие пористую структуру. Электроды и сепараторы размещаются в герметичном корпусе. Для токосъёма предусмотрены присоединительные клеммы.

Как нужно заряжать литий-ионные аккумуляторы: правила правильного использования и зарядки

Корпус аккумулятора снабжён предохранительным клапаном избыточного давления, срабатывающим в аварийных ситуациях. Отличительными особенностями литий-ионных аккумуляторов являются малый вес, продолжительный срок службы и большая удельная ёмкость на единицу массы и объёма. Аккумуляторы при хранении и эксплуатации не загрязняют окружающую среду, они соответствуют всем мировым стандартам по экологии. Вместе с тем, — это самые дорогие из всех современных аккумуляторов.

Существует несколько разновидностей литий-ионных аккумуляторов. Различают аккумуляторы литий-марганцевые, литий-полимерные, литий-железо-фосфатные. Области применения, режимы работы, положительные и отрицательные характеристики всех аккумуляторов на основе лития, его сплавов и солей во многом схожи.

Цены на литий-ионные аккумуляторы достаточно высокие. Они соизмеримы со стоимостью хорошего велосипеда и в случае установки на электровелосипед, стоимость такого транспорта всегда будет выше, чем электровелосипеда, укомплектованного свинцово-кислотными батареями.

Литий-марганцевые аккумуляторы

В этих аккумуляторах анодный электрод изготавливается из химически чистого лития, а катод – из диоксида марганца. Электролит представляет собой органическое вещество, состав которого является секретом предприятия-изготовителя. Аккумуляторы собираются в батареи из мягких полимерных корпусов, в виде стандартизованных цилиндров и таблеток. Батареи широко используются для питания разнообразной электротехнической и электронной аппаратуры, в частности, для ноутбуков, автономных охранных и противопожарных сигнализаций, цифровых фото- и кинокамер, систем реанимации и искусственных органов человеческого тела, в испытательных станциях, для электротранспорта – электромобилей и электровелосипедов. Номинальное напряжение на контактах одного ячейки аккумулятора колеблется в пределах 3,15-3,3 В (здесь и далее под напряжением аккумулятора имеется в виду напряжение одного аккумуляторного элемента, в отличие от номинального напряжения аккумуляторной батареи, которую в быту ошибочно называют «аккумулятором»). Рабочее напряжение аккумулятора – 3,0 В. Фактически, оно является наибольшим по сравнению с другими аналогичными аккумуляторами. Габаритные размеры аккумуляторов цилиндрической формы находятся в пределах 14 – 39 мм (диаметры), высота от 25 до 34 мм. Удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 10 Ампер часов. Таблеточные аккумуляторы имеют диаметры в пределах 16 – 30 мм, высоту 1,2 – 10,5 мм. Их ёмкость может быть до 950 мА-ч. Срок службы аккумулятора, при условии правильной эксплуатации, может доходить до 10 лет.

Для зарядки всех типов литиевых аккумуляторов, выпускаются специальные автоматические зарядные устройства, со световой сигнализацией, извещающей о начале и окончании процесса зарядки. Эти устройства могут поставляться в комплекте с аккумуляторной батареей или отдельно. В состав зарядных устройств входят элементы автоматики, не допускающие аварийных режимов и превышения напряжения зарядки.

Литий-полимерные аккумуляторы

Рабочее напряжение таких аккумуляторов составляет 3,7 В. Максимальная удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 4.2 Ампер часа. Электролит представляет собой полимерный гелеобразный продукт. Габаритные размеры варьируются в широких пределах. Толщина аккумулятора, чаще всего, колеблется от 1,9 до 10 мм. Ширина — от 9,5 до 49 мм. Длина — от 22 до 61 мм. Область применения аккумуляторов достаточно обширна. Аккумуляторы питают различные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, электроинструменты, электрифицированные игрушки. Могут использоваться для электровелосипедов и электромобилей. В последние годы начинают использоваться в комплекте с альтернативными источниками электроэнергии – ветрогенераторами, солнечными батареями. В таких областях применяются аккумуляторные ячейки большой ёмкости — до 90 Ампер часов. В процессе эксплуатации аккумуляторы допускают не менее 500 перезарядок после полного разряда. Чем меньше процент разряда, — тем больше циклов аккумулятор может выдержать без существенного ухудшения характеристик. Все аккумуляторы, сделанные на основе лития, — не загрязняют окружающую среду, поскольку являются герметичными и не содержащими ядовитых и опасных химических веществ.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Описываемая конструкция катода впервые была разработана и применена в Соединённых Штатах Америки в 1996 году. Началом же промышленного производства этой модификации аккумуляторов явился 2003 год. В этих аккумуляторах катод изготовлен из материала, в состав которого входит двойная железо-литиевая соль фосфорной кислоты. Номинальное напряжение одной полностью заряжённой ячейки аккумулятора составляет 3,65 В. Каждый аккумулятор допускает от 800 до 2000 перезарядок в течение 10 лет. Стоимость такого катодного аккумуляторного материала значительно ниже, чем стоимость материала, в состав которого входит кобальт. Кроме того, такой материал не ядовит и обладает значительной термостойкостью. Недостатком материала является то, что он обеспечивает получение гораздо меньшей ёмкости, чем аналогичные вышеупомянутые материалы. Это значит, что для получения необходимой ёмкости, батарею придётся набирать из большего количества ячеек.

Особенности эксплуатации литиевых аккумуляторов:

1. Не пытайтесь создать мощную литиевую батарею из отдельных незащищенных элементов, которые можно приобрести у китайских производителей! Такая батарея не будет иметь встроенной системы защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда, от повышения температуры, и поэтому может запросто взорваться при замыкании ее контактов или при нагревании, а также — во время заряда (перезаряда). К тому же, она, если не взорвется, прослужить гораздо меньше, ведь ее ток разряда ничем не будет ограничен.
2. Ни в коем случае не нагревайте литиевую батарею!

   При повышении температуры растет давление газа внутри литиевой батареи, что также может привести к взрыву. По этой причине не следует оставлять открытую литиевую батарею от прямыми солнечными лучами. Это не приведет к взрыву, но укоротит срок службы аккумулятора.

3. Не закорачивайте выводы литий-ионной аккумуляторной батареи. Не надейтесь только на электронику (встроенную систему защиты от короткого замыкания), будьте внимательны.
4. Заряжайте литиевые аккумуляторы правильно! — Используйте специально созданные для этого зарядные устройства, в которых автоматически контролируется ток заряда.
5. Заряд литиевой батареи необходимо проводить только при положительной температуре!!!
6. При подключении нескольких литиевых батарей, используйте аккумуляторы от одного производителя — одного номинала, в одном и том же техническом состоянии.
7. Хранить литиевые аккумуляторы желательно в сухом, прохладном месте, защищенном от воздействия прямых солнечных лучей при t от 3 до 5 °С. Хранение при более высокой температуре может привести к уменьшению ресурса АКБ. При длительном хранении (зимнее время) литиевую аккумуляторную батарею необходимо зарядить примерно на 45%. Крайне нежелателен полный разряд АКБ. Если это произошло то, то АКБ необходимо как можно быстрее зарядить. Долгое хранение в разряженном состоянии литиевой АКБ может привести к выходу ее из строя. При любых признаках повреждения литиевого аккумулятора — трещина в корпусе, ржавчина, вмятина — эксплуатировать его нельзя.
8. Если во время хранения или эксплуатации литиевого аккумулятора вы заметили его сильный нагрев, шипение выходящего газа, появление едкого белого дыма, то немедленно прекратите эксплуатацию такого аккумулятора и переместите его в безопасное для других людей место. Если из аккумулятора вылился электролит — не допускайте его контакта с кожей, проветрите помещение, аккумулятор утилизируйте.
9. Не разбирайте, не сжигайте, и не выбрасывайте литиевые батареи в мусорные баки. Их следует утилизировать отдельно: при разгерметизации литиевого аккумулятора и попадании внутрь воды, происходит реакция с выделением водорода, что чревато возгоранием, и даже взрывом.
10. Горящие литиевые батареи нельзя тушить водой — это приведет к образованию водорода, и с помощью углекислотного огнетушителя — литий вступает в реакцию с углекислотой. Можно применять только порошковые огнетушители, или — сухим песком, поваренной солью, пищевой содой, а также накрывая горящий аккумулятор плотной термостойкой тканью.

Большинство литиевых аккумуляторов производятся, в основном, в Китае, — здесь имеется хорошая сырьевая база, но имеются и американские, европейские и российские предприятия по выпуску различных модификаций литий ионных аккумуляторов.

Первый аккумулятор на основе лития появился в 1991 г. Но только на фоне популяризации мобильных телефонов устройства Li-ion также получили широкую востребованность. На данный момент литиевые аккумуляторы используются всюду, где требуется автономное обеспечение работы электронного или технического устройства. Аккумуляторы снабжают энергией бытовую технику, электроинструмент, гаджеты и различное оборудование. За счет низкого порога саморазрядки, возможности восполнять энергию не дожидаясь полного расхода запаса питания и богатого ресурса батареи Li-ion способны поддерживать работу аппаратов, требующих высокую мощность.

Конструкция литиевой батареи

По конструкции Li-ion батареи производятся в призматическом и цилиндрическом исполнениях. Изготовление призматических аккумуляторов происходит путем накладывания пластин прямоугольной формы одна на другую. В таких моделях предусматривается более плотная упаковка по сравнению с цилиндрическими аналогами, но приходится интенсивнее обеспечивать сжимающие усилия в отношении электродов. Цилиндрическое устройство литиевого аккумулятора представляет собой упаковку с электродами и сепаратором, свернутую в рулон и заключенную в металлический каркас, соединяющийся с минусовым электродом. Плюсовой же электрод батареи выведен на крышку по специальному изолятору. К слову, рулонный принцип сборки используется и в некоторых версиях призматических моделей в виде эллиптической спирали. В такой конструкции объединяются преимущества обеих разновидностей литиевых аккумуляторов.

Почему не стоит доводить до «нуля»?

Специалисты не рекомендуют использовать аккумуляторы до полного расхода энергии. У литиевых устройств нет эффекта памяти, которым обладают другие виды батарей. На практике это означает, что необходимо заряжать аккумулятор до того, как его уровень опустится до нуля. Кстати, число циклов, по которым осуществляется зарядка литиевых аккумуляторов, является показателем долговечности источников питания - производители указывают эту цифру в маркировке.

К примеру, для качественных моделей количество циклов может составлять 600. В целях увеличения эксплуатационного срока батареи Li-ion стоит регулярно заряжать устройство. Оптимальный уровень, по достижении которого стоит начинать зарядку, составляет 15%. Данная мера способна увеличить число циклов до 1 100.

Как выполняется зарядка?

Литиевые батареи заряжаются по смешанной схеме, то есть сначала от постоянного тока в 1С до среднего показателя напряжения 4,2 В, а затем при постоянном уровне напряжения. Первичный этап по времени длится порядка 40 мин, а второй - дольше. Стоит отметить, что только аккумуляторы литиевые в современном исполнении могут заряжаться при напряжении до 4,2 В. Промышленные и военные модели батарей имеют более высокий эксплуатационный срок, чем стандартные модели, в результате чего порог окончания их заряда был отодвинут до 3,90 В.

Сколько времени требует зарядка?

Процесс выполнения зарядки литиевого элемента током 1С, как правило, занимает 2,5 ч. Аккумулятор Li-ion полностью восполняет энергию, когда уровень его напряжения соответствует аналогичным показателям отсечки. В это же время ток должен снижаться приблизительно на 3% относительно изначального заряда. Существует мнение, что аккумуляторы литиевые при увеличении тока заряжаются быстрее. На деле это не так, однако повышенный ток заряда способствует росту напряжения, при этом подзарядка с момента окончания первой стадии требует больше времени.

В некоторых разновидностях приборов зарядка литиевых аккумуляторов отнимает менее 1 ч. Сокращение времени обусловлено тем, что вторая стадия цикла отсутствует и сразу после завершения первого этапа аккумулятор можно использовать. Но есть один нюанс: батарея не полностью восполняет свой энергетический запас - он составляет лишь 70%.

Казалось бы, в чем смысл подобной схемы заряда? Такой подход выгоден, если требуется проведение нескольких циклов быстрой зарядки. Например, шуруповерт с литиевым аккумулятором на каждую операцию будет требовать по 30 мин, после чего можно ставить на зарядку текущий аккумулятор и продолжать работу с запасным (электроинструмент обычно комплектуется двумя батареями).

Зачем нужна перегрузка аккумулятора?

Начинать зарядку рекомендуется до того, как энергия сведена к нулю, тем не менее один раз в месяц все же стоит полностью разряжать После этого следует использовать оригинальное зарядное для литиевых аккумуляторов с целью 100-процентного восполнения энергии. Потребность в этой процедуре обусловлена особенностью батарей Li-ion. Опытные пользователи устройств, работающих на литиевых элементах, могли заметить, что индикация оставшегося заряда не всегда корректна. Например, экран планшета отображает, что аппарат разряжен лишь на 50% - на деле же «посадить» батарею могут всего 10 минут активной работы.

Для профилактики подобных нестыковок литиевые аккумуляторы следует полностью разряжать. В результате устройство сможет более точно рассчитать возможности источника питания и достоверно отобразить информацию на дисплее.

Сокращение энергопотребления в ходе зарядки

Хотя питание мобильных устройств и других гаджетов, для работы которых требуются аккумуляторы литиевые, несравнимо по энергозатратам с мощной бытовой техникой, несколько простых советов помогут не только сэкономить на электричестве, но и продлить ресурс аппаратов:

• Применение возможностей программной начинки устройства для минимизации энергопотребления.
• Отключение функций, которые работают без надобности. К примеру, интернет, различные сети и Bluetooth - по статистике, их совокупная работа способна на 30% сократить рабочее время устройства.
• Оптимизировать настройки аппарата - затемнение подсветки, отключение лишних оповещений и звуковых эффектов позволит продлить работу гаджета на 10-15 мин. Это немного, но в критических ситуациях лишним не будет.

Правила сохранения литиевых аккумуляторов

Долговечность - одна из сильных сторон батарей Li-ion. Так, годовое снижение объема в результате саморазряда составляет не более 10%. Несмотря на это, в эксплуатации следует учитывать химические и конструкционные методы сбережения батарей от перегрева. Если современные аккумуляторы литиевые имеют предусмотренную защиту от неправильного подхода к зарядке, то температурные воздействия по-прежнему представляют для них опасность. Поэтому рекомендуется сокращать любые излишние нагревы аккумуляторов. Впрочем, и в этом направлении производители ведут работу. Использование катодных элементов, в частности, позволит увеличить термическую безопасность литиевых источников питания.

Литий -онные аккумуляторы (Li-ion) представляют собой наиболее распространенный тип электрического аккумулятора. Он используется практически во всей современной бытовой технике. Впервые подобный носитель энергии был изготовлен компанией Sony в 1991 году.

Где применяются

Сегодня литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно в таких электронных приборах, как цифровые фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, мобильные телефоны и так далее. Кроме того, за счет низкой интенсивности саморазряда и большому количеству циклов зарядки и разрядки аккумуляторы Li-ion очень удобны в приборах альтернативной энергетики. Такие устройства, кроме традиционной системы BMS, оснащаются специальными преобразователями напряжения - инверторами. В последнее время литий-ионные аккумуляторы стали использоваться в электромобилях и различных энергетических системах в качестве накопителей энергии.

Устройство литий-ионного аккумулятора

Основные параметры работы такого типа батарей зависят от их химического состава и варьируются в широких пределах. Чтобы при превышении напряжения во время зарядки аккумулятор не загорелся, в его корпус встраивается контроллер заряда. Он защищает устройство от превышения допустимого напряжения заряда. Кроме того, во многих системах этот контроллер опционально может отслеживать температуру батареи и отключать ее при перегревании или же ограничивать ток потребления и глубину заряда. Однако не все современные аккумуляторы такого типа оснащаются подобной защитой. Многие производители стараются гнаться за себестоимостью и емкостью, но при этом не уделяют должное внимание защите.

Балансировка аккумулятора

Все литий-ионные аккумуляторы обладают специфическими требованиями в случае подключения их последовательно по типу банок. Для этой цели зарядные устройства к такими батареям имеют специальную систему балансировки ячеек. Суть этой схемы заключается в том, что одна из банок достигнет полной зарядки раньше другой. Поэтому к заряженной банке нужно прекратить подачу энергии и при этом продолжить зарядку остальных. Функция балансировки в таких зарядных устройствах выполняет узел аккумуляторной балансировки. Он позволяет заряжать батареи так, чтобы ток шел через уже заряженную банку. Подобные зарядные системы обеспечивают поддержание заряда в диапазоне от 4 до 4,2 В, что позволяет детектировать наличие аккумуляторов.

Схема работы

Устройство подобного аккумулятора включает в себя два электрода, разделенные между собой пропитанными пористыми сепараторами. Эти электроды помещаются в герметичный корпус, а аноды с катодами соединяются между собой при помощи клемм-токосъемников. В корпусе расположен предохранительный клапан, который сбрасывает внутреннее давление в аварийных ситуациях и при различных нарушениях эксплуатационных условий.

Виды аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы отличаются между собой по типу катодного материала. Основным переносчиком заряда здесь является ион лития, который может внедряться в кристаллическую оболочку остальных материалов, например графита, солей или оксидов других металлов. Что касается отрицательных пластин, то их первоначально делали из металлического лития, а потом их место занял каменноугольный кокс. В последующем для этой цели стал применяться графит, а после - другие материалы. Основные виды катодных материалов:

• Литиевый оксид кобальта - обеспечивает работу аккумуляторов при более низких температурах с повышением количества зарядов и разрядов.
• Литий-феррум-фосфатный катод - используется во многих аккумуляторах ввиду их низкой стоимости.
• Литий-марганцевая шпинель.

Как правило, современные литий-ионные аккумуляторы используются в комплекте с системами управления и контроля, а также с универсальным устройством зарядки и разрядки.

Технические характеристики

Современные литий-ионные аккумуляторные батареи имеют свои технические характеристики, которые желательно знать при их использовании. В частности, номинальное напряжение одного элемента составляет от 3,5 до 3,8 В, а максимальное - от 4,23 В. При этом минимальное напряжение колеблется в пределах от 2,5 до 3,0 В. Как правило, большинство таких аккумуляторных батарей рассчитаны на 500-600 циклов зарядки и разрядки до достижения 80%. При этом заряжаются они достаточно быстро - от 20 минут до 1 часа. Находясь при комнатной температуре литий ионные аккумуляторы в среднем саморазряжаются на 3% в течение месяца. Несмотря на то, что такая батарея может работать в достаточно широком диапазоне температур (от -40°C до +50°C), оптимальной температурой для работы считается +20°C. В таких условиях батарея будет обладать наибольшей емкостью и длительным сроком эксплуатации.

Правила эксплуатации

Литий-ионные аккумуляторы считаются гораздо более простыми в эксплуатации, чем гибридные никель-металлические батареи. Однако и они нуждаются в определенном уходе. Для того, чтобы эти устройства работали долго и не теряли своих возможностей, их нужно уметь правильно заряжать. Это позволит продлить их жизненный цикл и время работы мобильных приборов без подзарядки. Для того, чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо учитывать 5 основных правил.

• Не допускать полного разряда

Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, поэтому их необходимо заряжать до того, как они разрядятся до нуля. Большинство производителей рассчитывают время жизни батареи количеством циклов их полной разрядки до нуля. Как правило, это от 400 до 600 зарядов для качественных аккумуляторов. Поэтому для увеличения срока службы батареи следует почаще заряжать свой телефон или другое мобильное устройство. Как только показатель заряда уменьшается до 10-20 процентов, следует ставить прибор на зарядку. Благодаря этому можно существенно увеличить количество циклов разряда до тысячи и более.

• Разряжать не менее 1 раза в 3 месяца

Если вы хотите правильно ухаживать за литий-ионным аккумулятором, то его необходимо разряжать хотя бы 1 раз в 3 месяца. Это связано с тем, что полный заряд на протяжении длительного промежутка времени приносит батарее не меньший вред, чем постоянный разряд до нуля. Поскольку процесс заряда зачастую происходит нестабильно, то специалисты советуют хотя бы раз в 2-3 месяца полностью заряжать батарею и оставлять ее заряженной до 12 часов. Такая процедура позволяет сбросить верхние и нижние флаги аккумуляторного заряда.

• Хранить аккумуляторы частично заряженными

Специалисты считают, что наиболее правильно хранить аккумуляторы в частично заряженном состоянии. Наиболее оптимальный вариант - это хранение батарей с уровнем заряда до 50 процентов, но не менее 30 процентов. При этом температура хранения должна быть около 15 градусов. Это самый удачный способ хранения, так как даже если литий ионный аккумулятор находится в состоянии полной зарядки, его емкость может со временем значительно уменьшаться. Однако еще хуже оставлять батареи надолго в разряженном виде. Если она пробыла в таком состоянии длительное время, то тогда ее смело можно отправлять в утиль. Сегодня существуют специальные таблицы, по которым можно рассчитать остаток емкости в зависимости от уровня заряда и температуры окружающей среды.

• Использовать только оригинальное зарядное устройство

Не каждый пользователь знает, что большинство мобильных телефонов имеет встроенное внутрь зарядное устройство. В то же время, наружный сетевой адаптер здесь используется только для снижения напряжения и выпрямления тока электросети. Поэтому напрямую на батарею внешний адаптер не влияет и его качество не оказывает существенного влияния на работу аккумулятора. Однако во многих гаджетах, например в цифровых камерах, такого встроенного зарядного устройства нет. В связи с этим литий ионные аккумулятора непосредственно вставляются во внешнее зарядное устройство. Поэтому использование неоригинальных сомнительных адаптеров может существенно снизить работоспособность батареи.

• Не допускать перегревания

Чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо помнить об их температурной чувствительности. В частности, главным врагом таких батарей считается высокая температура. То есть они в принципе не переносят перегревания. Поэтому желательно полностью исключить попадание на ваше мобильное устройство прямых лучей солнца. Кроме того, эти приборы не следует оставлять слишком близко от источников тепла, например электрических обогревателей.