Jak správně nabíjet Li-ion baterie: tipy. Typy moderních lithiových baterií

Lithium-iontové baterie nejsou tak vybíravé jako jejich nikl-metalhydridové protějšky, ale přesto vyžadují určitou péči. Držet se pět jednoduchých pravidel, můžete nejen prodloužit životnost lithium-iontových baterií, ale také zvýšit provozní dobu mobilních zařízení bez dobíjení.

Nedovolte úplné vybití. Lithium-iontové baterie nemají tzv. paměťový efekt, takže je lze a navíc je potřeba nabíjet bez čekání na vybití na nulu. Mnoho výrobců počítá životnost lithium-iontové baterie podle počtu cyklů úplného vybití (až 0 %). Pro kvalitní baterie toto 400-600 cyklů. Chcete-li prodloužit životnost lithium-iontové baterie, nabíjejte telefon častěji. Optimálně, jakmile nabití baterie klesne pod 10-20 procent, můžete telefon nabít. Tím se zvýší počet vybíjecích cyklů na 1000-1100 .
Odborníci popisují tento proces takovým indikátorem jako Depth Of Discharge. Pokud je váš telefon vybitý na 20 %, pak je hloubka vybití 80 %. Níže uvedená tabulka ukazuje závislost počtu vybíjecích cyklů lithium-iontové baterie na hloubce vybití:

Vybíjení jednou za 3 měsíce. Dlouhodobé plné nabíjení je pro lithium-iontové baterie stejně škodlivé jako neustálé vybíjení na nulu.
Vzhledem k extrémně nestabilnímu procesu nabíjení (telefon často nabíjíme podle potřeby, a kde je to možné, z USB, ze zásuvky, z externí baterie atd.) odborníci doporučují baterii jednou za 3 měsíce zcela vybít a následně nabít na 100 % a nabití 8-12 hodin. To pomáhá resetovat příznaky takzvané vysoké a nízké baterie. Můžete si o tom přečíst více.

Skladujte částečně nabité. Optimální stav pro dlouhodobé skladování lithium-iontové baterie je mezi 30 a 50 procenty nabití při 15 °C. Pokud necháte baterii plně nabitou, její kapacita se časem výrazně sníží. Ale baterie, která již dlouhou dobu shromažďuje prach na polici, vybitá na nulu, s největší pravděpodobností již není naživu - je čas ji poslat k recyklaci.
Níže uvedená tabulka ukazuje, kolik kapacity zbývá v lithium-iontové baterii v závislosti na skladovací teplotě a úrovni nabití při skladování po dobu 1 roku.

Používejte originální nabíječku. Málokdo ví, že ve většině případů je nabíječka zabudována přímo do mobilních zařízení a externí síťový adaptér pouze snižuje napětí a usměrňuje proud domácí elektrické sítě, to znamená, že nemá přímý vliv na baterii. Některé gadgety, jako jsou digitální fotoaparáty, nemají vestavěnou nabíječku, a proto se jejich lithium-iontové baterie vkládají do externí „nabíječky“. Zde může použití externí nabíječky pochybné kvality místo původní nabíječky negativně ovlivnit výkon baterie.

Vyvarujte se přehřátí. No, nejhorším nepřítelem lithium-iontových baterií je vysoká teplota - absolutně nemohou tolerovat přehřátí. Nevystavujte proto svá mobilní zařízení přímému slunečnímu záření ani je neumisťujte do blízkosti zdrojů tepla, jako jsou elektrická topidla. Maximální přípustné teploty, při kterých lze používat lithium-iontové baterie: od –40°C do +50°C

Také se můžete podívat

Který je široce používán v moderní spotřební elektronice a nachází své uplatnění jako zdroj energie v elektrických vozidlech a zařízeních pro ukládání energie v energetických systémech. Jedná se o nejoblíbenější typ baterie v zařízeních, jako jsou mobilní telefony, notebooky, elektrická vozidla, digitální fotoaparáty a videokamery. První lithium-iontovou baterii uvedla Sony v roce 1991.

Charakteristika

V závislosti na elektrochemickém obvodu vykazují lithium-iontové baterie následující vlastnosti:

• Napětí jednoho prvku je 3,6V.
• Maximální napětí 4,2 V, minimum 2,5–3,0 V. Nabíjecí zařízení podporují napětí v rozsahu 4,05–4,2 V
• Hustota energie: 110 … 230 W*h/kg
• Vnitřní odpor: 5 ... 15 mOhm/1Ah
• Počet cyklů nabíjení/vybíjení do ztráty 20 % kapacity: 1000-5000
• Rychlé nabíjení: 15 min - 1 hodina
• Samovybíjení při pokojové teplotě: 3 % za měsíc
• Zatěžovací proud vzhledem ke kapacitě (C):
  • konstantní - do 65C, pulzní - do 500C
  • nejpřijatelnější: do 1C
• Rozsah provozních teplot: -0 ... +60 °C (při teplotách pod bodem mrazu není možné nabíjení baterií)

přístroj

Lithium-iontová baterie se skládá z elektrod (katodový materiál na hliníkové fólii a anodový materiál na měděné fólii) oddělených porézními separátory napuštěnými elektrolytem. Balíček elektrod je umístěn v utěsněném pouzdře, katody a anody jsou připojeny ke sběračům proudu. Pouzdro má pojistný ventil, který uvolňuje vnitřní tlak v nouzových situacích a porušení provozních podmínek. Lithium-iontové baterie se liší typem použitého materiálu katody. Nosičem proudu v lithium-iontové baterii je kladně nabitý iont lithia, který má schopnost pronikat (interkalovat) do krystalové mřížky jiných materiálů (například do grafitu, oxidů kovů a solí) za vzniku chemické vazby, např.: na grafit za vzniku LiC6, oxidů (LiMO 2) a solí (LiM R O N) kovů. Zpočátku se jako negativní desky používal kov lithia, poté uhelný koks. Později se začal používat grafit. Donedávna se jako kladné desky používaly oxidy lithia s kobaltem nebo manganem, ale stále častěji jsou nahrazovány ferofosfátem lithným, které se ukázaly jako bezpečné, levné a netoxické a lze je ekologicky recyklovat. Lithium-iontové baterie se používají ve spojení s monitorovacím a řídicím systémem - SKU nebo BMS (battery management system) a speciálním nabíjecím/vybíjecím zařízením. V současné době se při hromadné výrobě lithium-iontových baterií používají tři třídy katodových materiálů: - kobaltát lithný LiCoO 2 a pevné roztoky na bázi jeho izostrukturního niklu lithného - lithium mangan spinel LiMn 2 O 4 - ferofosfát lithný LiFePO 4. Elektrochemické obvody lithium-iontových baterií: lithium-kobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 lithium-ferofosfát LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Vzhledem k nízkému samovybíjení a velkému počtu cyklů nabíjení-vybíjení jsou Li-ion baterie nejvýhodnější pro použití v alternativní energii. Navíc jsou kromě BMS systému (SKU) vybaveny invertory (napěťovými měniči).

Výhody

• Vysoká hustota energie.
• Nízké samovybíjení.
• Žádný paměťový efekt.
• Nevyžaduje žádnou údržbu.

Nedostatky

Li-ion baterie první generace byly vystaveny explozivním účinkům. To bylo vysvětleno tím, že použili lithiovou kovovou anodu, na které během více cyklů nabíjení/vybíjení vznikaly prostorové útvary (dendrity) vedoucí ke zkratu elektrod a v důsledku toho k požáru nebo explozi. Tento problém byl nakonec vyřešen nahrazením anodového materiálu grafitem. Podobné procesy probíhaly na katodách lithium-iontových baterií na bázi oxidu kobaltu při porušení provozních podmínek (přebíjení). Lithium-ferofosfátové baterie jsou zcela bez těchto nevýhod. Všechny moderní lithium-iontové baterie mají navíc zabudované elektronické obvody, které zabraňují přebíjení a přehřívání v důsledku přebíjení.

Li-ion baterie mohou mít při nekontrolovaném vybíjení kratší životnost ve srovnání s jinými typy baterií. Při úplném vybití ztrácejí lithium-iontové baterie schopnost nabíjení, když je připojeno nabíjecí napětí. Tento problém lze vyřešit aplikací vyššího napěťového impulsu, což však negativně ovlivňuje další výkon lithium-iontových baterií. Maximální „životnosti“ Li-ion baterie je dosaženo omezením nabíjení shora na 95 % a vybíjení na 15–20 %. Tento provozní režim je podporován monitorovacím a řídicím systémem BMS (SKU), který je součástí každé lithium-iontové baterie.

Optimálních skladovacích podmínek pro Li-ion akumulátory je dosaženo při nabíjení na úrovni 40–70 % kapacity akumulátoru a teplotě cca 5 °C. Nízká teplota je přitom důležitějším faktorem pro malé ztráty kapacity při dlouhodobém skladování. Průměrná životnost (služba) lithium-iontové baterie je v průměru 36 měsíců, i když se může pohybovat od 24 do 60 měsíců.

Ztráta kapacity během skladování:

Podle všech současných předpisů pro skladování a provoz lithium-iontových baterií je pro zajištění dlouhodobého skladování nutné je jednou za 6–9 měsíců dobít na 70 % kapacity.

viz také

Poznámky

Literatura

• Baterie Chrustalev D. A. M: Izumrud, 2003.
• Jurij Filippovský Mobilní jídlo. Část 2. (RU). ComputerLab (26. května 2009). - Podrobný článek o Li-ion bateriích. Staženo 26. května 2009.

Odkazy

• GOST 15596-82 Termíny a definice.
• GOST 61960-2007 Dobíjecí baterie a lithiové baterie
• Lithium-iontové a lithium-polymerové baterie. iXBT (2001)
• Domácí lithium-iontové baterie

Lithium-iontové (Li-ion) baterie používané ve většině moderních tabletů, chytrých telefonů a notebooků vyžadují jinou údržbu a provoz ve srovnání s nikl-kadmiovými (Ni-Cd) a nikl-metal hydridovými (Ni-MH) bateriemi používanými v dřívějších zařízeních.

Správná péče o lithium-iontovou baterii může ve skutečnosti prodloužit její životnost až 15krát ve srovnání s nesprávným používáním. Tento článek poskytne tipy, jak maximalizovat životní cyklus drahých lithium-iontových baterií ve všech vašich přenosných zařízeních.

Zrovna nedávno musel Fred Langa, novinář internetového portálu Windows Secrets, vyměnit poškozený smartphone – a byla to jeho chyba.

Hlavní příznak nevěštil nic dobrého – pouzdro telefonu se zdeformovalo, protože se tělo samotného zařízení začalo ohýbat.

Po rozebrání a podrobném zkoumání se ukázalo, že baterie smartphonu byla oteklá.

Zpočátku si Fred žádné změny nevšiml: baterie vypadala víceméně normálně, když se na ni díval tváří (obrázek 1). Když však byla baterie umístěna na rovnou plochu, bylo zřejmé, že její horní a spodní okraj již nejsou ploché a vzájemně rovnoběžné. Na jedné straně baterie byla vážná boule (obrázek 2). Toto vyboulení způsobilo ohnutí a deformaci telefonu.

Vyboulení baterie naznačovalo vážný problém: hromadění toxických plynů pod vysokým tlakem uvnitř baterie.

Pouzdro na baterie odvedlo svou práci dokonale, ale toxické plyny způsobily, že baterie vypadala jako malá bomba v tlakovém hrnci, která jen čeká na výbuch.

V případě Freda došlo k poškození telefonu i baterie – nastal čas pořídit si nový smartphone.

Smutné je, že tomuto problému se dalo snadno předejít. Závěrečná část článku upozorní na Fredovy chyby.

Aby se Fred neopakoval chyby z minulosti s novým smartphonem a dalšími lithium-iontovými zařízeními, jako jsou tablety, notebooky, začal vážně zkoumat správný provoz a údržbu lithium-iontových baterií.

Fred se nezajímal o prodloužení životnosti baterie - tyto techniky jsou známé. Většina zařízení nabízí manuální nebo automatické režimy úspory energie a metody pro úpravu jasu obrazovky, zpomalení výkonu procesoru a snížení počtu spuštěných aplikací.

Fred se spíše zaměřil na problémy s prodloužením životnosti baterie – způsoby, jak udržet baterii v dobrém provozním stavu a prodloužit její životnost na maximální úroveň.

Tento článek obsahuje stručné prohlášení teze založené na Fredově výzkumu. Postupujte podle těchto pěti tipů, abyste zajistili, že vaše lithium-iontové baterie budou dobře fungovat, vydržet a bezpečně ve všech vašich přenosných zařízeních.

Tip 1: Sledujte teplotu a nepřehřívejte baterii

Jedním z hlavních nepřátel lithium-iontových baterií je překvapivě teplo. Příčiny přehřátí baterie mohou zahrnovat faktory nesprávného použití, jako je rychlost a trvání cyklů nabíjení a vybíjení baterie.

Důležité je také vnější fyzické prostředí. Pouhé ponechání zařízení s lithium-iontovou baterií na slunci nebo v uzavřeném autě může výrazně snížit schopnost baterie přijmout a udržet nabití.

Ideální teplotní podmínky pro lithium-iontové baterie jsou pokojová teplota 20 stupňů Celsia. Pokud se zařízení zahřeje na 30 C, jeho schopnost nést náboj se sníží o 20 procent. Pokud je zařízení používáno při 45 °C, což je snadno dosažitelné na slunci nebo když je zařízení intenzivně využíváno aplikacemi náročnými na zdroje, kapacita baterie se sníží asi na polovinu.

Pokud se tedy vaše zařízení nebo baterie během používání znatelně zahřeje, zkuste se přesunout na chladnější místo. Pokud to není možné, zkuste snížit množství energie spotřebované vaším zařízením deaktivováním nepotřebných aplikací, služeb a funkcí, snížením jasu obrazovky nebo aktivací režimu úspory energie zařízení.

Pokud to stále nepomůže, vypněte zařízení úplně, dokud se teplota nevrátí k normálu. Pro ještě rychlejší chlazení vyjměte baterii (samozřejmě pokud to konstrukce zařízení umožňuje) – zařízení se tak rychleji ochladí díky fyzickému oddělení od zdroje energie.

Mimochodem, ačkoli jsou vysoké teploty hlavním problémem lithium-iontových baterií, provozní podmínky při nízkých teplotách nezpůsobují vážné obavy. Nízké teploty nezpůsobí dlouhodobé poškození baterie, i když studená baterie nebude schopna produkovat veškerou energii, kterou by potenciálně mohla produkovat při své optimální teplotě. Pokles výkonu je velmi patrný při teplotách pod 4C. Většina spotřebitelských lithium-iontových baterií je v podstatě nepoužitelná při teplotách blízko nebo pod bodem mrazu.

Pokud se zařízení s lithium-iontovým zdrojem z jakéhokoli důvodu příliš ochladí, nepokoušejte se jej používat. Nechte jej odpojený a přesuňte jej na teplé místo (kapsa nebo vytápěná místnost), dokud zařízení nedosáhne normální teploty. Stejně jako u přehřátí fyzicky vyjměte baterii a samostatný ohřev urychlí proces zahřívání. Po zahřátí baterie na normální teplotu se obnoví její elektrolytické vlastnosti.

Tip 2: Odpojte nabíječku, abyste šetřili baterii

Dobití - tzn. Příliš dlouhé připojení baterie ke zdroji vysokého napětí může také snížit schopnost baterie udržet nabití, zkrátit její životnost nebo to, čemu se říká „přímo ji zabít“.

Většina lithium-iontových baterií spotřebitelské třídy je navržena tak, aby fungovala při napětí 3,6 V na článek, ale při nabíjení pracovala s vyšším napětím 4,2 V. Pokud nabíječka dodává vysoké napětí příliš dlouho, může dojít k poškození vnitřní baterie.

V závažných případech může přebíjení vést k tomu, co inženýři nazývají „katastrofálními“ následky. I v mírných případech způsobí nadměrné teplo generované během dobíjení negativní teplotní efekt popsaný v prvním tipu.

Vysoce kvalitní nabíječky mohou pracovat v souladu s obvody moderních lithium-iontových baterií a snižují nebezpečí přebíjení tím, že snižují nabíjecí proud v poměru k nabití baterie.

Tyto vlastnosti se výrazně liší v závislosti na typu technologie použité v baterii. Pokud například používáte nikl-kadmiové (Ni-Cd) a nikl-metal hydridové (Ni-MH) baterie, snažte se je ponechat připojené k nabíječce co nejdéle. Je to dáno tím, že starší typy baterií mají vysokou míru samovybíjení, tzn. začnou ztrácet značné množství uložené energie ihned po odpojení od nabíječky, i když je samotné přenosné zařízení vypnuté.

Ve skutečnosti může nikl-kadmiová baterie ztratit až 10 procent svého nabití během prvních 24 hodin po nabití. Po uplynutí této doby se křivka samovybíjení začne vyrovnávat, ale nikl-kadmiová baterie nadále ztrácí 10-20 procent za měsíc.

Ještě horší je situace s nikl-metal hydridovými bateriemi. Jejich rychlost samovybíjení je o 30 procent vyšší než u jejich nikl-kadmiových protějšků.

Lithium-iontové baterie však mají velmi nízkou rychlost samovybíjení. Dobře fungující baterie ztratí pouze 5 procent svého nabití během prvních 24 hodin po nabití a další 2 procenta během prvního měsíce poté.

Není tak potřeba nechávat zařízení s lithium-iontovou baterií připojenou k nabíječce do poslední chvíle. Pro dosažení nejlepších výsledků a prodloužení životnosti baterie odpojte nabíječku ze zásuvky, když je indikováno plné nabití.

Nová zařízení s lithium-iontovými bateriemi není třeba před prvním použitím intenzivně nabíjet (8 až 24 hodin nabíjení se doporučuje pro zařízení s nikl-kadmiovými a nikl-metal hydridovými bateriemi). Lithium-iontové baterie jsou maximálně nabité, když indikují 100 procent nabití. Prodloužené nabíjení není nutné.

Ne všechny cykly vybíjení mají stejný vliv na stav baterie. Delší a intenzivní používání vytváří více tepla, vážně zatěžuje baterii a kratší, častější cykly vybíjení naopak prodlužují životnost baterie.

Možná si myslíte, že zvýšení malých cyklů vybíjení/nabíjení může vážně snížit životnost napájecího zdroje. To bylo přirozené pouze pro zastaralé technologie, ale neplatí to pro moderní lithium-iontové baterie.

Specifikace baterie mohou být zavádějící, protože... Mnoho výrobců považuje nabíjecí cyklus za čas potřebný k dosažení 100% úrovně nabití. Například dvě nabití z 50 na 100 procent jsou ekvivalentní jednomu úplnému nabíjecímu cyklu. Podobně tři cykly po 33 procentech nebo 5 cyklů po 20 procentech jsou také ekvivalentní jednomu úplnému cyklu.

Stručně řečeno, velký počet malých cyklů nabití a vybití nesnižuje celkový počet cyklů úplného nabití lithiové baterie.

Teplo a vysoká zátěž z velkého vybíjení opět snižují životnost baterie. Snažte se proto snížit počet hlubokých výbojů na minimum. Nedovolte, aby úroveň nabití baterie klesla na hodnoty blízké nule (když se zařízení samo vypne). Místo toho považujte spodních 15 až 20 procent nabití baterie za nouzovou rezervu – pouze pro případ nouze. Zvykněte si na výměnu baterie, pokud je to možné, nebo na připojení zařízení k externímu zdroji napájení, než se baterie zcela vybije.

Jak víte, rychlé vybíjení a rychlé nabíjení jsou doprovázeny uvolňováním přebytečného tepla a negativně ovlivňují životnost baterie.

Pokud jste zařízení používali intenzivně při vysoké zátěži, nechte baterie před připojením k nabíječce vychladnout na pokojovou teplotu. Pokud je baterie zahřátá, nebude schopna přijmout plné nabití.

Při nabíjení zařízení sledujte teplotu baterie – neměla by se příliš přehřívat. Horká baterie během nabíjení obvykle naznačuje, že rychle protéká příliš velký proud.

Přebíjení je s největší pravděpodobností u levných neznačkových nabíječek, které využívají rychlonabíjecí obvody nebo u bezdrátových (indukčních) nabíječek.

Levná nabíječka může být běžný transformátor s připojenými vodiči. Takové „tiché nabíjení“ jednoduše rozděluje proud a prakticky nedostává zpětnou vazbu od nabíjeného zařízení. Přehřívání a přepětí jsou velmi časté při používání nabíječek, jako je tato, což pomalu ničí baterii.

„Rychlé“ nabíjení je navrženo tak, aby poskytovalo minutové nabíjení, nikoli dlouhé hodinové nabíjení. Existují různé přístupy k technologii rychlého nabíjení a ne všechny jsou kompatibilní s lithium-iontovými bateriemi. Pokud nabíječka a baterie nejsou navrženy tak, aby spolupracovaly, může rychlé nabíjení způsobit přepětí a přehřátí. Obecně lze říci, že k nabíjení přenosného zařízení jiné značky je lepší nepoužívat nabíječku jedné značky.

Bezdrátové (indukční) nabíječky využívají k obnovení nabití baterie speciální nabíjecí plochu. Na první pohled je to velmi pohodlné, ale faktem je, že takové nálože vydávají přebytečné teplo i v běžném provozu (Některé kuchyňské sporáky využívají k ohřevu hrnců a pánví indukci).

Lithiové baterie trpí nejen teplem, ale také plýtvají energií při bezdrátovém nabíjení. Ze své podstaty je účinnost indukční nabíječky vždy nižší než její konvenční protějšek. Zde se každý může svobodně rozhodnout, ale pro Freda jsou zvýšené vytápění a nižší účinnost dostatečnými faktory k odmítnutí takových zařízení.

V každém případě je nejbezpečnějším přístupem použití přiložené nabíječky doporučené výrobcem. Toto je jediný zaručený způsob, jak udržet teplotu a napětí v normálních mezích.

Pokud není k dispozici nabíječka OEM, použijte nabíječku s nízkým výkonem, abyste snížili pravděpodobnost poškození baterie v důsledku rychlého použití vysokého výkonu.

Jedním z nízkoproudových výstupních zdrojů energie je USB port na běžném počítači. Standardní port USB 2.0 poskytuje proud 500 mA (0,5 A) na port, zatímco USB 3.0 poskytuje 900 mA (0,9 A) na port. Pro srovnání, některé vyhrazené nabíječky mohou vydávat 3000-4000 mA (3-4A). Nízké proudové hodnoty portů USB obecně zajišťují bezpečné nabíjení při normální teplotě pro většinu moderních lithium-iontových baterií.

Tip 5: Pokud je to možné, použijte náhradní baterii

Pokud vaše zařízení umožňuje rychlou výměnu baterie, je mít náhradní baterii skvělou pojistkou. Tím se nejen zdvojnásobí doba provozu zařízení, ale také odpadá nutnost úplného vybití baterie nebo použití rychlonabíjení. Když nabití baterie dosáhne 15-20 procent, jednoduše vyměňte vybitou baterii za náhradní a okamžitě získáte plné nabití zařízení bez jakýchkoli problémů s přehříváním.

Náhradní baterie má i další výhody. Pokud se například ocitnete v situaci, kdy dojde k přehřátí nainstalované baterie (například v důsledku intenzivního používání zařízení nebo vysokých okolních teplot), můžete horkou baterii vyměnit, aby se rychleji ochladila a zároveň zařízení nadále používat. .

Díky dvěma bateriím není potřeba rychlé nabíjení – zařízení můžete bezpečně používat, zatímco se baterie pomalu nabíjí z bezpečného zdroje energie.

Fredovy fatální chyby

Fred naznačil, že si během cesty mohl poškodit baterii smartphonu. K navigaci během jasného slunečného dne používal funkci GPS zařízení. Smartphone byl ponechán dlouhou dobu na slunci v držáku poblíž palubní desky automobilu, jas smartphonu byl zvýšen na maximum, aby se mapa rozlišila mezi jasnými slunečními paprsky.

Kromě toho všechny standardní aplikace na pozadí - e-mail, instant messenger atd. byly spuštěny. Zařízení využívalo 4G modul pro stahování hudebních skladeb a bezdrátový modul Bluetoorth pro přenos zvuku do hlavní jednotky vozu. Telefon určitě fungoval ve stresu.

Aby byl telefon napájen, byl připojen k 12V adaptéru zakoupenému na základě kritérií nízké ceny a dostupnosti správného konektoru.

Kombinace přímého slunečního záření, vysoké zátěže procesoru, obrazovky zapnuté na maximální jas a pochybná kvalita adaptéru vedla k nadměrnému přehřívání smartphonu. Fred s hrůzou vzpomíná, jak bylo zařízení po vytažení z držáku horké. Toto silné přehřátí bylo přesně katalyzátorem smrti baterie.

Problém se zjevně zhoršil v noci, když Fred nechal zařízení připojené celou noc pomocí nabíječky třetí strany, aniž by zkontroloval, kdy je baterie plně nabitá.

Se svým novým smartphonem bude Fred používat pouze přiloženou nabíječku a náhradní baterii. Fred doufá v dlouhou a bezpečnou životnost baterie i telefonu, čehož má v plánu dosáhnout pomocí uvedených tipů.

Našli jste překlep? Stiskněte Ctrl + Enter

Spotřebitelský trh s lithium-iontovými (Li-ion) bateriemi je obrovský – asi 10 miliard dolarů, ale je poměrně stabilní, s tempem růstu pouze 2 % ročně. A co elektromobily, ptáte se? V nadcházejících letech se v důsledku vývoje elektrických vozidel předpokládá roční míra růstu lithium-iontových baterií 10 %. Překvapivě největší oblastí růstu na trhu Li-ion baterií je i nadále „vše ostatní“, od mobilních telefonů po vysokozdvižné vozíky.

„Ostatní“ aplikace pro lithium-iontové baterie mívají jedno společné – jsou to zařízení, která jsou napájena uzavřenými olověnými bateriemi (SLA). Olověné baterie dominují na trhu s elektronikou již téměř 200 let, ale již několik let jsou nahrazovány lithium-iontovými bateriemi. Vzhledem k tomu, že v mnoha případech lithium-iontové baterie začaly nahrazovat olověné baterie (baterie), stojí za to porovnat tyto dva typy zařízení pro ukládání energie s důrazem na hlavní technické vlastnosti a ekonomickou proveditelnost použití Li-ion místo tradičních zařízení SLA. .

Historie používání dobíjecích baterií

Olověná baterie byla první dobíjecí baterie, vyvinutá pro komerční použití v 50. letech 19. století. I přes jejich celkem úctyhodné stáří více než 150 let se stále aktivně používají v moderních zařízeních. Navíc se aktivně používají v aplikacích, kde by se zdálo docela možné vystačit si s moderními technologiemi. Některá běžná zařízení poměrně aktivně využívají SKB, jako jsou nepřerušitelné zdroje napájení (UPS), golfové vozíky nebo vysokozdvižné vozíky. Překvapivě trh s olověnými bateriemi stále roste pro určité výklenky a projekty.

První, poměrně významná inovace v technologii olova a kyseliny přišla v 70. letech 20. století, kdy byly vynalezeny zapečetěné SKB nebo bezúdržbové SKB. Tato modernizace spočívala ve vzhledu speciálních ventilů pro vypouštění plynů při nabíjení/vybíjení baterií. Použití smáčeného separátoru navíc umožnilo provozovat baterii v nakloněné poloze bez úniku elektrolytu.

SKB nebo anglicky. SLA jsou často klasifikovány podle typu nebo aplikace. V současné době jsou dva nejběžnější typy gel, také známý jako ventilem regulovaná olověná kyselina (VRLA) a absorpční skleněná rohož AGM. Baterie AGM se používají pro malé UPS, nouzové osvětlení a aplikace pro invalidní vozíky, zatímco baterie VRLA jsou určeny pro aplikace většího formátu, jako je záložní napájení pro mobilní reléové věže, internetové uzly a vysokozdvižné vozíky. Olověné baterie lze také klasifikovat podle následujících kritérií: automobilové (startér nebo SLI - startování, osvětlení, zapalování); trakce (trakce nebo hluboký cyklus); stacionární (nepřerušitelné zdroje napájení). Hlavní nevýhodou SLA u všech těchto aplikací je životní cyklus – při opakovaném vybíjení dochází k jejich vážnému poškození.

Překvapivě byly olověné baterie nesporným lídrem na trhu baterií po mnoho desetiletí, až do příchodu lithium-iontových baterií v 80. letech 20. století. Lithium-iontová baterie je dobíjecí článek, ve kterém se ionty lithia během vybíjení pohybují ze záporné elektrody na kladnou elektrodu a během nabíjení naopak. Lithium-iontové baterie používají interkalované sloučeniny lithia, ale neobsahují lithium, které se používá v jednorázových bateriích.

Lithium-iontová baterie byla poprvé vynalezena v 70. letech minulého století. V 80. letech byla na trh uvedena první komerční verze baterie s katodou z oxidu kobaltu. Tento typ zařízení měl výrazně větší hmotnost a kapacitní možnosti ve srovnání se systémy na bázi niklu. Nové lithium-iontové baterie podpořily obrovský růst na trhu mobilních telefonů a notebooků. Zpočátku byly z bezpečnostních důvodů zavedeny bezpečnější možnosti, které kromě inovací v konstrukci článků zahrnovaly přísady na bázi niklu a manganu v katodovém materiálu z oxidu kobaltu.

První lithium-iontové články uvedené na trh byly v pevných hliníkových nebo ocelových plechovkách a typicky se dodávaly pouze v několika formách, buď válcové nebo prizmatické (ve tvaru cihel). S rozšiřováním škály aplikací lithium-iontové technologie se však začaly měnit jejich celkové rozměry.

Například levnější verze starší technologie se používají v noteboocích a mobilních telefonech. Dnešní tenké lithium-polymerové články se používají v chytrých telefonech, tabletech a nositelných zařízeních. V současné době se lithium-iontové baterie používají v elektrickém nářadí, elektrokolech a dalších zařízeních. Tato variace předznamenává kompletní nahrazení olověných zařízení ve stále více aplikacích zaměřených na zlepšení celkové velikosti a výkonu.

Chemické vlastnosti

Základy buněčné chemie dávají olověným a lithium-iontovým zařízením specifické vlastnosti a různé stupně funkčnosti. Níže jsou uvedeny některé z výhod olověných baterií, které z nich po desetiletí učinily základ, a nevýhody, které nyní vedou k jejich výměně, a také podobné úvahy pro lithium-iontová zařízení.

Olověná baterie

• SKB je jednoduchý, spolehlivý a levný. Může být použit v širokém teplotním rozsahu.
• Baterie musí být skladovány ve stavu nabití (SoC) a nelze je rychle nabíjet.
• SKB jsou těžké. Jejich gravimetrická hustota energie je velmi nízká.
• Životní cyklus je obvykle 200 až 300 vybití/nabití, což je velmi krátké.
• Křivka nabíjení/vybíjení umožňuje měření SOC s jednoduchým řízením napětí.

Li-ion baterie

• Mají maximální hustotu energie z hlediska velikosti a hmotnosti.
• Životní cyklus je typicky mezi 300 a 500, ale může být v tisících pro lithium fosfátové články;
• Rozsah provozních teplot je velmi malý;
• K dispozici jsou různé velikosti buněk, tvary a další možnosti;
• Nevyžaduje žádnou údržbu. Úroveň samovybíjení je velmi nízká.
• Je nutné zavést provozní bezpečnostní schémata. Komplexní nabíjecí algoritmus.
• Měření SoC vyžaduje složitá řešení kvůli nelinearitě křivky napětí.

Elektronika

Je důležité pochopit rozdíl mezi baterií a dobíjecí baterií. Buňka je hlavní součástí balíčku. Kromě toho je součástí balení také elektronika, konektory a pouzdro. Výše uvedený obrázek ukazuje příklady těchto zařízení. Lithium-iontová baterie musí mít minimálně implementovanou ochranu článků a řídicí obvody a nabíječka a systém snímání napětí jsou mnohem složitější než u olověných zařízení.

Při použití lithium-iontových a olověných baterií budou hlavní rozdíly v elektronice následující:

Nabíječka

Nabíjení olověného akumulátoru je poměrně jednoduché, pokud jsou splněny určité prahové hodnoty napětí. Lithium-iontové baterie používají složitější algoritmus, s výjimkou baterií na bázi fosforečnanu železa. Standardní metodou nabíjení pro taková zařízení je metoda konstantní proud/konstantní napětí (CC/CV). Zahrnuje dvoufázový proces nabíjení. V první fázi probíhá nabíjení konstantním proudem. To trvá, dokud napětí na článku nedosáhne určité prahové hodnoty, poté napětí zůstává konstantní a proud exponenciálně klesá, dokud nedosáhne mezní hodnoty.

Počítání poplatků a komunikace

Jak již bylo zmíněno dříve, náboj SCB lze měřit pomocí jednoduchých měření napětí. Při použití lithium-iontových baterií je nutné kontrolovat úroveň nabití článků, což vyžaduje implementaci složitých algoritmů a cyklů učení.

I 2 C je nejběžnější a nákladově nejefektivnější komunikační protokol používaný v lithium-iontových bateriích, ale má omezení z hlediska odolnosti proti šumu, integrity signálu na vzdálenost a celkové šířky pásma. SMBus (System Management Bus), derivát I 2 C, je velmi běžný u menších baterií, ale v současné době nemá žádnou účinnou podporu pro vysoce výkonné nebo větší balíčky. CAN je skvělý pro prostředí s vysokou hlučností nebo tam, kde jsou vyžadovány dlouhé běhy, jako v mnoha aplikacích SKB, ale je poměrně drahý.

Přímé náhrady

Je třeba zdůraznit, že nyní existuje několik standardních formátů olověných baterií. Například - U1, standardní tvarový faktor používaný v aplikacích záložního napájení lékařských zařízení. Lithium-železofosfátová baterie se ukázala jako docela slušná náhrada za olověné. Fosforečnan železitý má vynikající životní cyklus, dobrou vodivost náboje, zlepšenou bezpečnost a nízkou impedanci. Napětí lithiových fosfátových baterií je také dobře přizpůsobeno napětím olověných baterií (12 V a 24 V), což umožňuje použití stejných nabíječek. Softwarové balíčky pro údržbu a monitorování baterií zahrnují chytré funkce, jako je sledování nabíjení, počítadlo cyklů nabíjení/vybíjení a další.

Lithium-železofosfátové baterie si během skladování zachovávají 100% kapacitu, na rozdíl od SKB baterií, které ztrácejí kapacitu během několika měsíců skladování. Výše uvedený obrázek porovnává oba produkty a typy pokroků provedených při přechodu z SKB na Li-ion.

závěry

Existuje jen velmi málo baterií, které dokážou uložit tolik energie jako olověné baterie, což činí tento typ baterií nákladově efektivním pro mnoho zařízení s vysokým výkonem. Lithium-iontová technologie neustále klesá v ceně, stejně jako neustálé zlepšování jejich chemické struktury a bezpečnostních systémů, což z nich dělá důstojného konkurenta technologii olova a kyseliny. Zařízení pro jejich použití mohou být velmi odlišná, od zařízení pro nepřerušitelné napájení až po elektrická vozidla a drony.

Rostoucí zájem spotřebitelů o mobilní gadgety a technologicky vyspělá přenosná zařízení obecně nutí výrobce zdokonalovat své produkty v různých směrech. Současně existuje řada obecných parametrů, na kterých se práce provádí stejným směrem. Mezi ně patří i způsob dodávky energie. Ještě před několika lety mohli aktivní účastníci trhu pozorovat proces vytlačování pokročilejších prvků nikl-metal hydridového původu (NiMH). Dnes mezi sebou soutěží nové generace baterií. Široké používání lithium-iontové technologie v některých segmentech úspěšně nahrazuje lithium-polymerová baterie. Rozdíl od iontového v novém agregátu není pro běžného uživatele tak patrný, v některých aspektech je však výrazný. Současně, stejně jako v případě konkurence mezi prvky NiCd a NiMH, není technologie výměny ani zdaleka bezchybná a v některých ohledech je horší než její analog.

Li-ion akumulátorové zařízení

První modely sériových baterií na bázi lithia se začaly objevovat na počátku 90. let. Kobalt a mangan byly poté použity jako aktivní elektrolyt. U moderních není ani tak důležitá hmota, ale konfigurace jejího umístění v bloku. Takové baterie se skládají z elektrod, které jsou odděleny separátorem s póry. Hmota separátoru je zase napuštěna elektrolytem. Pokud jde o elektrody, jsou reprezentovány katodovou základnou na hliníkové fólii a měděnou anodou. Uvnitř bloku jsou vzájemně propojeny svorkami sběrače proudu. Udržování náboje se provádí kladným nábojem lithného iontu. Tento materiál je výhodný v tom, že má schopnost snadno pronikat do krystalových mřížek jiných látek a vytvářet chemické vazby. Pozitivní vlastnosti takových baterií se však stále více ukazují jako nedostatečné pro moderní úkoly, což vedlo ke vzniku Li-pol článků, které mají mnoho vlastností. Obecně stojí za zmínku podobnost lithium-iontových napájecích zdrojů s plnohodnotnými heliovými bateriemi pro automobily. V obou případech jsou baterie navrženy tak, aby byly fyzicky praktické. Částečně v tomto směru vývoje pokračovaly polymerní prvky.

Konstrukce lithium-polymerové baterie

Impulsem pro zlepšení lithiových baterií byla potřeba bojovat se dvěma nedostatky stávajících Li-ion baterií. Za prvé, jejich použití není bezpečné a za druhé jsou poměrně drahé. Technologové se těchto nevýhod rozhodli zbavit změnou elektrolytu. V důsledku toho byl impregnovaný porézní separátor nahrazen polymerním elektrolytem. Je třeba poznamenat, že polymer byl dříve používán pro elektrické potřeby jako plastová fólie, která vede proud. V moderní baterii dosahuje tloušťka Li-pol prvku 1 mm, což také odstraňuje omezení na použití různých tvarů a velikostí od vývojek. Hlavní je ale absence kapalného elektrolytu, který eliminuje riziko vznícení. Nyní stojí za to se blíže podívat na rozdíly od lithium-iontových článků.

Jaký je hlavní rozdíl oproti iontové baterii?

Zásadním rozdílem je opuštění helia a kapalných elektrolytů. Pro úplnější pochopení tohoto rozdílu stojí za to obrátit se na moderní modely autobaterií. Potřeba vyměnit kapalný elektrolyt byla opět způsobena bezpečnostními zájmy. Pokud se ale v případě autobaterií pokrok zastavil na stejných porézních elektrolytech s impregnací, pak lithiové modely dostaly plnohodnotný pevný základ. Co je tak dobrého na pevné lithium-polymerové baterii? Rozdíl od iontového je v tom, že účinná látka ve formě destičky v kontaktní zóně s lithiem zabraňuje tvorbě dendritů při cyklování. Tento faktor eliminuje možnost výbuchů a požárů takových baterií. To je jen o výhodách, ale nové baterie mají i slabiny.

Životnost lithium-polymerové baterie

V průměru takové baterie vydrží asi 800-900 nabíjecích cyklů. Tento ukazatel je ve srovnání s moderními analogy skromný, ale ani tento faktor nelze považovat za určující zdroj prvku. Faktem je, že takové baterie podléhají intenzivnímu stárnutí bez ohledu na povahu použití. To znamená, že i když se baterie vůbec nepoužívá, její životnost se sníží. Nezáleží na tom, zda se jedná o lithium-iontovou baterii nebo lithium-polymerový článek. Všechny napájecí zdroje na bázi lithia se vyznačují tímto procesem. Výraznou ztrátu objemu lze zaznamenat do jednoho roku po akvizici. Po 2-3 letech některé baterie zcela selžou. Ale hodně záleží na výrobci, protože v rámci segmentu existují také rozdíly v kvalitě baterie. Podobné problémy se vyskytují u článků NiMH, které vlivem náhlých teplotních výkyvů podléhají stárnutí.

Nedostatky

Kromě problémů s rychlým stárnutím vyžadují takové baterie další ochranný systém. To je způsobeno tím, že vnitřní napětí v různých oblastech může vést k vyhoření. Proto se používá speciální stabilizační obvod, který zabraňuje přehřívání a přebíjení. Stejný systém má i další nevýhody. Tím hlavním je omezení proudu. Ale na druhou stranu další ochranné obvody činí lithium polymerovou baterii bezpečnější. Rozdíl od iontových je také v ceně. Polymerové baterie jsou levnější, ale ne o moc. Jejich cenovka roste i díky zavádění elektronických ochranných obvodů.

Provozní vlastnosti gelovitých modifikací

Aby se zvýšila elektrická vodivost, technologové stále přidávají do polymerních prvků gelovitý elektrolyt. O úplném přechodu na takové látky se nehovoří, protože to odporuje koncepci této technologie. Ale v přenosné technice se často používají hybridní baterie. Jejich zvláštností je citlivost na teplotu. Výrobci doporučují používat tyto modely baterií v podmínkách od 60°C do 100°C. Tento požadavek také určoval zvláštní oblast použití. Gelové modely lze používat pouze v místech s horkým klimatem, nemluvě o nutnosti ponoření do tepelně izolovaného pouzdra. Nicméně otázka, jakou baterii zvolit - Li-pol nebo Li-ion - není v podnicích tak naléhavá. Tam, kde má zvláštní vliv teplota, se často používají kombinovaná řešení. V takových případech se jako rezervní prvky obvykle používají polymerní prvky.

Optimální způsob nabíjení

Obvyklá doba nabíjení lithiových baterií je v průměru 3 hodiny, navíc během nabíjení zůstává jednotka studená. Plnění probíhá ve dvou fázích. Nejprve dosáhne napětí špičkových hodnot a tento režim se udržuje, dokud nedosáhne 70 %. Zbývajících 30 % se získá za normálních stresových podmínek. Další zajímavou otázkou je, jak nabíjet lithium-polymerovou baterii, pokud potřebujete neustále udržovat její plnou kapacitu? V tomto případě byste měli dodržovat plán nabíjení. Tento postup se doporučuje provádět přibližně každých 500 hodin provozu s úplným vybitím.

Preventivní opatření

Během provozu byste měli používat pouze nabíječku, která splňuje specifikace, a připojovat ji k síti se stabilním napětím. Dále je nutné zkontrolovat stav konektorů, aby se baterie nerozevřela. Je důležité vzít v úvahu, že i přes vysoký stupeň bezpečnosti se stále jedná o typ baterie citlivý na přetížení. Lithium-polymerový článek netoleruje nadměrný proud, nadměrné ochlazování vnějšího prostředí a mechanické otřesy. Podle všech těchto ukazatelů jsou však polymerní bloky stále spolehlivější než lithium-iontové. Přesto hlavní aspekt bezpečnosti spočívá v nezávadnosti polovodičových napájecích zdrojů – samozřejmě za předpokladu, že jsou utěsněny.

Která baterie je lepší - Li-pol nebo Li-ion?

Tato problematika je do značné míry určována provozními podmínkami a cílovým energetickým zařízením. Hlavní výhody polymerních zařízení pocítí spíše samotní výrobci, kteří mohou volněji využívat nové technologie. Pro uživatele bude rozdíl sotva znatelný. Například v otázce, jak nabíjet lithium-polymerovou baterii, bude muset majitel věnovat větší pozornost kvalitě napájení. Z hlediska doby nabíjení se jedná o totožné prvky. Pokud jde o odolnost, situace v tomto parametru je také nejednoznačná. Efekt stárnutí charakterizuje polymerní prvky ve větší míře, ale praxe ukazuje různé příklady. Existují například recenze o lithium-iontových článcích, které se stanou nepoužitelnými již po roce používání. A polymerové se v některých zařízeních používají 6-7 let.

Závěr

Kolem baterií stále existuje mnoho mýtů a falešných názorů, které se týkají různých nuancí provozu. Naopak, některé funkce baterií výrobci zamlčují. Pokud jde o mýty, jeden z nich vyvrací lithium-polymerová baterie. Rozdíl oproti iontovému analogu je v tom, že polymerové modely jsou vystaveny menšímu vnitřnímu napětí. Z tohoto důvodu nemají nabíjení baterií, které ještě nejsou vybité, škodlivý vliv na vlastnosti elektrod. Pokud mluvíme o faktech, které výrobci skrývají, pak se jedna z nich týká odolnosti. Jak již bylo zmíněno, životnost baterie se vyznačuje nejen skromnou rychlostí nabíjecích cyklů, ale také nevyhnutelnou ztrátou užitečného objemu baterie.