Proč lithium-iontové baterie umírají tak brzy? Typy moderních lithiových baterií

Spotřebitelský trh s lithium-iontovými (Li-ion) bateriemi je obrovský, kolem 10 miliard USD, a je poměrně odolný, roste pouze o 2 % ročně. Ale 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 stále „vše ostatní“, od mobilních telefonů po vysokozdvižné vozíky.

„Další“ aplikace pro lithium-iontové baterie mívají jedno společné – jde o zařízení, která jsou napájena utěsněnými olověnými akumulátory (SLA). Olověné baterie zaujaly vedoucí postavení na trhu s elektronikou již téměř 200 let, ale na několik let byly z trhu vytlačeny lithium-iontovými bateriemi. Vzhledem k tomu, že v mnoha případech lithium-iontové baterie začaly nahrazovat olověné baterie (akumulátory), stojí za to porovnat tyto dva typy energetických zásobníků s důrazem na hlavní technické vlastnosti a ekonomickou proveditelnost použití Li-ion místo tradičních SLA zařízení. .

Historie aplikací baterií

Olověná baterie byla první dobíjecí baterie vyvinutá pro komerční použití v 50. letech 19. století. Navzdory poměrně slušnému věku více než 150 let se stále aktivně používají v moderních zařízeních. Navíc se aktivně používají v aplikacích, kde se zdá, že je docela možné vystačit s moderními technologiemi. Některá běžná zařízení intenzivně využívají SSC, jako jsou nepřerušitelné napájecí zdroje (UPS), golfové vozíky nebo vysokozdvižné vozíky. Překvapivě trh s olověnými bateriemi stále roste pro určité výklenky a projekty.

První významná inovace v technologii olova a kyseliny přišla v 70. letech 20. století s vynálezem uzavřených SBC nebo bezúdržbových SBC. Tato modernizace spočívala ve vzhledu speciálních ventilů pro vypouštění plynů při nabíjení / vybíjení baterií. Použití zvlhčeného 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 nejběžnější dva typy: gel, také známý jako ventilem regulovaná olověná kyselina (VRLA) a absorpční skleněná rohož (AGM). Baterie AGM se používají pro malé UPS, nouzová světla a invalidní vozíky, zatímco VRLA se používají pro větší aplikace, jako je záložní napájení pro mobilní věže, internetová centra 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 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 přispěly k obrovskému růstu trhu mobilních telefonů a notebooků. Zpočátku byly kvůli obavám o bezpečnost zavedeny bezpečnější možnosti, které kromě inovací při stavbě článků zahrnovaly přísady na bázi niklu a manganu do katodového materiálu z oxidu kobaltu.

První lithium-iontové články na trhu byly v pevných hliníkových nebo ocelových plechovkách a typicky se dodávaly pouze v několika válcových nebo hranolových (cihlových) tvarech. S rozšiřováním škály aplikací lithium-iontové technologie se však začaly měnit i jejich celkové rozměry.

Například levnější verze starší technologie se používají v noteboocích a mobilních telefonech. Moderní 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 varianta předznamenává úplnou náhradu olověných zařízení ve stále více nových aplikacích zaměřených na zlepšení celkového a energetického výkonu.

Chemické vlastnosti

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

Olověná baterie

• SKB je jednoduchý, spolehlivý a levný. Může být použit v širokém teplotním rozsahu.
• Baterie musí být skladovány v trvale nabitém stavu (SoC) a nelze je rychle nabíjet.
• SKB mají velkou váhu. Jejich gravimetrická hustota energie je velmi nízká.
• Životní cyklus je obvykle 200 až 300 vybití/nabití, což je velmi krátké.
• Křivka nabíjení/vybíjení umožňuje měřit SOC pomocí jednoduchého řízení napětí.

Li-ion baterie

• Mají největší energetickou hustotu z hlediska velikosti a hmotnosti.
• Životní cyklus je obvykle mezi 300 a 500, ale může být měřen v tisících pro lithium fosfátové články;
• Velmi malý rozsah provozních teplot;
• K dispozici jsou různé velikosti buněk, tvary a další možnosti;
• Bez nutnosti údržby. Úroveň samovybíjení je velmi nízká.
• Je nutné zavést bezpečnostní schémata. Sofistikovaný nabíjecí algoritmus.
• Měření SoC vyžaduje obtížná rozhodnutí kvůli nelinearitě křivky napětí.

Elektronika

Je důležité pochopit rozdíl mezi baterií a dobíjecí baterií. Buňka je hlavním základním prvkem balíčku. Kromě toho je součástí balení také elektronika, konektory a pouzdro. Výše uvedený obrázek ukazuje příklady těchto zařízení. Lithium-iontová baterie musí mít minimálně implementované obvody pro ochranu článků a řídicí obvody a systém nabíječky a měření napětí je 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 balíčků s fosforečnanem železa. Standardní metodou nabíjení pro taková zařízení je metoda konstantní proud/konstantní napětí (CC/CV). Zahrnuje dvoustupňový proces nabíjení. V první fázi dochází k nabíjení konstantním proudem. To trvá, dokud napětí článku nedosáhne určité prahové hodnoty, poté napětí zůstane konstantní a proud exponenciálně klesá, dokud nedosáhne mezní hodnoty.

Počítání poplatků a komunikace

Jak již bylo zmíněno dříve, náboj SCB lze měřit jednoduchými prostředky 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 I2C, je velmi běžný u menších baterií, ale v současné době nemá žádnou účinnou podporu pro výkonné nebo větší balíčky. CAN je skvělá pro prostředí s vysokou hlučností nebo tam, kde jsou vyžadovány dlouhé běhy, jako je tomu v mnoha aplikacích SKB, ale něco stojí.

Přímé náhrady

Je třeba zdůraznit, že nyní existuje několik standardních formátů pro olověné baterie. Příkladem je U1, standardní tvarový faktor používaný v aplikacích lékařského záložního napájení. Lithium-železo-fosfátová baterie se ukázala jako docela slušná náhrada za olověné. Fosforečnan železitý má vynikající životní cyklus, dobrou vodivost náboje, zlepšenou bezpečnost a nízkou impedanci. Napětí lithium-železofosfátových baterií také dobře odpovídá napětím olověných kyselin (12V a 24V), 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 uchovávají 100% kapacitu při skladování, 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 mohou uchovat tolik energie jako olověná kyselina, což činí tento typ baterií ekonomickým pro mnoho aplikací s vysokým výkonem. Lithium-iontová technologie neustále klesá na ceně a neustálé zlepšování jejich chemické struktury a bezpečnostních systémů z nich dělá důstojného konkurenta olověné technologii. Zařízení pro jejich použití mohou být velmi odlišná, od nepřerušitelných zdrojů energie až po elektrická vozidla a drony.

Lithiové baterie

Lithiové nebo lithium-iontové (Li-ion) baterie se nacházejí především v mobilních telefonech, noteboocích a videokamerách. Výrobky jsou drahé, baterie také, takže s nimi musíte zacházet ještě kompetentněji než s jinými bateriemi. Jaká je tedy síla Lithium-Ion? Fám a mýtů je zde pravděpodobně ještě více. Za prvé, začíná se objevovat samo o sobě, už jen proto, že prodejci zařízení s Li-ion bateriemi nedávají zvláštní slova na rozloučenou, říkají, že baterie je „chytrá“ a udělá vše správně sama. Ale ne sama od sebe. Ostatně případů, kdy majitelé nových notebooků udělali baterii nepoužitelnou za měsíc a pak zaplatili pěkné peníze za novou baterii, je tolik. Lithiové baterie jsou samozřejmě drahé, protože jsou nacpané elektronikou, ale bohužel vás to nezachrání před bláznem.

Znovu vybití

Stejně jako v případě niklových baterií se také lithiové baterie velmi bojí přebíjení a nadměrného vybíjení. Ale jelikož se tyto baterie používají v chytrých zařízeních a jsou vybaveny vlastními nabíječkami, jejich elektronika neumožňuje přebíjení – tedy. nemůžeš se ho bát. Nadměrné vybití je však obtížnější kontrolovat, a proto je nejčastější příčinou předčasného selhání baterie. Samozřejmě, že u drahých a složitých zařízení, jako jsou notebooky, dojde k vypnutí dříve, než napětí klesne na kritickou hodnotu. Z precedentů však vyplývá, že na toto nouzové odstavení je nejlepší pohlížet jako na nouzové opatření, ke kterému je, pokud možno, raději nepřistupovat. Toto je nejdůležitější pravidlo, aby se zabránilo úplnému vybití, protože nízké napětí může vyřadit bezpečnostní obvod. Stává se, že lidé „zabíjejí“ baterie, unášeni tréninkem. Trénink je dobrá věc, ale pro lithiové baterie stačí 2-3 plné cykly.

Lithiové baterie nemají paměťový efekt, takže je lze kdykoli dobít, proto je nejlepší, aby vám baterie po tréninku nedošly. Doporučená spodní hranice je 5–10 %. Kritická spodní hranice jsou 3 %.

Mnoho nedokončených cyklů nebo jeden dokončený

Lithiová baterie má životnost přibližně 300 cyklů. Za plný cyklus se považuje cyklus plného nabití a plného (tj. do cca 3 % kapacity) vybití, nebo naopak. Pokud baterii vybijete na 50% a poté ji nabijete, bude to 1/2 cyklu, pokud je to do 75% a nabijete ji - 1/4 cyklu atd. Takže u telefonů a notebooků je rozdíl ve výhodách mezi plnými a neúplnými cykly odlišný. Na internetu se tvrdošíjně tvrdí, že spousta lidí nabíjela své telefony neúplným vybitím (tedy každý den dobíjeli telefon) a nakonec je zničili. U notebooků je přitom spolehlivě známo, že plné cykly opotřebovávají baterii rychleji než nekompletní. Situace se vyjasní při podrobném zkoumání Li-ion baterií zařízení (viz doplňkové materiály). Ukazuje se, že hodně záleží na ovladači. Je to on, kdo řídí nabíjecí proud, sleduje stav baterie atd. Takže u notebooků je ovladač umístěn v samotné baterii a je upravován systémovými nástroji, jako je kalibrace. U mobilních telefonů je ovladač umístěn v samotném telefonu a nelze jej snadno nastavit. Přestože lithiové baterie nemají paměťový efekt, existuje efekt tzv. „digitální paměti“. Faktem je, že řídicí elektronika nabíjení-vybíjení, umístěná v samotné baterii, funguje nezávisle na zařízení, které baterii využívá. Vnitřní elektronika hlídá úroveň napětí článku, přeruší nabíjení při dosažení nastavené maximální hodnoty (s přihlédnutím ke změně napětí vlivem nabíjecího proudu a teploty baterie), přeruší vybíjení při dosažení kritické hodnoty a hlásí toto „up “ (pro tyto účely velká řada specializovaných mikročipů). Monitorovací systém baterie „nahoře“ vypočítává úroveň nabití na základě informací o okamžicích vypnutí nabíjení a vybíjení baterie a odečtů aktuálního měřicího systému. Pokud jsou však provozní podmínky takové, že před vypnutím hardwaru nebo plným nabitím nedojde k úplnému vybití, nemusí být tyto výpočty po několika cyklech zcela správné - kapacita baterie se časem snižuje a aktuální stavy měřiče nemusí vždy odpovídat skutečnosti . Odchylky obvykle nepřesahují jedno procento pro každý cyklus, pokud během provozu nenastaly závažné změny, například při selhání jednoho z článků baterie. Monitorovací systém má schopnost „učit se“, tedy přepočítat hodnotu celkové kapacity baterie, k tomu je však nutné provést alespoň jeden úplný cyklus nabití-vybití před hardwarovými obvody samotné baterie. aktivovat. Ukazuje se tedy, že při velmi častých cyklech se regulátor ztratí, a proto nesprávně počítá nabití baterie a provádí nesprávné nabíjení, v důsledku čehož se baterie zhoršuje. Na rozdíl od notebooku nelze telefon překalibrovat. V tomto případě zbývá pouze provést několik úplných cyklů, aby se ovladač dal do pořádku. Doporučuji v ideálním případě kombinovat plné a částečné cykly, dodržovat zásadu „zlatého středu“. Osobně jsem to udělal se svým mobilním telefonem - ve výsledku po 2 letech provozu pokles kapacity nebyl větší než 40%, což je norma. Částečně čas také nešetří lithiové baterie – ty se časem opotřebovávají bez ohledu na provoz; jejich stáří je krátké a je rozumné měnit baterie každé 2-3 roky.

Úložný prostor

Když se baterie nepoužívá, doporučuje se ji skladovat na 40% kapacity na chladném místě. Spodní teplotní limit pro skladování a provoz je 00 C. Obecně se lithiové baterie rády nabíjejí, tzn. je lepší je skladovat a uchovávat v nabitém stavu, na rozdíl od niklových. Ale při dlouhodobém skladování maximální nabití stále více opotřebovává baterii, takže 40% nabití je považováno za optimální stav.

Resuscitace baterie

Obecně platí, že pokud je baterie vybitá, je lepší koupit novou, je to nejlogičtější možnost, i když drahá. Spolehlivé recepty na resuscitaci baterií jsem neviděl. Zejména o noteboocích existují skutečné legendy, že lidé oživili zničenou baterii notebooku a vše je s nimi v pořádku. Jeden z nich zní takto: „Musíte úplně vybít baterii, nechte notebook týden; poté baterii plně nabijte a také ji nechte týden; po dvou měsících by měla být kapacita obnovena.

Pro mobilní telefony: kombinujte plné a částečné cykly (v poměru „X3“).
Pro notebooky: co nejméně úplných cyklů (po tréninku).
Pro všechny: doporučuje se udělat 80% cyklů; nedovolte úplné vybití (pod 3 %).

Když se mluví o lithiových bateriích či akumulátorech, většinou si ani neuvědomí, že se jich za posledních pár let objevila téměř desítka, přičemž každé z nich je lithium s různými příměsemi dalších chemických prvků, které se nakonec od každého výrazně liší. jiný.

Podívejme se na jejich typy a začněme klasikou:

Lithium-iontové baterie jsou klasické dobíjecí baterie, ve kterých se ionty lithia pohybují od záporné elektrody ke kladné elektrodě během vybíjení a zpět během nabíjení. Lithium-iontové baterie jsou široce používány ve spotřební elektronice. Jsou jedním z nejoblíbenějších typů dobíjecích baterií pro přenosnou elektroniku, s jednou z nejlepších hustot energie, bez paměťového efektu a pomalou ztrátou nabití, když se nepoužívají (nízké samovybíjení).

Tato řada pokrývá válcové a prizmatické velikosti baterií. Li-ion má nejvyšší hustotu výkonu ze všech starších typů baterií. Velmi nízká hmotnost a dlouhá životnost z něj činí ideální produkt pro mnoho aplikací.

Lithium titanate (lithium titanate) je relativně nová třída lithium-iontových baterií - (více). Vyznačuje se velmi dlouhým životním cyklem, který se měří v tisících cyklů. Titaničitan lithný a olovnatý je také velmi bezpečný a v tomto ohledu srovnatelný s fosforečnanem železitým. Hustota energie je nižší než u jiných lithium-iontových zdrojů a jeho jmenovité napětí je 2,4V.

Tato technologie se vyznačuje velmi rychlým nabíjením, nízkým vnitřním odporem, velmi vysokou životností a výbornou výdrží (i bezpečností). LTO si našlo cestu především v elektromobilech a náramkových hodinkách. V poslední době začíná nacházet uplatnění v mobilních zdravotnických zařízeních pro svou vysokou bezpečnost. Jedním z rysů technologie je, že na anodě používá nanokrystaly místo uhlíku, což poskytuje mnohem efektivnější povrch. Bohužel tato baterie má nižší napětí než jiné typy lithiových baterií.

Zvláštnosti:

• Měrná energie: asi 30-110Wh/kg
• Hustota energie: 177W*H/L
• Měrný výkon: 3 000-5 100 W/kg
• Účinnost vybíjení: asi 85 %; účinnost nabíjení přes 95%
• Energetická cena: 0,5 W / dolar
• Skladovatelnost: >10 let
• Samovybíjení: 2-5%/měsíc
• Trvanlivost: 6000 cyklů až do 90% kapacity
• Jmenovité napětí: 1,9 až 2,4 V
• Teplota: -40 až +55°C
• Způsob nabíjení: Používá stabilní konstantní proud, poté konstantní napětí, dokud nedosáhne prahové hodnoty.

Chemický vzorec: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0,5CoO2(E=2,1 V)

Lithiový polymer má vyšší hustotu energie z hlediska hmotnosti než lithium-iontové baterie. Ve velmi tenkých článcích (do 5 mm) poskytuje lithiový polymer vysokou objemovou hustotu energie. Vynikající stabilita při přepětí a vysokých teplotách.

Tuto řadu akumulátorů je možné vyrábět v rozsahu od 30 do 23000 mA/h, prizmatické a válcové typy těles. Lithiové polymerové baterie mají řadu výhod: větší objemovou hustotu energie, flexibilitu velikosti článků a širší bezpečnostní rozpětí, s vynikající stabilitou napětí i při vysokých teplotách. Hlavní aplikace: přenosné přehrávače, Bluetooth, bezdrátová zařízení, PDA a digitální fotoaparáty, elektrokola, GPS navigace, notebooky, e-čtečky.

Zvláštnosti:

• Jmenovité napětí: 3,7V
• Nabíjecí napětí: 4,2±0,05V
• Nabíjecí proud, rychlost: 0,2-10S
• Mezní vybíjecí napětí: 2,5V
• Rychlost vybíjení: až 50C
• Výdrž v cyklech: 400 cyklů

Fosforečnan lithný má dobré bezpečnostní vlastnosti, dlouhou životnost (až 2000 cyklů) a nízké výrobní náklady. LiFePO4 baterie jsou vhodné pro vysoké vybíjecí proudy, jako je vojenská technika, elektrické nářadí, elektrická kola, mobilní počítače, UPS a solární systémy.

Jako nový anodový materiál pro lithium-iontové baterie byl lifepo4 poprvé představen v roce 1997 a až dosud byl neustále vylepšován. Pozornost odborníků upoutal svou spolehlivou bezpečností, odolností, nízkým dopadem na životní prostředí při likvidaci a pohodlnými charakteristikami nabíjení a vybíjení. Mnoho odborníků tvrdí, že baterie lifepo4 jsou zdaleka nejlepší volbou pro elektroniku s vlastním napájením.

Lithium oxid siřičitý (baterie Li a SO2) - Tyto baterie mají vysokou hustotu energie a dobrou odolnost proti vysokému vybíjení. Takové prvky se používají především ve vojenství, meteorologii a kosmonautice.

Baterie na bázi oxidu siřičitého lithia s kovovou lithiovou anodou (nejlehčí ze všech kovů) a kapalnou katodou obsahující porézní uhlíkový kolektor proudu naplněný oxidem siřičitým (SO2) dodávají napětí 2,9 V a mají válcový tvar.

Zvláštnosti:

• Vysoké provozní napětí, stabilní po většinu výboje
• Extrémně nízké samovybíjení
• Práce v extrémních podmínkách
• Široký rozsah provozních teplot (-55°C až +65°C)

Lithium-oxid manganičitý (Li-MnO2 baterie) - takové baterie mají lithiovou anodu z lehkého kovu a pevnou katodu oxidu manganičitého ponořenou v nekorozivním, netoxickém organickém elektrolytu. Tento typ baterie odpovídá EU RoHS a vyznačuje se velkou kapacitou, vysokou vybíjecí kapacitou a dlouhou životností.

Li-MnO2 je široce používán v záložních zdrojích napájení, nouzových majácích, požárních hlásičích, elektronických systémech kontroly přístupu, digitálních fotoaparátech, lékařském vybavení.

Zvláštnosti:

• Vysoká hustota energie
• Velmi stabilní vybíjecí napětí
• Více než 10 let trvanlivosti
• Provozní teplota: -40 až +60°С

Lithiumthionylchloridové (lithium-SOCl2) baterie mají lehkou lithiovou kovovou anodu a kapalnou katodu obsahující porézní uhlíkový sběrač proudu naplněný thionylchloridem (SOCl2). Li-SOCL2 baterie jsou ideální pro automobilové, lékařské, vojenské a letecké aplikace. Mají nejširší rozsah provozních teplot od -60 do + 150°C.

Zvláštnosti:

• Vysoká hustota energie
• Dlouhá skladovatelnost
• Široký teplotní rozsah
• Dobré těsnění
• stabilní vybíjecí napětí

Li-FeS2 baterie

Li-FeS2 baterie a baterie znamenají disulfid lithný. Informace o nich budou doplněny později.

Je obtížné hodnotit vlastnosti konkrétní nabíječky, aniž bychom pochopili, jak by měl příkladný náboj li-ion baterie vlastně proudit. Než tedy přistoupíme přímo k obvodům, připomeňme si trochu teorie.

Co jsou to lithiové baterie

V závislosti na tom, z jakého materiálu je kladná elektroda lithiové baterie vyrobena, existuje několik druhů:

• s kobaltátovou katodou lithnou;
• s katodou na bázi lithiovaného fosforečnanu železitého;
• na bázi nikl-kobalt-hliník;
• na bázi nikl-kobalt-mangan.

Všechny tyto baterie mají své vlastní vlastnosti, ale protože tyto nuance nemají pro běžného spotřebitele zásadní význam, nebudou v tomto článku brány v úvahu.

Také všechny li-ion baterie jsou vyráběny v různých velikostech a tvarech. Mohou být buď v pouzdrovém provedení (například dnes oblíbené baterie 18650), nebo v laminovaném či prizmatickém provedení (gel-polymerové baterie). Posledně jmenované jsou hermeticky uzavřené sáčky vyrobené ze speciální fólie, ve které jsou umístěny elektrody a elektrodová hmota.

Nejběžnější velikosti li-ion baterií jsou uvedeny v tabulce níže (všechny mají jmenovité napětí 3,7 V):

Vnitřní elektrochemické procesy probíhají stejným způsobem a nezávisí na tvarovém faktoru a výkonu baterie, takže vše níže uvedené platí stejně pro všechny lithiové baterie.

Jak správně nabíjet lithium-iontové baterie

Nejsprávnější způsob nabíjení lithiových baterií je nabíjení ve dvou fázích. Právě tento způsob používá Sony ve všech svých nabíječkách. Navzdory složitějšímu regulátoru nabíjení to poskytuje úplnější nabití li-ion baterií bez snížení jejich životnosti.

Zde hovoříme o dvoustupňovém nabíjecím profilu lithiových baterií, zkráceně CC / CV (konstantní proud, konstantní napětí). Existují také možnosti s pulzními a stupňovitými proudy, ale v tomto článku se o nich neuvažuje. Více o nabíjení pulzním proudem si můžete přečíst.

Podívejme se tedy na obě fáze nabíjení podrobněji.

1. V první fázi musí být zajištěn konstantní nabíjecí proud. Aktuální hodnota je 0,2-0,5C. Pro zrychlené nabíjení je povoleno zvýšit proud až na 0,5-1,0C (kde C je kapacita baterie).

Například pro baterii s kapacitou 3000 mAh je nominální nabíjecí proud v prvním stupni 600-1500 mA a zrychlený nabíjecí proud může být v rozsahu 1,5-3A.

Pro zajištění konstantního nabíjecího proudu dané hodnoty musí být obvod nabíječky (nabíječka) schopen zvýšit napětí na svorkách baterie. Ve skutečnosti v první fázi paměť funguje jako klasický stabilizátor proudu.

Důležité: pokud plánujete nabíjet baterie s vestavěnou ochrannou deskou (PCB), pak se při navrhování obvodu nabíječky musíte ujistit, že napětí naprázdno obvodu nikdy nemůže překročit 6-7 voltů. Jinak může dojít k selhání ochranné desky.

V okamžiku, kdy napětí na baterii stoupne na hodnotu 4,2 voltu, získá baterie přibližně 70-80 % své kapacity (konkrétní hodnota kapacity bude záviset na nabíjecím proudu: při zrychleném nabíjení bude o něco méně , s nominálním poplatkem - o něco více). Tento okamžik je ukončením prvního stupně nabíjení a slouží jako signál pro přechod do druhého (a posledního) stupně.

2. Druhá fáze nabíjení- jedná se o nabíjení baterie konstantním napětím, ale postupně klesajícím (klesajícím) proudem.

V této fázi nabíječka udržuje napětí 4,15-4,25 V na baterii a řídí aktuální hodnotu.

S rostoucí kapacitou se bude nabíjecí proud snižovat. Jakmile jeho hodnota klesne na 0,05-0,01С, proces nabíjení se považuje za dokončený.

Důležitou nuancí při provozu správné nabíječky je její úplné odpojení od baterie po dokončení nabíjení. To je způsobeno tím, že je krajně nežádoucí, aby lithiové baterie byly dlouhodobě pod vysokým napětím, které obvykle zajišťuje nabíječka (tedy 4,18-4,24 voltů). To vede k urychlené degradaci chemického složení baterie a v důsledku toho ke snížení její kapacity. Dlouhý pobyt znamená desítky hodin i více.

Během druhé fáze nabíjení se baterii podaří získat o 0,1-0,15 více své kapacity. Celkové nabití baterie tak dosahuje 90-95 %, což je výborný ukazatel.

Zvažovali jsme dvě hlavní fáze nabíjení. Pokrytí problematiky nabíjení lithiových baterií by však bylo neúplné, kdyby nebyla zmíněna ještě jedna etapa nabíjení – tzv. předem nabít.

Fáze předběžného nabíjení (přednabíjení)- tento stupeň se používá pouze pro hluboce vybité baterie (méně než 2,5 V) pro uvedení do normálního provozního režimu.

V této fázi je nabíjení zajišťováno sníženým konstantním proudem, dokud napětí baterie nedosáhne 2,8 V.

Předstupeň je nutný k zamezení nabobtnání a odtlakování (nebo dokonce výbuchu ohněm) poškozených baterií, které mají například vnitřní zkrat mezi elektrodami. Pokud takovou baterií okamžitě projde velký nabíjecí proud, nevyhnutelně to povede k jejímu zahřátí, a pak jaké štěstí.

Další výhodou přednabíjení je předehřívání baterie, které je důležité při nabíjení při nízkých okolních teplotách (v nevytápěné místnosti v chladném období).

Inteligentní nabíjení by mělo být schopno monitorovat napětí na baterii během předběžné fáze nabíjení, a pokud napětí po dlouhou dobu nestoupá, dojít k závěru, že baterie je vadná.

Všechny fáze nabíjení lithium-iontové baterie (včetně fáze předběžného nabíjení) jsou schematicky znázorněny v tomto grafu:

Překročení jmenovitého nabíjecího napětí o 0,15 V může zkrátit životnost baterie na polovinu. Snížení nabíjecího napětí o 0,1 voltu snižuje kapacitu nabité baterie o cca 10 %, ale výrazně prodlužuje její životnost. Napětí plně nabité baterie po vyjmutí z nabíječky je 4,1-4,15 voltů.

Abychom shrnuli výše uvedené, nastíníme hlavní teze:

1. Jakým proudem nabíjet li-ion baterii (například 18650 nebo jakoukoli jinou)?

Proud bude záviset na tom, jak rychle jej chcete nabíjet, a může se pohybovat od 0,2C do 1C.

Například pro baterii 18650 s kapacitou 3400 mAh je minimální nabíjecí proud 680 mA a maximální 3400 mA.

2. Jak dlouho trvá nabití například stejných dobíjecích baterií 18650?

Doba nabíjení přímo závisí na nabíjecím proudu a počítá se podle vzorce:

T \u003d C / I nabíjím.

Například doba nabíjení naší baterie s kapacitou 3400 mAh s proudem 1A bude asi 3,5 hodiny.

3. Jak správně nabíjet lithium-polymerovou baterii?

Všechny lithiové baterie se nabíjejí stejným způsobem. Nezáleží na tom, zda je to lithium polymer nebo lithium ion. Pro nás spotřebitele v tom není žádný rozdíl.

Co je ochranná deska?

Ochranná deska (neboli PCB - power control board) je určena k ochraně proti zkratu, přebití a nadměrnému vybití lithiové baterie. Do ochranných modulů je zpravidla zabudována také ochrana proti přehřátí.

Z bezpečnostních důvodů je zakázáno používat lithiové baterie v domácích spotřebičích, pokud nemají zabudovanou ochrannou desku. Proto všechny baterie mobilních telefonů mají vždy desku PCB. Výstupní svorky baterie jsou umístěny přímo na desce:

Tyto desky používají šestinohý regulátor nabíjení na specializovaném mikrukh (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 atd. analogy). Úkolem tohoto ovladače je odpojit baterii od zátěže při úplném vybití baterie a odpojit baterii od nabíjení při dosažení 4,25V.

Zde je například schéma desky ochrany baterie BP-6M, která byla dodána se starými telefony Nokia:

Pokud mluvíme o 18650, pak mohou být vyráběny jak s ochrannou deskou, tak bez ní. Ochranný modul je umístěn v oblasti záporného pólu baterie.

Deska zvyšuje délku baterie o 2-3 mm.

Baterie bez modulu PCB se obvykle dodávají s bateriemi s vlastními ochrannými obvody.

Jakoukoli baterii s ochranou lze snadno přeměnit na nechráněnou baterii pouhým vykucháním.

K dnešnímu dni je maximální kapacita baterie 18650 3400 mAh. Baterie s ochranou musí mít na pouzdře odpovídající označení ("Chráněno").

Nezaměňujte desku PCB s modulem PCM (PCM - power charge module). Pokud ty první slouží pouze k ochraně baterie, pak ty druhé jsou určeny k řízení procesu nabíjení – omezují nabíjecí proud na dané úrovni, řídí teplotu a celkově celý proces zajišťují. Deska PCM je to, čemu říkáme regulátor nabíjení.

Doufám, že už nezůstaly žádné otázky, jak nabíjet baterii 18650 nebo jakoukoli jinou lithiovou baterii? Poté se zaměříme na malý výběr hotových obvodových řešení pro nabíječky (stejné regulátory nabíjení).

Schémata nabíjení pro li-ion baterie

Všechny obvody jsou vhodné pro nabíjení libovolné lithiové baterie, zbývá pouze rozhodnout o nabíjecím proudu a základně prvku.

LM317

Schéma jednoduché nabíječky založené na čipu LM317 s indikátorem nabití:

Zapojení je jednoduché, celé nastavení spočívá v nastavení výstupního napětí na 4,2 V pomocí trimrového rezistoru R8 (bez připojené baterie!) a nastavení nabíjecího proudu volbou rezistorů R4, R6. Výkon rezistoru R1 je minimálně 1 watt.

Jakmile LED zhasne, lze proces nabíjení považovat za ukončený (nabíjecí proud nikdy neklesne na nulu). Po úplném nabití se nedoporučuje nechávat baterii v tomto nabití dlouhou dobu.

Čip lm317 je široce používán v různých stabilizátorech napětí a proudu (v závislosti na spínacím obvodu). Prodává se na každém rohu a obecně stojí cent (můžete si vzít 10 kusů za pouhých 55 rublů).

LM317 přichází v různých případech:

Přiřazení pinu (pinout):

Analogy čipu LM317 jsou: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (poslední dva jsou domácí výroby).

Nabíjecí proud lze zvýšit až na 3A, pokud místo LM317 vezmete LM350. Je pravda, že to bude dražší - 11 rublů / kus.

Deska s plošnými spoji a sestava obvodů jsou zobrazeny níže:

Starý sovětský tranzistor KT361 lze nahradit podobným tranzistorem p-n-p (například KT3107, KT3108 nebo buržoazní 2N5086, 2SA733, BC308A). Pokud indikátor nabití nepotřebujete, lze jej zcela odstranit.

Nevýhoda obvodu: napájecí napětí musí být v rozmezí 8-12V. To je způsobeno skutečností, že pro normální provoz mikroobvodu LM317 musí být rozdíl mezi napětím baterie a napájecím napětím alespoň 4,25 voltů. Nebude tedy možné jej napájet z USB portu.

MAX1555 nebo MAX1551

MAX1551/MAX1555 jsou specializované nabíječky pro Li+ baterie, které mohou pracovat z USB nebo ze samostatného napájecího adaptéru (například nabíječky telefonu).

Jediný rozdíl mezi těmito mikroobvody je v tom, že MAX1555 dává signál pro indikátor průběhu nabíjení a MAX1551 - signál, že je napájení zapnuto. Tito. 1555 je stále výhodnější ve většině případů, takže 1551 je nyní těžké najít na prodej.

Podrobný popis těchto čipů od výrobce -.

Maximální vstupní napětí z DC adaptéru je 7 V, při napájení z USB je to 6 V. Při poklesu napájecího napětí na 3,52 V se mikroobvod vypne a nabíjení se zastaví.

Mikroobvod sám detekuje, na kterém vstupu je napájecí napětí a je k němu připojen. Pokud je napájení dodáváno přes USB sběrnici, pak je maximální nabíjecí proud omezen na 100 mA - to umožňuje zapojit nabíječku do USB portu libovolného počítače bez obav ze spálení jižního můstku.

Při napájení ze samostatného zdroje je typický nabíjecí proud 280 mA.

Čipy mají zabudovanou ochranu proti přehřátí. Ale i v tomto případě obvod nadále funguje a snižuje nabíjecí proud o 17 mA na každý stupeň nad 110 °C.

K dispozici je funkce předběžného nabíjení (viz výše): pokud je napětí baterie nižší než 3V, mikroobvod omezí nabíjecí proud na 40 mA.

Mikroobvod má 5 pinů. Zde je typické schéma zapojení:

Pokud existuje záruka, že napětí na výstupu vašeho adaptéru nemůže za žádných okolností překročit 7 voltů, pak se bez stabilizátoru 7805 obejdete.

Na tomto lze sestavit například možnost USB nabíjení.

Mikroobvod nepotřebuje žádné externí diody ani externí tranzistory. Obecně, samozřejmě, elegantní mikruhi! Pouze jsou příliš malé, je nepohodlné pájet. A jsou stále drahé ().

LP2951

Stabilizátor LP2951 vyrábí společnost National Semiconductors (). Poskytuje implementaci vestavěné funkce omezení proudu a umožňuje generovat stabilní úroveň nabíjecího napětí pro lithium-iontovou baterii na výstupu obvodu.

Hodnota nabíjecího napětí je 4,08 - 4,26 V a nastavuje se odporem R3 při odpojení baterie. Napětí je velmi přesné.

Nabíjecí proud je 150 - 300mA, tato hodnota je omezena vnitřními obvody čipu LP2951 (záleží na výrobci).

Použijte diodu s malým zpětným proudem. Může to být například jakákoliv řada 1N400X, kterou můžete získat. Dioda se používá jako blokovací dioda zabraňující zpětnému proudu z baterie do čipu LP2951 při vypnutí vstupního napětí.

Tato nabíječka produkuje poměrně nízký nabíjecí proud, takže jakoukoli baterii 18650 lze nabíjet celou noc.

Mikroobvod lze zakoupit jak v balíčku DIP, tak v balíčku SOIC (cena je asi 10 rublů za kus).

MCP73831

Čip vám umožní vytvořit správné nabíječky, kromě toho je levnější než medializovaný MAX1555.

Typický spínací obvod je převzat z:

Důležitou výhodou obvodu je absence nízkoodporových výkonných rezistorů, které omezují nabíjecí proud. Zde se proud nastavuje odporem připojeným k 5. výstupu mikroobvodu. Jeho odpor by měl být v rozmezí 2-10 kOhm.

Sestava nabíječky vypadá takto:

Mikroobvod se během provozu docela dobře zahřívá, ale nezdá se, že by to rušilo. Plní svou funkci.

Zde je další varianta PCB s smd LED a micro usb konektorem:

LTC4054 (STC4054)

Velmi jednoduché, skvělý nápad! Umožňuje nabíjení proudem až 800 mA (viz). Je pravda, že má tendenci se velmi zahřívat, ale v tomto případě vestavěná ochrana proti přehřátí snižuje proud.

Obvod lze značně zjednodušit vyhozením jedné nebo i obou LED s tranzistorem. Pak to bude vypadat takto (souhlas, není nikde jednodušší: pár rezistorů a jeden konder):

Jedna z možností PCB je dostupná na . Deska je určena pro prvky velikosti 0805.

I=1000/R. Neměli byste hned nastavit velký proud, nejprve se podívejte, jak moc se mikroobvod zahřeje. Pro mé účely jsem vzal odpor 2,7 kOhm, zatímco nabíjecí proud se ukázal být asi 360 mA.

Je nepravděpodobné, že by radiátor mohl být přizpůsoben tomuto mikroobvodu, a není skutečností, že bude účinný kvůli vysokému tepelnému odporu přechodu krystal-pouzdro. Výrobce doporučuje udělat chladič "přes vývody" - udělat dráhy co nejtlustší a nechat fólii pod pouzdrem mikroobvodu. A obecně platí, že čím více "zemní" fólie zbude, tím lépe.

Mimochodem, většina tepla je odváděna přes 3. nohu, takže tuto dráhu můžete udělat velmi širokou a tlustou (naplňte ji přebytečnou pájkou).

Balíček čipu LTC4054 může být označen LTH7 nebo LTADY.

LTH7 se od LTADY liší tím, že první dokáže zvednout velmi vybitou baterii (na které je napětí menší než 2,9 voltu), zatímco druhý nikoli (je třeba ji rozhoupat samostatně).

Čip vyšel velmi úspěšně, takže má spoustu analogů: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM40854, WPM4081, V81054, YPT661, IT45612, IT456054 S610 2, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Před použitím některého z analogů si prohlédněte katalogové listy.

TP4056

Mikroobvod je vyroben v obalu SOP-8 (viz), na břiše má kovový chladič, který není spojen s kontakty, což umožňuje efektivněji odvádět teplo. Umožňuje nabíjet baterii proudem až 1A (proud závisí na odporu nastavení proudu).

Schéma zapojení vyžaduje minimum příloh:

Obvod realizuje klasický proces nabíjení - nejprve nabíjejte konstantním proudem, poté konstantním napětím a klesajícím proudem. Všechno je vědecké. Pokud nabíjení rozeberete krok za krokem, můžete rozlišit několik fází:

1. Sledování napětí připojené baterie (toto se děje neustále).
2. Stupeň předběžného nabití (pokud je baterie vybitá pod 2,9 V). Nabíjecí proud 1/10 z naprogramovaného odporu R prog (100 mA při R prog = 1,2 kOhm) na úroveň 2,9 V.
3. Nabíjení maximálním konstantním proudem (1000 mA při R prog = 1,2 kOhm);
4. Když baterie dosáhne 4,2 V, napětí baterie je pevně na této úrovni. Začíná postupný pokles nabíjecího proudu.
5. Když proud dosáhne 1/10 R prog naprogramovaného rezistorem (100 mA při R prog = 1,2 kOhm), nabíječka se vypne.
6. Po dokončení nabíjení regulátor pokračuje ve sledování napětí baterie (viz bod 1). Proud spotřebovaný monitorovacím obvodem je 2-3 μA. Po poklesu napětí na 4,0 V se nabíjení znovu zapne. A tak v kruhu.

Nabíjecí proud (v ampérech) se vypočítá podle vzorce I=1200/R prog. Povolené maximum je 1000 mA.

Reálný test nabíjení s baterií 18650 na 3400 mAh ukazuje graf:

Výhodou mikroobvodu je, že nabíjecí proud je nastaven pouze jedním rezistorem. Výkonné nízkoodporové odpory nejsou nutné. Navíc je zde indikátor průběhu nabíjení a také indikace konce nabíjení. Pokud není baterie připojena, indikátor jednou za několik sekund zabliká.

Napájecí napětí obvodu musí ležet v rozmezí 4,5 ... 8 voltů. Čím blíže k 4,5V - tím lépe (čip se tedy méně zahřívá).

První větev slouží k připojení teplotního čidla zabudovaného do lithium-iontové baterie (obvykle střední vývod baterie mobilního telefonu). Pokud je výstupní napětí pod 45 % nebo nad 80 % napájecího napětí, nabíjení se přeruší. Pokud nepotřebujete regulaci teploty, stačí položit tu nohu na zem.

Pozornost! Tento obvod má jednu významnou nevýhodu: nepřítomnost obvodu ochrany proti zpětnému chodu baterie. V tomto případě je zaručeno spálení regulátoru kvůli překročení maximálního proudu. V tomto případě napájecí napětí obvodu přímo dopadá na baterii, což je velmi nebezpečné.

Těsnění je jednoduché, hotové za hodinu na koleni. Pokud čas trpí, můžete si objednat hotové moduly. Někteří výrobci hotových modulů přidávají ochranu proti nadproudu a nadměrnému vybití (můžete si například vybrat, jakou desku potřebujete - s ochranou nebo bez ní a s jakým konektorem).

Sehnat lze i hotové desky s kontaktem na teplotní čidlo. Nebo dokonce nabíjecí modul s více čipy TP4056 paralelně pro zvýšení nabíjecího proudu a s ochranou proti přepólování (příklad).

LTC1734

Je to také velmi jednoduchý design. Nabíjecí proud se nastavuje odporem R prog (např. pokud vložíte odpor 3 kΩ, proud bude 500 mA).

Mikroobvody bývají na pouzdře označeny: LTRG (často je lze nalézt ve starých telefonech od Samsungu).

Tranzistor je vhodný pro jakékoli p-n-p obecně, hlavní je, že je určen pro daný nabíjecí proud.

Na tomto schématu není žádný indikátor nabití, ale na LTC1734 se říká, že pin "4" (Prog) má dvě funkce - nastavení proudu a sledování konce nabíjení baterie. Je například znázorněn obvod s řízením konce nabíjení pomocí komparátoru LT1716.

Komparátor LT1716 lze v tomto případě nahradit levným LM358.

TL431 + tranzistor

Z dostupnějších součástek asi těžko vymyslíte obvod. Zde je nejobtížnější najít zdroj referenčního napětí TL431. Ale jsou tak běžné, že se nacházejí téměř všude (zřídka to, co zdroj energie dělá bez tohoto mikroobvodu).

No a tranzistor TIP41 lze nahradit jakýmkoli jiným s vhodným kolektorovým proudem. Postačí i stará sovětská KT819, KT805 (nebo méně výkonná KT815, KT817).

Nastavení obvodu spočívá v nastavení výstupního napětí (bez baterie!!!) pomocí trimru na úrovni 4,2 voltu. Rezistor R1 nastavuje maximální hodnotu nabíjecího proudu.

Toto schéma plně implementuje dvoustupňový proces nabíjení lithiových baterií - nejprve nabíjení stejnosměrným proudem, poté přechod do fáze stabilizace napětí a plynulý pokles proudu téměř na nulu. Jedinou nevýhodou je špatná opakovatelnost obvodu (vrtošivá v nastavení a náročná na použité komponenty).

MCP73812

Existuje další nezaslouženě opomíjený mikročip od Microchip - MCP73812 (viz). Na základě toho získáte velmi rozpočtovou možnost nabíjení (a levnou!). Celá sada je pouze jeden odpor!

Mimochodem, mikroobvod je vyroben v pouzdře vhodném pro pájení - SOT23-5.

Jediným negativem je, že se velmi zahřívá a není zde žádná indikace nabití. Taky to nějak nefunguje moc spolehlivě, pokud máte zdroj s malým výkonem (který dává úbytek napětí).

Obecně platí, že pokud pro vás indikace nabití není důležitá a vyhovuje vám proud 500 mA, pak je MCP73812 velmi dobrou volbou.

NCP1835

Nabízí se plně integrované řešení - NCP1835B, poskytující vysokou stabilitu nabíjecího napětí (4,2 ± 0,05 V).

Snad jedinou nevýhodou tohoto mikroobvodu jsou příliš malé rozměry (balení DFN-10, rozměr 3x3 mm). Ne každý je schopen zajistit kvalitní pájení takových miniaturních prvků.

Z nesporných výhod bych rád poznamenal následující:

1. Minimální počet dílů karoserie.
2. Schopnost nabíjet zcela vybitou baterii (přednabíjecí proud 30 mA);
3. Definice konce nabíjení.
4. Programovatelný nabíjecí proud - až 1000 mA.
5. Indikace nabití a chyb (schopná detekovat nedobíjecí baterie a signalizovat to).
6. Dlouhodobá ochrana nabíjení (změnou kapacity kondenzátoru C t lze nastavit maximální dobu nabíjení od 6,6 do 784 minut).

Náklady na mikroobvod nejsou tak levné, ale ne tak velké (~ 1 $), aby je odmítli používat. Pokud jste přátelé s páječkou, doporučil bych se rozhodnout pro tuto možnost.

Podrobnější popis je v .

Je možné nabíjet lithium-iontovou baterii bez ovladače?

Ano můžeš. To však bude vyžadovat přísnou kontrolu nad nabíjecím proudem a napětím.

Obecně platí, že nabíjení baterie, například naší 18650 bez nabíječky, nebude fungovat vůbec. Je potřeba ještě nějak omezit maximální nabíjecí proud, tedy alespoň tu nejprimitivnější paměť, ale stále potřebnou.

Nejjednodušší nabíječka pro jakoukoli lithiovou baterii je odpor v sérii s baterií:

Odpor a ztrátový výkon rezistoru závisí na napětí napájecího zdroje, který bude použit pro nabíjení.

Pojďme jako příklad vypočítat odpor pro 5voltový zdroj. Nabíjet budeme baterii 18650 s kapacitou 2400 mAh.

Takže na samém začátku nabíjení bude pokles napětí na rezistoru:

U r \u003d 5–2,8 \u003d 2,2 V

Předpokládejme, že náš 5V napájecí zdroj je dimenzován na maximální proud 1A. Největší proud spotřebuje obvod na samém začátku nabíjení, kdy je napětí na baterii minimální a je 2,7-2,8 V.

Pozor: tyto výpočty neberou v úvahu možnost, že baterie může být velmi hluboko vybitá a napětí na ní může být mnohem nižší, až nulové.

Odpor rezistoru potřebný k omezení proudu na samém začátku nabíjení na úrovni 1 ampér by tedy měl být:

R = U/I = 2,2/1 = 2,2 ohm

Ztrátový výkon rezistoru:

P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2,2 \u003d 2,2 W

Na samém konci nabíjení baterie, když se napětí na ní blíží 4,2 V, bude nabíjecí proud:

Nabíjím \u003d (U un - 4,2) / R \u003d (5 - 4,2) / 2,2 \u003d 0,3 A

To znamená, jak vidíme, všechny hodnoty nepřekračují povolené limity pro danou baterii: počáteční proud nepřekračuje maximální povolený nabíjecí proud pro danou baterii (2,4 A) a konečný proud přesahuje proud, při kterém již baterie nezíská kapacitu ( 0,24 A).

Hlavní nevýhodou takového nabíjení je nutnost neustále sledovat napětí na baterii. A ručně vypněte nabíjení, jakmile napětí dosáhne 4,2 V. Lithiové baterie totiž příliš dobře nesnášejí ani krátkodobé přepětí – hmoty elektrod začnou rychle degradovat, což nevyhnutelně vede ke ztrátě kapacity. Zároveň jsou vytvořeny všechny předpoklady pro přehřívání a odtlakování.

Pokud má vaše baterie vestavěnou ochrannou desku, o které se hovořilo o něco výše, pak je vše zjednodušeno. Po dosažení určitého napětí na baterii ji samotná deska odpojí od nabíječky. Tento způsob nabíjení má však značné nevýhody, o kterých jsme hovořili v.

Ochrana zabudovaná v baterii nedovolí její dobíjení za žádných okolností. Na vás zbývá pouze řídit nabíjecí proud tak, aby nepřekračoval povolené hodnoty pro tuto baterii (ochranné desky bohužel nabíjecí proud omezit neumí).

Nabíjení pomocí laboratorního zdroje

Pokud máte k dispozici napájecí zdroj s proudovou ochranou (omezením), jste zachráněni! Takový napájecí zdroj je již plnohodnotnou nabíječkou, která implementuje správný nabíjecí profil, o kterém jsme psali výše (CC / CV).

Pro nabíjení li-ion stačí nastavit napájení na 4,2 voltu a nastavit požadovaný proudový limit. A můžete připojit baterii.

Zpočátku, když je baterie stále vybitá, bude laboratorní zdroj pracovat v režimu proudové ochrany (tj. bude stabilizovat výstupní proud na dané úrovni). Poté, když napětí na bance stoupne na nastavených 4,2V, zdroj přejde do režimu stabilizace napětí a proud začne klesat.

Když proud klesne na 0,05-0,1C, lze baterii považovat za plně nabitou.

Jak můžete vidět, laboratorní PSU je téměř dokonalá nabíječka! Jediné, co neumí automaticky, je rozhodnout se plně nabít baterii a vypnout. To je ale drobnost, která ani nestojí za pozornost.

Jak nabíjet lithiové baterie?

A pokud se bavíme o jednorázové baterii, která není určena k dobíjení, tak správná (a jediná správná) odpověď na tuto otázku je NE.

Faktem je, že jakákoli lithiová baterie (například běžná CR2032 ve formě ploché tablety) se vyznačuje přítomností vnitřní pasivační vrstvy, která pokrývá lithiovou anodu. Tato vrstva zabraňuje tomu, aby anoda chemicky reagovala s elektrolytem. A přívod vnějšího proudu ničí výše uvedenou ochrannou vrstvu, což vede k poškození baterie.

Mimochodem, pokud mluvíme o nedobíjecí baterii CR2032, tedy LIR2032, která je jí velmi podobná, je již plnohodnotnou baterií. Může a měl by být dobíjen. Jen její napětí není 3, ale 3,6V.

Jak nabíjet lithiové baterie (ať už jde o baterii telefonu, 18650 nebo jakoukoli jinou li-ion baterii) bylo probráno na začátku článku.

Kde koupit chipsy?

Dá se samozřejmě koupit v Chip-Deep, ale je to tam drahé. Beru ho proto vždy v jednom velmi tajném obchodě)) Nejdůležitější je vybrat si správného prodejce, objednávka pak přijde rychle a jistě.

Pro vaše pohodlí jsem shromáždil nejspolehlivější prodejce do jedné tabulky, použijte ji pro své zdraví:

Lithiová baterie je bezpečné a energeticky náročné zařízení. Jeho hlavní výhodou je práce bez nabíjení po dlouhou dobu. Dokáže fungovat i při nejnižších teplotách. Díky své schopnosti ukládat energii je lithiová baterie lepší než ostatní typy. Proto se jejich produkce každým rokem zvyšuje. Mohou mít dva tvary: válcový a hranolový.

aplikace

Jsou široce používány v počítačích, mobilních telefonech a další technice. Nabíječky lithiových baterií mají provozní napětí 4 V. Nejdůležitější výhodou je provoz v širokém teplotním rozsahu, který se pohybuje od -20°C do +60°C. K dnešnímu dni existují baterie, které mohou fungovat při teplotách pod -30 ° C. Každý rok se vývojáři snaží zvýšit pozitivní i negativní teplotní rozsahy.

Nejprve ztrácí lithiová baterie asi 5 % své kapacity a toto číslo se každým měsícem zvyšuje. Tento indikátor je lepší než u jiných zástupců baterií. V závislosti na nabíjecím napětí mohou vydržet od 500 do 1000 cyklů.

Typy lithiových baterií

Existují takové typy lithiových baterií, které se nacházejí v různých oblastech domácích a průmyslových zařízení:

• lithium-iontové - pro hlavní nebo záložní napájení, přepravu, elektrické nářadí;
• nikl-sůl - silniční a železniční doprava;
• nikl-kadmium - stavba lodí a letadel;
• železo-nikl - napájecí zdroj;
• nikl-vodík - prostor;
• nikl-zinek - fotoaparáty;
• stříbro-zinek - vojenský průmysl atd.

Hlavním typem jsou lithium-iontové baterie. Používají se v oblastech napájení, elektrického nářadí, telefonů atd. Baterie mohou pracovat při teplotách od -20 ºС do +40 ºС, ale probíhá vývoj, aby se tyto rozsahy zvýšily.

Při napětí pouze 4 V vzniká dostatečné množství měrného tepla.

Dělí se na různé podtypy, které se od sebe liší složením katody. Mění se nahrazením grafitu nebo přidáním speciálních látek.

Lithiové baterie: zařízení

Zpravidla se taková zařízení vyrábí v prizmatickém tvaru, ale existují i ​​modely ve válcovém pouzdře. Vnitřní část tvoří elektrody nebo separátory. Tělo je vyrobeno z oceli nebo hliníku. Kontakty jsou zobrazeny na krytu baterie a musí být izolovány. prizmatické baterie obsahují určitý počet desek. Jsou naskládány na sebe. Pro zajištění dodatečné bezpečnosti má lithiová baterie speciální zařízení. Je umístěn uvnitř a slouží k ovládání pracovního postupu.

V případě nebezpečných situací zařízení odpojí baterii. Zařízení je navíc opatřeno vnější ochranou. Pouzdro je absolutně utěsněné, takže nedochází k úniku elektrolytu ani vnikání vody. Elektrický náboj se objevuje díky iontům lithia, které interagují s krystalovou mřížkou jiných prvků.

Šroubovák s lithiovou baterií

Lze do něj instalovat tři typy baterií, které se liší složením katody:

• kobalt-lithium;
• ferofosfát lithný;
• lithium mangan.

Šroubovák s lithiovou baterií se od ostatních liší nízkou úrovní samovybíjení. Další důležitou výhodou je, že nevyžaduje údržbu. Pokud se lithiová baterie rozbije, lze ji vyhodit, protože nepoškozuje člověka ani životní prostředí. Jediným negativem je nízké nabíjení lithiových baterií a také vysoké požadavky na bezpečnost. Je obtížné jej nabíjet při nízkých teplotách.

Hlavní charakteristiky

Provoz šroubováku, stav jeho výkonu a doba možného provozu závisí na technických vlastnostech. Mezi další technické ukazatele patří:

• napětí jedné baterie v zařízení může být v rozmezí od 3 do 5 V;
• ukazatel maximální energetické náročnosti dosahuje 400 Wh / l;
• ztráta vlastního náboje o 5 % a časem o 20 %;
• komplexní režim nabíjení;
• baterie je plně nabitá za 2 hodiny;
• odpor od 5 do 15 mOhm / Ah;
• počet cyklů je 1000krát;
• životnost - od 3 do 5 let;
• použití různých typů proudu pro určité kapacity baterií, například kapacita 65 ºС - používá se stejnosměrný proud.

Výroba

Většina výrobců usiluje o to, aby elektrické nářadí bylo pokročilejší a v souladu s moderní technologií.

K tomu je nutné v návrhu zajistit dobré baterie. Nejoblíbenější výrobci jsou:

1. společnost Bosch. Lithiová baterie je vyrobena pomocí nové technologie ECP. Je to ona, kdo řídí vybíjení zařízení. Další z jeho užitečných vlastností je ochrana proti přehřátí. Při vysokém výkonu speciální zařízení snižuje teplotu. Konstrukce baterie poskytuje otvory, které slouží jako ventilace a chlazení baterie. Další technologií je Charge, díky které je nabíjení mnohem rychlejší. Kromě toho Bosch vyrábí baterie pro různé elektrické nářadí. Mnoho uživatelů zanechává dobré recenze o této společnosti.
2. Společnost Makita. Vyrábí vlastní mikroobvody, které řídí veškerý výkon a procesy v baterii, například teplotu, obsah nabití. Díky tomu si můžete zvolit režim nabíjení a dobu jeho realizace. Takové mikroobvody prodlužují životnost. Baterie jsou vyrobeny s dostatečně výkonným tělem, takže nejsou vystaveny mechanickému namáhání.
3. Společnost Hitachi. Díky nejnovější technologii je snížena hmotnost a celkové rozměry baterie. Proto se elektrické nářadí stává lehkým a mobilním.

Provozní vlastnosti

Při používání baterie musíte dodržovat následující pravidla:

1. Není třeba používat lithiovou baterii pro jednotlivé nechráněné články a kupovat levné čínské díly. Takové zařízení nebude bezpečné, protože nebude existovat žádný systém, který by chránil před zkraty a zvýšenými teplotami. To znamená, že při výrazném přehřátí může baterie explodovat a její životnost bude mnohem kratší.
2. Nezahřívejte baterii. Jak teplota stoupá, tlak uvnitř zařízení stoupá. Tyto akce povedou k explozi. Není tedy nutné otevírat horní kryt baterie a umisťovat ji na místa vystavená slunečnímu záření. Takové akce zkrátí životnost.
3. Nepřivádějte další zdroje elektřiny ke kontaktům v horní části krytu, protože by mohlo dojít ke zkratu. Vestavěné ochranné systémy v této věci vždy nepomohou.
4. Baterii je nutné nabíjet při dodržení všech pravidel. Při nabíjení byste měli používat ty, které rovnoměrně rozdělují proud.
5. Postup pro nabíjení baterie se provádí při kladné teplotě.
6. Pokud bylo nutné připojit několik lithiových baterií, musíte použít modely stejného výrobce a podobné technické vlastnosti.
7. Lithiové baterie skladujte na suchém místě, které není vystaveno slunečnímu záření s teplotou vyšší než 5 ºС. Pokud je zařízení vystaveno vysokým teplotám, nabíjení se sníží. Před uskladněním v zimní sezóně se baterie nabije na 50 % své kapacity. Je třeba dbát na to, aby baterie nebyla zcela vybitá. Pokud k tomu dojde, okamžitě jej nabijte. Pokud se na pouzdře objeví mechanické poškození, stejně jako známky rzi, zařízení nelze použít.
8. Pokud během provozu dojde k výraznému přehřátí baterie, vzhledu kouře, měli byste ji okamžitě přestat používat. Poté přemístěte poškozené zařízení na bezpečné místo. Pokud se látka uvolňuje z těla, pak se nesmí dostat do kontaktu s kůží nebo jinými orgány.
9. Lithiové baterie nevyhazujte ani nespalujte. K jejich likvidaci dochází v případě mechanického poškození karoserie, výbuchů nebo vniknutí vody či páry.

O ohni

Pokud dojde k vznícení lithiové baterie, nelze ji uhasit vodou a hasicím přístrojem – oxid uhličitý a voda mohou reagovat s lithiem. K uhašení byste měli použít písek, sůl a také hustou látkou.

Proces nabíjení

Lithiová baterie, jejíž nabíječka je napojena na stejnosměrný proud, se nabíjí napětím 5 V a více.

Zároveň je tu mínus - jsou nestabilní vůči přebíjení. Zvýšení teploty uvnitř krytu vede k jeho poškození.

Návod k použití uvádí zvláštní úroveň. Když je dosaženo, mělo by být nabito. Pokud při nabíjení zvýšíte napětí, vlastnosti lithiové baterie se výrazně sníží.

Jak již bylo řečeno, baterie je stará 3 roky. Pro zachování této doby je nutné dodržovat podmínky provozu, nabíjení a skladování. Navíc musí neustále fungovat a nesmí se skladovat.

Předražení

Konstrukce baterie zajišťuje systém dobíjení, takže nabíječku nelze vypnout a nemusíte se bát, že se složení uvnitř uvaří, jako se to stává u autobaterií.

Pokud má být zařízení skladováno déle než jeden měsíc, musí být zcela vybito. Tím se výrazně prodlouží životnost.

Cena

Cena lithium-iontové baterie závisí na kapacitě a specifikacích.

V průměru se pohybuje od 100 do 500 rublů. Navzdory těmto nákladům mnoho uživatelů zanechává pozitivní recenze. Mezi pozitivní aspekty patří široký rozsah provozních teplot, vysoký výkon a schopnost pracovat více než 1000 cyklů (cca 3 roky intenzivního používání). Zařízení jsou široce používána v různých oblastech, takže jejich výhody ocení každý.

Takže jsme zjistili, co jsou lithiové baterie.