Lityum iyon piller neden bu kadar erken ölüyor? Modern lityum pil türleri

Lityum-iyon (Li-iyon) piller için tüketici pazarı, yaklaşık 10 milyar dolar gibi çok büyük ve yılda yalnızca %2 büyüyerek oldukça dirençli. Peki ya elektrikli arabalar, soruyorsunuz? Nitekim önümüzdeki yıllarda elektrikli araçların gelişmesi nedeniyle lityum iyon pillerin yıllık büyüme oranının %10 olacağı tahmin ediliyor. Şaşırtıcı bir şekilde, Li-ion pil pazarı için en büyük büyüme alanı hala cep telefonlarından forkliftlere kadar "geri kalan her şey".

Lityum-iyon piller için "diğer" uygulamaların ortak bir noktası vardır - bunlar, mühürlü kurşun asit (SLA) pillerle çalışan cihazlardır. Kurşun asitli aküler, yaklaşık 200 yıldır elektronik pazarında liderliği elinde tutuyor, ancak lityum-iyon piller tarafından birkaç yıl boyunca pazarın dışına itildi. Çoğu durumda lityum-iyon piller kurşun-asit pillerin (akümülatörlerin) yerini almaya başladığından, geleneksel SLA cihazları yerine Li-ion kullanmanın ana teknik özelliklerini ve ekonomik fizibilitesini vurgulayarak bu iki tür enerji depolama cihazını karşılaştırmaya değer. .

Pil uygulamalarının geçmişi

Kurşun asitli pil, 1850'lerde ticari kullanım için geliştirilen ilk şarj edilebilir pildi. 150 yılı aşkın oldukça makul bir yaşa rağmen, modern cihazlarda hala aktif olarak kullanılmaktadırlar. Dahası, modern teknolojilerle idare etmenin oldukça mümkün göründüğü uygulamalarda aktif olarak kullanılıyorlar. Kesintisiz güç kaynakları (UPS), golf arabaları veya forkliftler gibi bazı yaygın cihazlar SSC'leri yoğun şekilde kullanır. Şaşırtıcı bir şekilde, bazı nişler ve projeler için kurşun asit pil pazarı hala büyüyor.

Kurşun asit teknolojisindeki ilk, oldukça somut yenilik, 1970'lerde kapalı SBC'lerin veya bakım gerektirmeyen SBC'lerin icadıyla geldi. Bu modernizasyon, pilleri şarj ederken / boşaltırken gazları boşaltmak için özel valflerin ortaya çıkmasından oluşuyordu. Ek olarak, nemlendirilmiş bir ayırıcının kullanılması, pilin elektrolit sızıntısı olmadan eğimli bir konumda çalışmasını mümkün kılmıştır.

SKB veya İngilizce. SLA'lar genellikle türe veya uygulamaya göre sınıflandırılır. Şu anda en yaygın iki tür vardır: Valf ayarlı kurşun asit (VRLA) olarak da bilinen jel ve emici cam mat (AGM). AGM aküleri küçük UPS'ler, acil durum ışıkları ve tekerlekli sandalyeler için kullanılırken VRLA baz istasyonları, internet merkezleri ve forkliftler için yedek güç gibi daha büyük uygulamalar içindir. Kurşun asitli aküler ayrıca aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılabilir: otomotiv (marş motoru veya SLI - çalıştırma, aydınlatma, ateşleme); çekiş (çekiş veya derin döngü); sabit (kesintisiz güç kaynakları). Tüm bu uygulamalarda SLA'ların ana dezavantajı yaşam döngüsüdür - tekrar tekrar boşaltılırlarsa ciddi şekilde hasar görürler.

Şaşırtıcı bir şekilde, kurşun asitli aküler, 1980'lerde lityum-iyon pillerin ortaya çıkmasına kadar, onlarca yıldır pil pazarında tartışmasız liderdi. Bir lityum-iyon pil, lityum iyonlarının deşarj sırasında negatif elektrottan pozitife ve şarj sırasında tersi yönde hareket ettiği şarj edilebilir bir hücredir. Lityum-iyon piller ara katkılı lityum bileşikleri kullanır ancak tek kullanımlık pillerde kullanılan lityum metali içermez.

Lityum-iyon pil ilk olarak 1970'lerde icat edildi. 1980'lerde, kobalt oksit katotlu bir pilin ilk ticari versiyonu piyasaya sürüldü. Bu tür bir cihaz, nikel bazlı sistemlere kıyasla önemli ölçüde daha fazla ağırlık ve kapasite kapasitesine sahipti. Yeni lityum iyon piller, cep telefonu ve dizüstü bilgisayar pazarının büyük büyümesine katkıda bulundu. Başlangıçta, güvenlik endişeleri nedeniyle, hücre oluşturma yeniliklerine ek olarak kobalt oksit katot malzemesine nikel bazlı ve manganez bazlı eklemeler içeren daha güvenli seçenekler sunuldu.

Piyasadaki ilk lityum-iyon piller sert alüminyum veya çelik kutulardaydı ve tipik olarak yalnızca birkaç silindirik veya prizmatik (tuğla biçimli) form faktöründe geldi. Bununla birlikte, lityum iyon teknolojisinin uygulama yelpazesinin genişlemesiyle bunların genel boyutları da değişmeye başladı.

Örneğin, dizüstü bilgisayarlarda ve cep telefonlarında eski teknolojinin daha ucuz sürümleri kullanılmaktadır. Modern ince lityum polimer hücreler akıllı telefonlarda, tabletlerde ve giyilebilir cihazlarda kullanılmaktadır. Şu anda, lityum iyon piller elektrikli el aletlerinde, elektrikli bisikletlerde ve diğer cihazlarda kullanılmaktadır. Bu varyasyon, genel ve güç performansını iyileştirmeyi amaçlayan daha fazla yeni uygulamada kurşun asitli cihazların tamamen değiştirilmesini temsil eder.

Kimyasal özellikler

Hücre kimyasının temelleri, kurşun-asit ve lityum-iyon cihazlara belirli özellikler ve değişen derecelerde işlevsellik kazandırır. Aşağıda, on yıllardır temel dayanak noktası haline gelen kurşun-asit pillerin bazı avantajları ve şimdi değiştirilmesine yol açan dezavantajların yanı sıra lityum-iyon cihazlar için benzer yönler bulunmaktadır.

Kurşun asit pili

• SKB basit, güvenilir ve ucuzdur. Geniş bir sıcaklık aralığında kullanılabilir.
• Piller, kalıcı olarak şarj edilmiş durumda (SoC) saklanmalıdır ve hızlı şarj edilemez.
• SKB'nin çok fazla ağırlığı var. Gravimetrik enerji yoğunlukları çok düşüktür.
• Kullanım ömrü genellikle 200 ila 300 deşarj/şarj şeklindedir ve bu çok kısadır.
• Şarj/deşarj eğrisi, basit voltaj kontrolü ile SOC'yi ölçmenizi sağlar.

Li-ion pil

• Boyut ve ağırlık bakımından en yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler.
• Yaşam döngüsü genellikle 300 ile 500 arasındadır, ancak lityum fosfat hücreleri için binlerce ile ölçülebilir;
• Çok küçük çalışma sıcaklığı aralığı;
• Çeşitli hücre boyutları, şekilleri ve diğer olasılıklar mevcuttur;
• Bakıma gerek yok. Kendi kendine deşarj seviyesi çok düşüktür.
• Güvenlik planlarının uygulanması gereklidir. Sofistike şarj algoritması.
• SoC ölçümleri, voltaj eğrisinin doğrusal olmaması nedeniyle zor kararlar gerektirir.

Elektronik

Pil takımı ile şarj edilebilir pil arasındaki farkı anlamak önemlidir. Hücre, paketin ana kurucu unsurudur. Ek olarak, pakette ayrıca elektronik parçalar, konektörler ve bir kasa bulunur. Yukarıdaki şekil bu cihazların örneklerini göstermektedir. Bir lityum iyon pil, en azından uygulanan hücre koruma ve kontrol devrelerine sahip olmalıdır ve şarj cihazı ve voltaj ölçüm sistemi, kurşun asitli cihazlardan çok daha karmaşıktır.

Lityum-iyon ve kurşun-asit piller kullanıldığında, elektronikteki ana farklar aşağıdaki gibi olacaktır:

Şarj cihazı

Kurşun asitli bir akünün şarj edilmesi, belirli voltaj eşikleri karşılandığı sürece oldukça basittir. Lityum-iyon piller, demir fosfat paketleri dışında daha karmaşık bir algoritma kullanır. Bu tür cihazlar için standart şarj yöntemi, sabit akım/sabit voltaj (CC/CV) yöntemidir. İki aşamalı bir şarj işlemi içerir. İlk aşamada, sabit bir akım şarjı meydana gelir. Bu, hücre voltajı belirli bir eşiğe ulaşana kadar sürer, bundan sonra voltaj sabit kalır ve akım, kesme değerine ulaşana kadar katlanarak azalır.

Şarj Sayımı ve Haberleşme

Daha önce belirtildiği gibi, SCB'nin yükü, basit voltaj ölçme araçlarıyla ölçülebilir. Lityum-iyon pilleri kullanırken, karmaşık algoritmaların ve öğrenme döngülerinin uygulanmasını gerektiren hücrelerin şarj seviyesini kontrol etmek gerekir.

I 2 C, Li-ion pillerde kullanılan en yaygın ve ekonomik iletişim protokolüdür, ancak gürültü bağışıklığı, mesafe boyunca sinyal bütünlüğü ve toplam bant genişliği açısından sınırlamaları vardır. I2C'nin bir türevi olan SMBus (System Management Bus), daha küçük pillerde çok yaygındır, ancak şu anda güçlü veya daha büyük paketler için etkili bir desteği yoktur. CAN, yüksek gürültülü ortamlar için veya birçok SKB uygulamasında olduğu gibi uzun çalışmaların gerekli olduğu yerler için harikadır, ancak bunun bir bedeli vardır.

Doğrudan değiştirmeler

Kurşun asitli aküler için artık birkaç standart format olduğu vurgulanmalıdır. Bir örnek, tıbbi yedek güç uygulamalarında kullanılan standart bir form faktörü olan U1'dir. Lityum-demir-fosfat pil, kurşun asit için oldukça değerli bir ikame olduğunu kanıtladı. Demir fosfat mükemmel bir yaşam döngüsüne, iyi yük iletkenliğine, gelişmiş güvenliğe ve düşük empedansa sahiptir. Lityum demir fosfat pil voltajları ayrıca kurşun asit voltajlarıyla (12V ve 24V) uyumludur ve aynı şarj cihazlarının kullanılmasına izin verir. Pil bakım ve izleme yazılım paketleri, şarj takibi, şarj/deşarj döngüsü sayacı ve daha fazlası gibi akıllı özellikler içerir.

Lityum demir fosfat piller, depolamada birkaç ay boyunca kapasite kaybeden SKB pillerin aksine %100 kapasiteye sahiptir. Yukarıdaki şekil, iki ürünü ve SKB'den Li-ion'a geçişte kaydedilen ilerleme türlerini karşılaştırmaktadır.

sonuçlar

Kurşun asit kadar enerji depolayabilen çok az pil vardır, bu da bu tür pilleri birçok yüksek güç uygulaması için ekonomik kılar. Lityum iyon teknolojisinin fiyatı sürekli düşüyor ve kimyasal yapılarının ve güvenlik sistemlerinin sürekli iyileştirilmesi, onları kurşun asit teknolojisine layık bir rakip haline getiriyor. Kullanımları için cihazlar, kesintisiz güç kaynaklarından elektrikli araçlara ve dronlara kadar çok farklı olabilir.

Lityum piller

Lityum veya lityum-iyon (Li-ion) piller çoğunlukla cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda ve video kameralarda bulunur. Ürünler, piller de pahalıdır, bu nedenle onları diğer tüm pillerden daha yetkin bir şekilde kullanmanız gerekir. Peki Lithium-Ion'un gücü nedir? Muhtemelen burada daha fazla söylenti ve efsane var. İlk olarak, Li-ion pilli ekipman satıcıları pilin "akıllı" olduğunu ve her şeyi kendi başına yapacağını söyleyerek özel ayrılık sözleri vermedikleri için kendi kendine görünmeye başlar. Ama kendi başına değil. Ne de olsa, yeni dizüstü bilgisayar sahiplerinin pili bir ay içinde kullanılmaz hale getirdiği ve ardından yeni pil için iyi para ödediği pek çok durum var. Tabii ki, lityum piller elektronikle dolduruldukları için pahalıdır, ancak ne yazık ki sizi bir aptaldan kurtarmaz.

yeniden deşarj

Nikel pillerde olduğu gibi, lityum piller de aşırı şarj ve aşırı deşarjdan çok korkarlar. Ancak bu piller akıllı cihazlarda kullanıldığından ve kendi şarj cihazlarıyla donatıldığından, elektronik aksamları aşırı şarja izin vermez - bu nedenle. ondan korkamazsın. Ancak aşırı deşarjın kontrol edilmesi daha zordur, bu nedenle erken pil arızasının en tipik nedeni budur. Tabii ki, dizüstü bilgisayarlar gibi pahalı ve karmaşık cihazlarda, voltaj kritik bir değere düşmeden önce kapatma gerçekleşir. Ancak emsaller, bu acil durum kapatmanın en iyi, mümkünse gündeme getirmemenin daha iyi olduğu bir acil durum önlemi olarak görüldüğünü gösteriyor. Düşük voltaj güvenlik devresini devre dışı bırakabileceğinden, tam deşarjdan kaçınmak için en önemli kural budur. İnsanların eğitimle taşınan pilleri "öldürdüğü" olur. Eğitim iyi bir şeydir, ancak lityum piller için 2-3 tam döngü yeterlidir.

Lityum pillerin hafıza etkisi yoktur, bu nedenle istenildiği zaman yeniden şarj edilebilirler, bu nedenle egzersiz yaptıktan sonra pillerin bitmemesi en iyisidir. Önerilen alt eşik %5-10'dur. Kritik alt eşik %3'tür.

Birçok tamamlanmamış döngü veya bir tam

Lityum pillerin ömrü yaklaşık 300 döngüdür. Tam döngü, tam şarj ve tam (yani yaklaşık %3 kapasiteye kadar) deşarj döngüsü veya tam tersi olarak kabul edilir. Pili %50'ye kadar boşaltıp sonra şarj ederseniz, 1/2 döngü, %75'e kadarsa ve şarj edin - 1/4 döngü vb. Bu nedenle, telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar için tam ve tamamlanmamış döngüler arasındaki fayda farkı farklıdır. İnternette inatla bir çok kişinin telefonlarını eksik şarjla şarj ettiği (yani telefonu her gün şarj ettiği) ve sonunda mahvettiği iddia ediliyor. Aynı zamanda, dizüstü bilgisayarlar için, tam döngülerin pili eksik olanlardan daha hızlı tükettiği güvenilir bir şekilde bilinmektedir. Cihazın Li-ion pillerinin ayrıntılı olarak incelenmesiyle durum daha net hale gelir (ek malzemelere bakın). Pek çok şeyin denetleyiciye bağlı olduğu ortaya çıktı. Şarj akımını kontrol eden, pilin durumunu izleyen vb. Bu nedenle, dizüstü bilgisayarlarda denetleyici pilin kendisinde bulunur ve kalibrasyon gibi sistem yardımcı programları tarafından ayarlanır. Cep telefonlarında kontrolör telefonun kendisinde bulunur ve kolayca ayarlanamaz. Lityum pillerin hafıza etkisi olmamasına rağmen, "dijital hafıza" adı verilen bir etkisi vardır. Gerçek şu ki, pilin kendisinde bulunan şarj-deşarj kontrol elektroniği, pili kullanan cihazdan bağımsız olarak çalışır. Dahili elektronik, hücrenin voltaj seviyesini izler, ayarlanan maksimum değere ulaşıldığında şarjı keser (şarj akımı ve akü sıcaklığından kaynaklanan voltaj değişimini dikkate alarak), kritik değere ulaşıldığında deşarjı keser ve raporlar bu "yukarı" (bu amaçlar için çok çeşitli özel mikroçipler). "Üst katta" pil izleme sistemi, pilin şarjının kesilme ve boşalma anları hakkındaki bilgilere ve mevcut ölçüm sisteminin okumalarına dayanarak şarj seviyesini hesaplar. Ancak çalışma koşulları, bir donanım kapatmadan veya tam şarjdan önce tamamen boşalma olmayacak şekildeyse, bu hesaplamalar birkaç döngüden sonra tamamen doğru olmayabilir - pil kapasitesi zamanla azalır ve mevcut sayaç okumaları her zaman gerçeğe karşılık gelmeyebilir . Tipik olarak, örneğin pil hücrelerinden birinin arızalanması gibi çalışma sırasında ciddi değişiklikler olmadıkça, sapmalar her döngü için yüzde birden fazla değildir. İzleme sistemi "öğrenme", yani pilin toplam kapasitesinin değerini yeniden hesaplama yeteneğine sahiptir, ancak bunun için pilin donanım devrelerinden önce en az bir tam şarj-deşarj döngüsü gerçekleştirmek gerekir. çalıştır. Bu nedenle, çok sık döngülerde kontrolörün yoldan çıktığı ve bu nedenle pil şarjını yanlış hesapladığı ve bunun sonucunda pilin bozulduğu yanlış şarj yaptığı ortaya çıktı. Bir dizüstü bilgisayarın aksine, bir telefon yeniden kalibre edilemez. Bu durumda geriye kalan tek şey, denetleyiciyi düzene sokmak için birkaç tam döngü yapmaktır. İdeal olarak, "altın anlam" ilkesine bağlı kalarak tam ve kısmi döngüleri birleştirmeyi öneriyorum. Şahsen bunu cep telefonumla yaptım - sonuç olarak, 2 yıllık çalışmadan sonra kapasite düşüşü norm olan% 40'tan fazla olmadı. Kısmen, zaman da lityum pilleri boşa çıkarmaz - çalışmadan bağımsız olarak zamanla yıpranırlar; yaşları kısadır ve 2-3 yılda bir pil değiştirmek mantıklıdır.

Depolamak

Batarya kullanılmadığında %40 kapasite ile serin bir yerde saklanması tavsiye edilir. Depolama ve çalıştırma için alt sıcaklık sınırı 00 C'dir. Genel olarak, lityum piller şarj edilmeyi sever, yani. nikel olanlardan farklı olarak şarjlı bir durumda saklamak ve tutmak daha iyidir. Ancak uzun süreli depolamada maksimum şarj, pili daha fazla tüketir, bu nedenle %40 şarj en uygun durum olarak kabul edilir.

Pil canlandırma

Genelde pil bitmişse yenisini almak daha iyidir, pahalı olmasına rağmen en mantıklı seçenek budur. Pilleri canlandırmak için güvenilir tarifler görmedim. Burada, özellikle dizüstü bilgisayarlar hakkında, insanların harap olmuş dizüstü bilgisayar pillerini yeniden canlandırdıklarına ve her şeyin yolunda olduğuna dair gerçek efsaneler var. Bunlardan biri şöyle geliyor: “Pili tamamen boşaltmanız, dizüstü bilgisayarı bir hafta bırakmanız gerekiyor; ardından pili tamamen şarj edin ve ayrıca bir hafta bırakın; iki ay sonra kapasite geri yüklenmelidir.

Cep telefonları için: tam ve kısmi döngüleri birleştirin (“X3” oranında).
Dizüstü bilgisayarlar için: mümkün olduğunca az tam döngü (antrenman sonrası).
Herkes için: %80 döngü yapılması önerilir; tam bir deşarja (%3'ün altında) izin vermeyin.

Lityum piller veya akümülatörlerden bahsederken, çoğu zaman, son birkaç yılda neredeyse bir düzine pilin ortaya çıktığının farkında bile olmazlar; bunların her biri, sonuçta önemli ölçüde farklı olan diğer kimyasal elementlerin çeşitli ilaveleriyle lityumdur. diğer.

Türlerine bakalım ve klasiklerle başlayalım:

Lityum iyon piller, lityum iyonlarının deşarj sırasında negatif elektrottan pozitif elektrota hareket ettiği ve şarj sırasında tekrar geri döndüğü klasik şarj edilebilir pillerdir. Lityum-iyon piller, tüketici elektroniğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Taşınabilir elektronik cihazlar için en popüler şarj edilebilir pil türlerinden biridir, en iyi enerji yoğunluklarından birine sahiptir, hafıza etkisi yoktur ve kullanılmadığında yavaş şarj kaybı olur (düşük kendi kendine deşarj).

Bu seri, silindirik ve prizmatik pil boyutlarını kapsar. Li-ion, herhangi bir eski tip pil arasında en yüksek güç yoğunluğuna sahiptir. Çok hafif ve uzun çevrim ömrü, onu birçok uygulama için ideal bir ürün haline getirir.

Lityum titanat (lityum titanat), nispeten yeni bir lityum-iyon pil sınıfıdır - (daha fazlası). Binlerce döngüyle ölçülen çok uzun bir yaşam döngüsü ile karakterizedir. Lityum kurşun titanat da çok güvenlidir ve bu açıdan demir fosfatla karşılaştırılabilir. Enerji yoğunluğu diğer lityum iyon güç kaynaklarından daha düşüktür ve nominal voltajı 2,4 V'tur.

Bu teknoloji, çok hızlı şarj, düşük iç direnç, çok yüksek kullanım ömrü ve mükemmel dayanıklılık (aynı zamanda güvenlik) özelliklerine sahiptir. LTO, esas olarak elektrikli araçlarda ve kol saatlerinde yolunu bulmuştur. Son zamanlarda yüksek güvenliğinden dolayı mobil medikal cihazlarda uygulama alanı bulmaya başlamıştır. Teknolojinin bir özelliği de anotta karbon yerine nanokristaller kullanması ve bu da çok daha verimli bir yüzey alanı sağlıyor. Ne yazık ki, bu pil diğer lityum pil türlerinden daha düşük voltajlara sahiptir.

özellikler:

• Spesifik enerji: yaklaşık 30-110Wh/kg
• Enerji Yoğunluğu: 177W*H/L
• Özgül güç: 3.000-5.100 W/kg
• Boşaltma verimliliği: yaklaşık %85; %95'in üzerinde şarj verimliliği
• Enerji-fiyatı: 0,5 W/dolar
• Raf ömrü: >10 yıl
• Kendi kendine deşarj: %2-5/ay
• Dayanıklılık: %90 kapasiteye kadar 6000 döngü
• Anma gerilimi: 1,9 - 2,4 V
• Sıcaklık: -40 ila +55°C
• Şarj yöntemi: Sabit bir sabit akım, ardından eşiğe ulaşana kadar sabit bir voltaj kullanır.

Kimyasal formül: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2(E=2,1 V)

Lityum polimer, ağırlık bakımından lityum iyon pillerden daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Çok ince hücrelerde (5 mm'ye kadar), lityum polimer yüksek hacimsel enerji yoğunluğu sağlar. Dalgalanmalarda ve yüksek sıcaklıklarda mükemmel kararlılık.

Bu seri akümülatörler 30 ila 23000 mA/h aralığında, prizmatik ve silindirik gövdeli olarak üretilebilmektedir. Lityum polimer pillerin bir dizi avantajı vardır: hacme göre daha yüksek enerji yoğunluğu, hücre boyutlarında esneklik ve yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel voltaj kararlılığı ile daha geniş bir güvenlik marjı. Ana uygulamalar: taşınabilir oynatıcılar, Bluetooth, kablosuz cihazlar, PDA'lar ve dijital kameralar, elektrikli bisikletler, GPS navigasyon cihazları, dizüstü bilgisayarlar, e-okuyucular.

özellikler:

• Anma gerilimi: 3.7V
• Şarj gerilimi: 4,2±0,05V
• Şarj akımı, hız: 0.2-10S
• Deşarj voltajını sınırlayın: 2,5 V
• Deşarj oranı: 50C'ye kadar
• Döngülerde dayanıklılık: 400 döngü

Lityum demir fosfat iyi güvenlik özelliklerine, uzun hizmet ömrüne (2000 döngüye kadar) ve düşük üretim maliyetine sahiptir. LiFePO4 piller, askeri teçhizat, elektrikli aletler, elektrikli bisikletler, mobil bilgisayarlar, UPS ve güneş enerjisi sistemleri gibi yüksek deşarj akımları için çok uygundur.

Lityum-iyon piller için yeni bir anot malzemesi olan lifepo4, ilk olarak 1997 yılında piyasaya sürüldü ve şimdiye kadar sürekli olarak geliştirildi. Güvenilir güvenliği, dayanıklılığı, bertaraf sırasında düşük çevresel etkisi ve uygun şarj ve deşarj özellikleri nedeniyle uzmanların dikkatini çekmiştir. Pek çok uzman, lifepo4 pillerinin kendi kendine çalışan elektronik cihazlar için açık ara en iyi seçenek olduğunu savunuyor.

Lityum kükürt dioksit (Li ve SO2 pil) - Bu piller, yüksek enerji yoğunluğuna ve yüksek güç deşarjına karşı iyi dirence sahiptir. Bu tür elementler ağırlıklı olarak askeriye, meteoroloji ve uzay bilimlerinde kullanılmaktadır.

Metal lityum anotlu (tüm metallerin en hafifi) ve kükürt dioksit (SO2) ile doldurulmuş gözenekli bir karbon akım toplayıcı içeren sıvı katotlu lityum kükürt dioksit bazlı piller, 2,9 V'luk bir voltaj sağlar ve silindirik bir şekle sahiptir.

özellikler:

• Boşalmanın çoğu için kararlı olan yüksek çalışma voltajı
• Son derece düşük kendi kendine deşarj
• Aşırı koşullar altında çalışmak
• Geniş çalışma sıcaklığı aralığı (-55°C ila +65°C)

Lityum manganez dioksit (Li-MnO2 pil) - bu tür piller, aşındırıcı olmayan, toksik olmayan bir organik elektrolite daldırılmış hafif bir metal lityum anoda ve katı bir manganez dioksit katoda sahiptir. Bu tür pil, EU RoHS ile uyumludur ve büyük kapasite, yüksek deşarj kapasitesi ve uzun hizmet ömrü ile karakterize edilir.

Li-MnO2, yedek güç kaynaklarında, acil durum işaretlerinde, yangın alarmlarında, elektronik erişim kontrol sistemlerinde, dijital kameralarda, tıbbi ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

özellikler:

• Yüksek enerji yoğunluğu
• Çok kararlı deşarj voltajı
• 10 yıldan fazla raf ömrü
• Çalışma sıcaklığı: -40 ila +60°C

Lityum tiyonil klorür (lityum-SOCl2) piller, hafif bir lityum metal anot ve tiyonil klorür (SOCl2) ile doldurulmuş gözenekli bir karbon akım toplayıcı içeren bir sıvı katot içerir. Li-SOCL2 piller, otomotiv, tıp, askeri ve havacılık uygulamaları için idealdir. -60 ile + 150°C arasında en geniş çalışma sıcaklığı aralığına sahiptirler.

özellikler:

• Yüksek enerji yoğunluğu
• Uzun raf ömrü
• Geniş sıcaklık aralığı
• iyi sızdırmazlık
• kararlı deşarj voltajı

Li-FeS2 piller

Li-FeS2 piller ve piller, lityum demir disülfür anlamına gelir. Onlarla ilgili bilgiler daha sonra eklenecektir.

Bir li-ion pilin örnek şarjının gerçekte nasıl akması gerektiğini anlamadan belirli bir şarj cihazının özelliklerini değerlendirmek zordur. Bu nedenle, doğrudan devrelere geçmeden önce biraz teoriyi hatırlayalım.

Lityum piller nedir?

Bir lityum pilin pozitif elektrotunun hangi malzemeden yapıldığına bağlı olarak, bunların birkaç çeşidi vardır:

• lityum kobaltat katodlu;
• litiyumlu demir fosfat bazlı katotlu;
• nikel-kobalt-alüminyum bazlı;
• nikel-kobalt-mangan bazlı.

Tüm bu pillerin kendine has özellikleri vardır, ancak bu nüanslar genel tüketici için temel bir öneme sahip olmadığından bu makalede dikkate alınmayacaktır.

Ayrıca tüm li-ion piller çeşitli ebat ve form faktörlerinde üretilmektedir. Kutulu versiyonda (örneğin, günümüzde popüler olan 18650 piller) veya lamine veya prizmatik versiyonda (jel-polimer piller) olabilirler. İkincisi, elektrotların ve elektrot kütlesinin yerleştirildiği özel bir filmden yapılmış hava geçirmez şekilde kapatılmış torbalardır.

Li-ion pillerin en yaygın boyutları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir (hepsi 3,7 volt nominal gerilime sahiptir):

Dahili elektrokimyasal işlemler aynı şekilde ilerler ve pilin biçim faktörüne ve performansına bağlı değildir, bu nedenle aşağıda belirtilen her şey tüm lityum piller için aynı şekilde geçerlidir.

Lityum iyon piller nasıl düzgün şekilde şarj edilir

Lityum pilleri şarj etmenin en doğru yolu iki aşamalı şarj etmektir. Sony'nin tüm şarj cihazlarında kullandığı yöntem budur. Daha karmaşık şarj kontrol cihazına rağmen, bu, hizmet ömürlerini azaltmadan li-ion pillerin daha eksiksiz şarj edilmesini sağlar.

Burada CC / CV (sabit akım, sabit voltaj) olarak kısaltılan lityum pillerin iki aşamalı bir şarj profilinden bahsediyoruz. Darbeli ve kademeli akım seçenekleri de vardır, ancak bunlar bu makalede ele alınmamıştır. Darbeli akımla şarj etme hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Öyleyse, suçlamanın her iki aşamasını da daha ayrıntılı olarak ele alalım.

1. ilk aşamada sabit bir şarj akımı sağlanmalıdır. Mevcut değer 0.2-0.5C'dir. Hızlandırılmış şarj için akımın 0,5-1,0C'ye kadar artmasına izin verilir (burada C pil kapasitesidir).

Örneğin 3000 mAh kapasiteli bir pil için ilk kademedeki nominal şarj akımı 600-1500 mA, hızlandırılmış şarj akımı ise 1.5-3A aralığında olabilir.

Belirli bir değerde sabit bir şarj akımı sağlamak için, şarj devresi (şarj cihazı) akü terminallerindeki voltajı yükseltebilmelidir. Aslında, ilk aşamada, bellek klasik bir akım dengeleyici gibi çalışır.

Önemli: Dahili koruma kartlı (PCB) aküleri şarj etmeyi planlıyorsanız, şarj devresini tasarlarken devrenin açık devre voltajının asla 6-7 voltu geçmemesine dikkat etmelisiniz. Aksi takdirde koruma levhası arızalanabilir.

Akü üzerindeki voltaj 4,2 volt değerine yükseldiğinde, akü kapasitesinin yaklaşık %70-80'ini kazanacaktır (özgül kapasite değeri şarj akımına bağlı olacaktır: hızlandırılmış şarj ile biraz daha az olacaktır) , nominal bir ücretle - biraz daha fazla). Bu an, şarjın ilk aşamasının sonudur ve ikinci (ve son) aşamaya geçiş için bir sinyal görevi görür.

2. İkinci şarj aşaması- bu, pilin sabit voltajla, ancak kademeli olarak azalan (düşen) akımla şarj edilmesidir.

Bu aşamada şarj cihazı akü üzerinde 4,15-4,25 voltluk bir voltajı muhafaza eder ve akım değerini kontrol eder.

Kapasite arttıkça şarj akımı azalacaktır. Değeri 0.05-0.01С'ye düşer düşmez şarj işlemi tamamlanmış sayılır.

Doğru şarj cihazının çalışmasındaki önemli bir nüans, şarj işlemi tamamlandıktan sonra aküden tamamen ayrılmasıdır. Bunun nedeni, lityum pillerin genellikle şarj cihazı tarafından sağlanan (yani 4,18-4,24 volt) yüksek voltaj altında uzun süre kalması son derece istenmeyen bir durumdur. Bu, pilin kimyasal bileşiminin daha hızlı bozulmasına ve sonuç olarak kapasitesinde bir azalmaya yol açar. Uzun kalmak, onlarca saat veya daha fazla anlamına gelir.

Şarjın ikinci aşamasında pil, kapasitesinin yaklaşık 0,1-0,15'i kadarını kazanmayı başarır. Böylece toplam pil şarjı %90-95'e ulaşır ki bu mükemmel bir göstergedir.

Şarjın iki ana aşamasını ele aldık. Bununla birlikte, lityum pillerin şarj edilmesi konusunun kapsamı, sözde şarjın bir aşamasından daha bahsedilmezse eksik olacaktır. ön şarj.

Ön şarj aşaması (ön şarj)- bu aşama yalnızca tamamen boşalmış piller için (2,5 V'un altında) normal çalışma moduna getirmek için kullanılır.

Bu aşamada şarj, akü voltajı 2,8 V'a ulaşana kadar azaltılmış bir sabit akımla sağlanır.

Ön aşama, örneğin elektrotlar arasında dahili bir kısa devreye sahip olan hasarlı pillerin şişmesini ve basıncının düşmesini (hatta yangınla patlamasını) önlemek için gereklidir. Böyle bir pilden hemen büyük bir şarj akımı geçerse, bu kaçınılmaz olarak ısınmasına ve sonra ne kadar şanslı olmasına yol açacaktır.

Ön şarjın diğer bir avantajı da, düşük ortam sıcaklıklarında (soğuk mevsimde ısıtılmayan bir odada) şarj ederken önemli olan pilin ön ısıtılmasıdır.

Akıllı şarj, şarjın ön aşamasında aküdeki voltajı izleyebilmeli ve voltaj uzun süre yükselmezse akünün arızalı olduğu sonucuna varabilmelidir.

Bir lityum iyon pili şarj etmenin tüm aşamaları (ön şarj aşaması dahil) bu grafikte şematik olarak gösterilmiştir:

Nominal şarj voltajının 0,15 V aşılması pil ömrünü yarıya indirebilir. Şarj voltajının 0,1 volt düşürülmesi, şarj edilmiş bir pilin kapasitesini yaklaşık %10 azaltır, ancak ömrünü önemli ölçüde uzatır. Tam olarak şarj edilmiş bir pilin şarj cihazından çıkarıldıktan sonraki voltajı 4,1-4,15 volttur.

Yukarıdakileri özetlemek için, ana tezleri özetliyoruz:

1. Bir li-ion pili şarj etmek için hangi akım (örneğin, 18650 veya başka bir pil)?

Akım, onu ne kadar hızlı şarj etmek istediğinize bağlıdır ve 0,2C ile 1C arasında değişebilir.

Örneğin 3400 mAh kapasiteli 18650 pil için minimum şarj akımı 680 mA, maksimum ise 3400 mA'dır.

2. Örneğin, aynı 18650 şarj edilebilir pillerin şarj edilmesi ne kadar sürer?

Şarj süresi doğrudan şarj akımına bağlıdır ve aşağıdaki formülle hesaplanır:

T \u003d C / I ücret.

Örneğin 1A akım ile 3400 mAh kapasiteli bataryamızın şarj süresi yaklaşık 3,5 saat olacaktır.

3. Lityum polimer pil nasıl düzgün şekilde şarj edilir?

Tüm lityum piller aynı şekilde şarj edilir. Lityum polimer veya lityum iyon olması fark etmez. Biz tüketiciler için fark yok.

Koruma levhası nedir?

Koruma kartı (veya PCB - güç kontrol kartı), lityum pilin kısa devreye, aşırı şarjına ve aşırı deşarjına karşı koruma sağlamak için tasarlanmıştır. Kural olarak, koruma modüllerine aşırı ısınma koruması da yerleştirilmiştir.

Güvenlik nedeniyle, yerleşik bir koruma levhası olmayan ev aletlerinde lityum pillerin kullanılması yasaktır. Bu nedenle, tüm cep telefonu pillerinde her zaman bir PCB kartı bulunur. Pil çıkış terminalleri doğrudan kart üzerinde bulunur:

Bu panolar, özel bir mikrukh (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600, vb. analogları) üzerinde altı ayaklı bir şarj kontrol cihazı kullanır. Bu denetleyicinin görevi, pil tamamen boşaldığında pili yükten ayırmak ve 4.25V'a ulaştığında pili şarjdan ayırmaktır.

Burada, örneğin, eski Nokia telefonlarıyla birlikte verilen BP-6M pil koruma kartının bir şeması bulunmaktadır:

18650 den bahsedecek olursak hem koruma levhalı hem de levhasız üretilebilirler. Koruma modülü, akünün eksi kutbu bölgesinde bulunur.

Kart, pilin uzunluğunu 2-3 mm artırır.

PCB modülü olmayan piller genellikle kendi koruma devreleri ile birlikte gelen pillerle birlikte gelir.

Korumalı herhangi bir pil, kolayca sökülerek korumasız bir pile dönüştürülebilir.

Bugüne kadar, 18650 pilin maksimum kapasitesi 3400 mAh'dir. Korumalı piller, kutu üzerinde ilgili bir tanımlamaya ("Korumalı") sahip olmalıdır.

PCB kartını PCM modülüyle (PCM - güç şarj modülü) karıştırmayın. İlki yalnızca pili korumaya hizmet ediyorsa, ikincisi şarj sürecini kontrol etmek için tasarlanmıştır - şarj akımını belirli bir seviyede sınırlar, sıcaklığı kontrol eder ve genel olarak tüm süreci sağlar. PCM kartı, şarj kontrolörü dediğimiz şeydir.

Umarım artık soru kalmamıştır, 18650 pil veya başka bir lityum pil nasıl şarj edilir? Ardından, şarj cihazları (aynı şarj kontrol cihazları) için küçük bir hazır devre çözümleri seçkisine dönüyoruz.

Li-ion piller için şarj şemaları

Tüm devreler herhangi bir lityum pili şarj etmek için uygundur, geriye kalan tek şey şarj akımına ve eleman tabanına karar vermektir.

LM317

Şarj göstergeli LM317 çipine dayalı basit bir şarj cihazının şeması:

Devre basittir, tüm ayar, düzeltici direnç R8'i kullanarak (bağlı bir pil olmadan!) Çıkış voltajını 4,2 volta ayarlamak ve R4, R6 dirençlerini seçerek şarj akımını ayarlamaktan ibarettir. Direnç R1'in gücü en az 1 watt'tır.

LED söner sönmez şarj işlemi tamamlanmış sayılabilir (şarj akımı asla sıfıra düşmez). Pilin tamamen şarj olduktan sonra uzun süre bu şarjda tutulması önerilmez.

lm317 yongası, çeşitli voltaj ve akım stabilizatörlerinde (anahtarlama devresine bağlı olarak) yaygın olarak kullanılır. Her köşede satılıyor ve genel olarak bir kuruşa mal oluyor (sadece 55 ruble için 10 parça alabilirsiniz).

LM317 farklı durumlarda gelir:

Pim ataması (pin çıkışı):

LM317 yongasının analogları şunlardır: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (son ikisi yerli üretimdir).

LM317 yerine LM350 alırsanız şarj akımı 3A'e kadar arttırılabilir. Doğru, daha pahalı olacak - 11 ruble / adet.

Baskılı devre kartı ve devre düzeneği aşağıda gösterilmiştir:

Eski Sovyet KT361 transistör, benzer bir p-n-p transistörle değiştirilebilir (örneğin, KT3107, KT3108 veya burjuva 2N5086, 2SA733, BC308A). Şarj göstergesine gerek yoksa tamamen çıkarılabilir.

Devrenin dezavantajı: besleme voltajı 8-12V aralığında olmalıdır. Bunun nedeni, LM317 mikro devresinin normal çalışması için akü voltajı ile besleme voltajı arasındaki farkın en az 4,25 volt olması gerektiğidir. Böylece, USB bağlantı noktasından güç almak mümkün olmayacaktır.

MAX1555 veya MAX1551

MAX1551/MAX1555, USB'den veya ayrı bir güç adaptöründen (örneğin bir telefon şarj cihazı) çalışabilen, Li+ piller için özel şarj cihazlarıdır.

Bu mikro devreler arasındaki tek fark, MAX1555'in şarj ilerleme göstergesi için bir sinyal vermesi ve MAX1551'in gücün açık olduğuna dair bir sinyal vermesidir. Onlar. Çoğu durumda 1555 hala tercih edilir, bu nedenle 1551'i satışta bulmak artık zor.

Üreticiden bu çiplerin ayrıntılı bir açıklaması -.

DC adaptöründen maksimum giriş voltajı 7 V, USB'den güç verildiğinde 6 V'tur. Besleme voltajı 3,52 V'a düştüğünde mikro devre kapanır ve şarj durur.

Mikro devrenin kendisi, besleme voltajının hangi girişte bulunduğunu ve ona bağlı olduğunu algılar. Güç USB veri yolu üzerinden sağlanıyorsa, maksimum şarj akımı 100 mA ile sınırlıdır - bu, güney köprüsünü yakma korkusu olmadan şarj cihazını herhangi bir bilgisayarın USB bağlantı noktasına takmanıza olanak tanır.

Ayrı bir güç kaynağı ile çalıştırıldığında, tipik şarj akımı 280 mA'dır.

Çipler yerleşik aşırı ısınma korumasına sahiptir. Ancak bu durumda bile devre, şarj akımını 110°C'nin üzerindeki her derece için 17mA azaltarak çalışmaya devam eder.

Bir ön şarj işlevi vardır (yukarıya bakın): pil voltajı 3V'un altında olduğu sürece, mikro devre şarj akımını 40 mA ile sınırlar.

Mikro devrenin 5 pimi vardır. İşte tipik bir bağlantı şeması:

Adaptörünüzün çıkışındaki voltajın hiçbir koşulda 7 voltu geçemeyeceğine dair bir garanti varsa, 7805 dengeleyici olmadan da yapabilirsiniz.

USB şarj seçeneği, örneğin buna monte edilebilir.

Mikro devre herhangi bir harici diyot veya harici transistöre ihtiyaç duymaz. Genel olarak, elbette şık mikruhi! Sadece çok küçükler, lehimlenmesi sakıncalıdır. Ve hala pahalılar ().

LP2951

LP2951 dengeleyici, National Semiconductors () tarafından üretilmiştir. Yerleşik akım sınırlama işlevinin uygulanmasını sağlar ve devre çıkışında bir lityum iyon pil için sabit bir şarj voltajı seviyesi oluşturmanıza olanak tanır.

Şarj voltajı değeri 4,08 - 4,26 volttur ve akü bağlantısı kesildiğinde R3 direnci ile ayarlanır. Gerilim çok doğru.

Şarj akımı 150 - 300mA'dır, bu değer LP2951 yongasının dahili devreleri ile sınırlıdır (üreticiye bağlı olarak).

Küçük bir ters akıma sahip bir diyot kullanın. Örneğin, alabileceğiniz 1N400X serisinden herhangi biri olabilir. Diyot, giriş voltajı kapatıldığında pilden LP2951 çipine ters akımı önlemek için bloke edici diyot olarak kullanılır.

Bu şarj cihazı oldukça düşük bir şarj akımı üretir, bu nedenle herhangi bir 18650 pil bütün gece şarj edilebilir.

Mikro devre, hem DIP paketinde hem de SOIC paketinde satın alınabilir (maliyet, parça başına yaklaşık 10 ruble).

MCP73831

Çip, doğru şarj cihazlarını oluşturmanıza olanak tanır, ayrıca abartılı MAX1555'ten daha ucuzdur.

Tipik bir anahtarlama devresi aşağıdakilerden alınır:

Devrenin önemli bir avantajı, şarj akımını sınırlayan düşük dirençli güçlü dirençlerin olmamasıdır. Burada akım, mikro devrenin 5. çıkışına bağlı bir direnç tarafından ayarlanır. Direnci 2-10 kOhm aralığında olmalıdır.

Şarj tertibatı şöyle görünür:

Mikro devre çalışma sırasında oldukça iyi ısınıyor, ancak bu onu engellemiyor gibi görünüyor. İşlevini yerine getirir.

İşte smd led ve mikro usb konektörlü başka bir pcb çeşidi:

LTC4054 (STC4054)

Çok basit, harika fikir! 800 mA'ya kadar akımla şarj etmeye izin verir (bkz.). Doğru, çok ısınma eğilimindedir, ancak bu durumda yerleşik aşırı ısınma koruması akımı azaltır.

Devre, bir transistörlü LED'lerden birini veya hatta her ikisini birden atarak büyük ölçüde basitleştirilebilir. O zaman şöyle görünecek (kabul edin, daha kolay hiçbir yer yoktur: bir çift direnç ve bir konder):

PCB seçeneklerinden biri adresinde mevcuttur. Kart, 0805 boyutunda elemanlar için tasarlanmıştır.

ben=1000/R. Hemen büyük bir akım ayarlamamalısınız, önce mikro devrenin ne kadar ısınacağını görün. Amaçlarım için 2,7 kΩ'luk bir direnç aldım, şarj akımı ise yaklaşık 360 mA idi.

Bir radyatörün bu mikro devreye uyarlanması pek olası değildir ve kristal kasa geçişinin yüksek ısıl direnci nedeniyle etkili olacağı da bir gerçek değildir. Üretici, ısı emiciyi "uçlardan" yapmayı - izleri mümkün olduğunca kalın hale getirmeyi ve folyoyu mikro devre kasasının altında bırakmayı önerir. Ve genel olarak, ne kadar çok "toprak" folyosu kalırsa o kadar iyidir.

Bu arada, ısının çoğu 3. ayaktan atılır, böylece bu yolu çok geniş ve kalın yapabilirsiniz (fazla lehimle doldurun).

LTC4054 yonga paketi, LTH7 veya LTADY olarak etiketlenmiş olabilir.

LTH7, LTADY'den farklıdır, çünkü birincisi çok bitmiş bir pili (gerilimi 2,9 volttan az olan) kaldırabilirken, ikincisi bunu yapamaz (ayrı olarak sallamanız gerekir).

Çip çok başarılı çıktı, yani bir sürü analogu var: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6 10 2, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Analoglardan herhangi birini kullanmadan önce veri sayfalarını kontrol edin.

TP4056

Mikro devre SOP-8 paketinde yapılmıştır (bkz.), Karnında kontaklara bağlı olmayan metal bir ısı emici vardır, bu da ısıyı daha verimli bir şekilde gidermeyi mümkün kılar. Pili 1A'ya kadar bir akımla şarj etmenizi sağlar (akım, akım ayar direncine bağlıdır).

Bağlantı şeması çok az ek gerektirir:

Devre, klasik şarj işlemini uygular - önce sabit akımla, ardından sabit voltaj ve düşen akımla şarj edin. Her şey bilimseldir. Şarjı adım adım sökerseniz, birkaç aşamayı ayırt edebilirsiniz:

1. Bağlı pilin voltajının izlenmesi (bu her zaman olur).
2. Ön şarj aşaması (akü 2,9 V'un altında boşalmışsa). Programlanan R prog direncinden (R prog = 1,2 kOhm'da 100mA) 2,9 V seviyesine şarj akımı 1/10.
3. Maksimum sabit akımla şarj etme (R prog = 1,2 kOhm'da 1000mA);
4. Batarya 4,2 V'a ulaştığında batarya voltajı bu seviyede sabitlenir. Şarj akımında kademeli bir azalma başlar.
5. Akım, direnç tarafından programlanan R programının 1/10'una ulaştığında (R prog = 1,2 kOhm'da 100mA), şarj cihazı kapanır.
6. Şarj işlemi tamamlandıktan sonra kontrolör akü voltajını izlemeye devam eder (bkz. madde 1). İzleme devresi tarafından tüketilen akım 2-3 μA'dır. Voltaj 4.0V'a düştükten sonra şarj tekrar açılır. Ve böylece bir daire içinde.

Şarj akımı (amper olarak) formülle hesaplanır I=1200/R programı. İzin verilen maksimum 1000 mA'dır.

3400 mAh'de 18650 pil ile gerçek bir şarj testi grafikte gösterilmektedir:

Mikro devrenin avantajı, şarj akımının yalnızca bir direnç tarafından ayarlanmasıdır. Güçlü düşük dirençli dirençler gerekli değildir. Artı, şarj işleminin bir göstergesi ve şarjın bittiğine dair bir gösterge var. Pil bağlı değilken, gösterge birkaç saniyede bir yanıp söner.

Devrenin besleme gerilimi 4,5 ... 8 volt arasında olmalıdır. 4,5V'a ne kadar yakınsa o kadar iyidir (böylece çip daha az ısınır).

İlk bacak, lityum iyon bataryaya (genellikle bir cep telefonu bataryasının orta terminali) yerleşik sıcaklık sensörünü bağlamak için kullanılır. Çıkış voltajı, besleme voltajının %45'inin altında veya %80'inin üzerindeyse şarj askıya alınır. Sıcaklık kontrolüne ihtiyacınız yoksa, ayağınızı yere koyun.

Dikkat! Bu devrenin önemli bir dezavantajı vardır: pil ters koruma devresinin olmaması. Bu durumda, maksimum akımın aşılması nedeniyle kontrolörün yanması garanti edilir. Bu durumda devrenin besleme gerilimi direkt olarak aküye düşer ki bu çok tehlikelidir.

Mühür basittir, diz üzerinde bir saat içinde yapılır. Zaman sıkıntısı çekiyorsanız, hazır modüller sipariş edebilirsiniz. Bazı bitmiş modül üreticileri, aşırı akım ve aşırı deşarja karşı koruma ekler (örneğin, hangi karta ihtiyacınız olduğunu seçebilirsiniz - korumalı veya korumasız ve hangi konektörle).

Sıcaklık sensörü kontağı olan hazır panolar da bulabilirsiniz. Veya şarj akımını artırmak için paralel olarak birden çok TP4056 yongasına sahip ve ters polarite korumalı bir şarj modülü (örnek).

LTC1734

Aynı zamanda çok basit bir tasarım. Şarj akımı, direnç R prog tarafından ayarlanır (örneğin, 3 kΩ direnç koyarsanız, akım 500 mA olacaktır).

Mikro devreler genellikle kasada işaretlenir: LTRG (genellikle Samsung'un eski telefonlarında bulunurlar).

Transistör genel olarak herhangi bir p-n-p için uygundur, asıl mesele, belirli bir şarj akımı için tasarlanmış olmasıdır.

Bu şemada şarj göstergesi yoktur, ancak LTC1734'te "4" piminin (Prog) iki işlevi olduğu söylenir - akımı ayarlamak ve pil şarjının sonunu izlemek. Örneğin, LT1716 karşılaştırıcı kullanılarak şarj sonu kontrollü bir devre gösterilmektedir.

Bu durumda LT1716 karşılaştırıcısı, ucuz bir LM358 ile değiştirilebilir.

TL431 + transistör

Daha erişilebilir bileşenlerden bir devre oluşturmak muhtemelen zordur. Burada en zor şey TL431 referans voltajının kaynağını bulmaktır. Ancak o kadar yaygındırlar ki neredeyse her yerde bulunurlar (nadiren bu mikro devre olmadan hangi güç kaynağının işe yaradığı).

TIP41 transistörü, uygun bir toplayıcı akımı olan herhangi bir transistör ile değiştirilebilir. Eski Sovyet KT819, KT805 (veya daha az güçlü KT815, KT817) bile iş görecektir.

Devreyi kurmak, 4,2 voltta bir düzeltme direnci kullanarak çıkış voltajını (pilsiz !!!) ayarlamaktan ibarettir. Direnç R1, şarj akımının maksimum değerini ayarlar.

Bu şema, iki aşamalı lityum pilleri şarj etme sürecini tam olarak uygular - önce doğru akımla şarj etme, ardından voltaj dengeleme aşamasına geçiş ve akımı neredeyse sıfıra yumuşak bir şekilde düşürme. Tek dezavantaj, devrenin zayıf tekrarlanabilirliğidir (ayarlamada kaprisli ve kullanılan bileşenleri talep ediyor).

MCP73812

Microchip'ten haksız yere ihmal edilen başka bir mikroçip daha var - MCP73812 (bkz.). Buna dayanarak, çok bütçeli bir ücretlendirme seçeneği elde edersiniz (ve ucuz!). Tüm kit sadece bir dirençtir!

Bu arada, mikro devre lehimleme için uygun bir durumda yapılır - SOT23-5.

Tek olumsuz yanı çok ısınması ve şarj göstergesinin olmaması. Ayrıca, düşük güçlü bir güç kaynağınız varsa (gerilim düşmesine neden olan) bir şekilde çok güvenilir bir şekilde çalışmaz.

Genel olarak, şarj göstergesi sizin için önemli değilse ve 500 mA akım size uygunsa, MCP73812 çok iyi bir seçenektir.

NCP1835

Tam entegre bir çözüm sunulmaktadır - NCP1835B, şarj voltajının yüksek kararlılığını (4,2 ± 0,05 V) sağlar.

Belki de bu mikro devrenin tek dezavantajı çok küçük boyutudur (DFN-10 paketi, boyut 3x3 mm). Herkes bu tür minyatür elemanların yüksek kalitede lehimlenmesini sağlayamaz.

Tartışılmaz avantajlardan aşağıdakileri not etmek isterim:

1. Minimum gövde kiti parçası sayısı.
2. Tamamen boşalmış bir pili şarj edebilme (ön şarj akımı 30mA);
3. Şarj sonu tanımı.
4. Programlanabilir şarj akımı - 1000 mA'ya kadar.
5. Şarj ve hata göstergesi (şarj edilemeyen pilleri algılayabilen ve bunu bildirebilen).
6. Uzun süreli şarj koruması (C t kapasitörünün kapasitansını değiştirerek, maksimum şarj süresini 6,6 ila 784 dakika arasında ayarlayabilirsiniz).

Mikro devrenin maliyeti o kadar ucuz değil, ancak kullanmayı reddetmek için o kadar da büyük değil (~ 1 $). Bir havya ile arkadaşsanız, bu seçeneği tercih etmenizi tavsiye ederim.

Daha ayrıntılı bir açıklama içindedir.

Bir lityum-iyon pili denetleyici olmadan şarj etmek mümkün mü?

Evet yapabilirsin. Ancak bu, şarj akımı ve voltajı üzerinde sıkı kontrol gerektirecektir.

Genel olarak, pili, örneğin 18650'mizi şarj cihazı olmadan şarj etmek hiç çalışmaz. Yine de maksimum şarj akımını bir şekilde sınırlamanız gerekiyor, bu nedenle en azından en ilkel bellek, ancak yine de gerekli.

Herhangi bir lityum pil için en basit şarj cihazı, pille seri bağlı bir dirençtir:

Direncin direnci ve güç dağılımı, şarj için kullanılacak güç kaynağının voltajına bağlıdır.

Örnek olarak, 5 voltluk bir güç kaynağı için bir direnç hesaplayalım. 2400 mAh kapasiteli 18650 pili şarj edeceğiz.

Bu nedenle, şarjın en başında, direnç üzerindeki voltaj düşüşü şöyle olacaktır:

U r \u003d 5 - 2,8 \u003d 2,2 Volt

5V güç kaynağımızın maksimum 1A akım için derecelendirildiğini varsayalım. Devre, aküdeki voltaj minimum ve 2,7-2,8 Volt olduğunda, şarjın en başında en büyük akımı tüketecektir.

Dikkat: Bu hesaplamalar, pilin çok derin bir şekilde boşalması ve üzerindeki voltajın çok daha düşük, sıfıra inmesi olasılığını hesaba katmaz.

Bu nedenle, şarjın en başında akımı 1 Amper seviyesinde sınırlamak için gereken direncin direnci:

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

Direnç Dağıtma Gücü:

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

Akü şarjının en sonunda, üzerindeki voltaj 4,2 V'a yaklaştığında, şarj akımı şu şekilde olacaktır:

Şarj ediyorum \u003d (U un - 4.2) / R \u003d (5 - 4.2) / 2,2 \u003d 0,3 A

Yani, görebildiğimiz gibi, tüm değerler belirli bir pil için izin verilen sınırların ötesine geçmez: ilk akım, belirli bir pil için izin verilen maksimum şarj akımını (2,4 A) aşmaz ve son akım, pilin artık kapasite kazanmadığı akım ( 0,24 A).

Bu tür bir şarjın ana dezavantajı, akü üzerindeki voltajı sürekli olarak izleme ihtiyacıdır. Ve voltaj 4,2 Volt'a ulaşır ulaşmaz şarjı manuel olarak kapatın. Gerçek şu ki, lityum piller kısa süreli aşırı gerilimi bile çok iyi tolere etmez - elektrot kütleleri hızla bozulmaya başlar ve bu da kaçınılmaz olarak kapasite kaybına yol açar. Aynı zamanda, aşırı ısınma ve basınçsızlaştırma için tüm ön koşullar yaratılır.

Pilinizde, biraz daha yukarıda tartışılan yerleşik bir koruma kartı varsa, o zaman her şey basitleştirilmiştir. Aküde belirli bir voltaja ulaşıldığında, kartın kendisi onu şarj cihazından ayıracaktır. Bununla birlikte, bu şarj yönteminin, bahsettiğimiz önemli dezavantajları vardır.

Pilin içine yerleştirilmiş koruma, hiçbir koşulda yeniden şarj edilmesine izin vermez. Size kalan tek şey şarj akımını bu batarya için izin verilen değerleri aşmayacak şekilde kontrol etmek (koruma levhaları şarj akımını ne yazık ki sınırlayamıyor).

Laboratuvar güç kaynağı ile şarj etme

Emrinizde akım korumalı (sınırlamalı) bir güç kaynağınız varsa, o zaman kurtuldunuz! Böyle bir güç kaynağı, yukarıda yazdığımız (CC / CV) doğru şarj profilini uygulayan tam teşekküllü bir şarj cihazıdır.

Li-ion'u şarj etmek için tek yapmanız gereken güç kaynağını 4,2 volta ayarlamak ve istediğiniz akım limitini ayarlamak. Ve pili bağlayabilirsiniz.

Başlangıçta, pil hala boşken, laboratuvar güç kaynağı akım koruma modunda çalışacaktır (yani, çıkış akımını belirli bir seviyede dengeleyecektir). Ardından, bankadaki voltaj ayarlanan 4.2V'a yükseldiğinde, güç kaynağı voltaj stabilizasyon moduna geçecek ve akım düşmeye başlayacaktır.

Akım 0,05-0,1C'ye düştüğünde, pilin tamamen şarj olduğu kabul edilebilir.

Gördüğünüz gibi, laboratuvar PSU'su neredeyse mükemmel bir şarj cihazıdır! Otomatik olarak yapamayacağı tek şey, pili tam olarak şarj edip kapatmaya karar vermektir. Ancak bu, dikkat etmeye bile değmeyen bir önemsememek.

Lityum piller nasıl şarj edilir?

Ve şarj edilmesi amaçlanmayan tek kullanımlık bir pilden bahsediyorsak, bu sorunun doğru (ve tek doğru) cevabı HAYIR'dır.

Gerçek şu ki, herhangi bir lityum pil (örneğin, düz bir tablet biçimindeki ortak CR2032), lityum anodu kaplayan dahili bir pasifleştirici tabakanın varlığı ile karakterize edilir. Bu katman, anotun elektrolit ile kimyasal olarak reaksiyona girmesini önler. Ve harici akım beslemesi, yukarıdaki koruyucu tabakayı yok ederek bataryaya zarar verir.

Bu arada CR2032 şarj edilemeyen pilden bahsedecek olursak yani ona çok benzeyen LIR2032 zaten tam teşekküllü bir pil. Şarj edilebilir ve şarj edilmelidir. Sadece voltajı 3 değil, 3.6V'dur.

Lityum pillerin nasıl şarj edileceği (ister telefon pili, ister 18650 veya başka bir li-ion pil olsun) makalenin başında tartışıldı.

Cips nereden alınır?

Elbette Chip-Deep'te satın alabilirsiniz, ancak orada pahalıdır. Bu nedenle, her zaman çok gizli bir mağazadan alıyorum)) En önemli şey doğru satıcıyı seçmek, o zaman sipariş hızlı ve kesin olarak gelecek.

Size kolaylık olması için en güvenilir satıcıları tek bir tabloda topladım, sağlığınıza kullanın:

Lityum pil, güvenli ve enerji yoğun bir cihazdır. Başlıca avantajı uzun süre şarj etmeden çalışmasıdır. En düşük sıcaklıklarda bile çalışabilir. Lityum pil, enerji depolayabilme özelliğinden dolayı diğer türlere göre üstündür. Bu nedenle her yıl üretimleri artmaktadır. İki şekilde olabilirler: silindirik ve prizmatik.

Başvuru

Bilgisayarlarda, cep telefonlarında ve diğer teknolojilerde yaygın olarak kullanılırlar. Lityum pil şarj cihazları 4 V çalışma voltajına sahiptir. En önemli avantajı -20°C ile +60°C arasında değişen geniş bir sıcaklık aralığında çalışmasıdır. Bugüne kadar -30 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda çalışabilen piller var. Geliştiriciler her yıl hem pozitif hem de negatif sıcaklık aralıklarını artırmaya çalışıyor.

İlk başta bir lityum pil kapasitesinin yaklaşık %5'ini kaybeder ve bu rakam her ay artar. Bu gösterge, pillerin diğer temsilcilerinden daha iyidir. Şarj voltajına bağlı olarak 500 ila 1000 döngü arasında sürebilirler.

Lityum pil türleri

Evsel ve endüstriyel tesislerin çeşitli alanlarında bulunan bu tür lityum piller vardır:

• lityum-iyon - ana veya yedek güç kaynağı, nakliye, elektrikli aletler için;
• nikel-tuz - karayolu ve demiryolu taşımacılığı;
• nikel-kadmiyum - gemi yapımı ve uçak yapımı;
• demir-nikel - güç kaynağı;
• nikel-hidrojen - boşluk;
• nikel-çinko - kameralar;
• gümüş-çinko - askeri sanayi vb.

Ana tip lityum iyon pillerdir. Güç kaynağı, elektrikli aletler, telefon vb. alanlarda kullanılırlar. Piller -20 ºС ile +40 ºС arasındaki sıcaklıklarda çalışabilir, ancak bu aralıkları artırmak için geliştirmeler devam etmektedir.

Sadece 4 V'luk bir voltaj ile yeterli miktarda özgül ısı üretilir.

Katodun bileşiminde birbirinden farklı olan farklı alt tiplere ayrılırlar. Grafit değiştirilerek veya özel maddeler eklenerek değiştirilir.

Lityum piller: cihaz

Kural olarak, bu tür cihazlar prizmatik bir şekilde üretilir, ancak silindirik bir kasada da modeller vardır. İç kısım elektrotlardan veya ayırıcılardan oluşur. Gövde çelik veya alüminyumdan yapılmıştır. Temas noktaları pil kapağında görüntülenir ve yalıtılmaları gerekir. prizmatik tip piller belirli sayıda plaka içerir. Üst üste istiflenirler. Ek güvenlik sağlamak için lityum pilin özel bir cihazı vardır. İçeride bulunur ve iş akışını kontrol etmeye yarar.

Tehlikeli durumlarda cihaz akü bağlantısını keser. Ek olarak, ekipman harici koruma ile sağlanır. Muhafaza kesinlikle sızdırmazdır, bu nedenle su girişinin yanı sıra elektrolit sızıntısı da olmaz. Elektrik yükü, diğer elementlerin kristal kafesi ile etkileşime giren lityum iyonları nedeniyle ortaya çıkar.

Lityum pilli tornavida

Katot bileşimlerinde farklılık gösteren üç tip pil takılabilir:

• kobalt-lityum;
• lityum ferrofosfat;
• lityum manganez.

Lityum pilli bir tornavida, düşük düzeyde kendi kendine deşarj olmasıyla diğerlerinden farklıdır. Bir diğer önemli avantajı ise bakım gerektirmemesidir. Bir lityum pil bozulursa, insanlara ve çevreye zarar vermediği için atılabilir. Tek olumsuz, lityum pillerin düşük şarjının yanı sıra yüksek güvenlik gereksinimleridir. Düşük sıcaklıklarda şarj etmek zordur.

Temel özellikleri

Tornavidanın çalışması, gücünün durumu ve olası çalışma süresi teknik özelliklere bağlıdır. Diğer teknik göstergeler şunları içerir:

• cihazdaki bir pilin voltajı 3 ila 5 V arasında olabilir;
• maksimum enerji yoğunluğunun göstergesi 400 Wh / l'ye ulaşır;
• kendi şarj kaybı %5 ve zamanla %20;
• karmaşık şarj modu;
• pil 2 saatte tamamen şarj olur;
• 5 ila 15 mOhm / Ah arası direnç;
• döngü sayısı 1000 kattır;
• hizmet ömrü - 3 ila 5 yıl;
• belirli pil kapasiteleri için farklı akım türlerinin kullanılması, örneğin 65 ºС - doğru akım kapasitesi kullanılır.

Üretme

Çoğu üretici, elektrikli aletleri daha gelişmiş ve modern teknolojiye uygun hale getirmeye çalışır.

Bunu yapmak için, tasarımda iyi piller sağlamak gerekir. En popüler üreticiler:

1. Bosch şirketi. Lityum pil, yeni ECP teknolojisi kullanılarak üretilmiştir. Cihazın deşarjını kontrol eden odur. Yararlı özelliklerinden bir diğeri de aşırı ısınmaya karşı korumadır. Yüksek güçte, özel bir cihaz sıcaklığı düşürür. Pilin tasarımı, havalandırma işlevi gören ve pili soğutan delikler sağlar. Başka bir teknoloji, şarjın çok daha hızlı olduğu Şarjdır. Ayrıca Bosch, çeşitli elektrikli aletler için piller üretmektedir. Birçok kullanıcı bu şirket hakkında iyi yorumlar bırakıyor.
2. Makita şirketi. Sıcaklık, şarj içeriği gibi pildeki tüm performans ve işlemleri kontrol eden kendi mikro devrelerini üretir. Bu sayede şarj modunu ve uygulanma zamanını seçebilirsiniz. Bu tür mikro devreler hizmet ömrünü uzatır. Piller, yeterince güçlü bir gövde ile yapılır, bu nedenle mekanik strese maruz kalmazlar.
3. Hitachi şirketi. En son teknolojisi sayesinde akünün ağırlığı ve genel boyutları azaltılmıştır. Elektrikli aletin hafif ve hareketli olmasının nedeni budur.

Operasyon özellikleri

Pil kullanırken aşağıdaki kurallara uymalısınız:

1. Tek tek korumasız hücreler için bir lityum pil kullanmaya ve ucuz Çin parçaları satın almaya gerek yok. Kısa devrelere ve yüksek sıcaklıklara karşı koruma sağlayan bir sistem olmayacağından böyle bir cihaz güvenli olmayacaktır. Yani, önemli ölçüde aşırı ısınma ile pil patlayabilir ve hizmet ömrü çok daha kısa olacaktır.
2. Pili ısıtmayın. Sıcaklık arttıkça, cihazın içindeki basınç yükselir. Bu eylemler bir patlamaya yol açacaktır. Bu nedenle pilin üst kapağını açıp güneş ışığı alan yerlere koymanıza gerek yoktur. Bu tür eylemler hizmet ömrünü kısaltacaktır.
3. Kısa devre oluşabileceğinden, kapağın üst kısmındaki kontaklara ek elektrik kaynakları getirmeyin. Yerleşik koruma sistemleri bu konuda her zaman yardımcı olmayacaktır.
4. Bataryanın tüm kurallara uygun olarak şarj edilmesi gerekmektedir. Şarj ederken, akımı eşit olarak dağıtanları kullanmalısınız.
5. Pili şarj etme prosedürü pozitif bir sıcaklıkta gerçekleştirilir.
6. Birkaç lityum pili bağlamanız gerekirse, aynı üreticinin ve benzer teknik özelliklere sahip modelleri kullanmanız gerekir.
7. Lityum pilleri, sıcaklığı 5 ºС'den fazla olan güneş ışığına maruz kalmayan kuru bir yerde saklayın. Ekipman yüksek sıcaklıklara maruz kalırsa, şarj azalır. Kış mevsiminde depolamadan önce akü, kapasitesinin %50'sine kadar şarj edilir. Akünün tamamen boşalmamasına dikkat edilmelidir. Bu olursa, hemen şarj edin. Kasada mekanik hasar ve ayrıca pas belirtileri oluşursa cihaz kullanılamaz.
8. Çalışma sırasında pilin önemli ölçüde aşırı ısınması, duman çıkması durumunda, pili kullanmayı hemen bırakmalısınız. Bundan sonra hasarlı cihazı güvenli bir yere taşıyın. Eğer bir madde vücuttan salınıyorsa deri veya diğer organlarla temasına izin verilmemelidir.
9. Lityum pilleri atmayın veya yakmayın. Bertarafları, vücutta mekanik hasar, patlama veya su veya buhar girmesi durumunda gerçekleşir.

ateş hakkında

Bir lityum pil tutuşursa, su ve yangın söndürücü ile söndürülemez - karbondioksit ve su lityum ile reaksiyona girebilir. Söndürmek için kum, tuz ve ayrıca kalın bir bezle kullanmalısınız.

Şarj işlemi

Şarj cihazının doğru akıma bağlı olduğu bir lityum pil, 5 V veya daha yüksek bir voltajda şarj edilir.

Aynı zamanda, bir eksi var - aşırı şarja karşı kararsızlar. Muhafazanın içindeki sıcaklığın artması, mahfazanın hasar görmesine neden olur.

Kullanım talimatları özel bir seviyeyi belirtir. Ulaşıldığında şarj edilmelidir. Şarj sırasında voltajı artırırsanız, lityum pilin özellikleri önemli ölçüde azalır.

Daha önce belirtildiği gibi, pil 3 yaşında. Bu süreyi korumak için çalıştırma, şarj etme ve saklama koşullarına uymak gerekir. Ek olarak, sürekli çalışmalı ve saklanmamalıdırlar.

Kazıklamak

Akünün tasarımı bir şarj sistemi sağlar, böylece şarj cihazı kapatılamaz ve araba akülerinde olduğu gibi içindeki bileşimin kaynamasından korkmaz.

Ekipman bir aydan fazla depolanacaksa tamamen boşaltılmalıdır. Bu, hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatacaktır.

Fiyat

Bir lityum iyon pilin fiyatı, kapasiteye ve teknik özelliklere bağlıdır.

Ortalama olarak, 100 ila 500 ruble arasında değişir. Bu maliyete rağmen, birçok kullanıcı olumlu eleştiriler bırakıyor. Olumlu yönler arasında geniş bir çalışma sıcaklığı aralığı, yüksek güç ve 1000'den fazla döngü (yaklaşık 3 yıl yoğun kullanım) için çalışabilme yeteneği vardır. Cihazlar çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır, bu nedenle herkes faydalarını takdir edebilir.

Böylece lityum pillerin ne olduğunu öğrendik.