1. Характерні особливості літій-іонних АКБ
2. Зарядка кобальто-купажованих АКБ
3. Повний або частковий заряд
4. Збільшення струму заряду і заряд насичення
5. Зарядні пристрої літій-іонних батарей
6. Літій-іонний АКБ: поріг насичення
7. Заряд безкобальтовим акумуляторів
8. Перевищений заряду літій-іонного акумулятора
9. Деякі висновки від аналізу
10. Інструкція: як заряджати літій-іонні батареї

Процеси зарядки розрядки будь-яких акумуляторних батарей протікають у вигляді хімічної реакції. Однак заряд літій-іонних акумуляторів - це виняток із правил. Наукові дослідження показують енергетику таких батарей як хаотичне переміщення іонів. Твердження вчених мужів заслуговують на увагу. Якщо по науці правильно заряджати літій-іонні акумулятори, тоді ці прилади повинні служити вічно.

вміст публікації

Характерні особливості літій-іонних АКБ

Підтверджені практикою факти втрати корисної ємності АКБ вчені бачать в іонах, що блокуються так званими пастками.

Тому, як і у випадку з іншими подібними системами, літій-іонні прилади не застраховані від дефектів в процесі їх застосування на практиці.

Внутрішня корозія та інші дегенеративні моменти, відомі як паразитні реакції електроліту і електродів, не обходять стороною і цей вид енергетичних приладів.

Зарядні пристрої для конструкцій Li-ion мають деяку схожість з приладами, призначеними для кислотно-свинцевих систем.

Але головні відмінності таких зарядних пристроїв бачаться в подачі завищених напружень на осередки. До того ж відзначаються більш жорсткі допуски по струмів, плюс виключення заряду переривчастим або плаваючим способом при повній зарядці батареї.

Акумулятори LP

Щодо потужний прилад харчування, який може застосовуватися в якості накопичувача енергії для конструкцій альтернативних джерел енергії

якщо свинцево-кислотні АКБ відрізняються деякою гнучкістю, з точки зору підключень / відключень напруги, виробники літій-іонних систем категорично відкидають такий підхід.

Акумулятори Li-ion і правила експлуатації цих приладів не допускають можливості безмежного перевищення заряду.

Тому не існує для літій-іонних акумуляторів так званого «чудесного» зарядного пристрою, здатного продовжити термін служби на тривалий час.

Неможливо отримати додаткову ємність Li-ion за рахунок імпульсного заряду або інших відомих трюків. Літій-іонна енергетика - це свого роду «чиста» система, яка бере строго обмежена кількість енергії.

Зарядка кобальто-купажованих АКБ

Класичні конструкції літій-іонних батарей оснащені катодами, структуру яких складають матеріали:

• кобальт,
• нікель,
• марганець,
• алюміній.

Всі вони зазвичай заряджаються напругою до 4,20В / я. Допустиме відхилення складає не більше +/- 50 мВ / с. Але є також окремі види літій-іонних акумуляторів на основі нікелю, які допускають величину заряду напругою до 4.10В / я.

Акумулятори BLi

Кобальт-купажовані літій-іонні акумуляторні батареї оснащуються внутрішніми захисними ланцюгами, але цей момент рідко рятує від вибуху акумулятора в режимі надмірного заряду

Також є розробки літій-іонних АКБ, де збільшена відсоткова частка літію. Для них напруга заряду може досягати значення 4,30В / я і вище.

Що ж, збільшення напруги збільшує ємність, але вихід напруги за межі специфікації загрожує руйнуванням структури АКБ.

Тому в масі своїй літій-іонні акумулятори оснащуються захисними ланцюгами, мета яких тримати встановлену норму.

Повний або частковий заряд

Рекомендована норма заряду енергетичної осередку кобальто-купажованих АКБ варіюється від 0,5С до 1C. Часу для повного заряду досить 2-3 години.

Виробники таких батарей рекомендують заряджати їх при нормі 0.8C або навіть менше того, пояснюючи це позитивними умовами для продовження терміну служби літій-іонної АКБ.

Однак практика показує: більшість потужних літій-іонних АКБ можуть приймати більш високий рівень напруги за умови його короткочасної подачі.

При такому варіанті ефективність зарядки складає близько 99%, а осередок залишається холодної в процесі всього часу заряду. Правда, деякі літій-іонні батареї все таки нагріваються на 4-5C при досягненні повного заряду.

Можливо, це пов'язано із захистом або пояснюється високим внутрішнім опором. Для таких АКБ слід зупиняти заряд при зростанні температури понад 10ºC на помірній нормі заряду.

акумулятор Мото

Літій-іонні батареї в зарядному пристрої на зарядці. Індикатор показує повну зарядку акумуляторів. Подальший процес загрожує пошкодити батареї

Повна зарядка кобальто-купажованих систем настає з граничним значенням напруги. При цьому струм падає на величину до 3 -5% від номіналу.

Акумулятор буде показувати повний заряд і при досягненні певного рівня ємності, що залишається незмінним протягом тривалого часу. Причиною цього може стати підвищений саморозряд батареї.

Збільшення струму заряду і заряд насичення

Слід зазначити: збільшення струму заряду не прискорює досягнення стану повного заряду. літій іонна батарея досягне піку напруги швидше, але заряд до повного насичення ємності вимагає більше часу. Проте, зарядка акумулятора великим струмом швидко збільшує ємність батареї приблизно до 70%.

Літій-іонні акумулятори не підтримують обов'язкової повної зарядки, як у випадку з кислотно-свинцевими приладами. Мало того, саме такий варіант зарядки небажаний для Li-ion. Фактично, краще зарядити АКБ в повному обсязі, тому що висока напруга «напружує» акумулятор.

Вибір порога більш низької напруги або повного знімання заряду насичення сприяють продовженню терміну служби літій-іонної батареї. Правда, такий підхід супроводжується зменшенням часу віддачі енергії АКБ.

Тут слід зазначити: зарядні пристрої побутового призначення, як правило, працюють на максимальній потужності і не підтримують регулювання зарядного струму (напруги).

Виробники побутових зарядних пристроїв для літій-іонних акумуляторів вважають тривалий термін служби менш важливим фактором, ніж витрати на ускладнення схемних рішень.

Зарядні пристрої літій-іонних батарей

Деякі дешеві зарядні пристрої побутового призначення часто працюють за спрощеною методикою. Заряджають літій-іонний акумулятор протягом однієї години і менш, без переходу на заряд насичення.

Індикатор готовності на таких пристроях загоряється, коли батарея досягає порогу напруги на першому етапі. Стан заряду при цьому становить близько 85%, що нерідко задовольняє багатьох користувачів.

Зарядка на LI-Ion

Це зарядний пристрій вітчизняного виробництва пропонується для роботи з різними акумуляторами, в тому числі з літій-іонними АКБ. Апарат має систему регулювання напруги та струму, що вже добре

Зарядні пристрої професійного призначення (дорогі) відрізняються тим, що встановлюють поріг зарядного напруги нижче, тим самим продовжуючи термін служби літій-іонної батареї.

У таблиці показані розрахункові потужності при заряді такими пристроями на різних порогових значеннях напруги, з зарядом насичення і без такого:

Напруга заряду, В / на осередок Ємність при відсіченні високої напруги,% Час заряду, хв Ємність при повному насиченні,% 3.80 60 120 65 3.90 70 135 75 4.00 75 150 80 4.10 80 165 90 4.20 85 180 100

Як тільки літій-іонний акумулятор починає заряджатися, відзначається швидке зростання напруги. Така поведінка можна порівняти з підйомом вантажу гумовою стрічкою, коли має місце ефект відставання.

Ємність, в кінцевому підсумку, буде набрана, коли акумулятор повністю зарядиться. Така характеристика заряду типова для всіх АКБ.

Чим вище струм заряду, тим яскравіше ефект гумової стрічки. Низька температура або наявність осередку з високим внутрішнім опором лише підсилюють ефект.

Акумулятори NB

Структура літій-іонної акумуляторної батареї в самому простому вигляді: 1 мінусова шина з міді; 2 - плюсова шина з алюмінію; 3 - анод з оксиду кобальту; 4 катод з графіту; 5 - електроліт

Оцінка стану заряду шляхом зчитування напруги зарядженої батареї недоцільна. Вимірювання напруги розімкнутого ланцюга (холостий хід) після того, як батарея лежала кілька годин, є найкращим оціночним індикатором.

Як і для інших батарей, температура впливає на холостий хід точно так же, як впливає на активний матеріал літій-іонної АКБ. Стан заряду смартфонів , Ноутбуків і інших пристроїв оцінюється шляхом підрахунку кулонів.

Літій-іонний АКБ: поріг насичення

Літій-іонний акумулятор не здатний поглинати надмірне зарядження. Тому при повному насиченні акумулятора струм заряду відразу необхідно зняти.

Постійний поточний заряд може привести до металізації елементів літію, що порушує принцип забезпечення безпеки експлуатації таких АКБ.

Щоб звести до мінімуму утворення дефектів, слід якомога швидше відключати літій-іонний акумулятор при досягненні піку заряду.

Акумулятори ДБЖ

Цей акумулятор вже не візьме заряду рівно стільки, скільки йому належить. Унаслідок неправильної зарядки він втратив свої основні характеристики накопичувача енергії

Як тільки заряд припиняється, напруга літій-іонного акумулятора починає падати. Виявляється ефект зменшення фізичної напруги.

Деякий час напруга холостого ходу буде розподілятися між нерівномірно зарядженими осередками з напругою 3,70 В і 3,90 В.

Тут також звертає на себе увагу процес, коли літій-іонна батарея, що отримала повністю насичений заряд, починає заряджати сусідню (якщо така включена в схему), що не отримала заряд насичення.

Коли літій-іонні батареї потрібно постійно тримати в зарядному пристрої з метою забезпечення їх готовності, слід робити ставку на зарядні пристрої, які мають функцію короткочасного компенсаційного заряду.

Зарядний пристрій з функцією короткочасного компенсаційного заряду включається, якщо напруга розімкнутого ланцюга падає до 4.05 В / с і вимикається при досягненні напруги 4.20 В / с.

Зарядні пристрої, призначені для оперативної готовності або для роботи в режимі очікування, часто дозволяють знизити напругу батареї до 4,00В / я і заряджають літій-іонні АКБ тільки до рівня 4,05В / я, не даючи досягти повного рівня 4.20В / я.

Подібна методика знижує напругу фізичне, невід'ємно пов'язане з напругою технічним, і сприяє продовженню терміну служби батареї.

Заряд безкобальтовим акумуляторів

Акумулятори в традиційному виконанні мають номінальну напругу осередку рівне 3,60 вольта. Однак для приладів, що не містять кобальту, номінал інший.

Так, літій-фосфатні акумулятори володіють номіналом 3,20 вольта (зарядна напруга 3,65В). А нові літій-тітанатние акумулятори (виробництво Росія) мають номінальну напругу осередку 2,40В (зарядний 2,85).

Блок АКБ G40B4

Літій-фосфатні акумуляторні батареї відносяться до накопичувачів енергії, які не містять у своїй структурі кобальт. Цей факт дещо змінює умови зарядки таких акумуляторів

Для таких батарей традиційні зарядні пристрої не підходять, так як перевантажують АКБ із загрозою вибуху. І навпаки, система зарядки для безкобальтовим батарей не забезпечить достатньою зарядом на 3,60В традиційний літій-іонний акумулятор.

Перевищений заряду літій-іонного акумулятора

Літій-іонний акумулятор безпечно працює в межах заданих робочих напруг. Однак робота батареї стає нестабільною, якщо вона заряджається вище робочих норм.

Тривала зарядка літій-іонної батареї напругою вище 4,30В, призначеної під робочий номінал 4.20В, чревата металізацією анода літієм.

Матеріал катода, в свою чергу, набуває властивостей окислювача, втрачає стабільність стану, виділяє вуглекислий газ.

Тиск акумуляторної осередку наростає і якщо заряд триває, пристрій внутрішньої захисту спрацює при тиску від 1000 кПа до 3180 кПа.

Якщо ж зростання тиску триває і після цього, відкривається захисна мембрана при рівні тиску 3,450 кПа. В такому стані осередок літій-іонного акумулятора знаходиться на межі вибуху і в кінцевому підсумку саме так і відбувається.

Структура: 1 - верхня кришка; 2 - верхній ізолятор; 3 - сталева банку; 4 - нижній ізолятор; 5 - вкладка анода; 6 - катод; 7 - сепаратор; 8 - анод; 9 - вкладка катода; 10 - віддушина; 11 - PTC; 12 - прокладка

Спрацьовування захисту всередині літій-іонного акумулятора пов'язано з підвищенням температури внутрішнього вмісту. Повністю заряджена акумуляторна батарея має більш високу внутрішню температуру, ніж частково заряджена.

Тому літій-іонні батареї бачаться більш безпечними за умови низкоуровневой зарядки. Ось чому влада деяких країн вимагають використовувати в літаках Li-ion АКБ, насичені енергією не вище 30% від їх повної ємності.

Поріг внутрішньої температури батарей при повному завантаженні становить:

• 130-150 ° C (для літій-кобальтових);
• 170-180 ° C (для нікель-марганець-кобальтових);
• 230-250 ° C (для літій-марганцевих).

Слід зазначити: літій-фосфатні акумулятори володіють кращою температурною стійкістю, ніж літій-марганцевої АКБ. Літій-іонні батареї не єдині з числа тих, що становлять небезпеку в умовах енергетичної перевантаження.

Наприклад, свинцево-нікелеві акумулятори також схильні до розплавлення з подальшим загоранням, якщо насичення енергією виконується з порушеннями паспортного режиму.

Тому застосування зарядних пристроїв, що ідеально підходять до батареї, має першорядне значення для всіх літій-іонних акумуляторів.

Деякі висновки від аналізу

Зарядка літій-іонних батарей відрізняється спрощеною методикою в порівнянні з нікелевими системами. Схема зарядки прямолінійна, з обмеженнями напруги і струму.

Така схема значно простіше, ніж схема, що аналізує складні сигнатури напруги, що змінюються в міру експлуатації батареї.

Процес насичення енергією літій-іонних батарей допускає переривання, ці акумулятори не потребує повному насиченні, як у випадку з кислотно-свинцевими АКБ.

Схема контролера для малопотужних літій-іонних акумуляторів. Просте рішення і мінімум деталей. Але схема не забезпечує умови циклу, при яких зберігається тривалий термін служби

Властивості літій-іонних акумуляторів обіцяють переваги в роботі поновлюваних джерел енергії (сонячних панелей і вітряних турбін). Як правило, сонячна панель або вітрогенератор рідко забезпечують повний заряд акумулятора.

Для літій-іона відсутність вимог стабільної підзарядки спрощує схему контролера заряду. Літій-іонний акумулятор не вимагає контролера, вирівнюючого напруга і струм, як того вимагають свинцево-кислотні АКБ.

Всі побутові та більшість промислових літій-іонних зарядних пристроїв повністю заряджають акумулятор. Однак існуючі пристрої зарядки літій-іонних батарей в масі своїй не забезпечують регуляцію напруги в кінці циклу.

Відсутність цього функціоналу обертається скороченням терміну служби акумуляторів. Виробники недосконалих зарядних пристроїв пояснюють казус ускладненням схеми і загальним подорожчанням приладів.

Інструкція: як заряджати літій-іонні батареї

1. Вимкнути пристрій-споживач (відключити додаткове навантаження від зарядного пристрою). Паразитна навантаження знижує ефективність зарядного пристрою.
2. Заряджати літій-іонний акумулятор тільки при помірній температурі. Забороняється заряджати батарею при мінусових температурах.
3. Віддавати пріоритет часткового (неповного) заряду до рівня 80-85%.
4. Припинити заряд якщо корпус акумулятора нагрівається до температури вище 50-60ºС.
5. Обов'язково зарядити літій-іонну батарею перед відправкою на зберігання.

Про зарядку акумуляторів саморезоверта

Написано за допомогою матеріалів Batteryuniversity