Deoarece orice baterie (baterie) este o sursă de curent electric constant, mai devreme sau mai târziu încărcarea sa se va epuiza inevitabil. Cu fiecare reîncărcare, capacitatea sa va deveni din ce în ce mai mică. Acestea sunt legile fizicii.

Îi puteți prelungi activitatea doar pentru o perioadă scurtă de timp. Să ne uităm la cum să recondiționați o baterie litiu-ion pentru a câștiga timpul necesar înlocuirii bateriei.

IMPORTANT. Dacă sunteți nou în tehnologie, atunci, în general, nu merită să citiți mai departe - mergeți să luați o baterie nouă sau invitați un prieten competent. (Nu este nevoie să-l sun pe naș!).

În plus, veți afla despre cauzele incendiului, pericolele de explozie și îmbătrânirea LIB-urilor. Aceste informații vor ajuta la determinarea exactă a ceea ce s-a întâmplat cu bateria și, de asemenea, va face posibilă evitarea erorilor operaționale.

Deci, bateriile litiu-ion (LIB) sunt utilizate într-o gamă largă de diverse tehnologii moderne ca sursă de energie electrică. energie de la telefoanele mobile la dispozitivele de stocare în sistemele energetice.

Principalii lor indicatori de performanță pot varia în următoarele limite (acest lucru depinde de compoziția lor chimică):

• Tensiune (nominală) - 3,7 V sau 3,8 V;
• Tensiune maxima - 4,23 V sau 4,4 V;
• Tensiune minimă - 2,5–2,75 V sau 3,0 V;
• Numărul de încărcare-descărcări este de 600 (cu o pierdere de 20% din capacitate);
• Rezistență internă 5–15 mOhm/Ah;
• În condiții normale, valoarea de autodescărcare este de 3% pe lună;
• Intervalul de temperatură de funcționare este de la minus 20°C la plus 60°C, temperatura optimă este de plus 20°C.
• Dacă tensiunea este depășită la încărcarea LIB-ului, acesta poate lua foc. Pentru a proteja împotriva acestui lucru, în carcasă este introdus un controler. Funcția sa este de a dezactiva LIA. (De asemenea, controlează curentul, supraîncălzirea și adâncimea de descărcare).
• Pentru a reduce costurile, nu fiecare baterie cu litiu este echipată cu un controler (sau nu oferă protecție pentru toți parametrii).

INTERESANT: Primul producător de baterii cu litiu a fost Sony Corporation în 1991.

Design și avantajele LIB

Un LIB constă dintr-un catod (pe folie de aluminiu) și un anod (pe folie de cupru), separate printr-un separator electrolitic și plasate într-o „bidon” etanș.

Catodul și anodul sunt conectate la bornele colectoare de curent.

Carcasa este uneori echipată cu o supapă pentru eliberarea presiunii în caz de funcționare de urgență.

Într-o baterie litiu-ion (LIB), încărcarea este transportată de un litiu ion. Capacitatea sa caracteristică este capacitatea de a pătrunde în rețeaua cristalină a altor materiale (în cazul nostru, grafit, oxizi sau săruri ale metalelor), formând astfel legături chimice.

În prezent, sunt utilizate trei tipuri de materiale catodice:

• Cobaltați de litiu (mulțumită cobaltului crește numărul de cicluri de încărcare-descărcare și devine posibilă funcționarea la temperaturi scăzute);
• Litiu mangan;
• Ferofosfat de litiu (cost redus).
• Avantajele LIB-urilor sunt auto-descărcare scăzută și un număr mare de cicluri.

Dezavantajele LIA

Pericolul de explozie al bateriilor Li-ion din prima generație a fost justificat de apariția unor formațiuni gazoase care au dus la un scurtcircuit între electrozi. Acest lucru a fost acum eliminat prin schimbarea materialului anodului din litiu metalic în grafit.

Pericolele de explozie au apărut și în LIB-urile cu oxid de cobalt din cauza defecțiunilor operaționale.

LIB-urile pe bază de ferofosfat de litiu sunt complet lipsite de acest dezavantaj.

IMPORTANT. Descărcarea LIB-urilor la temperaturi scăzute (în special descărcarea repetată) duce la o reducere a energiei de retur de până la zeci de procente. În plus, LIB-urile reacționează „acut” la temperatură la încărcare: temperatura optimă este de +20 °C și nu mai este recomandată +5 °C.

Efect de memorie

Cercetările au confirmat existența unui efect de memorie în LIB. Dar ideea este prezența sa fundamentală și nu influența ei asupra operei în ansamblu.

Explicația pentru acest proces este următoarea: bateria funcționează prin eliberarea și captarea periodică a ionilor de litiu, iar acest proces, atunci când nu este complet încărcat, se deteriorează din cauza perturbării microstructurii electrodului.

IMPORTANT. Experții au identificat două reguli pentru prelungirea duratei de viață a LIB:

• Prevenirea scurgerii complete;
• Nu încărcați în apropierea surselor de căldură.

Îmbătrânire

LIB-urile îmbătrânesc chiar și atunci când nu sunt utilizate. Douăzeci la sută din capacitate se pierde după doar doi ani. Nu ar trebui să le cumpărați „pentru masă”. Când cumpărați, uitați-vă la data producției.

Temperaturi și putere scăzute

Până la cincizeci la sută din puterea bateriei se pierde la temperaturi de funcționare sub 0 °C.

Arderea spontană

LIB-urile sunt predispuse la arderea spontană. În timpul accelerației termice a unei baterii defectuoase (deteriorate), sunt eliberate substanțe care accelerează autoîncălzirea acesteia (oxigen plus gaze inflamabile). Prin urmare, este capabil să ardă chiar și în absența aerului.

Pentru a stinge în astfel de cazuri, asigurați o temperatură mai scăzută și preveniți răspândirea focului.

Să începem restaurarea

Odată ce cunoașteți deja din cele de mai sus „fizica” și „chimia” funcționării LIB și umplerea acestuia, puteți alege independent una dintre metodele de tratare a bateriei și, de asemenea, puteți evalua „rezonabilitatea” metodelor de mai jos.

Scaparea de gaze

Știm deja că, dacă sunt utilizate incorect, substanțele gazoase se pot forma în interiorul „bidonului”.

Esența acestei metode este că trebuie să scapi de ele. Pentru a face acest lucru, mai întâi îndepărtați blocul superior (controller), apoi străpungeți capacul descoperit și apoi apăsați-l pe o suprafață tare cu un fel de presă pentru a elibera gazele.

După aceasta, sigilați gaura cu rășină epoxidice și readuceți controlerul la locul său.

Dar înainte de a reînvia bateria telefonului în acest fel, amintiți-vă pericolele așteptate ale acestei metode:

• Deteriorarea dispozitivului din cauza impactului excesiv;
• Deteriorări ale componentelor electronice de sub capac;
• Posibilitatea de explozie (combustie spontană) când catodul este scurtcircuitat cu anodul.

„Revenirea” capacității pe termen scurt

Puteți reînvia pentru scurt timp bateria dacă o „reanimați” folosind o sursă de alimentare de 5–12 volți, un rezistor de la 330 la 1000 ohmi și o putere de cel puțin 500 mW.

Pentru a face acest lucru, contactele sursei de alimentare sunt conectate la contactele LIB: minus la minus și plus la plus printr-un rezistor, a cărui polaritate este verificată cu un multimetru. Timpul de consum nu este mai mare de două până la trei minute.

Vă rugăm să rețineți că parametrii curentului furnizat trebuie să corespundă cu cei necesari și să utilizați un voltmetru sau un tester pentru a controla tensiunea.

Folosim frigiderul

Urmând această metodă simplă, restaurarea bateriei se realizează după cum urmează:

Bateria scoasă de pe smartphone trebuie introdusă în frigider pentru o perioadă de douăzeci până la treizeci de minute, după ce a fost introdusă într-o pungă de plastic. Apoi conectați-l la încărcător timp de un minut, apoi așteptați până când se încălzește la temperatura camerei.

Se presupune că după aceste manipulări poate fi folosit ca de obicei.

Metoda de încărcare-descărcare

Această metodă ar trebui numită o metodă de resuscitare a unei baterii pentru un elev de clasa a cincea.

Potrivit popularizatorilor acestei „glume”, bateria telefonului poate fi „dată la viață” prin încărcarea „de mai multe ori” (numărul de ori nu este specificat) la o încărcare de 100% și apoi descărcarea completă a bateriei. Pentru a descărca, se recomandă să folosiți un joc care necesită mult resurse sau un utilitar AnTuTu, de fiecare dată scoțându-l și introducându-l înapoi în telefonul mobil.

Rămâne neclar cum va fi încărcată bateria de mai multe ori până la 100% dacă este deja inoperabilă?

Metoda de recuperare „sălbatică”.

Această „manevră” constă în faptul că, după îndepărtarea controlerului de protecție, trebuie să scurtcircuitați bornele colectorului de curent de ieșire cu un obiect metalic. După aceasta, controlerul se întoarce la locul său.

În același timp, se adaugă un alt punct semnificativ - la începutul procedurii, din anumite motive, trebuie să dezlipiți autocolantul cu caracteristicile tehnice ale LIB. Acesta este cu adevărat „dans cu o tamburină”!

Balanțarea LIB dezactivată de controler

Pentru a preveni descărcarea profundă, bateriile litiu-ion sunt echipate cu un controler care le pune într-o stare de „închidere”. În acest caz, la măsurarea tensiunii la bornele sale din fața controlerului, puteți detecta o valoare de aproximativ 2,5 volți. Asta înseamnă că bateria este încă vie!

Pentru a face acest lucru, circuitul de protecție este mai întâi oprit (nesudat).

„Cutia” este conectată la un dispozitiv universal de încărcare-descărcare (de exemplu, Turnigy Accucell 6). În acest caz, dispozitivul însuși monitorizează procesul, iar restaurarea are loc sub controlul său.

Butonul „TYPE” selectează programul de încărcare „Li-Po”, deoarece LIB-ul nostru este de 3,7 V.

Prin apăsarea scurtă „START” sunt selectați parametrii de încărcare. Pentru Li-ion - valoarea este de 3,6 V, pentru Li-pol - 3,7 V.

Trebuie să selectați „AUTO” pentru parametru, deoarece în cazul nostru încărcarea nu va începe din cauza încărcării scăzute a bateriei.

Curentul de încărcare trebuie setat la zece procente din capacitatea bateriei (în cazul nostru, 150 mA). Valoarea este setată folosind butoanele „+” și „-”.

Când încărcarea bateriei ajunge la 4,2 V, dispozitivul va fi comutat în modul de stabilizare a tensiunii, iar la finalizarea procesului, se va auzi un semnal sonor și pe afișaj va apărea mesajul „FULL”.

Și, în sfârșit, un videoclip despre cum nu trebuie să reîncărcați bateriile

Note de siguranță

Înainte de a recondiționa o baterie litiu-ion, trebuie să vă amintiți următoarele reguli:

• Nu ar trebui să lăsați un LIB problematic nesupravegheat în timpul reparațiilor. Arderea spontană nu este o amenințare, ci un fapt real.
• Este necesar să monitorizați periodic temperatura bateriei telefonului cu un termocuplu la distanță, un termometru electronic sau cel puțin cu mâna. Dacă suprafața pare mai degrabă fierbinte decât caldă, reparațiile trebuie oprite imediat.
• Nu utilizați curenți mari pentru încărcare. Maximul admisibil posibil este de 50 mA. Acest parametru este calculat prin împărțirea tensiunii de alimentare la capacitatea rezistenței. De exemplu, la 12 V și 500 ohmi, va fi 24 mA.
• În loc de un rezistor, este permisă utilizarea unui ventilator de computer standard de 80 mm.

Amintiți-vă că metodele de mai sus nu dau un rezultat 100% și, în orice caz, responsabilitatea vă revine. Acest lucru este valabil mai ales pentru umaniști.

Nu vă supraestimați cunoștințele și capacitățile. Este mai bine să vă consultați din nou cu oameni cunoscători.

Împărtășiți-vă experiența cu prietenii și scrieți în comentarii.

Durata de funcționare a smartphone-urilor moderne fără reîncărcare este determinată de bateria lor și de caracteristicile acesteia.

Ce tipuri de baterii există?

Bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) și nichel-hidrură metalică (Ni-MH) nu mai sunt relevante - au funcționat corespunzător pentru o lungă perioadă de timp, dar au avut o serie de dezavantaje. În cele mai multe cazuri, gadgeturile noastre folosesc baterii pe bază de litiu - litiu-ion (Li-Ion) și litiu polimer (Li-Pol).

Una dintre principalele caracteristici ale unei baterii este capacitatea. Acesta determină câtă energie electrică poate stoca bateria și cât timp dispozitivul poate funcționa autonom. Cele mai comune baterii sunt cele cu o capacitate de 2000 până la 3000 mAh (miliamperi/oră). Dimensiunile surselor de litiu-ion rămân foarte compacte, spre deosebire de predecesorii lor.

Bateriile cu litiu-polimer diferă de bateriile cu litiu-ion într-o varietate de forme geometrice și, ceea ce este deosebit de important acum, prin grosimea lor minimă, care începe de la 1 mm. Acest lucru le permite să fie folosite în smartphone-uri foarte subțiri.

Bateriile cu litiu au o durată de viață lungă dacă sunt utilizate corespunzător. Producătorii multor smartphone-uri cunoscute au asigurat înlocuirea bateriei doar la un centru de service, făcând corpul dispozitivului monolitic, iar capacul din spate și bateria nu pot fi detașate. Fără echipament și cunoștințe speciale, utilizatorul nu va putea efectua această operațiune pe cont propriu.

Temperatura în timpul funcționării. Capacitatea bateriei este direct afectată. Temperaturile ridicate favorizează stocarea mai rapidă a energiei la temperaturi scăzute, capacitatea scade semnificativ. Dacă folosești unul insuficient încărcat, acesta se va epuiza rapid. În plus, există riscul ca încărcarea să scadă la zero, ceea ce este extrem de nedorit - bateriile cu litiu suferă de descărcare completă.

Și situația inversă. Un smartphone încărcat 100% este folosit în lumina directă a soarelui. Figurat vorbind, în acest caz, 100% din încărcare se transformă în 110% și există un exces de energie electrică acumulată, care poate duce la o scădere a capacității.

Pe baza acestui lucru, merită să respectați condițiile de temperatură ale funcționării gadgetului. Mai mult, nu vorbim despre încălzirea naturală în timpul utilizării active - o astfel de creștere a temperaturii nu reprezintă un pericol pentru baterie

Timp de încărcare și încărcător. Fiecare sursă de litiu este echipată cu un controler special, care ar trebui să o protejeze de excesul de curent. Când se atinge o încărcare completă, curentul de intrare este oprit.

Sunt posibile erori și erori în funcționarea controlerului, care duc la supraîncărcare. Uneori, acest lucru se datorează utilizării încărcătoarelor pentru smartphone-uri neoriginale. Nu este recomandat să lăsați un smartphone de încărcare în priză mult timp după ce a ajuns la încărcare completă. De asemenea, trebuie să utilizați încărcătoare originale sau cele ai căror parametri sunt .

Bateriile cu litiu trebuie încărcate fără a aștepta ca dispozitivul să se oprească complet, de exemplu, la 10-15% din încărcarea rămasă. Acestea pot fi reîncărcate ori de câte ori este posibil în timpul zilei, de exemplu, de la portul USB al unui computer de serviciu sau într-o mașină. Nu este necesar să obțineți o încărcare completă.

Depozitare. Dacă proprietarul unui smartphone intenționează să nu folosească dispozitivul pentru o perioadă lungă de timp, nivelul recomandat de încărcare a bateriei în acest caz ar trebui să fie de aproximativ 50%.

Numărul de cicluri de încărcare pentru bateriile cu litiu este de aproximativ 1200 de ori. Aritmetica simplă sugerează că durata de viață a bateriei va dura cel puțin 3 ani. Urmând recomandările de mai sus, puteți crește durata de viață a bateriei.

Primele experimente de creare a celulelor galvanice cu litiu au fost înregistrate în 1012. Un model cu adevărat funcțional a fost creat în 1940, primele copii de producție (nereîncărcabile!) au apărut în anii 70, iar marșul triumfal al acestui tip de baterie a început la începutul anilor 90, când compania japoneză Sony a reușit să-și stăpânească reclamele. producție.

În prezent, se crede că aceasta este una dintre cele mai promițătoare domenii pentru crearea surselor de energie electrică autonome, în ciuda costului lor destul de ridicat (la nivelul actual).

Principalul avantaj al acestui tip de baterie este densitatea sa mare de energie (aproximativ 100 W/oră la 1 kg de greutate) și capacitatea de a efectua un ciclu mare de încărcare/descărcare.

Bateriile nou create sunt, de asemenea, caracterizate de un indicator atât de excelent ca o rată scăzută de auto-descărcare (doar de la 3 la 5% în prima lună, cu o scădere ulterioară a acestui indicator). Acest lucru permite

Și asta nu este tot - în comparație cu Ni-Cd utilizat pe scară largă, noul circuit cu aceleași dimensiuni oferă performanțe de trei ori mai mari, practic fără efect negativ de memorie.

Caracteristici negative

baterii litiu-ion.

În primul rând, costul ridicat, necesitatea de a menține bateria în stare încărcată și așa-numitul „efect de îmbătrânire”, care se manifestă chiar și atunci când celula galvanică nu a fost folosită. Ultima proprietate neplăcută se manifestă printr-o scădere constantă a capacității, care după doi ani poate duce la defectarea completă a produsului.

Piața de consum pentru bateriile litiu-ion (Li-ion) este uriașă - aproximativ 10 miliarde de dolari, dar este destul de stabilă, cu o rată de creștere de doar 2% pe an. Dar mașinile electrice, te întrebi? Într-adevăr, în următorii ani, datorită dezvoltării vehiculelor electrice, ritmul anual de creștere a bateriilor litiu-ion este estimat a fi de 10%. În mod surprinzător, cea mai mare zonă de creștere pentru piața bateriilor Li-ion continuă să fie „orice altceva”, de la telefoane mobile la stivuitoare.

„Alte” aplicații pentru baterii litiu-ion tind să aibă un lucru în comun - sunt dispozitive care sunt alimentate de baterii sigilate cu plumb acid (SLA). Bateriile cu plumb-acid au dominat piața electronică de aproape 200 de ani, dar de câțiva ani au fost înlocuite cu baterii litiu-ion. Deoarece în multe cazuri bateriile litiu-ion au început să înlocuiască bateriile cu plumb-acid (bateriile), merită să comparăm aceste două tipuri de dispozitive de stocare a energiei, subliniind principalele caracteristici tehnice și fezabilitatea economică a utilizării Li-ion în locul dispozitivelor tradiționale SLA. .

Istoricul utilizării bateriilor reîncărcabile

Bateria plumb-acid a fost prima baterie reîncărcabilă, dezvoltată pentru uz comercial în anii 1850. În ciuda vârstei lor destul de respectabile de peste 150 de ani, ele sunt încă utilizate în mod activ în dispozitivele moderne. Mai mult, ele sunt utilizate activ în aplicații în care ar părea destul de posibil să se descurce cu tehnologiile moderne. Unele dispozitive comune folosesc destul de activ SKB, cum ar fi sursele de alimentare neîntreruptibilă (UPS), cărucioarele de golf sau stivuitoarele. În mod surprinzător, piața bateriilor plumb-acid este încă în creștere pentru anumite nișe și proiecte.

Prima inovație destul de semnificativă în tehnologia plumb-acid a venit în anii 1970, când au fost inventate SKB sigilat sau SKB fără întreținere. Această modernizare a constat în apariția unor supape speciale pentru gazele de scurgere la încărcarea/descărcarea bateriilor. În plus, utilizarea unui separator umed a făcut posibilă funcționarea bateriei într-o poziție înclinată, fără scurgeri de electroliți.

SKB sau engleză. SLA-urile sunt adesea clasificate după tip sau aplicație. În prezent, cele mai comune două tipuri sunt gel, cunoscut și sub denumirea de acid de plumb reglat prin supapă (VRLA) și mat de sticlă absorbantă AGM. Bateriile AGM sunt folosite pentru UPS-uri mici, iluminat de urgență și aplicații pentru scaune cu rotile, în timp ce bateriile VRLA sunt destinate aplicațiilor de format mai mare, cum ar fi puterea de rezervă pentru turnuri de relee celulare, hub-uri de internet și stivuitoare. Bateriile plumb-acid pot fi clasificate si dupa urmatoarele criterii: auto (demaror sau SLI - pornire, iluminare, aprindere); tracțiune (tracțiune sau ciclu adânc); staționare (surse de alimentare neîntreruptibile). Principalul dezavantaj al SLA-urilor în toate aceste aplicații este ciclul de viață - dacă sunt descărcate în mod repetat, se deteriorează grav.

În mod surprinzător, bateriile plumb-acid au fost liderii de necontestat ai pieței bateriilor timp de multe decenii, până la apariția bateriilor litiu-ion în anii 1980. O baterie litiu-ion este o celulă reîncărcabilă în care ionii de litiu se deplasează de la un electrod negativ la un electrod pozitiv în timpul descărcării și invers în timpul încărcării. Bateriile cu litiu-ion folosesc compuși de litiu intercalați, dar nu conțin litiu metalic, care este utilizat în bateriile de unică folosință.

Bateria litiu-ion a fost inventată pentru prima dată în anii 1970. În anii 1980, a fost adusă pe piață prima versiune comercială a bateriei cu catod de oxid de cobalt. Acest tip de dispozitiv avea capacități de greutate și capacitate semnificativ mai mari în comparație cu sistemele pe bază de nichel. Noile baterii litiu-ion au alimentat o creștere enormă pe piața de telefoane mobile și laptopuri. Inițial, din cauza problemelor de siguranță, au fost introduse opțiuni mai sigure care includeau aditivi pe bază de nichel și mangan în materialul catodic de oxid de cobalt, pe lângă inovațiile în construcția celulelor.

Primele celule litiu-ion aduse pe piață au fost în cutii rigide din aluminiu sau oțel și, de obicei, au venit în doar câțiva factori de formă, fie cilindrice, fie prismatice (în formă de cărămidă). Cu toate acestea, odată cu extinderea gamei de aplicații ale tehnologiei litiu-ion, dimensiunile lor generale au început să se schimbe.

De exemplu, versiuni mai puțin costisitoare ale tehnologiei mai vechi sunt folosite în laptopuri și telefoane mobile. Celulele subțiri de polimer de litiu de astăzi sunt folosite în smartphone-uri, tablete și dispozitive portabile. În prezent, bateriile litiu-ion sunt folosite în scule electrice, biciclete electrice și alte dispozitive. Această variație anunță o înlocuire completă a dispozitivelor cu plumb-acid în tot mai multe aplicații menite să îmbunătățească dimensiunea generală și performanța puterii.

Caracteristici chimice

Fundamentele chimiei celulare conferă dispozitivelor plumb-acid și litiu-ion proprietăți specifice și diferite grade de funcționalitate. Mai jos sunt câteva dintre avantajele bateriilor plumb-acid, care au făcut din ele o bază de zeci de ani și dezavantajele care duc acum la înlocuirea acestuia, precum și considerații similare pentru dispozitivele cu litiu-ion.

Baterie plumb acid

• SKB este simplu, fiabil și ieftin. Poate fi folosit într-o gamă largă de temperaturi.
• Bateriile trebuie depozitate într-o stare de încărcare (SoC) și nu pot fi încărcate rapid.
• SKB-urile sunt grele. Densitatea lor gravimetrică de energie este foarte scăzută.
• Ciclul de viață este de obicei între 200 și 300 de descărcări/încărcări, ceea ce este foarte scurt.
• Curba de încărcare/descărcare permite măsurători SOC cu control simplu al tensiunii.

baterie Li-ion

• Au o densitate maximă de energie în ceea ce privește dimensiunea și greutatea.
• Ciclul de viață este de obicei între 300 și 500, dar poate fi de mii pentru celulele cu fosfat de litiu;
• Intervalul de temperatură de funcționare este foarte mic;
• Sunt disponibile diferite dimensiuni de celule, forme și alte opțiuni;
• Nu necesită întreținere. Nivelul de autodescărcare este foarte scăzut.
• Este necesară implementarea schemelor de siguranță operațională. Algoritm de încărcare complex.
• Măsurătorile SoC necesită soluții complexe datorită neliniarității curbei de tensiune.

Electronice

Este important să înțelegeți diferența dintre un acumulator și o baterie reîncărcabilă. Celula este componenta principală a pachetului. În plus, pachetul include și electronice, conectori și carcasă. Figura de mai sus prezintă exemple ale acestor dispozitive. O baterie litiu-ion trebuie să aibă, cel puțin, un circuit de protecție și control al celulelor implementate, iar încărcătorul și sistemul de detectare a tensiunii sunt mult mai complexe decât cele găsite în dispozitivele plumb-acid.

Când utilizați baterii litiu-ion și plumb-acid, principalele diferențe în electronică vor fi următoarele:

Încărcător

Încărcarea unei baterii plumb-acid este destul de simplă atâta timp cât sunt îndeplinite anumite praguri de tensiune. Bateriile litiu-ion folosesc un algoritm mai complex, cu excepția pachetelor pe bază de fosfat de fier. Metoda standard de încărcare pentru astfel de dispozitive este metoda curent constant/tensiune constantă (CC/CV). Include un proces de încărcare în două etape. În prima etapă, încărcarea are loc cu un curent constant. Aceasta durează până când tensiunea de pe celulă atinge un anumit prag, după care tensiunea rămâne constantă, iar curentul scade exponențial până când atinge valoarea de tăiere.

Numărarea taxelor și comunicare

După cum sa menționat mai devreme, sarcina SCB poate fi măsurată folosind măsurători simple de tensiune. Atunci când se utilizează baterii litiu-ion, este necesar să se controleze nivelul de încărcare al celulelor, ceea ce necesită implementarea unor algoritmi și cicluri de învățare complexe.

I 2 C este cel mai comun și mai rentabil protocol de comunicare utilizat în bateriile litiu-ion, dar are limitări în ceea ce privește imunitate la zgomot, integritatea semnalului la distanță și lățimea de bandă totală. SMBus (System Management Bus), un derivat al I 2 C, este foarte comun în bateriile mai mici, dar în prezent nu are nici un suport eficient pentru pachetele de mare putere sau mai mari. CAN este excelent pentru medii cu zgomot ridicat sau unde sunt necesare rulări lungi, cum ar fi în multe aplicații SKB, dar este destul de scump.

Înlocuiri directe

Trebuie subliniat faptul că acum există mai multe formate standard de baterii plumb-acid. De exemplu - U1, un factor de formă standard utilizat în aplicațiile de alimentare de rezervă ale echipamentelor medicale. Bateria cu litiu fier fosfat s-a dovedit a fi un înlocuitor demn de plumb acid. Fosfatul de fier are un ciclu de viață excelent, o conductivitate bună a sarcinii, o siguranță îmbunătățită și o impedanță scăzută. Tensiunile bateriei cu litiu fier fosfat sunt, de asemenea, bine adaptate la tensiunile bateriei cu plumb acid (12V și 24V), permițând folosirea acelorași încărcătoare. Pachetele software de întreținere și monitorizare a bateriei includ caracteristici inteligente, cum ar fi urmărirea încărcării, contor ciclului de încărcare/descărcare și multe altele.

Bateriile cu litiu fier fosfat păstrează 100% capacitate în timpul depozitării, spre deosebire de bateriile SKB, care își pierd din capacitate pe parcursul mai multor luni de depozitare. Figura de mai sus compară cele două produse și tipurile de progrese realizate în tranziția de la SKB la Li-ion.

Concluzii

Există foarte puține baterii care pot stoca la fel de multă energie ca bateriile cu plumb-acid, ceea ce face ca acest tip de baterie să fie rentabil pentru multe dispozitive de mare putere. Tehnologia litiu-ion scade constant în preț, precum și îmbunătățiri constante ale structurilor chimice și sistemelor de siguranță, făcându-le un concurent demn al tehnologiei plumb-acid. Dispozitivele pentru utilizarea lor pot fi foarte diferite, variind de la dispozitive de alimentare neîntreruptibilă până la vehicule electrice și drone.

Procesele de încărcare și descărcare ale oricărei baterii au loc sub forma unei reacții chimice. Cu toate acestea, încărcarea bateriilor litiu-ion este o excepție de la regulă. Cercetările științifice arată energia unor astfel de baterii precum mișcarea haotică a ionilor. Declarațiile experților merită atenție. Dacă știința este de a încărca corect bateriile litiu-ion, atunci aceste dispozitive ar trebui să dureze pentru totdeauna.

Oamenii de știință văd dovezi ale pierderii capacității utile a bateriei, confirmate de practică, în ionii blocați de așa-numitele capcane.

Prin urmare, ca și în cazul altor sisteme similare, dispozitivele cu litiu-ion nu sunt imune la defecte în timpul utilizării lor în practică.

Încărcătoarele pentru modelele Li-ion au unele asemănări cu dispozitivele proiectate pentru sistemele plumb-acid.

Dar principalele diferențe dintre astfel de încărcătoare se văd în furnizarea de tensiuni crescute la celule. În plus, există toleranțe de curent mai strânse, plus eliminarea încărcării intermitente sau plutitoare atunci când bateria este încărcată complet.

Dacă există o oarecare flexibilitate în ceea ce privește tensiunea de conectare/deconectare, producătorii de sisteme litiu-ion resping categoric această abordare.

Bateriile Li-ion și regulile de funcționare pentru aceste dispozitive nu permit posibilitatea supraîncărcării nelimitate.

Prin urmare, nu există un așa-numit încărcător „miracol” pentru bateriile litiu-ion care să le prelungească durata de viață pentru o lungă perioadă de timp.

Este imposibil să obțineți capacitate suplimentară Li-ion prin încărcare cu impulsuri sau alte trucuri cunoscute. Energia litiu-ion este un fel de sistem „curat” care acceptă o cantitate strict limitată de energie.

Încărcarea bateriilor în amestec cu cobalt

Modelele clasice de baterii litiu-ion sunt echipate cu catozi a căror structură este alcătuită din materiale:

• cobalt,
• nichel,
• mangan,
• aluminiu.

Toate sunt de obicei încărcate la o tensiune de până la 4,20 V/I. Abaterea admisă nu este mai mare de +/- 50 mV/I. Dar există și anumite tipuri de baterii litiu-ion pe bază de nichel care permit o tensiune de încărcare de până la 4,10 V/I.

Există și dezvoltări ale bateriilor litiu-ion, unde procentul de litiu a fost crescut. Pentru ei, tensiunea de încărcare poate ajunge la 4,30 V/I și mai mult.

Ei bine, creșterea tensiunii crește capacitatea, dar dacă tensiunea depășește specificațiile, poate duce la distrugerea structurii bateriei.

Prin urmare, în cea mai mare parte, bateriile litiu-ion sunt echipate cu circuite de protecție, al căror scop este menținerea standardului stabilit.

Încărcare totală sau parțială

Cu toate acestea, practica arată: cele mai puternice baterii litiu-ion pot accepta un nivel de tensiune mai mare, cu condiția ca acesta să fie alimentat pentru o perioadă scurtă de timp.

Cu această opțiune, eficiența de încărcare este de aproximativ 99%, iar celula rămâne rece pe toată durata de încărcare. Adevărat, unele baterii litiu-ion încă se încălzesc cu 4-5C când ajung la încărcare completă.

Acest lucru se poate datora protecției sau datorită rezistenței interne ridicate. Pentru astfel de baterii, încărcarea trebuie oprită atunci când temperatura crește peste 10ºC la o rată de încărcare moderată.

Încărcarea completă a sistemelor amestecate cu cobalt are loc la o tensiune de prag. În acest caz, curentul scade cu până la 3-5% din valoarea nominală.

Bateria va afișa o încărcare completă chiar și atunci când atinge un anumit nivel de capacitate care rămâne neschimbat pentru o lungă perioadă de timp. Motivul pentru aceasta poate fi autodescărcarea crescută a bateriei.

Creșterea curentului de încărcare și a saturației de încărcare

Trebuie remarcat faptul că creșterea curentului de încărcare nu accelerează atingerea unei stări de încărcare completă. Litiu va atinge tensiunea de vârf mai repede, dar încărcarea până când capacitatea este complet saturată durează mai mult. Cu toate acestea, încărcarea bateriei la curent mare crește rapid capacitatea bateriei la aproximativ 70%.

Bateriile cu litiu-ion nu necesită o încărcare completă, așa cum este cazul dispozitivelor cu plumb-acid. Mai mult, această opțiune de încărcare este nedorită pentru Li-ion. De fapt, este mai bine să nu încărcați complet bateria, deoarece tensiunea înaltă „stresează” bateria.

Selectarea unui prag de tensiune mai mic sau eliminarea completă a încărcării de saturație ajută la prelungirea duratei de viață a bateriei litiu-ion. Este adevărat, această abordare este însoțită de o scădere a timpului de eliberare a energiei bateriei.

Trebuie remarcat aici: încărcătoarele de uz casnic, de regulă, funcționează la putere maximă și nu acceptă reglarea curentului de încărcare (tensiune).

Producătorii de încărcătoare de baterii litiu-ion pentru consumatori consideră că durata lungă de viață a bateriei este mai puțin importantă decât costul complexității circuitului.

Încărcătoare de baterii Li-ion

Unele încărcătoare de uz casnic ieftine funcționează adesea folosind o metodă simplificată. Încărcați o baterie litiu-ion într-o oră sau mai puțin, fără a trece la încărcare de saturație.

Indicatorul de pregătire de pe astfel de dispozitive se aprinde atunci când bateria atinge pragul de tensiune în prima etapă. Starea de încărcare este de aproximativ 85%, ceea ce de multe ori satisface mulți utilizatori.

Încărcătoarele profesionale (costisitoare) se disting prin faptul că stabilesc pragul tensiunii de încărcare mai scăzute, prelungind astfel durata de viață a bateriei litiu-ion.

Tabelul arată puterea calculată la încărcarea cu astfel de dispozitive la diferite praguri de tensiune, cu și fără sarcină de saturație:

De îndată ce bateria litiu-ion începe să se încarce, are loc o creștere rapidă a tensiunii. Acest comportament este comparabil cu ridicarea unei sarcini cu o bandă de cauciuc atunci când există un efect de întârziere.

Capacitatea va fi câștigată în cele din urmă când bateria este complet încărcată. Această caracteristică de încărcare este tipică pentru toate bateriile.

Cu cât curentul de încărcare este mai mare, cu atât efectul de bandă de cauciuc este mai luminos. Temperatura scăzută sau prezența unei celule cu rezistență internă ridicată nu face decât să sporească efectul.

Evaluarea stării de încărcare prin citirea tensiunii unei baterii încărcate este nepractică. Măsurarea tensiunii în circuit deschis (reactiv) după ce bateria a stat câteva ore este cel mai bun indicator de evaluare.

Ca și în cazul altor baterii, temperatura afectează viteza de mers în gol în același mod în care afectează materialul activ al unei baterii litiu-ion. , laptop-uri și alte dispozitive este estimată prin numărarea coulombilor.

Baterie litiu-ion: prag de saturație

O baterie litiu-ion nu poate absorbi încărcarea în exces. Prin urmare, atunci când bateria este complet saturată, curentul de încărcare trebuie eliminat imediat.

O încărcare constantă a curentului poate duce la metalizarea elementelor cu litiu, ceea ce încalcă principiul asigurării funcționării în siguranță a unor astfel de baterii.

Pentru a minimiza formarea de defecte, ar trebui să deconectați bateria cu litiu-ion cât mai repede posibil când atinge nivelul maxim de încărcare.

De îndată ce încărcarea se oprește, tensiunea bateriei litiu-ion începe să scadă. Apare efectul reducerii stresului fizic.

De ceva timp, tensiunea de circuit deschis va fi distribuită între celulele încărcate neuniform cu o tensiune de 3,70 V și 3,90 V.

Aici, procesul atrage atenția și atunci când o baterie litiu-ion, care a primit o încărcare complet saturată, începe să o încarce pe cea vecină (dacă este inclusă în circuit), care nu a primit o încărcare de saturație.

Când bateriile cu litiu-ion trebuie păstrate în mod constant pe încărcător pentru a asigura pregătirea lor, ar trebui să vă bazați pe încărcătoare care au o funcție de încărcare de compensare pe termen scurt.

Încărcătorul blitz-ului pornește când tensiunea în circuit deschis scade la 4,05 V/I și se oprește când tensiunea ajunge la 4,20 V/I.

Încărcătoarele concepute pentru funcționarea gata la cald sau în așteptare permit adesea ca tensiunea bateriei să scadă la 4,00 V/I și vor încărca bateriile Li-Ion doar la 4,05 V/I, în loc să atingă nivelul complet de 4,20 V/I.

Această tehnică reduce tensiunea fizică, care este asociată în mod inerent cu tensiunea tehnică, și ajută la prelungirea duratei de viață a bateriei.

Încărcarea bateriilor fără cobalt

Bateriile tradiționale au o tensiune nominală a celulei de 3,60 volți. Cu toate acestea, pentru dispozitivele care nu conțin cobalt, evaluarea este diferită.

Astfel, bateriile cu fosfat de litiu au o valoare nominală de 3,20 volți (tensiune de încărcare 3,65V). Și bateriile noi cu titanat de litiu (fabricate în Rusia) au o tensiune nominală a celulei de 2,40 V (tensiune încărcător 2,85).

Încărcătoarele tradiționale nu sunt potrivite pentru astfel de baterii, deoarece supraîncarcă bateria cu risc de explozie. În schimb, un sistem de încărcare pentru bateriile fără cobalt nu va oferi o încărcare suficientă unei baterii tradiționale cu litiu-ion de 3,60 V.

Încărcare depășită a bateriei litiu-ion

Bateria litiu-ion funcționează în siguranță în limitele tensiunilor de funcționare specificate. Cu toate acestea, performanța bateriei devine instabilă dacă este încărcată peste limitele de funcționare.

Încărcarea pe termen lung a unei baterii litiu-ion cu o tensiune de peste 4,30 V, proiectată pentru o capacitate de funcționare de 4,20 V, este plină de metalizarea anodului cu litiu.

Materialul catodic, la rândul său, capătă proprietățile unui agent oxidant, își pierde stabilitatea și eliberează dioxid de carbon.

Presiunea celulei bateriei crește și dacă încărcarea continuă, dispozitivul de protecție intern va funcționa la o presiune între 1000 kPa și 3180 kPa.

Dacă creșterea presiunii continuă după aceasta, membrana de protecție se deschide la un nivel de presiune de 3,450 kPa. În această stare, celula bateriei cu litiu-ion este pe punctul de a exploda și în cele din urmă face exact asta.

Declanșarea protecției în interiorul unei baterii litiu-ion este asociată cu o creștere a temperaturii conținutului intern. O baterie complet încărcată are o temperatură internă mai mare decât una parțial încărcată.

Prin urmare, bateriile litiu-ion par a fi mai sigure atunci când sunt încărcate la un nivel scăzut. De aceea, autoritățile din unele țări impun utilizarea bateriilor Li-ion în aeronavele care sunt saturate cu energie nu mai mult de 30% din capacitatea lor completă.

Pragul de temperatură internă a bateriei la încărcare maximă este:

• 130-150°C (pentru litiu-cobalt);
• 170-180°C (pentru nichel-mangan-cobalt);
• 230-250°C (pentru litiu mangan).

Trebuie remarcat: bateriile cu fosfat de litiu au o stabilitate la temperatură mai bună decât bateriile cu litiu mangan. Bateriile litiu-ion nu sunt singurele care prezintă un pericol în condiții de suprasarcină energetică.

De exemplu, bateriile plumb-nichel sunt, de asemenea, predispuse să se topească cu focul ulterior, dacă saturația de energie este efectuată cu încălcarea regimului de pașapoarte.

Prin urmare, utilizarea încărcătoarelor care se potrivesc perfect cu bateria este de o importanță capitală pentru toate bateriile litiu-ion.

Câteva concluzii din analiză

Încărcarea bateriilor litiu-ion are o procedură simplificată în comparație cu sistemele cu nichel. Circuitul de încărcare este simplu, cu limite de tensiune și curent.

Acest circuit este mult mai simplu decât un circuit care analizează semnăturile complexe de tensiune care se modifică pe măsură ce bateria este utilizată.

Procesul de saturare a energiei bateriilor litiu-ion permite întreruperile acestor baterii nu trebuie să fie complet saturate, așa cum este cazul bateriilor cu plumb.

Proprietățile bateriilor litiu-ion promit avantaje în funcționarea surselor de energie regenerabilă (panouri solare și turbine eoliene). De regulă, un generator eolian oferă rareori o încărcare completă a bateriei.

Pentru litiu-ion, lipsa cerințelor de încărcare la starea de echilibru simplifică designul controlerului de încărcare. O baterie litiu-ion nu necesită un controler pentru a egaliza tensiunea și curentul, așa cum este cerut de bateriile cu plumb-acid.

Toate încărcătoarele de uz casnic și cele mai industriale cu litiu-ion încarcă complet bateria. Cu toate acestea, dispozitivele existente de încărcare a bateriilor cu litiu-ion, în general, nu asigură reglarea tensiunii la sfârșitul ciclului.