Μπαταρίες ιόντων λιθίου και πολυμερών λιθίου

Η μηχανική σκέψη εξελίσσεται συνεχώς: διεγείρεται από συνεχώς αναδυόμενα προβλήματα που απαιτούν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για να επιλυθούν. Κάποτε, οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου (NiCd) αντικαταστάθηκαν από υδρίδιο νικελίου-μετάλλου (NiMH) και τώρα οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου) προσπαθούν να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου). Οι μπαταρίες NiMH έχουν αντικαταστήσει σε κάποιο βαθμό το NiCd, αλλά λόγω τέτοιων αναμφισβήτητων πλεονεκτημάτων του τελευταίου, όπως η ικανότητα παροχής υψηλού ρεύματος, χαμηλού κόστους και μεγάλης διάρκειας ζωής, δεν μπορούσαν να παρέχουν την πλήρη αντικατάστασή τους. Τι γίνεται όμως με τις μπαταρίες λιθίου; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους και σε τι διαφέρουν οι μπαταρίες Li-pol από τις μπαταρίες Li-ion; Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε αυτό το ζήτημα.

Κατά κανόνα, όταν αγοράζουμε ένα κινητό τηλέφωνο ή φορητό υπολογιστή, δεν σκεφτόμαστε όλοι τι είδους μπαταρία υπάρχει μέσα και πώς διαφέρουν αυτές οι συσκευές γενικά. Και μόνο τότε, έχοντας συναντήσει στην πράξη τις καταναλωτικές ιδιότητες ορισμένων μπαταριών, αρχίζουμε να αναλύουμε και να επιλέγουμε. Για όσους βιάζονται και θέλουν να λάβουν αμέσως μια απάντηση στο ερώτημα ποια μπαταρία είναι η βέλτιστη για ένα κινητό τηλέφωνο, θα απαντήσω εν συντομία - Li-ion. Οι παρακάτω πληροφορίες προορίζονται για τους περίεργους.

Πρώτα, μια σύντομη εκδρομή στην ιστορία.

Τα πρώτα πειράματα για τη δημιουργία μπαταριών λιθίου ξεκίνησαν το 1912, αλλά μόλις έξι δεκαετίες αργότερα, στις αρχές της δεκαετίας του '70, εισήχθησαν για πρώτη φορά σε οικιακές συσκευές. Επιπλέον, να τονίσω, ήταν απλώς μπαταρίες. Οι επόμενες προσπάθειες για την ανάπτυξη μπαταριών λιθίου (επαναφορτιζόμενες μπαταρίες) απέτυχαν λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια. Το λίθιο, το ελαφρύτερο από όλα τα μέταλλα, έχει το μεγαλύτερο ηλεκτροχημικό δυναμικό και παρέχει τη μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια μετάλλου λιθίου προσφέρουν τόσο υψηλή τάση όσο και εξαιρετική χωρητικότητα. Αλλά ως αποτέλεσμα πολυάριθμων μελετών στη δεκαετία του '80, διαπιστώθηκε ότι η κυκλική λειτουργία (φόρτιση - εκφόρτιση) των μπαταριών λιθίου οδηγεί σε αλλαγές στο ηλεκτρόδιο λιθίου, ως αποτέλεσμα των οποίων η θερμική σταθερότητα μειώνεται και υπάρχει κίνδυνος θερμικής κατάστασης βγαίνοντας εκτός ελέγχου. Όταν συμβεί αυτό, η θερμοκρασία του στοιχείου πλησιάζει γρήγορα το σημείο τήξης του λιθίου - και ξεκινά μια βίαιη αντίδραση, που αναφλέγει τα αέρια που απελευθερώνονται. Για παράδειγμα, ένας μεγάλος αριθμός μπαταριών κινητών τηλεφώνων λιθίου που είχαν αποσταλεί στην Ιαπωνία το 1991 ανακλήθηκαν μετά από πολλά περιστατικά πυρκαγιάς.

Λόγω της εγγενούς αστάθειας του λιθίου, οι ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους σε μη μεταλλικές μπαταρίες λιθίου που βασίζονται σε ιόντα λιθίου. Έχοντας χάσει λίγο σε ενεργειακή πυκνότητα και λαμβάνοντας κάποιες προφυλάξεις κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, έλαβαν ασφαλέστερες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι συνήθως διπλάσια από αυτή του τυπικού NiCd και στο μέλλον, χάρη στη χρήση νέων ενεργών υλικών, αναμένεται να αυξηθεί ακόμη περισσότερο και να επιτευχθεί τριπλάσια υπεροχή έναντι του NiCd. Εκτός από τη μεγάλη χωρητικότητα, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου συμπεριφέρονται παρόμοια με τα NiCds όταν αποφορτίζονται (τα χαρακτηριστικά εκφόρτισής τους είναι παρόμοια σε σχήμα και διαφέρουν μόνο ως προς την τάση).

Σήμερα υπάρχουν πολλές ποικιλίες μπαταριών Li-ion και μπορείτε να μιλήσετε για μεγάλο χρονικό διάστημα για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του ενός ή του άλλου τύπου, αλλά είναι αδύνατο να τα διακρίνετε από την εμφάνιση. Επομένως, θα σημειώσουμε μόνο εκείνα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που είναι χαρακτηριστικά όλων των τύπων αυτών των συσκευών και θα εξετάσουμε τους λόγους που οδήγησαν στη γέννηση των μπαταριών λιθίου-πολυμερούς.

Κύρια πλεονεκτήματα.

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και, κατά συνέπεια, μεγάλη χωρητικότητα με τις ίδιες διαστάσεις σε σύγκριση με τις μπαταρίες με βάση το νικέλιο.
• Χαμηλή αυτοεκφόρτιση.
• Υψηλή τάση ανά στοιχείο (3,6 V έναντι 1,2 V για NiCd και NiMH), γεγονός που απλοποιεί τη σχεδίαση - συχνά η μπαταρία αποτελείται από μόνο ένα στοιχείο. Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν σήμερα ακριβώς μια τέτοια μπαταρία ενός κυττάρου σε κινητά τηλέφωνα (θυμηθείτε τη Nokia). Ωστόσο, για να παρέχεται η ίδια ισχύς, πρέπει να παρέχεται υψηλότερο ρεύμα. Και αυτό απαιτεί τη διασφάλιση χαμηλής εσωτερικής αντίστασης του στοιχείου.
• Το χαμηλό κόστος συντήρησης (λειτουργίας) προκύπτει από την απουσία εφέ μνήμης, που απαιτεί περιοδικούς κύκλους εκφόρτισης για την αποκατάσταση της χωρητικότητας.

Ελαττώματα.

Η τεχνολογία κατασκευής μπαταριών Li-ion βελτιώνεται συνεχώς. Ενημερώνεται περίπου κάθε έξι μήνες και είναι δύσκολο να κατανοήσουμε πώς «συμπεριφέρονται» οι νέες μπαταρίες μετά από μακροχρόνια αποθήκευση.

Με μια λέξη, μια μπαταρία Li-ion θα ήταν καλή για όλους αν δεν υπήρχαν τα προβλήματα διασφάλισης της ασφάλειας της λειτουργίας της και το υψηλό κόστος. Οι προσπάθειες επίλυσης αυτών των προβλημάτων οδήγησαν στην εμφάνιση μπαταριών πολυμερών λιθίου (Li-pol ή Li-polymer).

Η κύρια διαφορά τους από το Li-ion αντανακλάται στο όνομα και έγκειται στον τύπο του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται. Αρχικά, στη δεκαετία του '70, χρησιμοποιήθηκε ένας ξηρός στερεός πολυμερής ηλεκτρολύτης, παρόμοιος με το πλαστικό φιλμ και δεν αγώγοντας ηλεκτρισμό, αλλά επέτρεπε την ανταλλαγή ιόντων (ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα ή ομάδες ατόμων). Ο πολυμερής ηλεκτρολύτης αντικαθιστά αποτελεσματικά τον παραδοσιακό πορώδη διαχωριστή που είναι εμποτισμένος με ηλεκτρολύτη.

Αυτός ο σχεδιασμός απλοποιεί τη διαδικασία παραγωγής, είναι ασφαλέστερος και επιτρέπει την παραγωγή λεπτών μπαταριών ελεύθερης μορφής. Επιπλέον, η απουσία υγρού ή ηλεκτρολύτη γέλης εξαλείφει την πιθανότητα ανάφλεξης. Το πάχος του στοιχείου είναι περίπου ένα χιλιοστό, επομένως οι προγραμματιστές εξοπλισμού είναι ελεύθεροι να επιλέξουν το σχήμα, το σχήμα και το μέγεθος, ακόμη και την εφαρμογή του σε θραύσματα ρούχων.

Αλλά μέχρι στιγμής, δυστυχώς, οι μπαταρίες ξηρού πολυμερούς λιθίου έχουν ανεπαρκή ηλεκτρική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Η εσωτερική τους αντίσταση είναι πολύ υψηλή και δεν μπορεί να παρέχει την ποσότητα ρεύματος που απαιτείται για τις σύγχρονες επικοινωνίες και την παροχή ρεύματος στους σκληρούς δίσκους των φορητών υπολογιστών. Ταυτόχρονα, όταν θερμαίνεται στους 60 °C ή περισσότερο, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του Li-polymer αυξάνεται σε ένα αποδεκτό επίπεδο, αλλά αυτό δεν είναι κατάλληλο για μαζική χρήση.

Οι ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν μπαταρίες Li-polymer με ξηρό στερεό ηλεκτρολύτη που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Τέτοιες μπαταρίες αναμένεται να διατεθούν στο εμπόριο μέχρι το 2005. Θα είναι σταθερά, θα επιτρέπουν 1000 πλήρεις κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και θα έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις σημερινές μπαταρίες Li-ion

Εν τω μεταξύ, ορισμένοι τύποι μπαταριών Li-polymer χρησιμοποιούνται πλέον ως εφεδρικά τροφοδοτικά σε ζεστά κλίματα. Για παράδειγμα, ορισμένοι κατασκευαστές τοποθετούν ειδικά θερμαντικά στοιχεία που διατηρούν μια ευνοϊκή θερμοκρασία για την μπαταρία.

Μπορείτε να ρωτήσετε: πώς μπορεί να είναι αυτό; Οι μπαταρίες Li-polymer πωλούνται ευρέως στην αγορά, οι κατασκευαστές εξοπλίζουν με αυτές τηλέφωνα και υπολογιστές, αλλά εδώ λέμε ότι δεν είναι ακόμη έτοιμες για εμπορική χρήση. Όλα είναι πολύ απλά. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για μπαταρίες όχι με ξηρό στερεό ηλεκτρολύτη. Προκειμένου να αυξηθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μικρών μπαταριών Li-polymer, προστίθεται σε αυτές μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρολύτη που μοιάζει με gel. Και οι περισσότερες μπαταρίες πολυμερούς λιθίου που χρησιμοποιούνται για κινητά τηλέφωνα σήμερα είναι στην πραγματικότητα υβριδικές επειδή περιέχουν ηλεκτρολύτη που μοιάζει με τζελ. Θα ήταν πιο σωστό να τα ονομάσουμε πολυμερή ιόντων λιθίου. Αλλά οι περισσότεροι κατασκευαστές απλώς τα χαρακτηρίζουν ως Li-polymer για διαφημιστικούς σκοπούς. Ας σταθούμε λεπτομερέστερα σε αυτόν τον τύπο μπαταριών λιθίου-πολυμερούς, καθώς αυτή τη στιγμή έχουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον.

Λοιπόν, ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας μπαταρίας Li-ion και μιας μπαταρίας Li-polymer με προσθήκη ηλεκτρολύτη γέλης; Αν και τα χαρακτηριστικά και η αποτελεσματικότητα και των δύο συστημάτων είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια, η μοναδικότητα της μπαταρίας πολυμερούς Li-ion (μπορείτε να την αποκαλέσετε έτσι) είναι ότι εξακολουθεί να χρησιμοποιεί έναν στερεό ηλεκτρολύτη, που αντικαθιστά έναν πορώδες διαχωριστή. Ο ηλεκτρολύτης γέλης προστίθεται μόνο για την αύξηση της ιοντικής αγωγιμότητας.

Οι τεχνικές δυσκολίες και οι καθυστερήσεις στην αύξηση της παραγωγής καθυστέρησαν την εισαγωγή των μπαταριών πολυμερών Li-ion. Αυτό οφείλεται, σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς, από την επιθυμία επενδυτών που έχουν επενδύσει πολλά χρήματα στην ανάπτυξη και τη μαζική παραγωγή μπαταριών Li-ion να πάρουν πίσω τις επενδύσεις τους. Ως εκ τούτου, δεν βιάζονται να στραφούν σε νέες τεχνολογίες, αν και με τη μαζική παραγωγή μπαταριών πολυμερών ιόντων λιθίου θα είναι φθηνότερες από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Και τώρα σχετικά με τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των μπαταριών Li-ion και Li-polymer.

Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι πολύ παρόμοια. Η φόρτιση των μπαταριών Li-ion περιγράφεται με αρκετή λεπτομέρεια στο άρθρο. Επιπλέον, θα δώσω μόνο ένα γράφημα (Εικ. 1) από το οποίο απεικονίζει τα στάδια φόρτισης και μικρές επεξηγήσεις σε αυτό.

Ο χρόνος φόρτισης για όλες τις μπαταρίες Li-ion με αρχικό ρεύμα φόρτισης 1C (αριθμητικά ίσο με την ονομαστική τιμή της χωρητικότητας της μπαταρίας) είναι κατά μέσο όρο 3 ώρες. Η πλήρης φόρτιση επιτυγχάνεται όταν η τάση της μπαταρίας είναι ίση με το ανώτερο όριο και όταν το ρεύμα φόρτισης μειώνεται σε επίπεδο περίπου ίσο με το 3% της αρχικής τιμής. Η μπαταρία παραμένει κρύα κατά τη φόρτιση. Όπως φαίνεται από το γράφημα, η διαδικασία φόρτισης αποτελείται από δύο στάδια. Την πρώτη (λίγο περισσότερο από μία ώρα), η τάση αυξάνεται με ένα σχεδόν σταθερό ρεύμα αρχικής φόρτισης 1C έως ότου επιτευχθεί πρώτα το ανώτερο όριο τάσης. Σε αυτό το σημείο, η μπαταρία φορτίζεται περίπου στο 70% της χωρητικότητάς της. Στην αρχή του δεύτερου σταδίου, η τάση παραμένει σχεδόν σταθερή και το ρεύμα μειώνεται μέχρι να φτάσει στο παραπάνω 3%. Μετά από αυτό, η φόρτιση σταματά εντελώς.

Εάν χρειάζεται να διατηρείτε τη μπαταρία φορτισμένη όλη την ώρα, συνιστάται η επαναφόρτιση μετά από 500 ώρες ή 20 ημέρες. Συνήθως πραγματοποιείται όταν η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας μειώνεται στα 4,05 V και σταματά όταν φτάσει τα 4,2 V

Λίγα λόγια για το εύρος θερμοκρασίας κατά τη φόρτιση. Οι περισσότεροι τύποι μπαταριών Li-ion μπορούν να φορτιστούν με ρεύμα 1C σε θερμοκρασίες από 5 έως 45 °C. Σε θερμοκρασίες από 0 έως 5 °C, συνιστάται η φόρτιση με ρεύμα 0,1 C. Απαγορεύεται η φόρτιση σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός. Η βέλτιστη θερμοκρασία για φόρτιση είναι 15 έως 25 °C.

Οι διαδικασίες φόρτισης στις μπαταρίες Li-polymer είναι σχεδόν πανομοιότυπες με αυτές που περιγράφονται παραπάνω, επομένως ο καταναλωτής δεν χρειάζεται απολύτως να γνωρίζει ποιον από τους δύο τύπους μπαταριών έχει στα χέρια του. Και όλοι αυτοί οι φορτιστές που χρησιμοποίησε για μπαταρίες Li-ion είναι κατάλληλοι για Li-polymer.

Και τώρα για τις συνθήκες απόρριψης. Συνήθως, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποφορτίζονται σε τιμή 3,0 V ανά κυψέλη, αν και για ορισμένες ποικιλίες το κατώτερο όριο είναι 2,5 V. Οι κατασκευαστές εξοπλισμού που τροφοδοτείται από μπαταρίες συνήθως σχεδιάζουν συσκευές με όριο διακοπής λειτουργίας 3,0 V (για όλες τις περιπτώσεις). Τι σημαίνει αυτό? Η τάση στην μπαταρία μειώνεται σταδιακά όταν το τηλέφωνο είναι ενεργοποιημένο και μόλις φτάσει τα 3,0 V, η συσκευή θα σας προειδοποιήσει και θα απενεργοποιηθεί. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι έχει σταματήσει να καταναλώνει ενέργεια από την μπαταρία. Απαιτείται ενέργεια, αν και μικρή, για να ανιχνευθεί πότε πατιέται το πλήκτρο λειτουργίας του τηλεφώνου και κάποιες άλλες λειτουργίες. Επιπλέον, η ενέργεια καταναλώνεται από το δικό του κύκλωμα εσωτερικού ελέγχου και προστασίας και η αυτοεκφόρτιση, αν και μικρή, εξακολουθεί να είναι χαρακτηριστική ακόμη και για τις μπαταρίες λιθίου. Ως αποτέλεσμα, εάν οι μπαταρίες λιθίου μείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς επαναφόρτιση, η τάση σε αυτές θα πέσει κάτω από 2,5 V, κάτι που είναι πολύ κακό. Σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα εσωτερικού ελέγχου και προστασίας ενδέχεται να είναι απενεργοποιημένο και δεν θα μπορούν όλοι οι φορτιστές να φορτίζουν τέτοιες μπαταρίες. Επιπλέον, η βαθιά εκφόρτιση επηρεάζει αρνητικά την εσωτερική δομή της ίδιας της μπαταρίας. Μια πλήρως αποφορτισμένη μπαταρία πρέπει να φορτιστεί στο πρώτο στάδιο με ρεύμα μόνο 0,1C. Εν ολίγοις, οι μπαταρίες προτιμούν να είναι σε φορτισμένη κατάσταση παρά σε κατάσταση αποφόρτισης.

Λίγα λόγια για τις συνθήκες θερμοκρασίας κατά την εκφόρτιση (διαβάστε κατά τη λειτουργία).

Γενικά, οι μπαταρίες Li-ion έχουν καλύτερη απόδοση σε θερμοκρασία δωματίου. Η λειτουργία σε θερμότερες συνθήκες θα μειώσει σοβαρά τη διάρκεια ζωής τους. Αν και, για παράδειγμα, μια μπαταρία μολύβδου-οξέος έχει τη μεγαλύτερη χωρητικότητα σε θερμοκρασίες πάνω από 30 °C, η μακροχρόνια λειτουργία σε τέτοιες συνθήκες μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ομοίως, το Li-ion αποδίδει καλύτερα σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που αρχικά εξουδετερώνει την αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας που προκύπτει από τη γήρανση. Αλλά η αυξημένη παραγωγή ενέργειας είναι βραχύβια, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας, με τη σειρά της, προάγει την επιτάχυνση της γήρανσης, που συνοδεύεται από περαιτέρω αύξηση της εσωτερικής αντίστασης.

Οι μόνες εξαιρέσεις αυτή τη στιγμή είναι οι μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς με ξηρό στερεό πολυμερή ηλεκτρολύτη. Απαιτούν ζωτική θερμοκρασία από 60 °C έως 100 °C. Και τέτοιες μπαταρίες έχουν βρει τη θέση τους στην αγορά εφεδρικών πηγών σε ζεστά κλίματα. Τοποθετούνται σε θερμομονωμένο περίβλημα με ενσωματωμένα στοιχεία θέρμανσης που τροφοδοτούνται από εξωτερικό δίκτυο. Οι μπαταρίες πολυμερούς ιόντων λιθίου ως εφεδρικές μπαταρίες θεωρούνται ανώτερες σε χωρητικότητα και αντοχή σε σχέση με τις μπαταρίες VRLA, ειδικά σε συνθήκες πεδίου όπου ο έλεγχος θερμοκρασίας δεν είναι δυνατός. Όμως η υψηλή τιμή τους παραμένει περιοριστικός παράγοντας.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η απόδοση των μπαταριών όλων των ηλεκτροχημικών συστημάτων πέφτει απότομα. Ενώ οι μπαταρίες NiMH, SLA και Li-ion σταματούν να λειτουργούν στους -20°C, οι μπαταρίες NiCd συνεχίζουν να λειτουργούν μέχρι τους -40°C. Να σημειώσω μόνο ότι πάλι μιλάμε μόνο για μπαταρίες ευρείας χρήσης.

Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι παρόλο που μια μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει σε χαμηλές θερμοκρασίες, αυτό δεν σημαίνει ότι μπορεί επίσης να φορτιστεί σε αυτές τις συνθήκες. Η απόκριση φόρτισης των περισσότερων μπαταριών σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά περιορισμένη και το ρεύμα φόρτισης σε αυτές τις περιπτώσεις θα πρέπει να μειωθεί στους 0,1 C.

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να σημειώσω ότι μπορείτε να κάνετε ερωτήσεις και να συζητήσετε προβλήματα που σχετίζονται με Li-ion, Li-polymer, καθώς και άλλους τύπους μπαταριών, στο φόρουμ στο υποφόρουμ αξεσουάρ.

Κατά τη σύνταξη αυτού του άρθρου, χρησιμοποιήθηκαν υλικά [—Μπαταρίες για φορητές συσκευές και φορητούς υπολογιστές. Αναλυτές μπαταριών.

Το 1991.

Εγκυκλοπαιδικό YouTube

• 1 / 5

  Τα χαρακτηριστικά των μπαταριών ιόντων λιθίου εξαρτώνται από τη χημική σύνθεση των συστατικών και ποικίλλουν εντός των ακόλουθων ορίων:

  • τάση ενός στοιχείου:
    • ονομαστική: 3,7 (για μπαταρίες με μέγιστη τάση 4,35, η ονομαστική τάση είναι 3,8) (όταν αποφορτίζεται στο μέσο της χωρητικότητας με ρεύμα ίσο με το ένα πέμπτο της χωρητικότητας της μπαταρίας).
    • μέγιστο: 4,23 ή 4,4 (για 4,35 μπαταρίες).
    • ελάχιστο: 2,5-2,75-3,0 (ανάλογα με την χωρητικότητα και τη μέγιστη τάση).
  • ειδική ενεργειακή ένταση: 110 ... 243 W / kg;
  • εσωτερική αντίσταση: 5 ... 15 Ohm / ;
  • αριθμός κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης για να φτάσει το 80% χωρητικότητα: 600;
  • χρόνος γρήγορης φόρτισης: 15 λεπτά… 1 ώρα;
  • αυτοεκφόρτιση σε θερμοκρασία δωματίου: 3% ανά μήνα.
  • ρεύμα φορτίου σε σχέση με την χωρητικότητα ΜΕπαρουσιάζεται σε:
    • μόνιμο: έως 65 ΜΕ;
    • παλμός: έως 500 ΜΕ;
    • βέλτιστη: έως 1 ΜΕ;
  • Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας: από -20 °C έως +60 °C (η βέλτιστη είναι +20 °C).

  Λόγω της υπερβολικής τάσης κατά τη φόρτιση, η μπαταρία μπορεί να πάρει φωτιά, έτσι ένας ελεγκτής φόρτισης μπαταρίας είναι ενσωματωμένος στη θήκη της μπαταρίας, η οποία προστατεύει την μπαταρίααπό την υπέρβαση της τάσης φόρτισης. Αυτός ο ελεγκτής μπορεί επίσης προαιρετικά να ελέγχει τη θερμοκρασία της μπαταρίας, να την απενεργοποιεί όταν υπερθερμαίνεται και να περιορίζει το βάθος εκφόρτισης και την κατανάλωση ρεύματος. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι δεν είναι όλες οι μπαταρίες εξοπλισμένες με προστασία. Προκειμένου να μειωθεί το κόστος ή να αυξηθεί η χωρητικότητα, οι κατασκευαστές ενδέχεται να μην το εγκαταστήσουν.

  Οι μπαταρίες λιθίου έχουν ειδικές απαιτήσεις όταν συνδέουν πολλές κυψέλες σε σειρά. Παρέχονται φορτιστές για τέτοιες μπαταρίες πολλαπλών κυψελών εξισορροπητικό σχήμα  κύτταρα Το θέμα της εξισορρόπησης είναι ότι οι ηλεκτρικές ιδιότητες των κονσερβών μπορεί να διαφέρουν ελαφρώς και ορισμένα δοχεία θα φορτιστούν πλήρως πριν από άλλα. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να σταματήσετε τη φόρτιση αυτού του δοχείου ενώ συνεχίζετε να φορτίζετε τα άλλα. Αυτή η λειτουργία εκτελείται από μια ειδική μονάδα εξισορρόπησης μπαταρίας. Απομακρύνει το φορτισμένο βάζο έτσι ώστε το ρεύμα φόρτισης να ρέει πέρα ​​από αυτό.

  Οι φορτιστές μπορούν να διατηρήσουν την τελική τάση φόρτισης στο εύρος 4,05-4,2 για να ανιχνεύσουν την παρουσία μπαταρίας.

  Συσκευή

  Μια μπαταρία ιόντων λιθίου αποτελείται από ηλεκτρόδια (υλικό καθόδου σε φύλλο αλουμινίου και υλικό ανόδου σε φύλλο χαλκού) που χωρίζονται από έναν πορώδες διαχωριστή εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη. Η συσκευασία των ηλεκτροδίων τοποθετείται σε ένα σφραγισμένο περίβλημα, οι κάθοδοι και οι άνοδοι συνδέονται στους ακροδέκτες του συλλέκτη ρεύματος. Το περίβλημα είναι μερικές φορές εξοπλισμένο με μια βαλβίδα ασφαλείας που ανακουφίζει την εσωτερική πίεση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης ή παραβιάσεις των συνθηκών λειτουργίας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου διαφέρουν ως προς τον τύπο του υλικού καθόδου που χρησιμοποιείται. Ο φορέας φόρτισης σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ένα θετικά φορτισμένο ιόν λιθίου, το οποίο έχει την ικανότητα να διεισδύει (να παρεμβάλλεται) στο κρυσταλλικό πλέγμα άλλων υλικών (για παράδειγμα, σε γραφίτη, οξείδια μετάλλων και άλατα) για να σχηματίσει χημικό δεσμό, για παράδειγμα: σε γραφίτη με το σχηματισμό LiC 6, οξειδίων (LiMnO 2) και αλάτων (LiMn R O N) μετάλλων.

  Αρχικά, ως αρνητικές πλάκες χρησιμοποιήθηκε μέταλλο λίθιο και στη συνέχεια οπτάνθρακας. Αργότερα άρχισε να χρησιμοποιείται ο γραφίτης. Η χρήση οξειδίων κοβαλτίου επιτρέπει στις μπαταρίες να λειτουργούν σε σημαντικά χαμηλότερες θερμοκρασίες και αυξάνει τον αριθμό των κύκλων εκφόρτισης/φόρτισης μιας μπαταρίας. Ο πολλαπλασιασμός των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου οφείλεται στο σχετικά χαμηλό κόστος τους. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ένα σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου - SKU ή BMS (σύστημα διαχείρισης μπαταριών) - και μια ειδική συσκευή φόρτισης/εκφόρτισης.

  Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κατηγορίες υλικών καθόδου που χρησιμοποιούνται στη μαζική παραγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου:

  • κοβαλτικό λίθιο LiCoO 2 και στερεά διαλύματα με βάση το ισοδομικό νικελικό λίθιο
  • λίθιο μαγγάνιο σπινέλιο LiMn 2 O 4
  • σιδηροφωσφορικό λίθιο LiFePO 4.

  Ηλεκτροχημικά κυκλώματα μπαταριών ιόντων λιθίου:

  • λιθίου-κοβαλτίου LiCoO 2 + 6C → Li 1-x CoO 2 + LiC 6
  • σιδηροφωσφορικό λίθιο LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

  Λόγω της χαμηλής αυτοεκφόρτισης και του μεγάλου αριθμού κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου προτιμώνται περισσότερο για χρήση σε εναλλακτική ενέργεια. Παράλληλα, εκτός από το σύστημα I&C, είναι εξοπλισμένα με μετατροπείς (μετατροπείς τάσης).

  Πλεονεκτήματα

  • Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα (χωρητικότητα).
  • Χαμηλή αυτοεκφόρτιση.
  • Δεν απαιτείται συντήρηση.

  Ελαττώματα

  1. Οι μπαταρίες Li-ion πρώτης γενιάς υπέστησαν εκρηκτικά αποτελέσματα. Αυτό εξηγήθηκε από το γεγονός ότι χρησιμοποιούσαν μια άνοδο λιθίου, στην οποία, κατά τη διάρκεια πολλαπλών κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης, προέκυψαν χωρικοί σχηματισμοί (δενδρίτες), που οδήγησαν στο βραχυκύκλωμα των ηλεκτροδίων και, ως αποτέλεσμα, σε πυρκαγιά ή έκρηξη. Αυτό το μειονέκτημα τελικά εξαλείφθηκε με την αντικατάσταση του υλικού ανόδου με γραφίτη. Παρόμοιες διεργασίες συνέβησαν στις καθόδους των μπαταριών ιόντων λιθίου με βάση το οξείδιο του κοβαλτίου όταν παραβιάστηκαν οι συνθήκες λειτουργίας (υπερφόρτιση). Οι μπαταρίες σιδηροφωσφορικού λιθίου είναι εντελώς απαλλαγμένες από αυτά τα μειονεκτήματα. Επιπλέον, όλοι οι σύγχρονοι φορτιστές μπαταριών ιόντων λιθίου αποτρέπουν την υπερφόρτιση και την υπερθέρμανση λόγω υπερφόρτισης.

  Απώλεια χωρητικότητας κατά την αποθήκευση:

  Θερμοκρασία, ⁰C	Με χρέωση 40%, % ανά έτος	Με χρέωση 100%, % ανά έτος
  0	2	6
  25	4	20
  40	15	35
  60	25	40% για τρεις μήνες

  Η εκφόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της παραγωγής ενέργειας, ειδικά σε θερμοκρασίες κάτω από 0 ⁰C. Έτσι, μια μείωση της παροχής απελευθερωμένης ενέργειας όταν η θερμοκρασία πέσει από +20 ⁰C σε +4 ⁰C οδηγεί σε μείωση της απελευθερούμενης ενέργειας κατά ~5-7% μια περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας εκφόρτισης κάτω από 0 ⁰C οδηγεί σε α απώλεια της απελευθερωμένης ενέργειας κατά δεκάδες τοις εκατό και μπορεί να οδηγήσει σε πρόωρη εξάντληση των πόρων. Η χημεία των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι πιο ευαίσθητη στις θερμοκρασίες φόρτισης και η φόρτιση είναι βέλτιστη σε θερμοκρασίες ~ +20 ⁰C και δεν συνιστάται σε θερμοκρασίες κάτω των +5 ⁰C.

  Εφέ μνήμης

  Σύμφωνα με τα αποτελέσματα έρευνας επιστημόνων από το Ινστιτούτο Paul Scherer (Ελβετία), ανακαλύφθηκε ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν αποτέλεσμα μνήμης. Όπως σημειώνουν οι συγγραφείς της μελέτης, για τις μπαταρίες Li-Ion:

  ...στην πραγματικότητα, το αποτέλεσμα είναι μικροσκοπικό: η σχετική απόκλιση στην τάση είναι μόνο μερικές μονάδες ανά χίλια.

  Πρωτότυπο κείμενο (Αγγλικά)

  Το αποτέλεσμα είναι στην πραγματικότητα μικροσκοπικό: η σχετική απόκλιση στην τάση είναι μόνο μερικά μέρη ανά χίλια.

  Μιλάμε αποκλειστικά για τη θεμελιώδη παρουσία του εφέ, και όχι για τη σημαντική επίδρασή του στη λειτουργία της μπαταρίας.

  Η βασική ιδέα της μελέτης ήταν η αναζήτηση του ίδιου του αποτελέσματος.

  Πρωτότυπο κείμενο (Αγγλικά)

  Αλλά το κλειδί ήταν η ιδέα να το ψάξω καθόλου.

  Όπως έδειξε η μελέτη, συχνοί κύκλοι ατελούς φόρτισης και επακόλουθης εκφόρτισης οδηγούν στην εμφάνιση μεμονωμένων «φαινόντων μικρομνήμης», τα οποία στη συνέχεια συνοψίζονται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η βάση της λειτουργίας της μπαταρίας είναι η απελευθέρωση και η επανασύλληψη ιόντων λιθίου, η δυναμική των οποίων επιδεινώνεται σε περίπτωση ατελούς φόρτισης.

  Κατά τη φόρτιση, τα ιόντα λιθίου αφήνουν σωματίδια σιδηροφωσφορικού λιθίου, το μέγεθος των οποίων είναι δεκάδες μικρόμετρα, το ένα μετά το άλλο. Το υλικό της καθόδου αρχίζει να διαχωρίζεται σε σωματίδια με διαφορετική περιεκτικότητα λιθίου. Η φόρτιση της μπαταρίας πραγματοποιείται στο πλαίσιο του αυξανόμενου ηλεκτροχημικού δυναμικού. Σε ένα ορισμένο σημείο φτάνει την οριακή του τιμή. Αυτό οδηγεί σε μια επιταχυνόμενη απελευθέρωση των υπολειπόμενων ιόντων λιθίου από το υλικό της καθόδου, αλλά δεν αλλάζουν πλέον τη συνολική τάση της μπαταρίας.

  Εάν η μπαταρία δεν είναι πλήρως φορτισμένη, τότε ένας ορισμένος αριθμός σωματιδίων κοντά στην οριακή κατάσταση θα παραμείνει στην κάθοδο. Σχεδόν έφτασαν στο φράγμα απελευθέρωσης ιόντων λιθίου, αλλά δεν είχαν χρόνο να το ξεπεράσουν. Κατά την εκκένωση, τα ελεύθερα ιόντα λιθίου τείνουν να επιστρέφουν στη θέση τους και να ανασυνδυάζονται με ιόντα σιδηροφωσφορικού. Ωστόσο, στην επιφάνεια της καθόδου συναντώνται επίσης από σωματίδια σε οριακή κατάσταση που περιέχουν ήδη λίθιο. Η επανασύλληψη γίνεται πιο δύσκολη και η μικροδομή του ηλεκτροδίου διαταράσσεται.

  Επί του παρόντος, διερευνώνται δύο τρόποι επίλυσης του προβλήματος: η πραγματοποίηση αλλαγών στους αλγόριθμους του συστήματος διαχείρισης μπαταριών και η ανάπτυξη καθόδων με αυξημένη επιφάνεια.

  Η λειτουργία του παίζει μεγάλο ρόλο στην αντοχή και τη σωστή λειτουργία της μπαταρίας. Πολλοί ειδικοί επισημαίνουν δύο απλούς κανόνες που θα βοηθήσουν στην παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας:

  Γηράσκων

  Η θερμοκρασία φόρτισης των μπαταριών πολυμερούς λιθίου και ιόντων λιθίου επηρεάζει τη χωρητικότητά τους: η χωρητικότητα μειώνεται κατά τη φόρτιση σε κρύο ή ζεστό καιρό. Μια βαθιά εκφόρτιση καταστρέφει εντελώς μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Επίσης, ο κύκλος ζωής των μπαταριών επηρεάζεται από το βάθος εκφόρτισής τους πριν από την επόμενη φόρτιση και φόρτιση με ρεύματα υψηλότερα από αυτά που ορίζει ο κατασκευαστής. Είναι επίσης εξαιρετικά ευαίσθητα στην τάση φόρτισης. Εάν αυξηθεί μόνο κατά 4%, τότε οι μπαταρίες θα χάσουν χωρητικότητα δύο φορές πιο γρήγορα από κύκλο σε κύκλο. Το ρεύμα φόρτισης εξαρτάται από τη διαφορά τάσης μεταξύ της μπαταρίας και του φορτιστή και από την αντίσταση τόσο της ίδιας της μπαταρίας όσο και των καλωδίων που συνδέονται σε αυτήν. Επομένως, μια αύξηση της τάσης φόρτισης κατά 4% μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του ρεύματος φόρτισης κατά 10. Αυτό έχει αρνητικό αντίκτυπο στην μπαταρία. Μπορεί να υπερθερμανθεί και να υποβαθμιστεί. Οι βέλτιστες συνθήκες αποθήκευσης για τις μπαταρίες Li-ion επιτυγχάνονται με φόρτιση 40% της χωρητικότητας της μπαταρίας και θερμοκρασία 0...10 °C. Οι μπαταρίες λιθίου γερνούν ακόμα και αν δεν χρησιμοποιηθούν. Μετά από 2 χρόνια, η μπαταρία χάνει περίπου το 20% της χωρητικότητάς της. Κατά συνέπεια, δεν χρειάζεται να αγοράσετε μια μπαταρία "σε αποθεματικό" ή να παρασυρθείτε πολύ με την "εξοικονόμηση" των πόρων της. Κατά την αγορά, θα πρέπει να κοιτάξετε την ημερομηνία παραγωγής για να μάθετε πόσο καιρό αυτή η πηγή ενέργειας είναι ήδη σε απόθεμα. Εάν έχουν περάσει περισσότερα από δύο χρόνια από την ημερομηνία κατασκευής, είναι προτιμότερο να αποφύγετε την αγορά.

  Μείωση χωρητικότητας σε χαμηλές θερμοκρασίες

  Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος πέσει κάτω από τους 0 °C, η ισχύς της μπαταρίας ιόντων λιθίου μειώνεται στο 40-50%. Οι ιδιοκτήτες φορητών ηλεκτρονικών ειδών είναι λιγότερο ευάλωτοι στις αρνητικές συνέπειες της χρήσης εξοπλισμού σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας και τα τμήματα της βιομηχανίας που εμπλέκονται στην παραγωγή μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων, ρομποτικών συστημάτων και διαστημικής τεχνολογίας έχουν απόλυτη ανάγκη από νέες θερμαινόμενες μπαταρίες. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, έχουν δημιουργηθεί σχέδια μπαταριών με εσωτερική θέρμανση.

  Εκρηκτικότητα

  Οι μπαταρίες λιθίου παρουσιάζουν περιστασιακά μια τάση να καίγονται αυθόρμητα και εκρηκτικά. Η ένταση της καύσης ακόμη και από μικροσκοπικές μπαταρίες είναι τέτοια που μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές συνέπειες. Αεροπορικές εταιρείες και διεθνείς οργανισμοί λαμβάνουν μέτρα για τον περιορισμό της μεταφοράς μπαταριών λιθίου και συσκευών που τις περιέχουν στις αεροπορικές μεταφορές.

  Η αυθόρμητη καύση μιας μπαταρίας λιθίου είναι πολύ δύσκολο να σβήσει με παραδοσιακά μέσα. Κατά τη διαδικασία της θερμικής επιτάχυνσης μιας ελαττωματικής ή κατεστραμμένης μπαταρίας, συμβαίνει όχι μόνο η απελευθέρωση αποθηκευμένης ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και μια σειρά χημικών αντιδράσεων που απελευθερώνουν ενέργεια για αυτοθέρμανση, οξυγόνο και εύφλεκτα αέρια. Επομένως, μια αναφλεγόμενη μπαταρία μπορεί να καεί χωρίς πρόσβαση αέρα και τα μέσα απομόνωσης από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο είναι ακατάλληλα για την κατάσβεσή της. Επιπλέον, το μέταλλο λιθίου αντιδρά ενεργά με το νερό για να σχηματίσει εύφλεκτο αέριο υδρογόνου, επομένως η κατάσβεση των μπαταριών λιθίου με νερό είναι αποτελεσματική μόνο για εκείνους τους τύπους μπαταριών όπου η μάζα του ηλεκτροδίου λιθίου είναι μικρή. Γενικά, η κατάσβεση πυρκαγιάς μπαταρίας λιθίου είναι αναποτελεσματική. Ο σκοπός της κατάσβεσης είναι να μειωθεί η θερμοκρασία της μπαταρίας και να αποτραπεί η εξάπλωση της φωτιάς

  Η αξιολόγηση των χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου φορτιστή είναι δύσκολη χωρίς να κατανοήσουμε πώς θα πρέπει να προχωρήσει πραγματικά μια υποδειγματική φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου. Επομένως, πριν προχωρήσουμε απευθείας στα διαγράμματα, ας θυμηθούμε μια μικρή θεωρία.

  Τι είναι οι μπαταρίες λιθίου;

  Ανάλογα με το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το θετικό ηλεκτρόδιο μιας μπαταρίας λιθίου, υπάρχουν διάφορες ποικιλίες:

  • με κάθοδο κοβαλτικού λιθίου.
  • με μια κάθοδο που βασίζεται σε λιθιωμένο φωσφορικό σίδηρο.
  • με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-αλουμίνιο.
  • με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-μαγγάνιο.

  Όλες αυτές οι μπαταρίες έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά, αλλά επειδή αυτές οι αποχρώσεις δεν έχουν θεμελιώδη σημασία για τον γενικό καταναλωτή, δεν θα εξεταστούν σε αυτό το άρθρο.

  Επίσης, όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγονται σε διάφορα μεγέθη και παράγοντες μορφής. Μπορούν να είναι είτε με θήκη (για παράδειγμα, το δημοφιλές 18650 σήμερα) είτε πλαστικοποιημένο ή πρισματικό (μπαταρίες gel-polymer). Οι τελευταίες είναι ερμητικά σφραγισμένες σακούλες από ειδική μεμβράνη, οι οποίες περιέχουν ηλεκτρόδια και μάζα ηλεκτροδίων.

  Τα πιο συνηθισμένα μεγέθη μπαταριών ιόντων λιθίου φαίνονται στον παρακάτω πίνακα (όλες έχουν ονομαστική τάση 3,7 βολτ):

  Ονομασία	Κανονικό μέγεθος	Παρόμοιο μέγεθος
  XXYY0, Οπου XX- ένδειξη διαμέτρου σε mm, YY- τιμή μήκους σε mm, 0 - αντικατοπτρίζει το σχέδιο με τη μορφή κυλίνδρου	10180	2/5 ΑΑΑ
  	10220	1/2 ΑΑΑ (Ø αντιστοιχεί σε ΑΑΑ, αλλά το μισό μήκος)
  	10280
  	10430	ΑΑΑ
  	10440	ΑΑΑ
  	14250	1/2 ΑΑ
  	14270	Ø AA, μήκος CR2
  	14430	Ø 14 mm (ίδιο με το AA), αλλά μικρότερο μήκος
  	14500	AA
  	14670
  	15266, 15270	CR2
  	16340	CR123
  	17500	150S/300S
  	17670	2xCR123 (ή 168S/600S)
  	18350
  	18490
  	18500	2xCR123 (ή 150A/300P)
  	18650	2xCR123 (ή 168A/600P)
  	18700
  	22650
  	25500
  	26500	ΜΕ
  	26650
  	32650
  	33600	ρε
  	42120

  Οι εσωτερικές ηλεκτροχημικές διεργασίες προχωρούν με τον ίδιο τρόπο και δεν εξαρτώνται από τον παράγοντα μορφής και τη σχεδίαση της μπαταρίας, επομένως όλα όσα αναφέρονται παρακάτω ισχύουν εξίσου για όλες τις μπαταρίες λιθίου.

  Πώς να φορτίζετε σωστά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου

  Ο πιο σωστός τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι η φόρτιση σε δύο στάδια. Αυτή είναι η μέθοδος που χρησιμοποιεί η Sony σε όλους τους φορτιστές της. Παρά τον πιο περίπλοκο ελεγκτή φόρτισης, αυτό εξασφαλίζει πληρέστερη φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου χωρίς να μειώνεται η διάρκεια ζωής τους.

  Εδώ μιλάμε για προφίλ φόρτισης δύο σταδίων για μπαταρίες λιθίου, που συντομεύεται ως CC/CV (σταθερό ρεύμα, σταθερή τάση). Υπάρχουν επίσης επιλογές με ρεύματα παλμών και βημάτων, αλλά δεν συζητούνται σε αυτό το άρθρο. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη φόρτιση με παλμικό ρεύμα.

  Ας δούμε λοιπόν και τα δύο στάδια φόρτισης με περισσότερες λεπτομέρειες.

  1. Στο πρώτο στάδιοΠρέπει να διασφαλίζεται σταθερό ρεύμα φόρτισης. Η τρέχουσα τιμή είναι 0,2-0,5 C. Για επιταχυνόμενη φόρτιση, επιτρέπεται η αύξηση του ρεύματος στους 0,5-1,0 C (όπου C είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας).

  Για παράδειγμα, για μια μπαταρία χωρητικότητας 3000 mAh, το ονομαστικό ρεύμα φόρτισης στο πρώτο στάδιο είναι 600-1500 mA και το ρεύμα επιταχυνόμενης φόρτισης μπορεί να είναι στην περιοχή 1,5-3A.

  Για να διασφαλιστεί ένα σταθερό ρεύμα φόρτισης μιας δεδομένης τιμής, το κύκλωμα φορτιστή πρέπει να μπορεί να αυξήσει την τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Μάλιστα, στο πρώτο στάδιο ο φορτιστής λειτουργεί ως κλασικός σταθεροποιητής ρεύματος.

  Σπουδαίος:Εάν σκοπεύετε να φορτίσετε μπαταρίες με ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας (PCB), τότε κατά το σχεδιασμό του κυκλώματος φορτιστή πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η τάση ανοιχτού κυκλώματος του κυκλώματος δεν μπορεί ποτέ να υπερβαίνει τα 6-7 βολτ. Διαφορετικά, μπορεί να καταστραφεί η πλακέτα προστασίας.

  Τη στιγμή που η τάση της μπαταρίας αυξάνεται στα 4,2 βολτ, η μπαταρία θα αποκτήσει περίπου το 70-80% της χωρητικότητάς της (η συγκεκριμένη τιμή χωρητικότητας θα εξαρτηθεί από το ρεύμα φόρτισης: με επιταχυνόμενη φόρτιση θα είναι λίγο μικρότερη, με ονομαστική χρέωση - λίγο περισσότερο). Αυτή η στιγμή σηματοδοτεί το τέλος του πρώτου σταδίου φόρτισης και χρησιμεύει ως σήμα για τη μετάβαση στο δεύτερο (και τελευταίο) στάδιο.

  2. Δεύτερο στάδιο φόρτισης- αυτό είναι η φόρτιση της μπαταρίας με σταθερή τάση, αλλά με σταδιακά μειούμενο (πτώσιμο) ρεύμα.

  Σε αυτό το στάδιο, ο φορτιστής διατηρεί τάση 4,15-4,25 βολτ στην μπαταρία και ελέγχει την τρέχουσα τιμή.

  Καθώς αυξάνεται η χωρητικότητα, το ρεύμα φόρτισης θα μειωθεί. Μόλις η τιμή του μειωθεί στους 0,05-0,01C, η διαδικασία φόρτισης θεωρείται ολοκληρωμένη.

  Μια σημαντική απόχρωση της σωστής λειτουργίας του φορτιστή είναι η πλήρης αποσύνδεσή του από την μπαταρία μετά την ολοκλήρωση της φόρτισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για τις μπαταρίες λιθίου είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο να παραμένουν υπό υψηλή τάση για μεγάλο χρονικό διάστημα, το οποίο συνήθως παρέχεται από τον φορτιστή (δηλαδή 4,18-4,24 βολτ). Αυτό οδηγεί σε επιταχυνόμενη υποβάθμιση της χημικής σύνθεσης της μπαταρίας και, κατά συνέπεια, σε μείωση της χωρητικότητάς της. Η μακροχρόνια διαμονή σημαίνει δεκάδες ώρες ή περισσότερες.

  Κατά το δεύτερο στάδιο της φόρτισης, η μπαταρία καταφέρνει να κερδίσει περίπου 0,1-0,15 επιπλέον της χωρητικότητάς της. Η συνολική φόρτιση της μπαταρίας φτάνει έτσι το 90-95%, που είναι ένας εξαιρετικός δείκτης.

  Εξετάσαμε δύο βασικά στάδια φόρτισης. Ωστόσο, η κάλυψη του θέματος της φόρτισης των μπαταριών λιθίου θα ήταν ελλιπής αν δεν αναφερόταν ένα άλλο στάδιο φόρτισης - το λεγόμενο. προχρέωση.

  Στάδιο προκαταρκτικής χρέωσης (προφόρτιση)- αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται μόνο για μπαταρίες βαθιάς αποφόρτισης (κάτω από 2,5 V) για να τις φέρει σε κανονική λειτουργία.

  Σε αυτό το στάδιο, η φόρτιση παρέχεται με μειωμένο σταθερό ρεύμα έως ότου η τάση της μπαταρίας φτάσει τα 2,8 V.

  Το προκαταρκτικό στάδιο είναι απαραίτητο για την αποφυγή διόγκωσης και αποσυμπίεσης (ή ακόμα και έκρηξης με φωτιά) κατεστραμμένων μπαταριών που έχουν, για παράδειγμα, εσωτερικό βραχυκύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Εάν ένα μεγάλο ρεύμα φόρτισης περάσει αμέσως μέσα από μια τέτοια μπαταρία, αυτό θα οδηγήσει αναπόφευκτα στη θέρμανση της και στη συνέχεια εξαρτάται.

  Ένα άλλο πλεονέκτημα της προφόρτισης είναι η προθέρμανση της μπαταρίας, η οποία είναι σημαντική κατά τη φόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (σε μη θερμαινόμενο δωμάτιο κατά την ψυχρή περίοδο).

  Η έξυπνη φόρτιση θα πρέπει να μπορεί να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια του προκαταρκτικού σταδίου φόρτισης και, εάν η τάση δεν αυξάνεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, να βγάλει συμπέρασμα ότι η μπαταρία είναι ελαττωματική.

  Όλα τα στάδια φόρτισης μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου (συμπεριλαμβανομένου του σταδίου προφόρτισης) απεικονίζονται σχηματικά σε αυτό το γράφημα:

  Η υπέρβαση της ονομαστικής τάσης φόρτισης κατά 0,15 V μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας στο μισό. Η μείωση της τάσης φόρτισης κατά 0,1 volt μειώνει τη χωρητικότητα μιας φορτισμένης μπαταρίας κατά περίπου 10%, αλλά επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της. Η τάση μιας πλήρως φορτισμένης μπαταρίας μετά την αφαίρεσή της από τον φορτιστή είναι 4,1-4,15 βολτ.

  Επιτρέψτε μου να συνοψίσω τα παραπάνω και να αναφέρω τα κύρια σημεία:

  1. Τι ρεύμα πρέπει να χρησιμοποιήσω για να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου (για παράδειγμα, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη);

  Το ρεύμα θα εξαρτηθεί από το πόσο γρήγορα θα θέλατε να το φορτίσετε και μπορεί να κυμαίνεται από 0,2C έως 1C.

  Για παράδειγμα, για μπαταρία μεγέθους 18650 με χωρητικότητα 3400 mAh, το ελάχιστο ρεύμα φόρτισης είναι 680 mA και το μέγιστο είναι 3400 mA.

  2. Πόσος χρόνος χρειάζεται για να φορτιστούν, για παράδειγμα, οι ίδιες μπαταρίες 18650;

  Ο χρόνος φόρτισης εξαρτάται άμεσα από το ρεύμα φόρτισης και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

  T = C / φορτίζω.

  Για παράδειγμα, ο χρόνος φόρτισης της μπαταρίας μας 3400 mAh με ρεύμα 1Α θα είναι περίπου 3,5 ώρες.

  3. Πώς να φορτίσετε σωστά μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου;

  Όλες οι μπαταρίες λιθίου φορτίζονται με τον ίδιο τρόπο. Δεν έχει σημασία αν είναι πολυμερές λιθίου ή ιόν λιθίου. Για εμάς, τους καταναλωτές, δεν υπάρχει διαφορά.

  Τι είναι η πλακέτα προστασίας;

  Η πλακέτα προστασίας (ή πλακέτα ελέγχου ισχύος PCB) έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει από βραχυκύκλωμα, υπερφόρτιση και υπερφόρτιση της μπαταρίας λιθίου. Κατά κανόνα, η προστασία υπερθέρμανσης είναι επίσης ενσωματωμένη στις μονάδες προστασίας.

  Για λόγους ασφαλείας, απαγορεύεται η χρήση μπαταριών λιθίου σε οικιακές συσκευές, εκτός εάν έχουν ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας. Γι' αυτό όλες οι μπαταρίες κινητών τηλεφώνων έχουν πάντα μια πλακέτα PCB. Οι ακροδέκτες εξόδου της μπαταρίας βρίσκονται απευθείας στην πλακέτα:
  

  Αυτές οι πλακέτες χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή φόρτισης με έξι πόδια σε μια εξειδικευμένη συσκευή (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 και άλλα ανάλογα). Η αποστολή αυτού του ελεγκτή είναι να αποσυνδέει την μπαταρία από το φορτίο όταν η μπαταρία είναι πλήρως αποφορτισμένη και να αποσυνδέει τη μπαταρία από τη φόρτιση όταν φτάσει τα 4,25 V.

  Εδώ, για παράδειγμα, είναι ένα διάγραμμα της πλακέτας προστασίας μπαταρίας BP-6M που παρέχεται με παλιά τηλέφωνα Nokia:
  

  Αν μιλάμε για 18650, μπορούν να παραχθούν είτε με πλακέτα προστασίας είτε χωρίς. Η μονάδα προστασίας βρίσκεται κοντά στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.
  
  

  Η πλακέτα αυξάνει το μήκος της μπαταρίας κατά 2-3 mm.
  

  Οι μπαταρίες χωρίς μονάδα PCB περιλαμβάνονται συνήθως σε μπαταρίες που συνοδεύονται από τα δικά τους κυκλώματα προστασίας.

  Κάθε μπαταρία με προστασία μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε μπαταρία χωρίς προστασία.
  

  Σήμερα, η μέγιστη χωρητικότητα της μπαταρίας 18650 είναι 3400 mAh. Οι μπαταρίες με προστασία πρέπει να φέρουν την αντίστοιχη ονομασία στη θήκη ("Προστατευμένη").
  

  Μην συγχέετε την πλακέτα PCB με τη μονάδα PCM (PCM - μονάδα φόρτισης ισχύος). Εάν τα πρώτα εξυπηρετούν μόνο το σκοπό της προστασίας της μπαταρίας, τότε τα δεύτερα έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν τη διαδικασία φόρτισης - περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης σε ένα δεδομένο επίπεδο, ελέγχουν τη θερμοκρασία και, γενικά, διασφαλίζουν ολόκληρη τη διαδικασία. Η πλακέτα PCM είναι αυτό που ονομάζουμε ελεγκτής φόρτισης.

  Ελπίζω τώρα να μην υπάρχουν ερωτήσεις, πώς να φορτίσω μια μπαταρία 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία λιθίου; Στη συνέχεια προχωράμε σε μια μικρή επιλογή από έτοιμες λύσεις κυκλωμάτων για φορτιστές (οι ίδιοι ελεγκτές φόρτισης).

  Σχέδια φόρτισης για μπαταρίες ιόντων λιθίου

  Όλα τα κυκλώματα είναι κατάλληλα για φόρτιση οποιασδήποτε μπαταρίας λιθίου το μόνο που μένει είναι να αποφασίσετε για το ρεύμα φόρτισης και τη βάση του στοιχείου.

  LM317

  Διάγραμμα ενός απλού φορτιστή που βασίζεται στο τσιπ LM317 με ένδειξη φόρτισης:
  

  Το κύκλωμα είναι το απλούστερο, η όλη ρύθμιση καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου στα 4,2 βολτ χρησιμοποιώντας την αντίσταση περικοπής R8 (χωρίς συνδεδεμένη μπαταρία!) και τη ρύθμιση του ρεύματος φόρτισης επιλέγοντας αντιστάσεις R4, R6. Η ισχύς της αντίστασης R1 είναι τουλάχιστον 1 Watt.

  Μόλις σβήσει το LED, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη (το ρεύμα φόρτισης δεν θα μειωθεί ποτέ στο μηδέν). Δεν συνιστάται η διατήρηση της μπαταρίας σε αυτή τη φόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την πλήρη φόρτισή της.

  Το μικροκύκλωμα lm317 χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους σταθεροποιητές τάσης και ρεύματος (ανάλογα με το κύκλωμα σύνδεσης). Πωλείται σε κάθε γωνία και κοστίζει πένες (μπορείτε να πάρετε 10 κομμάτια μόνο για 55 ρούβλια).

  Το LM317 διατίθεται σε διαφορετικά περιβλήματα:
  

  Ανάθεση καρφίτσας (pinout):
  

  Ανάλογα του τσιπ LM317 είναι: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (τα δύο τελευταία είναι εγχώριας παραγωγής).

  Το ρεύμα φόρτισης μπορεί να αυξηθεί στα 3Α εάν πάρετε LM350 αντί για LM317. Ωστόσο, θα είναι πιο ακριβό - 11 ρούβλια/τεμάχιο.

  Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η διάταξη κυκλώματος φαίνονται παρακάτω:
  

  

  Το παλιό σοβιετικό τρανζίστορ KT361 μπορεί να αντικατασταθεί με ένα παρόμοιο τρανζίστορ pnp (για παράδειγμα, KT3107, KT3108 ή αστικό 2N5086, 2SA733, BC308A). Μπορεί να αφαιρεθεί εντελώς εάν δεν απαιτείται η ένδειξη φόρτισης.

  Μειονέκτημα του κυκλώματος: η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι στην περιοχή 8-12V. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την κανονική λειτουργία του τσιπ LM317, η διαφορά μεταξύ της τάσης της μπαταρίας και της τάσης τροφοδοσίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 4,25 Volt. Έτσι, δεν θα είναι δυνατή η τροφοδοσία του από τη θύρα USB.

  MAX1555 ή MAX1551

  Οι MAX1551/MAX1555 είναι εξειδικευμένοι φορτιστές για μπαταρίες Li+, με δυνατότητα λειτουργίας από USB ή από ξεχωριστό τροφοδοτικό (για παράδειγμα, φορτιστή τηλεφώνου).

  Η μόνη διαφορά μεταξύ αυτών των μικροκυκλωμάτων είναι ότι το MAX1555 παράγει ένα σήμα που υποδεικνύει τη διαδικασία φόρτισης και το MAX1551 παράγει ένα σήμα ότι η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη. Εκείνοι. Το 1555 εξακολουθεί να είναι προτιμότερο στις περισσότερες περιπτώσεις, επομένως το 1551 είναι πλέον δύσκολο να βρεθεί σε προσφορά.

  Μια λεπτομερής περιγραφή αυτών των μικροκυκλωμάτων από τον κατασκευαστή είναι.

  Η μέγιστη τάση εισόδου από τον προσαρμογέα DC είναι 7 V, όταν τροφοδοτείται από USB - 6 V. Όταν η τάση τροφοδοσίας πέσει στα 3,52 V, το μικροκύκλωμα απενεργοποιείται και η φόρτιση σταματά.

  Το ίδιο το μικροκύκλωμα ανιχνεύει σε ποια είσοδο υπάρχει η τάση τροφοδοσίας και συνδέεται με αυτό. Εάν η τροφοδοσία τροφοδοτείται μέσω του διαύλου USB, τότε το μέγιστο ρεύμα φόρτισης περιορίζεται στα 100 mA - αυτό σας επιτρέπει να συνδέσετε τον φορτιστή στη θύρα USB οποιουδήποτε υπολογιστή χωρίς φόβο ότι θα καεί η νότια γέφυρα.

  Όταν τροφοδοτείται από ξεχωριστό τροφοδοτικό, το τυπικό ρεύμα φόρτισης είναι 280 mA.

  Τα τσιπ έχουν ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης. Αλλά ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα συνεχίζει να λειτουργεί, μειώνοντας το ρεύμα φόρτισης κατά 17 mA για κάθε βαθμό πάνω από 110 ° C.

  Υπάρχει μια λειτουργία προφόρτισης (δείτε παραπάνω): εφόσον η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από 3 V, το μικροκύκλωμα περιορίζει το ρεύμα φόρτισης στα 40 mA.

  Το μικροκύκλωμα έχει 5 ακίδες. Ακολουθεί ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης:
  

  Εάν υπάρχει εγγύηση ότι η τάση στην έξοδο του προσαρμογέα σας δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να υπερβεί τα 7 βολτ, τότε μπορείτε να κάνετε χωρίς τον σταθεροποιητή 7805.

  Η επιλογή φόρτισης USB μπορεί να συναρμολογηθεί, για παράδειγμα, σε αυτήν.
  

  Το μικροκύκλωμα δεν απαιτεί ούτε εξωτερικές διόδους ούτε εξωτερικά τρανζίστορ. Γενικά, φυσικά, υπέροχα μικροπράγματα! Μόνο που είναι πολύ μικρά και άβολα για συγκόλληση. Και είναι επίσης ακριβά ().

  LP2951

  Ο σταθεροποιητής LP2951 κατασκευάζεται από την National Semiconductors (). Παρέχει την εφαρμογή μιας ενσωματωμένης λειτουργίας περιορισμού ρεύματος και σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα σταθερό επίπεδο τάσης φόρτισης για μια μπαταρία ιόντων λιθίου στην έξοδο του κυκλώματος.

  Η τάση φόρτισης είναι 4,08 - 4,26 βολτ και ρυθμίζεται από την αντίσταση R3 όταν αποσυνδεθεί η μπαταρία. Η τάση διατηρείται με μεγάλη ακρίβεια.

  Το ρεύμα φόρτισης είναι 150 - 300 mA, αυτή η τιμή περιορίζεται από τα εσωτερικά κυκλώματα του τσιπ LP2951 (ανάλογα με τον κατασκευαστή).

  Χρησιμοποιήστε τη δίοδο με μικρό αντίστροφο ρεύμα. Για παράδειγμα, μπορεί να είναι οποιαδήποτε από τη σειρά 1N400X που μπορείτε να αγοράσετε. Η δίοδος χρησιμοποιείται ως δίοδος αποκλεισμού για την αποτροπή αντίστροφου ρεύματος από την μπαταρία στο τσιπ LP2951 όταν η τάση εισόδου είναι απενεργοποιημένη.
  

  Αυτός ο φορτιστής παράγει ένα αρκετά χαμηλό ρεύμα φόρτισης, επομένως οποιαδήποτε μπαταρία 18650 μπορεί να φορτιστεί κατά τη διάρκεια της νύχτας.

  Το μικροκύκλωμα μπορεί να αγοραστεί τόσο σε συσκευασία DIP όσο και σε συσκευασία SOIC (κοστίζει περίπου 10 ρούβλια ανά τεμάχιο).

  MCP73831

  Το τσιπ σας επιτρέπει να δημιουργήσετε τους σωστούς φορτιστές και είναι επίσης φθηνότερο από τον πολυδιαφημισμένο MAX1555.
  

  Ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης λαμβάνεται από:
  

  Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η απουσία ισχυρών αντιστάσεων χαμηλής αντίστασης που περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης. Εδώ το ρεύμα ρυθμίζεται από μια αντίσταση συνδεδεμένη με την 5η ακίδα του μικροκυκλώματος. Η αντίστασή του πρέπει να είναι στην περιοχή 2-10 kOhm.

  Ο συναρμολογημένος φορτιστής μοιάζει με αυτό:
  

  Το μικροκύκλωμα θερμαίνεται αρκετά καλά κατά τη λειτουργία, αλλά αυτό δεν φαίνεται να το ενοχλεί. Εκπληρώνει τη λειτουργία του.

  Εδώ είναι μια άλλη έκδοση μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με LED SMD και υποδοχή micro-USB:
  

  LTC4054 (STC4054)

  Πολύ απλό σχέδιο, εξαιρετική επιλογή! Επιτρέπει τη φόρτιση με ρεύμα έως 800 mA (βλ.). Είναι αλήθεια ότι τείνει να ζεσταίνεται πολύ, αλλά σε αυτήν την περίπτωση η ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης μειώνει το ρεύμα.
  

  Το κύκλωμα μπορεί να απλοποιηθεί σημαντικά με την απόρριψη ενός ή και των δύο LED με ένα τρανζίστορ. Τότε θα μοιάζει με αυτό (πρέπει να παραδεχτείτε, δεν θα μπορούσε να είναι πιο απλό: μερικές αντιστάσεις και ένας συμπυκνωτής):
  

  Μία από τις επιλογές πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση . Η πλακέτα έχει σχεδιαστεί για στοιχεία τυπικού μεγέθους 0805.

  I=1000/R. Δεν πρέπει να ρυθμίσετε αμέσως υψηλό ρεύμα. Για τους σκοπούς μου, πήρα μια αντίσταση 2,7 kOhm και το ρεύμα φόρτισης αποδείχθηκε περίπου 360 mA.

  Είναι απίθανο να είναι δυνατή η προσαρμογή ενός καλοριφέρ σε αυτό το μικροκύκλωμα και δεν είναι γεγονός ότι θα είναι αποτελεσματικό λόγω της υψηλής θερμικής αντίστασης της σύνδεσης κρυστάλλου-θήκης. Ο κατασκευαστής συνιστά να κάνετε την ψύκτρα "μέσω των καλωδίων" - κάνοντας τα ίχνη όσο το δυνατόν πιο παχιά και αφήνοντας το φύλλο κάτω από το σώμα του τσιπ. Γενικά, όσο περισσότερο αλουμινόχαρτο έχει απομείνει, τόσο το καλύτερο.

  Παρεμπιπτόντως, το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας διαχέεται μέσω του 3ου ποδιού, οπότε μπορείτε να κάνετε αυτό το ίχνος πολύ φαρδύ και παχύ (γεμίστε το με περίσσεια κόλλησης).
  

  Το πακέτο τσιπ LTC4054 μπορεί να φέρει την ετικέτα LTH7 ή LTADY.

  Το LTH7 από το LTADY διαφέρει στο ότι το πρώτο μπορεί να σηκώσει μια πολύ χαμηλή μπαταρία (στην οποία η τάση είναι μικρότερη από 2,9 βολτ), ενώ η δεύτερη δεν μπορεί (πρέπει να την περιστρέψετε ξεχωριστά).

  Το τσιπ αποδείχθηκε πολύ επιτυχημένο, επομένως έχει μια δέσμη αναλόγων: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, BL4054, YPM181PT40,405 1, 2, HX6001 , LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Πριν χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε από τα ανάλογα, ελέγξτε τα φύλλα δεδομένων.

  ΤΠ4056

  Το μικροκύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε περίβλημα SOP-8 (βλ.), έχει μια μεταλλική ψύκτρα στην κοιλιά του που δεν συνδέεται με τις επαφές, γεγονός που επιτρέπει την πιο αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας. Σας επιτρέπει να φορτίζετε την μπαταρία με ρεύμα έως και 1A (το ρεύμα εξαρτάται από την αντίσταση ρύθμισης ρεύματος).
  

  Το διάγραμμα σύνδεσης απαιτεί τα ελάχιστα στοιχεία ανάρτησης:
  

  Το κύκλωμα εφαρμόζει την κλασική διαδικασία φόρτισης - πρώτα φορτίζει με σταθερό ρεύμα, μετά με σταθερή τάση και ρεύμα πτώσης. Όλα είναι επιστημονικά. Αν κοιτάξετε τη φόρτιση βήμα προς βήμα, μπορείτε να διακρίνετε διάφορα στάδια:

  1. Παρακολούθηση της τάσης της συνδεδεμένης μπαταρίας (αυτό συμβαίνει συνεχώς).
  2. Φάση προφόρτισης (εάν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη κάτω από 2,9 V). Φορτίστε με ρεύμα 1/10 από αυτό που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm) σε επίπεδο 2,9 V.
  3. Φόρτιση με μέγιστο σταθερό ρεύμα (1000 mA σε R prog = 1,2 kOhm).
  4. Όταν η μπαταρία φτάσει τα 4,2 V, η τάση στην μπαταρία είναι σταθερή σε αυτό το επίπεδο. Ξεκινά μια σταδιακή μείωση του ρεύματος φόρτισης.
  5. Όταν το ρεύμα φτάσει στο 1/10 αυτού που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm), ο φορτιστής απενεργοποιείται.
  6. Αφού ολοκληρωθεί η φόρτιση, ο ελεγκτής συνεχίζει να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας (βλ. σημείο 1). Το ρεύμα που καταναλώνεται από το κύκλωμα παρακολούθησης είναι 2-3 μΑ. Αφού πέσει η τάση στα 4,0 V, η φόρτιση ξεκινά ξανά. Και ούτω καθεξής σε κύκλο.

  Το ρεύμα φόρτισης (σε αμπέρ) υπολογίζεται από τον τύπο I=1200/R προγ. Το επιτρεπόμενο μέγιστο είναι 1000 mA.

  Μια πραγματική δοκιμή φόρτισης με μπαταρία 3400 mAh 18650 φαίνεται στο γράφημα:
  

  Το πλεονέκτημα του μικροκυκλώματος είναι ότι το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από μία μόνο αντίσταση. Δεν απαιτούνται ισχυρές αντιστάσεις χαμηλής αντίστασης. Επιπλέον, υπάρχει μια ένδειξη της διαδικασίας φόρτισης, καθώς και μια ένδειξη για το τέλος της φόρτισης. Όταν η μπαταρία δεν είναι συνδεδεμένη, η ένδειξη αναβοσβήνει κάθε λίγα δευτερόλεπτα.

  Η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πρέπει να είναι εντός 4,5...8 βολτ. Όσο πιο κοντά στα 4,5 V, τόσο το καλύτερο (άρα το τσιπ θερμαίνεται λιγότερο).

  Το πρώτο σκέλος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι ενσωματωμένος στην μπαταρία ιόντων λιθίου (συνήθως ο μεσαίος ακροδέκτης μιας μπαταρίας κινητού τηλεφώνου). Εάν η τάση εξόδου είναι κάτω από το 45% ή πάνω από το 80% της τάσης τροφοδοσίας, η φόρτιση διακόπτεται. Εάν δεν χρειάζεστε έλεγχο θερμοκρασίας, απλώς φυτέψτε αυτό το πόδι στο έδαφος.

  Προσοχή! Αυτό το κύκλωμα έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: την απουσία κυκλώματος προστασίας αντίστροφης πολικότητας μπαταρίας. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ελεγκτής είναι εγγυημένο ότι θα καεί λόγω υπέρβασης του μέγιστου ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πηγαίνει απευθείας στην μπαταρία, κάτι που είναι πολύ επικίνδυνο.

  Η σφραγίδα είναι απλή και μπορεί να γίνει σε μια ώρα στο γόνατό σας. Εάν ο χρόνος είναι ουσιαστικός, μπορείτε να παραγγείλετε έτοιμες ενότητες. Ορισμένοι κατασκευαστές έτοιμων μονάδων προσθέτουν προστασία από υπερένταση και υπερφόρτιση (για παράδειγμα, μπορείτε να επιλέξετε ποια πλακέτα χρειάζεστε - με ή χωρίς προστασία και με ποιον σύνδεσμο).
  

  Μπορείτε επίσης να βρείτε έτοιμες σανίδες με επαφή για αισθητήρα θερμοκρασίας. Ή ακόμα και μια μονάδα φόρτισης με πολλά παράλληλα μικροκυκλώματα TP4056 για την αύξηση του ρεύματος φόρτισης και με προστασία αντίστροφης πολικότητας (παράδειγμα).

  LTC1734

  Επίσης ένα πολύ απλό σχέδιο. Το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από την αντίσταση R prog (για παράδειγμα, εάν εγκαταστήσετε μια αντίσταση 3 kOhm, το ρεύμα θα είναι 500 mA).

  Τα μικροκυκλώματα συνήθως επισημαίνονται στη θήκη: LTRG (συχνά μπορούν να βρεθούν σε παλιά τηλέφωνα Samsung).
  

  Οποιοδήποτε τρανζίστορ pnp είναι κατάλληλο, το κύριο πράγμα είναι ότι έχει σχεδιαστεί για ένα δεδομένο ρεύμα φόρτισης.

  Δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης στο υποδεικνυόμενο διάγραμμα, αλλά στο LTC1734 λέγεται ότι ο ακροδέκτης "4" (Prog) έχει δύο λειτουργίες - ρύθμιση του ρεύματος και παρακολούθηση του τέλους φόρτισης της μπαταρίας. Για παράδειγμα, εμφανίζεται ένα κύκλωμα με έλεγχο του τέλους φόρτισης χρησιμοποιώντας τον συγκριτή LT1716.
  

  Ο συγκριτής LT1716 σε αυτή την περίπτωση μπορεί να αντικατασταθεί με ένα φτηνό LM358.

  TL431 + τρανζίστορ

  Είναι πιθανώς δύσκολο να καταλήξουμε σε ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί πιο οικονομικά εξαρτήματα. Το πιο δύσκολο πράγμα εδώ είναι να βρείτε την πηγή τάσης αναφοράς TL431. Αλλά είναι τόσο κοινά που βρίσκονται σχεδόν παντού (σπάνια μια πηγή ρεύματος κάνει χωρίς αυτό το μικροκύκλωμα).
  

  Λοιπόν, το τρανζίστορ TIP41 μπορεί να αντικατασταθεί με οποιοδήποτε άλλο με κατάλληλο ρεύμα συλλέκτη. Ακόμα και τα παλιά σοβιετικά KT819, KT805 (ή λιγότερο ισχυρά KT815, KT817) θα το κάνουν.

  Η ρύθμιση του κυκλώματος καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου (χωρίς μπαταρία!!!) χρησιμοποιώντας μια αντίσταση περικοπής στα 4,2 βολτ. Η αντίσταση R1 ορίζει τη μέγιστη τιμή του ρεύματος φόρτισης.

  Αυτό το κύκλωμα υλοποιεί πλήρως τη διαδικασία δύο σταδίων της φόρτισης των μπαταριών λιθίου - πρώτα φόρτιση με συνεχές ρεύμα, μετά μετάβαση στη φάση σταθεροποίησης τάσης και ομαλή μείωση του ρεύματος σχεδόν στο μηδέν. Το μόνο μειονέκτημα είναι η κακή επαναληψιμότητα του κυκλώματος (είναι ιδιότροπο στη ρύθμιση και απαιτητικό για τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται).

  MCP73812

  Υπάρχει άλλο ένα αδικαιολόγητα παραμελημένο μικροκύκλωμα από τη Microchip - MCP73812 (βλ.). Με βάση αυτό, επιτυγχάνεται μια πολύ οικονομική επιλογή χρέωσης (και φθηνή!). Το κιτ ολόκληρου σώματος είναι μόνο μία αντίσταση!

  Παρεμπιπτόντως, το μικροκύκλωμα κατασκευάζεται σε συσκευασία φιλική προς τη συγκόλληση - SOT23-5.
  

  Το μόνο αρνητικό είναι ότι ζεσταίνεται πολύ και δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης. Επίσης, κατά κάποιο τρόπο δεν λειτουργεί πολύ αξιόπιστα εάν έχετε μια πηγή ενέργειας χαμηλής ισχύος (η οποία προκαλεί πτώση τάσης).
  

  Σε γενικές γραμμές, αν η ένδειξη φόρτισης δεν είναι σημαντική για εσάς, και σας ταιριάζει ένα ρεύμα 500 mA, τότε το MCP73812 είναι μια πολύ καλή επιλογή.

  NCP1835

  Προσφέρεται μια πλήρως ενσωματωμένη λύση - NCP1835B, που παρέχει υψηλή σταθερότητα της τάσης φόρτισης (4,2 ±0,05 V).

  Ίσως το μόνο μειονέκτημα αυτού του μικροκυκλώματος είναι το πολύ μικροσκοπικό του μέγεθος (θήκη DFN-10, μέγεθος 3x3 mm). Δεν μπορούν όλοι να παρέχουν υψηλής ποιότητας συγκόλληση τέτοιων μικροσκοπικών στοιχείων.
  

  Μεταξύ των αναμφισβήτητων πλεονεκτημάτων θα ήθελα να σημειώσω τα εξής:

  1. Ελάχιστος αριθμός μελών του σώματος.
  2. Δυνατότητα φόρτισης πλήρως αποφορτισμένης μπαταρίας (ρεύμα προφόρτισης 30 mA);
  3. Προσδιορισμός του τέλους φόρτισης.
  4. Προγραμματιζόμενο ρεύμα φόρτισης - έως 1000 mA.
  5. Ένδειξη φόρτισης και σφάλματος (με δυνατότητα ανίχνευσης μη φορτιζόμενων μπαταριών και σηματοδότησης).
  6. Προστασία από μακροχρόνια φόρτιση (με αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή C t, μπορείτε να ρυθμίσετε τον μέγιστο χρόνο φόρτισης από 6,6 έως 784 λεπτά).

  

  Το κόστος του μικροκυκλώματος δεν είναι ακριβώς φθηνό, αλλά ούτε και τόσο υψηλό (~$1) ώστε να αρνηθείτε να το χρησιμοποιήσετε. Εάν αισθάνεστε άνετα με ένα κολλητήρι, θα συνιστούσα να επιλέξετε αυτήν την επιλογή.

  Μια πιο λεπτομερής περιγραφή υπάρχει.

  Μπορώ να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου χωρίς ελεγκτή;

  Ναι μπορείς. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει στενό έλεγχο του ρεύματος και της τάσης φόρτισης.

  Γενικά, δεν θα είναι δυνατή η φόρτιση μιας μπαταρίας, για παράδειγμα, του 18650 μας, χωρίς φορτιστή. Χρειάζεται ακόμα να περιορίσετε με κάποιο τρόπο το μέγιστο ρεύμα φόρτισης, επομένως θα εξακολουθεί να απαιτείται τουλάχιστον η πιο πρωτόγονη μνήμη.

  Ο απλούστερος φορτιστής για οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου είναι μια αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά με την μπαταρία:
  

  Η αντίσταση και η απαγωγή ισχύος της αντίστασης εξαρτώνται από την τάση της πηγής ισχύος που θα χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση.

  Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε μια αντίσταση για ένα τροφοδοτικό 5 Volt. Θα φορτίσουμε μια μπαταρία 18650 χωρητικότητας 2400 mAh.

  Έτσι, στην αρχή της φόρτισης, η πτώση τάσης στην αντίσταση θα είναι:

  U r = 5 - 2,8 = 2,2 Volt

  Ας υποθέσουμε ότι το τροφοδοτικό μας 5 V είναι ονομαστική για μέγιστο ρεύμα 1Α. Το κύκλωμα θα καταναλώσει το υψηλότερο ρεύμα στην αρχή της φόρτισης, όταν η τάση στην μπαταρία είναι ελάχιστη και ανέρχεται στα 2,7-2,8 Volt.

  Προσοχή: αυτοί οι υπολογισμοί δεν λαμβάνουν υπόψη την πιθανότητα η μπαταρία να είναι πολύ βαθιά αποφορτισμένη και η τάση σε αυτήν να είναι πολύ χαμηλότερη, ακόμη και στο μηδέν.

  Έτσι, η αντίσταση της αντίστασης που απαιτείται για τον περιορισμό του ρεύματος στην αρχή της φόρτισης στο 1 Ampere θα πρέπει να είναι:

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

  Διαρροή ισχύος αντίστασης:

  P r = I 2 R = 1*1*2,2 = 2,2 W

  Στο τέλος της φόρτισης της μπαταρίας, όταν η τάση σε αυτήν πλησιάσει τα 4,2 V, το ρεύμα φόρτισης θα είναι:

  Φορτίζω = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

  Δηλαδή, όπως βλέπουμε, όλες οι τιμές δεν υπερβαίνουν τα επιτρεπόμενα όρια για μια δεδομένη μπαταρία: το αρχικό ρεύμα δεν υπερβαίνει το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης για μια δεδομένη μπαταρία (2,4 A) και το τελικό ρεύμα υπερβαίνει το ρεύμα στην οποία η μπαταρία δεν αποκτά πλέον χωρητικότητα ( 0,24 A).

  Το κύριο μειονέκτημα μιας τέτοιας φόρτισης είναι η ανάγκη συνεχούς παρακολούθησης της τάσης στην μπαταρία. Και απενεργοποιήστε χειροκίνητα τη φόρτιση μόλις η τάση φτάσει τα 4,2 Volt. Το γεγονός είναι ότι οι μπαταρίες λιθίου ανέχονται πολύ άσχημα ακόμη και τη βραχυπρόθεσμη υπέρταση - οι μάζες των ηλεκτροδίων αρχίζουν να υποβαθμίζονται γρήγορα, γεγονός που αναπόφευκτα οδηγεί σε απώλεια χωρητικότητας. Ταυτόχρονα δημιουργούνται όλες οι προϋποθέσεις για υπερθέρμανση και αποσυμπίεση.

  Εάν η μπαταρία σας έχει ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας, η οποία συζητήθηκε ακριβώς παραπάνω, τότε όλα γίνονται πιο απλά. Όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη τάση στην μπαταρία, η ίδια η πλακέτα θα την αποσυνδέσει από τον φορτιστή. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος χρέωσης έχει σημαντικά μειονεκτήματα, τα οποία συζητήσαμε.

  Η προστασία που είναι ενσωματωμένη στην μπαταρία δεν θα επιτρέψει την υπερφόρτισή της σε καμία περίπτωση. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να ελέγξετε το ρεύμα φόρτισης έτσι ώστε να μην υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές για μια δεδομένη μπαταρία (οι προστατευτικές πλακέτες δεν μπορούν να περιορίσουν το ρεύμα φόρτισης, δυστυχώς).

  Φόρτιση με χρήση εργαστηριακού τροφοδοτικού

  Εάν έχετε τροφοδοτικό με προστασία ρεύματος (περιορισμός), τότε έχετε σωθεί! Μια τέτοια πηγή ενέργειας είναι ήδη ένας πλήρης φορτιστής που εφαρμόζει το σωστό προφίλ φόρτισης, για το οποίο γράψαμε παραπάνω (CC/CV).

  Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε για να φορτίσετε το li-ion είναι να ρυθμίσετε την παροχή ρεύματος στα 4,2 βολτ και να ορίσετε το επιθυμητό όριο ρεύματος. Και μπορείτε να συνδέσετε την μπαταρία.

  Αρχικά, όταν η μπαταρία είναι ακόμα αποφορτισμένη, το εργαστηριακό τροφοδοτικό θα λειτουργεί σε λειτουργία προστασίας ρεύματος (δηλαδή, θα σταθεροποιεί το ρεύμα εξόδου σε ένα δεδομένο επίπεδο). Στη συνέχεια, όταν η τάση στην τράπεζα ανέβει στο ρυθμισμένο 4,2 V, η τροφοδοσία ρεύματος θα μεταβεί σε λειτουργία σταθεροποίησης τάσης και το ρεύμα θα αρχίσει να πέφτει.

  Όταν το ρεύμα πέσει στους 0,05-0,1 C, η μπαταρία μπορεί να θεωρηθεί πλήρως φορτισμένη.

  Όπως μπορείτε να δείτε, το εργαστηριακό τροφοδοτικό είναι ένας σχεδόν ιδανικός φορτιστής! Το μόνο πράγμα που δεν μπορεί να κάνει αυτόματα είναι να αποφασίσει να φορτίσει πλήρως την μπαταρία και να απενεργοποιήσει. Αλλά αυτό είναι ένα μικρό πράγμα που δεν πρέπει καν να δώσετε προσοχή.

  Πώς να φορτίσετε τις μπαταρίες λιθίου;

  Και αν μιλάμε για μπαταρία μιας χρήσης που δεν προορίζεται για επαναφόρτιση, τότε η σωστή (και μόνη σωστή) απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι ΟΧΙ.

  Το γεγονός είναι ότι οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου (για παράδειγμα, η κοινή CR2032 με τη μορφή επίπεδης ταμπλέτας) χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός εσωτερικού στρώματος παθητικοποίησης που καλύπτει την άνοδο λιθίου. Αυτό το στρώμα εμποδίζει μια χημική αντίδραση μεταξύ της ανόδου και του ηλεκτρολύτη. Και η παροχή εξωτερικού ρεύματος καταστρέφει το παραπάνω προστατευτικό στρώμα, οδηγώντας σε βλάβη της μπαταρίας.

  Παρεμπιπτόντως, αν μιλάμε για τη μη επαναφορτιζόμενη μπαταρία CR2032, τότε το LIR2032, το οποίο μοιάζει πολύ με αυτό, είναι ήδη μια πλήρης μπαταρία. Μπορεί και πρέπει να χρεωθεί. Μόνο που η τάση του δεν είναι 3, αλλά 3,6V.

  Ο τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου (είτε είναι μπαταρία τηλεφώνου, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία ιόντων λιθίου) συζητήθηκε στην αρχή του άρθρου.

  Πού να αγοράσω μικροτσίπ;

  Μπορείτε, φυσικά, να το αγοράσετε στο Chipe-Dip, αλλά είναι ακριβό εκεί. Γι' αυτό αγοράζω πάντα από ένα πολύ μυστικό κατάστημα)) Το πιο σημαντικό πράγμα είναι να επιλέξετε τον σωστό πωλητή, τότε η παραγγελία θα φτάσει γρήγορα και σίγουρα.

  Για τη διευκόλυνσή σας, έχω συγκεντρώσει τους πιο αξιόπιστους πωλητές σε έναν πίνακα, χρησιμοποιήστε το για την υγεία σας:

  Ονομα	φύλλο δεδομένων	τιμή
  LM317		5,5 τρίψιμο/τεμάχιο	Αγορά
  LM350
  LTC1734		42 RUR/τεμ.	Αγορά
  TL431		85 καπίκια/τεμάχιο	Αγορά
  MCP73812		65 RUR/τεμ.	Αγορά
  NCP1835		83 RUR/τεμ.	Αγορά
  *Όλες οι μάρκες με δωρεάν αποστολή

  

  Ανάμεσα στις πιο σύγχρονες μπαταρίες, ξεχωριστή θέση κατέχουν οι μπαταρίες λιθίου. Στη χημεία, το λίθιο είναι το πιο ενεργό μέταλλο.

  Διαθέτει τεράστιο πόρο αποθήκευσης ενέργειας. 1 κιλό λιθίου μπορεί να αποθηκεύσει 3860 αμπέρ ώρες. Ο γνωστός ψευδάργυρος υστερεί πολύ. Ο αριθμός του είναι 820 αμπέρ ώρες.

  Οι κυψέλες με βάση το λίθιο μπορούν να παράγουν τάσεις έως και 3,7 V. Όμως τα εργαστηριακά δείγματα είναι ικανά να παράγουν τάση περίπου 4,5 V.

  Οι σύγχρονες μπαταρίες λιθίου δεν χρησιμοποιούν καθαρό λίθιο.

  Υπάρχουν επί του παρόντος 3 συνήθεις τύποι μπαταριών λιθίου:

  ιόν λιθίου ( Li-ion). Ονομαστική τάση (Ονομ. U) - 3,6V;

  πολυμερές λιθίου ( Li-Po, Li-πολυμερέςή «λίπο»). U ονομ. - 3,7V;

  Φωσφορικό λίθιο σίδηρο ( ΖΩΗή LFP ). U ονομ. - 3,3 V.

  Όλοι αυτοί οι τύποι μπαταριών λιθίου διαφέρουν ως προς το υλικό της καθόδου ή του ηλεκτρολύτη. Το ιόν λιθίου χρησιμοποιεί μια κάθοδο κοβαλτικού λιθίου LiCoO2, το Li-Po χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρολύτη πολυμερούς γέλης και το Li-Fe χρησιμοποιεί μια κάθοδο σιδηροφωσφορικού λιθίου LiFePO 4.

  Οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου (ή η συσκευή στην οποία λειτουργεί) είναι εξοπλισμένη με ένα μικρό ηλεκτρονικό κύκλωμα - έναν ελεγκτή φόρτισης/εκφόρτισης. Δεδομένου ότι οι μπαταρίες με βάση το λίθιο είναι πολύ ευαίσθητες στην υπερφόρτιση και τη βαθιά εκφόρτιση, αυτό είναι απαραίτητο. Εάν «διαλέξετε» οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου από ένα κινητό τηλέφωνο, μπορείτε να βρείτε ένα μικρό ηλεκτρονικό κύκλωμα σε αυτό - αυτός είναι ο προστατευτικός ελεγκτής ( IC προστασίας ).

  Εάν δεν υπάρχει ενσωματωμένος ελεγκτής (ή επόπτης φόρτισης) σε μια μπαταρία λιθίου, τότε μια τέτοια μπαταρία ονομάζεται απροστάτευτη. Σε αυτή την περίπτωση, ο ελεγκτής είναι ενσωματωμένος στη συσκευή, η οποία τροφοδοτείται από μια τέτοια μπαταρία και η φόρτιση είναι δυνατή μόνο από τη συσκευή ή από ειδικό φορτιστή.

  Η φωτογραφία δείχνει μια μη προστατευμένη μπαταρία Li-Po Turnigy 2200 mAh 3C 25C Lipo Pack. Αυτή η μπαταρία αποτελείται από 3 κελιά συνδεδεμένα σε σειρά (3C - 3 cell) των 3,7V το καθένα και επομένως διαθέτει υποδοχή εξισορρόπησης. Το ρεύμα συνεχούς εκφόρτισης μπορεί να φτάσει τους 25 C, δηλ. 25 * 2200 mA = 55000 mA = 55 A! Και το βραχυπρόθεσμο ρεύμα εκφόρτισης (10 δευτ.) είναι 35C!

  

  Οι μπαταρίες λιθίου, οι οποίες αποτελούνται από πολλές κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά, απαιτούν έναν πολύπλοκο φορτιστή εξοπλισμένο με εξισορροπητή. Αυτή η λειτουργία εφαρμόζεται, για παράδειγμα, σε φορτιστές γενικής χρήσης όπως οι Turnigy Accucell 6 και IMAX B6.

  Απαιτείται ένας εξισορροπητής για την εξισορρόπηση της τάσης σε μεμονωμένες κυψέλες κατά τη φόρτιση μιας σύνθετης μπαταρίας λιθίου. Λόγω των διαφορών μεταξύ των κυψελών, ορισμένα ενδέχεται να φορτίζονται πιο γρήγορα και άλλα πιο αργά. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένα ειδικό κύκλωμα για τη διακοπή του ρεύματος φόρτισης.

  Αυτή είναι η καλωδίωση για τα καλώδια εξισορρόπησης και τροφοδοσίας μιας μπαταρίας LiPo 11,1 V.

  

  Όπως είναι γνωστό, η υπερφόρτιση μιας μπαταρίας λιθίου (ειδικά Li-Polymer) πάνω από 4,2 V μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη ή αυθόρμητη καύση. Επομένως, κατά τη φόρτιση είναι απαραίτητο να ελέγχετε την τάση σε κάθε κελίσύνθετη μπαταρία μπαταρίας!

  Σωστή φόρτιση μπαταριών λιθίου.

  Οι μπαταρίες λιθίου (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) φορτίζονται σύμφωνα με τη μέθοδο CC/CV («σταθερό ρεύμα/σταθερή τάση»). Η μέθοδος είναι ότι πρώτα, όταν η τάση στο στοιχείο είναι χαμηλή, φορτίζεται με σταθερό ρεύμα ορισμένης τιμής. Όταν η τάση στην κυψέλη φτάσει (για παράδειγμα, έως και 4,2 V - εξαρτάται από τον τύπο της μπαταρίας), ο ελεγκτής φόρτισης διατηρεί μια σταθερή τάση σε αυτό.

  Πρώτο στάδιοφόρτιση μπαταρίας λιθίου - CC- υλοποιείται μέσω ανατροφοδότησης. Ο ελεγκτής επιλέγει την τάση στο στοιχείο έτσι ώστε το ρεύμα φόρτισης να είναι αυστηρά σταθερό.

  Κατά το πρώτο στάδιο φόρτισης, η μπαταρία λιθίου συγκεντρώνει το μεγαλύτερο μέρος της ισχύος (60 - 80%).

  Δεύτερο επίπεδοχρέωση - βιογραφικό- ξεκινά όταν η τάση στο στοιχείο φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο κατωφλίου (για παράδειγμα, 4,2 V). Μετά από αυτό, ο ελεγκτής απλώς διατηρεί σταθερή τάση στο στοιχείο και του δίνει το ρεύμα που χρειάζεται. Προς το τέλος της φόρτισης, το ρεύμα μειώνεται στα 30 - 10 mA. Σε αυτό το ρεύμα, το στοιχείο θεωρείται φορτισμένο.

  Κατά το δεύτερο στάδιο, η μπαταρία συσσωρεύει το υπόλοιπο 40 - 20% της ισχύος.

  Αξίζει να σημειωθεί ότι η υπέρβαση της τάσης κατωφλίου σε μια μπαταρία λιθίου μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση και ακόμη και έκρηξη!

  Κατά τη φόρτιση των μπαταριών λιθίου, συνιστάται η τοποθέτηση τους σε πυρίμαχη σακούλα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για μπαταρίες που δεν διαθέτουν ειδικό κουτί. Για παράδειγμα, αυτά που χρησιμοποιούνται σε ραδιοελεγχόμενα μοντέλα (μοντελοποίηση αυτοκινήτου, αεροσκάφους).

  Μειονεκτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου.

  Το κύριο και πιο τρομακτικό μειονέκτημα των μπαταριών λιθίου είναι ο κίνδυνος πυρκαγιάς τους σε περίπτωση υπέρβασης της τάσης λειτουργίας, η υπερθέρμανση, η ακατάλληλη φόρτιση και η αναλφάβητη λειτουργία. Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά παράπονα σχετικά με τις μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς (Li-Polymer). Ωστόσο, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (Li-Fe) δεν έχουν τόσο αρνητικό χαρακτηριστικό - είναι πυρίμαχες.

  Επίσης, οι μπαταρίες λιθίου φοβούνται πολύ το κρύο - χάνουν γρήγορα τη χωρητικότητά τους και σταματούν να φορτίζονται. Αυτό ισχύει για μπαταρίες Li-ion και Li-Po. Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (Li-Fe) είναι πιο ανθεκτικές στον παγετό. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα από τα θετικά χαρακτηριστικά των μπαταριών Li-Fe.

  Το μειονέκτημα των μπαταριών λιθίου είναι ότι απαιτούν έναν ειδικό ελεγκτή φόρτισης - ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα. Και στην περίπτωση μιας σύνθετης μπαταρίας και εξισορροπητή.

  Όταν αποφορτίζονται βαθιά, οι μπαταρίες λιθίου χάνουν τις αρχικές τους ιδιότητες. Οι μπαταρίες Li-ion και Li-Po είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε βαθιά εκφόρτιση. Ακόμη και μετά την αποκατάσταση, μια τέτοια μπαταρία θα έχει μικρότερη χωρητικότητα.

  Εάν μια μπαταρία λιθίου δεν "λειτουργεί" για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε πρώτα η τάση σε αυτήν θα πέσει σε ένα επίπεδο κατωφλίου (συνήθως 3,2-3,3V). Το ηλεκτρονικό κύκλωμα θα απενεργοποιήσει εντελώς την κυψέλη της μπαταρίας και στη συνέχεια θα ξεκινήσει μια βαθιά εκφόρτιση. Εάν η τάση στο στοιχείο πέσει στα 2,5 V, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του.

  Επομένως, αξίζει τον κόπο να επαναφορτίζετε τις μπαταρίες των φορητών υπολογιστών, των κινητών τηλεφώνων και των συσκευών αναπαραγωγής mp3 κατά καιρούς κατά τη διάρκεια μεγάλων περιόδων αδράνειας.

  Συνήθως, η διάρκεια ζωής μιας συνηθισμένης μπαταρίας λιθίου είναι 3 - 5 χρόνια. Μετά από 3 χρόνια, η χωρητικότητα της μπαταρίας αρχίζει να μειώνεται αρκετά αισθητά.

  Για πολύ καιρό, η μπαταρία οξέος ήταν η μόνη συσκευή ικανή να παρέχει ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτόνομα αντικείμενα και μηχανισμούς. Παρά το υψηλό μέγιστο ρεύμα και την ελάχιστη εσωτερική αντίσταση, τέτοιες μπαταρίες είχαν μια σειρά από μειονεκτήματα που περιόρισαν τη χρήση τους σε συσκευές που καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας ή σε κλειστούς χώρους. Από αυτή την άποψη, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στερούνται πολλές από τις αρνητικές ιδιότητες των προκατόχων τους, αν και έχουν μειονεκτήματα.

  Περιεχόμενα

  Τι είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου

  Οι πρώτες μπαταρίες λιθίου εμφανίστηκαν πριν από 50 χρόνια. Τέτοια προϊόντα ήταν μια κανονική μπαταρία, στην οποία εγκαταστάθηκε μια άνοδος λιθίου για να αυξήσει το επίπεδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Τέτοια προϊόντα είχαν χαρακτηριστικά πολύ υψηλών επιδόσεων, αλλά ένα από τα πιο σοβαρά μειονεκτήματα ήταν η υψηλή πιθανότητα ανάφλεξης λιθίου όταν η κάθοδος υπερθερμανθεί. Δεδομένου αυτού του χαρακτηριστικού, οι επιστήμονες αντικατέστησαν τελικά το καθαρό στοιχείο με μεταλλικά ιόντα, με αποτέλεσμα η ασφάλεια να αυξηθεί σημαντικά.

  Οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πολύ αξιόπιστες και μπορούν να αντέξουν μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης. Έχουν ελάχιστο αποτέλεσμα μνήμης και σχετικά μικρό βάρος. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές συσκευές. Το προϊόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μπαταρία, με τη μορφή μπαταριών για οικιακές συσκευές, αλλά και ως υψηλής απόδοσης πηγή έλξης ηλεκτρικής ενέργειας.

  Σήμερα, τέτοιες συσκευές έχουν πολλά μειονεκτήματα:

  • υψηλό κόστος;
  • δεν μου αρέσουν οι βαθιές εκκενώσεις.
  • μπορεί να πεθάνει σε χαμηλές θερμοκρασίες.
  • χάνουν χωρητικότητα όταν υπερθερμαίνονται.

  Πώς πραγματοποιείται η παραγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου;

  Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγονται σε διάφορα στάδια:

  1. Κατασκευή ηλεκτροδίων.
  2. Συνδυασμός ηλεκτροδίων σε μπαταρία.
  3. Τοποθέτηση της πλακέτας προστασίας.
  4. Τοποθέτηση της μπαταρίας στη θήκη.
  5. Γέμισμα με ηλεκτρολύτη.
  6. Δοκιμή και φόρτιση.

  Σε όλα τα στάδια παραγωγής πρέπει να τηρούνται μέτρα τεχνολογίας και ασφάλειας, τα οποία μας επιτρέπουν τελικά να αποκτήσουμε ένα προϊόν υψηλής ποιότητας.

  Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν αλουμινόχαρτο ως κάθοδο με μια ουσία που περιέχει λίθιο εναποτίθεται στην επιφάνειά τους.

  Ανάλογα με τον σκοπό της μπαταρίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες ενώσεις λιθίου:

  • LiCoO2;
  • LiNiO2;
  • LiMn2O4.

  Κατά την παραγωγή κυλινδρικών πηγών ισχύος μεγέθους ΑΑ και ΑΑΑ, το κύριο ηλεκτρόδιο τυλίγεται σε ρολό, το οποίο διαχωρίζεται από την άνοδο με διαχωριστή. Με μεγάλη επιφάνεια καθόδου, η μεμβράνη της οποίας έχει ελάχιστο πάχος, είναι δυνατό να επιτευχθεί υψηλή ενεργειακή ένταση του προϊόντος.

  Αρχή λειτουργίας και σχεδιασμός μπαταρίας ιόντων λιθίου

  Μια μπαταρία ιόντων λιθίου λειτουργεί ως εξής:

  1. Όταν εφαρμόζεται άμεσο ηλεκτρικό ρεύμα στις επαφές της μπαταρίας, τα κατιόντα λιθίου μετακινούνται στο υλικό της ανόδου.
  2. Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, τα ιόντα λιθίου εγκαταλείπουν την άνοδο και διεισδύουν στο διηλεκτρικό σε βάθος 50 nm.

  Στη «ζωή» μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, μπορεί να υπάρχουν έως και 3.000 τέτοιοι κύκλοι, ενώ η μπαταρία μπορεί να αποδώσει σχεδόν όλο το ηλεκτρικό ρεύμα που συσσωρεύεται κατά τη διαδικασία φόρτισης. Μια βαθιά εκφόρτιση δεν οδηγεί σε οξείδωση των πλακών, γεγονός που κάνει τέτοια προϊόντα να ξεχωρίζουν σε σύγκριση με τις μπαταρίες οξέος.

  Δεν ανέχονται καλά όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βαθιές εκφορτίσεις. Εάν μια τέτοια μπαταρία είναι τοποθετημένη σε τηλέφωνο ή κάμερα (τύπου AAA), τότε εάν είναι βαθιά αποφορτισμένη, η πλακέτα ελεγκτή αποκλείει τη δυνατότητα φόρτισης της μπαταρίας για λόγους ασφαλείας, επομένως δεν θα είναι δυνατή η φόρτισή της χωρίς ειδικό φορτιστή . Εάν πρόκειται για μπαταρία λιθίου έλξης για κινητήρα σκάφους, τότε δεν θα φοβάται καθόλου τη βαθιά εκφόρτιση.

  Σε αντίθεση με τις μπαταρίες AA, οι σύνθετες μπαταρίες αποτελούνται από πολλές ξεχωριστές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένες παράλληλα ή σε σειρά. Η μέθοδος σύνδεσης εξαρτάται από τον δείκτη ηλεκτρικής ενέργειας που πρέπει να αυξηθεί.

  Μεγέθη και τύποι μπαταριών ιόντων λιθίου

  Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες. Τέτοιες πηγές ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιούνται σε διάφορες οικιακές συσκευές, μικροσυσκευές και ακόμη και αυτοκίνητα. Επιπλέον, κατασκευάζονται βιομηχανικές μπαταρίες ιόντων λιθίου μεγάλης χωρητικότητας και υψηλής τάσης. Οι πιο δημοφιλείς τύποι μπαταριών λιθίου είναι:

  Ονομα	Διάμετρος, mm	Μήκος, mm	Χωρητικότητα, mAh
  10180	10	18	90
  10280	10	28	180
  10440 (AAA)	10	44	250
  14250 (AA/2)	14	25	250
  14500	14	50	700
  15270 (CR2)	15	27	750-850
  16340 (CR123A)	17	34.5	750-1500
  17500 (A)	17	50	1100
  17670	17	67	1800
  18500	18	50	1400
  18650 (168A)	18	65	2200-3400
  22650	22	65	2500-4000
  25500 (τύπος C)	25	50	2500-5000
  26650	26	50	2300-5000
  32600 (τύπος D)	34	61	3000-6000

  
  

  Τα δύο πρώτα ψηφία τέτοιων ονομασιών υποδεικνύουν τη διάμετρο του προϊόντος, το δεύτερο ζεύγος - το μήκος. Το τελευταίο «0» τοποθετείται εάν οι μπαταρίες έχουν κυλινδρικό σχήμα.

  Εκτός από τις κυλινδρικές μπαταρίες, η βιομηχανία παράγει μπαταρίες τύπου "" με τάση 9v και ισχυρές βιομηχανικές μπαταρίες με τάση 12v, 24v, 36v και 48v.

  
  Μπαταρία για στοίβαξη

  Ανάλογα με τα στοιχεία που προστίθενται στο προϊόν, η θήκη της μπαταρίας μπορεί να έχει τις ακόλουθες ενδείξεις:

  • ICR – που περιέχει κοβάλτιο.
  • IMR - - - - μαγγάνιο;
  • INR - - - - νικέλιο και μαγγάνιο.
  • NCR - - - - νικέλιο και κοβάλτιο.

  Οι μπαταρίες λιθίου διαφέρουν όχι μόνο ως προς το μέγεθος και τα χημικά πρόσθετα, αλλά κυρίως ως προς τη χωρητικότητα και την τάση. Αυτές οι δύο παράμετροι καθορίζουν τη δυνατότητα χρήσης τους σε ορισμένους τύπους ηλεκτρικών συσκευών.

  Πού χρησιμοποιούνται οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

  Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν έχουν εναλλακτική λύση όπου χρειάζεται μια μπαταρία που μπορεί να παρέχει σχεδόν όλη την ηλεκτρική ενέργεια και να εκτελεί μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης χωρίς να μειώνει τη χωρητικότητα. Το πλεονέκτημα τέτοιων συσκευών είναι το σχετικά χαμηλό τους βάρος, επειδή δεν χρειάζεται να χρησιμοποιούνται σχάρες μολύβδου σε τέτοιες συσκευές.

  Δεδομένων των χαρακτηριστικών υψηλής απόδοσης τους, τέτοια προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν:
  

  1. Ως μπαταρίες εκκίνησης.Οι μπαταρίες λιθίου για αυτοκίνητα γίνονται φθηνότερες κάθε χρόνο, χάρη στις νέες εξελίξεις που μειώνουν το κόστος παραγωγής. Δυστυχώς, η τιμή τέτοιων μπαταριών μπορεί να είναι πολύ υψηλή, έτσι πολλοί ιδιοκτήτες αυτοκινήτων δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά μια τέτοια μπαταρία. Τα μειονεκτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν σημαντική πτώση της ισχύος σε θερμοκρασίες κάτω από μείον 20 μοίρες, επομένως στις βόρειες περιοχές η λειτουργία τέτοιων προϊόντων δεν θα είναι πρακτική.
  2. Ως συσκευές έλξης.Λόγω του γεγονότος ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν εύκολα να αντέξουν βαθιά εκφόρτιση, χρησιμοποιούνται συχνά ως μπαταρίες έλξης για ηλεκτρικούς κινητήρες σκαφών. Εάν η ισχύς του κινητήρα δεν είναι πολύ υψηλή, τότε μια φόρτιση είναι αρκετή για 5 - 6 ώρες συνεχούς λειτουργίας, που είναι αρκετά αρκετή για ψάρεμα ή ταξίδι με σκάφος. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έλξης εγκαθίστανται επίσης σε διάφορους εξοπλισμούς φόρτωσης (ηλεκτρικές στοίβες, ηλεκτρικά περονοφόρα ανυψωτικά) που λειτουργούν σε κλειστούς χώρους.
  3. Σε οικιακές συσκευές.Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται σε διάφορες οικιακές συσκευές αντί για τυπικές μπαταρίες. Τέτοια προϊόντα έχουν τάση 3,6v - 3,7v, αλλά υπάρχουν μοντέλα που μπορούν να αντικαταστήσουν μια κανονική αλατισμένη ή αλκαλική μπαταρία με 1,5 Volt. Μπορείτε επίσης να βρείτε μπαταρίες 3v (15270, ), οι οποίες μπορούν να τοποθετηθούν αντί για 2 τυπικές μπαταρίες.

  Τέτοια προϊόντα χρησιμοποιούνται κυρίως σε ισχυρές συσκευές στις οποίες οι συμβατικές μπαταρίες αλατιού αποφορτίζονται πολύ γρήγορα.

  
  Μπαταρία έλξης

  Κανόνες χρήσης μπαταριών ιόντων λιθίου

  Η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας λιθίου επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, η γνώση των οποίων θα αυξήσει σημαντικά τον πόρο. Όταν χρησιμοποιείτε αυτόν τον τύπο μπαταρίας πρέπει:

  1. Προσπαθήστε να μην αδειάσει εντελώς η μπαταρία.Παρά την υψηλή αντίσταση της μπαταρίας σε τέτοιες επιρροές, καλό είναι να μην πιέζετε όλους τους "χυμούς" από αυτήν. Θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή κατά τη λειτουργία αυτών των μπαταριών με UPS και ηλεκτρικούς κινητήρες υψηλής ισχύος. Εάν η μπαταρία είναι πλήρως αποφορτισμένη, είναι απαραίτητο να την αναζωογονήσετε αμέσως, δηλαδή να τη συνδέσετε σε ειδικό φορτιστή. Μπορείτε να ενισχύσετε την μπαταρία ακόμα και μετά από μια μακρά παραμονή σε κατάσταση βαθιάς εκφόρτισης, για την οποία πρέπει να πραγματοποιήσετε φόρτιση υψηλής ποιότητας για 12 ώρες και, στη συνέχεια, να αποφορτίσετε την μπαταρία.
  2. Αποφύγετε την υπερφόρτιση.Η υπερφόρτιση επηρεάζει αρνητικά την απόδοση του προϊόντος. Ο ενσωματωμένος ελεγκτής δεν μπορεί πάντα να απενεργοποιήσει την μπαταρία εγκαίρως, ειδικά όταν η φόρτιση πραγματοποιείται σε ψυχρό δωμάτιο.

  Εκτός από την υπερφόρτιση και την υπερβολική εκφόρτιση, η μπαταρία πρέπει να προστατεύεται από υπερβολική μηχανική καταπόνηση, η οποία μπορεί να προκαλέσει αποσυμπίεση της θήκης και πυρκαγιά των εσωτερικών εξαρτημάτων της μπαταρίας. Για το λόγο αυτό, απαγορεύεται η αποστολή ταχυδρομικώς μπαταριών που περιέχουν περισσότερο από 1 g καθαρού λιθίου.

  
  Χρησιμοποιείται ως μπαταρία για κατσαβίδια, φορητούς υπολογιστές και τηλέφωνα

  Πώς να αποθηκεύσετε τις μπαταρίες ιόντων λιθίου

  Εάν υπάρχει ανάγκη για μακροχρόνια αποθήκευση μπαταριών ιόντων λιθίου, τότε για να ελαχιστοποιήσετε τις αρνητικές επιπτώσεις στα προϊόντα, πρέπει να τηρείτε τις ακόλουθες συστάσεις:

  1. Αποθηκεύστε το προϊόν μόνο σε ξηρό, δροσερό μέρος.
  2. Η μπαταρία πρέπει να αφαιρεθεί από την ηλεκτρική συσκευή.
  3. Η μπαταρία πρέπει να φορτιστεί πριν την αποθήκευση. Η ελάχιστη τάση στην οποία δεν θα σχηματιστούν εσωτερικές διεργασίες διάβρωσης είναι 2,5 Volt ανά 1 στοιχείο.

  Λαμβάνοντας υπόψη τη χαμηλή αυτοεκφόρτιση τέτοιων μπαταριών, η μπαταρία μπορεί να αποθηκευτεί με αυτόν τον τρόπο για αρκετά χρόνια, αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου η χωρητικότητα της κυψέλης θα μειωθεί αναπόφευκτα.

  Ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου

  Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν ουσίες που είναι επικίνδυνες για την υγεία και δεν πρέπει ποτέ να αποσυναρμολογούνται στο σπίτι. Αφού εξαντληθεί η διάρκεια ζωής της μπαταρίας, πρέπει να επιστραφεί για περαιτέρω ανακύκλωση. Σε εξειδικευμένα σημεία συλλογής μπορείτε να λάβετε χρηματική αποζημίωση για μια παλιά μπαταρία λιθίου, επειδή τέτοια προϊόντα περιέχουν ακριβά στοιχεία που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν.