Pozdrav dragi moji prijatelji i poštovaoci, čitaoci ovog bloga. Umjesto još jedne lekcije, ispravnije bi bilo reći članci u foto školska kasica prasica, odlučio sam da napišem članak o bolnoj temi i važnoj za sve.
Mislim da će mnogima, uključujući i vas, dragi moji čitaoci, biti i zanimljivo i korisno da saznaju šta je tako fundamentalno litijum jonske baterije, koje su njihove ograničavajuće karakteristike, kako ih treba koristiti, šta se može dobiti pravilnom upotrebom i naravno o čemu treba voditi računa dugo trajanje baterije... Zato samo naprijed.
Zbog čega? - pitate me, generalno sam počeo da škrabam na ovu temu. Pa baterija i baterija, i šta je s tim. pa? Ali ne. Li-ion baterija, ovo je u suštini rezervoar za gorivo za mnoge naše omiljene uređaje, a kod običnih uređaja. Pa šta? - reći ćeš mi, - kakva je to razlika nama? A razlika je velika i bitna za vas. Ideja da napišem ovaj članak nastala je nakon što smo ja i moji učenici fotoškole otišli u. Vremenski uslovi su sasvim uobičajeni, oko -7 -10 Celzijusa, sunčano, lagan povjetarac, vedro. Općenito ugodno vrijeme za radoznalo oko fotografa amatera. Međutim, mnogi studenti su bili zabrinuti: nije li opasno za kameru? Zar se neće smrznuti? Šta se dešava ako se smrzne? (Napisaću posebnu napomenu o temperaturnim režimima kamere) A šta će se dogoditi sa baterijom fotoaparata? Čuli smo da se baterija fotoaparata jako boji hladnoće i da može pokvariti, je li istina? Istina, ali ne sve i ne u potpunosti. Hajde da to shvatimo.
U našim fotoaparatima postoje litijum-jonske baterije. Sta to znaci? Evo šta. Li-ion baterije imaju znatno bolje parametre performansi u odnosu na druge tipove baterija. Neću ulaziti u detalje, ali u današnje vrijeme većina proizvođača potrošačke elektronike pokušava svoje proizvode snabdjeti Li-ion baterijama, jer su jednostavnije i jeftinije za proizvodnju i manje štetne za okoliš.
Primarne ćelije („baterije“) sa litijumskom anodom pojavile su se početkom 70-ih godina 20. veka i brzo su našle primenu zbog svoje visoke specifične energije i drugih prednosti. Tako je ostvarena dugogodišnja želja za stvaranjem hemijskog izvora struje sa najaktivnijim redukcionim agensom, alkalnim metalom, što je omogućilo dramatično povećanje i radnog napona baterije i njene specifične energije. Ako je razvoj primarnih ćelija s litijumskom anodom okrunjen relativno brzim uspjehom i takve ćelije su čvrsto zauzele svoje mjesto kao izvor energije za prijenosnu opremu, onda je stvaranje litijumskih baterija naišlo na fundamentalne poteškoće, za čije je prevladavanje bilo potrebno više od 20 godina.
Nakon mnogo testiranja tokom 1980-ih, pokazalo se da je problem litijumskih baterija uvrnut oko litijumskih elektroda. Tačnije, oko aktivnosti litijuma: procesi koji su se odvijali tokom rada, na kraju su doveli do burne reakcije, nazvane "ventilacija uz oslobađanje plamena". Godine 1991. veliki broj litijumskih punjivih baterija je povučen u proizvodne pogone, koje su po prvi put korištene kao izvor napajanja za mobilne telefone. Razlog je taj što je tokom razgovora, kada je trenutna potrošnja maksimalna, iz baterije emitovao plamen koji je opekao lice korisnika mobilnog telefona.
Zbog nestabilnosti svojstvene metalnom litijumu, posebno tokom punjenja, istraživanja su se preselila na oblast stvaranja baterije bez upotrebe Li, već korišćenjem njegovih jona. Iako litijum-jonske baterije pružaju neznatno nižu gustinu energije od litijumskih baterija, litijum-jonske baterije su bezbedne kada se obezbede ispravni uslovi punjenja i pražnjenja.
Ako je dalje nekoga bitan i zanima dio o tome koji su hemijski procesi bili i jesu u litijum-jonskim baterijama, kako su ti isti procesi ukroćeni, onda je način da proguglate. Nisam toliko jak u hemiji i fizici da napišem članak od čitanja koji ću i sam zaspati.
Moderne Li-ion baterije imaju visoke specifične karakteristike: 100-180 Wh / kg i 250-400 Wh / l. Radni napon - 3,5-3,7 V.
Ako su prije nekoliko godina proizvođači smatrali maksimalno ostvarivim - kapacitet Li-ion baterija nije veći od nekoliko amper-sati (sjetite se školskog kursa fizike), sada je većina razloga koji ograničavaju povećanje kapaciteta prevladana i mnogi proizvođači počeli su proizvoditi baterije s kapacitetom od stotine ampera - sati, ili čak hiljade.
Moderne male baterije su efikasne pri strujama pražnjenja do 2 C, moćne - do 10-20 C. Raspon radne temperature: -20 do +60 °C. Međutim, mnogi proizvođači su već razvili baterije koje rade na -40°C. Moguće je proširenje temperaturnog raspona na više temperature.
Samopražnjenje Li-ion baterija je 4-6% u prvom mjesecu, zatim znatno manje: za 12 mjeseci baterije gube 10-20% pohranjenog kapaciteta. Gubitak kapaciteta u Li-ion baterijama je nekoliko puta manji nego kod nikl-kadmijum (Ni-Cd) baterija, i na 20°C i na 40°C. Resurs litijum-jonskih baterija: 500-1000 ciklusa punjenja-pražnjenja.
I ovdje će mnogi reći: -Aaaaa. Zbog toga možete snimati fotoaparatom na umjereno niskim temperaturama. Da, odgovoriću ti. Osim toga, kada baterija radi, ispuštajući energiju, u njoj se odvijaju kemijske reakcije, čija je nuspojava oslobađanje toplinske energije, što omogućava bateriji da duže održi raspon radne temperature. Osim toga, kada izvadimo fotoaparat iz kofera, na ulici, on (fotoaparat, kamera) također ima pozitivnu temperaturu, odnosno još uvijek povećavamo vremenski resurs tokom kojeg možemo snimati na otvorenom na -7.. - 15 °C. Dodajte ovome termalno grijanje procesora fotoaparata tokom snimanja, zagrijavanje matrice, čak i toplinu ruku kojima držimo fotoaparat i prenosimo ga na njega, produžava termički i vremenski vijek kamere na umjereno niskim temperaturama .
Ovo se odnosi na upotrebu baterija u radu. Sada pogledajmo na brzinu stranu punjenja i skladištenja. Litijum-jonske baterije ne zahtevaju nikakvo posebno održavanje. Osnovna pravila za njihov rad nalaze se u uputama za telefon/laptop/kameru, a sve ostalo preuzima BMS kolo i kontroler punjenja u napajanom uređaju. Ipak, prilikom kupovine često možete čuti sljedeće izjave prodavca ili prijatelja-"gurua":
"... prvo punjenje je 12-15 sati ..." ili, alternativno, "... samo ostavite uređaj povezan cijelu noć...";
"... potrebno je napraviti 3-5 kompletnih ciklusa da bi baterija dobila kapacitet...";
"... preporučljivo je potpuno napuniti i isprazniti bateriju ...";
“… Pa šta ako je baterija stara već godinu dana, nije korištena; njegov vijek trajanja ovisi isključivo o broju ciklusa punjenja-pražnjenja...".
Hajde da vidimo koliko je gore navedeno tačno.
Prva izjava je jednostavno besmislena - kontrolna elektronika neće dozvoliti punjenje baterije više nego što bi trebalo.
Savjet broj 2 je također neodrživ. Nakon prvog punjenja, litijum-jonske baterije rade sa punom efikasnošću, a isprva se brže prazne jednostavno zato što ga vlasnik uređaja postavi i pregleda, demonstrira prijateljima i poznanicima itd. Nakon nedelju-dve gadžet ulazi normalnom načinu rada, što, naravno, ima pozitivan učinak na autonomiju. Ali jedno potpuno punjenje prije upotrebe je i dalje poželjno. To nije potrebno za bateriju, već da bi uređaj mogao odrediti njen stvarni kapacitet i ubuduće ispravno prikazati preostalo punjenje.
U preporuci br. 3 „noge rastu“ iz pravila rada za nikl-kadmijumske baterije, koje su prethodno morale biti potpuno ispražnjene, u suprotnom je deo kapaciteta nepovratno izgubljen. Njihove litijum-jonske kolege nemaju takav "efekat pamćenja", štoviše, duboko pražnjenje im je kontraindicirano. Uz čestu upotrebu, to je nebitno, jer BMS sistem ne dozvoljava da se baterija isprazni do kraja, ali ako ostane u ispražnjenom stanju mjesec dana ili više, preostalo punjenje će "iscuriti", zaštitni krug će blokirati proces punjenja i isključiti, nakon čega punjenje više neće biti moguće. Pretjerano punjenje je također štetno, ali kod većine uređaja se to već vodi računa i ne pune bateriju do 100%.
Tu je i savjet poput "napunite kako želite, ali barem jednom sedmično (mjesečno) provedite ciklus u potpunosti." Takva shema rada je optimalna za nikl-metal hidridne baterije - one također imaju memorijski efekat, ali mnogo manji od Ni-Cd, i obnavljaju svoj kapacitet nakon 1-2 kompletna ciklusa. Za litijum-jonske baterije to je samo djelimično tačno, na primjer, preporučuje se to učiniti nakon dugotrajnog skladištenja.
Iz izjave broj 4 slijedi naizgled logičan zaključak: budući da se vijek trajanja baterije mjeri brojem ciklusa, onda je bolje koristiti ga maksimalno. Ovo je greška. Potpuno punjenje i pražnjenje ga brže troše, dok nepotpuni ciklusi, naprotiv, produžavaju životni vijek. Osim toga, litijum-jonske baterije gube kapacitet čak i kada se ne koriste. Već nakon godinu dana "na polici" njihov se resurs smanjuje za 5-10%, nakon 2 godine - za 20-30%. Stoga, prilikom kupovine novog prijenosnog uređaja, obratite pažnju na datum izdavanja izvora napajanja. Očigledno je i da je kupovina baterije "za buduću upotrebu", čak i ako je teško naći u prodaji, beskorisna.
Veoma je važno pratiti radnu temperaturu litijum-jonskih baterija. Na mrazu ispod -20°C jednostavno prestaju davati struju, a na vrućini iznad +45°C, iako funkcioniraju, takvi klimatski uvjeti aktiviraju proces starenja, značajno skraćujući vijek trajanja baterije. Ali možete ga puniti samo na pozitivnim (celzijusovim) temperaturama, inače postoji veliki rizik od kvara uređaja. Općenito, optimalna radna temperatura za litijum-jonske baterije je +20 °C.
Litijum-jonske baterije se stalno poboljšavaju, proizvođači aktivno eksperimentišu sa elektrodnim i elektrolitskim materijalima. Godine 1994. pojavile su se baterije sa litijum-manganskim katodama, a 1996. - sa litijum-gvozdeno-fosfatnim katodama. Mnogo su stabilniji i lako nose velike struje pražnjenja, stoga se koriste u električnim alatima i električnim vozilima. Od 2003. godine se proizvode baterije koje koriste složenu katodnu kompoziciju (LiNiMnCoO2) i imaju najbolju kombinaciju karakteristika od svih navedenih. Ali po specifičnom kapacitetu i cijeni, litijum-kobaltne kopije još nisu nadmašene, a prednosti novih tipova nisu tražene kod mobilnih telefona i laptopa koji troše relativno malo struje.
Ako privremeno odložite svoj uređaj, ali želite da mu baterija bude u ispravnom stanju, znajte da je litijum-jonske baterije najbolje čuvati na temperaturi od oko +5°C. Što je veći i što je stanje napunjenosti bliže 100%, baterija brže stari i gubi kapacitet. Najbolje ga je napuniti do 40–50%, izvaditi ga iz uređaja, spakovati u zatvorenu plastičnu vrećicu, staviti u hladnjak (ali ne u zamrzivač!) i povremeno puniti.
To je sve što sam htio reći o baterijama, našim prijateljima, elektronskim ljubimcima. Bilo da je u pitanju telefon, plejer ili kamera.
Ovaj članak je pripremljen na osnovu materijala pronađenih na Internetu i ovdje prikupljenih na gomili radi praktičnosti i razumijevanja suštine procesa.
Imate pitanja? Pišite u komentarima i sigurno ću odgovoriti.
P.S. Prijatelji, ako vam se članak svidio ili vam je postao koristan. I meni učini dobro. Podijelite vezu do članka na svojim stranicama "Vkontakte", "Odnoklassniki", "Facebook", "Tweeter" i drugim stranicama. Da biste to učinili, samo trebate kliknuti na gumbe na dnu stranice i slijediti jednostavne korake u uputama. Također vas pozivam da se pretplatite na moju mailing listu, onda sigurno nećete propustiti sljedeći, nadam se zanimljiv i koristan, članak. Obrazac za pretplatu se nalazi u gornjem desnom uglu stranice.
Koje su vrste litijumskih baterija i njihove dizajnerske karakteristike?
Litijumske baterije su čvrsto zauzele nekoliko različitih niša na današnjem tržištu. Uglavnom se koriste u svim vrstama potrošačke elektronike, prijenosnim alatima i mobilnim uređajima, kućanskim aparatima itd. Postoje čak i litijumske baterije od 12 volti za automobile. Iako još nisu dobili široku upotrebu u automobilskoj industriji. Upotreba litijumskih baterija u različitim sektorima nacionalne ekonomije dovela je do toga da su se na tržištu pojavile mnoge varijante ovih baterija. U današnjem članku razmotrit ćemo glavne vrste litijumskih baterija.
Ovdje nećemo pisati o principu rada Li punjivih baterija i povijesti njihovog nastanka. Više o tome možete pročitati u članku na navedenom linku. Također možete zasebno pročitati materijale o i. I u ovom materijalu želio bih razmotriti upravo različite vrste Li baterija, ovisno o njihovim karakteristikama i namjeni.
Dakle, s obzirom na snagu i kapacitet litijumskih baterija. Podjela je ovdje prilično proizvoljna. Za proizvodnju baterija različitog kapaciteta, s različitim strujama pražnjenja, proizvođači mijenjaju niz parametara. Na primjer, regulišu debljinu sloja elektrodne paste na foliji (u slučaju rolne strukture). U većini slučajeva ovaj elektrodni sloj se nanosi bakarnom (negativna elektroda) i aluminijskom (pozitivna) folijom. Zbog ovog povećanja sloja elektrode povećavaju se specifični parametri baterije.
Međutim, kod nadogradnje aktivne mase potrebno je smanjiti debljinu provodne podloge (folije). Kao rezultat toga, baterija može proći manje struje bez pregrijavanja. Osim toga, povećanje sloja mase elektrode dovodi do povećanja otpora elementa. Za smanjenje otpornosti često se za aktivnu masu koriste aktivnije i dispergirane tvari. Proizvođači se "igraju" ovim parametrima kada proizvode baterije sa određenim parametrima. Baterija s tankom folijom i debelom aktivnom masom pokazuje visoke vrijednosti pohranjene energije. I njegova snaga će biti niska, i obrnuto. I to se može podesiti bez promjene standardne veličine proizvoda.
Punjive baterije različitih vrijednosti kapaciteta i struje pražnjenja dobijaju se promjenom sljedećih parametara:
- Debljina folije;
- Debljina separatora;
- Materijal pozitivne i negativne elektrode;
- Veličina čestica aktivne mase;
- Debljina elektrode.
Istovremeno, modeli baterija dizajniranih za veću snagu opremljeni su strujnim vodovima velikih dimenzija i težine. Ovo je da bi se spriječilo pregrijavanje. Također, za povećanje struje pražnjenja koriste se sve vrste tvari koje se dodaju u elektrolit ili u masu elektrode. U baterijama velikog kapaciteta strujni vodovi su obično mali. Izračunati su za struju pražnjenja do 2C (obično se struja punjenja-pražnjenja baterije ukazuje na njen kapacitet) i struju punjenja do 0,5C. Za litijumske baterije velikog kapaciteta, ove vrednosti su do 20C, odnosno do 40C.
Modeli litijumskih baterija velikog kapaciteta dizajnirani su za napajanje startera, velikog kapaciteta - za napajanje različite prijenosne opreme. Što se tiče razvoja litijumskih baterija, proizvođači svih vrsta elektronike ih naručuju od posebnih firmi. Oni ih razvijaju uzimajući u obzir predložene uslove, a zatim ih stavljaju u masovnu proizvodnju. Prilikom razvoja modernih litijumskih baterija uzimaju se u obzir sljedeći parametri:
- Kapacitet;
- Standardna i maksimalna struja pražnjenja;
- Dimenzije;
- Uslovi lokacije unutar uređaja;
- Radna temperatura;
- Resurs (broj ciklusa punjenja-pražnjenja) i drugo.
Različiti dizajni litijumskih punjivih baterija
Prema dizajnerskim karakteristikama, litijumske baterije se mogu podijeliti na dva načina:
- Dizajn trupa;
- Dizajn elektrode.
Dizajn elektrode
Roll type
Na slici ispod možete vidjeti Li─Ion bateriju u obliku rolne.
Elementi rolne konstrukcije izrađuju se od dvije vrste:
- Rola elektroda se okreće oko virtuelne ploče. Jedno kućište može primiti nekoliko paralelno povezanih rola;
- Cilindrične. Različite visine i prečnika.
Dizajn rolne se koristi tamo gdje je potrebna baterija malog kapaciteta i snage. Ova tehnologija nije mnogo radno intenzivna, jer je uvijanje elektrodnih traka i separatora potpuno automatizirano. Nedostatak ovog dizajna je slabo odvođenje topline sa elektroda. Zapravo, toplina se uklanja samo preko krajnje strane elementa.
Iz seta elektroda
U proizvodnji prizmatičnih baterija koriste se litijumske baterije sa sklopom pojedinačnih elektroda.
Ovdje se također uklanja toplina s kraja elektrode. Proizvođači pokušavaju poboljšati disipaciju topline prilagođavanjem sastava i disperzije aktivne mase.
Dizajn karoserije
Cilindrične
Vrijedi obratiti pažnju na cilindrične litijumske baterije. Široko se koriste u raznim kućanskim aparatima i elektronici. Posebno su popularne baterije.
Kao prednosti cilindričnog tijela stručnjaci navode da nema promjene zapremine tokom dugotrajnog rada. To je zbog činjenice da baterija lagano mijenja svoj volumen tokom procesa punjenja-pražnjenja. Dizajn elektroda u takvom kućištu je uvijek rolni. Nedostaci uključuju slabo odvođenje topline.
Cilindrične litijumske baterije mogu imati sljedeće strujne vodove:
- Screw borne;
- Redovne kontaktne pločice.
Tamo gdje postoje veći zahtjevi za potrošnjom struje, koristi se bušenje vijaka. Ovo je baterija velike struje pražnjenja i velikog kapaciteta (preko 20 Ah). Brojni testovi pokazuju da cilindrični litijumski akumulatori sa vijkom izdržavaju struje ne veće od 10-15C. A to su vrijednosti kratkotrajnog opterećenja pri kojem se element brzo pregrije. Tokom dugotrajnog rada mogu izdržati struje pražnjenja od 2 - 3C. Uglavnom se koristi u prijenosnim električnim alatima.
Obložene baterijske ćelije se obično koriste za formiranje baterija. Da biste to učinili, zavareni su trakom pomoću kontaktnog zavarivanja. Ponekad proizvođači već proizvode elemente s laticama za samolemljenje. Štoviše, vrsta latica može biti različita ovisno o vrsti lemljenja.
U oznaci standardne veličine cilindričnih litijumskih baterija obično su prisutne njihove dimenzije. Na primjer, 18650 litijum-jonske ćelije su visoke 65 mm i prečnika 18 mm.
Sve veći interes potrošača za mobilne uređaje i visokotehnološku prijenosnu tehnologiju općenito tjera proizvođače da poboljšaju svoje proizvode u različitim smjerovima. Istovremeno, postoji niz općih parametara na kojima se rad obavlja na isti način. To uključuje način snabdijevanja energijom. Pre samo nekoliko godina, aktivni učesnici na tržištu mogli su da posmatraju proces istiskivanja naprednijih elemenata NiMH porekla. Danas se nove generacije baterija takmiče jedna s drugom. Široko rasprostranjena litijum-jonska tehnologija u nekim segmentima uspješno zamjenjuje litijum-polimersku bateriju. Razlika u odnosu na jonski u novoj jedinici nije toliko uočljiva za običnog korisnika, ali je u nekim aspektima značajna. Istovremeno, kao iu slučaju konkurencije između NiCd i NiMH elemenata, tehnologija zamjene je daleko od besprijekorne i u nekim aspektima je inferiorna u odnosu na svoj analog.
Li-ion baterija uređaj
Prvi modeli serijskih litijumskih baterija počeli su da se pojavljuju početkom 1990-ih. Međutim, kobalt i mangan su tada korišteni kao aktivni elektrolit. U modernim nije toliko važna supstanca koliko konfiguracija njenog smještaja u bloku. Takve baterije se sastoje od elektroda koje su odvojene separatorom pora. Masa separatora je zauzvrat samo impregnirana elektrolitom. Što se tiče elektroda, one su predstavljene katodnom bazom na aluminijskoj foliji i bakrenom anodom. Unutar bloka oni su međusobno povezani terminalima strujnog kolektora. Servisno punjenje vrši pozitivno punjenje litijum jona. Ovaj materijal je povoljan po tome što ima sposobnost da lako prodre u kristalne rešetke drugih supstanci, formirajući hemijske veze. Međutim, pozitivne kvalitete takvih baterija sve više nisu dovoljne za savremene zadatke, što je dovelo do pojave Li-pol ćelija, koje imaju mnoge karakteristike. Općenito, vrijedi napomenuti sličnost litijum-jonskih napajanja s helijumskim baterijama pune veličine za automobile. U oba slučaja, baterije su dizajnirane imajući na umu fizičku upotrebljivost. Ovaj smjer razvoja dijelom su nastavili i polimerni elementi.
Uređaj za litijum-polimersku bateriju
Podsticaj za poboljšanje litijumskih baterija bila je potreba da se eliminišu dva nedostatka postojećih Li-ion baterija. Prvo, nisu sigurni za rad, a drugo, prilično su skupi u smislu cijene. Tehnolozi su odlučili da se riješe ovih nedostataka promjenom elektrolita. Kao rezultat toga, impregnirani porozni separator zamijenjen je polimernim elektrolitom. Treba napomenuti da se polimer ranije koristio u električne svrhe kao plastični film koji provodi struju. U modernoj bateriji, debljina Li-pol ćelije doseže 1 mm, što također uklanja ograničenja u korištenju različitih oblika i veličina od strane programera. Ali glavna stvar je da nema tekućeg elektrolita, što eliminira rizik od paljenja. Sada je vrijedno detaljnije pogledati razlike u odnosu na litijum-jonske ćelije.
Koja je glavna razlika od jonske baterije?
Osnovna razlika leži u odbacivanju helijuma i tečnih elektrolita. Za potpunije razumijevanje ove razlike, vrijedi se pozvati na moderne modele akumulatora automobila. Potreba za zamjenom tečnog elektrolita bila je opet uzrokovana sigurnosnim problemima. Ali ako se u slučaju automobilskih baterija napredak zaustavio na istim poroznim elektrolitima s impregnacijom, tada su litijski modeli dobili punopravnu čvrstu bazu. Šta je tako dobro u vezi sa solid-state litijum-polimer baterijom? Razlika od jonskog je u tome što aktivna supstanca u obliku ploče u zoni kontakta sa litijumom sprečava stvaranje dendrita tokom ciklusa. Ovaj faktor isključuje mogućnost eksplozije i požara takvih baterija. Ovdje se radi samo o prednostima, ali postoje i slabosti u novim baterijama.
Trajanje litijum-polimerske baterije
U prosjeku, takve baterije mogu izdržati oko 800-900 ciklusa punjenja. Ovaj pokazatelj je skroman u odnosu na moderne analoge, ali se čak ni ovaj faktor ne može smatrati odlučujućim resursom elementa. Činjenica je da su takve baterije podložne intenzivnom starenju, bez obzira na prirodu njihovog rada. Odnosno, čak i ako se baterija uopće ne koristi, njen će se resurs smanjiti. Nije bitno da li je to litijum-jonska baterija ili litijum-polimerska ćelija. Ovaj proces karakteriše sva litijumska napajanja. Značajan gubitak u obimu može se primijetiti u roku od godinu dana nakon akvizicije. Nakon 2-3 godine neke baterije potpuno pokvare. No, puno ovisi o proizvođaču, jer unutar segmenta postoje i razlike u kvaliteti performansi baterije. Slični problemi su svojstveni NiMH ćelijama, koje stare pod ekstremnim temperaturnim fluktuacijama.
Nedostaci
Pored problema sa brzim starenjem, takvim baterijama su potrebni dodatni sistemi zaštite. To je zbog činjenice da unutrašnji stres u različitim područjima može dovesti do sagorijevanja. Stoga se koristi poseban stabilizacijski krug kako bi se spriječilo pregrijavanje i prekomjerno punjenje. Ovaj sistem ima i druge nedostatke. Glavno je trenutno ograničenje. Ali s druge strane, dodatna zaštitna kola čine litij-polimer bateriju sigurnijom. Razlika u odnosu na jonski u smislu cijene se također javlja. Polimerske baterije su jeftinije, ali ne mnogo. Njihova cijena također raste zbog uvođenja elektronskih zaštitnih kola.
Operativne karakteristike modifikacija gela
Kako bi povećao električnu provodljivost, tehnolog polimernim elementima i dalje dodaje gelirani elektrolit. Nema govora o potpunom prelasku na takve supstance, jer je to u suprotnosti sa konceptom ove tehnologije. Ali u prijenosnoj tehnologiji često se koriste upravo hibridne baterije. Njihova posebnost leži u osjetljivosti na temperaturu. Proizvođači preporučuju korištenje ovih modela baterija u okruženjima između 60°C i 100°C. Ovaj zahtjev je također definirao posebnu nišu za primjenu. Gel modeli se mogu koristiti samo u vrućim klimama, a da ne spominjemo potrebu da se urone u termoizolirano kućište. Ipak, pitanje koju bateriju odabrati - Li-pol ili Li-ion - nije tako akutno u poduzećima. Tamo gdje temperatura ima poseban utjecaj, često se koriste kombinirana rješenja. U takvim slučajevima, polimerni elementi se obično koriste kao rezerva.
Optimalni način punjenja
Uobičajeno vrijeme punjenja litijumskih baterija je u prosjeku 3 sata. Štaviše, tokom punjenja jedinica ostaje hladna. Punjenje se odvija u dvije faze. Pri prvom napon dostiže svoje vršne vrijednosti, a ovaj način rada održava se do 70%. Preostalih 30% se regrutuje već pod normalnim stresnim uslovima. Zanimljivo je i drugo pitanje - kako napuniti litijum-polimersku bateriju ako trebate održavati njen puni volumen u stalnom režimu? U tom slučaju treba se pridržavati rasporeda punjenja. Preporučuje se da se ovaj postupak izvodi otprilike svakih 500 sati rada uz potpuno pražnjenje.
Mere predostrožnosti
Tokom rada koristite samo punjač koji odgovara karakteristikama, povezujući ga na mrežu sa stabilnim naponom. Također je potrebno provjeriti stanje konektora kako se baterija ne bi otvorila. Važno je uzeti u obzir da se, uprkos visokom stepenu sigurnosti, ipak radi o vrsti baterije koja je osjetljiva na preopterećenja. Litijum polimerna ćelija ne podnosi prekomerne struje, prekomerno hlađenje spoljašnje sredine i mehanički udar. Međutim, prema svim ovim pokazateljima, polimerni blokovi su još uvijek pouzdaniji od litijum-jonskih. Ipak, glavni aspekt sigurnosti je bezopasnost čvrstih izvora napajanja - pod uslovom, naravno, da se drže zatvoreni.
Koja je baterija bolja - Li-pol ili Li-ion?
Ovo pitanje je u velikoj meri determinisano uslovima rada i ciljem snabdevanja energijom. Glavne prednosti polimernih uređaja prilično su opipljive za same proizvođače, koji mogu slobodnije koristiti nove tehnologije. Razlika će biti suptilna za korisnika. Na primjer, u pitanju kako napuniti litijum-polimersku bateriju, vlasnik će morati obratiti više pažnje na kvalitetu napajanja. U trenutku punjenja to su identični elementi. Što se tiče trajnosti, situacija u ovom parametru je također dvosmislena. Efekt starenja je više karakterističan za polimerne elemente, ali praksa pokazuje različite primjere. Na primjer, postoje recenzije litijum-jonskih ćelija koje postaju neupotrebljive nakon godinu dana korištenja. A polimerni u nekim uređajima rade 6-7 godina.
Zaključak
Oko baterija još uvijek postoji mnogo mitova i lažnih sudova koji se odnose na različite nijanse rada. S druge strane, neke od karakteristika baterija proizvođači prešućuju. Što se tiče mitova, jedan od njih pobija litijum-polimersku bateriju. Razlika od ionskog analoga je u tome što polimerni modeli doživljavaju manje unutrašnje naprezanje. Iz tog razloga, sesije punjenja koje još nisu istrošile baterije ne utiču negativno na performanse elektroda. Ako govorimo o činjenicama koje skrivaju proizvođači, onda se jedna od njih odnosi na trajnost. Kao što je već spomenuto, vijek trajanja baterije karakterizira ne samo skromna brzina ciklusa punjenja, već i neizbježan gubitak korisne zapremine baterije.
Procjena karakteristika određenog punjača je teška bez razumijevanja kako bi uzorno punjenje li-jonske baterije zapravo trebalo teći. Stoga, prije nego što pređemo direktno na kola, prisjetimo se malo teorije.
Šta su litijumske baterije
U zavisnosti od materijala od kojeg je napravljena pozitivna elektroda litijumske baterije, postoji nekoliko varijanti:
- sa litijum-kobaltatnom katodom;
- sa katodom na bazi litijevog željeznog fosfata;
- na bazi nikl-kobalt-aluminijuma;
- na bazi nikl-kobalt-mangana.
Sve ove baterije imaju svoje karakteristike, ali budući da ove nijanse nisu od fundamentalnog značaja za općeg potrošača, neće se razmatrati u ovom članku.
Također, sve Li-ion baterije se proizvode u različitim standardnim veličinama i faktorima oblika. Mogu biti u dizajnu kućišta (na primjer, danas popularni 18650) iu laminiranom ili prizmatičnom dizajnu (gel-polimer baterije). Potonje su hermetički zatvorene vrećice napravljene od posebnog filma, u kojem se nalaze elektrode i elektrodna masa.
Najčešće veličine litij-ionskih baterija prikazane su u donjoj tabeli (sve imaju nazivni napon od 3,7 volti):
| Oznaka | Standardna veličina | Slična veličina |
|---|---|---|
| XXYY0, gdje XX- indikacija prečnika u mm, YY- vrijednost dužine u mm, 0 - odražava izvedbu u obliku cilindra |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø odgovara AAA, ali polovina dužine) | |
| 10280 | ||
| 10430 | AAA | |
| 10440 | AAA | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø AA, dužina CR2 | |
| 14430 | Ø 14 mm (kao AA), ali kraće | |
| 14500 | aa | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S / 300S | |
| 17670 | 2xCR123 (ili 168S / 600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (ili 150A / 300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (ili 168A / 600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | WITH | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Unutarnji elektrohemijski procesi se odvijaju na isti način i ne ovise o faktoru oblika i dizajnu baterije, stoga se sve navedeno u nastavku jednako odnosi na sve litijumske baterije.
Kako pravilno puniti litijum-jonske baterije
Najispravniji način punjenja litijumskih baterija je punjenje u dvije faze. Ovo je metod koji koristi Sony u svim svojim punjačima. Unatoč sofisticiranijem kontroleru punjenja, ovo omogućava punije punjenje litij-ionskih baterija bez ugrožavanja njihovog životnog vijeka.
Ovdje je riječ o dvostepenom profilu punjenja litijumskih baterija, skraćeno CC/CV (konstantna struja, konstantni napon). Postoje i opcije s impulsnim i koraknim strujama, ali one se ne razmatraju u ovom članku. Više o punjenju pulsnom strujom možete pročitati.
Dakle, razmotrimo obje faze punjenja detaljnije.
1. U prvoj fazi mora biti osigurana konstantna struja punjenja. Trenutna vrijednost je 0,2-0,5C. Za ubrzano punjenje, dozvoljeno je povećanje struje na 0,5-1,0C (gdje je C kapacitet baterije).
Na primjer, za bateriju kapaciteta 3000 mA / h, nazivna struja punjenja u prvoj fazi je 600-1500 mA, a ubrzana struja punjenja može biti u rasponu od 1,5-3A.
Da bi se osigurala stalna struja punjenja zadate vrijednosti, krug punjača (punjač) mora biti u stanju podići napon na terminalima baterije. Zapravo, u prvoj fazi, punjač radi kao klasični stabilizator struje.
Bitan: ako planirate puniti baterije s ugrađenom zaštitnom pločom (PCB), tada prilikom projektiranja memorijskog kola morate osigurati da napon otvorenog kruga kruga nikada ne može prijeći 6-7 volti. U suprotnom može doći do oštećenja zaštitne ploče.
U trenutku kada napon na bateriji poraste na vrijednost od 4,2 volta, baterija će dobiti otprilike 70-80% svog kapaciteta (konkretna vrijednost kapaciteta ovisit će o struji punjenja: s ubrzanim punjenjem će biti blago manje, sa nominalnim - nešto više). Ovaj trenutak je kraj prve faze punjenja i služi kao signal za prelazak u drugu (i posljednju) fazu.
2. Druga faza punjenja- ovo je punjenje baterije sa konstantnim naponom, ali postupno opadajućom (opadajućom) strujom.
U ovoj fazi, punjač održava napon od 4,15-4,25 volti na bateriji i kontrolira trenutnu vrijednost.
Kako se kapacitet povećava, struja punjenja će se smanjiti. Čim se njegova vrijednost smanji na 0,05-0,01C, proces punjenja se smatra završenim.
Važna nijansa ispravnog rada punjača je njegovo potpuno odvajanje od baterije nakon završetka punjenja. To je zbog činjenice da je za litijumske baterije krajnje nepoželjno da budu pod povećanim naponom duže vrijeme, što obično osigurava punjač (tj. 4,18-4,24 volta). To dovodi do ubrzane degradacije kemijskog sastava baterije i, kao posljedica, smanjenja njenog kapaciteta. Dugotrajan boravak znači desetine sati ili više.
Tokom druge faze punjenja, baterija uspeva da dobije otprilike još 0,1-0,15 svog kapaciteta. Ukupna napunjenost baterije tako dostiže 90-95%, što je odličan pokazatelj.
Pokrili smo dvije glavne faze punjenja. Međutim, obrada pitanja punjenja litijumskih baterija bila bi nepotpuna da se ne spominje još jedna faza punjenja - tzv. precharge.
Faza prethodnog punjenja (prethodno punjenje)- ova faza se koristi samo za duboko ispražnjene baterije (ispod 2,5 V) kako bi se vratile u normalne radne uslove.
U ovoj fazi, punjenje se osigurava konstantnom strujom smanjene vrijednosti sve dok napon na bateriji ne dostigne 2,8 V.
Preliminarni korak je neophodan kako bi se spriječilo bubrenje i smanjenje tlaka (ili čak eksplozija vatrom) oštećenih baterija, na primjer, interni kratki spoj između elektroda. Ako se kroz takvu bateriju odmah prođe velika struja punjenja, to će neminovno dovesti do njenog zagrijavanja, a onda i sreće.
Još jedna prednost prethodnog punjenja je prethodno zagrijavanje baterije, što je važno kada se puni na niskim temperaturama okoline (u negrijanoj prostoriji tokom hladne sezone).
Inteligentno punjenje bi trebalo da bude u stanju da prati napon na bateriji tokom preliminarne faze punjenja i, ako napon ne raste duže vreme, zaključi da je baterija neispravna.
Sve faze punjenja litijum-jonske baterije (uključujući fazu predpunjenja) shematski su prikazane na ovom grafikonu: 
Prekoračenje nazivnog napona punjenja za 0,15 V može prepoloviti vijek trajanja baterije. Smanjenje napona punjenja za 0,1 volt smanjuje kapacitet napunjene baterije za oko 10%, ali značajno produžava njen vijek trajanja. Napon potpuno napunjene baterije nakon vađenja iz punjača je 4,1-4,15 volti.
Da sumiramo gore navedeno, iznijet ćemo glavne teze:
1. Kojom strujom puniti li-jonsku bateriju (na primjer, 18650 ili bilo koju drugu)?
Struja će ovisiti o tome koliko brzo želite da ga punite i može se kretati od 0,2C do 1C.
Na primjer, za bateriju veličine 18650 kapaciteta 3400 mAh minimalna struja punjenja je 680 mA, a maksimalna 3400 mA.
2. Koliko je vremena potrebno za punjenje, na primjer, istih 18650 punjivih baterija?
Vrijeme punjenja direktno ovisi o struji punjenja i izračunava se po formuli:
T = C / I punjenje.
Na primjer, vrijeme punjenja naše baterije od 3400 mAh sa strujom od 1A bit će oko 3,5 sata.
3. Kako pravilno napuniti litijum-polimersku bateriju?
Sve litijumske baterije pune se na isti način. Nije bitno da li je litijum polimer ili litijum jonski. Za nas potrošače nema razlike.
Šta je zaštitna ploča?
Zaštitna ploča (ili PCB - ploča za kontrolu napajanja) je dizajnirana da zaštiti od kratkog spoja, prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja litijumske baterije. Zaštita od pregrijavanja je po pravilu ugrađena i u module zaštite.
Iz sigurnosnih razloga zabranjeno je koristiti litijumske baterije u kućanskim aparatima ako nemaju ugrađenu zaštitnu ploču. Stoga, sve baterije mobilnih telefona uvijek imaju PCB ploču. Izlazni terminali baterije nalaze se direktno na ploči: 
Ove ploče koriste šestonožni kontroler punjenja baziran na specijalizovanim mikruhima (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 itd. analozi). Zadatak ovog kontrolera je da isključi bateriju iz opterećenja kada je baterija potpuno ispražnjena i isključi bateriju iz punjenja kada dostigne 4,25V.
Na primjer, evo dijagrama ploče za zaštitu baterije BP-6M, koja je isporučena starim Nokia telefonima: 
Ako govorimo o 18650, onda se mogu proizvoditi sa ili bez zaštitne ploče. Zaštitni modul se nalazi u području negativnog terminala baterije. 
Ploča povećava dužinu baterije za 2-3 mm. 
Baterije bez PCB-a obično su uključene u baterije sa sopstvenim zaštitnim krugovima.
Svaka baterija sa zaštitom može se lako pretvoriti u bateriju bez zaštite, samo je trebate iznutriti. 
Do danas, maksimalni kapacitet 18650 baterije je 3400mAh. Zaštićene baterije moraju biti označene na kućištu ("Protected"). 
Nemojte brkati PCB sa modulom napajanja (PCM). Ako prvi služe samo za zaštitu baterije, drugi su dizajnirani da kontroliraju proces punjenja - ograničavaju struju punjenja na datom nivou, kontroliraju temperaturu i općenito osiguravaju cijeli proces. PCM ploča je ono što zovemo kontroler punjenja.
Nadam se da sada više nema pitanja, kako napuniti bateriju 18650 ili bilo koju drugu litijumsku bateriju? Zatim prelazimo na mali izbor gotovih sklopovskih rješenja za punjače (ti isti kontroleri punjenja).
Šeme punjenja za litijum-jonske baterije
Svi krugovi su prikladni za punjenje bilo koje litijumske baterije, ostaje samo odlučiti o struji punjenja i bazi elemenata.
LM317
Dijagram jednostavnog punjača baziranog na mikro krugu LM317 s indikatorom punjenja: 
Krug je jednostavan, cijela postavka se svodi na postavljanje izlaznog napona od 4,2 volta pomoću trimer otpornika R8 (bez priključene baterije!) i podešavanje struje punjenja odabirom otpornika R4, R6. Snaga otpornika R1 je najmanje 1 W.
Čim se LED ugasi, proces punjenja se može smatrati završenim (struja punjenja se nikada neće smanjiti na nulu). Nije preporučljivo držati bateriju u ovom napunjenom stanju dugo vremena nakon što je potpuno napunjena.
Mikrokrug lm317 se široko koristi u raznim stabilizatorima napona i struje (ovisno o sklopnom krugu). Prodaje se na svakom uglu i košta samo peni (možete uzeti 10 komada za samo 55 rubalja).
LM317 dolazi u različitim kućištima: 
Dodjela pinova (pinout): 
Analozi mikrokola LM317 su: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (posljednja dva su domaće proizvodnje).
Struja punjenja može se povećati na 3A ako uzmete LM350 umjesto LM317. Istina, bit će skuplje - 11 rubalja / komad.
PCB i shematski sklop su prikazani u nastavku: 
Stari sovjetski tranzistor KT361 može se zamijeniti sličnim p-n-p tranzistorom (na primjer, KT3107, KT3108 ili buržoaski 2N5086, 2SA733, BC308A). Može se potpuno ukloniti ako indikator punjenja nije potreban.
Nedostatak kola: napon napajanja mora biti unutar 8-12V. To je zbog činjenice da za normalan rad mikrokruga LM317 razlika između napona na bateriji i napona napajanja mora biti najmanje 4,25 volti. Stoga neće raditi s USB porta.
MAX1555 ili MAX1551
MAX1551 / MAX1555 su namjenski punjači baterija Li + koji se mogu napajati preko USB-a ili zasebnog adaptera za napajanje (kao što je punjač telefona).
Jedina razlika između ovih mikro krugova je u tome što MAX1555 daje signal za indikator procesa punjenja, a MAX1551 daje signal da je napajanje uključeno. One. 1555 je u većini slučajeva još uvijek poželjniji, tako da je 1551 sada teško naći u prodaji.
Detaljan opis ovih mikro krugova od proizvođača -.
Maksimalni ulazni napon iz DC adaptera je 7 V, kada se napaja sa USB-a - 6 V. Kada napon napajanja padne na 3,52 V, mikrokolo se isključuje i punjenje prestaje.
Mikrokrug sam detektuje na kom je ulazu prisutan napon napajanja i povezuje se na njega. Ako se napajanje napaja preko YUSB magistrale, tada je maksimalna struja punjenja ograničena na 100 mA - to vam omogućava da utaknete punjač u USB port bilo kog računara bez straha da ćete spaliti južni most.
Kada se napaja odvojenim napajanjem, tipična struja punjenja je 280 mA.
Mikro kola imaju ugrađenu zaštitu od pregrijavanja. Čak i tako, krug nastavlja da radi, smanjujući struju punjenja za 17mA za svaki stepen iznad 110°C.
Postoji funkcija prethodnog punjenja (vidi gore): sve dok je napon na bateriji ispod 3V, mikrokolo ograničava struju punjenja na 40 mA.
Mikrokolo ima 5 pinova. Evo tipičnog dijagrama povezivanja: 
Ako postoji garancija da napon na izlazu vašeg adaptera ni u kojem slučaju neće prelaziti 7 volti, onda možete bez stabilizatora 7805.
Opcija USB punjenja se može sklopiti, na primjer, na ovom. 
Mikrokrugu nisu potrebne vanjske diode ili eksterni tranzistori. Općenito, naravno, prekrasni mikruhi! Samo što su premali, nezgodno ih je lemiti. A i skupi su ().
LP2951
Stabilizator LP2951 proizvodi National Semiconductors (). Omogućuje implementaciju ugrađene funkcije ograničavanja struje i omogućava vam da formirate stabilan nivo napona punjenja litijum-jonske baterije na izlazu kruga.
Napon punjenja je 4,08 - 4,26 volti i postavlja se otpornikom R3 kada je baterija isključena. Tenzija se drži vrlo precizno.
Struja punjenja je 150 - 300mA, ova vrijednost je ograničena unutarnjim krugovima mikrokola LP2951 (ovisno o proizvođaču).
Koristite diodu sa malom reverznom strujom. Na primjer, to može biti bilo koja serija 1N400X koju možete kupiti. Dioda se koristi kao dioda za blokiranje kako bi se spriječila povratna struja iz baterije u mikrokolo LP2951 kada je ulazni napon isključen. 
Ovo punjenje osigurava prilično nisku struju punjenja, tako da se svaka 18650 baterija može puniti preko noći.
Mikrokrug se može kupiti i u DIP paketu iu SOIC paketu (cijena je oko 10 rubalja po komadu).
MCP73831
Mikrokrug vam omogućava da kreirate prave punjače, a takođe je jeftiniji od hyped MAX1555. 
Tipičan dijagram povezivanja je preuzet iz: 
Važna prednost kruga je odsustvo energetskih otpornika niskog otpora koji ograničavaju struju punjenja. Ovdje se struja postavlja otpornikom spojenim na 5. pin mikrokola. Njegov otpor bi trebao biti u rasponu od 2-10 kOhm.
Kompletan punjač izgleda ovako: 
Mikrokrug se prilično dobro zagrijava tokom rada, ali čini se da ga to ne ometa. Obavlja svoju funkciju.
Evo još jedne PCB opcije sa smd LED i mikro USB konektorom: 
LTC4054 (STC4054)
Vrlo jednostavan sklop, odlična opcija! Omogućava punjenje strujom do 800 mA (vidi). Istina, ima tendenciju da se jako zagrije, ali u ovom slučaju ugrađena zaštita od pregrijavanja smanjuje struju. 
Krug se može uvelike pojednostaviti izbacivanjem jedne ili čak obje LED diode s tranzistorom. Onda će to izgledati ovako (morate priznati, nigdje nije lakše: par otpornika i jedan kondenzator): 
Jedna od opcija PCB-a je dostupna od. Ploča je dizajnirana za elemente standardne veličine 0805.
I = 1000 / R... Ne vrijedi odmah postavljati veliku struju, prvo pogledajte koliko će se mikro krug zagrijati. Za svoje potrebe uzeo sam otpornik od 2,7 kOhm, dok se ispostavilo da je struja punjenja oko 360 mA.
Malo je vjerovatno da će se radijator za ovaj mikro krug moći prilagoditi, a nije činjenica da će biti efikasan zbog visoke toplinske otpornosti prijelaza kristalno kućište. Proizvođač preporučuje izradu hladnjaka "kroz igle" - pravljenje staza što je moguće deblje i ostavljanje folije ispod kućišta mikrokola. Općenito, što više "zemljane" folije ostane, to bolje.
Inače, većina toplote se odvodi kroz 3. krak, tako da ovu stazu možete učiniti vrlo širokom i debelom (napunite je viškom lema). 
Paket LTC4054 čipa može biti označen kao LTH7 ili LTADY.
LTH7 se razlikuje od LTADY-a po tome što prvi može podići jako praznu bateriju (na kojoj je napon manji od 2,9 volti), a drugi ne može (potrebno je ljuljati odvojeno).
Mikrokolo je ispalo veoma uspešno, stoga ima gomilu analoga: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, BL4054, BL4054, BL4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, BL4054, BL4054, WPM401601601, BL4054, BL4054, WPM401601, YPT401601, BL4054, ITPT4016 EC49016, CYT5026, Q7051. Prije upotrebe bilo kojeg od analoga, provjerite tehnički list.
TP4056
Mikrokolo je napravljeno u kućištu SOP-8 (vidi), ima metalni kolektor topline na trbuhu koji nije spojen na kontakte, što omogućava efikasnije odvođenje topline. Omogućava punjenje baterije strujom do 1A (struja ovisi o otporniku za podešavanje struje). 
Dijagram povezivanja zahtijeva minimalan broj zglobnih elemenata: 
Kolo provodi klasični proces punjenja - prvo punjenje konstantnom strujom, zatim konstantnim naponom i opadajućom strujom. Sve je naučno. Ako rastavite punjenje korak po korak, tada možete razlikovati nekoliko faza:
- Praćenje napona priključene baterije (ovo se događa stalno).
- Faza predpunjenja (ako je baterija prazna ispod 2,9 V). Napunite strujom od 1/10 od programiranog otpornika R prog (100mA na R prog = 1,2 kOhm) do nivoa od 2,9 V.
- Punjenje maksimalnom konstantnom strujom (1000mA pri R prog = 1,2 kOhm);
- Kada baterija dostigne 4,2 V, napon na bateriji je fiksiran na ovom nivou. Počinje postepeno smanjenje struje punjenja.
- Kada struja dostigne 1/10 programirane od strane R prog otpornika (100mA pri R prog = 1,2kOhm), punjač se isključuje.
- Nakon završetka punjenja, kontroler nastavlja da prati napon baterije (vidi tačku 1). Struja koju troši strujni krug je 2-3 μA. Nakon što napon padne na 4.0V, punjenje se ponovo uključuje. I tako u krug.
Struja punjenja (u amperima) se izračunava po formuli I = 1200 / R prog... Dozvoljeni maksimum je 1000 mA.
Pravi test punjenja sa 18650 baterijom na 3400 mAh prikazan je na grafikonu: 
Prednost mikrokola je u tome što struju punjenja postavlja samo jedan otpornik. Snažni otpornici niskog otpora nisu potrebni. Plus tu je indikator procesa punjenja, kao i indikacija kraja punjenja. Kada baterija nije priključena, indikator treperi svakih nekoliko sekundi.
Napon napajanja kruga trebao bi biti unutar 4,5 ... 8 volti. Što je bliže 4,5V, to bolje (na ovaj način se čip manje zagrijava).
Prva noga se koristi za povezivanje temperaturnog senzora ugrađenog u litijum-jonsku bateriju (obično srednji vod baterije mobilnog telefona). Ako je napon na izlazu ispod 45% ili iznad 80% napona napajanja, punjenje se prekida. Ako vam nije potrebna kontrola temperature, samo stavite tu nogu na tlo.
Pažnja! Ovaj krug ima jedan značajan nedostatak: nepostojanje zaštitnog kruga od promjene polariteta baterije. U ovom slučaju, kontroler će zajamčeno izgorjeti zbog prekoračenja maksimalne struje. U ovom slučaju, napon napajanja kruga ide direktno na bateriju, što je vrlo opasno.
Znak je jednostavan, urađen za sat vremena na kolenu. Ako vrijeme ističe, možete naručiti gotove module. Neki proizvođači gotovih modula dodaju zaštitu od prekomjerne struje i prekomjernog pražnjenja (na primjer, možete odabrati koju ploču trebate - sa ili bez zaštite i s kojim konektorom). 
Možete pronaći i gotove ploče sa kontaktom za izvođenje temperaturnog senzora. Ili čak i modul za punjenje s nekoliko paralelnih TP4056 mikro krugova za povećanje struje punjenja i sa zaštitom od obrnutog polariteta (primjer).
LTC1734
Ovo je također vrlo jednostavna shema. Struju punjenja postavlja otpornik R prog (na primjer, ako stavite otpornik od 3 kΩ, struja će biti 500 mA).
Mikrokrugovi su obično označeni na kućištu: LTRG (često se mogu naći u starim Samsung telefonima). 
Bilo koji p-n-p tranzistor je općenito prikladan, glavna stvar je da je dizajniran za datu struju punjenja.
Na prikazanom dijagramu nema indikatora napunjenosti, ali LTC1734 kaže da pin "4" (Prog) ima dvije funkcije - podešavanje struje i praćenje kraja punjenja baterije. Kao primjer, prikazano je kolo s kontrolom kraja punjenja pomoću komparatora LT1716. 
Komparator LT1716 u ovom slučaju može se zamijeniti jeftinim LM358.
TL431 + tranzistor
Vjerovatno je teško smisliti krug od pristupačnijih komponenti. Najzahtjevniji dio ovdje je pronaći referentni napon TL431. Ali oni su toliko rasprostranjeni da se nalaze gotovo posvuda (rijetko koje napajanje može bez ovog mikrokruga). 
Pa, TIP41 tranzistor se može zamijeniti bilo kojim drugim s odgovarajućom strujom kolektora. Čak će i stari sovjetski KT819, KT805 (ili manje moćni KT815, KT817) moći.
Podešavanje kruga se svodi na postavljanje izlaznog napona (bez baterije !!!) pomoću trim otpornika na 4,2 volta. Otpornik R1 postavlja maksimalnu struju punjenja.
Ovaj krug u potpunosti implementira dvofazni proces punjenja litijumskih baterija - prvo punjenje jednosmjernom strujom, zatim prijelaz na fazu stabilizacije napona i postupno smanjenje struje na gotovo nulu. Jedini nedostatak je loša ponovljivost kola (kapriciozna u podešavanju i zahtjevna za komponente koje se koriste).
MCP73812
Postoji još jedno nezasluženo zanemareno mikrokolo od Microchipa - MCP73812 (vidi). Na osnovu toga dobija se vrlo jeftina opcija punjenja (i jeftina!). Cijeli komplet za tijelo je samo jedan otpornik!
Inače, mikrokolo je napravljeno u kućištu pogodnom za lemljenje - SOT23-5. 
Jedini nedostatak je što se jako zagrije i nema indikacije napunjenosti. Također nekako ne radi baš pouzdano ako imate napajanje male snage (što daje pad napona). 
Općenito, ako vam indikacija punjenja nije važna, a struja od 500 mA vam odgovara, onda je MCP73812 vrlo dobra opcija.
NCP1835
Nudi se potpuno integrisano rešenje - NCP1835B, koje obezbeđuje visoku stabilnost napona punjenja (4,2 ± 0,05 V).
Možda je jedini nedostatak ovog mikrokola njegova suviše minijaturna veličina (futrola DFN-10, veličine 3x3 mm). Nisu svi u mogućnosti pružiti visokokvalitetno lemljenje takvih minijaturnih elemenata. 
Od neospornih prednosti, želio bih napomenuti sljedeće:
- Minimalni broj dijelova body kita.
- Mogućnost punjenja potpuno ispražnjene baterije (prethodno punjenje strujom od 30mA);
- Određivanje kraja punjenja.
- Programabilna struja punjenja - do 1000 mA.
- Indikacija napunjenosti i greške (mogućnost otkrivanja nepunjivih baterija i signaliziranja o tome).
- Zaštita od neprekidnog punjenja (promjenom kapacitivnosti kondenzatora C t, možete podesiti maksimalno vrijeme punjenja od 6,6 do 784 minuta).
Trošak mikrokola nije tako jeftin, ali nije toliko visok (~ 1 USD) da biste ga odbili koristiti. Ako ste prijatelji s lemilom, preporučio bih da se odlučite za ovu opciju.
Detaljniji opis je u.
Može li se litijum-jonska baterija puniti bez kontrolera?
Da, možeš. Međutim, to će zahtijevati strogu kontrolu struje i napona punjenja.
Općenito, punjenje baterije, na primjer, našeg 18650 bez punjača, neće raditi. Svejedno, morate nekako ograničiti maksimalnu struju punjenja, tako da je još uvijek potreban barem najprimitivniji punjač.
Najjednostavniji punjač za bilo koju litijumsku bateriju je otpornik u seriji s baterijom: 
Otpor i disipacija snage otpornika zavise od napona izvora napajanja koji će se koristiti za punjenje.
Izračunajmo otpornik za napajanje od 5 volti kao primjer. Punićemo bateriju 18650 kapaciteta 2400 mAh.
Dakle, na samom početku punjenja, pad napona na otporniku će biti:
U r = 5 - 2,8 = 2,2 volta
Pretpostavimo da je naše napajanje od 5 volti predviđeno za maksimalnu struju od 1 A. Krug će potrošiti najveću struju na samom početku punjenja, kada je napon na bateriji minimalan i iznosi 2,7-2,8 volti.
Pažnja: ovi proračuni ne uzimaju u obzir mogućnost da se baterija jako duboko isprazni i da napon na njoj može biti mnogo niži, do nule.
Dakle, otpor otpornika potreban za ograničavanje struje na samom početku punjenja na nivou od 1 Ampera trebao bi biti:
R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ohm
Snaga disipacije otpornika:
P r = I 2 R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 W
Na samom kraju punjenja baterije, kada se napon na njoj približi 4,2 V, struja punjenja će biti:
I punjenje = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A
Odnosno, kao što vidimo, sve vrijednosti ne prelaze dozvoljene za datu bateriju: početna struja ne prelazi maksimalno dozvoljenu struju punjenja za datu bateriju (2,4 A), a konačna struja premašuje struju kada baterija prestaje da dobija kapacitet (0,24 A).
Glavni nedostatak takvog punjenja je potreba za stalnim praćenjem napona na bateriji. I ručno isključite punjenje čim napon dostigne 4,2 volta. Činjenica je da litijumske baterije vrlo loše podnose čak i kratkotrajni prenapon - mase elektroda počinju brzo degradirati, što neizbježno dovodi do gubitka kapaciteta. Istovremeno se stvaraju svi preduslovi za pregrijavanje i smanjenje pritiska.
Ako vaša baterija ima ugrađenu zaštitnu ploču, o čemu je bilo riječi malo gore, onda je sve pojednostavljeno. Kada se dostigne određeni napon na bateriji, ploča će je automatski isključiti iz punjača. Međutim, ovaj način punjenja ima značajne nedostatke o kojima smo govorili u.
Zaštita ugrađena u bateriju neće dozvoliti njeno ponovno punjenje ni pod kojim okolnostima. Sve što vam preostaje je da kontrolirate struju punjenja tako da ne prelazi dozvoljene vrijednosti za ovu bateriju (nažalost, zaštitne ploče ne znaju kako ograničiti struju punjenja).
Punjenje pomoću laboratorijskog napajanja
Ako vam je na raspolaganju strujno ograničeno napajanje, spaseni ste! Takav izvor napajanja je već punopravni punjač koji implementira ispravan profil punjenja, o čemu smo pisali gore (CC / CV).
Sve što treba da uradite da biste napunili li-ion je da postavite 4,2 volta na napajanje i podesite željeno ograničenje struje. I možete spojiti bateriju.
U početku, kada je baterija još uvijek prazna, laboratorijsko napajanje će raditi u režimu strujne zaštite (tj. stabiliziraće izlaznu struju na datom nivou). Zatim, kada napon na banci poraste na postavljenih 4,2V, napajanje će preći u režim stabilizacije napona, a struja će početi opadati.
Kada struja padne na 0,05-0,1C, baterija se može smatrati potpuno napunjenom.
Kao što vidite, laboratorijska PSU je gotovo idealan punjač! Jedina stvar koju ne zna da uradi automatski je da donese odluku da do kraja napuni bateriju i da se isključi. Ali ovo je sitnica na koju nije vrijedna pažnje.
Kako da napunim litijumske baterije?
A ako govorimo o bateriji za jednokratnu upotrebu koja nije namijenjena za punjenje, onda je tačan (i jedini ispravan) odgovor na ovo pitanje NIKADA.
Činjenica je da bilo koju litijumsku bateriju (na primjer, široko rasprostranjenu CR2032 u obliku ravne tablete) karakterizira prisutnost unutarnjeg pasivizirajućeg sloja koji pokriva litijsku anodu. Ovaj sloj sprečava anodu da hemijski reaguje sa elektrolitom. A dovod vanjske struje uništava gornji zaštitni sloj, što dovodi do oštećenja baterije.
Usput, ako govorimo o nepunjivoj CR2032 bateriji, odnosno LIR2032, koja je vrlo slična njoj, već je punopravna baterija. Može se i treba naplatiti. Samo njen napon nije 3, nego 3,6V.
Kako puniti litijumske baterije (bilo da se radi o bateriji telefona, 18650 ili bilo kojoj drugoj litij-ionskoj bateriji) raspravljalo se na početku članka.
Gdje kupiti mikro kola?
Možete, naravno, kupiti u Chip-Dip-u, ali tamo je skupo. Stoga uvijek uzimam jednu vrlo tajnu trgovinu)) Najvažnije je odabrati pravog prodavača, tada će narudžba doći brzo i sigurno.
Za vašu udobnost, sakupio sam najpouzdanije prodavače u jednoj tabeli, koristite je za zdravlje:
| Ime | datasheet | Cijena | |
|---|---|---|---|
| LM317 | Rub 5,5 / kom. | Kupi | |
| LM350 | |||
| LTC1734 | RUB 42 / kom. | Kupi | |
| TL431 | 85 kopejki / kom. | Kupi | |
| MCP73812 | 65 rub. / kom. | Kupi | |
| NCP1835 | 83 rub. / kom. | Kupi | |
| * Svi IC-ovi sa besplatnom dostavom | |||
Većina modernih elektronskih uređaja, kao što su laptop, telefon ili plejer, opremljeni su litijum-jonskim baterijama, koje deluju kao samostalni izvori napajanja. Ove ionske baterije razvijene su relativno nedavno, ali su zbog svojih karakteristika stekle veliku popularnost među dizajnerima i proizvođačima naprava. Sada su, pored raznih kućanskih aparata, mnogi alati za ukrašavanje i popravke, odvijači ili strojevi za rezanje opremljeni takvim izvorima energije. Ovaj članak govori o vrstama litijum-jonskih baterija, njihovim područjima primjene i principu rada.
Vrste litijum-jonskih baterija
Punjive baterije, koje rade na principu skladištenja energije i dopremanja do potrošenog uređaja, su više vrsta, koje se mogu kombinovati u jednu litijum-jonsku jedinicu. Ove baterije uključuju:
- Litijum kobalt baterija. Takav uređaj se sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima strukturu nalik pločici s prazninama između dijelova, stoga, kada se troši energija, litijum ioni se navode na ploče sa anode, dolazi do elektromagnetske reakcije, a napon se dovodi na terminale. Nedostatak takvog sustava je slaba otpornost mehanizma na temperaturne ekstreme, jer se s negativnim indikatorima baterija prazni, čak i ako nije spojena na potrošača. Tokom punjenja proizvoda, smjer struje se mijenja, a litijevi joni ulaze u anode kroz katode, dolazi do njihovog nakupljanja, a napon raste. Strogo je zabranjeno priključiti punjač na bateriju čiji je nazivni napon veći od indikatora dijela, inače se baterija može pregrijati, ploče će se rastopiti i kućište će puknuti;
- Litijum mangan baterija. Odnosi se i na litijum-jonske baterije čije je radno okruženje napravljeno od manganskog spinela u obliku trodimenzionalnih ukrštenih tunela. Za razliku od kobaltnog sistema, ova vrsta baze osigurava nesmetan prolaz litijum jona od anode do katode i dalje do kontakata uređaja. Glavna prednost litijum-jonske manganske baterije je njena niska otpornost materijala, zbog čega se takve baterije često koriste za hibridna vozila, alate koji troše veliku količinu struje ili u medicinskoj opremi koja radi autonomno. Dozvoljeno je zagrijavanje baterije tokom punjenja do 80 stepeni, a nazivna struja može biti do 20-30 Ampera. Ne preporučuje se djelovanje na bateriju strujom, čiji je napon veći od 50A, duže od dvije sekunde, inače se spineli mogu pregrijati i otkazati;
- Litijum-jonske punjive baterije sa gvozdeno-fosfatnom katodom. Ovakva baterija je rijetka zbog relativno visoke cijene proizvodnje, a konačna cijena joj je nešto viša od ostalih litijum-jonskih baterija. Fosfatna katoda ima veliku prednost: to je vijek trajanja proizvoda i učestalost punjenja znatno je bolja od sličnih uređaja. Najčešće, ove baterije imaju garanciju od 10 do 50 godina ili oko 500 ciklusa punjenja. Zbog ovih karakteristika, gvožđe fosfatne baterije se često koriste u industriji kada je potrebno dobiti visok izlazni napon;
- Litijum-nikl-mangan-kobalt-oksid ionske baterije. Ovo je najpraktičnija, u smislu troškova proizvodnje i pouzdanosti gotovog proizvoda, kombinacija materijala za izradu katode. Zbog elektrohemijskih svojstava navedenih supstanci, katoda napravljena od njih ima niske vrijednosti otpora, pa će tijekom dugog mirovanja baterije pražnjenje biti minimalno. Također, povećanjem veličine staklene ili katodne ćelije, možete povećati ukupan kapacitet baterije ili povećati napon. Tajna leži u kombinaciji mangana i nikla, koji, kada se pravilno kombinuju, stvaraju lanac sa visokim nivoom elektrohemijskih svojstava;
- Litijum titanatna baterija. Razvijen ranih 1980-ih, za razliku od jonskih baterija sa grafitnim jezgrom, katoda ovog uređaja napravljena je od nanokristala litij-titanata. Katoda napravljena od ovog materijala omogućava da se baterija napuni u kratkom vremenskom periodu i održi napon sa nultim otporom. Ova jedinica se često koristi u autonomnim sistemima ulične rasvjete, kada je potrebno akumulirati energiju u kratkom vremenu i dati je potrošaču dugo vremena. Nedostatak takvog sistema je relativno visoka cijena gotove baterije, ali se brzo isplati zbog produženog vijeka trajanja dijela.
Bitan! Sve navedene litijum-jonske baterije su baterije koje se ne mogu servisirati, stoga, u slučaju oštećenja ili kvara, neće biti moguće izvršiti popravku ili servis za dodavanje elektrolita. Svaka manipulacija otvaranja poklopca baterije dovest će do uništenja ploča baterije i potpunog kvara.
Kako rade litijum-jonske baterije
Sve litijum-jonske baterije imaju sličnu strukturu, koja ima nekoliko manjih razlika koje ne utiču na to kako deo radi. Vanjski omotač je izrađen od kompozitnog materijala, plastike ili tankog obojenog metala, što je vrlo rijetko. Baterija se najčešće sastoji od plastičnog kućišta, metalnih terminala za kontakt sa potrošačem i unutrašnjih šipki sa pozitivnim i negativnim naponom. Unutrašnji litijum se puni povezivanjem eksternog uređaja sa stabilnom strujom, ali svaki proizvod ima primarno punjenje, koje nastaje usled hemijske reakcije između anode i katode.
Procesi na negativnoj elektrodi od ugljičnog materijala, koji izgleda kao prirodni slojeviti grafit, su neuređeni, električno nabijeni atomi se kreću kroz matricu bez gubitka napona. Svi pokazatelji u ovom sektoru su negativni.
Pozitivna elektroda litijumske baterije napravljena je isključivo od oksida kobalta ili nikla i litijum-mangan spinela. Tokom pražnjenja, litijum joni se udaljavaju od ugljeničnog jezgra i, reagujući sa kiseonikom, prodiru u katodu i jure van, ali ne mogu napustiti telo baterije. Nabijeni litijevi joni gube napon i ostaju na površini anode sve dok se litijum ne napuni. Tokom punjenja, cijeli proces se odvija obrnutim redoslijedom.
Dizajn litijum-jonske baterije
Kao alkalna baterija, litijumska baterija se proizvodi u obliku cilindra ili može biti prizmatična. U cilindričnoj bateriji kao jezgro se koriste valjane elektrode, izolirane posebnim omotačem i smještene u metalno kućište, koje je povezano s negativno nabijenim ćelijama. Da bi se održao polaritet, minus kontakt se nalazi na dnu, a plus kontakt je na vrhu dijela, a ovi elementi ne bi trebali dodirivati jedan drugog, inače će struja cirkulirati kroz vodič, što će dovesti do spontanog pražnjenja.
Prizmatični oblik litijum-jonske baterije je prilično uobičajen. U ovom dizajnu, jezgro se formira preklapanjem posebnih ploča jedna na drugu, koje su na minimalnoj udaljenosti između sebe. Takav sistem omogućava postizanje viših tehničkih karakteristika, ali zbog čvrstog prianjanja ploča dok se baterije pune, moguće je pregrijavanje jezgre i topljenje mreže, što dovodi do smanjenja produktivnosti dijela.
Nije neuobičajeno pronaći kombinovani sistem litijum-jonskih baterija u kojem su namotane elektrode formirane u ovalni cilindar. U ovom slučaju se poštuju pravila glatkoće prijelaza, a istovremeno ravan dio imitira pločasti oblik. Takve baterije imaju karakteristike obje vrste proizvoda, njihov vijek trajanja je mnogo duži.
Tokom hemijske reakcije i rada baterije unutar kućišta nastaju gasovi koji sadrže štetne materije. Za brzo uklanjanje ovih para u slučaju litijum-jonskih baterija postoji izlaz koji ima vezu sa bankama i na vreme uklanja nakupljeni gas iz šupljine baterije. Neke baterije velike snage opremljene su posebnim ventilom koji se oslobađa tokom kritičnog nakupljanja pare.
Test litijum-jonske baterije
Napunjenost litijuma unutar baterije potrebno je periodično provjeravati, uprkos činjenici da se navedena baterija smatra neupotrebljivom, budući da je njeno kućište zapečaćeno, baterija se ipak mora provjeravati posebnim uređajem.
Pregled uvijek počinje vanjskim pregledom, tokom kojeg se tijelo dijela provjerava na pukotine i deformacije. Također, terminali baterije se pregledavaju, čiste se od oksidacije i drugih zagađivača.
Bitan! Potrebno je održavati bateriju čistom, ne dopuštajući da se kontakti zatvore, jer to može dovesti do potpunog pražnjenja baterije, bit će vrlo problematično vratiti je.
Za provjeru unutrašnjeg stanja jezgre koristi se utikač za opterećenje, koji se spaja na terminale i mjeri nazivni napon u mreži. Zatim se na bateriju vrši pražnjenje, a uređaj očitava indikatore za zadržavanje struje unutar dijela. Važno je uzeti u obzir da u vrijeme testa baterija mora biti potpuno napunjena, inače će očitanja biti netočna.
Primjena litijum-jonskih baterija
Litijum-jonske baterije se koriste u mnogim aplikacijama, ovisno o njihovoj konfiguraciji, obliku i nazivnom naponu. Najčešća upotreba baterija je u automobilskoj industriji, svako vozilo ima svoj izvor napajanja, koji je odgovoran za pokretanje automobila i obavlja druge funkcije.
Takođe, ove baterije se koriste u mobilnim uređajima, laptopima i drugim gadžetima. Uređaj takvih baterija sličan je automobilskim, jedina razlika je u dimenzijama proizvoda, koje mogu biti veličine kutije šibica.
U posljednje vrijeme postalo je popularno uvođenje litijum-jonskih baterija u sisteme neprekidnog napajanja kod kuće i kao hitni izvori električne energije, dok je baterija trajno povezana na centralnu mrežu. Tokom rada uređaja iz jednostavne elektrane, baterija se puni, a kada se napajanje isključi, automatski počinje opskrbljivati strujom potrošača. U tom slučaju, punjiva baterija mora biti pravilno postavljena i opremljena sistemima za zaštitu od pregrijavanja.
Video
