U ovom trenutku, litijum-jonske baterije i Li-pol (litijum polimer) se široko koriste.

Razlika između njih leži u elektrolitu. U prvoj verziji, helijum se koristi kao on, u drugoj - polimer zasićen otopinom koja sadrži litijum. Danas, zahvaljujući popularnosti automobila na električni motor, pitanje pronalaženja idealnog tipa litijum-jonske baterije, koji je optimalan za takva vozila, je akutan problem.

Sastoji se, kao i druge baterije, od anode (porozni ugljik) i katode (litij), odvajajući ih separatorom i vodičem - elektrolitom. Proces pražnjenja je praćen prijenosom "anodnih" iona na katodu kroz separator i elektrolit. Njihov smjer je obrnut tokom punjenja (slika ispod).

Ioni kruže u procesu pražnjenja i punjenja ćelije između suprotno nabijenih elektroda.

Jonske baterije imaju katodu napravljenu od različitih metala, što je njihova glavna razlika. Proizvođači koriste različite materijale za elektrode kako bi poboljšali performanse baterije.

Ali dešava se da poboljšanje nekih karakteristika dovodi do oštrog pogoršanja drugih. Na primjer, optimiziranjem kapaciteta potrebnog za produženje vremena putovanja, možete povećati snagu, sigurnost i smanjiti negativan utjecaj na okoliš. Istovremeno, možete smanjiti struju opterećenja, povećati cijenu ili veličinu baterije.

Sa glavnim parametrima različitih tipova litijumskih baterija (litijum-mangan, litijum-kobalt, litijum-fosfat i nikl-mangan-kobalt) možete se upoznati u tabeli:

Pravila za korisnike električnih vozila

Kapacitet takvih baterija se praktički ne smanjuje tokom dugotrajnog skladištenja. Li-jonske baterije se isprazne za samo 23% ako se čuvaju na 60 stepeni 15 godina. Zbog ovih svojstava se široko koriste u tehnologijama električnog transporta.

Za električna vozila prikladne su litijum-jonske baterije koje imaju punopravni upravljački sistem ugrađen u karoseriju.

Iz tog razloga, tokom rada korisnici zaboravljaju na osnovna pravila koja mogu produžiti njihov vijek trajanja:

• Baterija mora biti potpuno napunjena odmah nakon kupovine u prodavnici, budući da su elektrode u procesu proizvodnje napunjene do 50%. Stoga će se raspoloživi kapacitet smanjiti, tj. vrijeme rada ako nema početne naknade;
• baterija ne smije biti potpuno ispražnjena kako bi se očuvao njen resurs;
• potrebno je napuniti bateriju nakon svakog putovanja, čak i ako napunjenost i dalje ostaje;
• ne zagrijavajte baterije jer visoke temperature doprinose procesu starenja. Da bi se resurs iskoristio što je više moguće, potrebno je raditi na optimalnoj temperaturi, koja je 20-25 stepeni. Zbog toga se baterija ne može čuvati u blizini izvora toplote;
• po hladnom vremenu preporučuje se da se baterija umota u plastičnu vrećicu sa vakumskom zaptivkom kako bi se čuvala na 3-4 stepena, tj. u prostoriji koja nije grijana. Napunjenost mora biti najmanje 50% pune;
• nakon što je baterija radila na negativnim temperaturama, ne možete je puniti bez držanja neko vrijeme na sobnoj temperaturi, odnosno potrebno je zagrijati;
• potrebno je da punite bateriju pomoću isporučenog punjača.

PU ovih baterija su nekoliko podvrsta - litijum - LiFePO4 (gvožđe - fosfat), koristeći gvozdeno fosfatnu katodu. Njihove karakteristike omogućavaju da se o baterijama govori kao o vrhuncu tehnologija koje se koriste za proizvodnju baterija.

Njihove glavne prednosti su:

• broj ciklusa punjenja-pražnjenja, koji dostiže 5000 dok se kapacitet ne smanji za 20%;
• dug radni vek;
• nedostaje "memorijski efekat";
• širok raspon temperatura sa konstantnim performansama (300-700 stepeni Celzijusa);
• hemijsku stabilnost i termičku stabilnost, što povećava sigurnost.

Najčešće korištene baterije

Među mnogima, najčešće su 18650 li-ion baterije koje proizvodi pet kompanija: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, koje imaju fabrike u Japanu, Kini, Maleziji i Južnoj Koreji. Planirano je da se u laptopima koriste 18650 li-ion baterija. Međutim, zahvaljujući svom uspješnom formatu, koriste se u radio-upravljanim modelima, električnim vozilima, baterijskim svjetiljkama itd.

Kao i svaki visokokvalitetni proizvod, takve baterije imaju puno krivotvorina, stoga, kako biste produžili vijek trajanja uređaja, trebate kupiti samo baterije poznatih marki.

Zaštićene i nezaštićene litijum-jonske baterije

Za litijumske baterije je takođe važno da li su zaštićene ili ne. Radni opseg prvog je 4,2-2,5V (koristi se u uređajima dizajniranim za rad s litijum-jonskim izvorima): LED lampe, kućni aparati male snage itd.

Električni alati, bicikli sa elektromotorima, prijenosni računari, video i fotografska oprema koriste nezaštićene baterije kojima upravlja kontroler.

Šta trebate znati o litijum-jonskim baterijama?

Prije svega, ograničenja koja se moraju poštovati tokom rada:

• napon punjenja (maksimalni) ne može biti veći od 4,35 V;
• njegova minimalna vrijednost ne može biti ispod oznake od 2,3 V;
• struja pražnjenja ne bi smjela više od udvostručiti vrijednost kapaciteta. Ako je vrijednost posljednjeg 2200mAH, maksimalna struja je 4400mA.

Funkcije koje obavlja kontroler

Čemu služi kontroler punjenja litijum-jonske baterije? Služi nekoliko funkcija:

• dovodi struju koja kompenzira samopražnjenje. Njegova vrijednost je manja od maksimalne struje punjenja, ali veća od struje samopražnjenja;
• implementira efikasan algoritam ciklusa punjenja/pražnjenja za određenu bateriju;
• kompenzira razliku u tokovima energije pri punjenju i pružanju energije potrošaču. Na primjer, prilikom punjenja i napajanja laptopa;
• mjeri temperaturu u slučaju pregrijavanja ili hipotermije, sprječavajući oštećenje baterije.

Kontroler punjenja litijum-jonske baterije napravljen je ili kao mikrokolo ugrađeno u bateriju, ili kao poseban uređaj.

Za punjenje baterija bolje je koristiti priloženi 18650 litijum jonski punjač. Punjač litijumske baterije 18650 obično ima indikaciju nivoa napunjenosti. Najčešće je to LED dioda, koja pokazuje kada je punjenje u toku i njegov kraj.

Na naprednijim uređajima na displeju možete pratiti preostalo vrijeme do kraja punjenja, trenutni napon. Za 18650 bateriju kapaciteta 2200mA, vrijeme punjenja je 2 sata.

Ali, važno je znati kojom strujom puniti li ion bateriju 18650. Trebalo bi da bude polovina nominalnog kapaciteta, odnosno ako je 2000 mAh onda je struja optimalna - 1A. Punjenje baterije velikom strujom, brzo se degradira. Kada se koristi mala struja, to će trajati duže.

Video: Kako vlastitim rukama napuniti litijum-jonski punjač

Krug punjača baterija

izgleda ovako:

Krug je pouzdan i ponovljiv, a uključeni dijelovi su jeftini i lako dostupni. Da bi se produžio vijek trajanja baterije, potrebno je kompetentno punjenje litij-ionskih baterija: do kraja punjenja napon bi se trebao smanjiti.

Nakon njegovog završetka, tj. kada struja dostigne nultu tačku, punjenje litijum jonske baterije treba da prestane. Gornji krug zadovoljava ove zahtjeve: ispražnjena baterija spojena na punjač (VD3 svijetli) koristi struju od 300 mA.

Proces koji je u toku prikazan je upaljenim LED VD1, struja koja se postepeno smanjuje na 30 mA, što pokazuje da se baterija puni. Završetak procesa je signaliziran upaljenim LED VD2.

Krug koristi operativno pojačalo LM358N (možete ga zamijeniti analognim KR1040UD1 ili KR574UD2, koji ima drugačiji pinout), kao i VT1 S8550 tranzistor 9 LED dioda žute, crvene i zelene boje (1,5V).

Da li se baterija može reanimirati?

Nakon nekoliko godina aktivnog korištenja, baterije katastrofalno gube kapacitet, stvarajući probleme pri korištenju vašeg omiljenog uređaja. Da li je moguće i kako vratiti litij-ion bateriju dok korisnik traži zamjenu?

Oporavak litijum jonske baterije je moguć neko vreme na nekoliko načina.

Ako je baterija natečena, tj. je prestao da drži naelektrisanje, što znači da su se gasovi nakupili unutra.

Zatim postupite na sljedeći način:

• kućište baterije pažljivo se odvoji od senzora;
• odvojite elektronski senzor;
• pronađite čep s upravljačkom elektronikom ispod njega i pažljivo ga probušite iglom;
• zatim pronađite težak ravan predmet, na površini većoj od površine baterije, koji će se koristiti kao presa (ne koristite škripac i slične uređaje);
• stavite bateriju u horizontalnu ravan i pritisnite pritisnutom, imajući na umu da se baterija može oštetiti primjenom prekomjerne sile. Ako to nije dovoljno, rezultat se možda neće postići. Ovo je najvažniji trenutak;
• ostaje nakapati epoksid na rupu i zalemiti senzor.

Postoje i drugi načini o kojima možete pročitati na internetu.

Punjač možete pronaći na web stranici http://18650.in.ua/chargers/.

Video: Li-ion baterije, savjeti za korištenje litijum-jonskih baterija

Rad, punjenje, prednosti i nedostaci litijumskih baterija

Mnogi ljudi danas koriste elektronske uređaje u svom svakodnevnom životu. Mobilni telefoni, tableti, laptopovi... Svi znaju šta je to. Ali malo ljudi zna da je ključni element ovih uređaja litijumska baterija. Gotovo svaki mobilni uređaj opremljen je ovom vrstom punjive baterije. Danas ćemo govoriti o litijumskim baterijama. Ove baterije i njihova proizvodna tehnologija neprestano se razvijaju. Značajno ažuriranje tehnologije odvija se svake 1-2 godine. Razmotrit ćemo opći princip rada litijumskih baterija, a odvojeni materijali će biti posvećeni sortama. Istorija nastanka, rada, skladištenja, prednosti i mane litijumskih baterija će biti razmotrena u nastavku.

Istraživanja u ovom pravcu vršena su početkom 20. veka. "Prve laste" u porodici litijumskih baterija pojavile su se početkom sedamdesetih godina prošlog veka. Anoda ovih baterija je napravljena od litijuma. Brzo su postali traženi zbog svoje visoke specifične energije. Zahvaljujući prisutnosti litijuma, vrlo aktivnog redukcionog agensa, programeri su uspjeli značajno povećati nazivni napon i specifičnu energiju ćelije. Razvoj, naknadno testiranje i fino podešavanje tehnologije trajalo je oko dvije decenije.

Za to vrijeme uglavnom su se rješavala pitanja sigurnosti korištenja litijumskih baterija, odabira materijala itd. Sekundarne litijumske ćelije sa aprotičnim elektrolitima i tipa sa čvrstom katodom slične su u elektrohemijskim procesima koji se u njima odvijaju. Konkretno, anodno otapanje litijuma se odvija na negativnoj elektrodi. Litijum je ugrađen u kristalnu rešetku pozitivne elektrode. Kada se baterija napuni, procesi na elektrodama idu u suprotnom smjeru.

Materijali za pozitivnu elektrodu razvijeni su prilično brzo. Glavni zahtjev za njih bio je da prolaze kroz reverzibilne procese.

Govorimo o anodnoj ekstrakciji i katodnoj implantaciji. Ovi procesi se također nazivaju anodna deinterkalacija i katodna interkalacija. Istraživači su testirali različite materijale kao katodu.

Uvjet je bio da nema promjena u petlji. Konkretno, materijali kao što su:

• TiS2 (titanijum disulfid);
• Nb (Se) n (niobijum selenid);
• vanadij sulfidi i diselenidi;
• sulfidi bakra i gvožđa.

Svi ovi materijali imaju slojevitu strukturu. Istraživanja su vršena i sa materijalima složenijeg sastava. Za to su u malim količinama korišteni aditivi nekih metala. To su bili elementi sa katjonima većeg radijusa od Li.

Visoke specifične karakteristike katode dobivene su na metalnim oksidima. Ispitani su različiti oksidi na reverzibilni rad, koji zavisi od stepena izobličenja kristalne rešetke oksidnog materijala, kada se tu uvedu kationi litijuma. Proračun je također uzeo u obzir elektronsku provodljivost katode. Izazov je bio osigurati da se zapremina katode ne promijeni više od 20 posto. Prema istraživanjima, najbolje rezultate su pokazali oksidi vanadija i molibdena.

S anodom su se glavne poteškoće pojavile pri stvaranju litijumskih baterija. Tačnije, tokom punjenja, kada dolazi do katodnog taloženja Li. Ovo formira površinu sa vrlo visokom aktivnošću. Litijum se taloži na površini katode u obliku dendrita, a kao rezultat nastaje pasivni film.

Ispostavilo se da ovaj film obavija čestice litijuma i sprečava njihov kontakt sa bazom. Ovaj proces se naziva inkapsulacija i dovodi do toga da se nakon punjenja baterije određeni dio litija isključuje iz elektrohemijskih procesa.

Kao rezultat toga, nakon određenog broja ciklusa, elektrode su se istrošile i narušena je temperaturna stabilnost procesa unutar litijumske baterije.

U nekom trenutku, element je zagrijan do tačke topljenja Li i reakcija je prešla u nekontrolisanu fazu. Tako su početkom 90-ih mnoge litijumske baterije vraćene u preduzeća kompanija koje su ih proizvodile. Ovo su bile neke od prvih baterija koje su se koristile u mobilnim telefonima. U trenutku razgovora (struja dostiže maksimalnu vrijednost) na telefonu, iz ovih baterija je emitovao plamen. Bilo je mnogo slučajeva kada je korisnik dobio opekotine po licu. Formiranje dendrita tokom taloženja litijuma, pored opasnosti od požara i eksplozije, može dovesti do kratkih spojeva.

Stoga su istraživači potrošili mnogo vremena i truda na razvoj metode površinske obrade katode. Razvijene su metode za uvođenje aditiva u elektrolit koji sprečavaju stvaranje dendrita. Naučnici su napredovali u tom pravcu, ali problem do sada nije u potpunosti riješen. Pokušali su da riješe ove probleme upotrebom metalnog litijuma drugom metodom.

Dakle, negativna elektroda se počela izrađivati ​​od legura litija, a ne od čistog Li. Najuspješnija je bila legura litijuma i aluminija. Kada je proces pražnjenja u toku, litijum se izrezuje iz takve legure u elektrodi, i obrnuto tokom punjenja. To jest, tokom ciklusa punjenja-pražnjenja, koncentracija Li u leguri se mijenja. Naravno, došlo je do određenog gubitka aktivnosti litijuma u leguri u poređenju sa metalnim Li.

Potencijal elektrode od legure pao je negdje između 0,2-0,4 volta. Radni napon litijumske baterije je smanjen, a istovremeno je smanjena interakcija između elektrolita i legure. To je postao pozitivan faktor, jer se smanjilo samopražnjenje. Ali legura litija i aluminija nije široko rasprostranjena. Ovdje je problem bio u tome što se specifična zapremina ove legure uvelike mijenjala tokom vožnje biciklom. Kada je došlo do dubokog pražnjenja, elektroda je postala krhka i raspala. Zbog smanjenja specifičnih karakteristika legure, istraživanja u ovom pravcu su prekinuta. Druge legure su također proučavane.

Istraživanja su pokazala da je najprikladnija legura Li sa teškim metalima. Primjer je Woodova legura. Dobro su se ponašali u smislu održavanja specifične zapremine, ali specifične karakteristike nisu bile dovoljne za upotrebu u litijumskim baterijama.

Kao rezultat toga, budući da je metal litij nestabilan, istraživanja su krenula u drugom smjeru. Odlučeno je isključiti čisti litijum iz komponenti baterije i koristiti njegove ione. Tako su se pojavile litijum-jonske (Li-Ion) baterije.

Gustoća energije litijum ─ jonskih baterija je manja od one kod litijumskih baterija. Ali njihova sigurnost i jednostavnost upotrebe su mnogo veća. Više o ovom linku možete pročitati.

Rad i vijek trajanja

Eksploatacija

Pravila rada će se razmotriti na primjeru uobičajenih litijumskih baterija koje se koriste u mobilnim uređajima (telefoni, tableti, laptopi). U većini slučajeva ugrađeni kontroler štiti takve baterije od "budala". Ali je korisno da korisnik zna osnovne stvari o uređaju, parametrima i radu litijumskih baterija.

Za početak, zapamtite da litijumska baterija mora imati napon od 2,7 do 4,2 volta. Donja vrijednost ovdje označava minimalni nivo punjenja, gornja vrijednost označava maksimum. U modernim Li baterijama elektrode su napravljene od grafita iu njihovom slučaju donja granica napona je 3 volta (2,7 je vrijednost za koks elektrode). Električna energija koju baterija odustaje kada napon padne sa gornje granice na donju naziva se njen kapacitet.

Kako bi produžili vijek trajanja litijumskih baterija, proizvođači donekle sužavaju raspon napona. To je često 3,3-4,1 volti. U praksi, litijumske baterije imaju maksimalan životni vek pri nivou napunjenosti od 45 procenata. Ako je baterija previše napunjena ili ispražnjena, životni vijek će se smanjiti. Općenito se preporučuje punjenje litijumske baterije na 15-20% napunjenosti. I morate prestati s punjenjem odmah nakon dostizanja 100% kapaciteta.

Ali, kao što je već spomenuto, njen kontroler čuva bateriju od prekomjernog punjenja i dubokog pražnjenja. Ova IC kontrolna ploča nalazi se na gotovo svim litijumskim baterijama. U različitoj potrošačkoj elektronici (tablet, pametni telefon, laptop) rad kontrolera integriranog u bateriju dopunjen je mikrokolom koji je zalemljen na ploči samog uređaja.

Općenito, pravilan rad litijumskih baterija osigurava njihov kontroler. Od korisnika se u osnovi traži da se ne uključuje u ovaj proces i da se ne bavi samoaktivnošću.

Životno vrijeme

Litijumske baterije imaju vijek trajanja od približno 500 ciklusa punjenja-pražnjenja. Ova vrijednost vrijedi za većinu modernih litijum-jonskih i litijum-polimerskih baterija. Vijek trajanja može varirati u zavisnosti od vremena. Zavisi od intenziteta korištenja mobilnog uređaja. Uz stalnu upotrebu, uz mnoštvo resursno intenzivnih aplikacija (video, igrice), baterija može dostići svoj limit za godinu dana. Ali prosječni vijek trajanja litijumskih baterija je 3-4 godine.

Proces punjenja

Odmah treba napomenuti da za normalan rad baterije morate koristiti standardni punjač koji dolazi s gadgetom. U većini slučajeva, ovo je 5 voltni DC izvor. Standardni punjači za telefon ili tablet obično isporučuju struju od oko 0,5─1 *C (C je nominalni kapacitet baterije).
Standardni način punjenja litijumske baterije je sljedeći. Ovaj način rada se koristi u Sony kontrolerima i osigurava maksimalan kapacitet punjenja. Slika ispod ilustruje ovaj proces grafički.

Proces se sastoji od tri faze:

• trajanje prve faze je oko sat vremena. U ovom slučaju, struja punjenja se održava na konstantnom nivou sve dok napon baterije ne dostigne 4,2 volta. Na kraju, stanje napunjenosti je 70%;
• druga faza takođe traje oko sat vremena. U ovom trenutku, kontroler održava konstantan napon od 4,2 volta, dok se struja punjenja smanjuje. Kada struja padne na oko 0,2*C, počinje završna faza. Na kraju, stanje napunjenosti je 90%;
• u trećoj fazi struja se konstantno smanjuje pri naponu od 4,2 volta. U principu, ova faza ponavlja drugu fazu, ali ima strogo vremensko ograničenje od 1 sata. Kontroler zatim odvaja bateriju od punjača. Na kraju, stanje napunjenosti je 100%.

Kontroleri koji su sposobni za ovu fazu su prilično skupi. To se odražava na cijenu baterije. Kako bi smanjili troškove, mnogi proizvođači ugrađuju kontrolere sa pojednostavljenim sistemom punjenja u baterije. Ovo je često samo prva faza. Punjenje se prekida kada napon dostigne 4,2 volta. Ali u ovom slučaju, litijumska baterija se puni samo 70% svog kapaciteta. Ako je litijumskoj bateriji vašeg uređaja potrebno 3 sata ili manje da se napuni, onda najvjerovatnije ima pojednostavljeni kontroler.

Postoji niz drugih tačaka vrijednih pažnje. Povremeno (jednom svaka 2 do 3 mjeseca) potpuno ispraznite bateriju (tako da se telefon isključi). Zatim se vrši potpuno punjenje do 100%. Nakon toga izvadite bateriju na 1-2 minuta, ubacite i uključite telefon. Nivo punjenja će biti manji od 100%. Napunite do kraja i uradite to nekoliko puta dok se ne prikaže potpuno punjenje kada se baterija ubaci.

Zapamtite da je punjenje preko USB konektora laptopa, desktopa, adaptera za upaljač u automobilu mnogo sporije nego sa standardnog punjača. To je zbog ograničenja struje USB interfejsa od 500 mA.

Također zapamtite da litijumske baterije gube dio svog kapaciteta na hladnom vremenu i niskom atmosferskom pritisku. Na temperaturama ispod nule, ovaj tip baterije prestaje da radi.

U ovom članku ćete razumjeti kako pravilno napuniti Li-Ion (litijum-jonsku) bateriju, kao i naučiti kako je pravilno koristiti i održavati. Ovo znanje će produžiti vijek trajanja vaše baterije.

Litijum-jonska baterija je postala toliko rasprostranjena zbog svoje lakoće proizvodnje, niske cene i velikog broja ciklusa punjenja-pražnjenja. Ali da biste cijenili ove prednosti, potrebno je pravilno koristiti Li-Ion bateriju.

Pravila rada se razlikuju ovisno o vrsti baterije. Na primjer, Ni-MH i Ni-Cd baterije moraju biti potpuno ispražnjene prije ponovnog punjenja. U suprotnom, elementi se povećavaju, a volumen baterije se smanjuje. Međutim, pravilo "kupili telefon - ispraznite ga do nule, a zatim ga napunite i ponovite ciklus nekoliko puta" nije univerzalno i ne odnosi se na Li-Ion.

Stoga, prije primjene dolje navedenih preporuka, pogledajte bateriju. Treba reći da je litijum-jonski (Li-Ion). Samo u tom slučaju koristite sljedeća pravila rada.

Nemojte previše često prazniti bateriju na nulu.

I dalje neće uspjeti potpuno isprazniti bateriju. Zaštitna ploča isključuje uređaj kada se dostigne određeni minimum. Potpuno pražnjenje je moguće samo ako rastavite bateriju i uklonite zaštitnu ploču. Li-Ion i Li-Pol baterije ne podnose česta puna pražnjenja. Stoga se prodaju 2/3 naplaćene.

Stavite uređaj da se puni kada baterija ima 10-20%

Poruka poput "Molimo priključite punjač" pojavljuje se kada napunjenost dostigne 10-20% s razlogom. Slijedite preporuke proizvođača i priključite punjač.

Ali ne morate čekati takav pad. Ako možete da napunite svoj telefon ili laptop, uradite to. Redovno punjenje nije panaceja, ali što češće punite Li-Ion, duže će trajati.

Povremeno kalibrirajte bateriju

Kalibracija uključuje potpuno pražnjenje, a zatim ponovno punjenje uređaja. Nema kontradiktornosti sa prvim pravilom: kalibraciju treba obaviti otprilike jednom u tri mjeseca.

Kalibracija ne produžuje direktno vijek trajanja baterije, već samo pomaže kontroleru da ispravno odredi kapacitet baterije. Ako kontroler pogrešno detektuje količinu napunjenosti, uređaj se mora puniti češće. Ciklusi punjenja-pražnjenja se troše, baterija se brže kvari.

Koristite originalni punjač

Originalnost u kontekstu problema koji se razmatra potrebna je kako bi se zaštitili od upotrebe nekvalitetnih proizvoda. Ako ste sigurni da tehničke karakteristike uređaja treće strane odgovaraju karakteristikama originalnog punjača, onda neće biti problema.

Pokušajte ne koristiti "žabe"

Ako je moguće, izbjegavajte punjenje baterija žabom. Nebezbedno je koristiti necertificirane uređaje, ima trenutaka kada se "žabe" zapale tokom procesa punjenja.

Danas se litijum-jonske baterije najčešće koriste u raznim oblastima. Posebno se široko koriste u mobilnoj elektronici (PDA uređaji, mobilni telefoni, laptopi i drugo), električnim vozilima i tako dalje. To je zbog njihovih prednosti u odnosu na ranije široko korištene nikl-kadmijum (Ni-Cd) i nikl-metal hidridne (Ni-MH) baterije. A ako su potonji blizu svoje teorijske granice, onda je tehnologija litijum-jonskih baterija na početku.

Uređaj

U litijum-jonskim baterijama, aluminijum deluje kao negativna elektroda (katoda), a bakar deluje kao pozitivna elektroda (anoda). Elektrode se mogu izraditi u različitim oblicima, međutim, u pravilu je to folija u obliku izdužene vrećice ili cilindra.

• Anodni materijal na bakrenoj foliji i katodni materijal na aluminijskoj foliji razdvojeni su poroznim separatorom koji je impregniran elektrolitom.
• Paket elektroda je ugrađen u zatvoreno kućište, a anode i katode su spojene na terminale strujnog kolektora
• Ispod poklopca baterije se mogu nalaziti posebni uređaji. Jedan uređaj reaguje povećanjem otpora na PTC. Drugi uređaj prekida električnu vezu između pozitivnog terminala i katode kada pritisak gasova u bateriji poraste iznad dozvoljene granice. U nekim slučajevima, tijelo je opremljeno sigurnosnim ventilom koji smanjuje unutarnji tlak u slučaju kršenja radnih uvjeta ili hitnih situacija.
• Kako bi se povećala sigurnost rada, eksterna elektronska zaštita se također koristi u brojnim baterijama. Sprječava pregrijavanje, kratki spoj i prekomjerno punjenje baterije.
• Strukturno, baterije se proizvode u prizmatičnoj i cilindričnoj verziji. Umotani paket separatora i elektroda u cilindričnim akumulatorima smješten je u aluminijsko ili čelično kućište na koje je spojena negativna elektroda. Pozitivni pol baterije izvodi se kroz izolator na poklopcu. Prizmatični akumulatori nastaju slaganjem pravokutnih ploča jedna na drugu.

Takve litijum-jonske baterije omogućavaju čvršće pakiranje, ali teže održavaju tlačne sile na elektrodama nego cilindrične. Određeni broj prizmatičnih baterija koristi rolni sklop paketa elektroda uvijenih u eliptičnu spiralu.

Većina baterija se proizvodi u prizmatičnim verzijama, jer im je osnovna namjena da osiguraju rad laptopa i mobilnih telefona. Dizajn Li-ion baterije je potpuno zatvoren. Ovaj zahtjev diktira nedopustivost curenja tekućeg elektrolita. Ako vodena para ili kisik uđu unutra, dolazi do reakcije s elektrolitom i materijalima elektrode, što dovodi do potpunog uništenja baterije.

Princip rada

• Litijum-jonske baterije imaju dve elektrode u obliku anode i katode, sa elektrolitom između njih. Na anodi, kada se baterija spoji na zatvoreni krug, dolazi do kemijske reakcije koja dovodi do stvaranja slobodnih elektrona.
• Ovi elektroni teže da dođu do katode, gdje je njihova koncentracija niža. Međutim, njihov elektrolit, koji se nalazi između elektroda, drži ih od direktnog puta do katode od anode. Ostao je samo jedan put - kroz krug u kojem je baterija zatvorena. U ovom slučaju, elektroni, koji se kreću duž navedenog kruga, opskrbljuju uređaj energijom.
• Pozitivno nabijeni litijevi joni, koje su ostavili odbjegli elektroni, istovremeno se usmjeravaju kroz elektrolit na katodu kako bi se zadovoljila potražnja za elektronima na strani katode.
• Nakon što se svi elektroni pomaknu na katodu, dolazi do "smrti" baterije. Ali litijum-jonska baterija se može puniti, što znači da se proces može obrnuti.

Uz pomoć punjača, energija se može ubrizgati u strujni krug, čime se pokreće reakcija u suprotnom smjeru. Rezultat će biti akumulacija elektrona na anodi. Nakon dopune baterije, ona će najvećim dijelom ostati takva do trenutka kada se aktivira. Međutim, tokom vremena, baterija će izgubiti dio napunjenosti čak iu stanju pripravnosti.

• Kapacitet baterije se odnosi na količinu litijum jona koja može ući u kratere i sitne pore anode ili katode. Vremenom, nakon brojnih punjenja, katoda i anoda degradiraju. Kao rezultat toga, smanjuje se broj iona koje oni mogu prihvatiti. U tom slučaju, baterija više ne može držati istu količinu napunjenosti. Na kraju potpuno gubi svoju funkciju.

Litijum-jonske baterije su dizajnirane na način da se njihovo punjenje mora stalno pratiti. U tu svrhu u kućište je ugrađena posebna ploča, koja se zove kontroler punjenja. Čip na ploči kontroliše proces punjenja baterije.

Standardno punjenje baterije je kako slijedi:

• Na početku procesa punjenja, regulator daje struju od 10% od nazivne. U ovom trenutku napon raste na 2,8 V.
• Tada se struja punjenja povećava na nominalnu. Tokom ovog perioda, napon pri konstantnoj struji raste na 4,2 V.
• Na kraju procesa punjenja, struja opada pri konstantnom naponu od 4,2 V dok se baterija ne napuni 100%.

Postavljanje se može razlikovati zbog upotrebe različitih kontrolera, što dovodi do različitih brzina punjenja i, shodno tome, ukupne cijene baterije. Litijum-jonske baterije mogu biti bez zaštite, odnosno kontroler se nalazi u punjaču, ili sa ugrađenom zaštitom, odnosno kontroler se nalazi unutar baterije. Možda postoje uređaji kod kojih je zaštitna ploča ugrađena direktno u bateriju.

Sorte i primjena

Postoje dva faktora oblika za litijum-jonske baterije:

1. Cilindrične litijum-jonske baterije.
2. Ćelijske litijum-jonske baterije.

Različiti podtipovi elektrohemijskog litijum-jonskog sistema su imenovani prema vrsti aktivne supstance koja se koristi. Ono što je zajedničko svim ovim litijum-jonskim baterijama je da su sve zapečaćene baterije koje ne zahtevaju održavanje.

6 najčešćih tipova litijum-jonskih baterija su:

1. Litijum kobalt baterija ... Popularno je rješenje za digitalne kamere, laptope i mobilne telefone zbog velike gustine energije. Baterija se sastoji od katode od kobalt oksida i grafitne anode. Nedostaci litijum-kobalt baterija: ograničen kapacitet opterećenja, loša termička stabilnost i relativno kratak vijek trajanja.

Područja upotrebe ; mobilna elektronika.

1. Litijum mangan baterija ... Kristalna litijum-mangan spinel katoda odlikuje se trodimenzionalnom strukturom okvira. Spinel pruža nisku otpornost, ali ima umjereniju gustoću energije od kobalta.

Područja upotrebe; električne jedinice, medicinska oprema, električni alati.

1. Litijum-nikl-mangan-kobalt-oksidna baterija ... Katoda baterije kombinuje kobalt, mangan i nikl. Nikl je poznat po visokom specifičnom energetskom sadržaju, ali niskoj stabilnosti. Mangan pruža nizak unutrašnji otpor, ali rezultira niskim specifičnim energetskim sadržajem. Kombinacija metala vam omogućava da nadoknadite njihove slabosti i iskoristite njihove prednosti.

Područja upotrebe; za privatnu i industrijsku upotrebu (sigurnosni sistemi, solarne elektrane, rasvjeta za hitne slučajeve, telekomunikacije, električni automobili, električni bicikli, itd.).

1. Litijum gvožđe fosfatna baterija ... Njegove glavne prednosti su: dug radni vijek, visoke stope struje, otpornost na pogrešnu upotrebu, povećana sigurnost i dobra termička stabilnost. Međutim, takva baterija ima mali kapacitet.

Primjene; ​​stacionarni i prijenosni specijalizirani uređaji gdje se zahtijevaju izdržljivost i velike struje opterećenja.

1. Litijum-nikl-kobalt-aluminijum-oksidna baterija ... Njegove glavne prednosti: visoki pokazatelji gustoće energije i energetskog intenziteta, trajnost. Međutim, sigurnosni učinak i visoka cijena ograničavaju njegovu upotrebu.

Područja upotrebe; električni pogoni, industrija i medicinska oprema.

1. Litijum titanatna baterija ... Njegove glavne prednosti su: brzo punjenje, dug radni vijek, širok raspon temperatura, odlične performanse i sigurnosni pokazatelji. To je najsigurnija Li-ion baterija.

Međutim, ima visoku cijenu i nisku specifičnu potrošnju energije. Trenutno su u toku razvoji za smanjenje troškova proizvodnje i povećanje specifičnog energetskog intenziteta.

Područja upotrebe; vanjski, električni agregati automobila (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Tipične karakteristike

Općenito, litijum-jonske baterije imaju sljedeće tipične karakteristike:

• Minimalni napon nije manji od 2,2-2,5V.
• Maksimalni napon nije veći od 4,25-4,35V.
• Vrijeme punjenja: 2-4 sata.
• Samopražnjenje na sobnoj temperaturi - oko 7% godišnje.
• Raspon radne temperature od -20°C do +60°C.
• Broj ciklusa punjenja/pražnjenja dok se ne dostigne gubitak od 20% kapaciteta je 500-1000.

Prednosti i nedostaci

Prednosti uključuju:

• Visoka gustina energije u poređenju sa nikl alkalnim baterijama.
• Dovoljno visok napon jedne baterije.
• Nedostatak "memorijskog efekta", koji osigurava lako rukovanje.
• Značajan broj ciklusa punjenja-pražnjenja.
• Dug radni vek.
• Širok raspon temperatura za dosljedne performanse.
• Relativna ekološka sigurnost.

Među nedostatcima su:

• Umjerena struja pražnjenja.
• Relativno brzo starenje.
• Relativno visoka cijena.
• Nemogućnost rada bez ugrađenog kontrolera.
• Mogućnost spontanog izgaranja pri velikim opterećenjima i predubokom pražnjenju.
• Dizajn zahtijeva značajna poboljšanja, jer nije doveden do savršenstva.

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, nominalna 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.

Preliminarna faza je neophodna kako bi se spriječilo bubrenje i smanjenje tlaka (ili čak eksplozija s vatrom) oštećenih baterija, na primjer, unutrašnji 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 litijum-jonskih baterija

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 Li + punjači baterija 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), na trbuhu ima metalni kolektor topline 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:

1. Praćenje napona priključene baterije (ovo se događa stalno).
2. 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.
3. Punjenje maksimalnom konstantnom strujom (1000mA pri R prog = 1,2 kOhm);
4. Kada baterija dostigne 4,2 V, napon na bateriji je fiksiran na ovom nivou. Počinje postepeno smanjenje struje punjenja.
5. Kada struja dostigne 1/10 programirane od strane otpornika R prog (100mA pri R prog = 1,2kOhm), punjač se isključuje.
6. 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:

1. Minimalni broj dijelova body kita.
2. Mogućnost punjenja potpuno ispražnjene baterije (prethodno punjenje strujom od 30mA);
3. Određivanje kraja punjenja.
4. Programabilna struja punjenja - do 1000 mA.
5. Indikacija napunjenosti i greške (mogućnost otkrivanja nepunjivih baterija i signaliziranja o tome).
6. 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 su unutar prihvatljivog raspona za datu bateriju: početna struja ne prelazi maksimalno dozvoljenu struju punjenja za datu bateriju (2,4 A), a konačna struja premašuje struju na pri čemu 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 ne podnose jako loše čak ni kratkotrajni prenapon - mase elektroda počinju brzo degradirati, što neminovno 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 je tamo 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