Danas se specijalne baterije koriste za mobilne, kućanske aparate, alate. Razlikuju se po karakteristikama performansi. Da bi baterija radila dugo, bez kvarova, moraju se uzeti u obzir zahtjevi proizvođača predstavljenih proizvoda.
Jedan od najpopularnijih tipova danas su Li-Ion baterije. Kako pravilno napuniti ovu vrstu baterije, kao i karakteristike njenog rada, treba detaljno razmotriti prije korištenja uređaja.
opšte karakteristike
Jedna od najčešćih vrsta baterija danas je Li-Ion tip. Takvi uređaji su relativno jeftini. Štaviše, nezahtjevni su za uvjete rada. U ovom slučaju, korisnik rijetko ima pitanje kako pravilno napuniti cilindričnu Li-Ion 18650 bateriju ili drugu vrstu.
Najčešće se predstavljene baterije ugrađuju u pametne telefone, laptope, tablete i druge slične uređaje. Predstavljene baterije odlikuju se izdržljivošću i pouzdanošću. Ne boje se potpunog pražnjenja.
Jedna od glavnih karakteristika predstavljenih proizvoda je odsustvo "efekta pamćenja". Ove baterije se mogu puniti u bilo koje vrijeme. "Efekat memorije" nastaje kada baterija nije potpuno ispražnjena. Ako u njemu ostane samo mala količina napunjenosti, kapacitet baterije će se vremenom početi smanjivati. To će dovesti do nedovoljne nabavke opreme. Sa litijum-jonskim baterijama, efekat memorije je minimiziran.
Dizajn
Dizajn litijum-jonske baterije zavisi od tipa uređaja za koji je namenjena. Mobilni telefon koristi bateriju koja se zove "kantica". Pravokutnog je oblika i uključuje jedan strukturni element. Njegov nazivni napon je 3,7V.
Baterija predstavljenog tipa za laptop ima potpuno drugačiji dizajn. Može postojati nekoliko odvojenih baterija (2-12 komada). Svaki od njih ima cilindrični oblik. Radi se o Li-Ion baterijama 18650. Kako ih pravilno puniti detaljno je naznačio proizvođač opreme. Ovaj dizajn uključuje poseban kontroler. Izgleda kao mikrokolo. Kontroler kontroliše proceduru punjenja, ne dozvoljava prekoračenje nominalne vrednosti kapaciteta baterije.
Moderne baterije za tablete i pametne telefone imaju i funkciju kontrole punjenja. Ovo značajno produžava vijek trajanja baterije. Zaštićen je od raznih štetnih faktora.
Funkcije punjenja
Uzimajući u obzir kako pravilno napuniti Li-Ion baterije za telefon, laptop i drugu opremu, morate obratiti pažnju na karakteristike predstavljenog uređaja. Treba reći da litijum-jonske baterije ne podnose duboko pražnjenje i prepunjenje. To se kontrolira posebnim uređajem koji se dodaje strukturi (kontroler).
Idealno je da tip baterije bude prikazan između 20% i 80% punog kapaciteta. Ovo se prati od strane kontrolera. Međutim, stručnjaci ne preporučuju ostavljanje uređaja stalno priključenog na punjač. To će značajno skratiti vijek trajanja baterije. Regulator je tada izložen konstantnom opterećenju. S vremenom se njegova funkcionalnost može smanjiti zbog toga.
U ovom slučaju, regulator također neće dozvoliti duboko pražnjenje. Jednostavno će u nekom trenutku odspojiti bateriju. Ova zaštitna funkcija je neophodna. U suprotnom bi korisnik mogao slučajno prepuniti ili previše isprazniti bateriju. Također, moderne baterije pružaju visokokvalitetnu zaštitu od pregrijavanja.
Princip rada baterije
Da biste razumjeli kako pravilno napuniti Li-Ion bateriju (novu ili korištenu), morate razmotriti kako ona funkcionira. Ovo će procijeniti potrebu za praćenjem nivoa pražnjenja i punjenja uređaja.
Litijum joni u bateriji ovog tipa prelaze sa jedne elektrode na drugu. U tom slučaju se pojavljuje električna struja. Elektrode mogu biti izrađene od različitih materijala. Ovaj indikator ima manji utjecaj na performanse uređaja.
Litijum joni se nakupljaju na kristalnoj rešetki elektroda. Potonji, zauzvrat, mijenjaju svoj volumen i sastav. Kada se baterija napuni ili isprazni, na jednoj od elektroda ima više jona. Što je veće opterećenje koje litij vrši na metalne elemente konstrukcije, to će biti kraći vijek trajanja uređaja. Stoga je bolje ne dozvoliti visok postotak taloženja jona na jednoj ili drugoj elektrodi.
Opcije punjenja
Prije korištenja baterije morate razmisliti kako pravilno napuniti Li-Ion bateriju pametnog telefona, tableta i druge opreme. Postoji nekoliko načina da to učinite.
Jedno od najispravnijih rješenja bilo bi korištenje punjača. Isporučuje se u kompletu sa elektronskom opremom svakog proizvođača.
Druga opcija je punjenje baterije sa stacionarnog računara povezanog na kućnu mrežu. Za to se koristi USB kabl. U ovom slučaju, postupak punjenja će trajati duže nego kada se koristi prva metoda.
Ovu proceduru možete izvesti koristeći upaljač za cigarete u automobilu. Drugi manje popularan način je punjenje litijum-jonske baterije univerzalnim uređajem. Naziva se i "žaba". Najčešće se takvi uređaji koriste za punjenje baterija pametnih telefona. Kontakti ovog uređaja mogu se podesiti po širini.
Punjenje nove baterije
Nova baterija mora biti propisno puštena u rad. Da biste to učinili, telefon, tablet ili druga oprema moraju biti potpuno ispražnjeni. Tek kada se uređaj isključi, može se povezati na mrežu. Kontroler neće dozvoliti da se baterija previše isprazni. On je taj koji isključuje uređaj kada baterija izgubi kapacitet do unaprijed određene razine.
Zatim morate spojiti električnu opremu na mrežu pomoću standardnog punjača. Postupak se izvodi sve dok indikator ne postane zelen. Možete ostaviti uređaj na mreži još nekoliko sati. Ovaj postupak se provodi nekoliko puta. U tom slučaju ne morate posebno prazniti svoj telefon, tablet ili laptop.
Normalno punjenje
Poznavanje pravilnog punjenja Li-Ion baterija može značajno produžiti vijek trajanja baterije. Stručnjaci preporučuju provođenje ispravne procedure za ovaj proces za novu bateriju. Nakon toga nije preporučljivo potpuno isprazniti bateriju. Kada indikator pokaže da je kapacitet baterije samo 14-15% napunjen, ona mora biti povezana na mrežu.
U isto vrijeme, također se ne preporučuje korištenje drugih uređaja za punjenje kapaciteta baterije, osim standardnog. Ima maksimalnu prihvatljivu struju za određeni model baterije. Druge opcije treba koristiti samo ako je to apsolutno neophodno.
Kalibracija
Postoji još jedna nijansa koju treba naučiti dok proučavate pitanje kako pravilno napuniti Li-Ion baterije. Stručnjaci preporučuju da povremeno kalibrirate ovaj uređaj. Održava se svaka tri mjeseca.
Prvo, u normalnom načinu rada, trebate isprazniti električnu opremu prije nego što je isključite. Zatim se povezuje na mrežu. Punjenje se nastavlja sve dok indikator ne postane zelen (baterija 100% napunjena). Ovaj postupak se mora slijediti da bi kontroler ispravno funkcionirao.
U ovoj proceduri, PCB baterije određuje granice punjenja i pražnjenja. Ovo je neophodno kako bi se osigurao normalan rad kontrolera, kako bi se izbjegli kvarovi. U ovom slučaju koristi se standardni punjač koji proizvođač isporučuje u kompletu s telefonom, tabletom ili laptopom.
Skladištenje
Da bi baterija radila što duže i efikasnije, morate razmisliti i o tome kako pravilno napuniti Li-Ion bateriju za skladištenje. U nekim slučajevima može doći do situacije kada se uređaj za napajanje opreme privremeno ne koristi. U tom slučaju mora se pravilno pripremiti za skladištenje.
Baterija je napunjena do 50%. U ovom stanju može se čuvati dugo vremena. Međutim, temperatura okoline bi trebala biti oko 15°C. Ako poraste, brzina kojom baterija gubi svoj kapacitet će se povećati.
Ako bateriju treba čuvati dovoljno dugo, mora se potpuno isprazniti i napuniti jednom mjesečno. Baterija dostiže 100% svog specificiranog kapaciteta. Zatim se uređaj ponovo prazni i puni do 50%. Ako se ovaj postupak provodi redovno, baterija se može čuvati jako dugo. Nakon toga će biti u potpunosti operativan.
Razmišljajući o tome kako pravilno puniti Li-Ion baterije, možete značajno produžiti vijek trajanja ove vrste baterija.
Kada pričaju o litijumskim baterijama ili akumulatorima, često i ne shvaćaju da ih se u zadnjih par godina pojavilo gotovo desetak, od kojih je svaka litijum sa raznim aditivima drugih hemijskih elemenata, koji se u konačnici bitno razlikuju jedni od drugih. .
Hajde da razumijemo njihove vrste i počnimo s klasicima:
Litijum-jonske baterije su klasične punjive baterije kod kojih se litijum joni kreću od negativne elektrode do pozitivne elektrode tokom pražnjenja i nazad prilikom punjenja. Litijum-jonske baterije se široko koriste u potrošačkoj elektronici. One su jedna od najpopularnijih vrsta punjivih baterija za prijenosnu elektroniku, s jednom od najboljih gustoća energije, bez efekta memorije i sporim gubitkom punjenja kada se ne koriste (nisko samopražnjenje).
Ova serija pokriva cilindrične i prizmatične veličine baterija. Li-ion ima najveću gustoću snage od svih starih baterija. Njegova vrlo mala težina i dug životni vijek čine ga idealnim proizvodom za mnoge primjene.
Litijum titanat (litijum titanat) je relativno nova klasa litijum-jonskih baterija - (više). Karakteriše ga veoma dug životni ciklus, koji se meri hiljadama ciklusa. Litijum olovo titanat je takođe veoma siguran i uporediv sa gvožđem fosfatom u ovom pogledu. Gustoća energije mu je niža od ostalih litijum-jonskih izvora napajanja, a nazivni napon je 2,4 V.
Ova tehnologija karakteriše veoma brzo punjenje, nizak unutrašnji otpor, veoma dug životni vek i odličnu izdržljivost (također sigurnost). LTO se uglavnom koristi u električnim vozilima i ručnim satovima. Nedavno je počeo da pronalazi primjenu u mobilnim medicinskim uređajima zbog svoje visoke sigurnosti. Jedna od karakteristika tehnologije je da koristi nanokristale na anodi umjesto ugljika, što osigurava mnogo efikasniju površinu. Nažalost, ova baterija ima niži napon od ostalih tipova litijumskih baterija.
Posebnosti:
- Specifična energija: oko 30-110Wh/kg
- Gustoća energije: 177 W * h / l
- Specifična snaga: 3.000-5.100 W/kg
- Efikasnost pražnjenja: oko 85%; efikasnost punjenja preko 95%
- Cijena energije: 0,5 W / USD
- Rok trajanja:> 10 godina
- Samopražnjenje: 2-5% / mjesec
- Trajnost: 6000 ciklusa do 90% kapaciteta
- Nazivni napon: 1,9 do 2,4 V
- Temperatura: -40 do + 55 °C
- Način punjenja: koristite stabilnu konstantnu struju, zatim konstantan napon dok ne dostigne prag.
Hemijska formula: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0,5CoO2(E = 2,1V)
Litijum polimer ima veću gustinu energije u smislu težine nego Li-ion baterije. U veoma tankim ćelijama (do 5 mm), litijum polimer obezbeđuje visoku zapreminsku gustoću energije. Odlična prenaponska i visoka temperaturna stabilnost.
Ova serija baterija može se proizvoditi u rasponu od 30 do 23000 mAh, u prizmatičnim i cilindričnim tipovima. Litijum-polimerske baterije imaju niz prednosti: veću gustoću energije po zapremini, fleksibilnost u veličinama ćelija i širu granicu sigurnosti, uz odličnu stabilnost napona čak i na visokim temperaturama. Glavne aplikacije: prenosivi plejeri, Bluetooth, bežični uređaji, PDA i digitalni fotoaparati, električni bicikli, GPS navigatori, laptopi, e-knjige.
Posebnosti:
- Nazivni napon: 3.7V
- Napon punjenja: 4,2 ± 0,05 V
- Struja punjenja, brzina: 0,2-10C
- Granični napon pražnjenja: 2.5V
- Brzina pražnjenja: do 50C
- Izdržljivost u ciklusima: 400 ciklusa
Litijum gvožđe fosfat ima dobre bezbednosne karakteristike, dug radni vek (do 2000 ciklusa) i niske troškove proizvodnje. LiFePO4 baterije su pogodne za velike struje pražnjenja kao što su vojna oprema, električni alati, e-bicikli, mobilni računari, UPS i solarni sistemi.
Kao novi anodni materijal za litijum-jonske baterije, lifepo4 je prvi put predstavljen 1997. godine i do danas je kontinuirano unapređivan. Privukao je pažnju stručnjaka zbog svoje robusne sigurnosti, izdržljivosti, malog utjecaja na okoliš pri odlaganju i praktičnih karakteristika punjenja i pražnjenja. Mnogi stručnjaci tvrde da su lifepo4 baterije daleko najbolja opcija za autonomno napajanje elektronike.
Litijum sumpor dioksid (Li i SO2 baterija) - Ove baterije imaju visoku gustinu energije i dobru otpornost na pražnjenje velike snage. Takvi elementi se uglavnom koriste u vojnoj službi, meteorologiji i astronautici.
Litijum-sumpor-dioksidne baterije sa litijum-metalnom anodom (najlakša od svih metala) i tečnom katodom koja sadrži porozni ugljični kolektor napunjen sumpor-dioksidom (SO2) isporučuju 2,9 V i cilindričnog su oblika.
Posebnosti:
- Visok radni napon, stabilan za većinu pražnjenja
- Izuzetno nisko samopražnjenje
- Performanse u ekstremnim uslovima
- Širok raspon radne temperature (-55°C do +65°C)
Litijum-mangan-dioksid (Li-MnO2 baterija) - ove baterije imaju litijumsku anodu od lakih metala i čvrstu katodu od mangan-dioksida, uronjene u ne-korozivni, netoksični organski elektrolit. Ova vrsta baterije je usklađena sa EU RoHS i odlikuje se velikim kapacitetom, velikim kapacitetom pražnjenja i dugim vijekom trajanja.
Li-MnO2 se široko koristi u rezervnim izvorima napajanja, farovima za hitne slučajeve, požarnim alarmima, elektronskim sistemima kontrole pristupa, digitalnim kamerama, medicinskoj opremi.
Posebnosti:
- Visoka gustina energije
- Vrlo stabilan napon pražnjenja
- Više od 10 godina trajanja
- Radna temperatura: -40 do +60°C
Litijum tionil hloridne (litijum-SOCl2) baterije imaju litijumsku anodu od lakog metala i tečnu katodu koja sadrži porozni kolektor ugljenika napunjen tionil hloridom (SOCl2). Li-SOCL2 baterija je idealna za automobilske, medicinske, vojne i svemirske aplikacije. Imaju najširi raspon radnih temperatura od -60 do +150°C.
Posebnosti:
- Visoka gustina energije
- Dug rok trajanja
- Širok raspon temperatura
- Dobro zaptivanje
- Stabilan napon pražnjenja
Li-FeS2 baterije
Akumulatori i baterije Li-FeS2 je skraćenica za litijum-gvožđe disulfid. Informacije o njima će biti naknadno dodane.
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.
nedostatke
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.
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
Potrošačko tržište litijum-jonskih (Li-ion) baterija je ogromno - oko 10 milijardi dolara, dok je prilično stabilno, sa stopom rasta od samo 2% godišnje. Šta je sa električnim automobilima, pitate se? Zaista, u narednim godinama, zbog razvoja električnih vozila, godišnja stopa rasta litijum-jonskih baterija je projektovana na 10%. Iznenađujuće, najveće područje rasta na tržištu Li-ion baterija je i dalje „sve ostalo“, od mobilnih telefona do viličara.
"Ostale" aplikacije za litijum-jonske baterije generalno imaju jednu zajedničku stvar - napajaju ih zatvorene olovne (SLA) baterije. Olovne baterije su preuzele vodeću ulogu na tržištu elektronike u proteklih skoro 200 godina, ali su ih litijum-jonske baterije već nekoliko godina potisnule s tržišta. Pošto su u mnogim slučajevima litijum-jonske baterije počele da zamenjuju olovno-kiselinske baterije (akumulatore), vredi uporediti ove dve vrste uređaja za skladištenje energije, naglašavajući glavne tehničke karakteristike i ekonomsku izvodljivost upotrebe Li-ion umesto tradicionalnih SLA uređaja. .
Istorija baterije
Olovna baterija je prva punjiva baterija razvijena za komercijalnu upotrebu 1850-ih godina. Unatoč prilično respektabilnoj starosti od više od 150 godina, još uvijek se aktivno koriste u modernim uređajima. Štoviše, oni se aktivno koriste u aplikacijama gdje je, čini se, sasvim moguće proći s modernim tehnologijama. Neke uobičajene uređaje SKB prilično aktivno koristi, kao što su neprekidna napajanja (UPS), kolica za golf ili viljuškari. Iznenađujuće, tržište olovnih baterija još uvijek raste za određene niše i projekte.
Prva, prilično opipljiva inovacija u tehnologiji olovne kiseline došla je 1970-ih, kada su izumljeni zatvoreni SKB-ovi ili SKB-ovi bez održavanja. Ova modernizacija se sastojala u pojavi posebnih ventila za odzračivanje plinova pri punjenju/pražnjenju baterija. Osim toga, upotreba navlaženog separatora omogućila je rad baterije u nagnutom položaju bez curenja elektrolita.
SKB, ili engleski. SLA se često klasificiraju prema vrsti ili primjeni. Trenutno su najzastupljenije dvije vrste: gel, poznat i kao ventilom regulirana olovna kiselina (VRLA) i upijajući stakleni mat AGM. AGM baterije se koriste za male UPS-ove, svjetla za hitne slučajeve i invalidska kolica, dok VRLA cilja na aplikacije većeg formata kao što je rezervno napajanje za mobilne relejne jarbole, internet centre i viljuškare. Olovne baterije se takođe mogu klasifikovati prema sledećim kriterijumima: automobilski (starter ili SLI - paljenje, osvetljenje, paljenje); trakcija (trakcija ili duboki ciklus); stacionarni (neprekidni izvori napajanja). Glavni nedostatak SLA u svim ovim aplikacijama je životni ciklus - ako se više puta prazne, ozbiljno su oštećeni.
Iznenađujuće, olovno-kiselinske baterije su decenijama bile neprikosnoveni lideri na tržištu punjivih baterija, sve do uvođenja litijum-jonskih baterija 1980-ih. Litijum-jonska baterija je punjiva ćelija u kojoj se litijum joni kreću od negativne elektrode do pozitivne elektrode tokom pražnjenja, i obrnuto tokom punjenja. Litijum-jonske baterije koriste interkalirana litijumska jedinjenja, ali ne sadrže metalni litijum koji se koristi u baterijama za jednokratnu upotrebu.
Litijum-jonska baterija je prvi put izumljena 1970-ih. Osamdesetih godina prošlog stoljeća na tržište je predstavljena prva komercijalna verzija katodne baterije od kobalt oksida. Ovaj tip uređaja imao je znatno veće mogućnosti u smislu težine i kapaciteta u odnosu na sisteme na bazi nikla. Nove litijum-jonske baterije potaknule su ogroman rast na tržištu mobilnih telefona i laptopa. U početku, iz sigurnosnih razloga, uvedene su sigurnije opcije koje su uključivale aditive na bazi nikla i mangana u materijalu katode od kobalt oksida, uz inovacije u konstrukciji ćelija.
Prve litijum-jonske ćelije na tržištu bile su u čvrstim aluminijskim ili čeličnim limenkama i općenito su imale samo nekoliko cilindričnih ili prizmatičnih (u obliku cigle) faktora oblika. Međutim, sa širenjem spektra primjene litijum-jonske tehnologije, njihove ukupne dimenzije počele su se mijenjati.
Na primjer, jeftinije verzije starije tehnologije koriste se u prijenosnim računalima i mobilnim telefonima. Moderne tanke litijum polimerne ćelije koriste se u pametnim telefonima, tabletima i nosivim uređajima. Trenutno se litijum-jonske baterije koriste u električnim alatima, električnim biciklima i drugim uređajima. Ova varijacija najavljuje potpunu zamjenu uređaja s olovnom kiselinom u sve više aplikacija koje imaju za cilj poboljšanje ukupnih i energetskih performansi.
Hemijske karakteristike
Osnove ćelijske hemije daju uređajima olovne kiseline i litijum jona određena svojstva i različite stepene funkcionalnosti. Ispod su neke od prednosti olovnih baterija koje su ih činile popularnim desetljećima i nedostaci koji sada dovode do njihove zamjene, kao i slični aspekti za litijum-jonske uređaje.
Olovna baterija
- SKB je jednostavan, pouzdan i jeftin. Može se koristiti u širokom temperaturnom rasponu.
- Baterije moraju biti pohranjene u trajno napunjenom stanju (SoC) i ne mogu se brzo puniti.
- SKB-ovi imaju veliku težinu. Njihova gravimetrijska gustina energije je vrlo niska.
- Životni ciklus je tipično 200 do 300 pražnjenja/punjenja, što je vrlo malo.
- Krivulja punjenja/pražnjenja omogućava vam mjerenje SOC-a uz jednostavno praćenje napona.
Litijum-jonska baterija
- Imaju najveću gustoću energije u smislu veličine i težine.
- Životni ciklus je obično između 300 i 500, ali se može mjeriti u hiljadama za ćelije litijum fosfata;
- Vrlo mali raspon radnih temperatura;
- Dostupne su različite veličine mreže, oblici i druge mogućnosti;
- Nije potrebno održavanje. Stopa samopražnjenja je veoma niska.
- Potrebna je implementacija operativnih sigurnosnih shema. Sofisticirani algoritam punjenja.
- SoC mjerenja zahtijevaju lukave odluke zbog nelinearnosti krive napona.
Elektronika
Važno je razumjeti razliku između baterije i punjive baterije. Ćelija je glavni građevni blok paketa. Osim toga, paket uključuje i elektroniku, konektore i kućište. Gornja slika prikazuje primjere ovih uređaja. Litijum-jonska baterija mora imati barem implementiranu zaštitu ćelije i kontrolna kola, a sistem za punjenje i mjerenje napona je mnogo složeniji nego kod uređaja s olovnom kiselinom.
Kada koristite litijum-jonske i olovne baterije, glavne razlike u elektronici bit će sljedeće:
Punjač
Punjenje olovne baterije je prilično jednostavno sve dok su ispunjeni određeni pragovi napona. Litijum-jonske baterije koriste složeniji algoritam, sa izuzetkom pakovanja željeznog fosfata. Standardna metoda punjenja za takve uređaje je metoda konstantne struje / konstantnog napona (CC / CV). Uključuje dvostepeni proces punjenja. U prvoj fazi dolazi do punjenja konstantne struje. To traje sve dok napon na ćeliji ne dostigne određeni prag, nakon čega napon ostaje konstantan, a struja se eksponencijalno smanjuje dok ne dostigne graničnu vrijednost.
Brojanje troškova i komunikacija
Kao što je ranije pomenuto, SKB naelektrisanje se može meriti jednostavnim instrumentima za merenje napona. Kada se koriste litijum-jonske baterije, potrebno je kontrolisati nivo napunjenosti ćelija, što zahteva implementaciju složenih algoritama i ciklusa obuke.
I 2 C je najčešći i najekonomičniji komunikacijski protokol koji se koristi u litijum-jonskim baterijama, ali ima ograničenja u smislu otpornosti na buku, integriteta signala na udaljenosti i ukupne širine pojasa. SMBus (System Management Bus), derivat I 2 C, vrlo je uobičajen u manjim baterijama, ali trenutno nema nikakvu efektivnu podršku za moćne ili veće pakete. CAN je odličan za okruženja sa visokom bukom ili gdje su potrebna dugotrajna rada, kao što su mnoge SKB aplikacije, ali je prilično skup.
Direktne zamjene
Treba naglasiti da sada postoji nekoliko standardnih formata olovnih baterija. Na primjer - U1, standardni oblik faktor koji se koristi u aplikacijama za rezervno napajanje medicinske opreme. Litijum-gvozdeno-fosfatna baterija se pokazala kao sasvim dostojna zamena za olovno-kiselinsku. Gvozdeni fosfat ima izuzetan životni ciklus, dobru provodljivost punjenja, poboljšanu sigurnost i nisku impedanciju. Naponi litijum-gvozdeno-fosfatnih baterija takođe se dobro poklapaju sa naponima olovne kiseline (12V i 24V), što omogućava korišćenje istih punjača. Softverski paketi za održavanje i nadzor baterija uključuju pametne funkcije kao što su praćenje punjenja, brojač punjenja/pražnjenja i druge.
Litijum-gvozdeno-fosfatne baterije zadržavaju 100% kapaciteta tokom skladištenja, za razliku od SKB baterija koje gube kapacitet tokom nekoliko meseci skladištenja. Gornja slika upoređuje dva proizvoda i vrste napretka učinjenih u tranziciji sa SKB na Li-ion.
zaključci
Postoji vrlo malo baterija koje mogu pohraniti istu količinu energije kao olovna kiselina, što ovu vrstu baterija čini ekonomičnom za mnoge uređaje velike snage. Litijum-jonska tehnologija je u stalnom padu cene, a stalno poboljšanje njihovih hemijskih struktura i sigurnosnih sistema čini ih dostojnim konkurentom tehnologiji olovne kiseline. Uređaji za njihovu upotrebu mogu biti vrlo različiti, od uređaja za besprekidno napajanje do električnih vozila i dronova.
