با سلام خدمت دوستان و علاقه مندان عزیزم، خوانندگان این وبلاگ. به جای درس دیگری، گفتن مقالات در آن صحیح تر است قلک مدرسه عکس، تصمیم گرفتم در مورد یک موضوع دردناک و مهم برای همه مقاله بنویسم.

من فکر می کنم بسیاری از افراد، از جمله شما، خوانندگان عزیز من، برای یافتن آنچه بسیار اساسی است، جالب و مفید خواهند بود باتری های لیتیوم یونی، چه ویژگی های محدود کننده ای دارند، چگونه باید از آنها استفاده کرد، با استفاده صحیح چه چیزی به دست می آید و البته مراقبت از آنها چیست؟ عمر باتری طولانی... پس برو جلو

برای چه؟ - از من می پرسید، من به طور کلی شروع کردم به نوشتن در مورد این موضوع. خوب یک باتری و یک باتری و چه خبر است. بنابراین؟ اما نه. باتری لیتیوم یون، این اساسا یک مخزن سوخت برای بسیاری از دستگاه های مورد علاقه ما و در دستگاه های مردم عادی است. پس چی؟ - شما به من بگویید، - چه فرقی برای ما دارد؟ و این تفاوت برای شما بزرگ و مهم است. ایده نوشتن این مقاله پس از رفتن من و دانش آموزان مدرسه عکاسی به وجود آمد. شرایط آب و هوایی کاملا معمولی است، حدود -7 تا 10 درجه سانتیگراد، آفتابی، نسیم ملایم، صاف. به طور کلی هوای دلپذیر برای چشم کنجکاو عکاس آماتور. با این حال، بسیاری از دانش آموزان نگران بودند: آیا برای دوربین خطرناک نیست؟ آیا او یخ نمی زند؟ اگر یخ بزند چه اتفاقی می افتد؟ (در مورد حالت های دمایی دوربین یادداشت جداگانه ای خواهم نوشت) و اینکه چه اتفاقی برای باتری دوربین می افتد؟ شنیده ایم که باتری دوربین از سرما بسیار می ترسد و ممکن است خراب شود، آیا این درست است؟ درست است، اما نه همه و نه به طور کامل. بیایید آن را بفهمیم.

در دوربین های ما باتری های لیتیوم یونی وجود دارد. معنی آن چیست؟ در اینجا چیست.باتری‌های لیتیوم یونی در مقایسه با سایر انواع باتری‌ها، پارامترهای عملکرد بهتری دارند. من وارد جزئیات نمی‌شوم، اما امروزه، اکثر تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی مصرفی سعی می‌کنند محصولات خود را با باتری‌های لیتیوم یونی عرضه کنند، زیرا ساخت آن‌ها ساده‌تر و ارزان‌تر بوده و برای محیط‌زیست مضر هستند.

سلول های اولیه ("باتری") با آند لیتیوم در اوایل دهه 70 قرن بیستم ظاهر شدند و به دلیل انرژی ویژه بالا و مزایای دیگر به سرعت کاربرد پیدا کردند. بنابراین، تمایل طولانی مدت برای ایجاد یک منبع جریان شیمیایی با فعال ترین عامل کاهنده، یک فلز قلیایی، محقق شد، که امکان افزایش چشمگیر ولتاژ کار باتری و انرژی ویژه آن را فراهم کرد. اگر توسعه سلول‌های اولیه با آند لیتیوم با موفقیت نسبتاً سریعی همراه بود و چنین سلول‌هایی به‌طور محکم جای خود را به عنوان منبع تغذیه تجهیزات قابل حمل می‌گرفتند، ایجاد باتری‌های لیتیومی با مشکلات اساسی مواجه شد که بیش از 20 سال طول کشید.

پس از آزمایش‌های فراوان در دهه 1980، مشخص شد که مشکل باتری‌های لیتیومی در اطراف الکترودهای لیتیومی پیچ خورده است. به طور دقیق تر، در اطراف فعالیت لیتیوم: فرآیندهایی که در حین کار اتفاق افتاد، در نهایت منجر به واکنش شدیدی به نام "تهویه با انتشار شعله" شد. در سال 1991 تعداد زیادی باتری قابل شارژ لیتیومی به کارخانه های تولیدی فراخوانده شدند که برای اولین بار به عنوان منبع تغذیه برای تلفن های همراه مورد استفاده قرار گرفتند. دلیل آن این است که در حین مکالمه، زمانی که مصرف فعلی حداکثر است، شعله ای از باتری ساطع شده و چهره کاربر تلفن همراه را می سوزاند.

با توجه به ناپایداری ذاتی لیتیوم فلزی، به ویژه در هنگام شارژ، تحقیقات به سمت زمینه ایجاد باتری بدون استفاده از لی، اما با استفاده از یون های آن رفته است. اگرچه باتری‌های لیتیوم یونی چگالی انرژی کمتری نسبت به باتری‌های لیتیومی ارائه می‌کنند، باتری‌های لیتیوم یون زمانی که با شرایط شارژ و دشارژ صحیح ارائه شوند، ایمن هستند.

اگر بیشتر، کسی مهم و علاقه مند به بخشی از این است که فرآیندهای شیمیایی در باتری های لیتیوم یونی چه بوده و هستند، چگونه همین فرآیندها رام شده اند، راهش این است که شما در گوگل جستجو کنید. من در شیمی و فیزیک آنقدر قوی نیستم که از خواندن مقاله ای بنویسم که خودم به خواب بروم.

باتری های لیتیوم یون مدرن دارای ویژگی های خاص بالایی هستند: 100-180 Wh / kg و 250-400 Wh / L. ولتاژ کار - 3.5-3.7 ولت.

اگر چند سال پیش سازندگان حداکثر دستیابی را در نظر می گرفتند - ظرفیت باتری های لیتیوم یونی بیش از چند آمپر ساعت نیست (دوره فیزیک مدرسه را به خاطر بسپارید)، اکنون بیشتر دلایل محدود کننده افزایش ظرفیت برطرف شده است و بسیاری از تولید کنندگان شروع به تولید باتری هایی با ظرفیت صدها آمپر - ساعت یا حتی هزاران کردند.

باتری های مدرن با اندازه کوچک در جریان تخلیه تا 2 درجه سانتیگراد کارآمد هستند، باتری های قدرتمند - تا 10-20 درجه سانتیگراد. محدوده دمای عملیاتی: -20 تا +60 درجه سانتیگراد. با این حال، بسیاری از سازندگان قبلاً باتری هایی ساخته اند که در دمای -40 درجه سانتیگراد کار می کنند. گسترش دامنه دما به دماهای بالاتر امکان پذیر است.

خود تخلیه باتری های Li-ion در ماه اول 4-6٪ است، سپس بسیار کمتر: در 12 ماه باتری ها 10-20٪ از ظرفیت ذخیره شده را از دست می دهند. از دست دادن ظرفیت باتری های لیتیوم یون چندین برابر کمتر از باتری های نیکل کادمیوم (Ni-Cd) است، هم در دمای 20 درجه سانتی گراد و هم در دمای 40 درجه سانتی گراد. منبع باتری های لیتیوم یون: 500-1000 چرخه شارژ-دشارژ.

و اینجا خیلی ها خواهند گفت: -آآآآآ. به همین دلیل است که می توانید با دوربین خود در دمای نسبتاً سرد عکس بگیرید. بله، - من به شما پاسخ می دهم. به علاوه، هنگامی که باتری کار می کند و انرژی می دهد، واکنش های شیمیایی در آن رخ می دهد که عارضه جانبی آن آزاد شدن انرژی حرارتی است که به باتری اجازه می دهد محدوده دمایی عملکرد خود را برای مدت طولانی تری حفظ کند. علاوه بر این، وقتی دوربین را از صندوق عقب کمد بیرون می آوریم، در خیابان، آن (دوربین، دوربین) نیز دمای مثبتی دارد، یعنی هنوز منبع زمانی را افزایش می دهیم که در طی آن می توانیم در فضای باز در 7- عکسبرداری کنیم. - 15 درجه سانتیگراد گرمایش حرارتی پردازنده دوربین در حین عکاسی را اضافه کنید، گرم شدن ماتریس، حتی گرمای دست هایی که دوربین را با آن می گیریم و به آن منتقل می کنیم، عمر حرارتی و زمانی دوربین را در دماهای نسبتا پایین افزایش می دهد. .

این با توجه به استفاده از باتری در کار است. حالا بیایید نگاهی گذرا به قسمت شارژ و ذخیره سازی بیاندازیم. باتری های لیتیوم یونی نیازی به تعمیر و نگهداری خاصی ندارند. قوانین اساسی برای عملکرد آنها را می توان در دستورالعمل های تلفن / لپ تاپ / دوربین پیدا کرد و همه چیز دیگر توسط مدار BMS و کنترل کننده شارژ در دستگاه برق گرفته می شود. با این وجود، هنگام خرید، اغلب می توانید اظهارات زیر را از یک فروشنده یا دوست - "گورو" بشنوید:

"... اولین شارژ 12-15 ساعت است ..." یا، "... فقط دستگاه را تمام شب وصل کنید ..."؛

"... باید 3-5 چرخه کامل را انجام دهید تا باتری ظرفیت پیدا کند ...";

"... توصیه می شود باتری را کاملاً شارژ و تخلیه کنید ..."؛

«… پس اگر باتری یک سال از عمرش گذشته باشد، استفاده نشده باشد، چه می‌شود. عمر سرویس آن صرفاً به تعداد چرخه های شارژ-تخلیه بستگی دارد ... ".

بیایید ببینیم که چگونه موارد بالا درست است.

بیانیه اول به سادگی بی معنی است - الکترونیک کنترل اجازه نمی دهد باتری را بیش از آنچه باید باشد شارژ کنید.

توصیه شماره 2 نیز غیرقابل دفاع است. پس از اولین شارژ، باتری های لیتیوم یونی با کارایی کامل کار می کنند و در ابتدا سریعتر تخلیه می شوند، فقط به این دلیل که صاحب دستگاه آن را راه اندازی و بررسی می کند، به دوستان و آشنایان نشان می دهد و ... بعد از یکی دو هفته، گجت وارد می شود. حالت عادی، که البته تاثیر مثبتی بر استقلال دارد. اما یک بار شارژ کامل قبل از استفاده همچنان مطلوب است. این برای باتری ضروری نیست، بلکه برای اینکه دستگاه بتواند ظرفیت واقعی خود را تعیین کند و در آینده شارژ باقی مانده را به درستی نمایش دهد.

در توصیه شماره 3، "پاها رشد می کنند" از قوانین عملکرد باتری های نیکل کادمیوم، که باید قبل از آن به طور کامل تخلیه می شد، در غیر این صورت بخشی از ظرفیت به طور غیر قابل برگشتی از بین می رفت. همتایان لیتیوم یون آنها چنین "اثر حافظه" ندارند، علاوه بر این، تخلیه عمیق برای آنها منع مصرف دارد. با استفاده مکرر، این موضوع بی ربط است، زیرا سیستم BMS اجازه نمی دهد باتری تا انتها تخلیه شود، اما اگر برای یک ماه یا بیشتر در حالت تخلیه باقی بماند، شارژ باقی مانده "نشتی" خواهد داشت، مدار حفاظتی فرآیند شارژ را مسدود کرده و خاموش کنید، پس از آن دیگر امکان شارژ وجود نخواهد داشت. شارژ بیش از حد نیز مضر است، اما در اکثر دستگاه ها این مورد در نظر گرفته شده است و باتری را تا 100٪ شارژ نمی کنند.

همچنین نکته ای مانند "هر طور که می خواهید شارژ کنید، اما حداقل یک بار در هفته (ماه) چرخه را به طور کامل اجرا کنید، وجود دارد. چنین طرح عملیاتی برای باتری های نیکل هیدرید فلز بهینه است - آنها همچنین دارای اثر حافظه هستند، اما بسیار کمتر از Ni-Cd، و ظرفیت خود را پس از 1-2 چرخه کامل بازیابی می کنند. برای باتری های لیتیوم یون، این فقط تا حدی درست است، به عنوان مثال، توصیه می شود این کار را پس از ذخیره طولانی مدت انجام دهید.

از بیانیه شماره 4، یک نتیجه گیری به ظاهر منطقی به دست می آید: از آنجایی که عمر باتری با تعداد چرخه ها اندازه گیری می شود، پس بهتر است از آن حداکثر استفاده کنید. این اشتباه است شارژ و دشارژ کامل سریعتر فرسوده می شود، در حالی که چرخه های ناقص، برعکس، عمر را طولانی می کنند. علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم یونی حتی در صورت عدم استفاده، ظرفیت خود را از دست می‌دهند. قبلاً پس از یک سال "در قفسه" منابع آنها 5-10٪ کاهش می یابد ، پس از 2 سال - 20-30٪. بنابراین هنگام خرید دستگاه قابل حمل جدید به تاریخ صدور منبع تغذیه توجه کنید. همچنین بدیهی است که خرید باتری "برای استفاده در آینده"، حتی اگر پیدا کردن آن در فروش دشوار باشد، بی فایده است.

رعایت دمای کارکرد باتری های لیتیوم یون بسیار مهم است. در یخبندان زیر 20- درجه سانتیگراد، آنها به سادگی جریان را متوقف می کنند، و در گرمای بالای 45 درجه سانتیگراد، اگرچه کار می کنند، چنین شرایط آب و هوایی فرآیند پیری را فعال می کند و به طور قابل توجهی عمر باتری را کاهش می دهد. اما شما می توانید آن را فقط در دمای مثبت (سلسیوس) شارژ کنید، در غیر این صورت خطر خرابی دستگاه بسیار زیاد است. به طور کلی دمای کارکرد بهینه برای باتری های لیتیوم یونی +20 درجه سانتی گراد است.

باتری های لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود هستند، تولید کنندگان به طور فعال با مواد الکترود و الکترولیت آزمایش می کنند. در سال 1994 باتری هایی با کاتدهای لیتیوم-منگنز و در سال 1996 با کاتدهای لیتیوم-آهن-فسفات ظاهر شدند. آنها بسیار پایدارتر هستند و به راحتی جریان های تخلیه زیادی را حمل می کنند، بنابراین در ابزارهای برقی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند. از سال 2003، باتری‌هایی تولید شده‌اند که از ترکیب کاتدی پیچیده (LiNiMnCoO2) استفاده می‌کنند و بهترین ترکیب ویژگی‌ها را در بین تمام موارد ذکر شده دارند. اما از نظر ظرفیت و قیمت خاص، نسخه های لیتیوم-کبالت هنوز پیشی نگرفته اند و مزایای انواع جدید در تلفن های همراه و لپ تاپ هایی که جریان نسبتا کمی مصرف می کنند مورد تقاضا نیست.

اگر به طور موقت دستگاه خود را کنار می گذارید، اما می خواهید باتری آن را سالم نگه دارید، بدانید که باتری های لیتیوم یونی بهتر است در دمای حدود 5+ درجه سانتی گراد نگهداری شوند. هرچه بالاتر باشد و وضعیت شارژ به 100% نزدیکتر باشد، باتری سریعتر پیر می شود و ظرفیت خود را از دست می دهد. بهتر است آن را تا 40 تا 50 درصد شارژ کنید، آن را از دستگاه خارج کنید، آن را در یک کیسه پلاستیکی در بسته بسته بندی کنید، آن را در یخچال بگذارید (اما نه در فریزر!) و به طور دوره ای آن را شارژ کنید.

این تمام چیزی است که می خواستم در مورد باتری ها، دوستان ما، حیوانات خانگی الکترونیکی بگویم. چه گوشی باشد، چه پخش کننده یا دوربین.

این مقاله بر اساس مطالب یافت شده در اینترنت تهیه شده است و برای راحتی و درک اصل فرآیند در اینجا جمع آوری شده است.

سوالی دارید؟ تو نظرات بنویس حتما جواب میدم

P.S. دوستان اگر مطلب را دوست داشتید یا برایتان مفید بود. تو هم به من خوبی کن پیوند مقاله را در صفحات خود "Vkontakte"، "Odnoklassniki"، "Facebook"، "Tweeter" و سایر صفحات به اشتراک بگذارید. برای این کار کافیست روی دکمه های پایین صفحه کلیک کنید و مراحل ساده دستورالعمل را دنبال کنید. من همچنین از شما دعوت می کنم که در لیست پستی من مشترک شوید، سپس قطعا مقاله بعدی را از دست ندهید، امیدوارم جالب و مفید باشد. فرم اشتراک در گوشه سمت راست بالای صفحه است.

انواع باتری های لیتیومی و ویژگی های طراحی آنها چیست؟

باتری های لیتیومی به طور محکم چندین جایگاه مختلف را در بازار امروز اشغال کرده اند. آنها عمدتاً در انواع لوازم الکترونیکی مصرفی، ابزارهای قابل حمل و دستگاه های تلفن همراه، لوازم خانگی و غیره استفاده می شوند. حتی باتری های لیتیومی 12 ولتی برای اتومبیل ها وجود دارد. اگرچه هنوز کاربرد گسترده ای در صنعت خودرو نداشته اند. استفاده از باتری های لیتیومی در بخش های مختلف اقتصاد ملی باعث شده است که انواع مختلفی از این باتری ها در بازار ظاهر شوند. در مقاله امروز انواع اصلی باتری های لیتیومی را در نظر خواهیم گرفت.

ما در اینجا در مورد اصل عملکرد باتری های قابل شارژ لی و تاریخچه پیدایش آنها نخواهیم نوشت. می توانید اطلاعات بیشتری در مورد آن در مقاله در لینک مشخص شده بخوانید. همچنین می توانید مطالب را جداگانه در مورد و مطالعه کنید. و در این مواد می خواهم دقیقاً انواع مختلف باتری های لیتیوم را بسته به ویژگی ها و هدف آنها در نظر بگیرم.

بنابراین، با توجه به قدرت و ظرفیت باتری های لیتیومی. تقسیم در اینجا کاملاً خودسرانه است. به منظور تولید باتری های با ظرفیت های مختلف، با جریان های تخلیه متفاوت، سازندگان تعدادی پارامتر را تغییر می دهند. به عنوان مثال، آنها ضخامت لایه خمیر الکترود روی فویل را تنظیم می کنند (در مورد ساختار رول). در بیشتر موارد، این لایه الکترود با فویل مس (الکترود منفی) و آلومینیوم (مثبت) اعمال می شود. با توجه به این افزایش در لایه الکترود، پارامترهای خاص باتری افزایش می یابد.

با این حال، هنگام ایجاد جرم فعال، لازم است ضخامت پایه رسانا (فویل) کاهش یابد. در نتیجه باتری می تواند جریان کمتری را بدون گرم شدن بیش از حد عبور دهد. علاوه بر این، افزایش لایه جرم الکترود منجر به افزایش مقاومت عنصر می شود. برای کاهش مقاومت، اغلب از مواد فعال تر و پراکنده تر برای توده فعال استفاده می شود. هنگام تولید باتری هایی با پارامترهای خاص، سازندگان با این پارامترها بازی می کنند. یک سلول باتری با فویل نازک و جرم فعال ضخیم، مقادیر انرژی ذخیره شده بالایی را نشان می دهد. و قدرت آن کم خواهد بود و بالعکس. و این را می توان بدون تغییر اندازه استاندارد محصول تنظیم کرد.

باتری های قابل شارژ با مقادیر مختلف ظرفیت و جریان تخلیه با تغییر پارامترهای زیر به دست می آیند:

• ضخامت فویل؛
• ضخامت جداکننده؛
• مواد الکترود مثبت و منفی؛
• اندازه ذرات جرم فعال؛
• ضخامت الکترود

در عین حال، مدل‌هایی از باتری‌هایی که برای توان بالاتر طراحی شده‌اند، مجهز به سیم‌های جریان با ابعاد و وزن بزرگ هستند. این برای جلوگیری از گرمای بیش از حد است. همچنین برای افزایش جریان تخلیه از انواع موادی که به الکترولیت یا به جرم الکترود اضافه می شود استفاده می شود. در باتری های با ظرفیت زیاد، سیم های جریان معمولا کوچک هستند. آنها برای جریان تخلیه تا 2C محاسبه می شوند (معمولاً جریان شارژ-دشارژ باتری از ظرفیت آن مشخص می شود) و جریان شارژ تا 0.5 درجه سانتیگراد. برای باتری های لیتیومی با ظرفیت بالا، این مقادیر به ترتیب تا 20 درجه سانتیگراد و تا 40 درجه سانتیگراد است.

مدل‌های باتری‌های لیتیومی با ظرفیت بالا برای تغذیه استارت‌ها، با ظرفیت بالا - برای تغذیه تجهیزات مختلف قابل حمل طراحی شده‌اند. در مورد توسعه باتری های لیتیومی، تولید کنندگان انواع لوازم الکترونیکی آنها را از شرکت های خاص سفارش می دهند. آنها آنها را با در نظر گرفتن شرایط پیشنهادی توسعه می دهند و سپس آنها را در تولید انبوه قرار می دهند. هنگام توسعه باتری های لیتیوم مدرن، پارامترهای زیر در نظر گرفته می شود:

• ظرفیت؛
• جریان تخلیه استاندارد و حداکثر؛
• ابعاد؛
• شرایط مکان در داخل دستگاه؛
• دمای کار؛
• منبع (تعداد چرخه های شارژ-تخلیه) و دیگران.

طرح های مختلف باتری های لیتیومی قابل شارژ

با توجه به ویژگی های طراحی، باتری های لیتیومی را می توان به دو روش تقسیم کرد:

• طراحی بدنه؛
• طراحی الکترود.

طراحی الکترود

نوع رول

در تصویر زیر باتری Li─Ion با طراحی رول را مشاهده می کنید.

عناصر ساختار رول از دو نوع ساخته می شوند:

• یک رول الکترود در اطراف صفحه مجازی پیچ خورده است. یک محفظه می تواند چندین رول متصل به موازات را در خود جای دهد.
• استوانه ای. ارتفاع و قطرهای مختلف.

طراحی رول در مواردی استفاده می شود که باتری با ظرفیت و قدرت کم مورد نیاز است. این فناوری بسیار کار فشرده نیست، زیرا چرخش نوارهای الکترود و جداکننده کاملاً خودکار است. نقطه ضعف این طراحی اتلاف حرارت ضعیف از الکترودها است. در واقع، گرما تنها از طریق صفحه انتهایی عنصر حذف می شود.

از مجموعه ای از الکترودها

باتری‌های لیتیومی با مجموعه‌ای از الکترودهای جداگانه در تولید باتری‌های منشوری استفاده می‌شوند.

گرما نیز در اینجا از انتهای الکترود حذف می شود. سازندگان در تلاشند تا با تنظیم ترکیب و پراکندگی جرم فعال، اتلاف گرما را بهبود بخشند.

طراحی بدنه

استوانه ای

ارزش توجه به باتری های لیتیومی استوانه ای را دارد. آنها به طور گسترده ای در انواع لوازم خانگی و الکترونیک استفاده می شوند. سلول های باتری به ویژه محبوب هستند.

به عنوان مزایای بدنه استوانه ای، کارشناسان می گویند که هیچ تغییری در حجم در طول کارکرد طولانی مدت وجود ندارد. این به دلیل این واقعیت است که باتری در طول فرآیند شارژ-دشارژ حجم خود را کمی تغییر می دهد. طراحی الکترودها در چنین محفظه ای همیشه از نوع رول است. از معایب آن می توان به اتلاف حرارت ضعیف اشاره کرد.

باتری های لیتیومی استوانه ای می توانند دارای جریان های زیر باشند:

• پیچ خورده؛
• پدهای تماس معمولی

در مواردی که نیازهای بالاتری برای مصرف جریان وجود دارد، از حفاری پیچ استفاده می شود. این باتری با جریان تخلیه بالا و ظرفیت زیاد (بیش از 20 Ah) است. آزمایش‌های متعدد نشان می‌دهد که باتری‌های لیتیوم استوانه‌ای با جریان‌های پیچی بیش از 10-15 درجه سانتیگراد را تحمل نمی‌کنند. و این مقادیر بار کوتاه مدت است که در آن عنصر به سرعت بیش از حد گرم می شود. در طول عملیات طولانی مدت، آنها می توانند جریان تخلیه 2 - 3C را تحمل کنند. عمدتاً در ابزارهای برقی قابل حمل استفاده می شود.

سلول‌های باطری پددار معمولاً برای تشکیل باتری استفاده می‌شوند. برای انجام این کار، آنها را با نوار با استفاده از جوش تماسی جوش می دهند. گاهی اوقات تولید کنندگان قبلاً عناصری با گلبرگ برای خود لحیم کاری تولید می کنند. علاوه بر این، بسته به نوع لحیم کاری، نوع گلبرگ ها می تواند متفاوت باشد.

در تعیین اندازه استاندارد باتری های لیتیومی استوانه ای، معمولاً ابعاد آنها وجود دارد. به عنوان مثال، سلول های یون لیتیوم 18650 دارای 65 میلی متر ارتفاع و 18 میلی متر قطر هستند.

علاقه روزافزون مصرف کنندگان به ابزارهای موبایل و به طور کلی فناوری قابل حمل با تکنولوژی بالا، تولیدکنندگان را مجبور می کند تا محصولات خود را در جهات مختلف بهبود بخشند. در عین حال، تعدادی پارامتر کلی وجود دارد که کار روی آنها به همین ترتیب انجام می شود. اینها شامل روش تامین انرژی است. همین چند سال پیش، فعالان فعال بازار می‌توانستند فرآیند جابجایی توسط عناصر پیشرفته‌تر با منشاء NiMH را مشاهده کنند. امروزه نسل های جدید باتری ها در حال رقابت با یکدیگر هستند. فناوری گسترده لیتیوم یون با موفقیت در برخی از بخش ها جایگزین باتری لیتیوم پلیمری شده است. تفاوت یونی در واحد جدید برای یک کاربر معمولی چندان محسوس نیست، اما از برخی جنبه ها قابل توجه است. در عین حال، مانند رقابت بین عناصر NiCd و NiMH، فناوری جایگزینی بی عیب و نقص نیست و از برخی جهات نسبت به آنالوگ خود پایین تر است.

دستگاه باتری لیتیوم یونی

اولین مدل از باتری های لیتیومی سریال در اوایل دهه 1990 ظاهر شد. با این حال، کبالت و منگنز سپس به عنوان الکترولیت فعال استفاده شد. در موارد مدرن، آنقدر ماده مهم نیست که پیکربندی قرارگیری آن در بلوک مهم است. چنین باتری هایی از الکترودهایی تشکیل شده اند که توسط یک جداکننده منافذ از هم جدا می شوند. جرم جداکننده به نوبه خود فقط با الکترولیت آغشته می شود. در مورد الکترودها، آنها با یک پایه کاتدی روی یک فویل آلومینیومی و یک آند مسی نشان داده می شوند. در داخل بلوک، آنها توسط پایانه های جمع کننده جریان به هم متصل می شوند. شارژ سرویس بار مثبتی را روی یون لیتیوم اعمال می کند. این ماده از این نظر مفید است که توانایی نفوذ آسان به شبکه‌های کریستالی مواد دیگر را دارد و پیوندهای شیمیایی تشکیل می‌دهد. با این حال، ویژگی های مثبت چنین باتری هایی به طور فزاینده ای برای کارهای مدرن کافی نیست، که منجر به ظهور سلول های Li-pol شد که دارای ویژگی های بسیاری هستند. به طور کلی، شایان ذکر است که شباهت منابع تغذیه لیتیوم یون با باتری های هلیوم با اندازه کامل برای اتومبیل ها وجود دارد. در هر دو مورد، باتری ها با در نظر گرفتن قابلیت استفاده فیزیکی طراحی شده اند. تا حدی، این جهت توسعه توسط عناصر پلیمری ادامه یافت.

دستگاه باتری لیتیوم پلیمری

انگیزه بهبود باتری‌های لیتیومی نیاز به مبارزه با دو مورد از کاستی‌های باتری‌های Li-ion موجود بود. اولاً کارکرد آنها ناامن است و ثانیاً از نظر قیمت بسیار گران هستند. فناوران تصمیم گرفتند با تغییر الکترولیت از شر این معایب خلاص شوند. در نتیجه، جداکننده متخلخل آغشته به الکترولیت پلیمری جایگزین شد. لازم به ذکر است که پلیمر قبلاً برای اهداف الکتریکی به عنوان یک فیلم پلاستیکی که جریان را هدایت می کند استفاده می شد. در یک باتری مدرن، ضخامت سلول Li-pol به 1 میلی متر می رسد که محدودیت استفاده از اشکال و اندازه های مختلف را نیز از توسعه دهندگان حذف می کند. اما نکته اصلی این است که الکترولیت مایع وجود ندارد، که خطر اشتعال را از بین می برد. اکنون ارزش آن را دارد که تفاوت‌های سلول‌های لیتیوم یونی را دقیق‌تر بررسی کنیم.

تفاوت اصلی با باتری یونی چیست؟

تفاوت اساسی در دفع هلیوم و الکترولیت های مایع نهفته است. برای درک کاملتر این تفاوت، بهتر است به مدل های مدرن باتری خودرو مراجعه کنید. نیاز به جایگزینی الکترولیت مایع مجدداً ناشی از نگرانی های ایمنی بود. اما اگر در مورد باتری های خودرو، پیشرفت در همان الکترولیت های متخلخل با اشباع متوقف شود، مدل های لیتیومی یک پایه جامد کامل دریافت کردند. چه چیزی در مورد باتری لیتیوم پلیمری حالت جامد خوب است؟ تفاوت آن با یونی این است که ماده فعال به شکل صفحه در ناحیه تماس با لیتیوم از تشکیل دندریت در حین چرخه جلوگیری می کند. این عامل احتمال انفجار و آتش سوزی چنین باتری هایی را از بین می برد. این فقط در مورد محاسن است، اما نقاط ضعفی نیز در باتری های جدید وجود دارد.

عمر باتری لیتیوم پلیمری

به طور متوسط، چنین باتری هایی می توانند حدود 800-900 چرخه شارژ را تحمل کنند. این شاخص در برابر پس زمینه آنالوگ های مدرن متوسط ​​است، اما حتی این عامل را نمی توان به عنوان یک منبع عنصر تعیین کننده در نظر گرفت. واقعیت این است که چنین باتری هایی بدون توجه به ماهیت عملکرد آنها در معرض پیری شدید قرار دارند. یعنی حتی اگر اصلا از باتری استفاده نشود، منبع آن کم می شود. فرقی نمی کند باتری لیتیوم یونی باشد یا سلول لیتیوم پلیمری. تمام منابع تغذیه مبتنی بر لیتیوم با این فرآیند مشخص می شوند. کاهش قابل توجهی در حجم را می توان در عرض یک سال پس از خرید مشاهده کرد. بعد از 2-3 سال، برخی از باتری ها به طور کلی خراب می شوند. اما خیلی به سازنده بستگی دارد، زیرا در داخل بخش نیز تفاوت هایی در کیفیت عملکرد باتری وجود دارد. مشکلات مشابهی در سلول‌های NiMH وجود دارد که تحت نوسانات شدید دما پیر می‌شوند.

ایرادات

علاوه بر مشکلات پیری سریع، چنین باتری هایی به سیستم های حفاظتی اضافی نیاز دارند. این به این دلیل است که استرس داخلی در مناطق مختلف می تواند منجر به فرسودگی شغلی شود. بنابراین برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و شارژ بیش از حد از مدار تثبیت کننده خاصی استفاده می شود. این سیستم معایب دیگری نیز دارد. اصلی ترین محدودیت فعلی است. اما از سوی دیگر، مدارهای محافظ اضافی باتری لیتیوم پلیمری را ایمن تر می کند. تفاوت یونی از نظر هزینه نیز وجود دارد. باتری های پلیمری ارزان تر هستند، اما نه چندان. قیمت آنها نیز با توجه به معرفی مدارهای حفاظتی الکترونیکی در حال افزایش است.

ویژگی های عملیاتی اصلاحات ژل

به منظور افزایش رسانایی الکتریکی، تکنسین هنوز یک الکترولیت ژل شده به عناصر پلیمری اضافه می کند. هیچ صحبتی در مورد انتقال کامل به چنین موادی وجود ندارد، زیرا این با مفهوم این فناوری در تضاد است. اما در فناوری قابل حمل، اغلب دقیقاً از باتری های هیبریدی استفاده می شود. ویژگی آنها در حساسیت آنها به دما است. سازندگان استفاده از این مدل های باتری را در محیط های بین 60 تا 100 درجه سانتی گراد توصیه می کنند. این نیاز همچنین جایگاه ویژه ای را برای کاربرد تعریف می کرد. مدل‌های ژل را فقط در آب و هوای گرم می‌توان استفاده کرد و نیازی به غوطه‌ور شدن در یک محفظه عایق حرارتی نیست. با این وجود، این سوال که کدام باتری را انتخاب کنید - Li-pol یا Li-ion - در شرکت ها چندان حاد نیست. در جایی که دما اهمیت ویژه ای دارد، اغلب از محلول های ترکیبی استفاده می شود. در چنین مواردی معمولاً از عناصر پلیمری به عنوان پشتیبان استفاده می شود.

روش شارژ بهینه

زمان معمول شارژ شدن باتری‌های لیتیومی به طور متوسط ​​3 ساعت است. پر کردن در دو مرحله انجام می شود. در ابتدا، ولتاژ به مقادیر اوج خود می رسد و این حالت تا 70٪ حفظ می شود. 30٪ باقی مانده در حال حاضر تحت شرایط استرس عادی استخدام شده اند. سوال دیگری نیز جالب است - اگر نیاز به حفظ حجم کامل آن در حالت ثابت دارید، چگونه یک باتری لیتیوم پلیمری را شارژ کنید؟ در این صورت باید برنامه شارژ مجدد رعایت شود. انجام این روش تقریباً هر 500 ساعت کار با تخلیه کامل توصیه می شود.

اقدامات پیشگیرانه

در حین کار، فقط از شارژری استفاده کنید که با ویژگی ها مطابقت داشته باشد و آن را به شبکه ای با ولتاژ پایدار وصل کنید. همچنین لازم است وضعیت کانکتورها را بررسی کنید تا باتری باز نشود. توجه به این نکته مهم است که با وجود درجه ایمنی بالا، هنوز هم نوعی باتری است که به اضافه بار حساس است. سلول لیتیوم پلیمری جریان اضافی، خنک شدن بیش از حد محیط خارجی و شوک مکانیکی را تحمل نمی کند. با این حال، با توجه به همه این شاخص ها، بلوک های پلیمری هنوز قابل اعتمادتر از لیتیوم-یون هستند. با این حال، جنبه اصلی ایمنی بی ضرر بودن منابع تغذیه حالت جامد است - البته به شرطی که مهر و موم شوند.

کدام باتری بهتر است - Li-pol یا Li-ion؟

این موضوع تا حد زیادی توسط شرایط عملیاتی و هدف تامین انرژی تعیین می شود. مزایای اصلی دستگاه های پلیمری برای خود تولیدکنندگان که می توانند آزادانه تر از فناوری های جدید استفاده کنند، کاملاً ملموس است. تفاوت برای کاربر ظریف خواهد بود. به عنوان مثال، در مورد نحوه شارژ باتری لیتیوم پلیمری، مالک باید توجه بیشتری به کیفیت منبع تغذیه داشته باشد. در زمان شارژ، این عناصر یکسان هستند. در مورد دوام، وضعیت در این پارامتر نیز مبهم است. اثر پیری بیشتر مشخصه عناصر پلیمری است، اما تمرین نمونه های متفاوتی را نشان می دهد. به عنوان مثال، بررسی هایی در مورد سلول های لیتیوم یونی وجود دارد که پس از یک سال استفاده غیرقابل استفاده می شوند. و پلیمرها در برخی دستگاه ها به مدت 6-7 سال کار می کنند.

نتیجه

در مورد باتری ها، هنوز افسانه ها و قضاوت های نادرست زیادی وجود دارد که به تفاوت های ظریف مختلف در عملکرد مربوط می شود. برعکس، برخی از ویژگی های باتری ها توسط سازندگان خاموش می شود. در مورد افسانه ها، یکی از آنها باتری لیتیوم پلیمری را رد می کند. تفاوت با آنالوگ یونی این است که مدل های پلیمری استرس داخلی کمتری را تجربه می کنند. به همین دلیل، جلسات شارژی که هنوز باتری ها تمام نشده اند، تأثیر منفی بر عملکرد الکترودها نمی گذارد. اگر در مورد حقایق پنهان شده توسط تولید کنندگان صحبت کنیم، یکی از آنها به دوام مربوط می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، عمر باتری نه تنها با نرخ متوسط ​​چرخه شارژ مشخص می شود، بلکه با از دست دادن اجتناب ناپذیر حجم مفید باتری نیز مشخص می شود.

ارزیابی ویژگی‌های یک شارژر خاص بدون درک چگونگی جریان نمونه‌ای از یک باتری لیتیوم یونی دشوار است. بنابراین، قبل از اینکه مستقیماً به مدارها برویم، اجازه دهید کمی تئوری را یادآوری کنیم.

باتری های لیتیومی چیست؟

بسته به اینکه الکترود مثبت باتری لیتیومی از چه ماده ای ساخته شده است، انواع مختلفی از آنها وجود دارد:

• با کاتد لیتیوم کبالتات؛
• با یک کاتد مبتنی بر فسفات آهن لیتیه؛
• بر اساس نیکل-کبالت-آلومینیوم؛
• بر پایه نیکل - کبالت - منگنز است.

همه این باتری ها ویژگی های خاص خود را دارند، اما از آنجایی که این تفاوت های ظریف برای مصرف کننده عمومی اهمیت اساسی ندارند، در این مقاله بررسی نمی شوند.

همچنین تمامی باتری های لیتیوم یونی در اندازه ها و فرم های مختلف استاندارد تولید می شوند. آنها می توانند هم در طرح کیس (مثلاً مدل محبوب امروزی 18650) و هم در طرح چند لایه یا منشوری (باتری های ژل پلیمری) باشند. دومی کیسه های مهر و موم شده هرمتیک ساخته شده از یک فیلم خاص است که در آن الکترودها و جرم الکترود قرار دارد.

رایج ترین اندازه های باتری های لیتیوم یون در جدول زیر نشان داده شده است (همه آنها دارای ولتاژ اسمی 3.7 ولت هستند):

تعیین	اندازه استاندارد	اندازه مشابه
XXYY0, جایی که XX- نشان دادن قطر بر حسب میلی متر، YY- مقدار طول بر حسب میلی متر، 0 - اجرا را به صورت استوانه ای منعکس می کند	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø مربوط به AAA است، اما نصف طول)
	10280
	10430	AAA
	10440	AAA
	14250	1/2 AA
	14270	Ø AA، طول CR2
	14430	Ø 14 میلی متر (مانند AA)، اما کوتاه تر
	14500	AA
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S / 300S
	17670	2xCR123 (یا 168S / 600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (یا 150A / 300P)
	18650	2xCR123 (یا 168A / 600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	با
	26650
	32650
	33600	دی
	42120

فرآیندهای الکتروشیمیایی داخلی به همین ترتیب انجام می شود و به فرم و طراحی باتری بستگی ندارد، بنابراین همه چیزهایی که در زیر گفته می شود به طور یکسان برای همه باتری های لیتیومی اعمال می شود.

نحوه شارژ صحیح باتری های لیتیوم یون

صحیح ترین روش شارژ باتری های لیتیومی شارژ در دو مرحله است. این روشی است که سونی در تمام شارژرهای خود از آن استفاده می کند. با وجود کنترلر شارژ پیچیده تر، این باتری های لیتیوم یون شارژ کامل تری را بدون به خطر انداختن طول عمر آنها فراهم می کند.

در اینجا ما در مورد مشخصات شارژ دو مرحله ای باتری های لیتیومی صحبت می کنیم که به اختصار CC / CV (جریان ثابت، ولتاژ ثابت) نامیده می شود. گزینه هایی با جریان های پالسی و پله ای نیز وجود دارد که در این مقاله به آنها توجه نشده است. می توانید در مورد شارژ با جریان پالسی بیشتر بخوانید.

بنابراین، اجازه دهید هر دو مرحله شارژ را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

1. در مرحله اولجریان شارژ ثابت باید تضمین شود. مقدار فعلی 0.2-0.5C است. برای شارژ سریع، مجاز است جریان را به 0.5-1.0C افزایش دهید (که در آن C ظرفیت باتری است).

به عنوان مثال، برای باتری با ظرفیت 3000 میلی آمپر در ساعت، جریان شارژ اسمی در مرحله اول 600-1500 میلی آمپر است و جریان شارژ شتاب می تواند در محدوده 1.5-3 آمپر باشد.

برای ارائه یک جریان شارژ ثابت با یک مقدار معین، مدار شارژر (شارژر) باید بتواند ولتاژ را در پایانه های باتری افزایش دهد. در واقع در مرحله اول شارژر مانند یک تثبیت کننده جریان کلاسیک عمل می کند.

مهم:اگر قصد دارید باتری ها را با برد محافظ داخلی (PCB) شارژ کنید، پس هنگام طراحی مدار حافظه، باید مطمئن شوید که ولتاژ مدار باز مدار هرگز از 6-7 ولت تجاوز نکند. در غیر این صورت، برد محافظ ممکن است آسیب ببیند.

در لحظه ای که ولتاژ باتری به مقدار 4.2 ولت افزایش می یابد، باتری تقریباً 70-80٪ از ظرفیت خود را به دست می آورد (مقدار خاص ظرفیت به جریان شارژ بستگی دارد: با شارژ سریع آن کمی کاهش می یابد. کمتر، با اسمی - کمی بیشتر). این لحظه پایان مرحله اول شارژ است و به عنوان سیگنالی برای انتقال به مرحله دوم (و آخرین) عمل می کند.

2. مرحله دوم شارژ- این یک شارژ باتری با ولتاژ ثابت است، اما جریان به تدریج کاهش می یابد (افت).

در این مرحله شارژر ولتاژ 4.15-4.25 ولت را روی باتری حفظ کرده و مقدار جریان را کنترل می کند.

با افزایش ظرفیت، جریان شارژ کاهش می یابد. به محض کاهش مقدار آن به 0.05-0.01C، فرآیند شارژ کامل در نظر گرفته می شود.

نکته مهم در عملکرد صحیح شارژر، قطع کامل آن از باتری پس از اتمام شارژ است. این به دلیل این واقعیت است که برای باتری های لیتیومی بسیار نامطلوب است که آنها برای مدت طولانی تحت ولتاژ افزایش یافته باشند، که معمولاً یک شارژر (یعنی 4.18-4.24 ولت) فراهم می کند. این منجر به تخریب سریع ترکیب شیمیایی باتری و در نتیجه کاهش ظرفیت آن می شود. اقامت طولانی مدت به معنای ده ها ساعت یا بیشتر است.

در مرحله دوم شارژ، باتری تقریباً 0.1-0.15 دیگر از ظرفیت خود را به دست می آورد. بنابراین کل شارژ باتری به 90-95٪ می رسد که یک شاخص عالی است.

ما دو مرحله اصلی شارژ را پوشش داده ایم. با این حال، پوشش موضوع شارژ باتری های لیتیومی ناقص خواهد بود اگر یک مرحله دیگر از شارژ ذکر نشده باشد - به اصطلاح. پیش شارژ

مرحله پیش شارژ (پیش شارژ)- این مرحله فقط برای باتری های با دشارژ عمیق (زیر 2.5 ولت) استفاده می شود تا آنها را به شرایط عادی کار برگرداند.

در این مرحله شارژ با یک جریان ثابت با مقدار کاهش یافته تا زمانی که ولتاژ باتری به 2.8 ولت برسد تامین می شود.

برای جلوگیری از تورم و کاهش فشار (یا حتی انفجار با آتش) باتری های آسیب دیده، به عنوان مثال، داشتن یک اتصال کوتاه داخلی بین الکترودها، یک مرحله مقدماتی ضروری است. اگر یک جریان شارژ زیاد بلافاصله از چنین باتری عبور کند، این به ناچار منجر به گرم شدن آن می شود و پس از آن چقدر خوش شانس است.

یکی دیگر از مزایای پیش شارژ، گرم کردن باتری است که هنگام شارژ در دمای پایین محیط (در یک اتاق گرم نشده در فصل سرد) مهم است.

شارژ هوشمند باید بتواند ولتاژ باتری را در مرحله اولیه شارژ کنترل کند و اگر ولتاژ برای مدت طولانی افزایش نیابد، نتیجه بگیرد که باتری معیوب است.

تمام مراحل شارژ باتری لیتیوم یونی (از جمله مرحله پیش شارژ) به صورت شماتیک در این نمودار نشان داده شده است:

بیش از 0.15 ولت از ولتاژ شارژ نامی می تواند عمر باتری را به نصف کاهش دهد. کاهش ولتاژ شارژ به میزان 0.1 ولت، ظرفیت باتری شارژ شده را تا حدود 10 درصد کاهش می دهد، اما عمر آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. ولتاژ یک باتری کاملا شارژ شده پس از خارج کردن آن از شارژر 4.1-4.15 ولت است.

برای جمع بندی مطالب فوق، به تشریح پایان نامه های اصلی می پردازیم:

1. باتری لیتیوم یونی (مثلا 18650 یا هر باتری دیگری) با چه جریانی شارژ شود؟

جریان به سرعتی که می خواهید آن را شارژ کنید بستگی دارد و می تواند از 0.2C تا 1C متغیر باشد.

به عنوان مثال، برای یک باتری سایز 18650 با ظرفیت 3400 میلی آمپر ساعت، حداقل جریان شارژ 680 میلی آمپر و حداکثر آن 3400 میلی آمپر است.

2-چقدر طول میکشه که مثلا همون باطری های شارژی 18650 شارژ بشه؟

زمان شارژ مستقیماً به جریان شارژ بستگی دارد و با فرمول محاسبه می شود:

T = C / شارژ می کنم.

به عنوان مثال، زمان شارژ باتری 3400 میلی آمپری ما با جریان 1 آمپر حدود 3.5 ساعت خواهد بود.

3. چگونه باتری لیتیوم پلیمری را به درستی شارژ کنیم؟

تمام باتری های لیتیومی به یک شکل شارژ می شوند. فرقی نمی کند لیتیوم پلیمر باشد یا لیتیوم یون. برای ما مصرف کنندگان، هیچ تفاوتی وجود ندارد.

برد حفاظتی چیست؟

برد محافظ (یا برد کنترل قدرت PCB) برای محافظت در برابر اتصال کوتاه، شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد باتری لیتیومی طراحی شده است. به عنوان یک قاعده، حفاظت از گرمای بیش از حد نیز در ماژول های حفاظتی تعبیه شده است.

به دلایل ایمنی استفاده از باتری های لیتیومی در لوازم خانگی در صورت نداشتن برد محافظ داخلی ممنوع است. بنابراین، تمام باتری های تلفن های همراه همیشه دارای یک برد PCB هستند. پایانه های خروجی باتری مستقیماً روی برد قرار دارند:

این بردها از یک کنترلر شارژ شش پایه مبتنی بر میکروه تخصصی (آنالوگ های JW01، JW11، K091، G2J، G3J، S8210، S8261، NE57600 و غیره) استفاده می کنند. وظیفه این کنترلر این است که وقتی باتری کاملا خالی شد، باتری را از بار جدا می کند و وقتی باتری به ولتاژ 4.25 ولت رسید، آن را از شارژ جدا می کند.

به عنوان مثال، نموداری از برد محافظ باتری BP-6M که برای گوشی های قدیمی نوکیا عرضه شده است را مشاهده می کنید:

اگر در مورد 18650 صحبت کنیم، می توان آنها را با یا بدون برد محافظ تولید کرد. ماژول حفاظتی در قسمت پایانه منفی باتری قرار دارد.

برد طول باتری را 2-3 میلی متر افزایش می دهد.

باتری های بدون PCB معمولاً در باتری هایی با مدارهای حفاظتی خاص خود قرار می گیرند.

هر باتری با محافظ می تواند به راحتی بدون محافظ به باتری تبدیل شود، فقط باید آن را تخلیه کنید.

حداکثر ظرفیت باتری 18650 تا به امروز 3400 میلی آمپر ساعت است. باتری های محافظت شده باید روی کیس علامت گذاری شوند ("محافظت شده").

PCB را با ماژول شارژ برق (PCM) اشتباه نگیرید. اگر اولی فقط برای محافظت از باتری کار می کند، دومی برای کنترل فرآیند شارژ طراحی شده است - آنها جریان شارژ را در یک سطح معین محدود می کنند، دما را کنترل می کنند و به طور کلی کل فرآیند را فراهم می کنند. برد PCM همان چیزی است که ما آن را کنترل کننده شارژ می نامیم.

امیدوارم الان هیچ سوالی باقی نماند، چگونه باتری 18650 یا هر باتری لیتیوم دیگری را شارژ کنیم؟ سپس به مجموعه کوچکی از راه حل های مداری آماده برای شارژرها (همان کنترل کننده های شارژ) می پردازیم.

طرح های شارژ باتری های لیتیوم یون

تمام مدارها برای شارژ هر باتری لیتیومی مناسب هستند، تنها تصمیم گیری در مورد جریان شارژ و پایه عنصر باقی می ماند.

LM317

نمودار یک شارژر ساده بر اساس ریزمدار LM317 با نشانگر شارژ:

مدار ساده است، کل تنظیمات به تنظیم ولتاژ خروجی 4.2 ولت با استفاده از مقاومت تریمر R8 (بدون باتری متصل!) و تنظیم جریان شارژ با انتخاب مقاومت های R4، R6 کاهش می یابد. قدرت مقاومت R1 حداقل 1 وات است.

به محض خاموش شدن LED، فرآیند شارژ را می توان کامل در نظر گرفت (جریان شارژ هرگز به صفر نمی رسد). توصیه نمی شود که باتری را برای مدت طولانی پس از شارژ کامل در این شارژ نگه دارید.

میکرو مدار lm317 به طور گسترده در تثبیت کننده های مختلف ولتاژ و جریان (بسته به مدار سوئیچینگ) استفاده می شود. در هر گوشه فروخته می شود و فقط یک پنی قیمت دارد (شما می توانید 10 قطعه را فقط با 55 روبل بگیرید).

LM317 در بدنه های مختلفی عرضه می شود:

تخصیص پین (pinout):

آنالوگ های ریز مدار LM317 عبارتند از: GL317، SG31، SG317، UC317T، ECG1900، LM31MDT، SP900، KR142EN12، KR1157EN1 (دو مورد آخر تولید داخلی هستند).

اگر به جای LM317 از LM350 استفاده کنید، جریان شارژ را می توان به 3 آمپر افزایش داد. درست است ، گران تر خواهد بود - 11 روبل / قطعه.

PCB و مونتاژ شماتیک در زیر نشان داده شده است:

ترانزیستور قدیمی شوروی KT361 را می توان با ترانزیستور p-n-p مشابه جایگزین کرد (به عنوان مثال، KT3107، KT3108 یا بورژوایی 2N5086، 2SA733، BC308A). در صورت عدم نیاز به نشانگر شارژ، می توان آن را به طور کلی حذف کرد.

عیب مدار: ولتاژ تغذیه باید بین 8-12 ولت باشد. این به این دلیل است که برای عملکرد عادی ریز مدار LM317، اختلاف بین ولتاژ باتری و ولتاژ تغذیه باید حداقل 4.25 ولت باشد. بنابراین، از درگاه USB کار نخواهد کرد.

MAX1555 یا MAX1551

MAX1551 / MAX1555 شارژرهای اختصاصی Li + باتری هستند که می توانند از طریق USB یا یک آداپتور برق جداگانه (مانند شارژر تلفن) تغذیه شوند.

تنها تفاوت این ریز مدارها این است که MAX1555 سیگنالی برای نشانگر فرآیند شارژ می دهد و MAX1551 سیگنال روشن بودن برق را می دهد. آن ها 1555 در بیشتر موارد هنوز ارجح است، بنابراین یافتن 1551 در حال حاضر دشوار است.

شرح دقیق این ریز مدارها از سازنده -.

حداکثر ولتاژ ورودی از آداپتور DC 7 ولت است، هنگامی که از USB تغذیه می شود - 6 ولت. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه به 3.52 ولت کاهش می یابد، ریز مدار خاموش می شود و شارژ متوقف می شود.

خود ریز مدار تشخیص می دهد که ولتاژ تغذیه در کدام ورودی وجود دارد و به آن متصل می شود. اگر برق از طریق اتوبوس YUSB تامین شود، حداکثر جریان شارژ به 100 میلی آمپر محدود می شود - این به شما امکان می دهد بدون ترس از سوختن پل جنوبی شارژر را به درگاه USB هر رایانه ای بچسبانید.

هنگامی که توسط یک منبع تغذیه جداگانه تغذیه می شود، جریان شارژ معمولی 280 میلی آمپر است.

ریز مدارها دارای محافظ داخلی در برابر گرمای بیش از حد هستند. با این حال، مدار به کار خود ادامه می دهد و جریان شارژ را به میزان 17 میلی آمپر برای هر درجه بالاتر از 110 درجه سانتی گراد کاهش می دهد.

یک عملکرد پیش شارژ وجود دارد (به بالا مراجعه کنید): تا زمانی که ولتاژ باتری کمتر از 3 ولت باشد، ریز مدار جریان شارژ را به 40 میلی آمپر محدود می کند.

میکرو مدار دارای 5 پین است. در اینجا یک نمودار اتصال معمولی است:

اگر تضمینی وجود دارد که ولتاژ خروجی آداپتور شما تحت هیچ شرایطی از 7 ولت تجاوز نمی کند، می توانید بدون تثبیت کننده 7805 این کار را انجام دهید.

گزینه شارژ USB را می توان به عنوان مثال روی این یکی مونتاژ کرد.

ریز مدار نیازی به دیودهای خارجی یا ترانزیستورهای خارجی ندارد. به طور کلی، البته، میکروهی زرق و برق دار! فقط آنها خیلی کوچک هستند، لحیم کاری ناخوشایند است. و همچنین گران هستند ().

LP2951

تثبیت کننده LP2951 توسط National Semiconductors () تولید شده است. اجرای عملکرد محدود کننده جریان داخلی را فراهم می کند و به شما امکان می دهد سطح ثابتی از ولتاژ شارژ باتری لیتیوم یون را در خروجی مدار ایجاد کنید.

ولتاژ شارژ 4.08 - 4.26 ولت است و توسط مقاومت R3 در هنگام قطع باتری تنظیم می شود. تنش بسیار دقیق برگزار می شود.

جریان شارژ 150 - 300 میلی آمپر است، این مقدار توسط مدارهای داخلی ریزمدار LP2951 (بسته به سازنده) محدود می شود.

از دیود با جریان معکوس کوچک استفاده کنید. به عنوان مثال، می تواند هر یک از سری 1N400X باشد که می توانید خریداری کنید. دیود به عنوان یک دیود مسدود کننده برای جلوگیری از جریان معکوس از باتری به ریزمدار LP2951 هنگام قطع ولتاژ ورودی استفاده می شود.

این شارژ جریان شارژ نسبتاً کمی را فراهم می کند، به طوری که هر باتری 18650 را می توان یک شبه شارژ کرد.

ریزگرد را می توان هم در بسته DIP و هم در بسته SOIC خریداری کرد (هزینه هر قطعه حدود 10 روبل است).

MCP73831

ریز مدار به شما امکان می دهد شارژرهای مناسب ایجاد کنید و همچنین ارزان تر از MAX1555 هایپ است.

یک نمودار اتصال معمولی از:

یک مزیت مهم مدار عدم وجود مقاومت های قدرت کم مقاومت است که جریان شارژ را محدود می کند. در اینجا جریان توسط یک مقاومت متصل به پایه 5 میکرو مدار تنظیم می شود. مقاومت آن باید در محدوده 2-10 کیلو اهم باشد.

شارژر کامل به شکل زیر است:

ریزمدار در حین کار به خوبی گرم می شود، اما به نظر نمی رسد که تداخلی با آن ایجاد کند. عملکرد خود را انجام می دهد.

در اینجا یک گزینه PCB دیگر با smd LED و کانکتور micro USB وجود دارد:

LTC4054 (STC4054)

یک مدار بسیار ساده، یک گزینه عالی! اجازه شارژ با جریان تا 800 میلی آمپر را می دهد (نگاه کنید به). درست است که بسیار گرم می شود، اما در این مورد، محافظ داخلی در برابر گرمای بیش از حد جریان را کاهش می دهد.

مدار را می توان با بیرون انداختن یک یا حتی هر دو LED با یک ترانزیستور بسیار ساده کرد. سپس اینگونه به نظر می رسد (باید اعتراف کنید که هیچ جا ساده تر نیست: یک جفت مقاومت و یک کندانسور):

یکی از گزینه های PCB در دسترس است. این برد برای عناصر با اندازه استاندارد 0805 طراحی شده است.

I = 1000 / R... ارزش ندارد فوراً جریان زیادی را تنظیم کنید، ابتدا به میزان گرم شدن ریز مدار نگاه کنید. برای اهداف خودم، من یک مقاومت 2.7 کیلو اهم گرفتم، در حالی که جریان شارژ حدود 360 میلی آمپر بود.

رادیاتور برای این ریزمدار بعید است که بتواند با آن سازگار شود، و این یک واقعیت نیست که به دلیل مقاومت حرارتی بالای انتقال کریستال به کیس موثر باشد. سازنده توصیه می کند که هیت سینک را "از طریق پین ها" بسازید - مسیرها را تا حد ممکن ضخیم کنید و فویل را در زیر محفظه ریز مدار بگذارید. به طور کلی، هر چه فویل "سفالی" بیشتری باقی بماند، بهتر است.

به هر حال، بیشتر گرما از طریق پایه سوم پخش می شود، بنابراین می توانید این مسیر را بسیار گسترده و ضخیم کنید (آن را با لحیم کاری اضافی پر کنید).

بسته تراشه LTC4054 می تواند دارای برچسب LTH7 یا LTADY باشد.

تفاوت LTH7 با LTADY در این است که اولی می تواند یک باتری به شدت مرده را بلند کند (که ولتاژ آن کمتر از 2.9 ولت است) و دومی نمی تواند (شما باید آن را جداگانه بچرخانید).

Microcircuit بسیار موفق شد، بنابراین دارای یک دسته از آنالوگ ها: STC4054، MCP73831، TB4054، QX4054، TP4054، SGM4054، ACE4054، LP4054، U4054، BL4054، WPM4054، IT4504، Y1880، PT6102، PT6181، VS6102، CX6001، LC902، CX6001، LC902 EC49016، CYT5026، Q7051. قبل از استفاده از هر یک از آنالوگ ها، برگه اطلاعات را بررسی کنید.

TP4056

ریز مدار در مورد SOP-8 ساخته شده است (نگاه کنید به) ، دارای یک جمع کننده حرارت فلزی در شکم خود است که به مخاطبین متصل نیست ، که باعث می شود گرما را به طور موثرتر حذف کنید. به شما امکان می دهد باتری را با جریانی تا 1 آمپر شارژ کنید (جریان به مقاومت تنظیم کننده جریان بستگی دارد).

نمودار اتصال به حداقل عناصر لولایی نیاز دارد:

مدار فرآیند شارژ کلاسیک را اجرا می کند - ابتدا با یک جریان ثابت شارژ می شود، سپس با یک ولتاژ ثابت و یک جریان نزولی. همه چیز علمی است. اگر مرحله به مرحله شارژ را جدا کنید، می توانید چندین مرحله را تشخیص دهید:

1. نظارت بر ولتاژ باتری متصل (این به طور مداوم اتفاق می افتد).
2. مرحله پیش شارژ (اگر باتری کمتر از 2.9 ولت تخلیه شود). با جریان 1/10 از مقاومت برنامه ریزی شده R prog (100 میلی آمپر در R prog = 1.2 کیلو اهم) تا سطح 2.9 ولت شارژ کنید.
3. شارژ با حداکثر جریان ثابت (1000 میلی آمپر در R prog = 1.2 کیلو اهم).
4. هنگامی که باتری به 4.2 ولت می رسد، ولتاژ باتری در این سطح ثابت می شود. کاهش تدریجی جریان شارژ شروع می شود.
5. هنگامی که جریان به 1/10 مقدار برنامه ریزی شده توسط مقاومت R prog (100mA در R prog = 1.2kOhm) رسید، شارژر خاموش می شود.
6. پس از پایان شارژ، کنترل کننده به نظارت بر ولتاژ باتری ادامه می دهد (به مورد 1 مراجعه کنید). جریان مصرفی مدار مانیتورینگ 2-3 μA است. پس از کاهش ولتاژ به 4.0 ولت، شارژ دوباره روشن می شود. و به همین ترتیب در یک دایره.

جریان شارژ (بر حسب آمپر) با فرمول محاسبه می شود I = 1200 / R prog... حداکثر مجاز 1000 میلی آمپر است.

آزمایش شارژ واقعی با باتری 18650 در 3400 میلی آمپر ساعت در نمودار نشان داده شده است:

مزیت میکرو مدار این است که جریان شارژ تنها توسط یک مقاومت تنظیم می شود. مقاومت کم مقاومت قوی لازم نیست. به علاوه یک نشانگر فرآیند شارژ و همچنین نشانگر پایان شارژ وجود دارد. وقتی باتری وصل نیست، نشانگر هر چند ثانیه یک بار چشمک می زند.

ولتاژ تغذیه مدار باید در محدوده 4.5 ... 8 ولت باشد. هرچه به 4.5 ولت نزدیکتر باشد، بهتر است (به این ترتیب تراشه کمتر گرم می شود).

پایه اول برای اتصال سنسور دمای تعبیه شده به باتری لیتیوم یونی (معمولاً سرب وسط باتری تلفن همراه) استفاده می شود. اگر ولتاژ در خروجی کمتر از 45 درصد یا بالای 80 درصد ولتاژ منبع تغذیه باشد، شارژ به حالت تعلیق در می آید. اگر به کنترل دما نیاز ندارید، فقط آن پا را روی زمین بگذارید.

توجه! این مدار یک اشکال قابل توجه دارد: عدم وجود مدار حفاظت معکوس قطبیت باتری. در این حالت، کنترل کننده به دلیل تجاوز از حداکثر جریان، سوختگی تضمین می شود. در این حالت ولتاژ تغذیه مدار مستقیماً به باتری می رود که بسیار خطرناک است.

علامت ساده است، در یک ساعت روی زانو انجام می شود. اگر زمان در حال اتمام است، می توانید ماژول های آماده را سفارش دهید. برخی از تولید کنندگان ماژول های آماده محافظت در برابر جریان اضافی و تخلیه بیش از حد را اضافه می کنند (به عنوان مثال، شما می توانید انتخاب کنید به کدام برد نیاز دارید - با یا بدون حفاظت، و با کدام کانکتور).

همچنین می‌توانید تخته‌های آماده با یک کنتاکت خروجی برای سنسور دما پیدا کنید. یا حتی یک ماژول شارژ با چندین ریز مدار موازی TP4056 برای افزایش جریان شارژ و با محافظت از قطبیت معکوس (به عنوان مثال).

LTC1734

این نیز یک طرح بسیار ساده است. جریان شارژ توسط مقاومت R prog تنظیم می شود (مثلاً اگر یک مقاومت 3 کیلو اهم قرار دهید، جریان 500 میلی آمپر خواهد بود).

ریز مدارها معمولاً روی قاب علامت گذاری می شوند: LTRG (اغلب می توان آنها را در تلفن های قدیمی سامسونگ یافت).

هر ترانزیستور p-n-p به طور کلی مناسب است، نکته اصلی این است که برای جریان شارژ معین طراحی شده است.

در نمودار نشان داده شده نشانگر شارژ وجود ندارد، اما LTC1734 می گوید که پین ​​"4" (Prog) دو عملکرد دارد - تنظیم جریان و نظارت بر پایان شارژ باتری. به عنوان مثال، مداری با کنترل پایان شارژ با استفاده از مقایسه کننده LT1716 نشان داده شده است.

مقایسه کننده LT1716 در این مورد می تواند با یک LM358 ارزان جایگزین شود.

TL431 + ترانزیستور

احتمالاً ایجاد مداری از اجزای مقرون به صرفه تر دشوار است. بخش مشکل در اینجا یافتن مرجع ولتاژ TL431 است. اما آنها به قدری گسترده هستند که تقریباً در همه جا یافت می شوند (به ندرت هر منبع تغذیه می تواند بدون این ریز مدار کار کند).

خوب، ترانزیستور TIP41 را می توان با هر ترانزیستور دیگری با جریان کلکتور مناسب جایگزین کرد. حتی KT819، KT805 شوروی قدیمی (یا KT815، KT817 کمتر قدرتمندتر) این کار را انجام خواهد داد.

راه اندازی مدار به تنظیم ولتاژ خروجی (بدون باتری !!!) با استفاده از یک مقاومت پیرایش در 4.2 ولت کاهش می یابد. مقاومت R1 حداکثر جریان شارژ را تنظیم می کند.

این مدار یک فرآیند دو مرحله ای شارژ باتری های لیتیومی را به طور کامل اجرا می کند - ابتدا شارژ با جریان مستقیم، سپس انتقال به فاز تثبیت ولتاژ و کاهش تدریجی جریان به تقریبا صفر. تنها ایراد آن تکرارپذیری ضعیف مدار است (در تنظیم دمدمی مزاج و نیاز به قطعات مورد استفاده).

MCP73812

یک ریز مدار نادیده گرفته دیگری از Microchip وجود دارد - MCP73812 (نگاه کنید به). بر اساس آن، یک گزینه شارژ بسیار مقرون به صرفه (و ارزان!) به دست آمده است. کیت کل بدنه فقط یک مقاومت است!

به هر حال، ریز مدار در یک مورد مناسب برای لحیم کاری ساخته شده است - SOT23-5.

تنها نکته منفی این است که بسیار گرم می شود و هیچ نشانه شارژ وجود ندارد. همچنین اگر منبع تغذیه کم مصرف داشته باشید (که باعث افت ولتاژ می شود) به نحوی چندان قابل اعتماد کار نمی کند.

به طور کلی، اگر نشانگر شارژ برای شما مهم نیست و جریان 500 میلی آمپر برای شما مناسب است، پس MCP73812 گزینه بسیار خوبی است.

NCP1835

یک راه حل کاملا یکپارچه ارائه شده است - NCP1835B که پایداری بالایی در ولتاژ شارژ (4.2 ± 0.05 ولت) ارائه می دهد.

شاید تنها ایراد این ریز مدار اندازه بسیار مینیاتوری آن باشد (قاب DFN-10، اندازه 3x3 میلی متر). همه قادر به لحیم کاری با کیفیت بالا از چنین عناصر مینیاتوری نیستند.

از مزایای غیرقابل انکار، می خواهم به موارد زیر اشاره کنم:

1. حداقل تعداد قطعات بدنه کیت.
2. قابلیت شارژ باتری کاملاً دشارژ شده (پیش شارژ با جریان 30 میلی آمپر).
3. تعیین پایان شارژ.
4. جریان شارژ قابل برنامه ریزی - تا 1000 میلی آمپر.
5. نشانگر شارژ و خطا (قابلیت تشخیص باتری های غیر قابل شارژ و سیگنال دهی در مورد آن).
6. محافظت در برابر شارژ مداوم (با تغییر ظرفیت خازن C t می توانید حداکثر زمان شارژ را از 6.6 تا 784 دقیقه تنظیم کنید).

هزینه ریز مدار آنقدر ارزان نیست، اما آنقدر بالا نیست (~ 1 دلار) که از استفاده از آن خودداری کنید. اگر با آهن لحیم کاری دوست هستید، پیشنهاد می کنم این گزینه را انتخاب کنید.

توضیحات دقیق تر در

آیا باتری لیتیوم یونی بدون کنترلر قابل شارژ است؟

بله، تو میتونی. با این حال، این به کنترل دقیق جریان و ولتاژ شارژ نیاز دارد.

در کل شارژ باتری مثلا 18650 ما بدون شارژر اصلا کار نمیکنه. با این حال، شما باید به نحوی حداکثر جریان شارژ را محدود کنید، بنابراین حداقل ابتدایی ترین شارژر هنوز مورد نیاز است.

ساده ترین شارژر برای هر باتری لیتیومی یک مقاومت سری با باتری است:

مقاومت و اتلاف توان مقاومت به ولتاژ منبع تغذیه ای که برای شارژ استفاده می شود بستگی دارد.

بیایید به عنوان مثال مقاومت یک منبع تغذیه 5 ولت را محاسبه کنیم. ما یک باتری 18650 با ظرفیت 2400 میلی آمپر ساعت شارژ خواهیم کرد.

بنابراین، در همان ابتدای شارژ، افت ولتاژ در مقاومت به صورت زیر خواهد بود:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 ولت

فرض کنید منبع تغذیه 5 ولتی ما برای حداکثر جریان 1 آمپر درجه بندی شده است. مدار بیشترین جریان را در همان ابتدای شارژ مصرف می کند، زمانی که ولتاژ باتری حداقل است و 2.7-2.8 ولت است.

توجه: در این محاسبات این احتمال که باتری می تواند بسیار عمیق تخلیه شود و ولتاژ روی آن می تواند بسیار کمتر و به صفر برسد را در نظر نمی گیرد.

بنابراین، مقاومت مقاومت مورد نیاز برای محدود کردن جریان در همان ابتدای شارژ در سطح 1 آمپر باید:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 اهم

قدرت اتلاف مقاومت:

P r = I 2 R = 1 * 1 * 2.2 = 2.2 W

در پایان شارژ باتری، زمانی که ولتاژ روی آن به 4.2 ولت نزدیک شود، جریان شارژ به صورت زیر خواهد بود:

I شارژ = (U ip - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 A

یعنی همانطور که می بینیم همه مقادیر از حد مجاز برای یک باتری معین فراتر نمی روند: جریان اولیه از حداکثر جریان شارژ مجاز برای یک باتری معین (2.4 A) تجاوز نمی کند و جریان نهایی از جریان بیشتر می شود. که در آن باتری دیگر ظرفیت خود را افزایش نمی دهد ( 0.24 A).

نقطه ضعف اصلی چنین شارژی نیاز به نظارت مداوم بر ولتاژ باتری است. و به محض اینکه ولتاژ به 4.2 ولت رسید شارژ را به صورت دستی قطع کنید. واقعیت این است که باتری های لیتیومی حتی یک اضافه ولتاژ کوتاه مدت را به شدت تحمل نمی کنند - توده های الکترود به سرعت شروع به تخریب می کنند، که به ناچار منجر به از دست دادن ظرفیت می شود. در عین حال، تمام پیش نیازها برای گرم شدن بیش از حد و کاهش فشار ایجاد می شود.

اگر باتری شما دارای برد محافظ داخلی است که کمی در بالا توضیح داده شد، پس همه چیز ساده شده است. هنگامی که ولتاژ مشخصی به باتری رسید، برد به طور خودکار آن را از شارژر جدا می کند. با این حال، این روش شارژ دارای معایب قابل توجهی است که در مورد آنها صحبت کردیم.

محافظ تعبیه شده در باتری به هیچ عنوان اجازه شارژ مجدد آن را نخواهد داد. تنها کاری که باید انجام دهید این است که جریان شارژ را کنترل کنید تا از مقادیر مجاز این باتری تجاوز نکند (متاسفانه بردهای محافظ نمی دانند چگونه جریان شارژ را محدود کنند).

شارژ با منبع تغذیه آزمایشگاهی

اگر منبع تغذیه محدود فعلی در اختیار دارید، نجات یافته اید! چنین منبع انرژی در حال حاضر یک شارژر تمام عیار است که مشخصات شارژ صحیح را که در بالا در مورد آن نوشتیم (CC / CV) اجرا می کند.

تنها کاری که برای شارژ لیتیوم یون باید انجام دهید این است که 4.2 ولت را روی منبع تغذیه تنظیم کرده و حد جریان مورد نظر را تنظیم کنید. و می توانید باتری را وصل کنید.

در ابتدا، زمانی که باتری هنوز خالی است، منبع تغذیه آزمایشگاه در حالت حفاظت جریان کار می کند (یعنی جریان خروجی را در یک سطح معین تثبیت می کند). سپس، هنگامی که ولتاژ روی بانک به 4.2 ولت تنظیم شده افزایش می یابد، منبع تغذیه به حالت تثبیت ولتاژ می رود و جریان شروع به کاهش می کند.

هنگامی که جریان به 0.05-0.1 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، می توان باتری را کاملاً شارژ شده در نظر گرفت.

همانطور که می بینید، یک PSU آزمایشگاهی تقریبا یک شارژر ایده آل است! تنها کاری که او نمی داند چگونه به طور خودکار انجام دهد این است که تصمیم بگیرد باتری را به طور کامل شارژ کرده و خاموش کند. اما این یک چیز کوچک است که حتی ارزش توجه به آن را ندارد.

چگونه باتری های لیتیومی را شارژ کنم؟

و اگر ما در مورد باتری یکبار مصرف صحبت می کنیم که برای شارژ مجدد در نظر گرفته نشده است، پاسخ صحیح (و تنها صحیح) به این سوال هیچ است.

واقعیت این است که هر باتری لیتیومی (به عنوان مثال، CR2032 گسترده به شکل یک قرص تخت) با وجود یک لایه غیرفعال داخلی که آند لیتیوم را می پوشاند مشخص می شود. این لایه از واکنش شیمیایی آند با الکترولیت جلوگیری می کند. و تامین جریان خارجی لایه محافظ فوق را از بین می برد و منجر به آسیب به باتری می شود.

به هر حال، اگر در مورد باتری غیرقابل شارژ CR2032 صحبت کنیم، یعنی LIR2032، که بسیار شبیه به آن است، در حال حاضر یک باتری تمام عیار است. می تواند و باید شارژ شود. فقط ولتاژ او 3 نیست بلکه 3.6 ولت است.

نحوه شارژ باتری های لیتیومی (خواه باتری گوشی باشد، باتری 18650 یا هر باتری لیتیوم یون دیگری) در ابتدای مقاله مورد بحث قرار گرفت.

ریز مدارها را از کجا بخریم؟

البته می توانید در Chip-Dip خرید کنید، اما آنجا گران است. بنابراین، من همیشه در یک فروشگاه بسیار مخفی خرید می کنم)) مهمترین چیز این است که فروشنده مناسب را انتخاب کنید، سپس سفارش سریع و مطمئن خواهد آمد.

برای راحتی شما، من مطمئن ترین فروشندگان را در یک جدول جمع آوری کرده ام، از آن برای سلامتی استفاده کنید:

نام	برگه داده	قیمت
LM317		مالش 5.5 / PC.	خرید کنید
LM350
LTC1734		42 روبل / عدد.	خرید کنید
TL431		85 کوپک / عدد.	خرید کنید
MCP73812		مالش 65 / عدد.	خرید کنید
NCP1835		مالش 83 / عدد.	خرید کنید
* تمامی آی سی ها با ارسال رایگان

اکثر دستگاه‌های الکترونیکی مدرن، مانند لپ‌تاپ، تلفن یا پخش‌کننده، مجهز به باتری‌های لیتیوم یونی هستند که به‌عنوان منبع تغذیه مستقل عمل می‌کنند. این باتری‌های یونی نسبتاً اخیراً ساخته شده‌اند، اما به دلیل ویژگی‌هایی که دارند، محبوبیت زیادی در بین طراحان و سازندگان گجت‌ها به دست آورده‌اند. در حال حاضر علاوه بر انواع لوازم خانگی، ابزارهای زیادی برای تزئین و تعمیر، پیچ گوشتی یا دستگاه های برش به چنین منابع برق مجهز شده اند. در این مقاله انواع باتری‌های لیتیوم یونی، حوزه‌های کاربرد و اصل عملکرد آن‌ها بحث می‌شود.

انواع باتری های لیتیوم یونی

باتری های قابل شارژ که بر اساس اصل ذخیره انرژی و رساندن آن به دستگاه مصرفی کار می کنند، انواع مختلفی دارند که می توانند در یک واحد لیتیوم یونی ترکیب شوند. این باتری ها عبارتند از:

1. باتری لیتیوم کبالت. چنین دستگاهی از یک آند گرافیت و یک کاتد ساخته شده از اکسید کبالت تشکیل شده است. کاتد دارای ساختار صفحه مانند با شکاف بین قطعات است، بنابراین، زمانی که برق مصرف می شود، یون های لیتیوم از آند به صفحات عرضه می شود، یک واکنش الکترومغناطیسی رخ می دهد و ولتاژ به پایانه ها می رسد. نقطه ضعف چنین سیستمی مقاومت ضعیف مکانیزم در برابر درجه حرارت است، زیرا با نشانگرهای منفی، باتری تخلیه می شود، حتی اگر به مصرف کننده متصل نباشد. در هنگام شارژ مجدد محصول جهت جریان تغییر می کند و یون های لیتیوم از طریق کاتدها وارد آندها می شوند و تجمع آنها اتفاق می افتد و ولتاژ افزایش می یابد. اتصال شارژر به باتری که ولتاژ اسمی آن بالاتر از نشانگر قطعه است اکیداً ممنوع است ، در غیر این صورت ممکن است باتری بیش از حد گرم شود ، صفحات ذوب شوند و کیس ترک بخورد.
2. باتری لیتیوم منگنز. همچنین برای باتری های لیتیوم یونی که محیط کار آنها از اسپینل منگنز به شکل تونل های صلیبی سه بعدی ساخته شده است، صدق می کند. برخلاف سیستم کبالت، این نوع پایه عبور بدون مانع یون های لیتیوم را از آند به کاتد و بیشتر به تماس های دستگاه تضمین می کند. مزیت اصلی باتری لیتیوم یون منگنز مقاومت مواد کم آن است، به همین دلیل است که چنین باتری هایی اغلب برای وسایل نقلیه هیبریدی، ابزارهایی که مقدار زیادی جریان مصرف می کنند یا در تجهیزات پزشکی که به طور مستقل کار می کنند استفاده می شود. گرم کردن باتری در هنگام شارژ مجدد تا 80 درجه مجاز است و جریان نامی می تواند تا 20-30 آمپر باشد. توصیه نمی شود بیش از دو ثانیه روی باتری با جریانی که ولتاژ آن بالاتر از 50 آمپر است عمل کنید، در غیر این صورت اسپینل ها ممکن است بیش از حد گرم شوند و از کار بیفتند.

1. باتری های قابل شارژ لیتیوم یون با کاتد فسفات آهن. چنین باتری به دلیل هزینه تولید نسبتاً بالا نادر است و قیمت نهایی آن کمی بالاتر از سایر باتری های لیتیوم یونی است. کاتد فسفات یک مزیت بزرگ دارد: عمر مفید محصول و فرکانس شارژ مجدد به طور قابل توجهی نسبت به دستگاه های مشابه برتری دارد. اغلب، این باتری ها از 10 تا 50 سال یا حدود 500 چرخه شارژ تضمین می شوند. با توجه به این ویژگی ها، باتری های فسفات آهن اغلب در صنایع زمانی که نیاز به ولتاژ خروجی بالا است استفاده می شود.
2. باتری های لیتیوم نیکل منگنز کبالت اکسید یونی. این عملی ترین، از نظر هزینه تولید و قابلیت اطمینان محصول نهایی، ترکیبی از مواد برای ساخت کاتد است. با توجه به خواص الکتروشیمیایی مواد ذکر شده، کاتد ساخته شده از آنها دارای مقادیر مقاومت پایینی است، بنابراین، در طول مدت زمان طولانی بیکاری باتری، تخلیه حداقل خواهد بود. همچنین با افزایش اندازه سلول شیشه ای یا کاتدی می توان ظرفیت کل باتری را افزایش داد و یا ولتاژ را افزایش داد. این راز در ترکیب منگنز و نیکل نهفته است که در صورت ترکیب مناسب، زنجیره ای با سطوح بالایی از خواص الکتروشیمیایی ایجاد می کند.
3. باتری لیتیوم تیتانات. کاتد این دستگاه که در اوایل دهه 1980 ساخته شد، برخلاف باتری های یونی با هسته گرافیتی، از نانوبلورهای لیتیوم تیتانات ساخته شده است. کاتد ساخته شده از این ماده باعث می شود باتری در مدت زمان کوتاهی شارژ شود و ولتاژ را با مقاومت صفر حفظ کند. این واحد اغلب در سیستم‌های روشنایی خودران خیابان‌ها استفاده می‌شود، زمانی که لازم است انرژی در مدت زمان کوتاهی جمع شود و برای مدت طولانی در اختیار مصرف‌کننده قرار گیرد. نقطه ضعف چنین سیستمی هزینه نسبتاً بالای باتری تمام شده است، اما به دلیل افزایش طول عمر قطعه، به سرعت جواب می دهد.

مهم!تمامی باتری‌های لیتیوم یونی که در لیست ذکر شده‌اند، باتری‌های غیرقابل سرویس هستند، بنابراین در صورت خرابی یا خرابی، تعمیر یا انجام سرویس برای افزودن الکترولیت امکان‌پذیر نخواهد بود. هر گونه دستکاری برای باز کردن درب باتری منجر به از بین رفتن صفحات باتری و خرابی کامل می شود.

باتری های لیتیوم یون چگونه کار می کنند

همه باتری‌های لیتیوم یونی ساختار مشابهی دارند، که دارای چند تفاوت جزئی است که بر نحوه عملکرد قطعه تأثیر نمی‌گذارد. پوسته بیرونی از مواد کامپوزیت، پلاستیک یا فلز غیرآهنی نازک ساخته شده است که بسیار نادر است. اغلب باتری از یک جعبه پلاستیکی، پایانه های فلزی برای تماس با مصرف کننده و میله های داخلی با ولتاژ مثبت و منفی تشکیل شده است. لیتیوم داخلی با اتصال یک دستگاه خارجی با جریان پایدار شارژ می شود، اما هر محصول دارای یک شارژ اولیه است که به دلیل واکنش شیمیایی بین آند و کاتد رخ می دهد.

فرآیندهای روی الکترود منفی ساخته شده از مواد کربنی، که شبیه گرافیت لایه‌ای طبیعی است، بی‌نظم است، اتم‌های باردار الکتریکی بدون از دست دادن ولتاژ در ماتریس حرکت می‌کنند. همه شاخص ها در این بخش منفی است.

الکترود مثبت باتری لیتیومی منحصراً از اکسیدهای کبالت یا نیکل و اسپینل لیتیوم منگنز ساخته شده است. در حین تخلیه، یون های لیتیوم از هسته کربن دور می شوند و پس از واکنش با اکسیژن، به کاتد نفوذ می کنند و به سمت خارج می شتابند، اما نمی توانند بدنه باتری را ترک کنند. یون های لیتیوم باردار ولتاژ خود را از دست می دهند و تا زمانی که لیتیوم شارژ شود روی سطح آند باقی می مانند. در طول شارژ، کل فرآیند به ترتیب معکوس انجام می شود.

طراحی باتری لیتیوم یون

به عنوان یک باتری قلیایی، یک باتری لیتیومی به شکل استوانه ای ساخته می شود یا ممکن است منشوری باشد. در یک باتری استوانه ای، از الکترودهای نورد شده به عنوان هسته استفاده می شود، با غلاف مخصوص عایق شده و در یک محفظه فلزی قرار می گیرد که به سلول های دارای بار منفی متصل می شود. برای حفظ قطبیت، کنتاکت منفی در پایین و کنتاکت مثبت در بالای قطعه قرار دارد و این عناصر نباید با یکدیگر تماس داشته باشند، در غیر این صورت جریان از طریق هادی به گردش در می آید که منجر به تخلیه خود به خود می شود.

شکل منشوری باتری لیتیوم یونی بسیار رایج است. در این طرح، هسته با تا کردن صفحات مخصوص روی هم که در حداقل فاصله از یکدیگر قرار دارند، تشکیل می‌شود. چنین سیستمی امکان ارائه مشخصات فنی بالاتر را فراهم می کند ، اما به دلیل محکم بودن صفحات در هنگام شارژ شدن باتری ها ، گرم شدن بیش از حد هسته و ذوب مش امکان پذیر است که منجر به کاهش بهره وری قطعه می شود.

یافتن یک سیستم دستگاه باتری لیتیوم یون ترکیبی که در آن الکترودهای سیم پیچی به شکل یک سیلندر بیضی شکل می شوند، غیرمعمول نیست. در این مورد، قوانین صافی انتقال رعایت می شود و در عین حال، بخش مستقیم از شکل صفحه مانند تقلید می کند. چنین باتری هایی دارای ویژگی های هر دو نوع محصول هستند، عمر مفید آنها بسیار طولانی تر است.

در طی واکنش شیمیایی و کارکرد باتری، گازهایی در داخل کیس تشکیل می شود که حاوی مواد مضر است. برای حذف سریع این بخارات در مورد باتری های لیتیوم یونی، خروجی وجود دارد که با بانک ها ارتباط دارد و به مرور گاز انباشته شده را از حفره باتری خارج می کند. برخی از باتری‌های پرقدرت مجهز به دریچه مخصوصی هستند که در هنگام تجمع بخار بحرانی آزاد می‌شود.

تست باتری لیتیوم یون

شارژهای لیتیوم داخل باتری باید به طور دوره ای بررسی شود، علیرغم این واقعیت که باتری نشان داده شده غیرقابل استفاده در نظر گرفته می شود، از آنجایی که کیس آن مهر و موم شده است، باتری همچنان باید با استفاده از یک دستگاه خاص بررسی شود.

بازرسی همیشه با یک بازرسی خارجی شروع می شود که طی آن بدنه قطعه از نظر ترک و تغییر شکل بررسی می شود. همچنین پایانه های باتری بازرسی می شوند، آنها از اکسیداسیون و سایر آلاینده ها پاک می شوند.

مهم!لازم است باتری را تمیز نگه دارید، اجازه ندهید که کنتاکت ها به هم بسته شوند، زیرا این امر می تواند منجر به تخلیه کامل باتری شود، بازیابی آن بسیار مشکل ساز خواهد بود.

برای بررسی وضعیت داخلی هسته از یک دوشاخه بار استفاده می شود که به پایانه ها متصل شده و ولتاژ نامی شبکه را اندازه گیری می کند. سپس یک تخلیه به باتری اعمال می شود و دستگاه نشانگرهای نگه داشتن جریان را در داخل قطعه می خواند. توجه به این نکته مهم است که در زمان آزمایش، باتری باید کاملاً شارژ شود، در غیر این صورت خوانش ها نادرست خواهند بود.

کاربردهای باتری لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی بسته به پیکربندی، شکل و درجه ولتاژ آنها در بسیاری از کاربردها استفاده می شوند. بیشترین استفاده از باتری ها در صنعت خودروسازی است، هر وسیله نقلیه منبع تغذیه خود را دارد که وظیفه راه اندازی خودرو را بر عهده دارد و وظایف دیگری را انجام می دهد.

همچنین از این باتری ها در دستگاه های موبایل، لپ تاپ و سایر گجت ها استفاده می شود. دستگاه چنین باتری هایی شبیه به باتری های خودرو است، تنها تفاوت در ابعاد محصولات است که می تواند به اندازه یک جعبه کبریت باشد.

اخیراً، معرفی باتری‌های لیتیوم یونی به سیستم‌های برق بدون وقفه در خانه و به عنوان منابع برق اضطراری، در حالی که باتری به طور دائم به شبکه مرکزی متصل است، رایج شده است. در حین کار دستگاه ها از یک نیروگاه ساده، باتری شارژ می شود و با قطع برق، به طور خودکار شروع به تامین جریان به مصرف کننده می کند. در این حالت، باتری قابل شارژ باید به درستی قرار گرفته و دارای سیستم های حفاظت از گرمای بیش از حد باشد.

ویدئو