Pozdrav dragi moji prijatelji i poštovatelji, čitatelji ovog bloga. Umjesto još jedne lekcije, ispravnije je reći članci u foto školska kasica prasica, odlučio sam napisati članak o bolnoj temi i važnoj za sve.

Mislim da će mnogima, uključujući i vas, dragi moji čitatelji, biti zanimljivo i korisno znati što je tako temeljno u litij-ionske baterije, koje su njihove granice, kako ih treba koristiti, što se može dobiti pravilnom uporabom, i naravno, kakva bi trebala biti briga, za dugo trajanje baterije. Zato samo naprijed.

Zašto? - pitate me, ja sam općenito počeo škrabati na ovu temu. Pa baterija i baterija i što je s tim. Tako? Ne. Li-ion baterija, ovo je u biti spremnik za gorivo za mnoge naše omiljene uređaje, a u običnim ljudima uređaje. Pa što? - recite mi, - kakve to ima veze za nas? A razlika vam je velika i važna. Ideja za pisanje ovog članka pojavila se nakon što smo s učenicima išli u školu fotografije. Vremenski uvjeti su prilično osrednji oko -7 -10 Celzijevih, sunce, lagani povjetarac, vedro. Općenito ugodno vrijeme za znatiželjno oko fotografa amatera. Međutim, mnogi studenti su se zabrinuli: Nije li to opasno za kameru? Hoće li se smrznuti? Što se događa ako se smrzne? (Napisat ću zasebnu bilješku o temperaturnim režimima fotoaparata) A što će se dogoditi s baterijom fotoaparata? Čuli smo da se baterija fotoaparata jako boji hladnoće i može otkazati, je li to istina? Istina, ali ne sve i ne u potpunosti. Idemo to shvatiti.

U našim fotoaparatima s vama nalaze se litij-ionske baterije. Što bi to značilo? I evo što. Li-ion baterije imaju znatno bolje parametre korištenja u odnosu na druge vrste baterija. Neću ulaziti u detalje, ali u današnje vrijeme većina proizvođača potrošačke elektronike pokušava svoje proizvode opskrbljivati ​​Li-ion baterijama, jer su jednostavnije i jeftinije za proizvodnju i manje štetne za okoliš.

Primarne ćelije („baterije“) s litijskom anodom pojavile su se početkom 70-ih godina 20. stoljeća i brzo su našle primjenu zbog svoje velike gustoće energije i drugih prednosti. Tako je ostvarena dugogodišnja želja za stvaranjem kemijskog izvora struje s najaktivnijim redukcijskim sredstvom - alkalnim metalom, što je omogućilo naglo povećanje i radnog napona baterije i njezine specifične energije. Ako je razvoj primarnih ćelija s litijskom anodom okrunjen relativno brzim uspjehom i takve ćelije su čvrsto zauzele svoje mjesto kao izvori energije za prijenosnu opremu, tada je stvaranje litijevih baterija naišlo na temeljne poteškoće, za čije je prevladavanje trebalo više od 20 godina.

Nakon mnogo testiranja tijekom 1980-ih, pokazalo se da se problem litijevih baterija vrti oko litijevih elektroda. Točnije, oko aktivnosti litija: procesi koji su se dogodili tijekom rada, na kraju su doveli do burne reakcije, nazvane "ventilacija s oslobađanjem plamena". Godine 1991. proizvođačima je povučen veliki broj litijevih baterija koje su se prvi put koristile kao izvor napajanja za mobilne telefone. Razlog je taj što je tijekom razgovora, kada je potrošena struja maksimalna, iz baterije izbio plamen koji je opekao lice korisnika mobitela.

Zbog inherentne nestabilnosti metala litija, posebno tijekom procesa punjenja, istraživanja su se premjestila na područje stvaranja baterije bez upotrebe Li, već korištenjem njegovih iona. Iako litij-ionske baterije daju nešto nižu gustoću energije od litij baterija, litij-ionske baterije su ipak sigurne ako imaju ispravne načine punjenja i pražnjenja.

Ako dalje nekoga zanima i zanima dio o tome koji su kemijski procesi bili i jesu u litij-ionskim baterijama, kako su ti procesi ukroćeni, onda idite na Google. Nisam dovoljno jak u kemiji i fizici da napišem članak od čitanja kojeg ću i sam zaspati.

Moderne Li-ion baterije imaju visoke specifične karakteristike: 100-180 Wh/kg i 250-400 Wh/l. Radni napon - 3,5-3,7 V.

Ako su prije nekoliko godina programeri-proizvođači smatrali maksimalno ostvarivim - kapacitet Li-ion baterija nije veći od nekoliko amper-sati (sjetite se školskog tečaja fizike), sada je većina razloga koji ograničavaju povećanje kapaciteta prevladali i mnogi proizvođači su počeli proizvoditi baterije s kapacitetom od stotine amper sati, ili čak tisuće.

Suvremene baterije male veličine učinkovite su pri strujama pražnjenja do 2 C, snažne - do 10-20 C. Raspon radne temperature: od -20 do +60 °S. Međutim, mnogi proizvođači već su razvili baterije koje mogu raditi na -40 °C. Moguće je proširiti temperaturni raspon na više temperature.

Samopražnjenje Li-ion baterija je 4-6% za prvi mjesec, zatim je znatno manje: u 12 mjeseci baterije izgube 10-20% svog pohranjenog kapaciteta. Gubitak kapaciteta Li-ion baterija je nekoliko puta manji nego kod nikal-kadmij (Ni-Cd) baterija, i na 20 °C i na 40 °C. Resurs litij-ionskih baterija: 500-1000 ciklusa punjenja-pražnjenja.

I ovdje će mnogi reći: -Aaaaa. Zato možete snimati fotoaparatom na umjereno niskim temperaturama. Da, odgovorit ću ti. Osim toga, kada baterija radi za isporuku energije, unutar baterije se događaju kemijske reakcije, čija je nuspojava oslobađanje toplinske energije, što omogućuje bateriji da održi svoj raspon radne temperature dulje. Osim toga, kada izvadimo kameru iz kućišta, na ulici, ona (kamera, kamera) također ima pozitivnu temperaturu, odnosno još uvijek povećavamo vremenski resurs tijekom kojeg možemo snimati na otvorenom pri -7 ..- 15 °C. Pridodamo li tome termičko zagrijavanje procesora fotoaparata tijekom snimanja, zagrijavanje matrice, čak i toplinu ruku kojima držimo fotoaparat i prenosimo ga dalje, produljuje toplinski i privremeni vijek kamere na umjereno niskim temperaturama.

To se odnosi na korištenje baterija u radu. Pogledajmo sada malo stranu punjenja i pohrane. Litij-ionske baterije ne zahtijevaju posebnu njegu. Osnovna pravila za njihov rad nalaze se u uputama za telefon/laptop/kameru, a za sve ostalo brine BMS sklop i kontroler punjenja u napajanom uređaju. Ipak, prilikom kupnje često možete čuti sljedeće izjave od prodavača ili prijatelja "gurua":

"...prvo punjenje je 12-15 sati..." ili, alternativno, "...samo ostavite uređaj uključen cijelu noć...";

"... morate napraviti 3-5 punih ciklusa da bi baterija dobila kapacitet ...";

“... poželjno je potpuno napuniti i isprazniti bateriju...”;

“...pa što ako je baterija stara već godinu dana, nije korištena; njegov vijek trajanja ovisi isključivo o broju ciklusa punjenja-pražnjenja...".

Pogledajmo kako je gore navedeno istina.

Prva izjava je jednostavno besmislena – kontrolna elektronika vam neće dopustiti da napunite bateriju više nego što bi trebala.

Savjet broj 2 također je neodrživ. Litij-ionske baterije rade s punom učinkovitošću nakon prvog punjenja, a isprva se brže prazne jednostavno zato što ga vlasnik uređaja postavlja i proučava, demonstrira prijateljima i poznanicima itd. Nakon tjedan-dva gadget ulazi u normalan način rada, što, naravno, ima pozitivan učinak na autonomiju. Ali jedno potpuno punjenje prije upotrebe je ipak poželjno. To nije potrebno za bateriju, već kako bi uređaj mogao odrediti njezin stvarni kapacitet i naknadno ispravno prikazati preostali napunjenost.

Preporuka br. 3 “noge rastu” iz pravila za rad nikal-kadmijevih baterija, koje su se prvo morale potpuno isprazniti, inače je dio kapaciteta nepovratno izgubljen. Njihovi litij-ionski kolege nemaju takav "učinak pamćenja", štoviše, duboko pražnjenje im je kontraindicirano. Uz čestu upotrebu, to je nebitno, jer BMS sustav ne dopušta da se baterija potpuno isprazni, ali ako ostane u ispražnjenom stanju mjesec dana ili više, preostalo punjenje će "iscuriti", zaštitni krug će blokirati proces punjenja i isključite, nakon čega punjenje više neće biti moguće. Prekomjerno punjenje je također štetno, ali u većini uređaja to se već uzima u obzir, a oni pune bateriju ne do 100%.

Tu je i savjet poput "napunite kako želite, ali barem jednom tjedno (mjesečno) ciklus potpuno." Ova shema rada optimalna je za nikl-metal hidridne baterije - one također imaju memorijski učinak, ali mnogo manji od Ni-Cd, i obnavljaju kapacitet nakon 1-2 puna ciklusa. Za litij-ionske baterije to vrijedi samo djelomično, na primjer, preporuča se to učiniti nakon dužeg razdoblja skladištenja.

Iz izjave broj 4 slijedi naizgled logičan zaključak: budući da se vijek trajanja baterije mjeri brojem ciklusa, to znači da ju je bolje iskoristiti maksimalno. Ovo je greška. Puno punjenje i pražnjenje brže ga troše, a nepotpuni ciklusi, naprotiv, produljuju život. Osim toga, litij-ionske baterije gube kapacitet čak i bez upotrebe. Već nakon godinu dana "na polici" njihov se resurs smanjuje za 5-10%, nakon 2 godine - za 20-30%. Stoga, kada kupujete novi prijenosni uređaj, obratite pozornost na datum izlaska napajanja. Očito je i da je kupnja baterije "za buduću upotrebu", čak i ako ju je teško naći u prodaji, beskorisna.

Vrlo je važno promatrati radnu temperaturu litij-ionskih baterija. U mrazu ispod -20 °C jednostavno prestaju davati struju, a u toplini iznad +45 °C, iako funkcioniraju, takvi klimatski uvjeti aktiviraju proces starenja, značajno skraćujući životni vijek baterije. Ali možete ga puniti samo na pozitivnim (Celzijevim) temperaturama, inače postoji velika opasnost od kvara uređaja. Općenito, optimalna radna temperatura za litij-ionske baterije je +20°C.

Litij-ionske baterije stalno se poboljšavaju, proizvođači aktivno eksperimentiraju s elektrodnim i elektrolitskim materijalima. Godine 1994. pojavile su se baterije s litij-manganskim katodama, a 1996. - s litij-željezo-fosfatnim katodama. Mnogo su stabilniji i lako nose veliku struju pražnjenja pa su našli primjenu u električnim alatima i električnim vozilima. Od 2003. godine se proizvode baterije koje koriste složeni katodni sastav (LiNiMnCoO2) i imaju najbolju kombinaciju karakteristika od svih navedenih. No, do sada nitko nije uspio nadmašiti litij-kobaltne primjerke po specifičnom kapacitetu i cijeni, a prednosti novih tipova nisu tražene kod mobitela i prijenosnih računala koji troše relativno nisku struju.

Ako ste svoj uređaj privremeno odložili, ali želite održati njegovu bateriju u ispravnom stanju, znajte da je litij-ionske baterije najbolje čuvati na temperaturi od oko +5 °C. Što je veći i što je stupanj napunjenosti bliži 100%, baterija brže stari i gubi kapacitet. Najbolje ga je napuniti do 40–50%, izvaditi ga iz uređaja, zapakirati u zatvorenu plastičnu vrećicu, staviti u hladnjak (ali ne u zamrzivač!) i povremeno puniti.

To je sve što sam htio reći o baterijama, našim prijateljima, elektroničkim ljubimcima. Bilo da se radi o telefonu, playeru ili fotoaparatu.

Ovaj je članak pripremljen na temelju materijala pronađenih na Internetu i ovdje prikupljenih na hrpi radi praktičnosti i razumijevanja suštine procesa.

Imate pitanja? Pišite u komentarima i sigurno ću odgovoriti.

p.s. Prijatelji, ako vam se svidio članak ili ste ga smatrali korisnim. Učini i meni uslugu. Podijelite vezu na članak na svojim stranicama "Vkontakte", "Odnoklassniki", "Facebook", "Tweeter" i drugim stranicama. Da biste to učinili, samo kliknite gumbe na dnu stranice i slijedite jednostavne korake u uputama. Također vas pozivam da se pretplatite na moj newsletter, tada sigurno nećete propustiti sljedeći, nadam se zanimljiv i koristan članak. Obrazac za pretplatu nalazi se u gornjem desnom kutu stranice.

Koje su vrste litij baterija i njihove dizajnerske značajke?

Litijeve baterije na suvremenom tržištu čvrsto su zauzele nekoliko različitih niša. Uglavnom se koriste u svim vrstama potrošačke elektronike, prijenosnim alatima i mobilnim uređajima, kućanskim aparatima itd. Postoje čak i 12-voltne litijeve baterije za automobile. Iako još nisu dobili široku distribuciju u automobilskoj industriji. Korištenje litijevih baterija u različitim sektorima nacionalnog gospodarstva dovelo je do toga da su se na tržištu pojavile mnoge vrste ovih baterija. U današnjem članku razmotrit ćemo glavne vrste litij baterija.

Ovdje nećemo pisati o principu rada Li baterija i povijesti njihovog nastanka. Više o tome možete pročitati u članku na priloženoj poveznici. Također možete zasebno pročitati materijale o i. I u ovom materijalu želio bih razmotriti točno različite vrste Li baterija, ovisno o njihovim karakteristikama i namjeni.

Dakle, s obzirom na snagu i kapacitet litij baterija. Podjela je ovdje prilično proizvoljna. Za proizvodnju baterija različitog kapaciteta, s različitim strujama pražnjenja, proizvođači mijenjaju niz parametara. Na primjer, reguliraju debljinu sloja elektrodne mase na foliji (u slučaju rolne strukture). U većini slučajeva ovaj elektrodni sloj se nanosi bakrenom (negativna elektroda) i aluminijskom (pozitivna) folijom. Zbog ovog povećanja sloja elektrode povećavaju se specifični parametri baterije.

Međutim, kod povećanja aktivne mase potrebno je smanjiti debljinu vodljive podloge (folije). Kao rezultat toga, baterija može proći manje struje bez pregrijavanja. Osim toga, povećanje sloja mase elektrode dovodi do povećanja otpora elementa. Za smanjenje otpornosti često se za aktivnu masu koriste aktivnije i raspršene tvari. S tim se parametrima proizvođači "igraju" kada puštaju baterije s određenim parametrima. Baterija s tankom folijom i debelom aktivnom masom pokazuje visoke vrijednosti pohranjene energije. I njegova će snaga biti niska, i obrnuto. I može se prilagoditi bez promjene veličine proizvoda.

Baterije različitih kapaciteta i struja pražnjenja dobivaju se promjenom sljedećih parametara:

• debljina folije;
• debljina separatora;
• Materijal pozitivne i negativne elektrode;
• Veličina čestica aktivne mase;
• Debljina elektrode.

Istodobno, modeli baterija dizajnirani za veću snagu opremljeni su strujnim vodovima velikih veličina i težine. To se radi kako bi se spriječilo pregrijavanje. Također, za povećanje struje pražnjenja koriste se različite tvari koje se dodaju u elektrolit ili u masu elektrode. U baterijama velikog kapaciteta strujni vodovi su obično mali. Izračunavaju se za struju pražnjenja do 2C (obično je struja punjenja-pražnjenja baterije naznačena iz njenog kapaciteta) i struja punjenja - do 0,5C. Za litijeve baterije velikog kapaciteta, te vrijednosti su do 20C, odnosno do 40C.

Modeli litijevih baterija velike snage dizajnirani su za napajanje startera, s velikim kapacitetom - za napajanje različite prijenosne opreme. Što se tiče razvoja litijevih baterija, proizvođači svih vrsta elektronike naručuju ih od posebnih tvrtki. Oni ih razvijaju uzimajući u obzir predložene uvjete, a zatim ih stavljaju u masovnu proizvodnju. Prilikom razvoja modernih litij baterija uzimaju se u obzir sljedeći parametri:

• Kapacitet;
• Redovna i maksimalna struja pražnjenja;
• Dimenzije;
• Uvjeti lokacije unutar uređaja;
• Radna temperatura;
• Resurs (broj ciklusa punjenja-pražnjenja) i drugi.

Različiti dizajni litij baterija

Prema značajkama dizajna, litijeve baterije mogu se podijeliti u dvije kategorije:

• Struktura trupa;
• Struktura elektroda.

Dizajn elektrode

Vrsta rola

Na donjoj slici možete vidjeti Li─Ion bateriju u obliku rolne.

Elementi strukture role izrađeni su od dvije vrste:

• Rola elektrode se okreće oko virtualne ploče. U jedno kućište može se smjestiti nekoliko paralelno povezanih valjaka;
• Cilindričan. Različite visine i promjera.

Dizajn role koristi se tamo gdje je potrebna baterija malog kapaciteta i snage. Ova tehnologija je radno intenzivna, budući da je uvijanje elektrodnih traka i separatora potpuno automatizirano. Nedostatak ovog dizajna je slabo odvođenje topline s elektroda. Zapravo, toplina se uklanja samo kroz završnu stranu elementa.

Iz seta elektroda

U proizvodnji prizmatičnih baterija koriste se litijeve baterije sa sklopom pojedinačnih elektroda.

Toplina se ovdje također uklanja s kraja elektrode. Proizvođači pokušavaju poboljšati rasipanje topline prilagođavanjem sastava i disperzije aktivne mase.

Dizajn trupa

Cilindričan

Vrijedno je obratiti pažnju na cilindrične litijeve baterije. Široko se koriste u raznim kućanskim aparatima i elektronici. Posebno su popularne baterije.

Kao prednosti cilindričnog tijela, stručnjaci nazivaju odsutnost promjene volumena tijekom dugotrajnog rada. To je zbog činjenice da baterija lagano mijenja volumen tijekom procesa punjenja-pražnjenja. Izvedba elektroda u takvom slučaju je uvijek valjkastog tipa. Nedostaci uključuju slabo odvođenje topline.

Cilindrične litijeve baterije mogu imati sljedeće izlazne struje:

• Vijčani bor;
• Obične kontaktne pločice.

Gdje postoje zahtjevi za višim strujama, koriste se vijčani borovi. Ovo je baterija velike struje pražnjenja i velikog kapaciteta (više od 20 Ah). Brojni testovi pokazuju da cilindrične litijeve baterije s vijčanim ležajem mogu izdržati struje ne veće od 10-15C. A to su vrijednosti kratkotrajnog opterećenja, pri kojem se element brzo pregrije. Tijekom dugotrajnog rada izdržavaju struje pražnjenja od 2-3C. Uglavnom se koristi u prijenosnim električnim alatima.

Baterijske ćelije s kontaktnim jastučićima obično se koriste za spajanje u baterije. Da biste to učinili, zavareni su trakom pomoću otpornog zavarivanja. Ponekad proizvođači već proizvode elemente s laticama za samolemljenje. Štoviše, vrsta latica može biti različita ovisno o vrsti lemljenja.

Oznaka veličine cilindričnih litij baterija obično sadrži njihove dimenzije. Na primjer, 18650 litij-ionske ćelije visoke su 65 mm i promjera 18 mm.

Rast interesa potrošača za mobilne gadgete i visokotehnološku prijenosnu tehnologiju općenito tjera proizvođače da poboljšaju svoje proizvode na razne načine. Istovremeno, postoji niz zajedničkih parametara na kojima se radi u istom smjeru. To uključuje način opskrbe energijom. Prije samo nekoliko godina aktivni sudionici tržišta mogli su promatrati proces zamjene naprednijim elementima NiMH podrijetla. Danas se nove generacije baterija međusobno natječu. Raširena litij-ionska tehnologija u nekim segmentima uspješno zamjenjuje litij-polimersku bateriju. Razlika od ionskog u novom bloku prosječnom korisniku nije toliko uočljiva, ali je u nekim aspektima značajna. Istodobno, kao iu slučaju konkurencije između NiCd i NiMH elemenata, zamjenska tehnologija je daleko od besprijekorne i u nekim je aspektima inferiorna od svog analognog.

Li-ion baterija uređaj

Prvi modeli komercijalnih baterija na bazi litija počeli su se pojavljivati ​​početkom 1990-ih. Međutim, kobalt i mangan su tada korišteni kao aktivni elektrolit. U modernim je važna ne toliko tvar koliko konfiguracija njezina postavljanja u blok. Takve baterije sastoje se od elektroda koje su odvojene separatorom s porama. Masa separatora je zauzvrat samo impregnirana elektrolitom. Što se tiče elektroda, one su predstavljene katodnom bazom na aluminijskoj foliji i bakrenom anodom. Unutar bloka međusobno su povezani stezaljkama strujnog kolektora. Naboj održavanja vrši pozitivan naboj na litij ion. Ovaj materijal je povoljan po tome što ima sposobnost lakog prodiranja u kristalne rešetke drugih tvari, stvarajući kemijske veze. Međutim, pozitivne kvalitete takvih baterija sve više nisu dovoljne za suvremene zadatke, što je dovelo do pojave Li-pol ćelija koje imaju mnoge značajke. Općenito, vrijedi napomenuti sličnost litij-ionskih izvora napajanja s helijevim baterijama pune veličine za automobile. U oba slučaja, baterije su dizajnirane imajući na umu fizičku upotrebljivost. Djelomično su ovaj smjer razvoja nastavili i polimerni elementi.

Uređaj za litij-polimersku bateriju

Poticaj za unaprjeđenje litij baterija bila je potreba rješavanja dvaju nedostataka postojećih Li-ion baterija. Prvo, nisu sigurni za rad, a drugo, prilično su skupi u smislu cijene. Tehnolozi su se odlučili riješiti ovih nedostataka promjenom elektrolita. Kao rezultat toga, impregnirani porozni separator zamijenjen je polimernim elektrolitom. Treba napomenuti da se polimer ranije koristio u električnim potrebama kao plastični film koji provodi struju. U modernoj bateriji, debljina Li-pol elementa doseže 1 mm, što također uklanja ograničenja programera u korištenju različitih oblika i veličina. Ali glavna stvar je odsutnost tekućeg elektrolita, što eliminira rizik od paljenja. Sada je vrijedno detaljnije razmotriti razlike od litij-ionskih stanica.

Koja je glavna razlika od ionske baterije?

Temeljna razlika leži u odbijanju helija i tekućih elektrolita. Za potpunije razumijevanje ove razlike, vrijedi se pozvati na moderne modele akumulatora za automobile. Potreba za zamjenom tekućeg elektrolita bila je opet uzrokovana sigurnosnim problemima. Ali ako je u slučaju automobilskih baterija napredak stao na istim impregniranim poroznim elektrolitima, tada su litijevi modeli dobili punopravni čvrst temelj. Zašto je čvrsta litij-polimerska baterija tako dobra? Razlika od ionskog je u tome što aktivna tvar u obliku ploče u zoni kontakta s litijem sprječava nastanak dendrita tijekom cikliranja. Upravo ovaj faktor isključuje mogućnost eksplozije i požara takvih baterija. To je samo ono što se tiče prednosti, ali u novim baterijama ima i slabosti.

Vijek trajanja litij-polimerne baterije

U prosjeku, takve baterije mogu izdržati oko 800-900 ciklusa punjenja. Ovaj pokazatelj je skroman u odnosu na suvremene analoge, ali čak se i ovaj čimbenik ne može smatrati određivanjem resursa elementa. Činjenica je da su takve baterije podložne intenzivnom starenju, bez obzira na prirodu rada. Odnosno, čak i ako se baterija uopće ne koristi, njezin životni vijek će se smanjiti. I nije važno radi li se o litij-ionskoj bateriji ili litij-polimerskoj ćeliji. Svi izvori napajanja na bazi litija karakteriziraju ovaj proces. Već godinu dana nakon akvizicije može se primijetiti značajan gubitak volumena. Nakon 2-3 godine neke baterije potpuno pokvare. No, puno ovisi o proizvođaču, jer unutar segmenta postoje i razlike u kvaliteti baterije. Slični problemi su svojstveni NiMH stanicama, koje su podložne starenju s oštrim temperaturnim fluktuacijama.

nedostatke

Osim problema s brzim starenjem, takve baterije trebaju i dodatni sustav zaštite. To je zbog činjenice da unutarnji stres u različitim područjima može dovesti do izgaranja. Stoga se za sprječavanje pregrijavanja i prekomjernog punjenja koristi poseban stabilizacijski krug. Isti sustav sa sobom nosi i druge nedostatke. Glavni je ograničavanje struje. No, s druge strane, dodatni zaštitni krugovi čine litij-polimersku bateriju sigurnijom. Također postoji razlika od ionskog u smislu cijene. Polimerne baterije su jeftinije, ali ne puno. Njihova cijena također raste zbog uvođenja elektroničkih zaštitnih sklopova.

Operativne značajke modifikacija sličnih gelu

Kako bi povećali električnu vodljivost, tehnolozi polimernim elementima još uvijek dodaju elektrolit nalik gelu. Nema govora o potpunom prijelazu na takve tvari, jer je to u suprotnosti s konceptom ove tehnologije. Ali u prijenosnoj tehnologiji često se koriste hibridne baterije. Njihova posebnost leži u osjetljivosti na temperaturu. Proizvođači preporučuju korištenje ovih modela baterija u okruženjima između 60 °C i 100 °C. Ovaj je zahtjev također odredio posebnu nišu primjene. Modeli nalik gelu mogu se koristiti samo na mjestima s vrućom klimom, a da ne spominjemo potrebu da budu uronjeni u toplinski izolirano kućište. Međutim, 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. Polimerni elementi u takvim slučajevima obično se koriste kao rezerva.

Optimalna metoda punjenja

Uobičajeno vrijeme punjenja litij baterija je u prosjeku 3 sata. Štoviše, jedinica ostaje hladna tijekom punjenja. Punjenje se odvija u dvije faze. Pri prvom napon dosegne vršne vrijednosti, a ovaj način rada se održava do skupa od 70%. Preostalih 30% već je angažirano pod normalnim naponskim uvjetima. Zanimljivo je i drugo pitanje - kako napuniti litij-polimersku bateriju ako trebate stalno održavati njen puni volumen? U tom slučaju trebate slijediti raspored punjenja. Ovaj postupak se preporučuje provesti otprilike svakih 500 sati rada s punim pražnjenjem.

Mjere opreza

Tijekom rada treba koristiti samo punjač koji zadovoljava specifikacije, spajajući ga na mrežno napajanje sa stabilnim naponom. Također je potrebno provjeriti stanje konektora kako se baterija ne bi otvorila. Važno je uzeti u obzir da je, unatoč visokom stupnju sigurnosti, ova vrsta baterije još uvijek osjetljiva na preopterećenja. Litij-polimerna ćelija ne podnosi višak struje, prekomjerno hlađenje vanjskog okruženja i mehanički udar. Međutim, za sve ove pokazatelje, polimerni blokovi su još uvijek pouzdaniji od litij-ionskih. Ipak, glavni aspekt sigurnosti leži u bezopasnosti solid-state napajanja - naravno, pod uvjetom da se održavaju hermetički.

Koja je baterija bolja - Li-pol ili Li-ion?

Ovo pitanje uvelike je određeno uvjetima rada i ciljanim objektom opskrbe energijom. Glavne prednosti polimernih uređaja vjerojatnije će osjetiti sami proizvođači, koji mogu slobodnije koristiti nove tehnologije. Za korisnika će razlika biti jedva primjetna. Na primjer, u pitanju kako napuniti litij-polimersku bateriju, vlasnik će morati obratiti više pozornosti na kvalitetu napajanja. Što se tiče vremena punjenja, to su identični elementi. Što se tiče trajnosti, situacija je također dvosmislena u ovom parametru. Učinak starenja u većoj mjeri karakterizira polimerne elemente, ali praksa pokazuje različite primjere. Na primjer, postoje recenzije litij-ionskih ćelija koje postaju neupotrebljive nakon godinu dana korištenja. A polimerni u nekim uređajima rade 6-7 godina.

Zaključak

Još uvijek postoji mnogo mitova i lažnih sudova oko baterija koji se odnose na različite nijanse rada. S druge strane, proizvođači prešućuju neke značajke baterije. Što se tiče mitova, jedan od njih pobija litij-polimersku bateriju. Razlika od ionskog pandana je u tome što polimerni modeli doživljavaju manje unutarnje naprezanje. Iz tog razloga, sesije punjenja koje još nisu istrošile baterije ne utječu negativno na karakteristike 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 skroman pokazatelj ciklusa punjenja, već i neizbježan gubitak korisnog volumena baterije.

Ocjenjivanje karakteristika određenog punjača je teško bez razumijevanja kako bi uzorno punjenje litij-ionske baterije zapravo trebalo teći. Stoga, prije nego što prijeđemo izravno na sklopove, prisjetimo se malo teorije.

Što su litijeve baterije

Ovisno o materijalu od kojeg je izrađena pozitivna elektroda litijeve baterije, postoji nekoliko varijanti:

• s litij-kobaltatnom katodom;
• s katodom na bazi litiiranog željeznog fosfata;
• na bazi nikal-kobalt-aluminij;
• na bazi nikal-kobalt-mangana.

Sve ove baterije imaju svoje karakteristike, ali budući da ove nijanse nisu od temeljne važnosti za općeg potrošača, neće se razmatrati u ovom članku.

Također, sve li-ion baterije se proizvode u različitim veličinama i oblicima. Mogu biti ili u kućištu (na primjer, danas popularne baterije 18650) ili u laminiranoj ili prizmatičnoj verziji (gel-polimer baterije). Potonje su hermetički zatvorene vrećice izrađene od posebnog filma, u kojem se nalaze elektrode i elektrodna masa.

Najčešće veličine litij-ionskih baterija prikazane su u donjoj tablici (sve imaju nazivni napon od 3,7 volti):

Oznaka	Veličina	Slična veličina
XXYY0, gdje XX- naznaka promjera u mm, YY- vrijednost duljine u mm, 0 - odražava izvedbu u obliku cilindra	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø odgovara AAA, ali polovina duljine)
	10280
	10430	AAA
	10440	AAA
	14250	1/2AA
	14270	Ø AA, dužina CR2
	14430	Ø 14 mm (kao AA), ali kraće
	14500	AA
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (ili 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (ili 150A/300P)
	18650	2xCR123 (ili 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	IZ
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Unutarnji elektrokemijski procesi odvijaju se na isti način i ne ovise o faktoru oblika i performansama baterije, tako da sve navedeno u nastavku vrijedi jednako za sve litijeve baterije.

Kako pravilno puniti litij-ionske baterije

Najispravniji način punjenja litij baterija je punjenje u dvije faze. Upravo ovu metodu Sony koristi u svim svojim punjačima. Unatoč složenijem kontroleru punjenja, to omogućuje potpunije punjenje litij-ionskih baterija bez smanjenja njihovog vijeka trajanja.

Ovdje govorimo o dvostupanjskom profilu punjenja litij baterija, skraćeno CC/CV (konstantna struja, konstantni napon). Postoje i opcije s impulsnim i stepenastim strujama, ali one se ne razmatraju u ovom članku. Više o punjenju pulsnom strujom možete pročitati.

Dakle, razmotrimo obje faze naplate detaljnije.

1. U prvoj fazi mora se osigurati stalna struja punjenja. Trenutna vrijednost je 0,2-0,5C. Za ubrzano punjenje, dopušteno je povećati struju do 0,5-1,0C (gdje je C kapacitet baterije).

Na primjer, za bateriju kapaciteta 3000 mAh, nazivna struja punjenja u prvoj fazi je 600-1500 mA, a ubrzana struja punjenja može biti u rasponu od 1,5-3A.

Kako bi se osigurala stalna struja punjenja zadane vrijednosti, krug punjača (punjač) mora moći podići napon na terminalima baterije. Zapravo, u prvoj fazi memorija radi kao klasični stabilizator struje.

Važno: ako planirate puniti baterije s ugrađenom zaštitnom pločom (PCB), tada prilikom projektiranja kruga punjača morate paziti da napon otvorenog kruga kruga nikada ne može prijeći 6-7 volti. Inače, zaštitna ploča može pokvariti.

U trenutku kada napon na bateriji poraste na vrijednost od 4,2 volta, baterija će dobiti otprilike 70-80% svog kapaciteta (specifična vrijednost kapaciteta ovisit će o struji punjenja: s ubrzanim punjenjem bit će nešto manja , s nominalnom naplatom - malo više). Ovaj trenutak je kraj prvog stupnja naboja i služi kao signal za prijelaz u drugi (i posljednji) stupanj.

2. Druga faza punjenja- ovo je punjenje baterije s konstantnim naponom, ali postupno opadajućom (padajućom) strujom.

U ovoj fazi, punjač održava napon od 4,15-4,25 volti na bateriji i kontrolira trenutnu vrijednost.

Kako se kapacitet povećava, struja punjenja će se smanjiti. Čim se njegova vrijednost smanji na 0,05-0,01S, proces punjenja se smatra završenim.

Važna nijansa u radu ispravnog punjača je njegovo potpuno odvajanje od baterije nakon završetka punjenja. To je zbog činjenice da je krajnje nepoželjno da litijeve baterije dugo budu pod visokim naponom, što obično osigurava punjač (tj. 4,18-4,24 volta). To dovodi do ubrzane degradacije kemijskog sastava baterije i, kao rezultat, smanjenja njezina kapaciteta. Dugi boravak znači desetke ili više sati.

Tijekom druge faze punjenja, baterija uspijeva dobiti oko 0,1-0,15 više od svog kapaciteta. Ukupna napunjenost baterije tako doseže 90-95%, što je izvrstan pokazatelj.

Razmotrili smo dvije glavne faze punjenja. No, obrada pitanja punjenja litij baterija bila bi nepotpuna da se ne spominje još jedna faza punjenja - tzv. pretplatiti.

Faza prethodnog punjenja (prethodno punjenje)- ova faza se koristi samo za duboko ispražnjene baterije (ispod 2,5 V) kako bi se dovele u normalan način rada.

U ovoj fazi punjenje se osigurava smanjenom konstantnom strujom sve dok napon baterije ne dosegne 2,8 V.

Preliminarna faza je neophodna kako bi se spriječilo bubrenje i smanjenje tlaka (ili čak eksplozija s vatrom) oštećenih baterija, koje, na primjer, imaju unutarnji kratki spoj između elektroda. Ako se kroz takvu bateriju odmah prođe velika struja punjenja, to će neminovno dovesti do njenog zagrijavanja, a onda i sreće.

Još jedna prednost predpunjenja je predgrijavanje baterije, što je važno kod punjenja na niskim temperaturama okoline (u negrijanoj prostoriji tijekom hladne sezone).

Inteligentno punjenje trebalo bi moći pratiti napon na bateriji tijekom preliminarne faze punjenja i, ako napon ne raste dulje vrijeme, zaključiti da je baterija neispravna.

Svi stupnjevi punjenja litij-ionske baterije (uključujući fazu prije punjenja) shematski su prikazani na ovom grafikonu:

Prekoračenje nazivnog napona punjenja za 0,15 V može prepoloviti vijek trajanja baterije. Smanjenje napona punjenja za 0,1 volta smanjuje kapacitet napunjene baterije za oko 10%, ali značajno produljuje njezin životni vijek. Napon potpuno napunjene baterije nakon vađenja iz punjača je 4,1-4,15 volti.

Da rezimiramo gore navedeno, izlažemo glavne teze:

1. Kojom strujom puniti li-ion bateriju (na primjer, 18650 ili bilo koju drugu)?

Struja će ovisiti o tome koliko brzo ga želite puniti i može se kretati od 0,2C do 1C.

Na primjer, za bateriju 18650 kapaciteta 3400 mAh minimalna struja punjenja je 680 mA, a maksimalna 3400 mA.

2. Koliko je vremena potrebno za punjenje, primjerice, istih 18650 punjivih baterija?

Vrijeme punjenja izravno ovisi o struji punjenja i izračunava se po formuli:

T \u003d C / I punjenje.

Na primjer, vrijeme punjenja naše baterije kapaciteta 3400 mAh sa strujom od 1A bit će oko 3,5 sata.

3. Kako pravilno napuniti litij-polimersku bateriju?

Sve litijeve baterije pune se na isti način. Nije važno radi li se o litij-polimeru ili litij-ionu. Za nas potrošače nema razlike.

Što je zaštitna ploča?

Zaštitna ploča (ili PCB - power control board) dizajnirana je za zaštitu od kratkog spoja, prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja litij baterije. U zaštitne module u pravilu je ugrađena i zaštita od pregrijavanja.

Iz sigurnosnih razloga zabranjeno je koristiti litijeve baterije u kućanskim aparatima ako nemaju ugrađenu zaštitnu ploču. Stoga sve baterije mobitela uvijek imaju PCB ploču. Izlazni terminali baterije nalaze se izravno na ploči:

Ove ploče koriste šestonožni kontroler punjenja na specijaliziranom mikrukhu (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600, itd. analozi). Zadatak ovog kontrolera je da odvoji bateriju od opterećenja kada je baterija potpuno ispražnjena i odvoji bateriju od punjenja kada dosegne 4,25V.

Evo, na primjer, dijagram ploče za zaštitu baterije BP-6M koja je bila isporučena sa starim Nokia telefonima:

Ako govorimo o 18650, onda se mogu proizvoditi i sa i bez zaštitne ploče. Zaštitni modul se nalazi u području negativnog terminala baterije.

Ploča povećava duljinu baterije za 2-3 mm.

Baterije bez PCB modula obično dolaze s baterijama koje dolaze s vlastitim zaštitnim krugovima.

Svaka baterija sa zaštitom može se jednostavno pretvoriti u nezaštićenu bateriju jednostavnim uklanjanjem crijeva.

Do danas je maksimalni kapacitet baterije 18650 3400 mAh. Baterije sa zaštitom moraju imati odgovarajuću oznaku na kućištu ("Protected").

Nemojte brkati PCB ploču s PCM modulom (PCM - modul napajanja). Ako prvi služe samo za zaštitu baterije, onda su drugi dizajnirani za kontrolu procesa punjenja - ograničavaju struju punjenja na danoj razini, kontroliraju temperaturu i općenito osiguravaju cijeli proces. PCM ploča je ono što zovemo kontroler punjenja.

Nadam se da sada više nema pitanja, kako napuniti bateriju 18650 ili bilo koju drugu litij bateriju? Zatim prelazimo na mali izbor gotovih sklopnih rješenja za punjače (ti isti kontroleri punjenja).

Sheme punjenja li-ionskih baterija

Svi krugovi prikladni su za punjenje bilo koje litijeve baterije, ostaje samo odlučiti o struji punjenja i bazi elemenata.

LM317

Shema jednostavnog punjača na bazi LM317 čipa s indikatorom napunjenosti:

Krug je jednostavan, cijela postavka se svodi na postavljanje izlaznog napona na 4,2 volta pomoću ugađajućeg otpornika R8 (bez priključene baterije!) i podešavanje struje punjenja odabirom otpornika R4, R6. Snaga otpornika R1 je najmanje 1 vat.

Čim se LED ugasi, proces punjenja se može smatrati dovršenim (struja punjenja se nikada neće smanjiti na nulu). Nije preporučljivo držati bateriju u ovom napunjenom stanju dulje vrijeme nakon što je potpuno napunjena.

Čip lm317 se široko koristi u raznim stabilizatorima napona i struje (ovisno o sklopnom krugu). Prodaje se na svakom uglu i općenito košta peni (možete uzeti 10 komada za samo 55 rubalja).

LM317 dolazi u različitim slučajevima:

Dodjela pinova (pinout):

Analogi LM317 čipa su: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (posljednja dva su domaće proizvodnje).

Struja punjenja može se povećati do 3A ako uzmete LM350 umjesto LM317. Istina, bit će skuplje - 11 rubalja / komad.

Tiskana ploča i sklop sklopa prikazani su u nastavku:

Stari sovjetski tranzistor KT361 može se zamijeniti sličnim p-n-p tranzistorom (na primjer, KT3107, KT3108 ili buržujski 2N5086, 2SA733, BC308A). Može se potpuno ukloniti ako indikator punjenja nije potreban.

Nedostatak kruga: napon napajanja mora biti u rasponu od 8-12V. To je zbog činjenice da za normalan rad mikrosklopa LM317 razlika između napona baterije i napona napajanja mora biti najmanje 4,25 volti. Stoga ga neće biti moguće napajati iz USB priključka.

MAX1555 ili MAX1551

MAX1551/MAX1555 su specijalizirani punjači za Li+ baterije koji mogu raditi s USB-a ili iz zasebnog adaptera za napajanje (na primjer, punjač telefona).

Jedina razlika između ovih mikro krugova je u tome što MAX1555 daje signal za indikator napretka punjenja, a MAX1551 - signal da je napajanje uključeno. Oni. 1555 je još uvijek poželjniji u većini slučajeva, tako da je 1551 sada teško pronaći u prodaji.

Detaljan opis ovih čipova od proizvođača -.

Maksimalni ulazni napon iz DC adaptera je 7 V, kada se napaja iz USB-a - 6 V. Kada napon napajanja padne na 3,52 V, mikrosklop se isključuje i punjenje prestaje.

Mikrokrug sam detektira na kojem je ulazu prisutan napon napajanja i spojen je na njega. Ako se napajanje napaja preko USB sabirnice, tada je maksimalna struja punjenja ograničena na 100 mA - to vam omogućuje da uključite punjač u USB priključak bilo kojeg računala bez straha od spaljivanja južnog mosta.

Kada se napaja odvojenim napajanjem, tipična struja punjenja je 280 mA.

Čipovi imaju ugrađenu zaštitu od pregrijavanja. Ali čak i u ovom slučaju, krug nastavlja raditi, smanjujući struju punjenja za 17mA za svaki stupanj iznad 110°C.

Postoji funkcija prethodnog punjenja (vidi gore): sve dok je napon baterije ispod 3V, mikrosklop ograničava struju punjenja na 40 mA.

Mikrokrug ima 5 pinova. Ovdje je tipični dijagram ožičenja:

Ako postoji jamstvo da napon na izlazu vašeg adaptera ni pod kojim uvjetima ne može prijeći 7 volti, onda možete bez stabilizatora 7805.

Opcija USB punjenja može se sastaviti, na primjer, na ovom.

Mikrokrug ne treba nikakve vanjske diode ili vanjske tranzistori. Općenito, naravno, šik mikruhi! Samo što su premalene, nezgodno je lemiti. I još su skupi ().

LP2951

Stabilizator LP2951 proizvodi National Semiconductors (). Omogućuje implementaciju ugrađene funkcije ograničavanja struje i omogućuje generiranje stabilne razine napona punjenja za litij-ionsku bateriju na izlazu kruga.

Vrijednost napona punjenja je 4,08 - 4,26 volti i postavlja se otpornikom R3 kada je baterija isključena. Napetost je vrlo točna.

Struja punjenja je 150 - 300mA, ova je vrijednost ograničena unutarnjim krugovima čipa LP2951 (ovisno o proizvođaču).

Koristite diodu s malom obrnutom strujom. Na primjer, to može biti bilo koja serija 1N400X koju možete nabaviti. Dioda se koristi kao dioda za blokiranje kako bi se spriječila obrnuta struja od baterije do LP2951 čipa kada je ulazni napon isključen.

Ovaj punjač proizvodi prilično nisku struju punjenja, tako da se svaka 18650 baterija može puniti cijelu noć.

Mikrokrug se može kupiti i u DIP paketu iu SOIC paketu (cijena je oko 10 rubalja po komadu).

MCP73831

Čip vam omogućuje stvaranje pravih punjača, osim toga, jeftiniji je od hyped MAX1555.

Tipični sklopni krug je uzet iz:

Važna prednost kruga je odsutnost snažnih otpornika niskog otpora koji ograničavaju struju punjenja. Ovdje se struja postavlja otpornikom spojenim na 5. izlaz mikrosklopa. Njegov otpor bi trebao biti u rasponu od 2-10 kOhm.

Sklop punjača izgleda ovako:

Mikrokrug se prilično dobro zagrijava tijekom rada, ali čini se da ga to ne ometa. Obavlja svoju funkciju.

Evo još jedne pcb varijante sa smd ledom i mikro usb konektorom:

LTC4054 (STC4054)

Vrlo jednostavno, super ideja! Omogućuje punjenje strujom do 800 mA (vidi). Istina, ima tendenciju da se jako zagrije, ali u ovom slučaju ugrađena zaštita od pregrijavanja smanjuje struju.

Sklop se može uvelike pojednostaviti izbacivanjem jedne ili čak obje LED diode s tranzistorom. Tada će izgledati ovako (slažem se, nema nigdje lakše: par otpornika i jedan konder):

Jedna od opcija PCB-a dostupna je na . Ploča je dizajnirana za elemente veličine 0805.

I=1000/R. Ne biste trebali odmah postaviti veliku struju, prvo pogledajte koliko će se mikro krug zagrijati. Za svoje potrebe uzeo sam otpornik od 2,7 kOhm, dok je struja punjenja bila oko 360 mA.

Malo je vjerojatno da se radijator može prilagoditi ovom mikrokrugu, a nije činjenica da će biti učinkovit zbog visoke toplinske otpornosti prijelaza kristalno kućište. Proizvođač preporuča izradu hladnjaka "kroz vodove" - ​​stvaranje što debljih staza i ostavljanje folije ispod kućišta mikrosklopa. I općenito, što je više "zemljane" folije ostalo, to bolje.

Inače, većina topline se odvodi kroz 3. nogu, tako da ovu stazu možete učiniti vrlo širokom i debelom (napunite je viškom lema).

LTC4054 paket čipa može imati oznaku LTH7 ili LTADY.

LTH7 se razlikuje od LTADY-a po tome što prvi može podići vrlo praznu bateriju (na kojoj je napon manji od 2,9 volti), dok drugi ne može (treba ga ljuljati zasebno).

Čip je ispao vrlo uspješan, tako da ima gomilu analoga: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, WPM4054, YPT4054, YPT4054, YPT5054, YPT50106010101016010101010101010, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Prije korištenja bilo kojeg od analoga, provjerite podatkovne tablice.

TP4056

Mikrokrug je izrađen u paketu SOP-8 (vidi), na trbuhu ima metalni hladnjak koji nije spojen na kontakte, što omogućuje učinkovitije uklanjanje topline. Omogućuje punjenje baterije strujom do 1A (struja ovisi o otporniku za podešavanje struje).

Dijagram povezivanja zahtijeva minimalan broj priključaka:

Krug provodi klasični proces punjenja - prvo punjenje konstantnom strujom, zatim konstantnim naponom i opadajućom strujom. Sve je znanstveno. Ako rastavite punjenje korak po korak, tada možete razlikovati nekoliko faza:

1. Praćenje napona priključene baterije (to se događa cijelo vrijeme).
2. Faza prethodnog punjenja (ako je baterija prazna ispod 2,9 V). Struja punjenja 1/10 od programiranog otpornika R prog (100mA pri R prog = 1,2 kOhm) do razine od 2,9 V.
3. Punjenje maksimalnom konstantnom strujom (1000mA pri R prog = 1,2 kOhm);
4. Kada baterija dosegne 4,2 V, napon baterije je fiksiran na ovoj razini. Počinje postupno smanjenje struje punjenja.
5. Kada struja dosegne 1/10 R prog programiranog otpornikom (100 mA pri R prog = 1,2 kOhm), punjač se isključuje.
6. Nakon završetka punjenja, regulator nastavlja pratiti napon baterije (vidi točku 1). Struja koju troši strujni krug je 2-3 μA. Nakon što napon padne na 4,0 V, ponovno se uključuje punjenje. I tako u krug.

Struja punjenja (u amperima) izračunava se po formuli I=1200/R prog. Dopušteni maksimum je 1000 mA.

Pravi test punjenja s 18650 baterijom na 3400 mAh prikazan je na grafikonu:

Prednost mikrosklopa je u tome što struju punjenja postavlja samo jedan otpornik. Snažni otpornici niskog otpora nisu potrebni. Osim toga, postoji indikator procesa punjenja, kao i indikacija kraja punjenja. Kada baterija nije spojena, indikator treperi svakih nekoliko sekundi.

Napon napajanja kruga mora biti unutar 4,5 ... 8 volti. Što je bliže 4,5V - to bolje (pa se čip manje zagrijava).

Prva noga služi za spajanje temperaturnog senzora ugrađenog u litij-ionsku bateriju (obično srednji terminal baterije mobilnog telefona). Ako je izlazni napon ispod 45% ili iznad 80% napona napajanja, punjenje se obustavlja. Ako vam nije potrebna kontrola temperature, samo stavite tu nogu na tlo.

Pažnja! Ovaj krug ima jedan značajan nedostatak: nepostojanje zaštitnog kruga baterije od preokreta. U tom slučaju, regulator će zajamčeno izgorjeti zbog prekoračenja maksimalne struje. U ovom slučaju, napon napajanja kruga izravno pada na bateriju, što je vrlo opasno.

Pečat je jednostavan, gotov za sat vremena na koljenu. Ako vrijeme trpi, možete naručiti gotove module. Neki proizvođači gotovih modula dodaju zaštitu od prekomjerne struje i prekomjernog pražnjenja (na primjer, možete odabrati koju ploču trebate - sa ili bez zaštite i s kojim konektorom).

Također možete pronaći gotove ploče s kontaktom za senzor temperature. Ili čak modul za punjenje s više TP4056 čipova paralelno radi povećanja struje punjenja i sa zaštitom od obrnutog polariteta (primjer).

LTC1734

Također je vrlo jednostavan dizajn. Struju punjenja postavlja otpornik R prog (na primjer, ako stavite otpornik od 3 kΩ, struja će biti 500 mA).

Mikrokrugovi su obično označeni na kućištu: LTRG (često se mogu naći u starim Samsung telefonima).

Tranzistor je općenito prikladan za bilo koji p-n-p, glavna stvar je da je dizajniran za danu struju punjenja.

Na ovom dijagramu nema indikatora napunjenosti, ali na LTC1734 se kaže da pin "4" (Prog) ima dvije funkcije - podešavanje struje i praćenje kraja punjenja baterije. Na primjer, prikazan je krug s kontrolom kraja punjenja pomoću komparatora LT1716.

Komparator LT1716 u ovom slučaju može se zamijeniti jeftinim LM358.

TL431 + tranzistor

Vjerojatno je teško smisliti sklop od pristupačnijih komponenti. Ovdje je najteže pronaći izvor referentnog napona TL431. Ali oni su toliko česti da se nalaze gotovo posvuda (rijetko što izvor napajanja radi bez ovog mikrosklopa).

Pa, tranzistor TIP41 može se zamijeniti bilo kojim drugim s odgovarajućom strujom kolektora. Čak će i stari sovjetski KT819, KT805 (ili manje moćni KT815, KT817) moći.

Postavljanje kruga svodi se na postavljanje izlaznog napona (bez baterije !!!) pomoću trimera na razini od 4,2 volta. Otpornik R1 postavlja maksimalnu vrijednost struje punjenja.

Ova shema u potpunosti implementira dvostupanjski proces punjenja litij baterija - prvo punjenje istosmjernom strujom, zatim prijelaz na fazu stabilizacije napona i glatko smanjenje struje na gotovo nulu. Jedini nedostatak je loša ponovljivost sklopa (kapriciozna u postavljanju i zahtjevna za komponente koje se koriste).

MCP73812

Postoji još jedan nezasluženo zanemareni mikročip iz Microchipa - MCP73812 (vidi). Na temelju toga dobivate vrlo proračunsku opciju punjenja (i jeftinu!). Cijeli komplet je samo jedan otpornik!

Usput, mikrosklop je napravljen u kućištu prikladnom za lemljenje - SOT23-5.

Jedini nedostatak je što se jako zagrijava i nema indikacije napunjenosti. Također nekako ne radi baš pouzdano ako imate napajanje male snage (što daje pad napona).

Općenito, ako vam indikacija napunjenosti nije važna, a odgovara vam struja od 500 mA, onda je MCP73812 vrlo dobra opcija.

NCP1835

Nudi se potpuno integrirano rješenje - NCP1835B, koje osigurava visoku stabilnost napona punjenja (4,2 ± 0,05 V).

Možda je jedini nedostatak ovog mikrosklopa njegova premala veličina (paket DFN-10, veličina 3x3 mm). Nije svatko u stanju osigurati kvalitetno lemljenje takvih minijaturnih elemenata.

Od neospornih prednosti, želio bih napomenuti sljedeće:

1. Minimalni broj dijelova body kita.
2. Mogućnost punjenja potpuno ispražnjene baterije (struja prije punjenja 30mA);
3. Definicija kraja punjenja.
4. Programabilna struja punjenja - do 1000 mA.
5. Indikacija napunjenosti i pogreške (može detektirati nepunjive baterije i to signalizirati).
6. Dugotrajna zaštita od punjenja (promjenom kapacitivnosti kondenzatora C t, možete postaviti maksimalno vrijeme punjenja od 6,6 do 784 minute).

Trošak mikrosklopa nije tako jeftin, ali nije toliko velik (~ 1 USD) da bi ga odbio koristiti. Ako ste prijatelji s lemilom, preporučio bih da se odlučite za ovu opciju.

Detaljniji opis nalazi se u .

Je li moguće puniti litij-ionsku bateriju bez kontrolera?

Da, možete. Međutim, to će zahtijevati strogu kontrolu struje i napona punjenja.

Općenito, neće funkcionirati punjenje baterije, na primjer, našeg 18650 bez punjača. Još uvijek morate nekako ograničiti maksimalnu struju punjenja, dakle barem najprimitivniju memoriju, ali još uvijek potrebna.

Najjednostavniji punjač za bilo koju litij bateriju je otpornik u seriji s baterijom:

Otpor i rasipanje snage otpornika ovise o naponu napajanja koji će se koristiti za punjenje.

Izračunajmo, kao primjer, otpornik za napajanje od 5 volti. Punit ćemo bateriju 18650 kapaciteta 2400 mAh.

Dakle, na samom početku punjenja, pad napona na otporniku bit će:

U r \u003d 5 - 2,8 \u003d 2,2 volta

Pretpostavimo da je naše napajanje od 5V ocijenjeno za maksimalnu struju od 1A. Krug će potrošiti najveću struju na samom početku punjenja, kada je napon na bateriji minimalan i iznosi 2,7-2,8 volti.

Pažnja: ovi proračuni ne uzimaju u obzir mogućnost da se baterija može jako duboko isprazniti i da napon na njoj može biti puno niži, do nule.

Dakle, otpor otpornika potreban za ograničavanje struje na samom početku punjenja na razini od 1 Ampera trebao bi biti:

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

Snaga disipacije otpornika:

P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2,2 \u003d 2,2 W

Na samom kraju punjenja baterije, kada se napon na njoj približi 4,2 V, struja punjenja bit će:

Ja punim = (U un - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

Odnosno, kao što vidimo, sve vrijednosti ne prelaze dopuštene za danu bateriju: početna struja ne prelazi maksimalnu dopuštenu struju punjenja za danu bateriju (2,4 A), a konačna struja premašuje struju pri kojem baterija više ne dobiva kapacitet (0,24 A).

Glavni nedostatak takvog punjenja je potreba za stalnim praćenjem napona na bateriji. I ručno isključite punjenje čim napon dosegne 4,2 volta. Činjenica je da litijeve baterije ne podnose baš dobro čak ni kratkotrajni prenapon - mase elektroda počinju brzo degradirati, što neminovno dovodi do gubitka kapaciteta. Istodobno se stvaraju svi preduvjeti za pregrijavanje i smanjenje tlaka.

Ako vaša baterija ima ugrađenu zaštitnu ploču, o kojoj je bilo riječi malo više, onda je sve pojednostavljeno. Kada dostigne određeni napon na bateriji, sama ploča će je odspojiti od punjača. Međutim, ovaj način punjenja ima značajne nedostatke o kojima smo govorili u.

Zaštita ugrađena u bateriju ni pod kojim uvjetima neće dopustiti njeno ponovno punjenje. Sve što vam preostaje je kontrolirati struju punjenja tako da ne prelazi dopuštene vrijednosti za ovu bateriju (nažalost, zaštitne ploče ne mogu ograničiti struju punjenja).

Punjenje pomoću laboratorijskog napajanja

Ako imate na raspolaganju napajanje sa strujnom zaštitom (ograničenjem), onda ste spašeni! Takvo napajanje je već punopravni punjač koji implementira ispravan profil punjenja, o čemu smo pisali gore (CC / CV).

Sve što trebate učiniti za punjenje li-iona je namjestiti napajanje na 4,2 volta i postaviti željenu granicu struje. I možete spojiti bateriju.

U početku, kada je baterija još uvijek prazna, laboratorijsko napajanje će raditi u načinu zaštite struje (tj. stabiliziraće izlaznu struju na zadanoj razini). Zatim, kada napon na banci poraste na postavljenih 4,2V, napajanje će se prebaciti u način stabilizacije napona, a struja će početi padati.

Kada struja padne na 0,05-0,1C, baterija se može smatrati potpuno napunjenom.

Kao što vidite, laboratorijski PSU je gotovo savršen punjač! Jedino što ne može učiniti automatski je donijeti odluku da do kraja napuni bateriju i isključi se. Ali ovo je sitnica, na koju nije vrijedna pažnje.

Kako napuniti litijeve baterije?

A ako govorimo o bateriji za jednokratnu upotrebu koja nije namijenjena za ponovno punjenje, onda je točan (i jedino ispravan) odgovor na ovo pitanje NE.

Činjenica je da svaka litijeva baterija (na primjer, uobičajena CR2032 u obliku ravne tablete) karakterizira prisutnost unutarnjeg pasivizirajućeg sloja koji prekriva litijsku anodu. Ovaj sloj sprječava kemijsku reakciju anode s elektrolitom. A dovod vanjske struje uništava gornji zaštitni sloj, što dovodi do oštećenja baterije.

Usput, ako govorimo o nepunjivoj bateriji CR2032, odnosno LIR2032, koja joj je vrlo slična, već je punopravna baterija. Može se i treba puniti. Samo njen napon nije 3, nego 3,6V.

O tome kako puniti litijeve baterije (bilo da se radi o bateriji telefona, 18650 ili bilo kojoj drugoj li-ion bateriji) bilo je riječi na početku članka.

Gdje kupiti čips?

Možete, naravno, kupiti u Chip-Deep-u, ali tamo je skupo. Stoga ga uvijek uzimam u jednoj vrlo tajnoj trgovini)) Najvažnije je odabrati pravog prodavača, tada će narudžba doći brzo i sigurno.

Radi vaše udobnosti, sakupio sam najpouzdanije prodavače u jednoj tablici, iskoristite je za svoje zdravlje:

Ime	podatkovni list	cijena
LM317		5,5 rub/komad	Kupiti
LM350
LTC1734		42 rub/komad	Kupiti
TL431		85 kop/kom.	Kupiti
MCP73812		65 rub/komad	Kupiti
NCP1835		83 rub/kom.	Kupiti
*Svi čipovi uz besplatnu dostavu

Većina modernih elektroničkih uređaja, poput prijenosnog računala, telefona ili playera, opremljena je litij-ionskim baterijama, koje djeluju kao autonomni izvori energije. Ove ionske baterije razvijene su relativno nedavno, ali su zbog svojih karakteristika stekle veliku popularnost među dizajnerima i proizvođačima gadgeta. Sada, uz razne kućanske aparate, mnogi alati za ukrašavanje i popravak, odvijači ili strojevi za rezanje opremljeni su takvim izvorima energije. Ovaj članak govori o vrstama litij-ionskih baterija, njihovom opsegu i principu rada.

Vrste litij-ionskih baterija

Postoji nekoliko vrsta punjivih baterija koje rade na principu pohranjivanja energije i pražnjenja do potrošenog uređaja koji se može spojiti u jednu litij-ionsku jedinicu. Ove baterije uključuju:

1. Litij kobalt baterija. Takav se uređaj sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima strukturu ploče s prazninama između dijelova, tako da kada se troši energija, litijevi ioni se dovode do ploča s anode, dolazi do elektromagnetske reakcije, a napon se dovodi do terminala. Nedostatak takvog sustava je slaba otpornost mehanizma na promjene temperature, jer se s negativnim vrijednostima baterija prazni, čak i ako nije spojena na potrošača. Tijekom ponovnog punjenja proizvoda mijenja se smjer struje, a litijevi ioni ulaze kroz katode do anoda, akumuliraju se, a napon raste. Strogo je zabranjeno spajati punjač na bateriju čiji je nazivni napon veći od nazivnog dijela, inače se baterija može pregrijati, ploče će se rastopiti i kućište će puknuti;
2. Litij-mangan baterija. Također se odnosi na litij-ionske baterije čiji je radni medij izrađen od manganskog spinela u obliku trodimenzionalnih tunela u obliku križa. Za razliku od kobaltnog sustava, ova vrsta baze osigurava nesmetan prolaz litijevih iona od anode do katode i dalje do kontakata uređaja. Glavna prednost litij-ion manganskih baterija je njihova niska otpornost materijala, zbog čega se često koriste u hibridnim vozilima, alatima koji troše energiju ili autonomnoj medicinskoj opremi. Dopušteno je zagrijavanje baterije tijekom punjenja do 80 stupnjeva, a nazivna struja može biti do 20-30 A. Ne preporučuje se djelovanje na bateriju strujom čiji je napon veći od 50A dulje od dvije sekunde, inače se spineli mogu pregrijati i otkazati;

1. Litij-ionske baterije sa željezno-fosfatnom katodom. Takva baterija je rijetka zbog relativno visoke cijene proizvodnje, konačna cijena joj je nešto viša od ostalih litij-ionskih baterija. Fosfatna katoda ima veliku prednost: životni vijek proizvoda i učestalost punjenja znatno su bolji od sličnih uređaja. Najčešće ove baterije imaju jamstvo od 10 do 50 godina ili oko 500 ciklusa punjenja. Zbog ovih karakteristika, željezofosfatne baterije se često koriste u industriji kada je potrebno dobiti visoki izlazni napon;
2. Litij-nikl-mangan-kobalt oksid ionske baterije. Ovo je najpraktičnija, u smislu troškova proizvodnje i pouzdanosti gotovog proizvoda, kombinacija materijala za izradu katode. Zbog elektrokemijskih svojstava navedenih tvari, katoda izrađena od njih ima niske vrijednosti otpora, stoga će tijekom dugog mirovanja baterije pražnjenje biti minimalno. Također, povećanjem veličine staklene ili katodne ćelije možete povećati ukupni kapacitet baterije ili povećati napon. Tajna leži u kombinaciji mangana i nikla, koji, kada se pravilno kombiniraju, stvara lanac s visokim elektrokemijskim svojstvima;
3. Litij-titanatna baterija. Razvijen početkom 80-ih, za razliku od ionskih baterija s grafitnom jezgrom, katoda ovog uređaja izrađena je od nanokristala litij-titanata. Katoda izrađena od ovog materijala omogućuje vam da napunite bateriju u kratkom vremenskom razdoblju i održavate napon s nultim otporom. Ova se jedinica često koristi u autonomnim sustavima ulične rasvjete, kada je potrebno akumulirati energiju u kratkom vremenu i dati je potrošaču dugo vremena. Nedostatak takvog sustava je relativno visoka cijena gotove baterije, ali se brzo isplati zbog produljenog vijeka trajanja dijela.

Važno! Sve navedene litij-ionske baterije su baterije koje se ne mogu servisirati, stoga, u slučaju oštećenja ili kvara, neće biti moguć popravak niti izvođenje servisnih radova za dodavanje elektrolita. Bilo kakve manipulacije za otvaranje poklopca baterije dovest će do uništenja ploča baterije i potpunog kvara.

Princip rada litij-ionskih baterija

Sve litij-ionske baterije imaju sličnu strukturu, koja ima nekoliko manjih razlika koje ne utječu na princip rada dijela. Vanjska je školjka izrađena od kompozitnog materijala, plastike ili tankog obojenog metala, što je vrlo rijetko. Najčešće se baterija sastoji od plastičnog kućišta, metalnih terminala za kontakt s potrošačem i unutarnjih šipki s pozitivnim i negativnim naponom. Unutarnji litij se puni spajanjem vanjskog uređaja sa stabilnom strujom, ali svaki proizvod ima primarni naboj, koji nastaje zbog kemijske reakcije između anode i katode.

Procesi na negativnoj elektrodi, izrađenoj od ugljičnog materijala, koji ima izgled prirodnog puff grafita, su nasumični, atomi nabijeni električnom energijom kreću se duž matrice bez gubitka napona. Svi pokazatelji u ovom sektoru su negativni.

Pozitivna elektroda litij baterije izrađena je isključivo od oksida kobalta ili nikla, kao i od litij-mangan spinela. Tijekom pražnjenja, litijevi ioni odmiču se od ugljične jezgre i, nakon što reagiraju s kisikom, prodiru u katodu i izlete van, ali ne mogu napustiti tijelo baterije. Nabijeni litijevi ioni gube napon i ostaju na površini anode sve dok se litij ne napuni. Tijekom punjenja cijeli se proces odvija obrnutim redoslijedom.

Dizajn Li-ion baterije

Kao alkalna baterija, litijeva baterija se proizvodi u obliku cilindra ili može imati prizmatični oblik. U cilindričnoj bateriji kao jezgra se koriste elektrode smotane u rolu, izolirane posebnim omotačem i smještene u metalno kućište koje je spojeno na negativno nabijene ćelije. Da bi se održao polaritet, negativni kontakt se nalazi na dnu, a pozitivni kontakt nalazi se na vrhu dijela, a ti elementi ne bi se trebali dodirivati, inače će struja cirkulirati kroz vodič, što će dovesti do spontanog pražnjenja .

Prizmatični oblik litij-ionske baterije prilično je uobičajen. U ovom dizajnu, jezgra se formira preklapanjem posebnih ploča jedna na drugu, koje se nalaze na minimalnoj udaljenosti između njih. Takav sustav omogućuje veće tehničke performanse, ali zbog čvrstog prianjanja ploča tijekom punjenja baterija moguće je pregrijavanje jezgre i taljenje mreže, što dovodi do smanjenja produktivnosti dijela.

Nije rijetkost pronaći kombinirani sustav za uređaj litij-ionske baterije, kada se elektrode uvijene u rolu formiraju u ovalni cilindar. Istodobno se poštuju pravila glatkog prijelaza, a istovremeno ravni dio oponaša lamelarni oblik. Takve baterije imaju karakteristike obje vrste proizvoda, njihov radni vijek je mnogo veći.

Tijekom kemijske reakcije i rada baterije unutar kućišta nastaju plinovi koji sadrže štetne tvari. Za brzo uklanjanje ovih para, kod litij-ionskih baterija postoji izlaz, koji ima vezu s bankama i na vrijeme uklanja nakupljeni plin iz šupljine baterije. Neke baterije velike snage opremljene su posebnim ventilom koji radi tijekom kritičnog nakupljanja para.

Provjera Li-ion baterije

Napunjenost litija unutar baterije potrebno je povremeno provjeravati, unatoč činjenici da se navedena baterija smatra neupotrebljivom, budući da je njeno kućište zapečaćeno, bateriju još uvijek treba provjeravati posebnim uređajem.

Pregled uvijek počinje vanjskim pregledom, tijekom kojeg se tijelo dijela provjerava na pukotine i deformacije. Također se pregledavaju terminali baterije, čiste se od oksidacije i drugih onečišćenja.

Važno! Potrebno je održavati bateriju čistom, izbjegavajući kontakte između kontakata, jer to može dovesti do potpunog pražnjenja baterije, bit će vrlo problematično vratiti je.

Za provjeru unutarnjeg stanja jezgre koristi se utikač za opterećenje, koji je spojen na stezaljke i mjeri nazivni napon u mreži. Zatim se na bateriju primjenjuje pražnjenje, a uređaj očitava indikatore za zadržavanje struje unutar dijela. Važno je uzeti u obzir da u vrijeme testiranja baterija mora biti potpuno napunjena, inače će očitanja biti netočna.

Primjena litij-ionskih baterija

Litij-ionske baterije koriste se u mnogim aplikacijama ovisno o njihovoj konfiguraciji, obliku i nazivnom naponu. Najčešća upotreba baterija je u automobilskoj industriji, svako vozilo ima svoj izvor napajanja, koji je odgovoran za pokretanje automobila i obavljanje ostalih funkcija.

Ove se baterije također koriste u mobilnim uređajima, prijenosnim računalima i drugim napravama. Uređaj takvih baterija sličan je automobilskim baterijama, jedina razlika su dimenzije proizvoda, koje mogu biti veličine kutije šibica.

U posljednje vrijeme postalo je popularno uvođenje litij-ionskih baterija u sustave neprekidnog napajanja kod kuće i kao hitne izvore električne energije, dok je baterija trajno spojena na centralnu mrežu. Tijekom rada uređaja iz jednostavne elektrane baterija se puni, a kada se napajanje isključi automatski počinje davati struju potrošaču. U tom slučaju, punjiva baterija mora biti pravilno postavljena i opremljena sustavima zaštite od pregrijavanja.

Video