U ovom trenutku, litij-ionske baterije i Li-pol (litij polimer) su u širokoj upotrebi.

Razlika između njih leži u elektrolitu. U prvoj verziji, helij se koristi kao on, u drugoj - polimer zasićen otopinom koja sadrži litij. Danas, zahvaljujući popularnosti automobila s električnim motorima, pitanje pronalaženja idealne vrste litij-ionskih baterija, koje je optimalno za takva vozila, je akutno pitanje.

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

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

Ionske baterije imaju katodu od različitih metala, što je njihova glavna razlika. Proizvođači koriste različite materijale elektroda za poboljšanje performansi baterije.

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

S glavnim parametrima različitih vrsta litij baterija (litij-mangan, litij-kobalt, litij-fosfat i nikl-mangan-kobalt) možete se upoznati u tablici:

Pravila za korisnike električnih vozila

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

Za električna vozila prikladne su litij-ionske baterije koje imaju punopravni upravljački sustav ugrađen u tijelo.

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

• Akumulator se mora do kraja napuniti odmah nakon kupnje u trgovini, budući da su elektrode tijekom procesa proizvodnje napunjene 50%. Stoga će se raspoloživi kapacitet smanjiti, t.j. vrijeme rada ako nema početne naknade;
• baterija se ne smije potpuno isprazniti kako bi se očuvao njezin resurs;
• potrebno je napuniti bateriju nakon svakog putovanja, čak i ako napunjenost i dalje ostaje;
• nemojte zagrijavati baterije jer visoke temperature doprinose procesu starenja. Kako bi se resurs iskoristio što je više moguće, potrebno je raditi na optimalnoj temperaturi, koja je 20-25 stupnjeva. Stoga se baterija ne može pohraniti u blizini izvora topline;
• po hladnom vremenu preporuča se zamotati bateriju u plastičnu vrećicu s vakuumskom brtvom kako bi se pohranila na 3-4 stupnja, t.j. u prostoriji koja nije grijana. Napunjenost mora biti najmanje 50% pune;
• nakon što je baterija radila na negativnim temperaturama, ne možete je puniti bez držanja neko vrijeme na sobnoj temperaturi, odnosno potrebno je zagrijati;
• trebate napuniti bateriju pomoću isporučenog punjača.

PU ovih baterija su nekoliko podvrsta - litij - LiFePO4 (željezo - fosfat), koristeći željezno fosfatnu katodu. Njihove karakteristike omogućuju da se o baterijama govori kao o vrhuncu tehnologija koje se koriste za proizvodnju baterija.

Njihove glavne prednosti su:

• broj ciklusa punjenja-pražnjenja, koji doseže 5000 dok se kapacitet ne smanji za 20%;
• dug radni vijek;
• nedostaje "efekt pamćenja";
• širok raspon temperatura s konstantnim performansama (300-700 stupnjeva Celzija);
• kemijska stabilnost i toplinska, što povećava sigurnost.

Najčešće korištene baterije

Među brojnim, najčešće su 18650 li-ion baterije koje proizvodi pet tvrtki: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, koje imaju tvornice u Japanu, Kini, Maleziji i Južnoj Koreji. Planirano je korištenje 18650 li-ion baterija u prijenosnim računalima. Međutim, zahvaljujući svom uspješnom formatu, koriste se u radio-upravljanim modelima, električnim vozilima, svjetiljkama itd.

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

Zaštićene i nezaštićene litij-ionske baterije

Također je važno za litijeve baterije jesu li zaštićene ili ne. Radni raspon prvog je 4,2-2,5 V (koristi se u uređajima dizajniranim za rad s litij-ionskim izvorima): LED svjetiljke, kućanski aparati male snage itd.

Električni alati, bicikli s elektromotorima, prijenosna računala, video i fotografska oprema koriste nezaštićene baterije kojima upravlja kontroler.

Što trebate znati o litij-ionskim baterijama?

Prije svega, ograničenja koja se moraju poštivati ​​tijekom rada:

• napon punjenja (maksimalni) ne može biti veći od 4,35 V;
• njegova minimalna vrijednost ne može ići ispod oznake od 2,3 V;
• struja pražnjenja ne smije biti veća od dvostruke vrijednosti kapaciteta. Ako je vrijednost potonjeg 2200mAH, maksimalna struja je 4400mA.

Funkcije koje obavlja kontroler

Čemu služi litij-ionski regulator punjenja baterije? Služi nekoliko funkcija:

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

Li-ion kontroler punjenja baterije izrađen je ili kao mikrosklop ugrađen u bateriju, ili kao zaseban uređaj.

Za punjenje baterija bolje je koristiti priloženi 18650 li ion punjač baterija. Punjač litij baterija 18650 obično ima indikaciju razine napunjenosti. Najčešće je to LED dioda, koja označava kada je punjenje u tijeku i njegov kraj.

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

Ali, važno je znati kojom strujom puniti bateriju li ion 18650. Trebala bi biti polovica nominalnog kapaciteta, odnosno ako je 2000 mAh, onda je struja optimalna - 1A. Punjenje baterije velikom strujom, brzo se razgrađuje. Kada koristite malu struju, to će potrajati dulje.

Video: Kako napuniti Li ion punjač baterija vlastitim rukama

Krug punjača baterija

izgleda ovako:

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

Nakon njegovog završetka, t.j. kada struja dosegne nultu točku, punjenje litij-ionske baterije treba prestati. Gornji krug zadovoljava ove zahtjeve: ispražnjena baterija spojena na punjač (VD3 svijetli) koristi struju od 300 mA.

Proces koji je u tijeku označen je upaljenim LED VD1, struja koja se postupno smanjuje na 30 mA, što pokazuje da se baterija puni. Završetak procesa signalizira upaljena LED VD2.

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

Može li se baterija reanimirati?

Nakon par godina aktivnog korištenja, baterije katastrofalno gube kapacitet, stvarajući probleme pri korištenju vašeg omiljenog uređaja. Je li moguće i kako obnoviti litij ion bateriju dok korisnik traži zamjenu?

Oporavak litij-ionske baterije moguć je neko vrijeme na nekoliko načina.

Ako je baterija natečena, t.j. je prestao držati naboj, što znači da su se plinovi nakupili unutra.

Zatim postupite na sljedeći način:

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

Postoje i drugi načini o kojima možete pročitati na internetu.

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

Video: Li-ion baterije, savjeti za korištenje li-ion baterija

Rad, punjenje, prednosti i nedostaci litij baterija

Mnogi ljudi danas koriste elektroničke uređaje u svom svakodnevnom životu. Mobiteli, tableti, laptopi... Svi znaju što je to. Ali malo ljudi zna da je ključni element ovih uređaja litijeva baterija. Gotovo svaki mobilni uređaj opremljen je ovom vrstom punjive baterije. Danas ćemo govoriti o litij baterijama. Ove baterije i njihova proizvodna tehnologija neprestano se razvijaju. Značajno ažuriranje tehnologije odvija se svake 1-2 godine. Razmotrit ćemo opći princip rada litij baterija, a odvojeni materijali bit će posvećeni sortama. Povijest nastanka, rada, skladištenja, prednosti i mana litijevih baterija bit će razmotrena u nastavku.

Istraživanja u tom smjeru provedena su početkom 20. stoljeća. "Prve laste" u obitelji litijevih baterija pojavile su se početkom sedamdesetih godina prošlog stoljeća. Anoda ovih baterija bila je od litija. Brzo su postali traženi zbog svoje visoke specifične energije. Zahvaljujući prisutnosti litija, vrlo aktivnog redukcijskog sredstva, programeri su uspjeli uvelike povećati nazivni napon i specifičnu energiju ćelije. Razvoj, naknadno testiranje i fino ugađanje tehnologije trajalo je oko dva desetljeća.

Tijekom tog vremena uglavnom su se rješavali problemi sa sigurnošću korištenja litijevih baterija, odabirom materijala itd. Sekundarne litijeve ćelije s aprotičnim elektrolitima i tipom s čvrstom katodom slične su u elektrokemijskim procesima koji se u njima odvijaju. Konkretno, anodno otapanje litija odvija se na negativnoj elektrodi. Litij je ugrađen u kristalnu rešetku pozitivne elektrode. Kad se baterija napuni, procesi na elektrodama idu u suprotnom smjeru.

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

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

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

• TiS2 (titanijev disulfid);
• Nb (Se) n (niobij selenid);
• vanadijevi sulfidi i diselenidi;
• bakreni i željezni sulfidi.

Svi ovi materijali imaju slojevitu strukturu. Istraživanja su provedena i s materijalima složenijih sastava. Za to su u malim količinama korišteni aditivi nekih metala. To su bili elementi s kationima većeg radijusa od Li.

Visoke specifične karakteristike katode dobivene su na metalnim oksidima. Ispitani su različiti oksidi na reverzibilni rad, koji ovisi o stupnju izobličenja kristalne rešetke oksidnog materijala, kada se tu uvedu litijevi kationi. Izračun je također uzeo u obzir elektronsku vodljivost katode. Izazov je bio osigurati da se volumen katode ne promijeni više od 20 posto. Prema istraživanjima, najbolje rezultate pokazali su oksidi vanadija i molibdena.

S anodom su glavne poteškoće nastale pri stvaranju litijevih baterija. Točnije, tijekom punjenja, kada dolazi do katodnog taloženja Li. Time se formira površina s vrlo visokom aktivnošću. Litij se taloži na površini katode u obliku dendrita, a kao rezultat nastaje pasivni film.

Ispostavilo se da ovaj film obavija čestice litija i sprječava njihov kontakt s bazom. Taj se proces naziva inkapsulacija i dovodi do činjenice da se nakon punjenja baterije određeni dio litija isključuje iz elektrokemijskih procesa.

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

U nekom trenutku, element je zagrijan do točke taljenja Li i reakcija je prešla u nekontroliranu fazu. Tako su početkom 90-ih mnoge litijeve baterije vraćene u poduzeća tvrtki koje su ih proizvodile. To su bile neke od prvih baterija koje su se koristile u mobilnim telefonima. U trenutku razgovora (struja dosegne svoju maksimalnu vrijednost) na telefonu, iz ovih baterija je emitiran plamen. Bilo je mnogo slučajeva kada je korisnik opečen po licu. Formiranje dendrita tijekom taloženja litija, osim opasnosti od požara i eksplozije, može dovesti do kratkih spojeva.

Stoga su istraživači utrošili puno vremena i truda na razvoj metode površinske obrade katode. Razvijene su metode za uvođenje aditiva u elektrolit koji sprječavaju nastanak dendrita. Znanstvenici su napredovali u tom smjeru, ali problem do sada nije u potpunosti riješen. Te probleme su pokušali riješiti upotrebom metalnog litija drugom metodom.

Dakle, negativna elektroda počela se izrađivati ​​od litijevih legura, a ne od čistog Li. Najuspješnija je bila legura litija i aluminija. Kada je proces pražnjenja u tijeku, iz takve legure u elektrodi se izrezuje litij i obrnuto tijekom punjenja. To jest, tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja, koncentracija Li u leguri se mijenja. Naravno, došlo je do određenog gubitka aktivnosti litija u leguri u usporedbi s metalnim Li.

Potencijal elektrode od legure pao je negdje između 0,2-0,4 volta. Radni napon litijeve baterije je smanjen, a istovremeno se smanjila interakcija između elektrolita i legure. To je postalo pozitivan čimbenik, budući da se samopražnjenje smanjilo. Ali legura litija i aluminija nije široko rasprostranjena. Ovdje je problem bio u tome što se specifični volumen ove legure uvelike mijenjao tijekom vožnje biciklom. Kada je došlo do dubokog pražnjenja, elektroda je postala krhka i raspala se. Zbog smanjenja specifičnih karakteristika legure, istraživanja u ovom smjeru su prekinuta. Proučavane su i druge legure.

Istraživanja su pokazala da je najprikladnija legura Li s teškim metalima. Primjer je Woodova legura. Dobro su se ponašali u smislu održavanja specifičnog volumena, ali specifične karakteristike nisu bile dovoljne za korištenje u litij baterijama.

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

Gustoća energije litij ─ ionskih baterija manja je od one litij. Ali njihova sigurnost i jednostavnost korištenja su mnogo veći. Više o ovoj poveznici možete pročitati.

Rad i vijek trajanja

Eksploatacija

Pravila rada će se razmotriti na primjeru uobičajenih litijevih baterija koje se koriste u mobilnim uređajima (telefoni, tableti, prijenosna računala). U većini slučajeva ugrađeni kontroler štiti takve baterije od "budala". No, za korisnika je korisno znati osnovne stvari o uređaju, parametrima i radu litij baterija.

Za početak, trebali biste zapamtiti da litijska baterija mora imati napon od 2,7 do 4,2 volta. Donja vrijednost ovdje označava minimalnu razinu napunjenosti, gornja vrijednost označava maksimalnu. U modernim Li baterijama elektrode su izrađene od grafita i kod njih je donja granica napona 3 volta (2,7 je vrijednost za koksne elektrode). Električna energija koju baterija odustane kada napon padne s gornje granice na donju naziva se njezin kapacitet.

Kako bi produžili vijek trajanja litijevih baterija, proizvođači donekle sužavaju raspon napona. To je često 3,3-4,1 volti. U praksi, litij baterije imaju svoj maksimalni vijek trajanja pri razini napunjenosti od 45 posto. Ako je baterija previše napunjena ili previše ispražnjena, životni vijek će se smanjiti. Općenito se preporuča puniti litijsku bateriju na 15-20% napunjenosti. I morate prestati s punjenjem odmah nakon dostizanja 100% kapaciteta.

No, kao što je već spomenuto, bateriju od prekomjernog punjenja i dubokog pražnjenja spašava njegov kontroler. Ova IC upravljačka ploča nalazi se na gotovo svim litij baterijama. U različitoj potrošačkoj elektronici (tablet, pametni telefon, prijenosno računalo) rad kontrolera integriranog u bateriju nadopunjen je mikrosklopom koji je zalemljen na ploči samog uređaja.

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

Doživotno

Litij baterije imaju vijek trajanja od približno 500 ciklusa punjenja-pražnjenja. Ova vrijednost vrijedi za većinu modernih litij-ionskih i litij-polimerskih baterija. Vijek trajanja može varirati ovisno o vremenu. Ovisi o intenzitetu korištenja mobilnog uređaja. Uz stalno korištenje, uz opterećenje aplikacija koje zahtijevaju velike resurse (video, igre), baterija može dosegnuti svoj limit za godinu dana. Ali prosječni vijek trajanja litij baterija je 3-4 godine.

Proces punjenja

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

Proces se sastoji od tri faze:

• trajanje prve faze je oko jedan sat. U tom slučaju, struja punjenja se održava na konstantnoj razini sve dok napon baterije ne dosegne 4,2 volta. Na kraju, stanje napunjenosti je 70%;
• druga faza također traje oko sat vremena. U ovom trenutku, regulator održava konstantan napon od 4,2 volta, dok se struja punjenja smanjuje. Kada struja padne na oko 0,2 * C, počinje završna faza. Na kraju, stanje napunjenosti je 90%;
• u trećem stupnju struja stalno opada pri naponu od 4,2 volta. U principu, ova faza ponavlja drugu fazu, ali ima strogo vremensko ograničenje od 1 sata. Kontroler zatim odspaja bateriju od punjača. Na kraju, stanje napunjenosti je 100%.

Kontroleri koji su sposobni za ovu fazu su prilično skupi. To se odražava na cijenu baterije. Kako bi smanjili troškove, mnogi proizvođači ugrađuju kontrolere s pojednostavljenim sustavom punjenja u baterije. Ovo je često samo prva faza. Punjenje se prekida kada napon dosegne 4,2 volta. Ali u ovom slučaju, litijska baterija se puni samo 70% svog kapaciteta. Ako se litij baterija vašeg uređaja puni 3 sata ili manje, tada najvjerojatnije ima pojednostavljeni kontroler.

Postoji niz drugih točaka vrijednih pažnje. Povremeno (jednom svaka 2 do 3 mjeseca) potpuno ispraznite bateriju (tako da se telefon isključi). Zatim se vrši potpuno punjenje do 100%. Nakon toga izvadite bateriju 1-2 minute, umetnite i uključite telefon. Razina punjenja bit će manja od 100%. Napunite do kraja i učinite to nekoliko puta dok se ne prikaže potpuno napunjenost kada je baterija umetnuta.

Zapamtite da je punjenje preko USB konektora prijenosnog računala, stolnog računala, adaptera za upaljač u automobilu puno sporije nego iz standardnog punjača. To je zbog ograničenja struje USB sučelja od 500 mA.

Također zapamtite da litijeve baterije gube dio svog kapaciteta na hladnom vremenu i niskom atmosferskom tlaku. Na temperaturama ispod nule, ova vrsta baterije postaje neispravna.

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

Litij-ionska baterija je postala toliko raširena zbog svoje lakoće proizvodnje, niske cijene i velikog broja ciklusa punjenja-pražnjenja. Ali kako bi se cijenile te prednosti, potrebno je pravilno raditi s Li-Ion baterijom.

Pravila rada razlikuju se ovisno o vrsti baterije. Na primjer, Ni-MH i Ni-Cd baterije moraju se potpuno isprazniti prije ponovnog punjenja. Inače se elementi povećavaju, a volumen baterije se smanjuje. Međutim, pravilo "kupili ste telefon - ispraznite ga na nulu, a zatim ga napunite i ponovite ciklus nekoliko puta" nije univerzalno i ne vrijedi za Li-Ion.

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

Nemojte prečesto prazniti bateriju na nulu.

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

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

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

Ali ne morate čekati takav pad. Ako možete staviti svoj telefon ili laptop na punjenje, učinite to. Redovito punjenje nije lijek, ali što češće punite Li-Ion, to će dulje trajati.

Povremeno kalibrirajte bateriju

Kalibracija uključuje potpuno pražnjenje, a zatim ponovno punjenje uređaja. Nema proturječnosti s prvim pravilom: kalibraciju treba obaviti otprilike jednom svaka tri mjeseca.

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

Koristite originalni punjač

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

Pokušajte ne koristiti "žabe"

Ako je moguće, izbjegavajte punjenje baterija žabom. Nesigurno je koristiti necertificirane uređaje, postoje slučajevi kada se "žabe" zapale tijekom procesa punjenja.

Danas se litij-ionske baterije najčešće koriste u raznim područjima. Posebno se široko koriste u mobilnoj elektronici (PDA uređaji, mobilni telefoni, prijenosna računala i drugo), električnim vozilima i tako dalje. To je zbog njihovih prednosti u odnosu na prethodno široko korištene nikal-kadmijeve (Ni-Cd) i nikal-metal hidridne (Ni-MH) baterije. A ako su potonji blizu svoje teorijske granice, onda je tehnologija litij-ionskih baterija na početku.

Uređaj

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

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

Takve litij-ionske baterije omogućuju čvršće pakiranje, ali teže održavaju tlačne sile na elektrodama od cilindričnih. Određeni broj prizmatičnih baterija koristi sklop kotača od paketa elektroda uvijenih u eliptičnu spiralu.

Većina baterija proizvodi se u prizmatičnim verzijama, jer im je glavna namjena osigurati rad prijenosnih računala i mobitela. Dizajn Li-ion baterije je potpuno zapečaćen. Ovaj zahtjev diktira nedopustivost istjecanja tekućeg elektrolita. Ako vodena para ili kisik uđu unutra, dolazi do reakcije s elektrolitom i materijalima elektrode, što dovodi do potpunog uništenja baterije.

Princip rada

• Litij-ionske baterije imaju dvije elektrode u obliku anode i katode, a između njih je elektrolit. Na anodi, kada je baterija spojena na zatvoreni krug, nastaje kemijska reakcija koja dovodi do stvaranja slobodnih elektrona.
• Ovi elektroni teže doći do katode, gdje je njihova koncentracija niža. Međutim, njihov elektrolit, koji se nalazi između elektroda, drži ih od izravnog puta do katode od anode. Ostao je samo jedan put - kroz krug u kojem je baterija zatvorena. U tom slučaju, elektroni, koji se kreću duž navedenog kruga, opskrbljuju uređaj energijom.
• Pozitivno nabijeni litijevi ioni koje su ostavili odbjegli elektroni istovremeno se usmjeravaju kroz elektrolit na katodu kako bi se zadovoljila potražnja za elektronima na strani katode.
• Nakon što se svi elektroni pomaknu na katodu, dolazi do "smrti" baterije. Ali litij-ionska baterija je punjiva, što znači da se proces može obrnuti.

Uz pomoć punjača, energija se može ubrizgati u strujni krug, čime se pokreće reakcija u suprotnom smjeru. Rezultat će biti nakupljanje elektrona na anodi. Nakon ponovnog punjenja baterija će najvećim dijelom ostati takva do trenutka kada se aktivira. Međutim, s vremenom će baterija izgubiti dio napunjenosti čak i u stanju pripravnosti.

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

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

Standardno punjenje baterije je kako slijedi:

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

Postavljanje se može razlikovati zbog korištenja različitih kontrolera, što dovodi do različitih brzina punjenja i, sukladno tome, ukupne cijene baterije. Litij-ionske baterije mogu biti bez zaštite, odnosno kontroler se nalazi u punjaču, ili s ugrađenom zaštitom, odnosno kontroler se nalazi unutar baterije. Možda postoje uređaji kod kojih je zaštitna ploča ugrađena izravno u bateriju.

Sorte i primjena

Postoje dva faktora oblika za litij-ionske baterije:

1. Cilindrične litij-ionske baterije.
2. Stanične litij-ionske baterije.

Različiti podtipovi elektrokemijskog litij-ionskog sustava imenovani su prema vrsti korištene aktivne tvari. Ono što je zajedničko svim ovim litij-ionskim baterijama je da su sve zapečaćene baterije bez održavanja.

6 najčešćih tipova litij-ionskih baterija su:

1. Litij kobalt baterija ... Popularno je rješenje za digitalne fotoaparate, prijenosna računala i mobilne telefone zbog velike gustoće energije. Baterija se sastoji od katode od kobalt oksida i grafitne anode. Nedostaci litij-kobalt baterija: ograničena nosivost, loša toplinska stabilnost i relativno kratak vijek trajanja.

Područja uporabe ; mobilna elektronika.

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

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

1. Litij-nikl-mangan-kobalt-oksidna baterija ... Katoda baterije kombinira kobalt, mangan i nikal. Nikal je poznat po visokom specifičnom energetskom sadržaju, ali niskoj stabilnosti. Mangan pruža nizak unutarnji otpor, ali rezultira niskim specifičnim energetskim sadržajem. Kombinacija metala omogućuje vam da nadoknadite njihove slabosti i iskoristite njihove prednosti.

Područja uporabe; za privatnu i industrijsku uporabu (sigurnosni sustavi, solarne elektrane, rasvjeta za hitne slučajeve, telekomunikacije, električni automobili, električni bicikli itd.).

1. Litij-željezno-fosfatna baterija ... Njegove glavne prednosti su: dug radni vijek, visoke stope struje, otpornost na zlouporabu, povećana sigurnost i dobra toplinska stabilnost. Međutim, takva baterija ima mali kapacitet.

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

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

Područja uporabe; električni pogoni, industrija i medicinska oprema.

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

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

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

Tipične karakteristike

Općenito, litij-ionske baterije imaju sljedeće tipične karakteristike:

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

Prednosti i nedostatci

Prednosti uključuju:

• Visoka gustoća energije u usporedbi s nikal alkalnim baterijama.
• Dovoljno visok napon jedne baterije.
• Nedostatak "memorijskog efekta", koji osigurava jednostavan rad.
• Značajan broj ciklusa punjenja-pražnjenja.
• Dug vijek trajanja.
• Širok raspon temperatura za dosljedne performanse.
• Relativna sigurnost okoliša.

Među nedostatcima su:

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

Procjena karakteristika određenog punjača je teška bez razumijevanja kako bi uzorno punjenje 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 standardnim veličinama i faktorima oblika. Mogu biti i u kućištu (na primjer, danas popularni 18650) iu laminiranom ili prizmatičnom dizajnu (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	Standardna 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	1/2 AA
	14270	Ø AA, dužina CR2
	14430	Ø 14 mm (kao AA), ali kraće
	14500	AA
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S / 300S
	17670	2xCR123 (ili 168S / 600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (ili 150A / 300P)
	18650	2xCR123 (ili 168A / 600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	S
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Unutarnji elektrokemijski procesi odvijaju se na isti način i ne ovise o faktoru oblika i dizajnu baterije, stoga 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. Ovo je metodu koju Sony koristi u svim svojim punjačima. Unatoč sofisticiranijem regulatoru punjenja, to omogućuje punije punjenje litij-ionskih baterija bez ugrožavanja njihovog životnog vijeka.

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

Dakle, razmotrimo obje faze punjenja detaljnije.

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

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

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

Važno: ako planirate puniti baterije s ugrađenom zaštitnom pločom (PCB), tada prilikom projektiranja memorijskog kruga morate paziti da napon otvorenog kruga kruga nikada ne smije prijeći 6-7 volti. U suprotnom se zaštitna ploča može oštetiti.

U trenutku kada napon na bateriji poraste na vrijednost od 4,2 volta, baterija će dobiti otprilike 70-80% svog kapaciteta (konkretna vrijednost kapaciteta ovisit će o struji punjenja: s ubrzanim punjenjem bit će blago manje, s nominalnim - nešto više). Ovaj trenutak je kraj prve faze punjenja i služi kao signal za prijelaz u drugu (i posljednju) fazu.

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

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

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

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

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

Pokrili 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 vratile u normalne radne uvjete.

U ovoj fazi punjenje se osigurava konstantnom strujom smanjene vrijednosti sve dok napon na bateriji ne dosegne 2,8 V.

Preliminarna faza je neophodna kako bi se spriječilo bubrenje i smanjenje tlaka (ili čak eksplozija s vatrom) oštećenih baterija, na primjer, unutarnjeg kratkog spoja 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 pri punjenju 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 predpunjenja) 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 volt 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, iznijet ćemo 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 napuniti i može se kretati od 0,2C do 1C.

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

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

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

T = C / I punjenje.

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

3. Kako pravilno napuniti litij-polimersku bateriju?

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

Što je zaštitna ploča?

Zaštitna ploča (ili PCB - ploča za upravljanje napajanjem) 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 iz mobitela uvijek imaju PCB ploču. Izlazni terminali baterije nalaze se izravno na ploči:

Ove ploče koriste šestonožni kontroler punjenja baziran na specijaliziranom mikruhu (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.

Na primjer, evo dijagrama ploče za zaštitu baterije BP-6M, koja je bila isporučena na starim Nokia telefonima:

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

Ploča povećava duljinu baterije za 2-3 mm.

Baterije bez PCB-a obično su uključene u baterije s vlastitim zaštitnim krugovima.

Svaka baterija sa zaštitom može se lako pretvoriti u bateriju bez zaštite, samo je trebate iznutriti.

Do danas je maksimalni kapacitet baterije 18650 3400mAh. Zaštićene baterije moraju biti označene na kućištu ("Protected").

Nemojte brkati PCB s modulom napajanja (PCM). Ako prvi služe samo za zaštitu baterije, drugi su 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 sklopovskih rješenja za punjače (ti isti kontroleri punjenja).

Sheme punjenja za litij-ionske baterije

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

LM317

Dijagram jednostavnog punjača na temelju mikrosklopa LM317 s indikatorom napunjenosti:

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

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

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

LM317 dolazi u različitim kućištima:

Dodjela pinova (pinout):

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

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

PCB i shematski sklop 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 unutar 8-12V. To je zbog činjenice da za normalan rad mikrosklopa LM317 razlika između napona na bateriji i napona napajanja mora biti najmanje 4,25 volti. Stoga neće raditi s USB priključka.

MAX1555 ili MAX1551

MAX1551 / MAX1555 su namjenski Li + punjači baterija koji se mogu napajati preko USB-a ili zasebnog adaptera za napajanje (kao što je punjač telefona).

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

Detaljan opis ovih mikro krugova 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 se zaustavlja.

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

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

Mikrokrugovi imaju ugrađenu zaštitu od pregrijavanja. Čak i tako, krug nastavlja raditi, smanjujući struju punjenja za 17 mA za svaki stupanj iznad 110 ° C.

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

Mikrokrug ima 5 pinova. Evo tipičnog dijagrama povezivanja:

Ako postoji jamstvo da napon na izlazu vašeg adaptera ni u kojem slučaju neće prijeći 7 volti, onda možete bez stabilizatora 7805.

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

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

LP2951

Stabilizator LP2951 proizvodi National Semiconductors (). Omogućuje implementaciju ugrađene funkcije ograničavanja struje i omogućuje vam formiranje stabilne razine napona punjenja litij-ionske baterije na izlazu kruga.

Napon punjenja je 4,08 - 4,26 volti i postavlja se otpornikom R3 kada je baterija isključena. Napetost se drži vrlo precizno.

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

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

Ovo punjenje osigurava prilično nisku struju punjenja, tako da se bilo koja baterija 18650 može puniti preko noći.

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

MCP73831

Mikrokrug vam omogućuje stvaranje pravih punjača, a također je jeftiniji od hyped MAX1555.

Tipični dijagram povezivanja preuzet je iz:

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

Kompletan punjač izgleda ovako:

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

Evo još jedne PCB opcije sa smd LED i mikro USB konektorom:

LTC4054 (STC4054)

Vrlo jednostavan sklop, odlična opcija! 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 to izgledati ovako (morate priznati, nigdje nije lakše: par otpornika i jedan kondenzator):

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

I = 1000 / R... Ne vrijedi 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 će se radijator za ovaj mikro krug moći prilagoditi, a nije činjenica da će biti učinkovit zbog visoke toplinske otpornosti prijelaza kristalno kućište. Proizvođač preporuča izradu hladnjaka "kroz igle" - pravljenje staza što je moguće deblje i ostavljanje folije ispod kućišta mikrosklopa. Općenito, što je više "zemljane" folije ostalo, to bolje.

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

Paket LTC4054 čipa može imati oznaku LTH7 ili LTADY.

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

Mikrokrug je ispao vrlo uspješan, stoga ima gomilu analoga: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM45060, BL4054, BL4054, WPM401601, YPT40160, BL4054, BL4054, WPM401601, 2001, 2001 EC49016, CYT5026, Q7051. Prije korištenja bilo kojeg od analoga, provjerite podatkovnu tablicu.

TP4056

Mikrokrug je izrađen u kućištu SOP-8 (vidi), na trbuhu ima metalni kolektor topline 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 zglobnih elemenata:

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 stalno).
2. Stupanj predpunjenja (ako je baterija ispražnjena ispod 2,9 V). Napunite strujom od 1/10 od programiranog otpornika R prog (100mA na 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 na bateriji je fiksiran na ovoj razini. Počinje postupno smanjenje struje punjenja.
5. Kada struja dosegne 1/10 programirane otpornikom R prog (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, punjenje se ponovno uključuje. 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 baterijom 18650 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. Plus postoji indikator procesa punjenja, kao i indikacija kraja punjenja. Kada baterija nije spojena, indikator treperi svakih nekoliko sekundi.

Napon napajanja kruga trebao bi biti unutar 4,5 ... 8 volti. Što je bliže 4,5V, to bolje (na ovaj način se čip manje zagrijava).

Prva noga služi za spajanje temperaturnog senzora ugrađenog u litij-ionsku bateriju (obično srednji vod baterije mobitela). Ako je napon na izlazu 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 od promjene polariteta baterije. U tom slučaju, regulator će zajamčeno izgorjeti zbog prekoračenja maksimalne struje. U tom slučaju, napon napajanja kruga ide izravno na bateriju, što je vrlo opasno.

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

Također možete pronaći gotove ploče s izvodnim kontaktom za senzor temperature. Ili čak i modul za punjenje s nekoliko paralelnih TP4056 mikro krugova za povećanje struje punjenja i sa zaštitom od obrnutog polariteta (primjer).

LTC1734

Ovo je također vrlo jednostavna shema. Struju punjenja postavlja otpornik R prog (na primjer, ako stavite otpornik od 3 kΩ, struja će biti 500 mA).

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

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

Na prikazanom dijagramu nema indikatora napunjenosti, ali LTC1734 kaže da pin "4" (Prog) ima dvije funkcije - podešavanje struje i praćenje kraja punjenja baterije. Kao primjer, 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 krug od pristupačnijih komponenti. Važan dio ovdje je pronaći referentni napon TL431. Ali oni su toliko rašireni da se nalaze gotovo posvuda (rijetko koji izvor napajanja može 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 strujnog kruga svodi se na postavljanje izlaznog napona (bez baterije !!!) pomoću reznog otpornika na 4,2 volta. Otpornik R1 postavlja maksimalnu struju punjenja.

Ovaj sklop u potpunosti provodi dvostupanjski proces punjenja litij baterija - prvo punjenje istosmjernom strujom, zatim prijelaz na fazu stabilizacije napona i postupno smanjenje struje do gotovo nule. Jedini nedostatak je loša ponovljivost sklopa (kapriciozna u ugađanju i zahtjevna za komponente koje se koriste).

MCP73812

Postoji još jedan nezasluženo zanemareni mikro krug od Microchipa - MCP73812 (vidi). Na temelju toga dobiva se vrlo proračunska opcija punjenja (i jeftina!). Cijeli body kit 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 struja od 500 mA vam odgovara, 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 previše minijaturna veličina (futrola 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 (predpunjenje strujom od 30mA);
3. Određivanje kraja punjenja.
4. Programabilna struja punjenja - do 1000 mA.
5. Indikacija napunjenosti i pogreške (sposobna detektirati nepunjive baterije i signalizirati o tome).
6. Zaštita od kontinuiranog 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 visok (~ 1 $) da biste ga odbili koristiti. Ako ste prijatelji s lemilom, preporučio bih da se odlučite za ovu opciju.

Detaljniji opis je u.

Može li se litij-ionska baterija puniti bez kontrolera?

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

Općenito, punjenje baterije, na primjer, našeg 18650 bez punjača, neće raditi. Svejedno, morate nekako ograničiti maksimalnu struju punjenja, tako da je još uvijek potreban barem najprimitivniji punjač.

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

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

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

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

U r = 5 - 2,8 = 2,2 volta

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

Pažnja: ovi proračuni ne uzimaju u obzir mogućnost da se baterija 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 = I 2 R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 W

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

I punjenje = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

Odnosno, kao što vidimo, sve vrijednosti su unutar prihvatljivog raspona za danu bateriju: početna struja ne prelazi maksimalnu dopuštenu struju punjenja za danu bateriju (2,4 A), a konačna struja prelazi struju na pri čemu baterija prestaje dobivati ​​kapacitet (0,24 A).

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

Ako vaša baterija ima ugrađenu zaštitnu ploču, o čemu je bilo riječi malo gore, onda je sve pojednostavljeno. Kada se postigne određeni napon na bateriji, ploča će je automatski isključiti iz punjača. Međutim, ova metoda 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 znaju kako ograničiti struju punjenja).

Punjenje pomoću laboratorijskog napajanja

Ako imate na raspolaganju strujno ograničeno napajanje, spašeni ste! Takav izvor napajanja već je punopravni punjač koji implementira ispravan profil punjenja, o čemu smo pisali gore (CC / CV).

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

U početku, kada je baterija još uvijek prazna, laboratorijsko napajanje će raditi u strujnom zaštitnom načinu (tj. stabiliziraće izlaznu struju na danoj razini). Zatim, kada napon na banci poraste na postavljenih 4,2V, napajanje će prijeći u način stabilizacije napona, a struja će početi opadati.

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

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

Kako puniti litijeve baterije?

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

Činjenica je da svaka litijeva baterija (na primjer, široko rasprostranjena 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 CR2032 bateriji, odnosno LIR2032, koja je vrlo slična njoj, već je punopravna baterija. Može se i treba naplatiti. Samo njen napon nije 3, nego 3,6V.

Kako puniti litijeve baterije (bilo da se radi o bateriji telefona, 18650 ili bilo kojoj drugoj li-ion bateriji) raspravljalo se na početku članka.

Gdje kupiti mikro krugove?

Možete, naravno, kupiti u Chip-Dip-u, ali tamo je skupo. Stoga uvijek uzimam jednu vrlo tajnu trgovinu)) Najvažnije je odabrati pravog prodavača, tada će narudžba doći brzo i sigurno.

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

Ime	podatkovni list	cijena
LM317		Trljati 5,5 / kom.	Kupiti
LM350
LTC1734		42 RUB / kom.	Kupiti
TL431		85 kopejki / kom.	Kupiti
MCP73812		65 rublja / kom.	Kupiti
NCP1835		83 trljanja / kom.	Kupiti
* Svi IC-ovi s besplatnom dostavom