Un saluto, miei cari amici ed estimatori, lettori di questo blog. Invece di un'altra lezione, sarebbe più corretto dire articoli in salvadanaio della scuola di foto, ho deciso di scrivere un articolo su un argomento dolente e importante per tutti.

Penso che molti, compresi voi, miei cari lettori, saranno sia interessanti che utili per scoprire cosa c'è di così fondamentale batterie agli ioni di litio, quali sono le loro caratteristiche limitanti, come dovrebbero essere utilizzati, cosa si può ottenere con un uso corretto e, naturalmente, quale dovrebbe essere la cura per lunga durata della batteria... Quindi procedi.

Per cosa? - mi chiedi, generalmente ho iniziato a scarabocchiare su questo argomento. Bene, una batteria e una batteria, e come va. Così? Ma no. Batteria agli ioni di litio, questo è essenzialmente un serbatoio di carburante per molti dei nostri dispositivi preferiti e nei dispositivi delle persone comuni. E allora? - mi dirai, - che differenza fa per noi? E la differenza è grande e importante per te. L'idea di scrivere questo articolo è nata dopo che io e i miei studenti della scuola di fotografia siamo andati a. Le condizioni meteorologiche sono abbastanza ordinarie, circa -7 -10 gradi Celsius, soleggiato, brezza leggera, sereno. Tempo generalmente piacevole per l'occhio curioso del fotografo amatoriale. Tuttavia, molti studenti erano preoccupati: non è pericoloso per la fotocamera? Non si congelerà? Cosa succede se si congela? (Scriverò una nota separata sulle modalità di temperatura della fotocamera) E cosa accadrà alla batteria della fotocamera? Abbiamo sentito che la batteria della fotocamera ha molta paura del freddo e potrebbe rompersi, è vero? Vero, ma non tutto e non del tutto. Scopriamolo.

Nelle nostre fotocamere sono presenti batterie agli ioni di litio. Che cosa significa? Ecco cosa. Le batterie agli ioni di litio hanno parametri di prestazione significativamente migliori rispetto ad altri tipi di batterie. Non entrerò nei dettagli, ma oggigiorno la maggior parte dei produttori di elettronica di consumo sta cercando di fornire i propri prodotti con batterie agli ioni di litio, poiché sono più semplici ed economiche da produrre e meno dannose per l'ambiente.

Le celle primarie ("batterie") con un anodo di litio sono apparse all'inizio degli anni '70 del XX secolo e hanno trovato rapidamente applicazione grazie alla loro elevata energia specifica e ad altri vantaggi. Pertanto, è stato realizzato il desiderio di lunga data di creare una fonte di corrente chimica con l'agente riducente più attivo, un metallo alcalino, che ha permesso di aumentare notevolmente sia la tensione operativa della batteria che la sua energia specifica. Se lo sviluppo di celle primarie con un anodo di litio è stato coronato da un successo relativamente rapido e tali celle hanno preso saldamente il loro posto come alimentatori per apparecchiature portatili, la creazione di batterie al litio ha incontrato difficoltà fondamentali, che hanno richiesto più di 20 anni per essere superate.

Dopo molti test nel corso degli anni '80, si è scoperto che il problema delle batterie al litio è attorcigliato attorno agli elettrodi di litio. Più precisamente, intorno all'attività del litio: i processi che si sono verificati durante il funzionamento, alla fine, hanno portato a una reazione violenta, chiamata "ventilazione con rilascio di una fiamma". Nel 1991 furono richiamate negli stabilimenti di produzione un gran numero di batterie al litio ricaricabili, che furono utilizzate per la prima volta come fonte di alimentazione per i telefoni cellulari. Il motivo è che durante una conversazione, quando il consumo di corrente è massimo, è stata emessa una fiamma dalla batteria, bruciando il viso dell'utente del telefono cellulare.

A causa dell'instabilità insita nel litio metallico, soprattutto durante la carica, la ricerca si è spostata nel campo della creazione di una batteria senza l'uso di Li, ma utilizzando i suoi ioni. Sebbene le batterie agli ioni di litio forniscano una densità energetica leggermente inferiore rispetto alle batterie al litio, le batterie agli ioni di litio sono sicure se fornite con le corrette condizioni di carica e scarica.

Se inoltre, qualcuno è importante e interessato alla parte su quali processi chimici erano e sono nelle batterie agli ioni di litio, come sono stati domati questi stessi processi, allora il modo è per te di Google. Non sono così bravo in chimica e fisica da scrivere un articolo dalla lettura che mi addormenterò io stesso.

Le moderne batterie agli ioni di litio hanno elevate caratteristiche specifiche: 100-180 Wh/kg e 250-400 Wh/l. Tensione di lavoro - 3,5-3,7 V.

Se alcuni anni fa i produttori consideravano il massimo realizzabile - la capacità delle batterie agli ioni di litio non è superiore a qualche amperora (ricordate il corso di fisica della scuola), ora la maggior parte dei motivi che limitano l'aumento di capacità sono stati superati e molti produttori hanno iniziato a produrre batterie con una capacità di centinaia di ampere - ore o addirittura migliaia.

Le moderne batterie di piccole dimensioni sono efficienti con correnti di scarica fino a 2 C, potenti - fino a 10-20 C. Intervallo di temperatura di esercizio: da -20 a +60 ° . Tuttavia, molti produttori hanno già sviluppato batterie che funzionano a -40°C. È possibile ampliare l'intervallo di temperatura a temperature più elevate.

L'autoscarica delle batterie agli ioni di litio è del 4-6% nel primo mese, poi molto meno: in 12 mesi le batterie perdono il 10-20% della capacità immagazzinata. La perdita di capacità delle batterie agli ioni di litio è parecchie volte inferiore a quella delle batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd), sia a 20°C che a 40°C. Risorsa delle batterie agli ioni di litio: 500-1000 cicli di carica-scarica.

E qui molti diranno: -Aaaaa. Questo è il motivo per cui puoi scattare con la tua fotocamera a temperature moderatamente fredde. Sì, - ti risponderò. Inoltre, quando la batteria funziona, emettendo energia, in essa avvengono reazioni chimiche, il cui effetto collaterale è il rilascio di energia termica, che consente alla batteria di mantenere più a lungo il suo intervallo di temperatura di esercizio. Inoltre, quando estraiamo la fotocamera dal bagagliaio dell'armadio, per strada, (fotocamera, fotocamera) ha anche una temperatura positiva, ovvero aumentiamo ancora la risorsa tempo durante la quale possiamo girare all'aperto a -7 .. - 15°C. Aggiungete a questo il riscaldamento termico del processore della fotocamera durante le riprese, il riscaldamento della matrice, anche il calore delle mani con cui teniamo la fotocamera e la trasferiamo ad essa, prolunga la durata termica e temporale della fotocamera a temperature moderatamente basse .

Questo per quanto riguarda l'uso delle batterie nel lavoro. Ora diamo una rapida occhiata al lato della carica e dello stoccaggio. Le batterie agli ioni di litio non richiedono alcuna manutenzione particolare. Le regole di base per il loro funzionamento possono essere trovate nelle istruzioni per il telefono / laptop / fotocamera e tutto il resto viene rilevato dal circuito BMS e dal controller di carica nel dispositivo alimentato. Tuttavia, al momento dell'acquisto, puoi spesso ascoltare le seguenti dichiarazioni di un venditore o di un amico-"guru":

"...la prima ricarica è di 12-15 ore..." o, in alternativa, "...basta lasciare il dispositivo connesso tutta la notte...";

"... devi fare 3-5 cicli completi affinché la batteria guadagni capacità...";

"... si consiglia di caricare e scaricare completamente la batteria...";

“… E se la batteria ha già un anno, non è stata utilizzata; la sua durata dipende esclusivamente dal numero di cicli di carica-scarica ... ".

Vediamo come quanto sopra è vero.

La prima affermazione è semplicemente priva di significato: l'elettronica di controllo non consentirà di caricare la batteria più di quanto dovrebbe.

Anche il consiglio n. 2 è insostenibile. Dopo la prima ricarica, le batterie agli ioni di litio funzionano con la massima efficienza e all'inizio si scaricano più velocemente semplicemente perché il proprietario del dispositivo lo installa e lo esamina, dimostra ad amici e conoscenti, ecc. Dopo una o due settimane, il gadget entra modalità normale, che, ovviamente, ha un effetto positivo sull'autonomia. Ma una carica completa prima dell'uso è ancora desiderabile. Questo non è necessario per la batteria, ma affinché il dispositivo possa determinarne la capacità reale e in futuro visualizzare correttamente la carica residua.

Nella raccomandazione n. 3, le "gambe crescono" dalle regole di funzionamento per le batterie al nichel-cadmio, che dovevano essere completamente scaricate in anticipo, altrimenti parte della capacità veniva persa in modo irreversibile. Le loro controparti agli ioni di litio non hanno un tale "effetto memoria", inoltre, la scarica profonda è controindicata per loro. Con un uso frequente, questo è irrilevante, poiché il sistema BMS non consente di scaricare completamente la batteria, ma se rimane scarica per un mese o più, la carica residua "perderà", il circuito di protezione bloccare il processo di ricarica e spegnere, dopodiché la ricarica non sarà più possibile. Anche una ricarica eccessiva è dannosa, ma nella maggior parte dei dispositivi questo è già preso in considerazione e non caricano la batteria al 100%.

C'è anche un consiglio come "carica come vuoi, ma almeno una volta alla settimana (al mese) esegui il ciclo completamente". Un tale schema di funzionamento è ottimale per le batterie all'idruro metallico di nichel: hanno anche un effetto memoria, ma molto meno di Ni-Cd e ripristinano la loro capacità dopo 1-2 cicli completi. Per le batterie agli ioni di litio, questo è solo parzialmente vero, ad esempio, si consiglia di farlo dopo una conservazione a lungo termine.

Dall'affermazione numero 4, segue una conclusione apparentemente logica: poiché la durata della batteria è misurata dal numero di cicli, allora è meglio usarla al massimo. Questo è errore. La carica completa e la scarica lo consumano più velocemente, mentre i cicli incompleti, al contrario, ne prolungano la vita. Inoltre, le batterie agli ioni di litio perdono capacità anche quando non vengono utilizzate. Già dopo un anno "sullo scaffale" la loro risorsa diminuisce del 5-10%, dopo 2 anni - del 20-30%. Pertanto, quando si acquista un nuovo dispositivo portatile, prestare attenzione alla data di emissione della fonte di alimentazione. È anche ovvio che acquistare una batteria "per uso futuro", anche se è difficile trovarla in vendita, è inutile.

È molto importante osservare la temperatura di esercizio delle batterie agli ioni di litio. Con gelate inferiori a -20°C, smettono semplicemente di dare corrente, e con temperature superiori a +45°C, sebbene funzionino, tali condizioni climatiche attivano il processo di invecchiamento, riducendo notevolmente la vita della batteria. Ma puoi caricarlo solo a temperature positive (Celsius), altrimenti c'è un grande rischio di guasto del dispositivo. In generale, la temperatura di esercizio ottimale per le batterie agli ioni di litio è di +20°C.

Le batterie agli ioni di litio vengono costantemente migliorate, i produttori stanno sperimentando attivamente con materiali per elettrodi ed elettroliti. Nel 1994 sono apparse batterie con catodi al litio-manganese e nel 1996 con catodi al litio-ferro-fosfato. Sono molto più stabili e trasportano facilmente grandi correnti di scarica, quindi sono utilizzati negli utensili elettrici e nei veicoli elettrici. Dal 2003 sono state prodotte batterie che utilizzano una composizione catodica complessa (LiNiMnCoO2) e presentano la migliore combinazione di caratteristiche tra tutte quelle elencate. Ma in termini di capacità e prezzo specifici, le copie al litio-cobalto non sono ancora state superate e i vantaggi dei nuovi tipi non sono richiesti nei telefoni cellulari e nei laptop che consumano relativamente poca corrente.

Se metti temporaneamente da parte il tuo dispositivo, ma vuoi mantenere la sua batteria in ordine, sappi che le batterie agli ioni di litio si conservano al meglio a una temperatura di circa +5°C. Più è alto e più lo stato di carica si avvicina al 100%, più velocemente la batteria invecchia e perde capacità. È meglio caricarlo al 40-50%, rimuoverlo dal dispositivo, imballarlo in un sacchetto di plastica sigillato, metterlo in frigorifero (ma non nel congelatore!) E ricaricarlo periodicamente.

Questo è tutto ciò che volevo dire sulle batterie, i nostri amici, gli animali domestici elettronici. Che si tratti di un telefono, un lettore o una fotocamera.

Questo articolo è stato preparato sulla base di materiali trovati su Internet e raccolti qui in una pila per comodità e comprensione dell'essenza del processo.

Hai domande? Scrivi nei commenti e ti risponderò sicuramente.

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Quali sono i tipi di batterie al litio e le loro caratteristiche di progettazione?

Le batterie al litio hanno occupato saldamente diverse nicchie nel mercato odierno. Sono utilizzati principalmente in tutti i tipi di elettronica di consumo, strumenti portatili e dispositivi mobili, elettrodomestici, ecc. Esistono persino batterie al litio da 12 volt per auto. Sebbene non abbiano ancora ricevuto un uso diffuso nell'industria automobilistica. L'uso di batterie al litio in vari settori dell'economia nazionale ha portato al fatto che sul mercato sono apparse molte varietà di queste batterie. Considereremo i principali tipi di batterie al litio nell'articolo di oggi.

Non scriveremo qui sul principio di funzionamento delle batterie ricaricabili al litio e sulla storia della loro origine. Puoi leggere di più a riguardo nell'articolo al link specificato. Puoi anche leggere i materiali separatamente su e. E in questo materiale vorrei considerare esattamente i diversi tipi di batterie al litio, a seconda delle loro caratteristiche e del loro scopo.

Quindi, per quanto riguarda la potenza e la capacità delle batterie al litio. La divisione qui è piuttosto arbitraria. Per produrre batterie di capacità diverse, con correnti di scarica diverse, i produttori modificano una serie di parametri. Ad esempio, regolano lo spessore dello strato di pasta per elettrodi sulla lamina (nel caso di una struttura a rullo). Nella maggior parte dei casi, questo strato di elettrodo viene applicato con un foglio di rame (elettrodo negativo) e alluminio (positivo). A causa di questo aumento dello strato di elettrodo, aumentano i parametri specifici della batteria.

Tuttavia, quando si costruisce la massa attiva, è necessario ridurre lo spessore della base conduttiva (lamina). Di conseguenza, la batteria può passare meno corrente senza surriscaldarsi. Inoltre, un aumento dello strato della massa dell'elettrodo porta ad un aumento della resistenza dell'elemento. Per ridurre la resistenza, spesso vengono utilizzate sostanze più attive e disperse per la massa attiva. I produttori "giocano" con questi parametri quando producono batterie con determinati parametri. Una cella della batteria con un foglio sottile e una massa attiva spessa mostra valori di energia immagazzinati elevati. E il suo potere sarà basso, e viceversa. E questo può essere regolato senza modificare le dimensioni standard del prodotto.

Le batterie ricaricabili con diversi valori di capacità e corrente di scarica si ottengono modificando i seguenti parametri:

• Spessore del foglio;
• Spessore separatore;
• Materiale dell'elettrodo positivo e negativo;
• Dimensione delle particelle della massa attiva;
• Spessore dell'elettrodo.

Allo stesso tempo, i modelli di batterie progettati per una potenza maggiore sono dotati di cavi di corrente di grandi dimensioni e peso. Questo per evitare il surriscaldamento. Inoltre, per aumentare la corrente di scarica, vengono utilizzati tutti i tipi di sostanze che vengono aggiunte all'elettrolita o alla massa dell'elettrodo. Nelle batterie di grande capacità, i cavi di corrente sono generalmente piccoli. Sono calcolati per una corrente di scarica fino a 2C (di solito la corrente di carica-scarica di una batteria è indicata dalla sua capacità) e una corrente di carica fino a 0,5C. Per le batterie al litio ad alta capacità, questi valori sono rispettivamente fino a 20C e fino a 40C.

I modelli di batterie al litio ad alta capacità sono progettati per alimentare gli avviatori, ad alta capacità - per alimentare varie apparecchiature portatili. Per quanto riguarda lo sviluppo di batterie al litio, i produttori di tutti i tipi di elettronica li ordinano a ditte speciali. Questi li sviluppano tenendo conto delle condizioni proposte e poi li inseriscono nella produzione di massa. Quando si sviluppano moderne batterie al litio, vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

• Capacità;
• Corrente di scarica standard e massima;
• Dimensioni;
• Condizioni di posizione all'interno del dispositivo;
• Temperatura di lavoro;
• Risorsa (numero di cicli di carica-scarica) e altri.

Vari modelli di batterie ricaricabili al litio

Per caratteristiche di progettazione, le batterie al litio possono essere suddivise in due modi:

• Progettazione dello scafo;
• Disegno dell'elettrodo.

Disegno dell'elettrodo

Tipo di rotolo

Nell'immagine qui sotto, puoi vedere la batteria agli ioni di litio con un design a rullo.

Gli elementi di una struttura a rullo sono costituiti da due tipi:

• Un rotolo di elettrodi è attorcigliato attorno alla piastra virtuale. Un alloggiamento può ospitare più rulli collegati in parallelo;
• Cilindrico. Varie altezze e diametri.

Il design del rullo viene utilizzato dove è richiesta una batteria di piccola capacità e potenza. Questa tecnologia non richiede molta manodopera, poiché la torsione delle strisce di elettrodi e del separatore è completamente automatizzata. Lo svantaggio di questo design è la scarsa dissipazione del calore dagli elettrodi. Infatti, il calore viene asportato solo attraverso la faccia terminale dell'elemento.

Da un set di elettrodi

Le batterie al litio con un assemblaggio di singoli elettrodi vengono utilizzate nella produzione di batterie prismatiche.

Anche qui viene rimosso il calore dall'estremità dell'elettrodo. I produttori stanno cercando di migliorare la dissipazione del calore regolando la composizione e la dispersione della massa attiva.

Design del corpo

Cilindrico

Vale la pena prestare attenzione alle batterie al litio cilindriche. Sono ampiamente utilizzati in vari elettrodomestici ed elettronica. Le celle della batteria sono particolarmente popolari.

Come i vantaggi del corpo cilindrico, gli esperti affermano che non vi è alcun cambiamento di volume durante il funzionamento a lungo termine. Ciò è dovuto al fatto che la batteria cambia leggermente il suo volume durante il processo di carica-scarica. Il design degli elettrodi in un tale alloggiamento è sempre del tipo a rullo. Gli svantaggi includono una scarsa dissipazione del calore.

Le batterie cilindriche al litio possono avere i seguenti cavi di corrente:

• A vite;
• Tamponi di contatto regolari.

Dove ci sono requisiti più elevati per il consumo di corrente, viene utilizzata la foratura a vite. Si tratta di una batteria con un'elevata corrente di scarica e una grande capacità (oltre 20 Ah). Numerosi test dimostrano che gli accumulatori al litio cilindrici con supporto a vite resistono a correnti non superiori a 10-15C. E questi sono i valori del carico a breve termine a cui l'elemento si surriscalda rapidamente. Durante il funzionamento a lungo termine, possono sopportare correnti di scarica di 2 - 3C. Utilizzato principalmente negli utensili elettrici portatili.

Le celle della batteria imbottite sono comunemente usate per formare le batterie. Per fare ciò, vengono saldati con nastro mediante saldatura a contatto. A volte i produttori producono già elementi con petali per l'autosaldatura. Inoltre, il tipo di petali può essere diverso a seconda del tipo di saldatura.

Nella designazione della dimensione standard delle batterie al litio cilindriche, le loro dimensioni sono generalmente presenti. Ad esempio, le celle agli ioni di litio 18650 hanno un'altezza di 65 mm e un diametro di 18 mm.

Il crescente interesse dei consumatori per i gadget mobili e la tecnologia portatile high-tech in generale costringe i produttori a migliorare i propri prodotti in varie direzioni. Allo stesso tempo, ci sono una serie di parametri generali, il cui lavoro viene eseguito allo stesso modo. Questi includono il metodo di approvvigionamento energetico. Solo pochi anni fa, i partecipanti al mercato attivi potevano osservare il processo di spostamento da parte di elementi più avanzati di origine NiMH. Oggi le nuove generazioni di batterie sono in competizione tra loro. La diffusa tecnologia agli ioni di litio sta sostituendo con successo la batteria ai polimeri di litio in alcuni segmenti. La differenza dallo ionico nella nuova unità non è così evidente per un utente normale, ma per alcuni aspetti è significativa. Allo stesso tempo, come nel caso della concorrenza tra elementi NiCd e NiMH, la tecnologia sostitutiva è tutt'altro che impeccabile e per alcuni aspetti è inferiore al suo analogo.

Dispositivo a batteria agli ioni di litio

I primi modelli di batterie al litio di serie iniziarono ad apparire nei primi anni '90. Tuttavia, cobalto e manganese sono stati poi utilizzati come elettrolita attivo. In quelli moderni, non è tanto la sostanza che è importante quanto la configurazione della sua collocazione nel blocco. Tali batterie sono costituite da elettrodi separati da un separatore di pori. La massa del separatore, a sua volta, è solo impregnata di elettrolita. Per quanto riguarda gli elettrodi, sono rappresentati da una base catodica su un foglio di alluminio e un anodo di rame. All'interno del blocco, sono interconnessi da terminali del collettore di corrente. La carica di servizio esegue una carica positiva sugli ioni di litio. Questo materiale è vantaggioso in quanto ha la capacità di penetrare facilmente nei reticoli cristallini di altre sostanze, formando legami chimici. Tuttavia, le qualità positive di tali batterie non sono sempre più sufficienti per le attività moderne, il che ha portato alla comparsa delle celle Li-pol, che hanno molte caratteristiche. In generale, vale la pena notare la somiglianza degli alimentatori agli ioni di litio con batterie all'elio a grandezza naturale per auto. In entrambi i casi, le batterie sono progettate pensando all'usabilità fisica. In parte, questa direzione di sviluppo è stata proseguita dagli elementi polimerici.

Dispositivo batteria ai polimeri di litio

L'impulso per migliorare le batterie al litio è stato la necessità di combattere due delle carenze delle batterie agli ioni di litio esistenti. In primo luogo, non sono sicuri da utilizzare e, in secondo luogo, sono piuttosto costosi in termini di prezzo. I tecnologi hanno deciso di eliminare questi svantaggi cambiando l'elettrolita. Di conseguenza, il separatore poroso impregnato è stato sostituito da un elettrolita polimerico. Va notato che il polimero era precedentemente utilizzato per scopi elettrici come film plastico che conduce corrente. In una batteria moderna, lo spessore della cella Li-pol raggiunge 1 mm, il che rimuove anche le restrizioni sull'uso di varie forme e dimensioni da parte degli sviluppatori. Ma la cosa principale è che non c'è elettrolita liquido, che elimina il rischio di ignizione. Ora vale la pena dare un'occhiata più da vicino alle differenze rispetto alle celle agli ioni di litio.

Qual è la differenza principale rispetto a una batteria ionica?

La differenza fondamentale risiede nel rifiuto dell'elio e degli elettroliti liquidi. Per una comprensione più completa di questa differenza, vale la pena fare riferimento ai moderni modelli di batterie per auto. La necessità di sostituire l'elettrolita liquido era dettata, ancora una volta, da problemi di sicurezza. Ma se, nel caso delle batterie per auto, il progresso si è fermato agli stessi elettroliti porosi con impregnazione, i modelli al litio hanno ricevuto una base solida a tutti gli effetti. Cosa c'è di così buono in una batteria ai polimeri di litio a stato solido? La differenza da quella ionica è che il principio attivo sotto forma di piastra nella zona di contatto con il litio impedisce la formazione di dendriti durante il ciclismo. Questo fattore esclude la possibilità di esplosioni e incendi di tali batterie. Si tratta solo dei meriti, ma ci sono anche dei punti deboli nelle nuove batterie.

Durata della batteria ai polimeri di litio

In media, tali batterie possono sopportare circa 800-900 cicli di carica. Questo indicatore è modesto sullo sfondo degli analoghi moderni, ma anche questo fattore non può essere considerato una risorsa determinante. Il fatto è che tali batterie sono soggette a un intenso invecchiamento, indipendentemente dalla natura del loro funzionamento. Cioè, anche se la batteria non viene utilizzata affatto, la sua risorsa sarà ridotta. Non importa se si tratta di una batteria agli ioni di litio o di una cella ai polimeri di litio. Tutti gli alimentatori a base di litio sono caratterizzati da questo processo. Una significativa perdita di volume può essere notata entro un anno dall'acquisizione. Dopo 2-3 anni, alcune batterie si guastano del tutto. Ma molto dipende dal produttore, poiché all'interno del segmento ci sono anche differenze nella qualità delle prestazioni della batteria. Problemi simili sono inerenti alle celle NiMH, che invecchiano sotto estreme fluttuazioni di temperatura.

svantaggi

Oltre ai problemi di invecchiamento rapido, tali batterie necessitano di sistemi di protezione aggiuntivi. Ciò è dovuto al fatto che lo stress interno in diverse aree può portare al burnout. Pertanto, viene utilizzato uno speciale circuito di stabilizzazione per prevenire il surriscaldamento e il sovraccarico. Questo sistema ha anche altri svantaggi. Il principale è la limitazione attuale. Ma d'altra parte, circuiti di protezione aggiuntivi rendono la batteria ai polimeri di litio più sicura. Si verifica anche la differenza dallo ionico in termini di costo. Le batterie ai polimeri sono più economiche, ma non di molto. Il loro prezzo è in aumento anche a causa dell'introduzione di circuiti di protezione elettronici.

Caratteristiche operative delle modifiche del gel

Per aumentare la conduttività elettrica, il tecnico aggiunge ancora un elettrolita gelificato agli elementi polimerici. Non si parla di una transizione completa a tali sostanze, poiché ciò contraddice il concetto di questa tecnologia. Ma nella tecnologia portatile, spesso vengono utilizzate proprio le batterie ibride. La loro particolarità risiede nella loro sensibilità alla temperatura. I produttori consigliano di utilizzare questi modelli di batterie in ambienti tra 60 ° C e 100 ° C. Questo requisito ha anche definito una nicchia speciale per l'applicazione. I modelli in gel possono essere utilizzati solo in climi caldi, senza contare la necessità di immergersi in una custodia termicamente isolata. Tuttavia, la domanda su quale batteria scegliere - Li-pol o Li-ion - non è così acuta nelle imprese. Laddove la temperatura è particolarmente importante, vengono spesso utilizzate soluzioni combinate. In tali casi, gli elementi polimerici vengono solitamente utilizzati come backup.

Metodo di ricarica ottimale

Il tempo di ricarica tipico per le batterie al litio è in media di 3 ore, inoltre, durante la carica, l'unità rimane fredda. Il riempimento avviene in due fasi. All'inizio, la tensione raggiunge i suoi valori di picco e questa modalità viene mantenuta fino al 70%. Il restante 30% viene reclutato già in normali condizioni di stress. Anche un'altra domanda è interessante: come caricare una batteria ai polimeri di litio se è necessario mantenere il suo volume completo in modalità costante? In questo caso, è necessario seguire il programma di ricarica. Si consiglia di eseguire questa procedura circa ogni 500 ore di funzionamento con scarico completo.

Misure precauzionali

Durante il funzionamento utilizzare solo un caricabatterie che corrisponda alle caratteristiche, collegandolo ad una rete con una tensione stabile. È inoltre necessario verificare le condizioni dei connettori in modo che la batteria non si apra. È importante tenere in considerazione che, nonostante l'alto grado di sicurezza, si tratta comunque di un tipo di batteria sensibile ai sovraccarichi. La cella ai polimeri di litio non tollera sovracorrenti, raffreddamento eccessivo dell'ambiente esterno e shock meccanici. Tuttavia, secondo tutti questi indicatori, i blocchi polimerici sono ancora più affidabili di quelli agli ioni di litio. Tuttavia, l'aspetto principale della sicurezza è l'innocuità degli alimentatori a stato solido, a condizione, ovviamente, che siano mantenuti sigillati.

Quale batteria è migliore: Li-pol o Li-ion?

Questo problema è in gran parte determinato dalle condizioni operative e dall'obiettivo dell'approvvigionamento energetico. I principali vantaggi dei dispositivi polimerici sono piuttosto tangibili per i produttori stessi, che possono utilizzare più liberamente le nuove tecnologie. La differenza sarà sottile per l'utente. Ad esempio, nella domanda su come caricare una batteria ai polimeri di litio, il proprietario dovrà prestare maggiore attenzione alla qualità dell'alimentazione. Al momento della carica, questi sono elementi identici. Per quanto riguarda la durata, anche la situazione in questo parametro è ambigua. L'effetto dell'invecchiamento è più caratteristico degli elementi polimerici, ma la pratica mostra esempi diversi. Ad esempio, ci sono recensioni di celle agli ioni di litio che diventano inutilizzabili dopo un anno di utilizzo. E quelli polimerici in alcuni dispositivi funzionano per 6-7 anni.

Conclusione

Intorno alle batterie, ci sono ancora molti miti e falsi giudizi che riguardano varie sfumature di funzionamento. Al contrario, alcune delle caratteristiche delle batterie vengono messe a tacere dai produttori. Per quanto riguarda i miti, uno di loro confuta la batteria ai polimeri di litio. La differenza dall'analogo ionico è che i modelli polimerici subiscono meno stress interno. Per questo motivo le sessioni di carica che non hanno ancora scaricato le batterie non influiscono negativamente sulle prestazioni degli elettrodi. Se parliamo dei fatti nascosti dai produttori, uno di questi riguarda la durata. Come già accennato, la durata della batteria è caratterizzata non solo da una modesta velocità di cicli di ricarica, ma anche dall'inevitabile perdita del volume utile della batteria.

Valutare le caratteristiche di un particolare caricabatterie è difficile senza capire come dovrebbe effettivamente fluire una carica esemplare di una batteria agli ioni di litio. Pertanto, prima di procedere direttamente ai circuiti, ricordiamo un po' la teoria.

Cosa sono le batterie al litio

A seconda del materiale di cui è fatto l'elettrodo positivo di una batteria al litio, ne esistono diverse varietà:

• con catodo di litio cobalto;
• con catodo a base di fosfato di ferro litiato;
• a base di nichel-cobalto-alluminio;
• a base di nichel-cobalto-manganese.

Tutte queste batterie hanno le loro caratteristiche, ma poiché queste sfumature non sono di fondamentale importanza per il consumatore generale, non saranno prese in considerazione in questo articolo.

Inoltre, tutte le batterie agli ioni di litio sono prodotte in varie dimensioni standard e fattori di forma. Possono essere sia in un design della custodia (ad esempio, il popolare 18650 oggi) che in un design laminato o prismatico (batterie ai polimeri di gel). Questi ultimi sono sacchetti ermeticamente sigillati realizzati con un film speciale, in cui si trovano gli elettrodi e la massa degli elettrodi.

Le dimensioni più comuni delle batterie agli ioni di litio sono mostrate nella tabella seguente (hanno tutte una tensione nominale di 3,7 volt):

Designazione	Taglia standard	Dimensioni simili
XXYY0, dove XX- indicazione del diametro in mm, YY- valore della lunghezza in mm, 0 - riflette l'esecuzione sotto forma di cilindro	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø corrisponde ad AAA, ma metà della lunghezza)
	10280
	10430	AAA
	10440	AAA
	14250	1/2 AA
	14270	Ø AA, lunghezza CR2
	14430	Ø 14 mm (come AA), ma più corto
	14500	aa
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S / 300S
	17670	2xCR123 (o 168S / 600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (o 150A / 300P)
	18650	2xCR123 (o 168A / 600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	INSIEME A
	26650
	32650
	33600	D
	42120

I processi elettrochimici interni procedono allo stesso modo e non dipendono dal fattore di forma e dal design della batteria, quindi tutto quanto detto di seguito vale ugualmente per tutte le batterie al litio.

Come caricare correttamente le batterie agli ioni di litio

Il modo più corretto per caricare le batterie al litio è caricare in due fasi. Questo è il metodo utilizzato da Sony in tutti i suoi caricabatterie. Nonostante il controller di carica più sofisticato, questo fornisce una carica più completa per le batterie agli ioni di litio senza comprometterne la durata.

Qui stiamo parlando di un profilo di carica a due stadi delle batterie al litio, abbreviato come CC/CV (corrente costante, tensione costante). Esistono anche opzioni con correnti pulsate e a gradino, ma non sono considerate in questo articolo. Puoi leggere di più sulla ricarica con una corrente pulsata.

Quindi, consideriamo entrambe le fasi della ricarica in modo più dettagliato.

1. Nella prima fase deve essere garantita una corrente di carica costante. Il valore attuale è 0.2-0.5C. Per la ricarica accelerata, è consentito aumentare la corrente a 0,5-1,0 C (dove C è la capacità della batteria).

Ad esempio, per una batteria con una capacità di 3000 mA / h, la corrente di carica nominale nel primo stadio è 600-1500 mA e la corrente di carica accelerata può essere compresa tra 1,5 e 3 A.

Per fornire una corrente di carica costante di un determinato valore, il circuito di carica (caricabatterie) deve essere in grado di aumentare la tensione ai terminali della batteria. Infatti, nella prima fase, il caricabatterie funziona come un classico stabilizzatore di corrente.

Importante: se si prevede di caricare le batterie con una scheda di protezione integrata (PCB), durante la progettazione del circuito di memoria, è necessario assicurarsi che la tensione a circuito aperto del circuito non possa mai superare i 6-7 volt. In caso contrario, la scheda di protezione potrebbe danneggiarsi.

Nel momento in cui la tensione sulla batteria sale ad un valore di 4,2 volt, la batteria guadagnerà circa il 70-80% della sua capacità (il valore specifico della capacità dipenderà dalla corrente di carica: con una carica accelerata sarà leggermente meno, con nominale - leggermente di più). Questo momento è la fine della prima fase di ricarica e funge da segnale per il passaggio alla seconda (e ultima) fase.

2. Seconda fase di ricarica- questa è una carica della batteria con tensione costante, ma corrente gradualmente decrescente (discendente).

In questa fase, il caricabatterie mantiene una tensione di 4,15-4,25 volt sulla batteria e controlla il valore della corrente.

All'aumentare della capacità, la corrente di carica diminuirà. Non appena il suo valore scende a 0,05-0,01 C, il processo di carica è considerato completo.

Una sfumatura importante del corretto funzionamento del caricatore è la sua completa disconnessione dalla batteria dopo che la carica è stata completata. Ciò è dovuto al fatto che per le batterie al litio è estremamente indesiderabile che siano sotto tensione per lungo tempo, il che di solito fornisce un caricabatterie (cioè 4,18-4,24 volt). Ciò porta ad un accelerato degrado della composizione chimica della batteria e, di conseguenza, ad una diminuzione della sua capacità. Un soggiorno a lungo termine significa decine di ore o più.

Durante la seconda fase di carica, la batteria riesce a guadagnare circa un altro 0,1-0,15 della sua capacità. La carica totale della batteria raggiunge così il 90-95%, che è un ottimo indicatore.

Abbiamo coperto due fasi principali della ricarica. Tuttavia, la copertura della questione della ricarica delle batterie al litio sarebbe incompleta se non fosse menzionata un'altra fase di ricarica, la cosiddetta. precarica.

Fase di precarica (precarica)- questa fase viene utilizzata solo per batterie molto scariche (inferiori a 2,5 V) per riportarle alle normali condizioni di funzionamento.

In questa fase la carica viene fornita con una corrente costante di valore ridotto fino a quando la tensione sulla batteria raggiunge i 2,8 V.

È necessaria una fase preliminare per prevenire il rigonfiamento e la depressurizzazione (o anche l'esplosione con incendio) di batterie danneggiate, ad esempio con un cortocircuito interno tra gli elettrodi. Se una grande corrente di carica viene immediatamente passata attraverso una batteria del genere, ciò porterà inevitabilmente al suo riscaldamento, e quindi quanto fortunato.

Un altro vantaggio della precarica è il preriscaldamento della batteria, importante quando si carica a basse temperature ambiente (in una stanza non riscaldata durante la stagione fredda).

La ricarica intelligente dovrebbe essere in grado di monitorare la tensione sulla batteria durante la fase preliminare di ricarica e, se la tensione non aumenta per lungo tempo, concludere che la batteria è difettosa.

Tutte le fasi della carica di una batteria agli ioni di litio (inclusa la fase di precarica) sono rappresentate schematicamente in questo grafico:

Il superamento della tensione di carica nominale di 0,15 V può dimezzare la durata della batteria. L'abbassamento della tensione di carica di 0,1 volt riduce la capacità di una batteria carica di circa il 10%, ma ne prolunga notevolmente la durata. La tensione di una batteria completamente carica dopo averla rimossa dal caricabatterie è di 4,1-4,15 volt.

Per riassumere quanto sopra, delineeremo le tesi principali:

1. Quale corrente caricare una batteria agli ioni di litio (ad esempio, 18650 o qualsiasi altra)?

La corrente dipenderà dalla velocità con cui si desidera caricarla e può variare da 0,2 C a 1 C.

Ad esempio, per una batteria di dimensioni 18650 con una capacità di 3400 mAh, la corrente di carica minima è 680 mA e la corrente massima è 3400 mA.

2. Quanto tempo ci vuole per caricare, ad esempio, le stesse batterie 18650 ricaricabili?

Il tempo di carica dipende direttamente dalla corrente di carica ed è calcolato dalla formula:

T = C/io addebito.

Ad esempio, il tempo di ricarica della nostra batteria da 3400 mAh con una corrente di 1A sarà di circa 3,5 ore.

3. Come caricare correttamente la batteria ai polimeri di litio?

Tutte le batterie al litio si caricano allo stesso modo. Non importa se si tratta di polimeri di litio o ioni di litio. Per noi consumatori non c'è differenza.

Che cos'è una scheda di protezione?

La scheda di protezione (o PCB - scheda di controllo dell'alimentazione) è progettata per proteggere da cortocircuito, sovraccarico e scaricamento eccessivo della batteria al litio. Di norma, nei moduli di protezione è integrata anche la protezione contro il surriscaldamento.

Per motivi di sicurezza è vietato l'uso di batterie al litio negli elettrodomestici se non dispongono di scheda di protezione incorporata. Pertanto, tutte le batterie dei telefoni cellulari hanno sempre una scheda PCB. I terminali di uscita della batteria si trovano direttamente sulla scheda:

Queste schede utilizzano un controller di carica a sei gambe basato su mikruh specializzati (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600, ecc.). Il compito di questo controller è scollegare la batteria dal carico quando la batteria è completamente scarica e scollegare la batteria dalla carica quando raggiunge i 4,25 V.

Ad esempio, ecco uno schema della scheda di protezione della batteria BP-6M, fornita ai vecchi telefoni Nokia:

Se parliamo di 18650, possono essere prodotti con o senza scheda di protezione. Il modulo di protezione si trova nell'area del terminale negativo della batteria.

La scheda aumenta la lunghezza della batteria di 2-3 mm.

Le batterie senza PCB sono generalmente incluse in batterie con i propri circuiti di protezione.

Qualsiasi batteria con protezione può facilmente trasformarsi in una batteria senza protezione, devi solo sventrarla.

Ad oggi, la capacità massima della batteria 18650 è di 3400mAh. Le batterie protette devono essere contrassegnate sulla custodia ("Protetto").

Non confondere il PCB con il modulo di carica dell'alimentazione (PCM). Se i primi servono solo a proteggere la batteria, i secondi sono progettati per controllare il processo di carica: limitano la corrente di carica a un determinato livello, controllano la temperatura e, in generale, forniscono l'intero processo. La scheda PCM è ciò che chiamiamo regolatore di carica.

Spero che ora non ci siano più domande, come caricare una batteria 18650 o qualsiasi altra batteria al litio? Quindi passiamo a una piccola selezione di soluzioni circuitali già pronte per i caricabatterie (gli stessi controller di carica).

Schemi di ricarica per batterie agli ioni di litio

Tutti i circuiti sono adatti per caricare qualsiasi batteria al litio, resta solo da decidere la corrente di carica e la base dell'elemento.

LM317

Schema di un semplice caricabatterie basato sul microcircuito LM317 con un indicatore di carica:

Il circuito è semplice, l'intera configurazione si riduce all'impostazione della tensione di uscita di 4,2 volt utilizzando un resistore trimmer R8 (senza batteria collegata!) E all'impostazione della corrente di carica selezionando i resistori R4, R6. La potenza del resistore R1 è di almeno 1 Watt.

Non appena il led si spegne, il processo di carica può considerarsi concluso (la corrente di carica non scenderà mai a zero). Non è consigliabile mantenere la batteria in questa carica per lungo tempo dopo che è stata completamente caricata.

Il microcircuito lm317 è ampiamente utilizzato in vari stabilizzatori di tensione e corrente (a seconda del circuito di commutazione). È venduto ad ogni angolo e costa solo un centesimo (puoi prendere 10 pezzi per soli 55 rubli).

LM317 è disponibile in diverse custodie:

Assegnazione pin (pinout):

Gli analoghi del microcircuito LM317 sono: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (gli ultimi due sono di produzione nazionale).

La corrente di carica può essere aumentata a 3A se si prende l'LM350 invece dell'LM317. È vero, sarà più costoso: 11 rubli / pezzo.

Il PCB e l'assieme schematico sono mostrati di seguito:

Il vecchio transistor sovietico KT361 può essere sostituito con un transistor p-n-p simile (ad esempio KT3107, KT3108 o borghese 2N5086, 2SA733, BC308A). Può essere rimosso del tutto se l'indicatore di carica non è necessario.

Svantaggio del circuito: la tensione di alimentazione deve essere compresa tra 8-12V. Ciò è dovuto al fatto che per il normale funzionamento del microcircuito LM317, la differenza tra la tensione sulla batteria e la tensione di alimentazione deve essere di almeno 4,25 volt. Pertanto, non funzionerà dalla porta USB.

MAX1555 o MAX1551

I MAX1551/MAX1555 sono caricabatterie dedicati Li+ che possono essere alimentati tramite USB o un adattatore di alimentazione separato (come un caricabatterie per telefono).

L'unica differenza tra questi microcircuiti è che il MAX1555 fornisce un segnale per l'indicatore del processo di carica e il MAX1551 fornisce un segnale che l'alimentazione è attiva. Quelli. Il 1555 nella maggior parte dei casi è ancora preferibile, quindi il 1551 è ormai difficile da trovare in vendita.

Una descrizione dettagliata di questi microcircuiti dal produttore -.

La tensione di ingresso massima dall'adattatore CC è 7 V, quando alimentato da USB - 6 V. Quando la tensione di alimentazione scende a 3,52 V, il microcircuito si spegne e la carica si interrompe.

Il microcircuito stesso rileva a quale ingresso è presente la tensione di alimentazione ed è collegato ad esso. Se l'alimentazione viene fornita tramite il bus YUSB, la corrente di carica massima è limitata a 100 mA: ciò consente di collegare il caricabatterie alla porta USB di qualsiasi computer senza temere di bruciare il ponte sud.

Quando alimentato da un alimentatore separato, la corrente di carica tipica è di 280 mA.

I microcircuiti hanno una protezione contro il surriscaldamento incorporata. Anche così, il circuito continua a funzionare, diminuendo la corrente di carica di 17 mA per ogni grado sopra i 110 °C.

Esiste una funzione di precarica (vedi sopra): finché la tensione sulla batteria è inferiore a 3V, il microcircuito limita la corrente di carica a 40 mA.

Il microcircuito ha 5 pin. Ecco un tipico schema di collegamento:

Se c'è la garanzia che la tensione all'uscita del tuo adattatore non supererà in nessun caso i 7 volt, allora puoi fare a meno dello stabilizzatore 7805.

L'opzione di ricarica USB può essere montata, ad esempio, su questo.

Il microcircuito non necessita di diodi esterni o transistor esterni. In generale, ovviamente, mikruhi stupendo! Solo che sono troppo piccoli, è scomodo da saldare. E sono anche costosi ().

LP2951

Lo stabilizzatore LP2951 è prodotto da National Semiconductors (). Fornisce l'implementazione della funzione di limitazione della corrente integrata e consente di formare un livello stabile della tensione di carica della batteria agli ioni di litio all'uscita del circuito.

La tensione di carica è di 4,08 - 4,26 volt ed è impostata dal resistore R3 quando la batteria è scollegata. La tensione è tenuta molto precisamente.

La corrente di carica è 150 - 300 mA, questo valore è limitato dai circuiti interni del microcircuito LP2951 (a seconda del produttore).

Utilizzare un diodo con una piccola corrente inversa. Ad esempio, può essere una qualsiasi delle serie 1N400X che puoi acquistare. Il diodo viene utilizzato come diodo di blocco per impedire la corrente inversa dalla batteria nel microcircuito LP2951 quando la tensione di ingresso è scollegata.

Questa ricarica fornisce una corrente di carica abbastanza bassa, in modo che qualsiasi batteria 18650 possa essere caricata durante la notte.

Il microcircuito può essere acquistato sia in un pacchetto DIP che in un pacchetto SOIC (il costo è di circa 10 rubli per pezzo).

MCP73831

Il microcircuito ti consente di creare i caricabatterie giusti ed è anche più economico del pubblicizzato MAX1555.

Un tipico schema di collegamento è tratto da:

Un importante vantaggio del circuito è l'assenza di resistori di potenza a bassa resistenza che limitano la corrente di carica. Qui la corrente è impostata da un resistore collegato al 5 ° pin del microcircuito. La sua resistenza dovrebbe essere nell'intervallo 2-10 kOhm.

Il caricabatterie completo si presenta così:

Il microcircuito si riscalda abbastanza bene durante il funzionamento, ma questo non sembra interferire con esso. Svolge la sua funzione.

Ecco un'altra opzione PCB con LED smd e connettore micro USB:

LTC4054 (STC4054)

Un circuito molto semplice, un'ottima opzione! Consente la ricarica con corrente fino a 800 mA (vedi). È vero, tende a diventare molto caldo, ma in questo caso la protezione contro il surriscaldamento integrata riduce la corrente.

Il circuito può essere notevolmente semplificato eliminando uno o anche entrambi i LED con un transistor. Quindi sarà simile a questo (devi ammettere che non è da nessuna parte più facile: un paio di resistori e un condensatore):

Una delle opzioni PCB è disponibile da. La scheda è progettata per elementi di dimensioni standard 0805.

io = 1000 / R... Non vale la pena impostare subito una grande corrente, prima guarda quanto si scalderà il microcircuito. Per i miei scopi, ho preso un resistore da 2,7 kOhm, mentre la corrente di carica si è rivelata di circa 360 mA.

È improbabile che un radiatore per questo microcircuito sia in grado di adattarsi e non è un dato di fatto che sarà efficace a causa dell'elevata resistenza termica della transizione del cristallo. Il produttore consiglia di realizzare il dissipatore di calore "attraverso i perni", rendendo i binari il più spessi possibile e lasciando la pellicola sotto la custodia del microcircuito. In generale, più lamina "terra" rimane, meglio è.

A proposito, la maggior parte del calore viene dissipata attraverso la terza gamba, quindi puoi rendere questa traccia molto ampia e spessa (riempila con la saldatura in eccesso).

Il pacchetto del chip LTC4054 può essere etichettato LTH7 o LTADY.

LTH7 differisce da LTADY in quanto il primo può sollevare una batteria gravemente scarica (su cui la tensione è inferiore a 2,9 volt) e il secondo no (è necessario farlo oscillare separatamente).

Il microcircuito ha avuto molto successo, quindi ha un sacco di analoghi: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, CX6001, VSLC9050 EC49016, CYT5026, Q7051. Prima di utilizzare uno qualsiasi degli analoghi, controllare la scheda tecnica.

TP4056

Il microcircuito è realizzato nella custodia SOP-8 (vedi), ha un collettore di calore metallico sul ventre che non è collegato ai contatti, il che consente di rimuovere il calore in modo più efficiente. Consente di caricare la batteria con una corrente fino a 1A (la corrente dipende dalla resistenza di impostazione della corrente).

Lo schema di collegamento richiede il minimo di elementi incernierati:

Il circuito implementa il classico processo di carica: prima caricando con una corrente costante, poi con una tensione costante e una corrente decrescente. Tutto è scientifico. Se si smonta la ricarica passo dopo passo, è possibile distinguere diverse fasi:

1. Monitoraggio della tensione della batteria collegata (questo accade costantemente).
2. Fase di precarica (se la batteria è scarica al di sotto di 2,9 V). Caricare con una corrente di 1/10 dal resistore programmato R prog (100 mA a R prog = 1,2 kOhm) al livello di 2,9 V.
3. Ricarica con corrente massima costante (1000mA a R prog = 1.2 kOhm);
4. Quando la batteria raggiunge i 4,2 V, la tensione sulla batteria viene fissata a questo livello. Inizia una graduale diminuzione della corrente di carica.
5. Quando la corrente raggiunge 1/10 di quella programmata dalla resistenza R prog (100mA a R prog = 1.2kOhm), il caricabatterie si spegne.
6. Dopo la fine della carica, il controller continua a monitorare la tensione della batteria (vedi punto 1). La corrente consumata dal circuito di monitoraggio è di 2-3 μA. Dopo che la tensione è scesa a 4,0 V, la ricarica si riaccende. E così in circolo.

La corrente di carica (in ampere) è calcolata dalla formula I = 1200 / R prog... Il massimo consentito è 1000 mA.

Nel grafico è mostrato un vero e proprio test di ricarica con una batteria 18650 a 3400 mAh:

Il vantaggio del microcircuito è che la corrente di carica è impostata da un solo resistore. Non sono necessarie potenti resistenze a bassa resistenza. Inoltre c'è un indicatore del processo di ricarica e un'indicazione della fine della ricarica. Quando la batteria non è collegata, l'indicatore lampeggia una volta ogni pochi secondi.

La tensione di alimentazione del circuito dovrebbe essere compresa tra 4,5 ... 8 volt. Più vicino a 4.5V, meglio è (in questo modo il chip si riscalda meno).

La prima gamba viene utilizzata per collegare il sensore di temperatura integrato nella batteria agli ioni di litio (di solito il cavo centrale di una batteria del telefono cellulare). Se la tensione in uscita è inferiore al 45% o superiore all'80% della tensione di alimentazione, la carica viene sospesa. Se non hai bisogno del controllo della temperatura, metti semplicemente quel piede a terra.

Attenzione! Questo circuito presenta un inconveniente significativo: l'assenza di un circuito di protezione contro l'inversione di polarità della batteria. In questo caso, è garantito che il controller si bruci a causa del superamento della corrente massima. In questo caso, la tensione di alimentazione del circuito va direttamente alla batteria, il che è molto pericoloso.

Il segno è semplice, fatto in un'ora sul ginocchio. Se il tempo sta per scadere, puoi ordinare moduli già pronti. Alcuni produttori di moduli già pronti aggiungono protezione da sovracorrente e sovrascarica (ad esempio, puoi scegliere quale scheda ti serve, con o senza protezione e con quale connettore).

Puoi anche trovare schede già pronte con un contatto di uscita per il sensore di temperatura. O anche un modulo di carica con più microcircuiti TP4056 in parallelo per aumentare la corrente di carica e con protezione da inversione di polarità (esempio).

LTC1734

Anche questo è uno schema molto semplice. La corrente di carica è impostata dal resistore R prog (ad esempio, se si inserisce un resistore da 3 kΩ, la corrente sarà di 500 mA).

I microcircuiti sono solitamente contrassegnati sulla custodia: LTRG (si trovano spesso nei vecchi telefoni Samsung).

Qualsiasi transistor p-n-p è adatto in generale, la cosa principale è che è progettato per una determinata corrente di carica.

Non c'è un indicatore di carica sul diagramma indicato, ma l'LTC1734 dice che il pin "4" (Prog) ha due funzioni: impostare la corrente e monitorare la fine della carica della batteria. A titolo di esempio viene mostrato un circuito con controllo di fine carica tramite il comparatore LT1716.

Il comparatore LT1716 in questo caso può essere sostituito con un economico LM358.

TL431 + transistor

Probabilmente, è difficile trovare un circuito da componenti più convenienti. La parte difficile qui è trovare il riferimento di tensione TL431. Ma sono così diffusi che si trovano quasi ovunque (raramente qualsiasi alimentatore può fare a meno di questo microcircuito).

Bene, il transistor TIP41 può essere sostituito con qualsiasi altro con una corrente di collettore adeguata. Anche il vecchio KT819, KT805 (o meno potente KT815, KT817) sovietico andrà bene.

L'impostazione del circuito si riduce all'impostazione della tensione di uscita (senza batteria !!!) utilizzando una resistenza di taglio a 4,2 volt. Il resistore R1 imposta la corrente di carica massima.

Questo circuito implementa completamente un processo in due fasi di ricarica delle batterie al litio: prima la ricarica con corrente continua, quindi il passaggio alla fase di stabilizzazione della tensione e una graduale diminuzione della corrente quasi a zero. L'unico inconveniente è la scarsa ripetibilità del circuito (capriccioso nella messa a punto ed esigente sui componenti utilizzati).

MCP73812

C'è un altro microcircuito immeritatamente trascurato di Microchip - MCP73812 (vedi). Sulla base, si ottiene un'opzione di addebito molto economica (e poco costosa!). L'intero kit per il corpo è solo un resistore!

A proposito, il microcircuito è realizzato in una custodia comoda per la saldatura - SOT23-5.

L'unico aspetto negativo è che fa molto caldo e non c'è indicazione di addebito. Inoltre, in qualche modo non funziona in modo molto affidabile se si dispone di un alimentatore a bassa potenza (che provoca una caduta di tensione).

In generale, se l'indicazione di carica non è importante per te e la corrente di 500 mA è adatta a te, l'MCP73812 è un'ottima opzione.

NCP1835

Viene offerta una soluzione completamente integrata - NCP1835B, che fornisce un'elevata stabilità della tensione di carica (4,2 ± 0,05 V).

Forse l'unico inconveniente di questo microcircuito è la sua dimensione troppo piccola (case DFN-10, dimensioni 3x3 mm). Non tutti sono in grado di fornire saldature di alta qualità di tali elementi in miniatura.

Tra gli indiscutibili vantaggi, vorrei sottolineare quanto segue:

1. Il numero minimo di parti del kit carrozzeria.
2. La possibilità di caricare una batteria completamente scarica (precarica con una corrente di 30mA);
3. Determinazione della fine della carica.
4. Corrente di carica programmabile - fino a 1000 mA.
5. Indicazione di carica ed errore (in grado di rilevare batterie non ricaricabili e segnalarlo).
6. Protezione contro la carica continua (modificando la capacità del condensatore C t è possibile impostare il tempo massimo di carica da 6,6 a 784 minuti).

Il costo del microcircuito non è così economico, ma non così alto (~ $ 1) da rifiutare di usarlo. Se sei amico di un saldatore, consiglierei di optare per questa opzione.

Una descrizione più dettagliata è in.

È possibile caricare una batteria agli ioni di litio senza un controller?

Si, puoi. Tuttavia, ciò richiederà uno stretto controllo sulla corrente e sulla tensione di carica.

In generale, caricare la batteria, ad esempio il nostro 18650 senza caricabatterie, non funzionerà. Tuttavia, è necessario limitare in qualche modo la corrente di carica massima, quindi è ancora necessario almeno il caricabatterie più primitivo.

Il caricabatterie più semplice per qualsiasi batteria al litio è un resistore in serie con la batteria:

La resistenza e la dissipazione di potenza del resistore dipendono dalla tensione dell'alimentatore che verrà utilizzato per la ricarica.

Calcoliamo come esempio la resistenza per un alimentatore da 5 volt. Caricheremo una batteria 18650 con una capacità di 2400 mAh.

Quindi, all'inizio della carica, la caduta di tensione attraverso il resistore sarà:

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

Supponiamo che il nostro alimentatore a 5 volt sia valutato per una corrente massima di 1 A. Il circuito consumerà la corrente più grande all'inizio della carica, quando la tensione sulla batteria è minima ed è 2,7-2,8 Volt.

Attenzione: questi calcoli non tengono conto della possibilità che la batteria si possa scaricare molto profondamente e la tensione su di essa possa essere molto più bassa, fino a zero.

Pertanto, la resistenza del resistore necessaria per limitare la corrente all'inizio della carica a livello di 1 Ampere dovrebbe essere:

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

Potere di dissipazione del resistore:

Pr = I 2 R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 W

Alla fine della carica della batteria, quando la tensione su di essa si avvicina a 4,2 V, la corrente di carica sarà:

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

Cioè, come possiamo vedere, tutti i valori non vanno oltre il consentito per una determinata batteria: la corrente iniziale non supera la corrente di carica massima consentita per una determinata batteria (2,4 A) e la corrente finale supera la corrente al quale la batteria smette di acquisire capacità (0,24 A).

Il principale svantaggio di tale ricarica è la necessità di monitorare costantemente la tensione sulla batteria. E scollegare manualmente la carica non appena la tensione raggiunge i 4,2 Volt. Il fatto è che le batterie al litio non tollerano molto male nemmeno una sovratensione a breve termine: le masse degli elettrodi iniziano a degradarsi rapidamente, il che porta inevitabilmente a una perdita di capacità. Allo stesso tempo, vengono creati tutti i prerequisiti per il surriscaldamento e la depressurizzazione.

Se la tua batteria ha una scheda di protezione integrata, di cui è stato discusso un po 'sopra, allora tutto è semplificato. Quando viene raggiunta una certa tensione sulla batteria, la scheda la scollega automaticamente dal caricabatterie. Tuttavia, questo metodo di ricarica presenta notevoli inconvenienti, di cui abbiamo parlato in.

La protezione incorporata nella batteria non consentirà in nessun caso di ricaricarla. Non ti resta che controllare la corrente di carica in modo che non superi i valori consentiti per questa batteria (purtroppo le schede di protezione non sanno limitare la corrente di carica).

Ricarica con un alimentatore da laboratorio

Se hai a disposizione un alimentatore a corrente limitata, sei salvo! Una tale fonte di alimentazione è già un caricabatterie a tutti gli effetti che implementa il profilo di carica corretto, di cui abbiamo scritto sopra (CC / CV).

Tutto quello che devi fare per caricare gli ioni di litio è impostare 4,2 volt sull'alimentatore e impostare il limite di corrente desiderato. E puoi collegare la batteria.

Inizialmente, quando la batteria è ancora scarica, l'alimentatore da laboratorio funzionerà in modalità di protezione corrente (cioè, stabilizzerà la corrente di uscita a un dato livello). Quindi, quando la tensione sul banco sale al valore impostato di 4,2 V, l'alimentatore entrerà in modalità di stabilizzazione della tensione e la corrente inizierà a diminuire.

Quando la corrente scende a 0,05-0,1 C, la batteria può essere considerata completamente carica.

Come puoi vedere, un alimentatore da laboratorio è quasi un caricabatterie ideale! L'unica cosa che non sa come fare automaticamente è prendere la decisione di caricare completamente la batteria e spegnere. Ma questa è una sciocchezza a cui non vale nemmeno la pena prestare attenzione.

Come si caricano le batterie al litio?

E se stiamo parlando di una batteria usa e getta che non è destinata alla ricarica, la risposta corretta (e solo corretta) a questa domanda è NESSUNA.

Il fatto è che qualsiasi batteria al litio (ad esempio, la diffusa CR2032 a forma di tablet piatto) è caratterizzata dalla presenza di uno strato di passivazione interno che ricopre l'anodo di litio. Questo strato impedisce all'anodo di reagire chimicamente con l'elettrolita. E la fornitura di corrente esterna distrugge lo strato protettivo sopra, causando danni alla batteria.

A proposito, se parliamo di una batteria CR2032 non ricaricabile, cioè LIR2032, che è molto simile ad essa, è già una batteria a tutti gli effetti. Può e deve essere addebitato. Solo il suo voltaggio non è 3, ma 3.6V.

Come caricare le batterie al litio (che si tratti di una batteria del telefono, una batteria 18650 o qualsiasi altra batteria agli ioni di litio) è stato discusso all'inizio dell'articolo.

Dove acquistare i microcircuiti?

Puoi, ovviamente, acquistare in Chip-Dip, ma è costoso lì. Pertanto, prendo sempre un negozio molto segreto)) La cosa più importante è scegliere il venditore giusto, quindi l'ordine arriverà rapidamente e sicuramente.

Per tua comodità, ho raccolto i venditori più affidabili in una tabella, usalo per la salute:

Nome	scheda dati	prezzo
LM317		Strofinare 5,5 / pz.	Acquistare
LM350
LTC1734		RUB 42 / pz.	Acquistare
TL431		85 copechi / pz.	Acquistare
MCP73812		Strofinare 65 / pz.	Acquistare
NCP1835		Strofinare 83 / pz.	Acquistare
* Tutti i circuiti integrati con spedizione gratuita

La maggior parte dei dispositivi elettronici moderni, come un laptop, un telefono o un lettore, sono dotati di batterie agli ioni di litio, che fungono da fonti di alimentazione autonome. Queste batterie ioniche sono state sviluppate relativamente di recente, ma grazie alle loro caratteristiche hanno guadagnato una grande popolarità tra designer e produttori di gadget. Ora, oltre a vari elettrodomestici, molti strumenti per la decorazione e la riparazione, cacciaviti o macchine da taglio sono dotati di tali fonti di alimentazione. Questo articolo discute i tipi di batterie agli ioni di litio, le loro aree di applicazione e il principio di funzionamento.

Tipi di batterie agli ioni di litio

Le batterie ricaricabili, che funzionano secondo il principio di immagazzinare energia e consegnarla al dispositivo consumato, sono di diversi tipi, che possono essere combinati in un'unità agli ioni di litio. Queste batterie includono:

1. Batteria al litio cobalto. Tale dispositivo è costituito da un anodo di grafite e da un catodo in ossido di cobalto. Il catodo ha una struttura a piastra con spazi tra le parti, quindi, quando viene consumata energia, gli ioni di litio vengono forniti alle piastre dall'anodo, si verifica una reazione elettromagnetica e viene fornita tensione ai terminali. Lo svantaggio di un tale sistema è la debole resistenza del meccanismo alle temperature estreme, poiché con indicatori negativi la batteria si scarica, anche se non è collegata al consumatore. Durante la ricarica del prodotto, la direzione della corrente cambia e gli ioni di litio entrano negli anodi attraverso i catodi, si verifica il loro accumulo e la tensione aumenta. È severamente vietato collegare il caricabatterie a una batteria, la cui tensione nominale è superiore all'indicatore della parte, altrimenti la batteria potrebbe surriscaldarsi, le piastre si scioglieranno e la custodia si spezzerà;
2. Batteria al litio manganese. Vale anche per le batterie agli ioni di litio, il cui ambiente di lavoro è costituito da spinello di manganese sotto forma di tunnel cruciformi tridimensionali. A differenza del sistema al cobalto, questo tipo di base garantisce il passaggio senza ostacoli degli ioni di litio dall'anodo al catodo e oltre ai contatti del dispositivo. Il vantaggio principale di una batteria agli ioni di litio e manganese è la sua bassa resistenza del materiale, motivo per cui tali batterie sono spesso utilizzate per veicoli ibridi, strumenti che consumano una grande quantità di corrente o in apparecchiature mediche che funzionano in modo autonomo. È consentito riscaldare la batteria durante la ricarica fino a 80 gradi e la corrente nominale può arrivare fino a 20-30 Ampere. Non è consigliabile agire sulla batteria con una corrente, la cui tensione è superiore a 50A, per più di due secondi, altrimenti gli spinelli potrebbero surriscaldarsi e guastarsi;

1. Batterie ricaricabili agli ioni di litio con catodo di fosfato di ferro. Una batteria del genere è rara a causa del costo di produzione relativamente elevato e il suo prezzo finale è leggermente superiore a quello di altre batterie agli ioni di litio. Il catodo fosfato ha un grande vantaggio: è la vita utile del prodotto e la frequenza di ricarica è significativamente superiore a dispositivi simili. Molto spesso queste batterie sono garantite da 10 a 50 anni o circa 500 cicli di ricarica. Per queste caratteristiche, le batterie al fosfato di ferro vengono spesso utilizzate nell'industria quando è necessario ottenere un'elevata tensione di uscita;
2. Batterie ioniche al litio nichel manganese cobalto ossido. Questa è la più pratica, in termini di costo di produzione e affidabilità del prodotto finito, una combinazione di materiali per realizzare un catodo. A causa delle proprietà elettrochimiche delle sostanze elencate, il catodo da esse costituito ha bassi valori di resistenza, quindi, durante un lungo periodo di inattività della batteria, la scarica sarà minima. Inoltre, aumentando le dimensioni della cella di vetro o catodo, è possibile aumentare la capacità totale della batteria o aumentare la tensione. Il segreto sta nella combinazione di manganese e nichel che, opportunamente combinati, crea una catena con elevate proprietà elettrochimiche;
3. Batteria al litio titanato. Sviluppato nei primi anni '80, a differenza delle batterie agli ioni con un nucleo di grafite, il catodo di questo dispositivo è costituito da nanocristalli di titanato di litio. Il catodo realizzato con questo materiale permette di ricaricare la batteria in breve tempo e di mantenere la tensione con resistenza nulla. Questa unità viene spesso utilizzata negli impianti di illuminazione stradale autonomi, quando è necessario accumulare energia in breve tempo e cederla al consumatore per lungo tempo. Lo svantaggio di un tale sistema è il costo relativamente elevato della batteria finita, ma si ripaga rapidamente a causa della maggiore durata della parte.

Importante! Tutte le batterie agli ioni di litio elencate sono batterie non riparabili, pertanto, in caso di danneggiamento o guasto, non sarà possibile riparare o eseguire lavori di manutenzione per aggiungere elettrolita. Qualsiasi manipolazione per aprire il coperchio della batteria porterà alla distruzione delle piastre della batteria e al completo fallimento.

Come funzionano le batterie agli ioni di litio

Tutte le batterie agli ioni di litio hanno una struttura simile, che presenta alcune piccole differenze che non influiscono sul funzionamento della parte. Il guscio esterno è realizzato in materiale composito, plastica o metallo sottile non ferroso, che è molto raro. Molto spesso, la batteria è costituita da una custodia in plastica, terminali metallici per il contatto con il consumatore e aste interne con tensioni positive e negative. Il litio interno si carica collegando un dispositivo esterno con una corrente stabile, ma ogni prodotto ha una carica primaria, che si verifica a causa di una reazione chimica tra anodo e catodo.

I processi sull'elettrodo negativo in materiale carbonioso, che sembra grafite stratificata naturale, sono atomi disordinati e carichi elettricamente che si muovono attraverso la matrice senza perdere tensione. Tutti gli indicatori di questo settore sono negativi.

L'elettrodo positivo di una batteria al litio è costituito esclusivamente da cobalto o ossidi di nichel e spinelli di litio manganese. Durante la scarica, gli ioni di litio si allontanano dal nucleo di carbonio e, dopo aver reagito con l'ossigeno, penetrano nel catodo e si precipitano verso l'esterno, ma non possono lasciare il corpo della batteria. Gli ioni di litio caricati perdono la loro tensione e rimangono sulla superficie dell'anodo finché il litio non viene caricato. Durante la ricarica, l'intero processo si svolge in ordine inverso.

Design della batteria agli ioni di litio

Come batteria alcalina, una batteria al litio è prodotta sotto forma di cilindro o può essere prismatica. In una batteria cilindrica, gli elettrodi arrotolati vengono utilizzati come nucleo, isolati con una guaina speciale e posti in una custodia metallica, collegata a celle caricate negativamente. Per mantenere la polarità, il contatto negativo si trova nella parte inferiore e il contatto positivo si trova nella parte superiore della parte e questi elementi non devono toccarsi, altrimenti la corrente circolerà attraverso il conduttore, il che porterà alla scarica spontanea.

La forma prismatica di una batteria agli ioni di litio è abbastanza comune. In questo design, il nucleo è formato piegando speciali piastre l'una sull'altra, che si trovano a una distanza minima tra loro. Un tale sistema consente caratteristiche tecniche più elevate, ma a causa dell'aderenza delle piastre durante la carica delle batterie, è possibile il surriscaldamento del nucleo e la fusione della rete, il che porta a una diminuzione della produttività della parte.

Non è raro trovare un sistema combinato di batterie agli ioni di litio in cui gli elettrodi a spirale sono formati in un cilindro ovale. In questo caso, vengono osservate le regole di levigatezza della transizione e, allo stesso tempo, la sezione diritta imita la forma a piastra. Tali batterie hanno le caratteristiche di entrambi i tipi di prodotti, la loro durata è molto più lunga.

Durante la reazione chimica e il funzionamento della batteria, all'interno della custodia si formano gas che contengono sostanze nocive. Per l'eliminazione tempestiva di questi vapori nel caso delle batterie agli ioni di litio, è presente una presa che ha un collegamento con i banchi e rimuove nel tempo il gas accumulato dalla cavità della batteria. Alcune batterie ad alta potenza sono dotate di una valvola speciale che viene rilasciata durante l'accumulo critico di vapore.

Test della batteria agli ioni di litio

Le cariche di litio all'interno della batteria devono essere verificate periodicamente, nonostante la batteria indicata sia considerata inutilizzabile, poiché il suo involucro è sigillato, la batteria deve comunque essere controllata utilizzando un apposito dispositivo.

L'ispezione inizia sempre con un'ispezione esterna, durante la quale viene verificata la presenza di crepe e deformazioni sul corpo della parte. Inoltre, i terminali della batteria vengono ispezionati, vengono puliti dall'ossidazione e da altri contaminanti.

Importante!È necessario mantenere pulita la batteria, non permettendo ai contatti di chiudersi tra loro, poiché ciò può portare a una scarica completa della batteria, sarà molto problematico ripristinarla.

Per verificare le condizioni interne del nucleo, viene utilizzata una presa di carico, che è collegata ai terminali e misura la tensione nominale nella rete. Quindi viene applicata una scarica alla batteria e il dispositivo legge gli indicatori per mantenere la corrente all'interno della parte. È importante tenere in considerazione che al momento del test la batteria deve essere completamente carica, altrimenti le letture saranno imprecise.

Applicazioni della batteria agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in molte applicazioni, a seconda della loro configurazione, forma e tensione nominale. L'uso più comune delle batterie è nell'industria automobilistica, ogni veicolo ha la propria fonte di alimentazione, che è responsabile dell'avvio dell'auto e svolge altre funzioni.

Inoltre, queste batterie sono utilizzate in dispositivi mobili, laptop e altri gadget. Il dispositivo di tali batterie è simile a quello delle automobili, l'unica differenza è nelle dimensioni dei prodotti, che possono essere delle dimensioni di una scatola di fiammiferi.

Di recente, è diventato popolare introdurre batterie agli ioni di litio nei gruppi di continuità domestici e come fonti di elettricità di emergenza, mentre la batteria è collegata in modo permanente alla rete centrale. Durante il funzionamento dei dispositivi da una semplice centrale elettrica, la batteria viene caricata e, quando l'alimentazione viene disattivata, inizia automaticamente a fornire corrente al consumatore. In questo caso, la batteria ricaricabile deve essere correttamente posizionata e dotata di sistemi di protezione contro il surriscaldamento.

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