In questo momento, le batterie agli ioni di litio e Li-pol (polimero di litio) sono ampiamente utilizzate.

La differenza tra loro sta nell'elettrolita. Nella prima versione, l'elio viene utilizzato come tale, nella seconda - un polimero saturato con una soluzione contenente litio. Oggi, grazie alla popolarità delle auto alimentate da motori elettrici, la questione di trovare il tipo ideale di batteria agli ioni di litio, che sia ottimale per tali veicoli, è un problema acuto.

Consiste, come altre batterie, di un anodo (carbonio poroso) e un catodo (litio), separandoli con un separatore e un conduttore - elettrolita. Il processo di scarica è accompagnato dal trasferimento di ioni "anodo" al catodo attraverso il separatore e l'elettrolita. La loro direzione è invertita durante la carica (figura sotto).

Gli ioni circolano nel processo di scarica e carica della cella tra elettrodi con carica opposta.

Le batterie ioniche hanno un catodo fatto di metalli diversi, che è la loro principale differenza. I produttori utilizzano diversi materiali per gli elettrodi per migliorare le prestazioni della batteria.

Ma capita che il miglioramento di alcune caratteristiche porti a un netto deterioramento di altre. Ad esempio, ottimizzando la capacità necessaria per estendere il tempo di viaggio, è possibile aumentare la potenza, la sicurezza e ridurre l'impatto negativo sull'ambiente. Allo stesso tempo, è possibile ridurre la corrente di carico, aumentare il costo o le dimensioni della batteria.

È possibile conoscere i parametri principali dei diversi tipi di batterie al litio (litio-manganese, litio - cobalto, litio - fosfato e nichel-manganese - cobalto) nella tabella:

Regole per gli utenti di veicoli elettrici

La capacità di tali batterie praticamente non diminuisce durante la conservazione a lungo termine. Le batterie agli ioni di litio si scaricano solo del 23% se conservate a 60 gradi per 15 anni. È grazie a queste proprietà che sono ampiamente utilizzati nelle tecnologie di trasporto elettrico.

Per i veicoli elettrici, sono adatte batterie agli ioni di litio, che hanno un sistema di controllo completo integrato nel corpo.

Per questo motivo, durante il funzionamento, gli utenti dimenticano le regole di base che possono prolungare la loro durata:

• La batteria deve essere completamente caricata immediatamente dopo l'acquisto in negozio, poiché gli elettrodi vengono caricati del 50% durante il processo di produzione. Pertanto, la capacità disponibile diminuirà, ovvero tempo di funzionamento se non c'è carica iniziale;
• la batteria non deve essere completamente scarica per preservare la sua risorsa;
• è necessario caricare la batteria dopo ogni viaggio, anche se la carica rimane;
• non riscaldare le batterie poiché le alte temperature contribuiscono al processo di invecchiamento. Per utilizzare la risorsa il più possibile, è necessario operare alla temperatura ottimale, che è di 20-25 gradi. Pertanto, la batteria non può essere conservata vicino a una fonte di calore;
• quando fa freddo, si consiglia di avvolgere la batteria in un sacchetto di plastica con un sigillo sottovuoto per conservarla a 3-4 gradi, ad es. in un locale non riscaldato. L'addebito deve essere almeno il 50% dell'intero importo;
• dopo che la batteria è stata fatta funzionare a temperature negative, non è possibile caricarla senza tenerla per un po' di tempo a temperatura ambiente, cioè deve essere riscaldata;
• è necessario caricare la batteria utilizzando il caricabatterie in dotazione.

PU di queste batterie sono di diverse sottospecie - litio - LiFePO4 (ferro - fosfato), utilizzando un catodo di fosfato di ferro. Le loro caratteristiche consentono di parlare di batterie come l'apice delle tecnologie utilizzate per la produzione di batterie.

I loro principali vantaggi sono:

• il numero di cicli di carica-scarica, che arriva a 5000 fino a diminuire la capacità del 20%;
• lunga durata;
• manca "effetto memoria";
• ampio intervallo di temperatura con prestazioni costanti (300-700 gradi Celsius);
• stabilità chimica e termica, che aumentano la sicurezza.

Le batterie più comunemente usate

Tra le tante, le più comuni sono le batterie agli ioni di litio 18650 prodotte da cinque società: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, che hanno stabilimenti in Giappone, Cina, Malesia e Corea del Sud. Era previsto l'utilizzo di 18650 batterie agli ioni di litio nei laptop. Tuttavia, grazie al loro formato di successo, vengono utilizzati in modelli radiocomandati, veicoli elettrici, torce elettriche, ecc.

Come ogni prodotto di alta qualità, tali batterie hanno molti falsi, quindi, per prolungare la durata del dispositivo, è sufficiente acquistare batterie di marchi noti.

Batterie agli ioni di litio protette e non protette

È importante anche per le batterie al litio che siano protette o meno. Il raggio di lavoro del primo è di 4,2-2,5 V (utilizzato in dispositivi progettati per funzionare con sorgenti agli ioni di litio): lampade a LED, elettrodomestici a bassa potenza, ecc.

Gli utensili elettrici, le biciclette con motore elettrico, i computer portatili, le apparecchiature video e fotografiche utilizzano batterie non protette controllate dal controller.

Cosa devi sapere sulle batterie agli ioni di litio?

Prima di tutto, le restrizioni che devono essere osservate durante il funzionamento:

• la tensione di ricarica (massima) non può essere superiore a 4,35V;
• il suo valore minimo non può scendere al di sotto della tacca di 2,3 V;
• la corrente di scarica non deve superare il doppio del valore della capacità. Se il valore di quest'ultimo è 2200mAH, la corrente massima è 4400mA.

Funzioni svolte dal controller

A cosa serve un controller di carica della batteria agli ioni di litio? Svolge diverse funzioni:

• fornisce una corrente che compensa l'autoscarica. Il suo valore è inferiore alla corrente di carica massima, ma superiore alla corrente di autoscarica;
• implementa un efficiente algoritmo del ciclo di carica/scarica per una specifica batteria;
• compensa la differenza nei flussi di energia durante la ricarica e la fornitura di energia al consumatore. Ad esempio, durante la ricarica e l'alimentazione di un laptop;
• misura la temperatura in caso di surriscaldamento o ipotermia, prevenendo danni alla batteria.

Il controller di carica della batteria agli ioni di litio è realizzato come microcircuito integrato nella batteria o come dispositivo separato.

È meglio utilizzare il caricabatteria agli ioni di litio 18650 incluso per caricare le batterie. Il caricabatterie al litio 18650 di solito ha un'indicazione del livello di carica. Molto spesso è un LED, che indica quando la carica è in corso e la sua fine.

Sui dispositivi più avanzati è possibile tracciare sul display il tempo rimanente fino al termine della carica, la tensione attuale. Per una batteria 18650 con una capacità di 2200 mA, il tempo di ricarica è di 2 ore.

Tuttavia, è importante sapere con quale corrente caricare una batteria agli ioni di litio 18650. Dovrebbe essere la metà della capacità nominale, ovvero se è 2000 mAh, la corrente è ottimale - 1A. Caricando la batteria con una corrente elevata, si degrada rapidamente. Quando si utilizza una corrente bassa, ci vorrà più tempo.

Video: come caricare un caricabatterie agli ioni di litio con le proprie mani

Circuito caricabatteria

Sembra così:

Il circuito è affidabile e ripetibile e le parti incluse sono economiche e facilmente reperibili. Per aumentare la durata della batteria, è necessaria una carica competente delle batterie agli ioni di litio: entro la fine della carica, la tensione dovrebbe diminuire.

Dopo il suo completamento, vale a dire quando la corrente raggiunge il punto zero, la carica della batteria agli ioni di litio dovrebbe interrompersi. Il circuito di cui sopra soddisfa questi requisiti: una batteria scarica collegata al caricabatteria (si accende VD3) utilizza una corrente di 300mA.

Il processo in corso è indicato da un LED VD1 acceso, una corrente che diminuisce gradualmente fino a 30 mA, indicando che la batteria è in carica. La fine del processo è segnalata dall'accensione del led VD2.

Il circuito utilizza un amplificatore operazionale LM358N (puoi sostituirlo con un analogo di KR1040UD1 o KR574UD2, che ha una piedinatura diversa), nonché un transistor VT1 S8550 9 LED di colore giallo, rosso e verde (1,5 V).

La batteria può essere rianimata?

Dopo un paio di anni di utilizzo attivo, le batterie perdono la loro capacità in modo catastrofico, creando problemi durante l'utilizzo del tuo dispositivo preferito. È possibile e come ripristinare una batteria agli ioni di litio mentre l'utente è alla ricerca di una sostituzione?

Il ripristino di una batteria agli ioni di litio è possibile per un po' in diversi modi.

Se la batteria è gonfia, ad es. ha cessato di mantenere una carica, il che significa che i gas si sono accumulati all'interno.

Quindi procedere come segue:

• la custodia della batteria è accuratamente scollegata dal sensore;
• separare il sensore elettronico;
• trova un cappuccio con l'elettronica di controllo sotto di esso e perforalo accuratamente con un ago;
• quindi, trova un oggetto piatto pesante, in un'area più grande dell'area della batteria, che verrà utilizzata come pressa (non utilizzare una morsa e dispositivi simili);
• posizionare la batteria su un piano orizzontale e premere con una pressa, ricordando che la batteria può danneggiarsi applicando una forza eccessiva. Se non è sufficiente, il risultato potrebbe non essere raggiunto. Questo è il momento più cruciale;
• resta da gocciolare la resina epossidica sul foro e saldare il sensore.

Ci sono altri modi di cui puoi leggere su Internet.

Puoi trovare un caricabatterie sul sito web http://18650.in.ua/chargers/.

Video: batterie agli ioni di litio, suggerimenti per l'utilizzo delle batterie agli ioni di litio

Funzionamento, ricarica, pro e contro delle batterie al litio

Molte persone oggi utilizzano dispositivi elettronici nella loro vita quotidiana. Telefoni cellulari, tablet, laptop ... Tutti sanno di cosa si tratta. Ma poche persone sanno che l'elemento chiave di questi dispositivi è la batteria al litio. Quasi tutti i dispositivi mobili sono dotati di questo tipo di batteria ricaricabile. Oggi parleremo delle batterie al litio. Queste batterie e la loro tecnologia di produzione sono in continua evoluzione. Un aggiornamento tecnologico significativo avviene ogni 1-2 anni. Considereremo il principio generale di funzionamento delle batterie al litio e alle varietà saranno dedicati materiali separati. Di seguito verrà discussa la storia dell'origine, del funzionamento, dello stoccaggio, dei vantaggi e degli svantaggi delle batterie al litio.

La ricerca in questa direzione è stata condotta all'inizio del XX secolo. "Le prime rondini" nella famiglia delle batterie al litio sono apparse nei primi anni settanta del secolo scorso. L'anodo di queste batterie era fatto di litio. Sono diventati rapidamente richiesti a causa della loro elevata energia specifica. Grazie alla presenza del litio, un agente riducente molto attivo, gli sviluppatori sono riusciti ad aumentare notevolmente la tensione nominale e l'energia specifica della cella. Lo sviluppo, i successivi test e la messa a punto della tecnologia hanno richiesto circa due decenni.

Durante questo periodo, i problemi sono stati principalmente risolti con la sicurezza dell'utilizzo di batterie al litio, la selezione dei materiali, ecc. Le celle al litio secondarie con elettroliti aprotici e un tipo con catodo solido sono simili nei processi elettrochimici che si verificano in esse. In particolare, la dissoluzione anodica del litio avviene all'elettrodo negativo. Il litio è incorporato nel reticolo cristallino dell'elettrodo positivo. Quando la batteria è carica, i processi sugli elettrodi vanno nella direzione opposta.

I materiali per l'elettrodo positivo sono stati sviluppati piuttosto rapidamente. Il requisito principale per loro era che subissero processi reversibili.

Si tratta di estrazione anodica e impianto catodico. Questi processi sono anche chiamati deiintercalazione anodica e intercalazione catodica. I ricercatori hanno testato vari materiali come il catodo.

Il requisito era che non ci fossero cambiamenti nel ciclo. In particolare, materiali quali:

• TiS2 (disolfuro di titanio);
• Nb (Se) n (seleniuro di niobio);
• solfuri e diseleniuri di vanadio;
• solfuri di rame e ferro.

Tutti questi materiali hanno una struttura a strati. La ricerca è stata effettuata anche con materiali di composizioni più complesse. Per questo, sono stati utilizzati additivi di alcuni metalli in piccole quantità. Questi erano elementi con cationi di raggio maggiore di Li.

Su ossidi metallici sono state ottenute elevate caratteristiche specifiche del catodo. Vari ossidi sono stati testati per il lavoro reversibile, che dipende dal grado di distorsione del reticolo cristallino del materiale di ossido, quando vengono introdotti cationi di litio. Il calcolo ha tenuto conto anche della conducibilità elettronica del catodo. La sfida era garantire che il volume del catodo non cambiasse più del 20 percento. Secondo la ricerca, gli ossidi di vanadio e molibdeno hanno mostrato i migliori risultati.

Con l'anodo, sono sorte le principali difficoltà durante la creazione di batterie al litio. Più precisamente, durante la carica, quando avviene la deposizione catodica di Li. Questo forma una superficie con un'attività molto elevata. Il litio si deposita sulla superficie del catodo sotto forma di dendriti e, di conseguenza, si forma un film passivo.

Si scopre che questo film avvolge le particelle di litio e impedisce il loro contatto con la base. Questo processo è chiamato incapsulamento e porta al fatto che dopo aver caricato la batteria, una certa parte del litio viene esclusa dai processi elettrochimici.

Di conseguenza, dopo un certo numero di cicli, gli elettrodi si consumavano e la stabilità della temperatura dei processi all'interno della batteria al litio era disturbata.

Ad un certo punto, l'elemento è stato riscaldato fino al punto di fusione di Li e la reazione è passata in una fase incontrollata. Così, all'inizio degli anni '90, molte batterie al litio sono state restituite alle imprese delle aziende che le hanno prodotte. Queste sono state alcune delle prime batterie ad essere utilizzate nei telefoni cellulari. Al momento della conversazione (la corrente raggiunge il suo valore massimo) al telefono, da queste batterie è stata emessa una fiamma. Ci sono stati molti casi in cui l'utente è stato bruciato sul viso. La formazione di dendriti durante la deposizione di litio, oltre al rischio di incendio ed esplosione, può portare a cortocircuiti.

Pertanto, i ricercatori hanno dedicato molto tempo e sforzi allo sviluppo del metodo di trattamento superficiale del catodo. Sono stati sviluppati metodi per l'introduzione di additivi nell'elettrolita che prevengono la formazione di dendriti. Gli scienziati hanno compiuto progressi in questa direzione, ma finora il problema non è stato completamente risolto. Hanno cercato di risolvere questi problemi con l'uso del litio metallico con un altro metodo.

Quindi, l'elettrodo negativo iniziò a essere realizzato con leghe di litio e non con puro Li. La più riuscita è stata la lega di litio e alluminio. Quando il processo di scarica è in corso, il litio viene inciso da tale lega nell'elettrodo e viceversa durante la carica. Cioè, durante il ciclo di carica-scarica, la concentrazione di Li nella lega cambia. Naturalmente, c'è stata una certa perdita di attività del litio nella lega rispetto al Li metallico.

Il potenziale dell'elettrodo in lega è sceso di circa 0,2-0,4 volt. La tensione di esercizio della batteria al litio è diminuita e contemporaneamente è diminuita l'interazione tra l'elettrolita e la lega. Questo è diventato un fattore positivo, poiché l'autoscarica è diminuita. Ma la lega di litio e alluminio non è molto diffusa. Il problema qui era che il volume specifico di questa lega cambiava notevolmente durante il ciclismo. Quando si è verificata una scarica profonda, l'elettrodo è diventato fragile e si è sbriciolato. A causa di una diminuzione delle caratteristiche specifiche della lega, la ricerca in questa direzione è stata interrotta. Sono state studiate anche altre leghe.

Gli studi hanno dimostrato che la lega di litio con metalli pesanti è la più adatta. Un esempio è la lega di Wood. Hanno funzionato bene in termini di mantenimento del volume specifico, ma le caratteristiche specifiche erano insufficienti per l'uso nelle batterie al litio.

Di conseguenza, poiché il metallo di litio è instabile, la ricerca ha iniziato a prendere una direzione diversa. Si è deciso di escludere il litio puro dai componenti della batteria e di utilizzare i suoi ioni. Ecco come sono apparse le batterie agli ioni di litio (Li-Ion).

La densità di energia delle batterie agli ioni di litio ─ è inferiore a quella di quelle al litio. Ma la loro sicurezza e facilità d'uso sono molto più alte. Puoi leggere di più su questo link.

Funzionamento e durata

Sfruttamento

Le regole di funzionamento saranno considerate utilizzando l'esempio delle comuni batterie al litio che vengono utilizzate nei dispositivi mobili (telefoni, tablet, laptop). Nella maggior parte dei casi, il controller integrato protegge tali batterie dal "pazzo". Ma è utile che l'utente conosca le cose di base sul dispositivo, i parametri e il funzionamento delle batterie al litio.

Per cominciare, dovresti ricordare che una batteria al litio deve avere una tensione da 2,7 a 4,2 volt. Il valore inferiore qui indica il livello di carica minimo, il valore superiore indica il massimo. Nelle moderne batterie al Li gli elettrodi sono in grafite e nel loro caso il limite di tensione inferiore è di 3 volt (2,7 è il valore per gli elettrodi di coke). L'energia elettrica che la batteria cede quando la tensione scende dal limite superiore a quello inferiore è chiamata capacità.

Per prolungare la durata delle batterie al litio, i produttori stanno restringendo leggermente l'intervallo di tensione. Questo è spesso 3,3-4,1 volt. In pratica, le batterie al litio hanno la loro massima durata con un livello di carica del 45 percento. Se la batteria viene sovraccaricata o scaricata eccessivamente, la durata sarà ridotta. In genere si consiglia di caricare una batteria al litio con una carica del 15-20%. E devi interrompere la ricarica immediatamente dopo aver raggiunto la capacità del 100%.

Ma, come già accennato, la batteria viene salvata dal sovraccarico e dalla scarica profonda dal suo controller. Questa scheda di controllo IC si trova su quasi tutti i pacchi batteria al litio. In vari dispositivi di elettronica di consumo (tablet, smartphone, laptop), il funzionamento del controller integrato nella batteria è completato da un microcircuito che viene saldato sulla scheda del dispositivo stesso.

In generale, il corretto funzionamento delle batterie al litio è garantito dal loro controller. L'utente è sostanzialmente tenuto a non essere coinvolto in questo processo ea non impegnarsi in attività personali.

Tutta la vita

Le batterie al litio hanno una durata di circa 500 cicli di carica-scarica. Questo valore è vero per la maggior parte delle moderne batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio. La vita utile può variare nel tempo. Dipende dall'intensità dell'uso del dispositivo mobile. Con un uso costante, con un carico di applicazioni ad alta intensità di risorse (video, giochi), la batteria può raggiungere il limite in un anno. Ma la vita media delle batterie al litio è di 3-4 anni.

Processo di ricarica

Va notato subito che per il normale funzionamento della batteria, è necessario utilizzare il caricabatterie standard fornito con il gadget. Nella maggior parte dei casi, si tratta di una sorgente CC da 5 volt. I caricabatterie standard per un telefono o un tablet di solito forniscono una corrente di circa 0,5─1 * C (C è la capacità nominale della batteria).
La modalità standard per caricare una batteria al litio è la seguente. Questa modalità viene utilizzata nei controller Sony e garantisce la massima capacità di ricarica. La figura seguente illustra graficamente questo processo.

Il processo si compone di tre fasi:

• la durata della prima fase è di circa un'ora. In questo caso la corrente di carica viene mantenuta ad un livello costante fino a quando la tensione della batteria raggiunge i 4,2 Volt. Alla fine lo stato di carica è del 70%;
• anche la seconda fase dura circa un'ora. In questo momento, il controller mantiene una tensione costante di 4,2 volt, mentre la corrente di carica viene ridotta. Quando la corrente scende a circa 0,2 * C, inizia la fase finale. Alla fine lo stato di carica è del 90%;
• nel terzo stadio, la corrente diminuisce costantemente a una tensione di 4,2 volt. In linea di principio, questa fase ripete la seconda fase, ma ha un limite di tempo rigoroso di 1 ora. Il controller quindi scollega la batteria dal caricabatterie. Alla fine, lo stato di carica è 100%.

I controller in grado di eseguire questa operazione sono piuttosto costosi. Ciò si riflette nel costo della batteria. Al fine di ridurre i costi, molti produttori installano controller con un sistema di ricarica semplificato nelle batterie. Questo è spesso solo il primo stadio. La carica viene interrotta quando la tensione raggiunge i 4,2 volt. Ma in questo caso, la batteria al litio viene caricata solo al 70% della sua capacità. Se la batteria al litio del tuo dispositivo impiega 3 ore o meno per caricarsi, molto probabilmente ha un controller semplificato.

Ci sono una serie di altri punti degni di nota. Periodicamente (una volta ogni 2 o 3 mesi) scarica completamente la batteria (in modo che il telefono si spenga). Quindi viene effettuata una carica completa al 100%. Successivamente, estrai la batteria per 1-2 minuti, inserisci e accendi il telefono. Il livello di carica sarà inferiore al 100%. Ricaricare completamente e ripetere l'operazione più volte finché non viene visualizzata la carica completa quando si inserisce la batteria.

Ricorda che la ricarica tramite il connettore USB di un laptop, desktop, adattatore per accendisigari in un'auto è molto più lenta rispetto a un caricabatterie standard. Ciò è dovuto alla limitazione di corrente di 500 mA dell'interfaccia USB.

Ricorda inoltre che le batterie al litio perdono parte della loro capacità con il freddo e la bassa pressione atmosferica. A temperature sotto lo zero, questo tipo di batteria diventa inoperante.

In questo articolo, capirai come caricare correttamente una batteria agli ioni di litio (ioni di litio), oltre a come utilizzarla e mantenerla correttamente. Questa conoscenza prolungherà la durata della batteria.

La batteria agli ioni di litio è diventata così diffusa grazie alla sua facilità di produzione, al basso costo e all'elevato numero di cicli di carica-scarica. Ma per apprezzare questi vantaggi, è necessario far funzionare correttamente la batteria agli ioni di litio.

Le regole di funzionamento variano a seconda del tipo di batteria. Ad esempio, le batterie Ni-MH e Ni-Cd devono essere completamente scaricate prima di essere ricaricate. Altrimenti, gli elementi vengono ingranditi e il volume della batteria diminuisce. Tuttavia, la regola "acquistato un telefono - scaricalo a zero, quindi caricalo e ripeti il ​​ciclo più volte" non è universale e non si applica agli ioni di litio.

Pertanto, prima di applicare le raccomandazioni di seguito, guardare la batteria. Dovrebbe dire che è agli ioni di litio (Li-Ion). Solo in questo caso, utilizzare le seguenti regole operative.

Non scaricare la batteria a zero troppo spesso.

Non funzionerà ancora per scaricare completamente la batteria. La scheda di protezione spegne il dispositivo quando viene raggiunto un certo minimo. Lo scarico completo è possibile solo se si smonta la batteria e si rimuove la scheda protettiva. Le batterie Li-Ion e Li-Pol non tollerano frequenti scariche complete. Pertanto, vengono venduti 2/3 caricati.

Metti il ​​dispositivo in carica quando la batteria ha il 10-20%

Un messaggio come "Collegare il caricabatterie" viene visualizzato quando la carica raggiunge il 10-20% per un motivo. Seguire le raccomandazioni del produttore e collegare il caricabatterie.

Ma non devi aspettare una tale caduta. Se puoi caricare il tuo telefono o laptop, fallo. La ricarica regolare non è una panacea, ma più spesso carichi gli ioni di litio, più a lungo durerà.

Calibrare periodicamente la batteria

La calibrazione prevede lo scaricamento completo e la successiva ricarica del dispositivo. Non c'è contraddizione con la prima regola: la calibrazione va fatta circa una volta ogni tre mesi.

La calibrazione non estende direttamente la durata della batteria, ma aiuta solo il controller a determinare correttamente la capacità della batteria. Se il controller rileva la quantità di carica in modo errato, il dispositivo deve essere ricaricato più spesso. I cicli di carica-scarica sono trascorsi, la batteria si rompe più velocemente.

Usa il caricabatterie originale

L'originalità nel contesto del problema in esame è necessaria per proteggersi dall'uso di prodotti di bassa qualità. Se sei sicuro che le caratteristiche tecniche del dispositivo di terze parti corrispondano alle caratteristiche del caricabatterie originale, non ci saranno problemi.

Cerca di non usare "rane"

Se possibile, evita di caricare le batterie con una rana. Non è sicuro utilizzare dispositivi non certificati, ci sono momenti in cui le "rane" si accendono durante il processo di ricarica.

Oggi, le batterie agli ioni di litio sono più comunemente utilizzate in vari campi. Sono particolarmente utilizzati nell'elettronica mobile (PDA, telefoni cellulari, laptop e altro), nei veicoli elettrici e così via. Ciò è dovuto ai loro vantaggi rispetto alle batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd) e al nichel-metallo idruro (Ni-MH) precedentemente ampiamente utilizzate. E se questi ultimi sono vicini al loro limite teorico, allora la tecnologia delle batterie agli ioni di litio è all'inizio del percorso.

Dispositivo

Nelle batterie agli ioni di litio, l'alluminio funge da elettrodo negativo (catodo) e il rame agisce da elettrodo positivo (anodo). Gli elettrodi possono essere realizzati in diverse forme, tuttavia, di regola, è un foglio a forma di sacchetto o cilindro allungato.

• Il materiale dell'anodo sul foglio di rame e il materiale del catodo sul foglio di alluminio sono separati da un separatore poroso, che è impregnato di elettrolita.
• Il pacchetto di elettrodi è installato in una custodia sigillata e gli anodi e i catodi sono collegati ai terminali del collettore di corrente
• Potrebbero essere presenti dispositivi speciali sotto il coperchio della batteria. Un dispositivo risponde con un aumento della resistenza a un PTC. Il secondo dispositivo interrompe il collegamento elettrico tra il terminale positivo e il catodo quando la pressione dei gas nella batteria supera il limite consentito. In alcuni casi, il corpo è dotato di una valvola di sicurezza che scarica la pressione interna in caso di violazione delle condizioni operative o situazioni di emergenza.
• Per aumentare la sicurezza operativa, in alcune batterie viene utilizzata anche una protezione elettronica esterna. Previene il surriscaldamento, il cortocircuito e il sovraccarico della batteria.
• Strutturalmente, le batterie sono prodotte in versioni prismatiche e cilindriche. Un pacchetto arrotolato di separatore ed elettrodi in accumulatori cilindrici è posto in una custodia di alluminio o acciaio, a cui è collegato l'elettrodo negativo. Il polo positivo della batteria viene fatto uscire attraverso l'isolatore sul coperchio. Gli accumulatori prismatici vengono creati impilando piastre rettangolari una sopra l'altra.

Tali batterie agli ioni di litio consentono un imballaggio più stretto, ma sono più difficili da mantenere forze di compressione sugli elettrodi rispetto a quelle cilindriche. Un certo numero di batterie prismatiche utilizza un gruppo di rulli di un pacchetto di elettrodi attorcigliati in una spirale ellittica.

La maggior parte delle batterie sono prodotte in versioni prismatiche, poiché il loro scopo principale è garantire il funzionamento di laptop e telefoni cellulari. Il design della batteria agli ioni di litio è completamente sigillato. Questo requisito è dettato dall'inammissibilità della perdita di elettrolita liquido. Se il vapore acqueo o l'ossigeno penetrano all'interno, si verifica una reazione con l'elettrolita e i materiali degli elettrodi, che porta alla completa distruzione della batteria.

Principio operativo

• Le batterie agli ioni di litio hanno due elettrodi a forma di anodo e catodo, con un elettrolita tra di loro. All'anodo, quando la batteria è collegata a un circuito chiuso, si forma una reazione chimica che porta alla formazione di elettroni liberi.
• Questi elettroni tendono ad arrivare al catodo, dove la loro concentrazione è minore. Tuttavia, il loro elettrolita, che si trova tra gli elettrodi, li tiene dal percorso diretto al catodo dall'anodo. Rimane solo un modo: attraverso il circuito in cui la batteria è chiusa. In questo caso, gli elettroni, muovendosi lungo il circuito specificato, forniscono energia al dispositivo.
• Gli ioni di litio caricati positivamente che sono stati lasciati dagli elettroni sfuggiti sono allo stesso tempo diretti attraverso l'elettrolita al catodo per soddisfare la richiesta di elettroni sul lato del catodo.
• Dopo che tutti gli elettroni si sono spostati al catodo, si verifica la "morte" della batteria. Ma la batteria agli ioni di litio è ricaricabile, il che significa che il processo può essere invertito.

Con l'aiuto di un caricabatterie, l'energia può essere iniettata nel circuito, innescando così una reazione nella direzione opposta. Il risultato sarà un accumulo di elettroni all'anodo. Dopo aver ricaricato la batteria, per la maggior parte rimarrà tale fino al momento in cui viene attivata. Tuttavia, nel tempo, la batteria perderà parte della sua carica anche in modalità standby.

• La capacità della batteria si riferisce alla quantità di ioni di litio che possono entrare nei crateri e nei piccoli pori dell'anodo o del catodo. Nel tempo, dopo numerose ricariche, il catodo e l'anodo si degradano. Di conseguenza, il numero di ioni che possono ospitare diminuisce. In questo caso, la batteria non può più contenere la stessa quantità di carica. Alla fine, perde completamente la sua funzione.

Le batterie agli ioni di litio sono progettate in modo tale che la loro carica debba essere costantemente monitorata. A tale scopo, nella custodia è installata una scheda speciale, chiamata regolatore di carica. Un chip sulla scheda controlla il processo di ricarica della batteria.

La ricarica standard della batteria è la seguente:

• All'inizio del processo di carica, il controller fornisce una corrente del 10% della nominale. Al momento, la tensione sale a 2,8 V.
• Quindi la corrente di carica viene aumentata al valore nominale. Durante questo periodo, la tensione a corrente costante sale a 4,2 V.
• Al termine del processo di carica, la corrente scende a una tensione costante di 4,2 V fino a quando la batteria non è carica al 100%.

La stadiazione può variare a causa dell'uso di controller diversi, il che porta a velocità di ricarica diverse e, di conseguenza, al costo totale della batteria. Le batterie agli ioni di litio possono essere senza protezione, ovvero il controller si trova nel caricabatterie o con protezione integrata, ovvero il controller si trova all'interno della batteria. Potrebbero esserci dispositivi in ​​cui la scheda di protezione è incorporata direttamente nella batteria.

Varietà e applicazione

Esistono due fattori di forma per le batterie agli ioni di litio:

1. Batterie cilindriche agli ioni di litio.
2. Batterie cellulari agli ioni di litio.

I diversi sottotipi del sistema elettrochimico agli ioni di litio sono denominati in base al tipo di sostanza attiva utilizzata. Ciò che tutte queste batterie agli ioni di litio hanno in comune è che sono tutte batterie sigillate e senza manutenzione.

I 6 tipi più comuni di batterie agli ioni di litio sono:

1. Batteria al litio cobalto ... È una soluzione popolare per fotocamere digitali, laptop e telefoni cellulari grazie alla sua elevata densità di energia. La batteria è costituita da un catodo di ossido di cobalto e un anodo di grafite. Svantaggi delle batterie al litio-cobalto: capacità di carico limitata, scarsa stabilità termica e durata relativamente breve.

Aree di utilizzo ; elettronica mobile.

1. Batteria al litio manganese ... Il catodo cristallino di spinello litio-manganese si distingue per una struttura a struttura tridimensionale. Lo spinello fornisce una bassa resistenza, ma ha una densità energetica più moderata rispetto al cobalto.

Aree di utilizzo; unità elettriche, apparecchiature mediche, utensili elettrici.

1. Batteria al litio nichel manganese cobalto ossido ... Il catodo della batteria combina cobalto, manganese e nichel. Il nichel è famoso per il suo alto contenuto energetico specifico, ma per la bassa stabilità. Il manganese fornisce una bassa resistenza interna, ma si traduce in un basso contenuto energetico specifico. La combinazione dei metalli consente di compensare le loro debolezze e sfruttare i loro punti di forza.

Aree di utilizzo; per uso privato e industriale (sistemi di sicurezza, centrali solari, illuminazione di emergenza, telecomunicazioni, auto elettriche, biciclette elettriche, ecc.).

1. Batteria al litio ferro fosfato ... I suoi principali vantaggi sono: lunga durata, elevati tassi di amperaggio, resistenza all'uso improprio, maggiore sicurezza e buona stabilità termica. Tuttavia, una tale batteria ha una capacità ridotta.

Applicazioni; dispositivi specializzati fissi e portatili in cui sono richieste resistenza e correnti di carico elevate.

1. Batteria al litio cobalto e nichel all'ossido di alluminio ... I suoi principali vantaggi: alti indicatori di densità energetica e intensità energetica, durata. Tuttavia, le prestazioni di sicurezza e l'alto costo ne limitano l'uso.

Aree di utilizzo; propulsori elettrici, industria e apparecchiature mediche.

1. Batteria al litio titanato ... I suoi principali vantaggi sono: ricarica rapida, lunga durata, ampio intervallo di temperature, prestazioni eccellenti e indicatori di sicurezza. È la batteria agli ioni di litio più sicura.

Tuttavia, ha un costo elevato e un basso consumo energetico specifico. Al momento sono in corso sviluppi per ridurre il costo di produzione e aumentare l'intensità energetica specifica.

Aree di utilizzo; outdoor, unità elettriche di auto (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Caratteristiche tipiche

In generale, le batterie agli ioni di litio hanno le seguenti caratteristiche tipiche:

• La tensione minima non è inferiore a 2,2-2,5 V.
• La tensione massima non è superiore a 4,25-4,35 V.
• Tempo di ricarica: 2-4 ore.
• Autoscarica a temperatura ambiente - circa il 7% all'anno.
• Intervallo di temperatura di esercizio da -20°C a +60°C.
• Il numero di cicli di carica/scarica fino al raggiungimento della perdita del 20% della capacità è 500-1000.

Vantaggi e svantaggi

I vantaggi includono:

• Elevata densità di energia rispetto alle batterie alcaline al nichel.
• Tensione sufficientemente alta di una cella della batteria.
• Mancanza di "effetto memoria", che garantisce un facile utilizzo.
• Numero significativo di cicli di carica-scarica.
• Lunga durata.
• Ampio intervallo di temperature per prestazioni costanti.
• Sicurezza ambientale relativa.

Tra gli svantaggi ci sono:

• Corrente di scarica moderata.
• Invecchiamento relativamente veloce.
• Costo relativamente alto.
• Impossibilità di lavorare senza un controller integrato.
• Possibilità di autocombustione ad alti carichi e scarico troppo profondo.
• Il design richiede miglioramenti significativi, perché non è stato portato alla perfezione.

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	CON
	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 il 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.

La configurazione 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

Potenza 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, ovvero 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?

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