Astăzi, bateriile speciale sunt folosite pentru dispozitive mobile, electrocasnice și unelte. Ele diferă în ceea ce privește caracteristicile de performanță. Pentru ca bateria să funcționeze mult timp, fără defecțiuni, trebuie să țineți cont de cerințele producătorilor produselor prezentate.
Unul dintre cele mai populare tipuri de astăzi sunt bateriile Li-Ion. Cum să încărcați corect acest tip de baterie, precum și caracteristicile funcționării acestuia, trebuie luate în considerare în detaliu înainte de a utiliza dispozitivul.
caracteristici generale
Unul dintre cele mai comune tipuri de baterii astăzi este tipul Li-Ion. Astfel de dispozitive au un cost relativ scăzut. În același timp, nu sunt pretențioși la condițiile de funcționare. În acest caz, utilizatorul are rareori întrebări despre cum să încarce corect o baterie cilindrică Li-Ion 18650 sau un alt tip.
Cel mai adesea, bateriile prezentate sunt instalate pe smartphone-uri, laptopuri, tablete și alte dispozitive similare. Bateriile prezentate se caracterizează prin durabilitate și fiabilitate. Nu le este frică de descărcarea completă.
Una dintre principalele caracteristici ale produselor prezentate este absența unui „efect de memorie”. Aceste baterii pot fi încărcate aproape în orice moment convenabil. „Efectul de memorie” apare atunci când bateria nu este complet descărcată. Dacă rămâne o cantitate mică de încărcare, capacitatea bateriei va începe să scadă în timp. Acest lucru va duce la o alimentare insuficientă pentru echipament. În bateriile litiu-ion, „efectul de memorie” este minimizat.
Proiecta
Designul unei baterii litiu-ion depinde de tipul de dispozitiv pentru care este destinat. Un telefon mobil folosește o baterie numită „borcan”. Are o formă dreptunghiulară și include un element structural. Tensiunea sa nominală este de 3,7 V.
Tipul de baterie prezentat pentru laptop are un design complet diferit. Pot exista mai multe celule individuale de baterie în el (2-12 bucăți). Fiecare dintre ele are o formă cilindrică. Acestea sunt baterii Li-Ion 18650. Producătorul echipamentului indică în detaliu cum să le încărcați corect. Acest design include un controler special. Arată ca un microcircuit. Controlerul controlează procedura de încărcare și nu permite depășirea capacității nominale a bateriei.
Bateriile moderne pentru tablete și smartphone-uri oferă și o funcție de control al încărcării. Acest lucru prelungește semnificativ durata de viață a bateriei. Este protejat de diferiți factori adversi.
Caracteristici de încărcare
Când vă gândiți la modul de încărcare corect a bateriilor Li-Ion ale unui telefon, laptop și alte echipamente, trebuie să acordați atenție caracteristicilor de operare ale dispozitivului prezentat. Trebuie spus că bateriile litiu-ion nu tolerează descărcarea profundă și supraîncărcarea. Acest lucru este controlat de un dispozitiv special care este adăugat la design (controler).
Este ideal să se mențină încărcarea tipului de baterie prezentat la un nivel de 20 până la 80% din capacitatea maximă. Controlerul monitorizează acest lucru. Cu toate acestea, experții nu recomandă să lăsați dispozitivul conectat la încărcare tot timpul. Acest lucru reduce semnificativ durata de viață a bateriei. În acest caz, controlerul este supus unei sarcini constante. În timp, funcționalitatea sa poate scădea din această cauză.
În același timp, controlerul nu va permite nici descărcarea profundă. Pur și simplu va opri bateria la un moment dat. Această funcție de protecție este extrem de necesară. În caz contrar, utilizatorul ar putea supraîncărca sau descărca în mod accidental bateria. Bateriile moderne oferă, de asemenea, protecție de înaltă calitate împotriva supraîncălzirii.
Principiul de funcționare a bateriei
Pentru a înțelege cum să încărcați corect o baterie Li-Ion (nouă sau folosită), trebuie să luați în considerare principiul funcționării acesteia. Acest lucru vă va permite să evaluați necesitatea de a monitoriza nivelul de descărcare și încărcare a dispozitivului.
Ionii de litiu dintr-o baterie de acest tip se deplasează de la un electrod la altul. În acest caz, apare un curent electric. Electrozii pot fi fabricați din diferite materiale. Acest indicator are un impact mai mic asupra caracteristicilor de performanță ale dispozitivului.
Ionii de litiu cresc pe rețeaua cristalină a electrozilor. Acestea din urmă, la rândul lor, își schimbă volumul și compoziția. Când bateria este încărcată sau descărcată, există mai mulți ioni pe unul dintre electrozi. Cu cât este mai mare sarcina pe elementele structurale metalice pe care litiul le plasează, cu atât durata de viață a dispozitivului va fi mai scurtă. Prin urmare, este mai bine să nu permiteți un procent mare de ioni să se depună pe unul sau altul electrod.
Opțiuni de încărcare
Înainte de a utiliza bateria, trebuie să luați în considerare cum să încărcați corect bateria Li-Ion a unui smartphone, tabletă și alte echipamente. Există mai multe moduri de a face acest lucru.
Una dintre cele mai corecte soluții ar fi folosirea unui încărcător. Este furnizat complet cu echipament electronic de către fiecare producător.
A doua opțiune este să încărcați bateria de la un computer desktop conectat la o rețea casnică. Pentru aceasta este folosit un cablu USB. În acest caz, procedura de încărcare va dura mai mult decât atunci când utilizați prima metodă.
Puteți efectua această procedură folosind bricheta din mașină. O altă metodă mai puțin populară este încărcarea unei baterii litiu-ion folosind un dispozitiv universal. Se mai numește și „broasca”. Cel mai adesea, astfel de dispozitive sunt folosite pentru a reîncărca bateriile smartphone-urilor. Contactele acestui dispozitiv pot fi reglate în lățime.
Încărcarea unei baterii noi
Noua baterie trebuie pusă în funcțiune corect. Pentru a face acest lucru, telefonul, tableta sau alte echipamente trebuie să fie complet descărcate. Numai când dispozitivul se oprește poate fi conectat la rețea. Controlerul va împiedica descărcarea prea mare a bateriei. El este cel care oprește dispozitivul atunci când bateria își pierde capacitatea la un nivel prestabilit.
Apoi, trebuie să conectați echipamentul electric la rețea folosind un încărcător standard. Procedura se efectuează până când indicatorul se aprinde în verde. Puteți lăsa dispozitivul online pentru încă câteva ore. Această procedură se efectuează de mai multe ori. Nu este nevoie să vă descărcați în mod specific telefonul, tableta sau laptopul.
Încărcare normală
Știind cum să încărcați corect bateriile Li-Ion poate prelungi semnificativ durata de viață a bateriei. Experții recomandă să urmați procedura corectă pentru acest proces pentru o baterie nouă. După aceasta, nu este recomandabil să descărcați complet bateria. Când indicatorul arată că capacitatea bateriei este încărcată doar cu 14-15%, aceasta trebuie conectată la rețea.
În același timp, nu este recomandat să folosiți alte dispozitive decât cel standard pentru a umple capacitatea bateriei. Are valorile de curent maxim acceptabile permise pentru un anumit model de baterie. Alte opțiuni ar trebui folosite numai dacă este absolut necesar.
Calibrare
Mai există o nuanță pe care trebuie să o cunoașteți atunci când studiați întrebarea cum să încărcați corect bateriile Li-Ion. Experții recomandă calibrarea periodică a acestui dispozitiv. Are loc o dată la trei luni.
În primul rând, în modul normal, trebuie să descărcați echipamentul electric înainte de a-l opri. Apoi este conectat la rețea. Încărcarea continuă până când indicatorul devine verde (bateria este încărcată 100%). Această procedură trebuie urmată pentru ca controlerul să funcționeze corect.
Atunci când se efectuează o astfel de procedură, placa de circuit a bateriei determină limitele de încărcare și descărcare. Acest lucru este necesar pentru a asigura funcționarea normală a controlerului și pentru a evita defecțiunile. În acest caz, se folosește un încărcător standard, care este furnizat de producător împreună cu telefonul, tableta sau laptopul.
Depozitare
Pentru ca bateria să funcționeze cât mai mult și cât mai eficient posibil, trebuie să luați în considerare și întrebarea cum să încărcați corect o baterie Li-Ion pentru depozitare. În unele cazuri, poate apărea o situație când dispozitivul pentru alimentarea echipamentelor nu este temporar utilizat. În acest caz, trebuie să fie pregătit corespunzător pentru depozitare.
Bateria este încărcată la 50%. În această stare, poate fi păstrat destul de mult timp. Cu toate acestea, temperatura mediului ambiant ar trebui să fie în jur de 15 ºC. Dacă crește, rata la care bateria își pierde capacitatea va crește.
Dacă bateria trebuie păstrată pentru o perioadă suficient de lungă, aceasta trebuie să fie complet descărcată și încărcată o dată pe lună. Bateria atinge 100% din capacitatea specificată. Apoi dispozitivul este descărcat din nou și încărcat la 50%. Dacă această procedură este efectuată în mod regulat, bateria poate fi depozitată pentru o perioadă foarte lungă de timp. După aceasta, va fi pe deplin utilizabil.
Luând în considerare modul de încărcare corect a bateriilor Li-Ion, puteți prelungi semnificativ durata de viață a acestui tip de baterie.
Când vorbesc despre baterii sau acumulatori cu litiu, de cele mai multe ori nici nu realizează că aproape o duzină dintre ele au apărut în ultimii doi ani, fiecare dintre ele fiind litiu cu diverși aditivi ai altor elemente chimice, care în cele din urmă diferă semnificativ de reciproc.
Să ne uităm la tipurile lor și să începem cu clasicii:
Bateriile litiu-ion sunt baterii reîncărcabile clasice în care ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ la electrodul pozitiv în timpul descărcării și înapoi la încărcare. Bateriile litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în electronicele de larg consum. Sunt unul dintre cele mai populare tipuri de baterii reîncărcabile pentru electronice portabile, cu una dintre cele mai bune densități de energie, fără efect de memorie și pierdere lentă de încărcare atunci când nu sunt utilizate (autodescărcare scăzută).
Această serie acoperă dimensiunile bateriilor cilindrice și prismatice. Li-ion are cea mai mare densitate de putere dintre orice baterie de tip vechi. Greutatea foarte ușoară și ciclul de viață lung îl fac un produs ideal pentru multe soluții.
Titanatul de litiu (titanat de litiu) este o clasă relativ nouă de baterii litiu-ion - (mai multe detalii). Se caracterizează printr-un ciclu de viață foarte lung, măsurat în mii de cicluri. Titanatul de plumb de litiu este, de asemenea, foarte sigur și comparabil în această privință cu fosfatul de fier. Densitatea de energie este mai mică decât alte surse de alimentare cu litiu-ion și tensiunea nominală este de 2,4 V.
Această tehnologie are încărcare foarte rapidă, rezistență internă scăzută, ciclu de viață foarte ridicat și rezistență excelentă (și siguranță). LTO și-a găsit aplicația în principal în vehiculele electrice și ceasurile de mână. Recent, a început să găsească aplicații în dispozitivele medicale mobile datorită securității sale ridicate. Una dintre caracteristicile tehnologiei este că folosește nanocristale pe anod în loc de carbon, ceea ce oferă o suprafață mult mai eficientă. Din păcate, această baterie are tensiuni mai mici decât alte tipuri de baterii cu litiu.
Particularitati:
- Energie specifica: aproximativ 30-110Wh/kg
- Densitate de energie: 177 W * h/l
- Putere specifica: 3.000-5.100 W/kg
- Eficiență de descărcare: aproximativ 85%; eficiență de încărcare mai mare de 95%
- Pret energie: 0,5 W/dolar
- Perioada de valabilitate: >10 ani
- Autodescărcare: 2-5%/lună
- Durabilitate: 6000 de cicluri la 90% capacitate
- Tensiune nominală: 1,9 până la 2,4 V
- Temperatura: de la -40 la +55°C
- Metoda de încărcare: folosește curent constant stabil, apoi tensiune constantă până când atinge pragul.
Formula chimica: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2(E=2,1 V)
Polimerul de litiu are o densitate de energie mai mare în ceea ce privește greutatea decât bateriile litiu-ion. În celulele foarte subțiri (până la 5 mm), polimerul de litiu oferă o densitate de energie volumetrică mare. Stabilitate excelentă la supratensiune și temperaturi ridicate.
Această serie de baterii poate fi produsă în intervalul de la 30 la 23000 mAh, tipuri de carcasă prismatică și cilindrică. Bateriile cu polimer de litiu oferă o serie de avantaje: densitate mai mare de energie în volum, flexibilitate în dimensiunile celulelor și o marjă mai largă de siguranță, cu stabilitate excelentă a tensiunii chiar și la temperaturi ridicate. Domenii principale de aplicare: playere portabile, Bluetooth, dispozitive wireless, PDA-uri și camere digitale, biciclete electrice, navigatoare GPS, laptop-uri, cititoare electronice.
Particularitati:
- Tensiune nominală: 3,7 V
- Tensiune de încărcare: 4,2±0,05V
- Curent de încărcare, viteză: 0,2-10C
- Limita tensiunii de descărcare: 2,5 V
- Viteza de descărcare: până la 50C
- Rezistență la ciclu: 400 de cicluri
Fosfatul de fier de litiu are caracteristici bune de siguranță, durată lungă de viață (până la 2000 de cicluri) și costuri de producție scăzute. Bateriile LiFePO4 sunt potrivite pentru aplicații cu curent de descărcare ridicat, cum ar fi echipamente militare, scule electrice, biciclete electrice, computere mobile, UPS și sisteme de energie solară.
Ca un nou material anodic pentru bateriile litiu-ion, lifepo4 a fost introdus pentru prima dată în 1997 și a fost îmbunătățit continuu până în prezent. A atras atenția experților datorită siguranței sale fiabile, durabilității, impactului scăzut asupra mediului în timpul eliminării și caracteristicilor convenabile de încărcare și descărcare. Mulți experți susțin că bateriile lifepo4 sunt de departe cea mai bună opțiune pentru alimentarea autonomă a electronicelor.
Dioxid de sulf de litiu (bateria Li și SO2) - aceste baterii au densitate mare de energie și rezistență bună la descărcarea de putere mare. Astfel de elemente sunt utilizate în principal în știința militară, meteorologie și astronautică.
Bateriile cu dioxid de sulf de litiu cu un anod metalic de litiu (cel mai ușor dintre toate metalele) și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu dioxid de sulf (SO2) produc o tensiune de 2,9 V și au formă cilindrică.
Particularitati:
- Tensiune mare de operare, stabilă pe toată durata descărcării
- Autodescărcare extrem de scăzută
- Performanta in conditii extreme
- Gamă largă de temperatură de funcționare (-55°C până la +65°C)
Dioxid de litiu-mangan (bateria Li-MnO2) - aceste baterii au un anod de litiu metalic ușor și un catod solid de dioxid de mangan, scufundate într-un electrolit organic non-coroziv, netoxic. Acest tip de baterie este conform EU RoHS și se caracterizează prin capacitate mare, capacitate mare de descărcare și durată lungă de viață.
Li-MnO2 este utilizat pe scară largă în surse de alimentare de rezervă, balize de urgență, alarme de incendiu, sisteme electronice de control al accesului, camere digitale, echipamente medicale.
Particularitati:
- Densitate mare de energie
- Tensiune de descărcare foarte stabilă
- Perioada de valabilitate de peste 10 ani
- Temperatura de funcționare: -40 până la +60°C
Bateriile cu clorură de litiu-tionil (litiu-SOCl2) au un anod metalic de litiu ușor și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu clorură de tionil (SOCl2). Bateriile Li-SOCL2 sunt ideale pentru dispozitive auto, dispozitive medicale și aplicații militare și aerospațiale. Au cel mai larg interval de temperatură de funcționare de la -60 la + 150°C.
Particularitati:
- Densitate mare de energie
- Durată lungă de valabilitate
- Gamă largă de temperatură
- Etanșare bună
- Tensiune de descărcare stabilă
baterii Li-FeS2
Bateriile și bateriile Li-FeS2 reprezintă disulfură de fier litiu. Informațiile despre ele vor fi adăugate ulterior.
Interesul crescând al consumatorilor pentru gadgeturile mobile și echipamentele portabile avansate tehnologic, în general, obligă producătorii să-și îmbunătățească produsele într-o varietate de direcții. În același timp, există o serie de parametri generali, lucru asupra căruia se desfășoară în aceeași direcție. Acestea includ metoda de alimentare cu energie. Cu doar câțiva ani în urmă, participanții activi pe piață puteau observa procesul de deplasare cu elemente mai avansate de origine nichel-hidrură metalică (NiMH). Astăzi, noile generații de baterii concurează între ele. Utilizarea pe scară largă a tehnologiei litiu-ion în unele segmente este înlocuită cu succes de bateria litiu-polimer. Diferența față de cea ionică din noua unitate nu este atât de vizibilă pentru utilizatorul obișnuit, dar în unele aspecte este semnificativă. În același timp, ca și în cazul concurenței dintre elementele NiCd și NiMH, tehnologia de înlocuire este departe de a fi impecabilă și, în unele privințe, este inferioară analogului său.
Dispozitiv cu baterie Li-ion
Primele modele de baterii seriale pe bază de litiu au început să apară la începutul anilor 1990. Cu toate acestea, cobaltul și manganul au fost apoi folosite ca electrolit activ. În cele moderne, nu atât substanța este importantă, cât configurația plasării acesteia în bloc. Astfel de baterii constau din electrozi care sunt separați printr-un separator cu pori. Masa separatorului, la rândul său, este impregnată cu electrolit. În ceea ce privește electrozii, aceștia sunt reprezentați de o bază catodică pe folie de aluminiu și un anod de cupru. În interiorul blocului, acestea sunt conectate între ele prin bornele colectoarelor de curent. Menținerea încărcăturii se realizează prin încărcarea pozitivă a ionului de litiu. Acest material este avantajos prin faptul că are capacitatea de a pătrunde cu ușurință în rețelele cristaline ale altor substanțe, formând legături chimice. Cu toate acestea, calitățile pozitive ale unor astfel de baterii se dovedesc din ce în ce mai mult a fi insuficiente pentru sarcinile moderne, ceea ce a dus la apariția celulelor Li-pol, care au multe caracteristici. În general, merită remarcată similitudinea surselor de alimentare cu litiu-ion cu bateriile cu heliu de dimensiune completă pentru mașini. În ambele cazuri, bateriile sunt proiectate pentru a fi practice din punct de vedere fizic. În parte, această direcție de dezvoltare a fost continuată de elementele polimerice.
Design baterie cu litiu polimer
Impulsul pentru îmbunătățirea bateriilor cu litiu a fost nevoia de a combate două deficiențe ale bateriilor Li-ion existente. În primul rând, sunt nesigure de utilizat și, în al doilea rând, sunt destul de scumpe. Tehnologii au decis să scape de aceste dezavantaje prin schimbarea electrolitului. Ca rezultat, separatorul poros impregnat a fost înlocuit cu un electrolit polimeric. Trebuie remarcat faptul că polimerul a fost folosit anterior pentru nevoi electrice ca folie de plastic care conduce curentul. Într-o baterie modernă, grosimea elementului Li-pol ajunge la 1 mm, ceea ce înlătură și restricțiile privind utilizarea diferitelor forme și dimensiuni de la dezvoltatori. Dar principalul lucru este absența electrolitului lichid, care elimină riscul de aprindere. Acum merită să aruncăm o privire mai atentă asupra diferențelor față de celulele cu litiu-ion.
Care este principala diferență față de o baterie ionică?
Diferența fundamentală este abandonarea heliului și a electroliților lichizi. Pentru o înțelegere mai completă a acestei diferențe, merită să apelăm la modelele moderne de baterii auto. Necesitatea înlocuirii electrolitului lichid a fost, din nou, din motive de siguranță. Dar dacă în cazul bateriilor auto, progresul s-a oprit la aceiași electroliți poroși cu impregnare, atunci modelele cu litiu au primit o bază solidă cu drepturi depline. Ce este atât de bun la o baterie cu polimer de litiu cu stare solidă? Diferența față de cea ionică este că substanța activă sub formă de placă în zona de contact cu litiul previne formarea dendritelor în timpul ciclării. Acest factor elimină posibilitatea de explozii și incendii ale unor astfel de baterii. Este vorba doar despre avantaje, dar există și puncte slabe în noile baterii.
Durată de viață a bateriei cu litiu polimer
În medie, astfel de baterii pot rezista la aproximativ 800-900 de cicluri de încărcare. Acest indicator este modest în comparație cu analogii moderni, dar nici măcar acest factor nu poate fi considerat ca determinând resursa unui element. Cert este că astfel de baterii sunt supuse unei îmbătrâniri intense, indiferent de natura utilizării. Adică, chiar dacă bateria nu este folosită deloc, durata de viață a acesteia va fi redusă. Nu contează dacă este o baterie litiu-ion sau o celulă litiu-polimer. Toate sursele de alimentare pe bază de litiu sunt caracterizate prin acest proces. O pierdere semnificativă de volum poate fi observată în decurs de un an de la achiziție. După 2-3 ani, unele baterii se defectează complet. Dar mult depind de producător, deoarece în cadrul segmentului există și diferențe în ceea ce privește calitatea bateriei. Probleme similare apar cu celulele NiMH, care sunt supuse îmbătrânirii din cauza fluctuațiilor bruște de temperatură.
Defecte
Pe lângă problemele legate de îmbătrânirea rapidă, astfel de baterii necesită un sistem suplimentar de protecție. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea internă în diferite zone poate duce la epuizare. Prin urmare, se folosește un circuit special de stabilizare pentru a preveni supraîncălzirea și supraîncărcarea. Același sistem implică și alte dezavantaje. Principala este limitarea actuală. Dar, pe de altă parte, circuitele de protecție suplimentare fac bateria cu litiu polimer mai sigură. Există și o diferență față de ionic în ceea ce privește costul. Bateriile polimer sunt mai ieftine, dar nu cu mult. Prețul lor crește și datorită introducerii circuitelor electronice de protecție.
Caracteristicile operaționale ale modificărilor de tip gel
Pentru a crește conductivitatea electrică, tehnologii încă adaugă un electrolit asemănător gelului elementelor polimerice. Nu se vorbește despre o tranziție completă la astfel de substanțe, deoarece aceasta contrazice conceptul acestei tehnologii. Dar în tehnologia portabilă, bateriile hibride sunt adesea folosite. Particularitatea lor este sensibilitatea la temperatură. Producătorii recomandă utilizarea acestor modele de baterii în condiții cuprinse între 60°C și 100°C. Această cerință a determinat și o nișă specială de aplicare. Modelele de tip gel pot fi folosite doar in locuri cu clima calda, ca sa nu mai vorbim de nevoia de a fi scufundate intr-o carcasa termoizolata. Cu toate acestea, întrebarea ce baterie să alegeți - Li-pol sau Li-ion - nu este atât de presantă în întreprinderi. Acolo unde temperatura are o influență deosebită, se folosesc adesea soluții combinate. În astfel de cazuri, elementele polimerice sunt de obicei folosite ca elemente de rezervă.
Metoda optimă de încărcare
Timpul obișnuit de reîncărcare pentru bateriile cu litiu este în medie de 3 ore.Mai mult, în timpul procesului de încărcare unitatea rămâne rece. Umplerea are loc în două etape. La prima, tensiunea atinge valori de vârf, iar acest mod se menține până ajunge la 70%. Restul de 30% este câștigat în condiții normale de stres. O altă întrebare interesantă este cum să încărcați o baterie litiu-polimer dacă trebuie să-i mențineți în mod constant capacitatea maximă? În acest caz, ar trebui să urmați programul de reîncărcare. Se recomandă efectuarea acestei proceduri aproximativ la fiecare 500 de ore de funcționare cu o descărcare completă.
Masuri de precautie
În timpul funcționării, trebuie să utilizați numai un încărcător care îndeplinește specificațiile, conectându-l la o rețea cu o tensiune stabilă. De asemenea, este necesar să verificați starea conectorilor, astfel încât bateria să nu se deschidă. Este important de luat în considerare că, în ciuda gradului ridicat de siguranță, acesta este încă un tip de baterie sensibilă la suprasarcină. Celula de litiu-polimer nu tolerează curentul excesiv, răcirea excesivă a mediului extern și șocul mecanic. Cu toate acestea, conform tuturor acestor indicatori, blocurile de polimer sunt încă mai fiabile decât cele cu litiu-ion. Totuși, principalul aspect al siguranței constă în inofensivitatea surselor de alimentare cu stare solidă - desigur, cu condiția ca acestea să fie păstrate sigilate.
Ce baterie este mai bună - Li-pol sau Li-ion?
Această problemă este determinată în mare măsură de condițiile de funcționare și de instalația de alimentare cu energie țintă. Principalele beneficii ale dispozitivelor polimerice sunt mai probabil să fie resimțite de producătorii înșiși, care pot folosi mai liber noile tehnologii. Pentru utilizator, diferența va fi abia vizibilă. De exemplu, în ceea ce privește modul de încărcare a unei baterii cu polimer de litiu, proprietarul va trebui să acorde mai multă atenție calității sursei de alimentare. În ceea ce privește timpul de încărcare, acestea sunt elemente identice. În ceea ce privește durabilitatea, situația în acest parametru este, de asemenea, ambiguă. Efectul de îmbătrânire caracterizează elementele polimerice într-o măsură mai mare, dar practica arată exemple diferite. De exemplu, există recenzii despre celulele litiu-ion care devin inutilizabile după doar un an de utilizare. Iar cele polimerice din unele dispozitive sunt folosite timp de 6-7 ani.
Concluzie
Există încă multe mituri și opinii false în jurul bateriilor care se referă la diferite nuanțe de funcționare. Dimpotrivă, unele caracteristici ale bateriei sunt oprite de producători. Cât despre mituri, unul dintre ele este infirmat de bateria cu litiu polimer. Diferența față de analogul ionic este că modelele polimerice suferă mai puțin stres intern. Din acest motiv, sesiunile de încărcare a bateriilor care nu s-au epuizat încă nu au un efect dăunător asupra caracteristicilor electrozilor. Dacă vorbim despre faptele ascunse de producători, atunci unul dintre ele se referă la durabilitate. După cum sa menționat deja, durata de viață a bateriei este caracterizată nu numai de o rată modestă a ciclurilor de încărcare, ci și de pierderea inevitabilă a volumului util al bateriei.
În prezent, bateriile li-ion și bateriile Li-pol (polimer de litiu) sunt utilizate pe scară largă.
Diferența dintre ele este electrolitul. În prima opțiune, heliul este utilizat ca acesta, în a doua - un polimer saturat cu o soluție care conține litiu. Astăzi, datorită popularității mașinilor cu motoare electrice, există o întrebare urgentă de a găsi tipul ideal de baterie li-ion care este optim pentru astfel de vehicule.
Este alcătuit, ca și alte baterii, dintr-un anod (carbon poros) și un catod (litiu), un separator care le separă și un conductor - electrolit. Procesul de descărcare este însoțit de tranziția ionilor „anod” la catod printr-un separator și electrolit. Direcția lor este inversată în timpul încărcării (imaginea de mai jos).
Ionii circulă în timpul procesului de descărcare și încărcare a celulei între electrozii încărcați opus.
Bateriile ionice au un catod din diferite metale, care este principala lor diferență. Producătorii folosesc diferite materiale pentru electrozi pentru a îmbunătăți caracteristicile bateriilor.
Dar se întâmplă ca o îmbunătățire a unor caracteristici să ducă la o deteriorare bruscă a altora. De exemplu, prin optimizarea capacității necesare pentru a crește timpul de călătorie, puteți crește puterea, siguranța și reduce impactul negativ asupra mediului. În același timp, puteți reduce curentul de sarcină, puteți crește costul sau dimensiunea bateriei.
Vă puteți familiariza cu parametrii principali ai diferitelor tipuri de baterii cu litiu (litiu-mangan, litiu-cobalt, litiu-fosfat și nichel-mangan-cobalt) în tabel:
Reguli pentru utilizatorii de transport electric
Capacitatea unor astfel de baterii practic nu scade în timpul depozitării pe termen lung. Bateriile Li-ion se descarcă cu doar 23% dacă sunt depozitate la o temperatură de 60 de grade timp de 15 ani. Datorită acestor proprietăți, acestea sunt utilizate pe scară largă în tehnologiile de transport electric.
Bateriile litiu-ion care au un sistem de control complet încorporat în corp sunt potrivite pentru transportul electric.
Din acest motiv, în timpul funcționării, utilizatorii uită de regulile de bază care le pot prelungi durata de viață:
- Bateria trebuie încărcată complet imediat după achiziționarea din magazin, deoarece electrozii sunt încărcați cu 50% în timpul procesului de producție. Prin urmare, capacitatea disponibilă va scădea, adică timpul de funcționare dacă nu există încărcare inițială;
- bateria nu trebuie lăsată să se descarce complet pentru a-și păstra resursele;
- Bateria trebuie încărcată după fiecare călătorie, chiar dacă mai există încă o încărcare;
- Nu încălziți bateriile, deoarece temperaturile ridicate contribuie la procesul de îmbătrânire. Pentru a valorifica la maximum resursa, operațiunea trebuie efectuată la temperatura optimă, care este de 20-25 de grade. Prin urmare, bateria nu poate fi depozitată lângă o sursă de căldură;
- Pe vreme rece, se recomandă să înfășurați bateria într-o pungă de plastic cu sigiliu în vid pentru a o depozita la 3-4 grade, adică. într-o cameră neîncălzită. Încărcarea trebuie să fie de cel puțin 50% din încărcarea completă;
- după ce bateria a fost folosită la temperaturi sub zero, nu poate fi încărcată fără a o menține la temperatura camerei o perioadă de timp, adică trebuie încălzită;
- Bateria trebuie încărcată folosind încărcătorul furnizat în kit.
Există mai multe subtipuri de PU ale acestor baterii - litiu - LiFePO4 (fier - fosfat), folosind un catod de fosfat de fier. Caracteristicile lor ne permit să vorbim despre baterii ca fiind vârful tehnologiei utilizate pentru producerea bateriilor.
Principalele lor avantaje sunt:
- numărul de cicluri de încărcare-descărcare, care ajunge la 5000 până când capacitatea scade cu 20%;
- durată lungă de viață;
- fără „efect de memorie”;
- gamă largă de temperatură cu caracteristici de performanță neschimbate (300-700 grade Celsius);
- stabilitate chimică și termică, sporind siguranța.
Cele mai utilizate baterii
Dintre multe, cele mai comune sunt bateriile li-ion de mărimea 18650, produse de cinci companii: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, ale căror fabrici se află în Japonia, China, Malaezia și Coreea de Sud. S-a planificat ca în laptopuri să fie folosite baterii de 18650 li-ion. Cu toate acestea, datorită formatului lor de succes, ele sunt folosite în modele radiocontrolate, mașini electrice, lanterne etc.
Ca orice produs de calitate, astfel de baterii au multe contrafăcute, prin urmare, pentru a prelungi durata de viață a dispozitivului, trebuie să achiziționați numai baterii de la mărci cunoscute.
Baterii litiu-ion protejate și neprotejate
De asemenea, este important pentru bateriile cu litiu indiferent dacă sunt protejate sau nu. Intervalul de funcționare al primului este de 4,2-2,5V (folosit în dispozitivele proiectate să funcționeze cu surse de litiu-ion): lanterne LED, aparate electrocasnice de putere redusă etc.
Uneltele electrice, bicicletele cu motoare electrice, laptopurile, echipamentele video și fotografice folosesc baterii neprotejate controlate de un controler.
Ce trebuie să știți despre bateriile litiu-ion?
În primul rând, restricțiile care trebuie respectate în timpul funcționării:
- tensiunea de reîncărcare (maximum) nu poate fi mai mare de 4,35V;
- valoarea sa minimă nu poate scădea sub 2,3 V;
- Curentul de descărcare nu trebuie să depășească mai mult de două ori valoarea capacității. Dacă valoarea acestuia din urmă este de 2200mAh, valoarea maximă a curentului este de 4400 mA.
Funcții îndeplinite de controler
De ce aveți nevoie de un controler de încărcare a bateriei Li-ion? Îndeplinește mai multe funcții:
- furnizează un curent care compensează autodescărcarea. Valoarea sa este mai mică decât curentul maxim de încărcare, dar mai mare decât curentul de autodescărcare;
- implementează un algoritm eficient de încărcare/descărcare pentru o anumită baterie;
- compensează diferența de fluxuri de energie, în timp ce simultan se încarcă și oferă energie consumatorului. De exemplu, la încărcarea și alimentarea unui laptop;
- Măsoară temperatura la supraîncălzire sau hipotermie, prevenind deteriorarea bateriei.
Un controler de încărcare a bateriei li-ion este fabricat fie sub forma unui microcircuit încorporat în baterie, fie ca dispozitiv separat.
Pentru a încărca bateriile, este mai bine să utilizați încărcătorul standard pentru bateriile li-ion 18650, furnizat în kit. Un încărcător pentru baterii cu litiu 18650 are de obicei un indicator al nivelului de încărcare. Mai des este un LED care arată când încărcarea este în curs și când este terminată.
Pe dispozitivele mai avansate, puteți urmări pe afișaj timpul rămas până la sfârșitul încărcării și tensiunea curentă. Pentru o baterie 18650 cu o capacitate de 2200mA, timpul de încărcare este de 2 ore.
Dar, este important să știți ce curent să încărcați o baterie li-ion 18650. Ar trebui să fie jumătate din capacitatea nominală, adică dacă este de 2000 mAh, atunci curentul optim este de 1A. Prin încărcarea bateriei cu curent mare, se produce rapid degradarea acesteia. Dacă utilizați un curent scăzut, va dura mai mult.
Video: Cum să încărcați un încărcător de baterie Li-ion cu propriile mâini
Schema unui dispozitiv pentru încărcarea bateriilor
Arata cam asa:
Circuitul se distinge prin fiabilitatea și repetabilitate, iar piesele incluse sunt ieftine și ușor accesibile. Pentru a crește durata de viață a bateriei, este necesară încărcarea corectă a bateriilor Li-ion: spre sfârșitul încărcării, tensiunea ar trebui să scadă.
După finalizarea acestuia, adică Când curentul ajunge la zero, încărcarea bateriei li-ion ar trebui să se oprească. Circuitul prezentat mai sus satisface aceste cerințe: o baterie descărcată conectată la încărcător (VD3 se aprinde) folosește un curent de 300 mA.
Procesul în desfășurare este indicat de LED-ul care arde VD1.Curentul care scade treptat la 30 mA indică faptul că bateria se încarcă. Sfârșitul procesului este semnalat de LED-ul VD2 aprins.
Circuitul folosește un amplificator operațional LM358N (puteți înlocui cu un analog KR1040UD1 sau KR574UD2, care diferă prin locația pinii), precum și un tranzistor VT1 S8550 9 LED-uri de culori galben, roșu și verde (1,5V).
Este posibil să reînvie o baterie?
După câțiva ani de utilizare activă, bateriile își pierd în mod catastrofal capacitatea, creând probleme atunci când utilizați dispozitivul preferat. Este posibil și cum să restabiliți o baterie li-ion în timp ce utilizatorul caută un înlocuitor?
Restaurarea unei baterii li-ion este posibilă temporar în mai multe moduri.
Dacă bateria este umflată, de ex. nu mai deține încărcătură, ceea ce înseamnă că în interior s-au acumulat gaze.
Apoi procedați după cum urmează:
- carcasa bateriei este deconectată cu grijă de la senzor;
- separați senzorul electronic;
- găsesc un capac cu electronică de control dedesubt și îl străpung cu grijă cu un ac;
- apoi, găsiți un obiect plat greu, mai mare ca suprafață decât zona bateriei, care va fi folosit ca presă (nu folosiți menghină sau dispozitive similare);
- Așezați bateria pe un plan orizontal și apăsați în jos cu o apăsare, amintindu-vă că bateria poate fi deteriorată prin aplicarea unei forțe excesive. Dacă nu este suficient, rezultatul poate să nu fie atins. Acesta este momentul cel mai crucial;
- Tot ce rămâne este să aruncați rășină epoxidica pe orificiu și să lipiți senzorul.
Există și alte modalități, despre care puteți citi pe internet.
Puteți selecta un încărcător pe site http://18650.in.ua/chargers/.
Video: baterii Li-ion, sfaturi pentru utilizarea bateriilor Li-ion
Piața de consum pentru bateriile litiu-ion (Li-ion) este uriașă - aproximativ 10 miliarde de dolari, dar este destul de stabilă, cu o rată de creștere de doar 2% pe an. Dar mașinile electrice, te întrebi? Într-adevăr, în următorii ani, datorită dezvoltării vehiculelor electrice, ritmul anual de creștere a bateriilor litiu-ion este estimat a fi de 10%. În mod surprinzător, cea mai mare zonă de creștere pentru piața bateriilor Li-ion continuă să fie „orice altceva”, de la telefoane mobile la stivuitoare.
„Alte” aplicații pentru bateriile litiu-ion tind să aibă un lucru în comun - sunt dispozitive care sunt alimentate de baterii sigilate cu plumb acid (SLA). Bateriile cu plumb-acid au dominat piața electronică de aproape 200 de ani, dar de câțiva ani au fost înlocuite cu baterii litiu-ion. Deoarece în multe cazuri bateriile litiu-ion au început să înlocuiască bateriile cu plumb-acid (bateriile), merită să comparați aceste două tipuri de dispozitive de stocare a energiei, subliniind principalele caracteristici tehnice și fezabilitatea economică a utilizării Li-ion în locul dispozitivelor tradiționale SLA. .
Istoricul utilizării bateriilor reîncărcabile
Bateria plumb-acid a fost prima baterie reîncărcabilă, dezvoltată pentru uz comercial în anii 1850. În ciuda vârstei lor destul de respectabile de peste 150 de ani, ele sunt încă utilizate în mod activ în dispozitivele moderne. Mai mult, ele sunt utilizate activ în aplicații în care ar părea destul de posibil să se descurce cu tehnologiile moderne. Unele dispozitive comune folosesc destul de activ SKB, cum ar fi sursele de alimentare neîntreruptibilă (UPS), cărucioarele de golf sau stivuitoarele. În mod surprinzător, piața bateriilor plumb-acid este încă în creștere pentru anumite nișe și proiecte.
Prima inovație destul de semnificativă în tehnologia plumb-acid a venit în anii 1970, când au fost inventate SKB sigilat sau SKB fără întreținere. Această modernizare a constat în apariția unor supape speciale pentru gazele de scurgere la încărcarea/descărcarea bateriilor. În plus, utilizarea unui separator umed a făcut posibilă funcționarea bateriei într-o poziție înclinată, fără scurgeri de electroliți.
SKB sau engleză. SLA-urile sunt adesea clasificate după tip sau aplicație. În prezent, cele mai comune două tipuri sunt gel, cunoscut și sub denumirea de acid de plumb reglat prin supapă (VRLA) și mat de sticlă absorbantă AGM. Bateriile AGM sunt folosite pentru UPS-uri mici, iluminat de urgență și aplicații pentru scaune cu rotile, în timp ce bateriile VRLA sunt destinate aplicațiilor de format mai mare, cum ar fi puterea de rezervă pentru turnuri de relee celulare, hub-uri de internet și stivuitoare. Bateriile plumb-acid pot fi clasificate si dupa urmatoarele criterii: auto (demaror sau SLI - pornire, iluminare, aprindere); tracțiune (tracțiune sau ciclu adânc); staționare (surse de alimentare neîntreruptibile). Principalul dezavantaj al SLA-urilor în toate aceste aplicații este ciclul de viață - dacă sunt descărcate în mod repetat, se deteriorează grav.
În mod surprinzător, bateriile plumb-acid au fost liderii de necontestat ai pieței bateriilor timp de multe decenii, până la apariția bateriilor litiu-ion în anii 1980. O baterie litiu-ion este o celulă reîncărcabilă în care ionii de litiu se deplasează de la un electrod negativ la un electrod pozitiv în timpul descărcării și invers în timpul încărcării. Bateriile cu litiu-ion folosesc compuși de litiu intercalați, dar nu conțin litiu metalic, care este utilizat în bateriile de unică folosință.
Bateria litiu-ion a fost inventată pentru prima dată în anii 1970. În anii 1980, a fost adusă pe piață prima versiune comercială a bateriei cu catod de oxid de cobalt. Acest tip de dispozitiv avea capacități de greutate și capacitate semnificativ mai mari în comparație cu sistemele pe bază de nichel. Noile baterii litiu-ion au alimentat o creștere uriașă pe piața de telefoane mobile și laptopuri. Inițial, din cauza problemelor de siguranță, au fost introduse opțiuni mai sigure care includeau aditivi pe bază de nichel și mangan în materialul catodic de oxid de cobalt, pe lângă inovațiile în construcția celulelor.
Primele celule litiu-ion aduse pe piață au fost în cutii rigide din aluminiu sau oțel și, de obicei, au venit în doar câțiva factori de formă, fie cilindrice, fie prismatice (în formă de cărămidă). Cu toate acestea, odată cu extinderea gamei de aplicații ale tehnologiei litiu-ion, dimensiunile lor generale au început să se schimbe.
De exemplu, versiuni mai puțin costisitoare ale tehnologiei mai vechi sunt folosite în laptopuri și telefoane mobile. Celulele subțiri de polimer de litiu de astăzi sunt folosite în smartphone-uri, tablete și dispozitive portabile. În prezent, bateriile litiu-ion sunt folosite în scule electrice, biciclete electrice și alte dispozitive. Această variație anunță o înlocuire completă a dispozitivelor cu plumb-acid în tot mai multe aplicații menite să îmbunătățească dimensiunea generală și performanța puterii.
Caracteristici chimice
Fundamentele chimiei celulare conferă dispozitivelor plumb-acid și litiu-ion proprietăți specifice și grade diferite de funcționalitate. Mai jos sunt câteva dintre avantajele bateriilor plumb-acid, care au făcut din ele o bază de zeci de ani și dezavantajele care duc acum la înlocuirea acestuia, precum și considerații similare pentru dispozitivele cu litiu-ion.
Baterie plumb acid
- SKB este simplu, fiabil și ieftin. Poate fi folosit într-o gamă largă de temperaturi.
- Bateriile trebuie depozitate într-o stare de încărcare (SoC) și nu pot fi încărcate rapid.
- SKB-urile sunt grele. Densitatea lor gravimetrică de energie este foarte scăzută.
- Ciclul de viață este de obicei între 200 și 300 de descărcări/încărcări, ceea ce este foarte scurt.
- Curba de încărcare/descărcare permite măsurători SOC cu control simplu al tensiunii.
baterie Li-ion
- Au o densitate maximă de energie în ceea ce privește dimensiunea și greutatea.
- Ciclul de viață este de obicei între 300 și 500, dar poate fi de mii pentru celulele cu fosfat de litiu;
- Intervalul de temperatură de funcționare este foarte mic;
- Sunt disponibile diferite dimensiuni de celule, forme și alte opțiuni;
- Nu necesită întreținere. Nivelul de autodescărcare este foarte scăzut.
- Este necesară implementarea schemelor de siguranță operațională. Algoritm de încărcare complex.
- Măsurătorile SoC necesită soluții complexe datorită neliniarității curbei de tensiune.
Electronică
Este important să înțelegeți diferența dintre un acumulator și o baterie reîncărcabilă. Celula este componenta principală a pachetului. În plus, pachetul include și electronice, conectori și carcasă. Figura de mai sus prezintă exemple ale acestor dispozitive. O baterie litiu-ion trebuie să aibă, cel puțin, circuite de protecție și control al celulelor implementate, iar încărcătorul și sistemul de detectare a tensiunii sunt mult mai complexe decât la dispozitivele plumb-acid.
Când utilizați baterii litiu-ion și plumb-acid, principalele diferențe în electronică vor fi următoarele:
Încărcător
Încărcarea unei baterii plumb-acid este destul de simplă atâta timp cât sunt îndeplinite anumite praguri de tensiune. Bateriile litiu-ion folosesc un algoritm mai complex, cu excepția pachetelor pe bază de fosfat de fier. Metoda standard de încărcare pentru astfel de dispozitive este metoda curentului constant/tensiune constantă (CC/CV). Include un proces de încărcare în două etape. În prima etapă, încărcarea are loc cu un curent constant. Aceasta durează până când tensiunea de pe celulă atinge un anumit prag, după care tensiunea rămâne constantă, iar curentul scade exponențial până când atinge valoarea de tăiere.
Numărarea taxelor și comunicare
După cum sa menționat mai devreme, sarcina SCB poate fi măsurată folosind măsurători simple de tensiune. Atunci când se utilizează baterii litiu-ion, este necesar să se controleze nivelul de încărcare al celulelor, ceea ce necesită implementarea unor algoritmi și cicluri de învățare complexe.
I 2 C este cel mai comun și mai rentabil protocol de comunicare utilizat în bateriile litiu-ion, dar are limitări în ceea ce privește imunitate la zgomot, integritatea semnalului la distanță și lățimea de bandă totală. SMBus (System Management Bus), un derivat al I 2 C, este foarte comun în bateriile mai mici, dar în prezent nu are suport eficient pentru pachetele de mare putere sau mai mari. CAN este excelent pentru medii cu zgomot ridicat sau unde sunt necesare rulări lungi, cum ar fi în multe aplicații SKB, dar este destul de scump.
Înlocuiri directe
Trebuie subliniat faptul că acum există mai multe formate standard de baterii plumb-acid. De exemplu - U1, un factor de formă standard utilizat în aplicațiile de alimentare de rezervă ale echipamentelor medicale. Bateria cu litiu fier fosfat s-a dovedit a fi un înlocuitor demn de plumb acid. Fosfatul de fier are un ciclu de viață excelent, o conductivitate bună a sarcinii, o siguranță îmbunătățită și o impedanță scăzută. Tensiunile bateriei cu litiu fier fosfat sunt, de asemenea, bine adaptate la tensiunile bateriei cu plumb acid (12V și 24V), permițând folosirea acelorași încărcătoare. Pachetele software de întreținere și monitorizare a bateriei includ caracteristici inteligente, cum ar fi urmărirea încărcării, contor ciclului de încărcare/descărcare și multe altele.
Bateriile cu litiu fier fosfat păstrează 100% capacitate în timpul depozitării, spre deosebire de bateriile SKB, care își pierd din capacitate pe parcursul mai multor luni de depozitare. Figura de mai sus compară cele două produse și tipurile de progrese realizate în tranziția de la SKB la Li-ion.
concluzii
Există foarte puține baterii care pot stoca la fel de multă energie precum bateriile cu plumb-acid, ceea ce face ca acest tip de baterie să fie rentabil pentru multe dispozitive de mare putere. Tehnologia litiu-ion scade constant în preț, precum și îmbunătățiri constante ale structurilor chimice și sistemelor de siguranță, făcându-le un concurent demn al tehnologiei plumb-acid. Dispozitivele pentru utilizarea lor pot fi foarte diferite, variind de la dispozitive de alimentare neîntreruptibilă până la vehicule electrice și drone.
