Как ухаживать за литий-ионными аккумуляторами

Владельцы различных устройств иногда испытывают определенные трудности при поиске информации о правильной эксплуатации аккумуляторов. Этому вопросу и посвящен данный краткий FAQ.

Все современные телефоны, смартфоны и КПК снабжены аккумуляторами на литиевой основе — литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них. Эти аккумуляторы имеют замечательную емкость и сроки службы, но требуют очень жесткого следования определенным правилам эксплуатации.

Основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером), а также иногда дополнительным контроллером, располагающимся вне аккумулятора, в самом КПК.

Аккумулятор всю свою жизнь должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда.

Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0% — это его емкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжени 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живет подольше, но его емкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0 вольт с такими же последствиями.

Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не очень значительно, но все же присутствует.

Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются недозаряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.

Контроллеры аккумуляторов, предназначенных для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи, могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде. Так, в аккумуляторе, предназначенном для, скажем, шуруповерта или моторчика модели автомобиля, минимальное напряжение скорее всего будет действительно минимально допустимым, а для КПК или смартфона — повыше, ибо минимального напряжения 2.7 вольта может просто не хватить для работы электроники девайса. Именно поэтому в сложных устройствах типа телефонов, КПК и т.п. работу встроенного в сам аккумулятор контроллера дополняет контроллер в самом устройстве.

Правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора.

1. 
   нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и тем более до состояния, когда машинка сама выключается, ну а если так случилось — зарядить аккумулятор как можно скорее.
2. 
   не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается. Аккумулятору это не вредит. Я при этом руководствуюсь здравым смыслом: если при обычном использовании КПК я всегда ставлю его на зарядку перед сном, то в случае очень интенсивного использования (постоянно включенный WiFi, прослушивание музыки и т.д.), когда заряд приближается к минимальному, не гнушаюсь прямо на работе подсоединить КПК к любому доступному USB. При отсутствии нормального зарядника и использовании вместо него USB особенного важно не дожидаться полного разряда, ибо в таком случае тока от USB-порта может быть недостаточно, чтобы начать процесс зарядки.
3. 
   Вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению, перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер конечно контролирует максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что емкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если например мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки, степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при эксплуатации машинки, длительное время находящейся в кредле. Во время работы температура девайса и вместе с ним аккумулятора повышается, а ведь заряд уже полный… В связи с этим правило гласит: если Вам необходимо работать в кредле, сначала отсоедините машинку от зарядки, поработайте на ней, а когда она выйдет на «боевой» режим — подключайте зарядку.  Кстати это правило также касается владельцев ноутбуков и прочих гаджетов.
4. 
   Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора — это нахождение вне девайса с зарядом примерно 50%. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).

И напоследок еще немного информации.

1. 
   Вопреки сложившемуся мнению литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают «эффектом памяти», поэтому так называемая «тренировка» нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор, в основном для калибровки дополнительного контроллера.
2. 
   Владельцы устройств знают, что можно заряжать батарею как от зарядного устройства, так и от USB. При этом зачастую вызывает недоумение невозможность зарядки от USB. Дело в том, что по «закону» USB-контроллер должен отдавать периферийным устройствам, подключенным к нему, ток около 500 ма. Однако бывают ситуации, когда либо сам контроллер не может обеспечить такой ток, либо устройство подключают к USB контроллеру, на котором уже висит какая-то периферия, потребляющая часть мощности. Вот и не хватает тока для зарядки, особенно если аккумулятор разряжен слишком сильно.
3. 
   Литий-содержащие аккумуляторы ОЧЕНЬ НЕ ЛЮБЯТ ЗАМОРАЖИВАНИЕ. Всегда старайтесь избегать пользования машинкой на сильном морозе — увлечетесь — аккумулятор придется менять. Ну конечно если Вы достали машинку из теплого внутреннего кармана куртки и сделали пару заметок или звонков, а потом положили зверька обратно — проблем не будет.
4. 
   Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою емкость при уменьшении атмосферного давления ( в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, просто нужно учитывать данный факт.
5. 
   Бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной емкости (скажем 2200 ма-ч вместо штатного 1100 ма-ч) машинка через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора вроде происходит, но как-то странно и т.п. Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на «родном» аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой емкости. Выход — приобретение зарядного устройства с бОльшим отдаваемым током (скажем 2 ампера вместо прежнего 1 ампера).

Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи / Хабр

Долго думал, как преподнести материал, и, в конце концов, решил, что его нужно подавать в виде отдельных фактов, касающихся жизни реальных литий-ионных батарей. Так что начнем…

Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса «старения» (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова — если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно относитесь к дате изготовления — при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленого ресурса.

Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях – смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше)

Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его емкости до 80% от номинальной понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно огранизовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике – при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% емкости и ношении его во внешнем кармане одежды – срок жизни уже достиг более 4х лет при сохранности емкости).

Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации литий-ионных аккумуляторов — разряд может осуществляться и при низких температурах (в зависимости от химии аккумулятора от -25°C до -10°C), но заряд должен производиться только при положительной температуре батареи.

Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияют на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор – при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C ) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).

Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает емкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.

BMS (Battery Manegement System) — система управления батареей — электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента. Для избегания выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его, иначе BMS не позволит начаться заряду когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике – я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)).

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей в своих расчетах, скорее всего, используют уравнения Пекерта (Peukert). Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере «цифрового эффекта памяти» в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект «цифровой памяти» нивелируется калибровкой батареи: полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки без встроенной в BIOS Setup системы калибровки, необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относистя к LiFePO₄ аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO₂ и LiMn₂O₄). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной емкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO₂ аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C – в 4 раза).

Cоблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора и он будет долго радовать вас своей емкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Также каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции – у них будут немножко (или множко) другие характеристики. К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной экспуатации литий-ионных аккумуляторов.

Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса литий-ионных аккумуляторов. Цифровые данные взяты из проверенных источников (batteryuniversity.com — литий-ионные (lithium-ion) батареи, с сайтов производителей литий-ионных батарей — Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить, если заметите ошибки — пишите.

Больше информации об различных типах аккумуляторных батарей вы сможете почерпнуть на сайте автора: http://sdisle.com/battery/

P.S. Меня очень удивило, что на хабрехабре нет поддержки индексов для текста (тег sub…/sub) — благодаря этому некоторые химические формулы в статье изображаются неверно:(.

Уход за литий-ионным аккумулятором | Электровелосипеды Крым

Как ухаживать за литий-ионными аккумуляторами.
Владельцы электровелосипедов иногда испытывают определенные трудности при поиске информации о правильной эксплуатации литий-ионных аккумуляторов. Этому вопросу и посвящен данный краткий FAQ.
Многие современные электровелосипеды снабжены аккумуляторами на литиевой основе — литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них. Эти аккумуляторы имеют замечательную емкость и сроки службы, но требуют очень жесткого следования определенным правилам эксплуатации.
Основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером).

Ячейки аккумулятора всю свою жизнь должены находиться в состоянии, при котором их напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда. Если это литий-ионный аккумулятор на 36 вольт , то пороги эксплуатации соответственно 42 вольта — 27 вольт.

Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0% — это его емкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжени 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живет подольше, но его емкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0 вольт с такими же последствиями.

Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не очень значительно, но все же присутствует.

Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются недозаряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.

Контроллеры аккумуляторов, предназначенных для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи, могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде. Работу встроенного в сам аккумулятор контроллера дополняет контроллер самого электровелосипеда .

Правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора.

нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и тем более до состояния, когда электровелосипед сам выключается, ну а если так случилось — зарядить аккумулятор как можно скорее.
не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается. Аккумулятору это не вредит. Я при этом руководствуюсь здравым смыслом: если при обычном использовании электровелосипеда, я всегда ставлю его на зарядку перед сном, то в случае очень интенсивного использования, когда заряд приближается к минимальному, не гнушаюсь прямо на работе подсоединить свой байк к зарядке.
Вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению, перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер конечно контролирует максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что емкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если например мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки, степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при хранении электровелосипеда длительное время .
Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора — это нахождение аккумулятора примерно 50% состоянии заряженности. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).

И напоследок еще немного информации.

Вопреки сложившемуся мнению литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают «эффектом памяти», поэтому так называемая «тренировка» нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор, в основном для калибровки дополнительного контроллера.
Литий-содержащие аккумуляторы ОЧЕНЬ НЕ ЛЮБЯТ ЗАМОРАЖИВАНИЕ. Всегда старайтесь избегать пользования электровелосипедом на сильном морозе — увлечетесь — аккумулятор придется менять. Ну конечно если Вы достали электровелосипед из теплого помещения и проехали 3 км , а потом заехали опять в теплое помещение обратно — то при температуре на улице, до минус пять, проблем не будет.
Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою емкость при уменьшении атмосферного давления ( в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, просто нужно учитывать данный факт.
При заряде аккумулятора , пользуйтесь только штатным зарядным устройством.

Еще дополнительная информация.

Правильная эксплуатация аккумуляторов электровелосипедов

Электроды литий-ионных аккумуляторов, из-за процесса производства уже наполовину заряжены, однако свежий аккумулятор нежелательно сразу же проверять под нагрузкой. Первоначально литий-ионный аккумулятор требуется полностью зарядить. Использование аккумулятора без первоначальной подзарядки может резко сократить доступную пользователю емкость.
После первоначальной зарядки аккумулятора желательно его полностью разрядить для калибровки системы управления аккумулятором. Сразу же после разрядки подзарядите аккумулятор. Циклы калибровки литий-ионных аккумуляторов не следует производить часто (обычно хватает одного цикла полного заряда-разряда в 3 месяца). Сами циклы калибровки нужны только для правильного отображения прогноза оставшейся емкости аккумулятора. Рекомендуемые же некоторыми пользователями и продавцами трех-четырех кратные глубокие циклы заряда-разряда могут оказаться фатальными для не нового литий-ионного аккумулятора.
Желательно использовать оригинальные аккумуляторы от производителя .
В связи с тем, что эффект «старения» литий-ионных аккумуляторов резко усиливается при высокой температуре, аккумулятор электровелосипеда желательно держать подальше от источников тепла .
Желательно часто не заряжать аккумулятор полностью, а также ставить аккумулятор на подзарядку раньше, чем уровень заряда достигнет красного значения индикатора заряда (примерно 20% остаточной емкости).
Старение литий-кобальтовых аккумуляторов (наиболее распространенных аккумуляторов для электровелосипедов , напрямую зависит от уровня нагрузки). Нагружайте аккумулятор меньше и реже — это позволит сохранить ему здоровье .
Не заряжайте аккумулятор, побывавший на морозе до тех пор, пока он не прогреется до положительной (по Цельсию) температуры — это важное требование безопасности эксплуатации литий-ионных аккумуляторов.

В заключение статьи хочу сказать, что хоть правила эксплуатации и позволяют сохранить параметры аккумулятора длительное время, однако жизнь диктует свои условия работы, часто не совместимые с понятием правильной эксплуатации такой высокотехнологичной вещи, как литий-ионный аккумулятор.

Литий-ионный аккумулятор — советы и правила пользования

Из данной статьи вы узнаете, как правильно заряжать ваш литий-ионный аккумулятор, как часто и как долго. А также прочитаете советы по эксплуатации АКБ, рекомендации и правила. В общем, все, что необходимо знать о Li-ion аккумуляторе мы собрали для вас в одну статью-инструкцию.

В наше время портативная техника встречается буквально на каждом шагу. Ее значимость трудно оценить. Современная жизнь диктует свои условия, быть всегда в курсе событий просто необходимо современному человеку, — проверить электронную почту, совершить важный звонок, да и просто скоротать время играя в игры, или слушая mp3-плеер, помогают цифровые помощники. Но, как известно, вся эта идиллия была бы просто невозможна без портативных источников питания. Самым популярным источником энергии в наше время остается литий-ионный аккумулятор. Соотношение габаритов, емкости и цены, а также надежности в эксплуатации по праву сделали их лидерами среди портативных источников питания.

Практически каждый раз приобретая технику, можно услышать от продавца советы по использованию литий-ионных батарей, точнее о их первом шаге во взрослую жизнь. Это и первая зарядка в течении 15 часов, и 3 — 5 полных рабочих цикла, иногда советуют заряжать и разряжать аккумулятор полностью, в общем советов хоть отбавляй, а вот где истина, сейчас попробуем разобраться.

Основные правила ухода за аккумуляторными батареями, обычно, прописаны в инструкции к устройству которое от них питается. Не поленитесь прочитать инструкцию перед началом эксплуатации, а не когда гаджет начинает сбоить, как обычно это делается у нас. И касается это не только эксплуатации батареи.

По поводу первой зарядки в течении 12 часов, выдуманное утверждение, потому как электронная система защиты BMS попросту не даст аккумулятору заряжаться больше положенного времени.

Совет по поводу нескольких рабочих циклов (полностью зарядить аккумулятор и разрядить, дабы он «запомнил» истинную свою емкость), литий-ионные аккумуляторы обладают замечательной «памятью», и запоминают все с первого раза. Может кому-то покажется, что первые несколько дней устройство, будь-то фотоаппарат, мобильник, или что-то иное, быстро разряжается, я советую присмотреться к детям, первые несколько дней они тоже от новой игрушки не отходят, но со временем просто забывают о ней. Здесь мы видим то же самое, пока разберешься в устройстве, пока похвастаешься знакомым, при интенсивном использовании батарея, естественно, садится быстрее. По прошествии некоторого времени устройство входит в свой рабочий режим, использование происходит только по необходимости, а это положительно сказывается на автономности.

Полный цикл заряда/разряда требовался никель-кадмиевым аккумуляторам, они могли при неполном заряде/разряде терять свою номинальную емкость. К литий-ионным батареям это не относится. К тому же полный разряд просто противопоказан литий-ионным аккумуляторам, правда электронная система защиты просто не даст аккумулятору полностью разрядится, но, представьте ситуацию, — разряженная батарея лежит долгое время, заряд естественно утечет, и система защиты попросту заблокирует дальнейшую работу аккумулятора. Избыточный заряд, кстати, тоже вреден, но за этим следит все та же система защиты. Иногда могут посоветовать производить заряд батареи как угодно, но, главное что бы раз в недельку производился полностью заряд (для восстановления памяти аккумулятора). Этот совет актуален для никель-металлгидридных аккумуляторов, у них то же имеется так называемая «память», но, она восстанавливается полностью, в отличии от никель-кадмиевых, после одного-двух полных циклов заряда. Для литий-ионных батарей такой совет может быть актуален только в случае долгого неиспользования батареи.

Продолжительность жизни

Продолжительность жизни литий-ионных батарей зависит как от циклов заряда/разряда, так и от времени использования. Дело в том, что пролежавший год в шкафу аккумулятор потеряет в среднем 5-10% емкости, поэтому рекомендовано при покупке портативной техники обращать внимание на дату выпуска батареи.

Продолжительность жизни от колличества циклов заряда наглядно показана в таблице:

Как видно, чем меньше мы заряжаем аккумулятор, тем дольше он нам будет служить, хотя 500 циклов — это около 3 лет использования (при условии что зарядка батареи происходит раз в пару дней), как по мне — устройство морально устареет быстрее, чем аккумулятор выйдет из строя …

Температурный режим и хранение

Оптимальным температурным режимом для литий-ионных аккумуляторов является +20 градусов. Стоит помнить, что понижение температуры сказывается на отдаче тока, а при повышении активизируется «процесс старения». 

Заряжать батарею стоит только при плюсовых температурных режимах, в противном случае гарантирован выход аккумулятора из строя. Оптимальным температурным режимом хранения неиспользуемого аккумулятора является температура +5 градусов. Батарея заряжается до уровня 40 — 50%, герметично упаковывается, и в холодильник, только не в морозилку, там температура намного ниже рекомендуемой.

Итак, сделаем вывод:

1. При покупке обязательно проверяйте дату выпуска батареи.
2. Произведите полный цикл заряда перед использованием, обычно это составляет от 1,5 — 2 часов, больше заряжать смысла нет.
3. Постарайтесь избегать полного заряда/разряда батареи, это положительно скажется на долговечности.
4. Не стоит оставлять на долгое время разряженный аккумулятор, можете потерять его безвозвратно.
5. Не стоит производить заряд литий-ионных батарей при отрицательны температурах, выход из строя обеспечен.
6. При долгом хранении извлеките аккумулятор из устройства, и поместите в прохладно место.
7. При хранении периодически заряжайте батарею, предварительно прогрев ее до комнатной температуры.

Следуя этим нехитрым советам вы обеспечите долгую работу вашей АКБ и, следовательно, вашему устройству.

Внимание!

• Используйте аккумуляторы только по назначению.
• Не разбирайте и не ломайте аккумуляторы.
• Не подвергайте аккумуляторы нагреву и воздействию огня.
• Избегайте воздействия прямого солнечного света.
• Не допускайте короткого замыкания аккумуляторов.
• Не храните аккумуляторы беспорядочно в коробке или ящике, где они могут замкнуться друг на друга или другие металлические предметы.
• Не подвергайте аккумуляторы механическим ударам.

Руководство по перезаряжаемым литиевым аккумуляторам для начинающих / Хабр

Когда-то аккумуляторы были тяжёлыми и неуклюжими предметами, выдававшими смехотворно мало энергии для своего размера и веса. К счастью, со временем технологии улучшаются, и в 2020 году у нас есть прекрасные мощные литий-полимерные аккумуляторы, выдающие столько энергии, сколько может понадобиться вашему мобильному проекту. Однако при их использовании нужно учесть некоторые моменты – поэтому предлагаю вам прочесть руководство для начинающих о том, как правильно использовать LiPo в своём проекте.

Так много типов!

Первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы вышли на рынок в 1991 году, и за прошедшие с тех пор почти 30 лет мы наблюдали быстрый их прогресс. В итоге у нас появилось множество различных технологий и типов аккумуляторов, делящихся по типу конструкции и используемых материалов. Чтобы правильно обращаться с аккумуляторами, важно знать, какой именно тип попал к вам в руки, и очень важно обратить на это внимание.

Литий-ионные элементы форм-фактора 18650 из ноутбука. Подобные наборы обычно соединяются точечной сваркой никелевых полосок.

Обычно литий-ионными, или Li-ion аккумуляторами называют всю технологию перезаряжаемых литиевых батареек целиком, однако часто так называют традиционные элементы с цилиндрическим металлическим корпусом. Один из вариантов – многоуважаемые 18650, однако вообще их существует множество вариантов и размеров. Их крепкие корпуса сделали их популярными для использования в средствах передвижения, так как последние испытывают значительные физические нагрузки.

Литий-полимерными, или Li-Po называют литий-ионные батарейки, использующие полимерный электролит вместо жидкого. Благодаря этому их можно делать в виде ёмкостей различной формы. Такая гибкость делает их полезными для таких применений, как смартфоны и планшеты, где требуется аккумулятор большой ёмкости и плоской формы. Также их часто используют в радиоуправляемых моделях, поскольку их небольшой вес даёт существенное преимущество летающим аппаратам.

Литий-полимерные пакетные аккумуляторы для использования в радиоуправляемых моделях.

Lithium-HV, или литиевые аккумуляторы высокого напряжения – это литий-полимерные батарейки, использующие специальную кремний-графеновую добавку на плюсовой клемме, благодаря которой она не повреждается высоким напряжением. Если заряжать большинство литиевых аккумуляторов до напряжения выше 4,2 В, они значительно потеряют в ёмкости, а их срок службы будет заметно уменьшаться. Используя эту добавку, можно заряжать элементы до 4,32 В без подобных негативных последствий. Повышение напряжения даёт примерно 10% прибавку к плотности энергии по сравнению с обычными литий-полимерными аккумуляторами.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы , или LiFePO₄, используют немного изменённую химию, благодаря чему они могут выносить больше циклов заряда/разряда за счёт немного меньшей энергетической ёмкости. Лучше всего они работают в диапазоне от 3,0 В до 3,65 В, а не в типичном для стандартной химии литий-ионов диапазоне 3,0-4,2. Благодаря этому и очень плоской кривой разряда делает их идеальными для замены 12 В свинцовых батарей во многих случаях, а вместо оригинальных шести элементов используются четыре. Обычно они более стабильными, меньше подвержены саморазряду и потере ёмкости со временем.

Уважайте границы

Ошибка может привести к неприятным результатам

По сравнению с большинством типов аккумуляторов, литиевые элементы плохо переносят неправильное обращение. Разряд ниже нижнего предела приводит к формированию медных дендритов, из-за чего у них уменьшается ёмкость и может произойти короткое замыкание. Перезаряд может привести к повреждению анода отложениями лития, из-за чего могут образоваться литиевые дендриты, что часто приводит к короткому замыканию или самоподдерживающейся реакции с выделением тепла – аккумулятор начинает дымиться и гореть. Также каждый элемент в группе нужно поддерживать на том же уровне напряжения, что и все его соседи, чтобы элементы не слишком быстро деградировали.

Важно не заряжать литиевые элементы слишком быстро. Также на эффективность работы аккумуляторов сильно влияет окружающая температура. Литиевые аккумуляторы не любят температур ниже нуля, особенно при полном заряде. Их нельзя заряжать при отрицательной температуре. Поскольку металлический литий может отложиться на минусовом электроде, что может повредить элемент или вызвать короткое замыкание. В принципе, их можно заряжать при температуре до -5°C, однако это нужно делать очень медленно. Кроме того, аккумуляторы могут повредиться, если заряжать их при температурах выше 45°C.

При выходе за указанные пределы в лучшем случае вы просто убьёте аккумулятор, в худшем случае он загорится и взорвётся. Кроме того, эти элементы подвержены раздуванию, выделению газа, да и вообще кажутся не очень удобными в работе. Может показаться, что иметь с ними дело чересчур сложно. К счастью, современная электроника научилась справляться с их проблемами. Правильное оборудование и меры предосторожности дают возможность использовать литиевые аккумуляторы безопасно и эффективно. Однако все, кто работает с ними, должны уяснить себе потенциальные опасности. Боб Бэддели в прошлом ноябре опубликовал отличную статью на эту тему.

Работа с аккумуляторами

В случае использования отдельных элементов или их групп, к примеру, при использовании LiPo аккумуляторов в радиоуправляемых моделях, достаточно просто использовать специальное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. При зарядке нужно подключать провода для проверки балансировки [позволяют измерять напряжение на каждом из элементов по отдельности / прим. перев.], особенно если батарея разрядилась полностью. Наибольшей эффективности в работе батарей можно добиться при использовании умных зарядных устройств (особенно в случаях с LiFePO₄ и элементами высокого напряжения). Убедитесь, что у вас есть способ остановить разрядку батарей в случае слишком сильного понижения напряжения – будь то предупреждающий световой индикатор, звуковой сигнал или просто автоматическое отключение.

Подобные модули отлично подходят для интеграции литиевых аккумуляторов в прототип

Если вашему устройству требуется интегрированный аккумулятор, вам подойдут специальные платы защиты и заряда. Существуют готовые модули и интегральные схемы, позволяющие без проблем контролировать работу литий-ионных батарей. В принципе их множество – от тех, которые просто разрывают контур при понижении напряжения, до комплексных решений по зарядке и защите. Такие компании, как Adafruit, продают модули, которые отлично подойдут для начинающих любителей электроники, желающих интегрировать удобное решение по заряду и контролю аккумуляторов без необходимости проектировать платы самостоятельно. Однако существуют открытые решения, которые будет легко интегрировать в собственную плату в будущем.

Система управления батареей (BMS) для аккумуляторов из 12 элементов, способного выдавать до 60 А.

Для более крупных проектов с самостоятельно собранными батареями хорошо подойдут системы управления батареей (BMS). BMS, по сути, не сильно отличается от микросхемы защиты, она просто разработана для более крупных задач. BMS обычно используется для аккумуляторов, состоящих из десятка или более элементов, и часто в таких проектах, как электровелосипеды и другие средства передвижения. BMS паяется непосредственно к аккумуляторам, и подсоединяется к каждому элементу в отдельности [к группе элементов, соединённых параллельно / прим. перев.]. Её задача – балансировка элементов, ограничение тока разрядки для безопасности, управление процессом зарядки. Опытные сборщики батарей часто интегрируют BMS в корпус или кожух самого аккумулятора, оставляя снаружи только коннектор. Это позволяет пользователю просто добавить готовый аккумулятор в свой проект, не беспокоясь о защите.

Если вашему проекту необходима особая устойчивость к воздействию окружающей среды, вам также придётся отслеживать температуру аккумулятора. Отслеживать температуру ячеек, в особенности во время зарядки – отличный способ защитить аккумулятор от повреждения. У лучших чипов и BMS есть функция отслеживания температуры. На таком уровне сборки вы уже будете делать батарею самостоятельно, внедряя термопары в нужные места во время сборки. Для аккумуляторов, выдающих большие токи, температуры нужно отслеживать в обязательном порядке. Практически во всех электровелосипедах и электромобилях есть оборудование для отслеживания температуры аккумуляторов и управляющих систем.

Итог

Литий-ионные батарейки могут быть опасными, но при правильном использовании они достаточно безопасны для большинства проектов. Главное – использовать правильное оборудование, чтобы убедиться, что вы не выйдете за пределы диапазонов напряжения и температуры, иначе может случиться беда. Надеюсь, что данная инструкция поможет вам в поисках информации по включению литиевых аккумуляторов в свой проект.

См. также:

Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов / Хабр

Ранее тема обсуждалась в следующих постах:

Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи
Почему литий-ионные батареи умирают так рано?
5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
Допустимые диапазоны температур при заряде и разряде литий-ионных аккумуляторов

Далее приведены данные, полученные по результатам экспериментов над аккумуляторами различных производителей.

Особенности тестирования

Тесты на количество циклов проводились при разрядке током 1С, для каждого аккумулятора проводились циклы разрядки/зарядки до достижения 80% емкости. Такое число было выбрано исходя из сроков тесто и для возможного сравнения результатов впоследствии. Число полных эквивалентных циклов — до 7500 в некоторых тестах.
Тесты на срок службы проводились при различных уровнях заряда и температуре, каждые 40-50 дней проводились измерения напряжения для контроля разряда, длительность тестов составляла 400-500 дней.

Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.

Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.

Немного терминов:

DoD — Depth of Discharge — глубина разряда.

SoC — State of Charge — уровень заряда.

Использование аккумуляторов

Количество циклов

На данный момент есть теория, что зависимость количества циклов, которые может выдержать аккумулятор от степени разряда аккумулятора в цикле имеет следующий вид (синим обозначены циклы разрядки, черным — эквивалентные полные циклы):

Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.

В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности.

Расчет суперпозиции циклов

При эксплуатации аккумуляторов возможна работа при одновременном наличии двух циклов (например, рекуперативное торможение в автомобиле):

Получается следующий комбинированный цикл:

Возникает вопрос, как это сказывается на эксплуатации аккумулятора, сильно ли уменьшается ресурс аккумулятора?

По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).

Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.

Эффект памяти

Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов по результатам экспериментов отмечен не был. При различных режимах его полная емкость все равно впоследствии не изменялась. В то же время есть ряд работ, которые подтверждают наличие данного эффекта в литий-фосфатных и литий-титановых аккумуляторах.

Хранение аккумуляторов

Температуры хранения

Тут никаких необычных открытий не было сделано. Температуры 20-25°C являются оптимальными (в обычной жизни) для хранения аккумулятора, если его не использовать. При хранении аккумулятора при температуре в 50°C деградация емкость идет практически в 6 раз быстрее.
Естественно более низкие температуры лучше для хранения, но в быту это означает специальное охлаждение. Так как температура воздуха в квартире, как правило, 20-25°C, то и хранение скорее всего будет при такой температуре.

Уровень заряда

Как показали испытания, чем меньше заряд тем медленнее идет саморазряд аккумулятора. Измерялась емкость аккумулятора, какой бы она была при его дальнейшем использовании после длительного хранения. Наилучший результат показали аккумуляторы, которые хранились с зарядом близким к нулю.
В целом хорошие результаты показали аккумуляторы, которые хранились не более чем с 60% уровнем заряда на момент начала хранения. Цифры отличаются от приведенных ниже для 100% заряда в худшую сторону (т.е. аккумулятор придет в негодность ранее, чем указано на рисунке):

Рисунок взят из статьи 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
В то же время цифры для малого заряда более оптимистичны (94% после года при температуре 40°C для хранения при SOC 40%).
Так как 10% заряд непрактичен, так как время работы при таком уровне весьма маленькое, хранить аккумуляторы оптимально при SOC 60%, что позволит применить его в любой момент и не скажется критично на сроке его службы.

Основные проблемы результатов экспериментов

Никто не проводил тесты, которые можно считать на 100% достоверными. Выборка, как правило, не превышает пары тысяч аккумуляторов из миллионов произведенных. Большинство исследователей не могут представить достоверные сравнительные анализы по причинам недостаточной выборки. Также результаты этих экспериментов зачастую являются конфиденциальной информацией. Так что данные рекомендации не обязательно подходят к вашему аккумулятору, но могут считаться оптимальными.

Итоги экспериментов

Оптимальная частота зарядки — при каждой возможности.
Оптимальные условия хранения — 20-25°C при 60% заряде аккумулятора.

Источники

1.Курс «Battery Storage Systems», RWTH Aachen, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer
2.Memory effect in a lithium-ion battery, Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo, Petr Novák

Срок службы литий-ионных аккумуляторов и методы продления

Срок службы литиевого аккумулятора, который в настоящий момент значительно увеличен, одна из причин, почему элементы сразу покорили рынок. Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники.

Каков срок службы литий-ионных аккумуляторов и как его увеличить

Срок службы литий-ионных аккумуляторов создатели новых технологий продлили до 10 лет. Благодаря легкости обслуживания, компактности, пониженному саморазряду, уровню энергоемкости накопитель широко используют в электронных устройствах. Без мобильных телефонов, смартфонов ноутбуков невозможно представить жизнь, для которых Li-ion являются источниками питания. Любой элемент имеет эксплуатационный срок, положительные и отрицательные свойства. Эта батарейка тоже наделена рядом факторов. Владельцы следят за ними, продлевают работоспособность правильным содержанием.

Срок службы литий ионного аккумулятора, что представляет собой Li-ion

До использования в активном производстве новинки, срок службы литиевого аккумулятора не превышал 3 лет.

Понять его принцип действия, выполнение требований к содержанию и бережному хранению поможет структура элемента.

Li-ion находится в воздухонепроницаемом корпусе, содержимое состоит из 2 электродов – положительного катода и отрицательного катода. Их разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом из литиевой соли, который      служит накопителем электроэнергии.

Разделительный материал:

• предотвращает соединение плюса с минусом;
• исключает возможность для короткого замыкания;
• обеспечивает высокую ионную проводимость.

Появление электрического тока осуществляет ионный поток, они перемещаются из анода в катод.

Батареи выпускают разными по электрическим характеристикам, габаритам и размерам. Единого ГОСТа для них не существует.

Факторы воздействия

Когда ресурс батареи полностью вырабатывается, объем емкости снижается до положения равного техническим параметрам, элемент меняют. Уровень емкости источника энергии, установленный производителем при практическом использовании может уменьшаться или увеличиваться. Отклонения и служба зависят от правильного:

• хранения;
• ухода;
• температурных условий;
• зарядного режима;
• глубины разряда.

При соблюдении всех правил аккумулятор отработает минимум 7 лет или 1000 зарядно-разрядных циклов.

Что влияет на срок службы литий-ионных батарей?

Если батарея не держит заряд, нужно выяснить отчего элемент вышел из строя. Владелец должен следить за его режимом нагрева. Эксплуатация по инструкции продлит жизнь накопителя. Температура враг устройства, которая повышается от неправильного хранения, скорости и продолжительности зарядно-разрядных операций. Окружающая среда тоже действует на литий, аппарат с блоком питания нельзя забывать на солнечных площадках, внутри жаркого автомобиля.

Характерные особенности тепловых воздействий:

• идеальные условия для работы при комнатной температуре – +20 град.;
• при нагревании устройства +30 град. сохранение заряда уменьшается на 20%;
• использование прибора с батареей при + 45 град. снижение емкости происходит до 50%.

Чтобы исключить перегрев, ноутбук избавляют от лишних приложений, переходят в прохладное помещение. На холоде эксплуатация не вызывает проблем, если он не доходит до минусовых температур. Восстановить литиевый источник питания смартфона сможет карман, компьютера – любое теплое место.

Нельзя забывать телефон подключенным к ЗУ при высоком напряжении. Батарея перестает держать заряд, сокращается её срок действия из-за негативного температурного эффекта.

Не стоит допускать глубокий разряд элемента. Производитель предусмотрел соблюдение циклов для 100 % уровня зарядки. В телефоне видно, когда загорается красная черта. Владельцу нужно следить и не допускать полного отключения питания.

Условия для сохранности

Существуют несколько простых правил, соблюдение которых способны увеличивать работоспособность Li-ion:

• батарея и устройство должны быть от оригинального производителя;
• полная зарядка выполняется сразу после покупки, изготовитель наполовину заряжает аккумулятор, чтобы не было потерь при транспортировке;
• работают с прибором в ограниченном температурном режиме, не повышая + 30 град., не опускаясь до – 20 град. нельзя его переохлаждать или перегревать.
• не допускают полной разрядки, используют устройство при 10% – 90% заполненного объема емкости;
• если предстоит надолго оставить батарею, её заряжают на 50%.

От хранения тоже зависит продолжительность службы. Просто так вынуть и положить на полку элемент нельзя, емкость будет сжиматься от длительных простоев. Только после показателя не ниже 40% зарядки, устройство плотно упаковывают и помещают в холодное место.

Порядок для зарядки

В Li-ion комбинированный зарядка, она состоит из 2 циклов. Вначале идет непрерывно электрический ток до определенного значения в течение 40 мин., затем также поступает напряжение до 1.5 часов. В импульсном режиме накопитель заряжается быстрее.

Во время использования соблюдают ряд ограничительных условий:

• емкость аккумулятора в 2 раза меньше разрядного тока – при значении равном 2100 мАЧ, допускается ток в 4200 мА;
• нельзя отметку опускать ниже 2.3 вольт;
• перезаряд не должен быть больше напряжения 4.4 В.

Службу автономного режима продлевают подготовкой аккумуляторов к действиям. Его скорость и продолжительность обеспечивает контроллер с правильной калибровкой и модулем накопителя.

Он своевременно восстанавливает потерю энергии. Если производитель не установил этого элемента, АКБ создал из нескольких частей, а питающие компоненты во время разряда не сбалансированы, напряжение выровняется при полном заряде батареи. В литий-ионных устройствах балансир регулирует напряжение с током в отдельных сегментах.

Каких ошибок нужно избежать?

Поврежденный внутренний сепаратор приведет к негативным последствиям:

• короткому замыканию;
• возгоранию.

Убережет Li-ion батарею от пожара исключение при эксплуатации недопустимых ошибок:

• сгиб и деформацию корпуса;
• перегрев устройства;
• игнорирование порядка в зарядке и разрядке;
• превышение допустимого напряжения, подачу электротока.

Чего нельзя делать:

• долго батарее оставаться разряженной через время саморазряд напряжения снизится до критического, и защита отключит, ЗУ не выведет из такого состояния;
• пытаться разобрать и ремонтировать неисправное устройство.

Для вмешательства в сложную схему необходима специальная аппаратура.

В целях безопасности запрещено самостоятельно вскрывать литий- ионный элемент.

Правильный уход, содержание приборов увеличат их срок годности с любыми источниками питания.

Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники. Существует много причин, почему элементы сразу не покорили рынок, самая важная – это срок службы литиевых аккумуляторов, который в настоящий момент значительно увеличен.

Руководство по уходу за литий-ионным аккумулятором

— портативный

Описания ниже предоставляют информацию о сроке службы аккумулятора, зарядке и увеличении времени, в течение которого портативный блок не будет использоваться. Кроме того, вы можете выбрать руководство по уходу за литий-ионными аккумуляторами для загрузки ниже.

Срок службы батареи

Срок службы батареи может варьироваться в зависимости от использования внутренних модулей, настроек подсветки и температуры окружающей среды. Факторы, уменьшающие срок службы батареи, включают следующие:

• Использование внутреннего радио.Радиомодуль 802.11g очень требователен к энергии и может значительно сократить время автономной работы. Радиомодуль Bluetooth® также сокращает срок службы батареи. Чтобы продлить срок службы батареи, выключайте радиоприемники, когда они не используются.
• Частое использование энергоемких модулей, таких как GPS, камеры и сканеры, может сократить время работы от батареи до 50%.
• Убедитесь, что выбранные параметры мощности соответствуют вашим потребностям. Если возможно и не нужно, уменьшите производительность, чтобы продлить срок службы батареи. Обязательно уменьшите яркость подсветки в соответствии с вашими потребностями, поскольку это продлит срок службы батареи.
• Низкая температура снижает емкость аккумулятора. Чем ниже температура, тем меньше емкость. Чрезвычайно низкие температуры (-20 ° C) могут сократить время работы от аккумулятора до нескольких часов.
• Не заряжайте батареи при температуре ниже 0C. Это может привести к непоправимому повреждению аккумулятора.
• Уровень заряда аккумуляторов перед хранением должен составлять от 15% до 50%. Рекомендуется около 30%.
• Хранить батареи при комнатной температуре

Могут ли мои батареи повредиться, если оставить их в зарядном устройстве?

Непрерывная зарядка в течение недели или двух вряд ли приведет к снижению производительности, если это происходит только изредка.Непрерывная зарядка в течение многих месяцев сокращает срок службы батареи на неопределенное количество, в зависимости от окружающей среды и производственных отклонений.

Что мне делать, если я планирую хранить свой КПК более пары недель?

Если вы планируете хранить устройство дольше пары недель, КПК настоятельно рекомендует отсоединять аккумулятор от зарядного устройства или извлекать аккумулятор из устройства.

.

Меры безопасности при использовании литий-ионных батарей — Battery University

Узнайте, что вызывает отказ Li-ion и что делать в случае пожара.

Безопасность литиевых батарей привлекла большое внимание средств массовой информации и юридических лиц. Любое устройство хранения энергии несет в себе риск, как это было продемонстрировано в 1800-х годах, когда взрывались паровые двигатели и пострадали люди. Перевозка легковоспламеняющегося бензина в автомобилях была актуальной темой в начале 1900-х годов. Все батареи несут угрозу безопасности, и производители батарей обязаны соблюдать требования безопасности; менее уважаемые фирмы умеют сокращать путь, и это «покупатель, берегись!»

Литий-ионный аккумулятор безопасен, но с миллионами потребителей, использующими батареи, сбои неизбежны.В 2006 году авария одной из 200 000 вызвала отзыв почти шести миллионов литий-ионных батарей. Sony, производитель литий-ионных элементов, о которых идет речь, указывает, что в редких случаях микроскопические металлические частицы могут контактировать с другими частями аккумуляторного элемента, что приводит к короткому замыканию внутри элемента.

Производители аккумуляторов стремятся минимизировать присутствие металлических частиц. Полупроводниковая промышленность потратила миллиарды долларов на поиск способов уменьшения количества частиц, которые снижают выход пластин.Усовершенствованные чистые помещения относятся к классу 10, в котором присутствует 10 000 частиц размером более 0,1 мкм на кубический метр (ISO 4 согласно ISO 14644 и ISO 14698). Несмотря на такую ​​высокую чистоту, в полупроводниковых пластинах все еще возникают дефекты частиц. Класс 10 уменьшает количество частиц, но не устраняет их полностью.

Производители батарей могут использовать чистые помещения с менее строгим контролем, чем производители полупроводников. В то время как нефункционирующий полупроводник просто оказывается в мусорном баке, скомпрометированный литий-ионный аккумулятор может незаметно проникнуть в рабочую силу и испортиться, не подозревая об этом.Возникающие в результате отказы особенно критичны при утонении сепараторов для увеличения удельной энергии.

Ячейки с ультратонкими сепараторами размером 24 мкм или меньше (24 тысячные доли мм) более восприимчивы к примесям, чем более старые конструкции с более низким рейтингом Ач. В то время как аккумулятор емкостью 1350 мАч в упаковке 18650 может выдержать испытание на проникновение гвоздя, аккумулятор емкостью 3400 мАч с высокой плотностью может загореться при выполнении того же теста. (См. BU-306: Какова функция сепаратора?) Новые стандарты безопасности определяют, как используются батареи, а тест UL1642 Underwriters Laboratories (UL) больше не требует проникновения гвоздя для безопасного принятия литиевых батарей.

Чтобы проверить безопасность новой ячейки, производитель может выпустить 1 миллион образцов для наблюдения. Ячейка одобрена для использования в критических миссиях, таких как медицинские, если в течение одного года не произойдет сбоев, которые могут поставить под угрозу безопасность. Подобные полевые испытания также распространены в отношении фармацевтических продуктов.

Литий-ионный аккумулятор с использованием обычных оксидов металлов приближается к теоретическому пределу удельной энергии. Вместо оптимизации емкости производители аккумуляторов совершенствуют методы производства, чтобы повысить безопасность и продлить срок службы.Настоящая проблема заключается в том, что в редких случаях внутри клетки возникает короткое замыкание. Периферийные устройства внешней защиты неэффективны для остановки теплового разгона, когда он происходит. Батареи, отозванные в 2006 году, соответствовали требованиям безопасности UL, но при нормальном использовании с соответствующими схемами защиты они выходили из строя.

Есть два основных типа батареи

.Литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный »Электроника

Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы в настоящее время широко используются во многих областях электронного оборудования, а также в электромобилях, электроинструментах и ​​т. Д.

Литий-ионная батарея Включает:
Литий-ионная технология
Типы литий-ионных аккумуляторов
Литий-полимерный аккумулятор
Литий-ионная зарядка
Литий-ионные преимущества и недостатки

Аккумуляторная технология включает:
Обзор аккумуляторной технологии
Определения и термины батареи
NiCad
NiMH
Литий-ионный
Свинцово-кислотный

Литий-ионные батареи обеспечивают повышенный уровень емкости в сочетании с надежной работой по сравнению с другими формами элементов и аккумуляторных технологий, включая никель-кадмиевые, Ni-Cd и никель-металлогидридные, NiMH.

Благодаря своим характеристикам литий-ионные или литий-ионные аккумуляторы стали предпочтительной технологией для различных областей применения. Литий-ионные аккумуляторы используются почти исключительно в мобильных телефонах, ноутбуках, электронных книгах и многих других электронных устройствах. В дополнение к этому, литий-ионная технология также используется для приложений питания — от мельчайших электронных гаджетов до мобильных телефонов, ноутбуков и т. Д. До электроинструментов, и есть даже литий-ионные автомобильные батареи для питания электромобилей.

С ростом использования мобильных и портативных источников энергии использование литий-ионных технологий будет еще больше расти.

Стоит отметить, что литий-ионные элементы и батареи перезаряжаемые, и они отличаются от литиевых батарей или элементов, которые являются первичными, а не перезаряжаемыми.

Рост и развитие литий-ионных батарей

Понимание того, как была разработана литий-ионная батарея, дает общее представление о ее работе, а также полезно увидеть, как она развивалась и как она может развиваться в будущем.

На разработку технологии литиевых батарей

потребовалось много лет. Он предлагает явные преимущества перед другими более старыми технологиями перезаряжаемых аккумуляторов, такими как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные. Несмотря на преимущества литий-ионных аккумуляторов, потребовались годы, чтобы довести их до совершенства и достичь такого уровня зрелости, при котором его можно было бы широко использовать. Теперь он используется во многих областях, и его использование позволило многим технологиям, таким как мобильные телефоны, ноутбуки и другие предметы повседневного обихода, двигаться вперед.

Идея технологии литий-ионных аккумуляторов была впервые предложена в 1970-х годах М. Уиттингемом, который использовал сульфид титана в качестве катода и металлический литий для анода.Хотя элемент вырабатывал энергию, она могла быть нестабильной, так как усы лития из анода врастали в электролит и в конечном итоге касались катода.

В Пенсильванском университете были проведены работы по использованию графитового электрода с ионами лития в электроде. Это было большим достижением, хотя другие достижения в области ионно-литиевой технологии не сразу начали его использовать.

Однако прежде чем можно было создать жизнеспособный элемент, необходимо было решить другие методы, связанные с зарядкой.В 1979 году Дж. Гуденаф продемонстрировал перезаряжаемый ионно-литиевый элемент, в котором в качестве положительного электрода использовался оксид лития-кобальта, а в качестве отрицательного — литий.

Следующими этапами создания работоспособной производственной ячейки была возможность перезарядки литием в графите. Это было достигнуто Рашидом Язами в 1979 году. Затем потребовалось время до 1985 года, прежде чем был разработан перезаряжаемый литий-ионный элемент, который можно было производить в больших количествах. Акира Йошино использовал углеродистый материал, в который в качестве одного электрода входили ионы лития, а в качестве другого — оксид лития-кобальта LiCoO2.Использование оксида лития-кобальта было важно, потому что он стабилен на воздухе в отличие от самого лития, и это сделало эту структуру ячейки более стабильной химически и гораздо менее опасной.

Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы, основы технологии

Несмотря на то, что существует множество различных форм литий-ионных аккумуляторов, есть несколько общих элементов.

Литий-ионный аккумулятор или элемент любой формы состоит из четырех основных компонентов:

• Катод: Это положительный электрод, который обычно изготавливается из оксида металла на основе лития той или иной формы.Существует несколько различных технологий литий-ионных аккумуляторов, поэтому точный формат будет меняться от одного типа к другому.

• Анод: Это отрицательный электрод литий-ионной батареи, и он обычно изготавливается из углерода, обычно в форме графита.

• Электролит: Электролит расположен между двумя электродами внутри ячейки. Часто это смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат, диэтилкарбонат и т. Д.

• Разделитель: Чтобы два электрода не касались друг друга, между анодом и катодом помещен разделитель. Это поглощает электролит и обеспечивает прохождение ионов, но предотвращает прямой контакт двух электродов внутри литиевой ячейки.

Базовая структура литиево-ионного аккумуляторного элемента

В течение всего цикла с перемещением ионов лития связаны два процесса:

• Интеркаляция: Процесс, при котором ионы лития в литий-ионной батарее вставляются в электрод, называется интеркаляцией.
• Деинтеркаляция: Это обратный процесс, который происходит, когда ионы лития извлекаются из электрода, т.е. они движутся обратно.

Чтобы дать более подробное объяснение, во время разряда литий-ионного элемента, когда он подает ток во внешнюю цепь, на аноде происходит реакция окисления. Это производит ионы лития и свободные электроны, а ионы лития проходят через электролит к катоду — электроны проходят через внешнюю цепь.Затем они рекомбинируют на катоде в противоположность реакции окисления, то есть реакции восстановления.

Таким образом, химическая энергия, хранящаяся в литий-ионном элементе, преобразуется в электрическую энергию, которая может использоваться в электрических и электронных схемах.

Во время цикла зарядки реакции происходят в обратном направлении, когда ионы лития проходят от катода через электролит к аноду. Электроны, поступающие из внешней цепи, затем объединяются с ионами лития, чтобы обеспечить запасенную электрическую энергию.

Следует помнить, что процесс зарядки не является полностью эффективным — некоторая энергия теряется в виде тепла, хотя обычно уровень эффективности составляет около 95% или немного меньше.

Управление литий-ионной батареей

Литий-ионные аккумуляторы

необходимо эксплуатировать в относительно строгих пределах. Они не любят перезарядку, полную разрядку, короткое замыкание и т.п.

Литиевые батареи

неизменно сопряжены с системой управления батареями.Он отслеживает уровень заряда, температуру, напряжение и ряд других факторов.

Система управления литиевой батареей управляет зарядкой и разрядкой, отмечая уровень заряда, отсекая аккумулятор от подачи большего количества заряда, когда он почти разряжен (они не любят полностью разряжаться), управляет циклом зарядки и применяет требуемый формат для заряжать во время зарядки, так как обычно используются два или более режима. Он также прекращает заряд, когда батарея или элемент полностью заряжены.Функция управления также обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрева.

Соответственно, система управления батареями является неотъемлемой частью любой системы литий-ионных батарей.

Варианты литий-ионного аккумулятора

Хотя литий-ионные аккумуляторы обычно называют их общим названием, на самом деле существует несколько различных типов литий-ионных аккумуляторов.

Типичный ионно-литиевый аккумулятор, используемый для питания электроинструмента

Различные типы ионно-литиевых аккумуляторов имеют очень похожие характеристики, но каждый со своими уникальными характеристиками.Соответственно, разные типы используются в разных приложениях.

Литий-полимерные батареи

Новой и интересной разработкой для литиевых батарей является литий-полимерный вариант.Хотя это не другая технология аккумуляторов, чем те, в которых используются другие материалы анода и катода, в ней действительно используется другая форма электролита.

Используя этот другой электролит, аккумуляторы могут быть изготовлены в гораздо большем количестве форматов, даже если они гибкие.

В литиево-полимерной батарее могут использоваться те же материалы анода и катода, что и в других батареях, обеспечивающих аналогичные характеристики, но ее гораздо легче изготавливать в различных формах. Это делает его идеальным вариантом для производителей оборудования, которым требуются особые формы, соответствующие малым форм-факторам их конструкций электронного оборудования.

Форматы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные элементы

могут быть изготовлены в различных формах, и, как и следовало ожидать, существует ряд принятых стандартных форматов. Это позволяет настраивать оборудование для работы с большими партиями элементов и батарей одинакового размера, что снижает затраты.

Литий-ионные элементы и батареи

обычно не соответствуют форматам AAA, AA, C и D, используемым для многих первичных элементов, а также для никель-кадмиевых, Ni-Cd или никель-металлогидридных, NiMH элементов.Вместо этого они используют разные форматы.

Очевидно, что для разных приложений существуют разные форматы, но в основном используются одни и те же принципы.

• Малые цилиндрические элементы: Цилиндрический формат используется во множестве приложений, и часто батареи состоят из серии этих элементов. Типичные размеры 18 × 65 мм, 21 × 50 мм и 26 × 65 мм.

• Большой силовой цилиндрический: Во многих отношениях это большая версия цилиндрического типа меньшего размера, но обычно с большими винтовыми клеммами для обеспечения эффективной передачи тока с низким сопротивлением.

• Формат пакета: Батарея, известная как «сумка», представляет собой плоский пакет из фольги, который можно сравнить с упаковками жевательной резинки. Этот формат обычно используется для литий-полимерных элементов и аккумуляторов, так как их легко изготовить для определенных форм, что позволяет производителям электронных устройств и оборудования иметь аккумуляторы определенной формы для заполнения доступного пространства.

• Призматический: Этот формат обычно представляет собой батарею плоской или прямоугольной формы, часто используемую для питания электронных устройств и т.п.Типичными размерами являются 5 × 34 × 50 мм и 10 × 34 × 50 мм, хотя, как и в других стилях, также доступны размеры, определенные поставщиком, и другие, которые изготавливаются на заказ.

• Большой жесткий пластиковый корпус: Эти большие жесткие корпуса обычно используются для более крупного электрического оборудования и транспортных средств.

Рекомендации по использованию литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи

или литий-ионные батареи могут быть относительно дорогими. Поэтому стоит следовать простым рекомендациям, которые помогут обеспечить максимальный срок службы.

• Не разряжать полностью: Литий-ионные аккумуляторы необходимо зарядить до полной разрядки. Это, вероятно, самый важный фактор в общем использовании. Оставление их полностью разряженным значительно сокращает их жизнь. Например, часто рекомендуется заряжать смартфоны (в которых используются литий-ионные аккумуляторы), когда они достигают 10-20% заряда. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы никогда не должны разряжаться ниже минимального уровня 2.От 4 В до 3,0 В на элемент.
• Уход при неиспользовании: Если литий-ионный аккумулятор не будет использоваться в течение длительного периода времени, в идеале его следует довести до уровня заряда примерно от 40% до 60% от полного заряда. В идеале его следует периодически заряжать, чтобы преодолеть последствия саморазряда (около 2% в месяц).
• Хранить в прохладном месте: Литий-ионные аккумуляторы следует хранить в прохладном месте. Если держать их в прохладном месте, возможно, в холодильнике, процесс старения замедляется.В результате литий-ионные аккумуляторы не следует хранить в автомобилях в солнечные дни, так как температура значительно повышается.
• Не замораживать: Литий-ионные аккумуляторы не должны подвергаться очень низким температурам — большинство электролитов литий-ионных аккумуляторов замерзают примерно при -40 ° C. Это может помешать им работать в некоторых приложениях, где оборудование требует питания при экстремальных температурах.
• Покупайте новые аккумуляторы только при необходимости: Литий-ионные аккумуляторы следует покупать только при необходимости, потому что процесс старения начинается сразу после производства аккумулятора.

Принятие некоторых мер предосторожности при их использовании позволяет продлить срок службы литий-ионной батареи. Несмотря на то, что существует максимальный срок службы, неправильное использование и уход значительно сократят его.

Литий-ионные аккумуляторы и элементы

в настоящее время являются одной из доминирующих используемых технологий, которые пришли на смену более старым никель-кадмиевым батареям и никель-металлогидридным батареям NiMH.

Литий-ионные аккумуляторы

используются для питания множества различных устройств, от небольших наушников и наушников до мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и множества других электронных устройств и предметов.В аккумуляторных электроинструментах широко используются литий-ионные батареи, как и другие электрические устройства. Многие автомобили в настоящее время питаются от батарей, а литий-ионная технология обеспечивает гораздо лучшее соотношение мощности и веса, и, соответственно, они также широко используются в этой области.

В связи с тем, что в технологию литий-ионных аккумуляторов вкладывается огромное количество средств, уровни производительности будут расти, а вместе с этим — и их использование.

Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
транзистор
Фототранзистор
FET
Типы памяти
тиристор
Соединители
Разъемы RF
Клапаны / трубки
батареи
Выключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Расчет времени работы от батареи — Battery University

Узнайте о разнице в потреблении энергии и мощности батареи.

Первые литий-ионные аккумуляторы считались хрупкими и непригодными для высоких нагрузок. Ситуация изменилась, и сегодня системы на основе лития стоят плечом к плечу с прочными химическими соединениями на основе никеля и свинца. Появились два основных типа литий-ионных аккумуляторов: элемент питания и элемент питания.

Характеристики этих двух типов батарей характеризуются накоплением энергии, также известным как емкость, и подачей тока, также известной как нагрузка или мощность.Энергетические и энергетические характеристики определяются размером частиц на электродах. Более крупные частицы увеличивают площадь поверхности для максимальной производительности, а мелкие частицы уменьшают ее для достижения большей мощности.

Уменьшение размера частиц снижает присутствие электролита, заполняющего пустоты. Объем электролита в элементе определяет емкость аккумулятора. Уменьшение размера частиц уменьшает пустоты между частицами, тем самым снижая содержание электролита. Слишком мало электролита снижает ионную подвижность и снижает производительность.Представьте высыхающий фломастер, который нужно восстанавливать, чтобы продолжать маркировать бумагу.

Энергетическая ячейка

Литий-ионный энергетический элемент рассчитан на максимальную емкость и долгое время работы. Энергетический элемент Panasonic NCR18650B (рис. 1) имеет большую емкость, но менее долговечен при разряде при 2 ° C. При отключении разряда 3,0 В / элемент разряд 2C производит всего около 2,3 Ач вместо указанных 3,2 Ач. Эта ячейка идеально подходит для портативных компьютеров и аналогичных легких задач.

.