Правила зарядки литий ионных аккумуляторов: Как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор?

Как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор?

---

---

Статья обновлена: 2018-04-12

---

Как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор

Литий-ионные аккумуляторные батареи имеют хорошие эксплуатационные характеристики и рассчитаны на долгий срок службы. Но чтобы избежать быстрого исчерпания ресурса батареи, нужно соблюдать правила их эксплуатации и хранения. Очень важно знать, как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы, поскольку для них губительны сильные разряды и перезаряды

У Li-ion аккумуляторов нет эффекта памяти. Чтобы не нанести вред химической системе таких накопителей, их желательно разряжать не ниже 5–10% и заряжать до 90–95% от полной емкости. Лучше всего заряжать литиевые аккумуляторы и батареи до 50% после каждого использования, не дожидаясь, пока они полностью разрядятся.

Чтобы защитить Li-ion аккумуляторы от перезаряда и критического разряда, их оснащают встроенными платами защиты. При зарядке они отсекают избыточное напряжение (выше 4,2 В на аккумулятор), а при критическом падении уровня заряда отключают аккумулятор (обычно до напряжения 2,7 В).

Как зарядить литиевую батарею

Чтобы не колебаться, каким напряжением лучше заряжать Li-ion батарею, всегда применяйте оригинальные зарядные устройства или их аналоги с параметрами, рекомендованными производителем для конкретной АКБ. Они точно будут выдавать необходимое напряжение и правильно восполнять заряд всех аккумуляторов в батарее. В то же время, зарядники с неподходящими параметрами способны очень навредить батарее.

В среднем Li-ion батареи заряжаются около 3 часов, но точное время восполнения заряда зависит о емкости конкретной АКБ и силы тока ЗУ. Зарядить Li-ion батарею можно:

1. Штатным зарядным устройством от электросети 220 В. Это оптимальный вариант, обеспечивающий безопасную и быструю подзарядку. Все остальные способы допустимо использовать только при крайней необходимости.
2. От USB-разъема компьютера – безопасный, но неудобный вариант. Поскольку ток в этом случае ограничен значением 0,5 А, заряжать батарею придется долго.
3. От прикуривателя в авто. При использовании стандартного переходника на USB процесс будет длительным. Ускорить его можно, если воспользоваться USB-портом с подходящей силой тока. Чтобы узнать, каким током нужно заряжать литий-ионный аккумулятор или АКБ в конкретном случае, достаточно посмотреть это значение на штатном зарядном устройстве или в документации.
4. При помощи «лягушки» – универсального зарядного устройства, часто используемого для подзарядки литиевых батарей от мобильников. Конструкция «лягушки» состоит из дока для помещения батареи и контактов, которые регулируются по ширине. О завершении процесса подзарядки в таких приспособлениях информирует светодиодный индикатор. Пользоваться «лягушкой» можно только в крайнем случае и с предельной осторожностью, поскольку и уничтожением аккумулятора

Дополнительные рекомендации

Хранить литий-ионные батареи лучше всего с уровнем заряда 30–50% при температуре около 15 °C. Если хранить накопитель с большим уровнем заряда, это приведет к снижению его емкости, а хранение разряженной АКБ грозит ее полным выходом из строя.

Оптимальный температурный диапазон для эксплуатации таких накопителей энергии – от +10 до +25 °С, допустимый – от –40 до +50 °C.

При эксплуатации литий-ионных АКБ на морозе их эксплуатационный ресурс снижается. Кроме минусовых температур, для таких батарей вредны прямые солнечные лучи и находящиеся поблизости источники тепла. При зарядке литий-ионных батарей нужно следовать 5 основным правилам:

1. Заряжать АКБ, не дожидаясь ее тотальной разрядки.
2. Использовать штатные зарядные устройства.
3. Подзаряжать батарею 1 раз в квартал до 50%.
4. При длительном простое (например, во время хранения) – зарядить АКБ на 30–50% и поместить в место с температурой около 15 °С.
5. Избегать высоких и низких температур.

Мифы и реальность

Миф 1. Первая зарядка Li-Ion аккумулятора должна длиться минимум 16 часов. В действительности это было актуально для щелочных моделей. Долгая первая зарядка обеспечивала равномерную и полную зарядку всех аккумуляторов батареи. Но Li-Ion батареи в этом не нуждаются. Длительность их зарядки зависит только от степени разряда и емкости.

Миф 2. Новую батарею нужно 2–3 раза полностью разрядить и зарядить. На самом деле Li-Ion батареи можно и нужно заряжать до момента критического падения уровня заряда.

Миф 3. Полные циклы разряд-заряд продлевают жизнь АКБ. В действительности для литиевых моделей это правило не действует.

Миф 4. Нежелательно прерывать процесс зарядки до его окончания. В реальности Li-Ion батареи не нуждаются ни в полном разряде, ни в заряде до 100%. Наоборот, оптимальный диапазон емкости в процессе их работы составляет 10–95%.

Миф 5. Периодически АКБ нужно подвергать полному циклу разряд-заряд. Это можно отнести только к низкосортным АКБ. Это позволяет отбалансировать аккумуляторы в батарее между собой.

Предлагаем к прочтению еще одну статью – Как правильно заряжать LiFePO4 – каким напряжением и током лучше заряжать LiFePO4 батареи?.

Перейти в раздел зарядные устройства для АКБ

2018-04-12

Комментарии: 0

Просмотры: 5514

Комментарии

Зарядка литий ионных аккумуляторов (выбор тока и расчет времени)

Содержание

1. Как зарядить литий ионный аккумулятор
2. Выбор тока
3. Время заряда
4. Нюансы зарядки китайскими модулями
5. Можно ли заряжать обычной зарядкой
6. Как проверить уровень заряда
7. Эксплуатация
8. Среднее количество циклов зарядки
9. Как достичь максимального количества циклов
10. Как хранить li ion аккумуляторы

Литий-ионные элементы в качестве возобновляемых электрохимических источников тока стремительно завоевали значительную часть рынка мобильных аккумуляторов электроэнергии. Обладая множеством плюсов, они обладают и определенными недостатками, один из которых – относительно высокая стоимость. Чтобы продлить жизнь недешевых элементов, надо знать и соблюдать правила зарядки литиевых аккумуляторов.

Как зарядить литий ионный аккумулятор

Идеальный режим зарядки элемента на основе лития.

Идеально правильный процесс пополнения запаса энергии литий-ионного элемента состоит из двух этапов:

• сначала батарея заряжается стабильным током – для поддержания этого режима по мере зарядки напряжение источника зарядного тока увеличивается;
• второй этап производится при достижении уровня 80-85% емкости и выполняется стабильным напряжением (ток при этом падает).

На рисунке есть и предварительный этап зарядки – он производится малым током (до 0,1С). Эта стадия применяется к глубоко разряженным элементам – сначала они доводятся до выходного уровня 2,45 вольт, затем заряжаются до номинала в штатном режиме.

Чтобы не усложнять схемотехнику зарядных устройств, этап зарядки стабильным напряжением выполняют посредством питания заряжаемой батарейки импульсным током так, чтобы ширина импульса постоянно уменьшалась – это ведет к постоянному среднему значению напряжения.

Зарядка батареи импульсным током.

Другой вариант формирования постоянного напряжения – зарядка ступенчатым током, который поэтапно снижается к концу зарядки. При этом также достигается примерно постоянное напряжение на выводах батареи.

Зарядка ступенчатым током.

Часто и этот этап вырождается в одну ступень – при достижении нужного уровня зарядный ток ступенчато снижается вдвое. Напряжение при этом растет, но можно считать его условно-постоянным.

Зарядка одноступенчатым током.

В зависимости от назначения зарядные устройства имеют различные схемы исполнения и используют различные алгоритмы пополнения энергии аккумуляторов – от идеальных до упрощенных.

Выбор тока

Для нормального заряда выбирается ток первого этапа в районе 0,2 С. Например, для аккумулятора форм-фактора 18650 емкостью 3000 мА*ч такой ток составит 600 мА, и процесс для полностью разряженной батарейки затянется на 5 часов. Чтобы ускорить зарядку li-ion элемента, на него можно подавать ток от 0,5С до С – это считается нормальным. Ток выше С (вплоть до 5С) считается режимом Fast charge (быстрая зарядка). При этом батарея заряжается быстрее, но срок службы ее снижается.

Время заряда

Время заряда литий-ионного аккумулятора зависит, большей частью, от трех факторов:

• зарядного тока;
• фактической (остаточной) емкости батареи;
• степенью заряженности батареи перед началом процесса пополнения энергии.

В зависимости от сочетания этих трех условий, батарея может заряжаться от нескольких минут до нескольких часов, поэтому выполнить точный расчет времени подзаряда очень сложно, да на практике и не нужно. Процесс должен быть закончен, когда на выводах АКБ уровень напряжения достигнет 4,2 вольта. Если зарядка ведется под управлением контроллера, он отключит аккумулятор автоматически. Если нет – следить за этим придется самостоятельно.

Нюансы зарядки китайскими модулями

Контроллер зарядки на основе микросхемы TP4056.

На торговых площадках в интернете можно приобрести небольшие платы для создания зарядных устройство литий-ионных источников питания производства Юго-Восточной Азии. Это хороший способ организовать недорогое и эффективное зарядное устройство. Надо лишь осознавать, что качество перевода на торговых площадках в интернете невысокое, и под названием зарядного устройства могут предлагаться:

• собственно контроллер зарядки;
• плата балансира (BMS) – необходима для пополнения запаса энергии в многоэлементных батареях, но зарядником не является и зарядный ток не контролирует.

Если к приобретению выбрано зарядное устройство, надо посмотреть, какой зарядный ток оно выдает и соотнести его с батарейками, которые предстоит заряжать. Так, если плата выдает 2 ампера, это нормально для большинства элементов 18650, но явно перебор для маленьких «пакетиков» на 200..250 милилампер-часов.

Перед покупкой надо изучить техническую документацию и выяснить возможность регулировки тока (обычно эта информация есть на страничке магазина). Обычно для этого требуется настройка потенциометра или замена резистора на другой номинал. Если такой информации нет или глубина регулирования недостаточна, надо искать другую плату.

Пример зависимости выходного тока от номинала резистора.

Можно ли заряжать обычной зарядкой

Литий-ионному аккумулятору безразлично, что служит источником зарядного тока. Поэтому такую батарею можно заряжать хоть от обычной зарядки, хоть от лабораторного блока питания, хоть от другого аккумулятора (Power Bank). Главное, чтобы выход источника обеспечивал необходимый ток. Если он будет маленьким, процесс затянется надолго. Если слишком большим – аккумулятору не поздоровится. Главное – вовремя прервать процедуру, не допустив перезаряда – он опасен для батареи, она может перегреться (впрочем, и от большого тока тоже). Это может вызвать возгорание или взрыв, а тушить литий-ионные батареи очень сложно.

Как проверить уровень заряда

В отличие от кислотно-свинцового аккумулятора на 6 или 12 вольт, уровень заряженности (SOC) литий-ионной батареи по таблице соответствия мгновенного выходного напряжения определить не получится. Так, на приведенном графике видно, что в различных условиях одно и то же выходное напряжение (3,8 вольта) может соответствовать уровню заряженности как 50%, так и 2%. Естественно, ни одно пользователя такая погрешность устроить не может.

Зависимость напряжения на выводах аккумулятора от степени заряда в разных условиях.

Также не способствует правильному определению степени заряженности крайне нелинейная зависимость напряжение на клеммах от нагрузки и от температуры источника питания. В гаджетах бюджетной ценовой категории такой способ иногда применяют, но полностью доверять ему нельзя.

Существуют более точные методы определения емкости, например, по установившемуся напряжению, но для его измерения требуется несколько часов стабильной нагрузки (а лучше – разомкнутой цепи), чего в реале практически никогда не бывает. Но существуют математические методы, способные рассчитать остаточный заряд по установившемуся в течение короткого времени напряжению.

Степень разряда аккумулятора на основе лития по установившемуся напряжению.

Этот способ также не дает абсолютной точности, но для практических целей вполне применим. Существуют и другие методы измерения остаточного заряда, более достоверные:

• измерение внутреннего сопротивления аккумулятора;
• интегрирования тока;
• по составу электролита;
• другие способы.

Недостаток всех этих методик – сложность реализации в условиях массовых конструкций гаджетов. Поэтому точного, однозначного и простого способа, позволяющего определить остаток запаса энергии в батареях на основе лития, не существует.

Эксплуатация

Li-ion элементы наиболее удобны для пользователя. У них практически отсутствует эффект памяти. Это означает, что аккумулятор можно начинать заряжать в любой момент (не обязательно ждать разряда до нуля) и до любого уровня (не обязательно до полного). Существуют и другие ограничения (по температуре, по зарядному току), они описаны в других разделах обзора.

Среднее количество циклов зарядки

Ресурс аккумулятора на основе лития в циклическом режиме (а такой режим свойственен элементам, питающим переносные гаджеты, аккумуляторный электроинструмент и т.п.) определяется количеством циклов заряд-разряд. Это количество не так просто подсчитать, ведь оно зависит от разных условий (глубины разряда и т. п.). Считается, что большинство li-ion элементов служат 250-500 циклов, и лишь самые современные могут работать до 1000 циклов без заметной потери емкости.

Как достичь максимального количества циклов

В основном сокращает жизнь элементов на основе лития высокая температура. Отсюда основное правило – не давать аккумулятору нагреваться выше 50 градусов. Надо избегать как внешнего (от прямых солнечных лучей и т.п.), так и внутреннего нагрева (от высокого зарядного ока и т.п.). Но и снижение температуры до нуля и ниже для таких батарей вовсе не полезно.

В глобальной сети распространено мнение, что для продления ресурса надо не разряжать батарею до уровня нуля (пополнять энергию надо начинать с 10-15%) и не давать заряжаться до 100% (достаточно 90%). Это мнение весьма сомнительно. Оно не подтверждается ни описанием процессов, происходящих при этом в элементе, ни статистикой. К тому же в нем отсутствует логика – если заряжать телефон чаще, то, возможно, количество циклов увеличится, но самих время работы в каждом из них будет меньше, и продление ресурса вовсе не очевидно. Но вреда в таком режиме нет, поэтому если у пользователя есть желание – он может эксплуатировать аккумулятор по такому расписанию. Вера в некоторых случаях творит чудеса.

Как хранить li ion аккумуляторы

Хранить литий-ионные аккумуляторы «на потом» — не лучшая идея. Они имеют свойство деградировать со временем, независимо от того, используются источники электроэнергии, или просто лежат. Повлиять на этот процесс сложно.

Другая опасность, потенциально сокращающая срок службы li-ion батарей – саморазряд. Элементы на основе лития имеют низкую склонность к саморазряду, но он все равно происходит. Поэтому есть опасность, что в процессе хранения батарея уйдет в глубокий разряд. Это может убить батарею раньше, чем естественная деградация. Поэтому правильно хранить аккумулятор в частично или полностью заряженном состоянии (на сколько процентов – не важно) и периодически проверять напряжение на клеммах. Как только оно опустится ниже 3 вольт, батарею надо подзарядить.

Грамотная эксплуатация батарей позволяет наиболее полно использовать их ресурс, заложенный разработчиком. А правильная зарядка элементов является основным фактором, влияющим на продолжительность периода использования.

Руководство по передовым методам зарядки литий-ионных аккумуляторов

Эта статья была обновлена. Первоначально он был опубликован 23.08.17.

Без батареи ваш дорогой ноутбук или смартфон — просто кусок мертвой электроники. И эти перезаряжаемые электростанции имеют конечный срок службы: со временем они начнут терять мощность быстрее и заряжаться дольше.

Чтобы максимально продлить срок службы аккумулятора, необходимо правильно ухаживать за устройством. Это означает принятие правильных привычек зарядки и заботу о хранении батареи. Вот что вам нужно знать.

Наука о литий-ионных батареях

Аккумуляторы в современных смартфонах, планшетах, ноутбуках и других устройствах используют технологию, называемую литий-ионной. Как и следовало ожидать, они содержат… ионы лития. Как Popular Science объяснил в нашем взгляде на батарею Tesla Powerwall:

Когда батарея заряжается, положительно заряженные ионы лития перемещаются от одного электрода, называемого катодом, к другому, известному как анод, через раствор электролита. в аккумуляторной ячейке. Это заставляет электроны концентрироваться на аноде, на отрицательной стороне. При разрядке аккумулятора происходит обратное. Что же касается этих электронов, то они движутся по внешним по отношению к батарее цепям, обеспечивая питание.

Эти электроны на самом деле обеспечивают энергией ваш смартфон или планшет, а в случае с Tesla — весь ваш дом.

[См. также: Лучшие портативные аккумуляторы для отключения от электросети]

На протяжении многих лет ученые изменяли формулу химической смеси внутри литий-ионных аккумуляторов, чтобы попытаться сделать их более долговечными, заряжаться быстрее и работать. более эффективно. Несмотря на их переделку, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему имеют установленный срок службы, поскольку цикл зарядки, разрядки и перезарядки аккумулятора может повторяться только определенное количество раз. Предел варьируется, но большинство перезаряжаемых аккумуляторов служат два или три года.

Это связано с характером химических реакций, происходящих на аноде и катоде. Когда они возникают, образуются тонкие слои изолирующих атомов, препятствующие эффективности электродов, поэтому, если вы заметили, что срок службы батареи на старом смартфоне или ноутбуке сокращается, вы можете винить накопление атомов.

Как работает зарядка и подзарядка аккумулятора

За перезарядкой литий-ионного аккумулятора можно не наблюдать, но лучше об этом не забывать. Samsung

Так как же продлить срок службы литий-ионного аккумулятора? Возможно, вы слышали, что вам нужно полностью зарядить и разрядить устройство, когда вы его только что из коробки, но это не имеет большого значения для современных аккумуляторов. Самое главное, как вы заряжаете свой телефон или ноутбук после того, как начали им пользоваться.

Неглубокие разряды и перезарядки лучше, чем полные, потому что они меньше нагружают аккумулятор, поэтому он прослужит дольше. Когда ваша батарея разряжается, Battery University рекомендует, чтобы она достигла только 50 процентов, прежде чем снова заряжать ее. Пока вы заряжаете его, вам также следует избегать доведения литий-ионного аккумулятора до 100 процентов.

Если вы полностью зарядите аккумулятор, не оставляйте устройство подключенным к сети. Вместо этого следуйте циклу поверхностной разрядки и перезарядки, о котором мы только что упоминали. Это не проблема безопасности: литий-ионные аккумуляторы имеют встроенные средства защиты, разработанные для предотвращения их взрыва, если они оставлены заряжаться при максимальной емкости. Но в долгосрочной перспективе электроника будет стареть быстрее, если она будет постоянно подключена к сети уже заряженной на 100 процентов.

Несмотря на то, что неглубокие заряды и разряды обеспечивают максимальную долговечность, из этого правила есть исключения. Раз в месяц дайте аккумулятору полностью разрядиться примерно до 5 процентов, просто чтобы заново откалибровать его самооценку. Этот механизм позволяет вашему ноутбуку или смартфону давать вам «оценочное оставшееся время работы от батареи», которое является довольно точным. Однако регулярные полные разряды не являются хорошей идеей. В целом, по словам Samsung, уровень заряда батареи должен быть выше 20 процентов.

[См. также: Встройте беспроводное зарядное устройство прямо в стол ]

Кстати, это все рекомендации. Нет ничего опасного в том, чтобы держать телефон заряженным на ночь, а современные телефоны и ноутбуки оснащены механизмами для минимизации нагрузки на аккумулятор, если ваше устройство все время подключено к сети. К счастью для пользователей, каждый год в технологию вносятся небольшие изменения и улучшения, поэтому каждый раз, когда вы обновляете свой смартфон, вы получаете литий-ионный аккумулятор, который должен работать дольше между зарядками и работать дольше в целом.

Хранение аккумулятора и общий уход

Не допускайте экстремальных температур телефона. Samsung

Что еще не нравится литий-ионным батареям, так это экстремальные температуры. По возможности не оставляйте телефоны и ноутбуки в нагретых автомобилях или в холодных помещениях, потому что эти экстремальные температуры не будут способствовать сроку службы их батарей. Вы должны особенно следить за перегревом во время зарядки, хотя, если производитель вашего телефона или ноутбука выполнил свою работу, это не должно быть проблемой.

В качестве еще одной меры предосторожности вам также следует убедиться, что вы используете официальное зарядное устройство, поставляемое в комплекте с вашим телефоном или планшетом, или вам следует потратиться на точную замену. Это гарантирует, что зарядное устройство безопасно использовать с аккумулятором вашего устройства и оптимизировано для максимально эффективной зарядки. Официальное зарядное устройство будет применять лучшие методы для общего состояния вашей батареи.

Если вы собираетесь хранить свой ноутбук или смартфон в течение длительного периода времени, вы должны оставить гаджет с зарядом где-то около 50 процентов, как рекомендуют Apple и другие источники. Выключайте устройство на время хранения и, как мы упоминали ранее, держите его в месте, соответствующем Златовласке: не слишком жарко и не слишком холодно.

Документация, прилагаемая к вашему устройству, должна содержать дополнительные советы и рекомендации по зарядке аккумулятора, поэтому внимательно прочитайте ее, чтобы не пропустить дополнительные рекомендации по максимально бережному обращению с вашими драгоценными блоками питания. Примените эту небольшую дополнительную осторожность, и вы обнаружите, что батарея внутри вашего телефона или ноутбука работает, по крайней мере, до тех пор, пока вы не будете готовы к обновлению.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов » Зарядка литий-ионных аккумуляторов » Примечания по электронике

Для правильной работы литий-ионных, литий-ионных аккумуляторов их необходимо правильно заряжать, в противном случае они не будут работать должным образом.

---

Литий-ионный аккумулятор Включает:
Литий-ионная технология Типы литий-ионных аккумуляторов Литий-полимерный аккумулятор литий-ионная зарядка Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов Как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов

Аккумуляторная технология Включает: Обзор аккумуляторных технологий Определения и термины батареи Цинк-углерод щелочной Цинковые воздушные ячейки NiCad NiMH литий-ион Свинцово-кислотные

---

Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы обеспечивают превосходный уровень производительности. Чтобы получить от них максимальную пользу, их необходимо правильно заряжать.

Если зарядка ионно-литиевых аккумуляторов не производится надлежащим образом, это может привести к нарушению работы аккумуляторов и даже к их разрушению, поэтому следует соблюдать осторожность.

Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов обеспечивает наилучшую производительность и максимальный срок службы. В результате зарядка литий-ионных аккумуляторов обычно осуществляется в сочетании с системой управления батареями. Это контролирует уровень заряда, разряда и скорость, с которой они могут происходить.

Зарядка литий-ионного аккумулятора электроинструмента

Химия зарядки/разрядки литий-ионного аккумулятора

Говоря простыми словами, процесс зарядки и разрядки ионно-литиевой батареи объяснить относительно легко.

Когда литий-ионный элемент или аккумулятор разряжаются, он подает ток во внешнюю цепь. Внутри анода в процессе окисления выделяются ионы лития, которые переходят к катоду. Электроны из созданных ионов текут в противоположном направлении, вытекая в электрическую или электронную цепь, на которую подается питание. Затем ионы и электроны воссоединяются на катоде.

Этот процесс высвобождает химическую энергию, которая хранится в клетке в виде электрической энергии.

Во время цикла заряда реакции протекают в обратном направлении с переходом ионов лития от катода через электролит к аноду. Электроны, обеспечиваемые внешней цепью, затем объединяются с ионами лития, чтобы обеспечить накопленную электрическую энергию.

Следует помнить, что процесс зарядки не полностью эффективен – часть энергии теряется в виде тепла, хотя уровни эффективности составляют около 9Типичны 5% или чуть меньше.

Электронные условия для зарядки ионно-литиевых аккумуляторов

С точки зрения электроники процесса зарядка ионно-литиевых аккумуляторов сильно отличается от зарядки никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Использовать одни и те же электронные схемы для их зарядки невозможно по разным причинам.

Зарядка ионно-литиевых аккумуляторов зависит от напряжения, а не от тока. Таким образом, зарядка литий-ионных аккумуляторов больше похожа на зарядку свинцово-кислотных аккумуляторов.

Одно из отличий от зарядки ионно-литиевых аккумуляторов заключается в том, что они имеют более высокое напряжение на элемент — от 3,7 до 4 вольт на элемент по сравнению с 1,2 вольта. l

Литий-ионные элементы

также требуют гораздо более жесткого допуска по напряжению при обнаружении полного заряда, и после полной зарядки они не допускают и не требуют непрерывного или плавающего заряда. Особенно важно иметь возможность точно определять состояние полного заряда, потому что ионно-литиевые батареи не терпят перезарядки. Они перегреваются, и это сокращает срок их службы, но в экстремальных условиях это может привести к возгоранию или даже взрыву.

Типичная кривая разряда потребительского ионно-литиевого элемента

. Большинство литий-ионных аккумуляторов, ориентированных на потребителя, заряжаются до напряжения 4,2 В на элемент с допуском около ± 50 мВ на элемент. Зарядка сверх этого значения вызывает нагрузку на элемент и приводит к окислению, что сокращает срок службы и емкость. Это также может вызвать проблемы с безопасностью.

Кривая разряда, показанная выше, является типичной для литий-ионного элемента в форме оксида кобальта. Различные типы ионно-литиевых элементов имеют немного разные напряжения, но все они будут иметь одинаковую форму разрядных кривых.

Зарядку ионно-литиевых аккумуляторов можно разделить на два основных этапа:

• Заряд постоянным током:   На первом этапе зарядки литий-ионного аккумулятора или элемента контролируется ток заряда. Как правило, это будет от 0,5 до 1,0 C. (Примечание: для батареи емкостью 2000 мАч скорость заряда будет составлять 2000 мА при скорости заряда C).

  Для потребительских элементов и батарей LCO рекомендуется скорость заряда не более 0,8C.

  На этом этапе напряжение на литий-ионном элементе увеличивается для заряда постоянным током. На этом этапе время зарядки может составлять около часа.

• Заряд насыщения:   Через некоторое время напряжение достигает максимума около 4,2 В для элемента LCO. В этот момент элемент или батарея должны войти во вторую стадию зарядки, известную как заряд насыщения. Поддерживается постоянное напряжение 4,2 вольта, а ток будет неуклонно падать.

  Конец цикла заряда достигается, когда ток падает примерно до 10 % от номинального тока. Время зарядки на этом этапе может составлять около двух часов в зависимости от типа элемента, производителя и т. д.

Эффективность заряда, т. е. количество заряда, сохраняемого аккумулятором или элементом, по сравнению с количеством заряда, поступающего в элемент, является высоким. Может быть достигнута эффективность заряда от 95 до 99%. Это отражается в относительно низких уровнях повышения температуры клеток.

Многие элементы в настоящее время предназначены для быстрой зарядки, хотя в пределах рейтинга для элемента этот процесс может сократить срок службы батареи, и необходимо найти баланс между удобством и сроком службы.

Меры предосторожности при зарядке ионно-литиевых аккумуляторов

Ввиду количества энергии, хранящейся в ионно-литиевых батареях, характера их химического состава и т. д., необходимо обеспечить, чтобы батареи заряжались надлежащим образом и с использованием соответствующего зарядного устройства и оборудования.

Зарядные устройства для ионно-литиевых аккумуляторов или аккумуляторные блоки включают в себя различные механизмы для предотвращения повреждений и опасностей.

Часто эти механизмы предусмотрены внутри аккумуляторной батареи, которую затем можно использовать с простым зарядным устройством.

Механизм, необходимый для зарядки и разрядки литий-ионной батареи, включает:

• Ток заряда: Ток заряда должен быть ограничен для литий-ионных аккумуляторов. Обычно максимальное значение составляет 0,8°C, но чаще устанавливаются более низкие значения, чтобы дать некоторый запас. Для некоторых аккумуляторов возможна более быстрая зарядка.

  Даже аккумуляторы или элементы, способные выдерживать более высокие токи зарядки, влияют на срок службы. Если есть возможность снизить скорость заряда и не использовать быструю зарядку, это увеличит срок службы элемента.

• Температура заряда:   Необходимо контролировать температуру заряда литий-ионного аккумулятора. Элемент или аккумулятор нельзя заряжать при температуре ниже 0°C или выше 45°C.

  Ионно-литиевые элементы и батареи
  лучше всего работают при комнатной температуре, поэтому зарядка в указанных температурных пределах обеспечивает наилучшую зарядку, а также продлевает срок службы батареи.

• Ток разряда:   Требуется защита от тока разряда для предотвращения повреждения или взрыва в результате короткого замыкания. Для конкретного аккумуляторного блока существует ограничение, которое не следует превышать. Ввиду огромного запаса энергии превышение пределов может привести к пожару или даже к впечатляющему взрыву.

  Обычно аккумуляторные блоки имеют схему управления зарядом/разрядом, чтобы гарантировать, что допустимый ток не будет превышен, но всегда лучше не перенапрягать их.

  Различные типы технологии литий-ионных аккумуляторов могут обеспечивать разные возможности – в результате фактический выбор технологии ионно-литиевых аккумуляторов будет зависеть от области применения и необходимого тока/разрядной способности.

• Перенапряжение:   Защита от перенапряжения при зарядке необходима для предотвращения подачи слишком высокого напряжения на клеммы аккумулятора. если зарядному напряжению будет позволено подняться слишком высоко, это может привести к повреждению.

• Защита от перезарядки:   Схема защиты от перезарядки необходима для остановки процесса зарядки Li-ion, когда напряжение на элемент превышает 4,30 В. Чрезвычайно важно не перезаряжать литий в аккумуляторе. Система управления батареями должна обеспечивать защиту от перезарядки.
• Защита от обратной полярности:   Защита от обратной полярности литий-ионного аккумулятора необходима, чтобы убедиться, что аккумулятор не заряжается в неправильном направлении, поскольку это может привести к серьезному повреждению или даже к взрыву.
• Переразряд литий-ионного аккумулятора:   Требуется защита от переразряда, чтобы предотвратить падение напряжения аккумулятора ниже 2,3 В в зависимости от производителя.
• Перегрев:   Часто используется защита от перегрева, чтобы предотвратить работу батареи, если температура поднимается слишком высоко. Температуры выше 100°C могут привести к непоправимым повреждениям.

При использовании ионно-литиевых аккумуляторов обязательно использовать зарядное устройство производителя, поскольку в зарядном устройстве и аккумуляторном блоке могут использоваться различные элементы защиты в зависимости от конструкции.

циклов заряда-разряда Li-ion

Срок службы ионно-литиевых элементов и батарей часто выражается количеством циклов заряда-разряда, которые они выдерживают до того, как их емкость удержания заряда упадет.

Несмотря на то, что литий-ионные элементы имеют так называемый календарный срок службы — их срок службы с точки зрения прошедшего времени, даже если они не используются, еще одним важным фактором является количество циклов заряда-разряда, которые они могут выдержать. Обычно это, а не календарный срок службы, означает конец срока службы литий-ионного элемента.

Другие характеристики литий-ионного элемента свидетельствуют об улучшении по сравнению с конкурентами. Было показано, что он способен выдержать около 1000 циклов заряда/разряда при очень осторожном использовании и при этом сохранять 80% своей начальной емкости.

Ni-Cad выдерживают около 500 циклов, хотя это сильно зависит от способа их использования. Плохо обработанная ячейка может дать только 50 или 100. Ячейки NiMH еще хуже, и это одно из основных направлений развития. Они способны дать в лучшем случае 500 циклов, прежде чем их емкость упадет до 80% от начального заряда.

Также было обнаружено, что ионно-литиевые элементы и батареи не страдают от эффекта памяти, который был очевиден для Ni-Cad. Эффект памяти становился очевидным, если при каждом использовании элементы разряжались лишь частично. Со временем они «запоминали» уровень разрядки и их емкость соответственно уменьшалась. В результате было целесообразно периодически производить полную разрядку элементов. Для литий-ионных аккумуляторов это не так.

Зарядка и разрядка ионно-литиевых аккумуляторов являются ключом к их работе и длительному сроку службы. Обычно микросхемы управления батареями встроены в блоки батарей. Он управляет зарядкой и разрядкой литий-ионной батареи.