Правила зарядки литий ионных аккумуляторов: Как заряжать литий-ионные аккумуляторы

Заряжаем литий ионный аккумулятор правильно

Оглавление

• 1 Использование оригинальных зарядных устройств
• 2 Хранить аккумуляторы лучше с малым зарядом (30-50%)
• 3 Не допускайте перезаряда и полного разряда аккумулятора.
• 4 Li-Ion аккумулятор не любит холода и жары.
• 5 Бренд против Нонейма
• 6 Как правильно заряжать полимерный аккумулятор

Зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов очень похоже на зарядное для свинцово- кислотных, за тем лишь исключением, что у Li-ion аккумуляторов значительно выше напряжение на каждой банке и более жёсткие требования к допускам по напряжению.

Банкой называют литий ионные элементы питания за из схожесть по форме на алюминиевую банку из-под прохладительных напитков (напр. coca-cola) Самым распространенным элементом такой формы является банка формата 18650. То есть 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту.

В то время, когда для свинцово-кислотных аккумуляторов возможны некоторые неточности в установке граничных напряжений при зарядке, с литий-ионными все гораздо жёстче.

 Во врем заряда, когда напряжение на элементе возрастает до 4,2 вольта, должно прекращаться подача напряжения на элемент питания. Разрешенный допуск в напряжении всего 0,05 вольт.

Средний литий-ионный аккумулятор заряжается около 3 часов. Однако точное время зарядки, все же зависит от ёмкости аккумулятора.

Итак приведём несколько основных правил, используя которые можно продлить  срок использования li-ion аккумулятора в разы.

Использование оригинальных зарядных устройств

При изготовлении литий ионных аккумуляторов, их производители довольно серьёзно относятся к зарядным устройствам. Никто не даст вам гарантии, что зарядные устройства сомнительного происхождения не погубят Ваши аккумуляторы. Оригинальные же зарядки 100% выдают только необходимое напряжение и правильно заканчивают зарядку каждого элемента питания. Ведь, если в конце процесса зарядки напряжение будет затухать со значительным опозданием, это может привести к перезарядке элемента, что в свою очередь скажется весьма негативно на химической системе литий-ионного аккумулятора и будет потеряна часть емкости.

Хранить аккумуляторы лучше с малым зарядом (30-50%)

Если Вам приходится оставлять li-ion аккумуляторы на продолжительное время бездействовать, то лучше их вынуть из устройства (фонаря, Р/У машинки и т.д.).

Очень вероятно, что полностью заряженный аккумулятор при продолжительном хранении потеряет часть своей ёмкости. Полностью разряженный или при минимальном уровне, хранящийся аккумулятор, может «умереть» навсегда. Т.е. восстановить его так и не удастся после длительной спячки. Исходя из этого и рекомендуется держать 50% заряд у хранящихся, длительное время li-ion аккумуляторов.

Не допускайте перезаряда и полного разряда аккумулятора.

Учитывая химическую особенность литийевых аккумуляторов, весьма не рекомендуют, как  полностью разряжать, так и чрезмерно перезаряжать такие аккумуляторы.

Как известно, у li-ion аккумуляторов, полностью отсутствует «эффект памяти«, исходя из этого рекомендуется разряжать аккумулятор до 10-20% а заряжать до 80-90, дабы не повредить химическую систему элемента.

Эффект памяти, в основном свойствен только Никель-Кадмиевым аккумуляторам.

А означает он некую потерю емкости аккумулятора после неправильного режима зарядки, в частности дозарядки при не полностью разрядившемся аккумуляторе. Проще говоря Ni-Cd нельзя начинать заряжать, до того, как он разрядится до допустимо низкого уровня. Нарушая данное правило, емкосли никель кадмиевого аккумулятора несколько уменьшается.

Литий ионные аккумуляторы, лучше начинать заряжать не дожидаясь их полного разряда. Таким образом можно значительно продлить срок жизни элемента питания.

Вышеуказанное правило относится только к незащищённым аккумуляторам. Литиевые аккумуляторы с защитой не страдают от пере или недозаряда. Встроенная плата защиты, отсекает чрезмерное напряжение (более 3,7 вольт на банку) при зарядке и отключает аккумулятор, если уровень заряда упал до минимального, обычно до 2,4 вольт.

Li-Ion аккумулятор не любит холода и жары.

Оптимальной температурой для литиевых аккумуляторов, является от +10°С до +25°С. Li-ion аккумуляторы чувствительны к большим перепадам температур. При отрицательной температуре, время работы аккумулятора сильно сокращается, хим. система элемента может сильно пострадать и даже разрушиться. Наверняка, вы замечали, как заряд мобильного телефона, на морозе резко начинает стремиться к минимуму, хотя ранее, в тепле, заряд был полным.

Нужно заметить, что литий-ионные аккумуляторы, весьма неприхотливы. При должном уходе, они проживут от 3 до 5 лет исправной службы хозяину. Так же нужно знать что такие аккумуляторы имеют свой срок использования от даты производства, а это значит, что заранее покупать запасные аккумуляторы не всегда хорошая идея. Обычно считается нормальным покупать литий-ионки не позднее 2-х лет после производства.

По поводу ёмкости литий ионных аккумуляторов. Банки самого распространенного формата 18650, могут иметь реальную емкость до 3500 мАч. При цене не менее 3-4 долларов за шт. Аккумуляторы, ёмкостью в 9900 мАч по цене $2 за шт. — это как минимум смешно. В действительности там будет 3000 мАч. если повезет.

Бренд против Нонейма

Стоит сказать несколько слов о производителях литий ионных аккумуляторов.

Практически все аккумуляторы имеют название (Бренд изготовителя), но это может быть «Panasonic» в котором реальная емкость будет меньше на 50 мАч из 3000 мАч или какой ни-будь «ХуньСюньПродакшн», в котором не хватает 1900 мАч из 3000 мАч. И это не смешно, а реальные цифры.

Так вот нормальными (честными) брендами среди аккумуляторов без защиты, считаются:

• Panasonic,
• Sony,
• Sanyo,
• Samsung,
• LG,

Напротив, такие бренды, как:

• UltraFire,
• SingFire,
• Bailong,
• TrastFire

имеют далеко не точную указанную емкость, зато стоят в 2 — 3 раза дешевле.

Среди достойных установщиков защиты на литий-ионки стоит отметить:

• Keeppower;
• Efest;
• Nitecore

Купить литий ионные аккумуляторы, например, формата 18650 можно как в местных интернет магазинах, так и у китайцев на прямую.

И пожалуйста не обольщайтесь на низкую цену и банки аккумуляторов в прозрачной термо-усадке. Из опыта, могу сказать, что в таком варианте используются в основном оригинальные банки но совсем никудышние платы защиты. 

Как правильно заряжать полимерный аккумулятор

Литий полимерный отличается от литий ионного аккумулятора только лишь консистенцией электролита. Более подробнее читайте здесь. В остальном же, литий-полимерный поддается тем же правилам, что и литий-ионный аккумулятор.

Как процесс зарядки литий-ионных аккумуляторов вилочного погрузчика приносит пользу вашему бизнесу

Вилочные электропогрузчики и другое погрузочно-разгрузочное оборудование обычно питаются от одного из двух разных типов батарей … литий-ионный или свинцово-кислотный.

Технология, лежащая в основе каждого типа аккумулятора, значительно отличается, что влияет на время зарядки и процедуры.

При сравнении этих двух литий-ионных аккумуляторов процесс зарядки более эффективен и обеспечивает значительную экономию средств с течением времени. Ниже мы рассмотрим, как процесс зарядки литий-ионных аккумуляторов принесет пользу предприятиям сейчас и в будущем.

В трудные для экономики времена компаниям важно воспользоваться проверенными и надежными способами экономии денег. В наши дни мы просто не можем позволить себе упустить возможности экономии, не используя их по максимуму.

Литий-ионные аккумуляторы – это проверенные временем улучшения, которые позволяют экономить деньги с течением времени. Чем дольше вы ими пользуетесь, тем больше экономите. Чем дольше будут проблемы с экономикой, тем лучше вы будете чувствовать себя, зная, что сделали все возможное, чтобы снизить расходы.

Установка литий-ионных аккумуляторов окупится уже в ближайшие несколько лет. Во многих случаях вы окупитесь через 18 месяцев; после этого для вас только прибыль.

Но это не значит, что до 18-месячной отметки не будет никаких льгот. В течение этих первых 18 месяцев и в течение многих лет после этого вы сможете одновременно наслаждаться улучшенной производительностью и нулевым ежедневным обслуживанием батареи.

Быстрая зарядка

Процесс зарядки литий-ионных аккумуляторов. Одна из самых удобных особенностей литий-ионных аккумуляторов заключается в том, что их можно заряжать. Это включает в себя периоды между сменами, когда работники делают перерывы или когда появляется любая другая возможность. 

Это потому что литий-ионные аккумуляторы заряжаются от 1 до 2 часов. Это резко контрастирует со свинцово-кислотными аккумуляторами, которые потребляют 8 часов для полной зарядки и еще 8 часов для охлаждения.

Порой заряжать аккумулятор может быть неудобно, независимо от того, насколько удобна возможность зарядки. Поскольку литий-ионные аккумуляторы можно безопасно разряжать до более низкого уровня, чем свинцово-кислотные, использование литий-ионных аккумуляторов дает операторам больше возможностей для зарядки аккумуляторов, когда это удобно.

Литий-ионные батареи можно безопасно разряжать до 20% емкости, в то время как свинцово-кислотные батареи можно безопасно разряжать только до 30% емкости.

Без периода охлаждения

Литий-ионные аккумуляторы разработаны с закрытыми элементами. Это означает, что никакого обслуживания водой не требуется. 

Компании, которые используют литий-ионные аккумуляторы для питания своих автопарков, явно имеют преимущество, поскольку на каждый погрузчик требуется только 1 литий-ионная батарея для работы в 2 или 3 смены в течение 24 часов, по сравнению с 2 или 3 свинцово-кислотными аккумуляторами на погрузчик.

Поскольку свинцово-кислотные батареи заполнены раствором электролита (серная кислота и вода), который становится очень горячим во время зарядки, им требуется достаточно времени для охлаждения после зарядки. 

Типичный период охлаждения свинцово-кислотной батареи составляет 8 часов или продолжительность одной смены. Из-за того, что для зарядки свинцово-кислотной батареи и ее охлаждения требуется много времени, для каждого вилочного погрузчика потребуется одна свинцово-кислотная батарея за смену.

Итак, если ваш склад работает 24 часа в сутки для каждого погрузчика потребуется 3 свинцово-кислотных аккумулятора. . Свинцово-кислотный аккумулятор необходимо менять каждую смену. Это длительный и трудоемкий процесс, который следует учитывать при учете реальной стоимости батареи.

Более простой процесс зарядки

Процесс зарядки литий-ионного аккумулятора не такой сложный, как у свинцово-кислотного. 

Для литий-ионных аккумуляторов не требуются отдельные зарядные комнаты, и их не нужно снимать с вилочного погрузчика или другого погрузочно-разгрузочного оборудования для зарядки. Вместо этого операторы вилочного погрузчика могут подключить аккумулятор к зарядному устройству, пока он еще находится в погрузчике или другом оборудовании. 

Для свинцово-кислотного аккумулятора процесс зарядки намного сложнее. Вот как это выглядит: 

Когда аккумулятор нуждается в подзарядке, оператор вилочного погрузчика должен отвезти вилочный погрузчик в предназначенную для зарядки аккумуляторную комнату. 

Затем с помощью специального подъемного оборудования (из-за веса аккумулятора) обученный персонал должен извлечь аккумулятор и поместить его на стеллаж для хранения, где будет производиться зарядка.

Затем аккумулятор заряжается примерно 8 часов. 

После завершения процесса зарядки начинается стадия охлаждения. Это длится еще 8 часов. 

Батарея либо останется там, где она была заряжена, либо персонал может перевезти ее в специальную зону охлаждения, если в аккумуляторной комнате требуется место для зарядки других батарей. 

После того, как аккумулятор остынет и снова будет готов к работе, рабочий может проверить уровень электролита и снова наполнить аккумулятор дистиллированной или деионизированной водой. Пропуск этого последнего шага может привести к ухудшению химического процесса и преждевременному отказу аккумулятора. 

Минимальное обслуживание

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов литий-ионные аккумуляторы не нужно поливать. Это экономит время и рабочую силу, которые можно использовать в других местах вашей деятельности.

Литий-ионный система управления аккумулятором (BMS) также автоматически уравновешивает элементы и предлагает несколько защит во время зарядки аккумулятора. Система управления батареями:

● Поддерживает температуру элементов в идеальном рабочем диапазоне, предотвращая перегрев или замерзание.

● Контролирует токи и измерения напряжения, чтобы гарантировать, что оба значения остаются на безопасном уровне.

● Предотвращает перезарядку и образование дендритов, которые могут привести к значительному повреждению литий-ионных аккумуляторов.

В свинцово-кислотных аккумуляторах уровень воды необходимо точно контролировать несколькими способами. Помимо доливки воды при полной зарядке и охлаждении, экипажи должны следить за аккумулятором, чтобы гарантировать:

● Уровни воды не опускаются слишком низко, чтобы открылась верхняя часть свинцовых пластин (примерно каждые 10 циклов зарядки).

● Используемая вода должна быть от 5 до 7 по шкале pH.

● Осталось достаточно места для того, чтобы жидкости внутри расширились, что происходит при использовании аккумулятора.

● Ячейки регулярно выравниваются, а температура контролируется на протяжении всего процесса зарядки.

Как долго служат литий-ионные батареи?

Литий-ионный аккумулятор намного лучше свинцово-кислотных аккумуляторов, по крайней мере, по трем важным причинам.

Во-первых, его срок службы в 2-3 раза превышает срок службы свинцово-кислотной батареи. A Литий-ионный аккумулятор BSLBATT имеет гарантию на 3000 циклов! В зависимости от интенсивности ваших операций и привычек зарядки вы можете получить от пяти до семи тысяч циклов.

Но, кроме того, литий-ионная аккумуляторная батарея действительно выигрывает от возможности зарядки! Вам больше не придется выбирать между тем, что хорошо для вашего бизнеса и что хорошо для ваших аккумуляторов. При использовании литий-ионных аккумуляторов потребности наиболее эффективных операций полностью соответствуют наилучшей стратегии, позволяющей максимально продлить срок службы и производительность ваших аккумуляторов.

Наконец, литий-ионные батареи сохраняют свою работоспособность даже к концу своего естественного срока службы. Выход свинцово-кислотной батареи будет падать по мере того, как она приближается к концу срока службы. Но если вы используете литий-ионные батареи, у вас вообще не будет значительного падения напряжения.

Это означает, что у ваших лифтов будет вся необходимая мощность, которая нужна вашим грузовикам на протяжении всего срока службы аккумулятора.

Насколько безопасны литий-ионные батареи по сравнению с другими батареями?

Есть много видов батарей. Хотя все современные исследования аккумуляторов позволят создать продукты, которые в целом безопасны в использовании, некоторые из них безопаснее, чем другие.

Литий-ионные аккумуляторы BSLBATT – это особый вид литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающий максимальную безопасность. Наш химический состав защищен от теплового разгона до температуры 518 градусов по Фаренгейту!

Вдобавок ко всему, он имеет встроенный система управления аккумулятором (BMS). Эта система отключит аккумулятор при температуре всего 150 градусов, оставляя вам подушку на 368 градусов, прежде чем станет возможен тепловой побег!

В свинцово-кислотных аккумуляторах основная проблема заключается не в возгорании, а в утечке кислоты. Свинцово-кислотная батарея может вызвать коррозию поддонов для батареек и привести к неисправности оборудования. Он также может выделять в воздух токсичные газы, которые представляют угрозу для здоровья людей во время процесса зарядки.

Другой аспект безопасности, о котором иногда забывают, – это замена батареи. Чем чаще вам придется менять батарейки, тем больше вероятность того, что что-то пойдет не так. Поскольку свинцово-кислотные батареи необходимо менять ежедневно при работе в несколько смен, они представляют больший риск для безопасности.

Лучше для окружающей среды

Если вы хотите, чтобы ваш склад был более экологически чистым, выберите литий-ионная технология для вашего автопарка погрузчиков – отличный выбор. Литий-ионные системы предлагают несколько улучшений по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Они с меньшей вероятностью нанесут ущерб вашему складу, вашим работникам и окружающей среде.

Одна из причин этого заключается в том, что литий-ионные батареи на 30% более энергоэффективны, чем их свинцово-кислотные альтернативы. Используя литий-ионные аккумуляторы, вы уменьшите потребление энергии на рабочем месте. Это может помочь окружающей среде, а также снизить затраты и выбросы углекислого газа. Если ваша компания имеет внутренний мандат на сокращение выбросов углекислого газа, переход на литиевую энергию – отличный способ помочь в достижении этой цели.

Разливы кислоты также могут нанести вред окружающей среде при работе со свинцово-кислотными веществами. Свинцово-кислотные системы также могут выделять водород / сернистый газ в воздух во время зарядки.

Литий-ионные аккумуляторы, с другой стороны, не содержат токсичных веществ и не выделяют вредных газов. Это означает, что они будут намного безопаснее как для окружающей среды, так и для сотрудников.

Выбор литий-ионных батарей для вилочного погрузчика

Хотя свинцово-кислотные батареи часто являются традиционным выбором, правда в том, что использование литий-ионных аккумуляторов для вашего автопарка погрузчиков может быть лучшим вариантом в целом. Обязательно учитывайте преимущества использования литий-ионных аккумуляторов в собственных погрузчиках. Это обеспечит максимальную эффективность вашего бизнеса.

Десятки компаний уже успешно перевели свои автопарки на литий-ионные аккумуляторы и пользуются преимуществами. BSLBATT предлагает более 950 моделей с запатентованной современной системой управления аккумулятором, подходящей практически для любой марки и модели грузовика. Более того, BSLBATT настроит аккумулятор в зависимости от области применения погрузчика, будь то обычный склад, пищевая промышленность, морозильная камера или внешние условия.

Все еще есть вопросы? Свяжитесь с одним из наших региональных представителей здесь.

Готовы получить литий-ионные аккумуляторы для ваших грузовиков? Воспользуйтесь нашим инструментом выбора аккумулятора, чтобы выбрать аккумулятор, соответствующий вашим потребностям.

Правильный уход продлевает срок службы литий-ионных аккумуляторов

Скачать эту статью в формате . PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Аккумуляторы Li-ion и Li-ion-polymer используются повсеместно, и причина вполне оправдана. По сравнению с другими перезаряжаемыми батареями, литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии, более высокое напряжение элемента, низкий саморазряд и очень длительный срок службы, они экологически безопасны, а также просты в зарядке и обслуживании. Также из-за их относительно высокого напряжения (2,9V до 4,2 В), многие портативные устройства могут работать от одной ячейки, что упрощает общую конструкцию изделия.

В зависимости от приложения может возникнуть спор о том, какая характеристика батареи является наиболее важной. Слишком много внимания уделялось увеличению емкости литий-ионных аккумуляторов, чтобы обеспечить максимальное время работы продукта при наименьших физических размерах. Бывают случаи, когда более длительный срок службы батареи, большее количество циклов зарядки или более безопасная батарея важнее емкости батареи.

Прежде чем говорить о роли зарядного устройства в продлении срока службы батареи, давайте рассмотрим характеристики литий-ионной батареи. Литий — один из самых легких металлов, один из самых реакционноспособных и обладает самым высоким электрохимическим потенциалом, что делает его идеальным материалом для аккумуляторов. Литий-ионная батарея не содержит лития в металлическом состоянии, а вместо этого использует ионы лития, которые перемещаются между катодом и анодом батареи во время заряда и разряда соответственно.

Несмотря на то, что существует множество различных типов литий-ионных аккумуляторов, самые популярные химические вещества, которые сейчас производятся, можно сузить до трех, и все они связаны с их катодными материалами. Литий-кобальтовая химия стала более популярной в ноутбуках, камерах и сотовых телефонах, в основном из-за ее большей емкости для зарядки. Другие химические вещества зависят от потребности в больших токах разряда или повышенной безопасности, или где стоимость является движущим фактором.

Кроме того, разрабатываются новые гибридные литий-ионные аккумуляторы, основанные на комбинации катодных материалов, объединяющих лучшие свойства каждого химического состава.

В отличие от других аккумуляторов, технология литий-ионных аккумуляторов еще не разработана. Продолжаются исследования новых типов батарей, которые имеют еще большую емкость, более длительный срок службы и улучшенную производительность, чем современные батареи. Таблица выделяет некоторые важные характеристики каждого типа батареи.

Литий-ионные полимерные батареи

Обладая характеристиками, аналогичными характеристикам стандартной литий-ионной батареи, вы можете заряжать и разряжать литий-ионную полимерную батарею аналогичным образом. Основное различие между ними заключается в том, что полимер с твердой ионной проводимостью заменяет жидкий электролит, используемый в стандартной литий-ионной батарее, хотя большинство полимерных батарей также содержат электролитную пасту для снижения внутреннего сопротивления элемента.

Отсутствие жидкого электролита позволяет размещать полимерную батарею в пакете из фольги, а не в тяжелом металлическом корпусе, который требуется для стандартных литий-ионных батарей. Литий-ионные полимерные батареи набирают популярность из-за их рентабельной производственной гибкости, которая позволяет изготавливать их самых разных форм, в том числе очень тонких.

Все аккумуляторы изнашиваются, и литий-ионные не исключение. Производители аккумуляторов обычно считают окончанием срока службы аккумулятора, когда емкость аккумулятора падает до 80% от номинальной емкости. Тем не менее, батареи по-прежнему могут обеспечивать полезную мощность ниже 80% зарядной емкости, хотя они обеспечивают более короткое время работы.

Число циклов зарядки/разрядки обычно используется для обозначения срока службы батареи, но срок службы батареи и срок службы батареи (или срок службы) могут различаться. Зарядка и разрядка в конечном итоге уменьшат количество активного материала батареи и вызовут другие химические изменения, что приведет к увеличению внутреннего сопротивления и необратимой потере емкости.

Но безвозвратная потеря емкости происходит и тогда, когда батарея не используется. Постоянная потеря емкости является максимальной при повышенных температурах, когда напряжение батареи поддерживается на уровне 4,2 В (полностью заряженная).

Для обеспечения максимального срока хранения аккумуляторы следует хранить с зарядом 40 % (3,6 В) при температуре 40°F (в холодильнике). Возможно, одно из худших мест для литий-ионной батареи — это портативный компьютер при ежедневном использовании на рабочем столе с подключенным зарядным устройством. Ноутбуки обычно нагреваются или даже нагреваются, что приводит к повышению температуры аккумулятора, а зарядное устройство поддерживает уровень заряда аккумулятора около 100%. Оба эти условия сокращают срок службы батареи, который может составлять от шести месяцев до года. Если возможно, пользователь должен быть проинструктирован о необходимости извлечь аккумулятор и использовать адаптер переменного тока для питания портативного компьютера, когда он используется в качестве настольного компьютера.

Аккумулятор ноутбука, за которым правильно ухаживают, может прослужить от двух до четырех лет и более.

Существует два типа потери емкости аккумулятора: восстанавливаемая потеря и необратимая потеря. После полной зарядки литий-ионный аккумулятор обычно теряет около 5 % емкости в течение первых 24 часов, затем приблизительно 3 % в месяц из-за саморазряда и дополнительно 3 % в месяц, если в аккумуляторном блоке есть схема защиты аккумулятора. . Эти потери на саморазряд происходят, когда температура батареи остается около 20°C, но они значительно увеличиваются при более высокой температуре, а также по мере старения батареи. Эта потеря емкости может быть восстановлена ​​путем подзарядки аккумулятора.

Постоянная потеря мощности, как следует из названия, относится к постоянной потере, которая не может быть восстановлена ​​путем зарядки. Необратимая потеря емкости в основном связана с количеством полных циклов зарядки/разрядки, напряжением батареи и температурой. Чем больше времени батарея остается на уровне 4,2 В или 100% заряда (или 3,6 В для литий-ионного фосфата), тем быстрее происходит потеря емкости. Это верно независимо от того, заряжается ли батарея или просто находится в полностью заряженном состоянии с напряжением около 4,2 В. Постоянное поддержание литий-ионной батареи в полностью заряженном состоянии сократит срок ее службы. Химические изменения, которые сокращают срок службы батареи, начинаются при ее изготовлении, и эти изменения ускоряются из-за высокого напряжения покоя и высокой температуры. Постоянная потеря емкости неизбежна, но ее можно свести к минимуму, соблюдая передовые методы работы с батареями при зарядке, разрядке или простом хранении батареи. Использование циклов частичного разряда может значительно увеличить срок службы, а зарядка менее чем на 100 % может еще больше увеличить срок службы батареи.

Буква «C» — это обозначение батареи, используемое для обозначения заявленной производителями батареи разрядной емкости батареи, измеряемой в миллиампер-часах. Например, батарея емкостью 2000 мА·ч может обеспечивать нагрузку 2000 мА в течение одного часа, прежде чем напряжение элемента упадет до напряжения нулевой емкости. В том же примере зарядка аккумулятора со скоростью C/2 будет означать зарядку током 1000 мА (1 А). Значение C важно для зарядных устройств, поскольку оно определяет правильный ток заряда и время, необходимое для полной зарядки аккумулятора. При обсуждении методов завершения минимального зарядного тока батарея емкостью 2000 мАч с использованием C/10 завершит цикл зарядки, когда зарядный ток упадет ниже 200 мА.

Обычно сочетание нескольких факторов увеличивает или уменьшает срок службы батареи. Для увеличения срока службы

• Использовать циклы частичного разряда

  Использование только 20% или 30% емкости аккумулятора перед зарядкой значительно продлит срок службы. Как правило, от 5 до 10 циклов неглубокой разрядки равны одному циклу полной разрядки. Хотя количество циклов частичного разряда может исчисляться тысячами, содержание батареи в полностью заряженном состоянии также сокращает срок службы батареи. По возможности следует избегать циклов полного разряда (до 2,5 В или 3 В, в зависимости от химического состава).

• Избегайте зарядки до 100% емкости

  Это можно сделать, выбрав более низкое напряжение холостого хода. Уменьшение напряжения холостого хода увеличивает цикл и срок службы за счет уменьшения емкости батареи. Падение напряжения покоя от 100 мВ до 300 мВ может увеличить срок службы от двух до пяти и более раз. Литий-ионные кобальтовые химические вещества более чувствительны к более высокому напряжению подзаряда, чем другие химические вещества. Литий-ионные фосфатные элементы обычно имеют более низкое плавающее напряжение, чем более распространенные литий-ионные батареи.

• Выберите правильный метод завершения зарядки

  Выбор зарядного устройства с минимальным током зарядки (C/10 или C/x) также может продлить срок службы батареи, не заряжая ее до 100 % емкости. Например, окончание цикла зарядки, когда ток падает до C/5, аналогично снижению напряжения подзаряда до 4,1 В. В обоих случаях батарея заряжается примерно до 85 % емкости, что является важным фактором для срока службы батареи. .

• Ограничение температуры батареи

  Ограничение экстремальных температур аккумулятора продлевает срок его службы, особенно запрещается зарядка при температуре ниже 0°C. Зарядка ниже 0°C способствует металлизации анода батареи, что может привести к внутреннему короткому замыканию, выделяющему тепло и делающему батарею нестабильной и небезопасной. Многие зарядные устройства для аккумуляторов имеют средства для измерения температуры аккумулятора, чтобы гарантировать, что зарядка не произойдет при экстремальных температурах.

• Избегайте высоких зарядных и разрядных токов

  Высокие зарядные и разрядные токи сокращают срок службы. Некоторые химические вещества больше подходят для более высоких токов, такие как литий-ионный марганец и литий-ионный фосфат. Высокие токи создают чрезмерную нагрузку на батарею.

• Избегайте очень глубоких разрядов (ниже 2 В или 2,5 В)

  Очень глубокие разряды быстро и навсегда повредят литий-ионный аккумулятор. Внутреннее металлическое покрытие может вызвать короткое замыкание, что сделает аккумулятор непригодным для использования и небезопасным. Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют в своих аккумуляторных блоках защитную схему, которая размыкает соединение с аккумулятором, если напряжение аккумулятора ниже 2,5 В или превышает 4,3 В, или если ток аккумулятора превышает заданный пороговый уровень при зарядке или разрядке.

Методы зарядки

Рекомендуемый способ зарядки литий-ионной батареи — подача постоянного тока с ограничением напряжения ±1% до полной зарядки батареи, а затем остановка. Методы, используемые для определения того, когда батарея полностью заряжена, включают измерение общего времени зарядки, контроль зарядного тока или их комбинацию.

В первом методе используется постоянный ток с ограничением по напряжению в диапазоне от C/2 до 1C в течение 2,5–3 часов, что позволяет зарядить аккумулятор до 100 %. Вы также можете использовать меньший ток заряда, но это потребует больше времени. Второй способ аналогичен, но требует контроля тока заряда. По мере зарядки аккумулятора напряжение растет, точно так же, как и в первом способе. Когда он достигает запрограммированного предела напряжения, который также называется плавающим напряжением, зарядный ток начинает падать. Когда он впервые начинает падать, батарея заряжена примерно на 50-60%. Подзарядное напряжение продолжает поступать до тех пор, пока ток заряда не упадет до достаточно низкого уровня (от C/10 до C/20), в это время батарея разряжается приблизительно до 9Заряжен от 2% до 99%, и цикл зарядки заканчивается. В настоящее время не существует безопасного метода быстрой зарядки (менее одного часа) стандартной литий-ионной батареи до 100% емкости.

Не рекомендуется постоянно подавать напряжение на батарею после ее полной зарядки, так как это ускорит необратимую потерю емкости и может привести к внутреннему покрытию металлическим литием. Это покрытие может привести к внутреннему короткому замыканию, что приведет к перегреву и термической нестабильности батареи. Требуемый срок – месяцы.

В некоторых зарядных устройствах для литий-ионных аккумуляторов используется термистор для контроля температуры аккумулятора. Основная цель такого монитора — предотвратить зарядку, если температура батареи выходит за пределы рекомендуемого диапазона от 0°C до 40°C. В отличие от NiCd или NiMH аккумуляторов, температура литий-ионных элементов при зарядке повышается очень незначительно. На рис. 1 показан типичный профиль заряда литий-ионного аккумулятора: зарядный ток, напряжение и емкость аккумулятора в зависимости от времени.

Основным фактором, определяющим плавающее напряжение, является электрохимический потенциал активных материалов, используемых в катоде батареи, который для лития составляет примерно 4 В. Добавление других соединений будет повышать или понижать это напряжение. Второй фактор — это компромисс между емкостью элемента, сроком службы, сроком службы батареи и безопасностью. Кривые в На рис. 2 показана взаимосвязь между емкостью элемента и сроком службы.

Большинство производителей Li-ion установили плавающее напряжение 4,2 В как лучший баланс между емкостью и сроком службы. Используя 4,2 В в качестве предела постоянного напряжения (плавающее напряжение), батарея обычно может обеспечить около 500 циклов зарядки/разрядки, прежде чем емкость батареи упадет до 80%. Один цикл зарядки состоит из полного заряда до полного разряда. Несколько неглубоких разрядов в сумме составляют один цикл полной зарядки.

Несмотря на то, что зарядка до емкости менее 100 % с использованием либо пониженного напряжения холостого хода, либо минимального прерывания зарядного тока приведет к первоначальному снижению емкости батареи, по мере того, как число циклов превышает 500, емкость батареи при более низком напряжении холостого хода может превысить допустимое значение. более высокое плавающее напряжение. На рис. 3 показано, как рекомендуемое напряжение холостого хода сравнивается с пониженным напряжением холостого хода в зависимости от емкости и количества циклов зарядки.

Из-за разного химического состава литий-ионных аккумуляторов и других условий, которые могут повлиять на срок службы аккумуляторов, приведенные здесь кривые являются лишь оценкой количества циклов зарядки и уровней емкости аккумуляторов. Даже одинаковый химический состав аккумуляторов от разных производителей может иметь совершенно разные результаты из-за незначительных различий в материалах аккумуляторов и методах их изготовления.

Производители аккумуляторов указывают метод заряда и плавающее напряжение, которые должен использовать конечный пользователь, чтобы соответствовать спецификациям аккумуляторов по емкости, сроку службы и безопасности. Не рекомендуется зарядка выше рекомендуемого плавающего напряжения. Многие батареи имеют схему защиты аккумуляторной батареи, которая временно размыкает соединение с батареей, если превышено максимальное напряжение батареи. После открытия при подключении аккумуляторной батареи к зарядному устройству защита аккумуляторной батареи обычно сбрасывается. На аккумуляторных батареях часто указано напряжение, например 3,6 В для одноэлементной батареи. Это напряжение является не плавающим напряжением, а скорее средним напряжением батареи, когда батарея разряжается.

Выбор зарядного устройства

Хотя зарядное устройство не контролирует глубину разряда батареи, ток разряда и температуру батареи, которые влияют на срок службы батареи, многие зарядные устройства имеют функции, которые могут увеличить срок службы батареи.

Роль зарядного устройства в продлении срока службы аккумулятора в основном определяется плавающим напряжением зарядного устройства и методом прекращения заряда. Многие зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов имеют фиксированное плавающее напряжение ±1% (или ниже) 4,2 В, но есть некоторые предложения на 4,1 В и 4 В, а также регулируемое плавающее напряжение. Использование зарядных устройств с пониженным плавающим напряжением может увеличить срок службы батареи при зарядке литий-ионной батареи 4,2 В.

Зарядные устройства, которые не предлагают варианты с более низким напряжением покоя, также могут увеличить срок службы батареи. Зарядные устройства, обеспечивающие минимальные методы завершения зарядного тока (C/10 или C/x), могут обеспечить более длительный срок службы батареи за счет выбора правильного уровня зарядного тока, при котором завершается цикл зарядки.

Уровень отключения C/10 доведет батарею только до примерно 92% емкости, но увеличится срок службы. Уровень завершения C/5 может удвоить срок службы, хотя емкость заряда батареи снижается еще больше примерно до 85%. Некоторые микросхемы зарядных устройств обеспечивают режим завершения заряда C/10 (порог тока 10 %) или C/x (регулируемый порог тока).

Время работы в сравнении со сроком службы батареи

При существующей технологии батарей и без увеличения размера батареи вы не сможете одновременно увеличить время работы и срок службы батареи. Для максимального времени работы зарядное устройство должно заряжать аккумулятор до 100% емкости. Это приближает напряжение батареи к рекомендованному производителем напряжению подзаряда, которое обычно составляет 4,2 В ± 1%. К сожалению, зарядка и обслуживание батареи вблизи этих уровней сокращает срок службы батареи. Одним из решений является выбор более низкого плавающего напряжения, которое не позволяет батарее достичь 100% заряда, хотя для обеспечения того же времени работы потребуется батарея большей емкости. Конечно, во многих портативных устройствах батарея большего размера может не подойти.

Кроме того, использование метода отключения минимального зарядного тока C/10 или C/x может оказать такое же влияние на срок службы батареи, как и использование более низкого напряжения холостого хода. Уменьшение напряжения покоя на 100 мВ уменьшит емкость примерно на 15 %, но может удвоить срок службы. В то же время прекращение цикла зарядки при падении зарядного тока до 20 % (C/5) также снижает емкость на 15 % и обеспечивает такое же удвоение срока службы.

Как и ожидалось, при разрядке напряжение батареи будет медленно падать. Профиль напряжения разряда в зависимости от времени зависит от ряда факторов, включая ток разряда, температуру батареи, возраст батареи и тип материала анода, используемого в батарее. В настоящее время в большинстве литий-ионных аккумуляторов используется либо коксовый материал на нефтяной основе, либо графит. Профили напряжения для каждого показаны на Рис. 4 . Более широко используемый графитовый материал обеспечивает более плоское напряжение разряда между 20% и 80% емкости, а затем быстро падает ближе к концу, в то время как коксовый анод имеет более крутой наклон напряжения и более низкое напряжение отсечки 2,5 В. Приблизительную оставшуюся емкость батареи легче определить с коксовым материалом, просто измерив напряжение батареи.

Для увеличения емкости литий-ионные аккумуляторы часто соединяют параллельно. Никаких особых требований не требуется, кроме того, что батареи должны быть одного химического состава, производителя и размера. Ячейки, соединенные последовательно, требуют большего внимания, потому что часто требуется согласование емкости ячеек и схемы балансировки ячеек, чтобы гарантировать, что каждая ячейка достигает одного и того же напряжения покоя и одного и того же уровня заряда.

Последовательное соединение двух элементов (имеющих индивидуальную схему защиты блока) не рекомендуется, поскольку несоответствие емкости может привести к тому, что одна батарея достигнет предела перенапряжения, что приведет к размыканию соединения батареи. Многоэлементные аккумуляторные блоки следует приобретать в сборе с соответствующей схемой защиты у производителя аккумуляторов.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов: 5 советов экспертов для продления срока службы | Saft

Литий-ионные аккумуляторы промышленного класса для питания ваших удаленных или портативных устройств имеют прочную конструкцию и высокую плотность энергии для длительного срока службы даже при экстремальных температурах. Их долговечность напрямую связана с тем, как батарея заряжается, разряжается, а также с рабочей температурой.

В этой статье мы объясним, как работают эти аккумуляторы, и поделимся пятью советами о том, как заряжать промышленные литий-ионные аккумуляторы, чтобы продлить срок их службы. Вы узнаете , как баланс скорости и скорости зарядки имеет ключевое значение для промышленных приложений , так же, как и для ваших мобильных телефонов, ноутбуков или электровелосипедов.
Читайте дальше… 
 

Совет 1. Понимание языка аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы состоят из двух электродов: положительного и отрицательного. Когда вы заряжаете или разряжаете аккумулятор, электроны выходят из аккумулятора под действием электрического тока, а ионы перетекают от одного электрода к другому. Как будто оба электрода дышат, обмениваясь ионами.
 
Когда батарея обеспечивает ток, электроны перемещаются от анода к катоду вне батареи. Применение обратный ток позволяет аккумулятору перезаряжаться: электроны возвращаются к аноду, а ионы лития повторно внедряются в катод. Восстанавливает емкость аккумулятора . Весь процесс зарядки/разрядки определяется как цикл. Количество циклов, которые может выполнить ваша батарея, зависит от производственного процесса, химических компонентов и фактического использования.

Емкость аккумуляторной батареи измеряется в Ач. 9Например, 0135 Saft MP 176065 xtd может похвастаться емкостью 5,6 Ач, что означает, что 5,6 А могут быть выданы за час при 25°C в течение цикла.

На эту емкость напрямую влияют: 

1. Скорость зарядки и разрядки батареи, называемая скоростью C. Токи заряда и разряда обычно выражаются в долях или кратных значениям C: Зарядка/разрядка C означает, что вы будете заряжать или разряжать батарею в течение часа. Зарядка/разрядка C/2 занимает два часа, зарядка/разрядка 2C — 30 минут и т. д. Норма Saft MP 176065 xtd C составляет 5,6 А. Зарядка C / 2 при 2,8 А займет ок. два часа.
2. Уровень напряжения, который отражает уровень заряда: в нашем примере MP 176065 xtd выше, 4,2 В указывает на полный заряд, 2,7 В указывает на то, что батарея полностью разряжена (напряжение отсечки).
3. Температура зарядки, разрядки и рабочая температура.
4. Несколько циклов: со временем батарея теряет емкость из-за физической и химической деградации электродов и электролита.

Хорошее управление глубиной разряда (DoD — процент емкости, которая была удалена из полностью заряженной батареи) и максимальное зарядное напряжение также может увеличить количество циклов, которые батарея сможет выполнить, и, следовательно, срок ее службы.

В этой статье основное внимание уделяется передовым методам зарядки, но мы рассмотрим их в нашей следующей статье.
 

Главный совет 2. Уважайте процесс зарядки CCCV, особенно в плавающем режиме (зарядное устройство — ваш лучший друг)

Зарядить литий-ионный аккумулятор не так-то просто. Зарядное устройство, которое вы выберете, играет здесь ключевую роль, поскольку способ настройки параметров влияет на срок службы батареи. Не подключайте его просто к любому блоку питания и не используйте зарядное устройство, предназначенное для другой технологии (никель-кадмиевое или свинцовое), если вы не хотите столкнуться с проблемами безопасности.

Для правильной зарядки литий-ионного аккумулятора требуется 2 этапа: постоянный ток (CC) с последующей зарядкой постоянным напряжением (CV) . Сначала применяется заряд CC, чтобы довести напряжение до уровня напряжения окончания заряда. Вы даже можете решить уменьшить целевое напряжение, чтобы сохранить электрод. Как только желаемое напряжение достигнуто, начинается зарядка CV и ток уменьшается. Когда ток слишком низкий, зарядка завершается, и ток необходимо отключить.
Например, чтобы вернуть вашему MP 176065 xtd напряжение в конце зарядки 4,2 В, вы можете подать ток 5,6 А. При достижении 4,2 В вы поддерживаете этот уровень напряжения, медленно уменьшая ток до 100 мА или меньше, а затем останавливаете его. Вы также можете выбрать только 4,1 В, тем самым сохранив эластичность электродов и увеличив срок службы батареи.

Емкость аккумулятора напрямую зависит от конечного напряжения заряда , поэтому снижение напряжения снижает емкость аккумулятора. Вам придется найти правильный компромисс между необходимой автономностью, минимальным напряжением, при котором может работать ваше устройство, и долговечностью батареи.
Оставление батареи на постоянном заряде плавающим током после режима CV в процессе зарядки называется плавающим режимом . Солнечная панель — типичный пример приложения с плавающим режимом.

Большинство производителей не рекомендуют плавающий режим, так как он со временем повреждает батарею. Литий-ионный аккумулятор не нуждается в обслуживании благодаря низкому уровню саморазряда. Более того, , если конструкция батареи не имеет необходимых мер безопасности, поддержание уровня заряда полностью заряженной ячейки может привести к ее перезарядке и взрыву.
Серия Saft xtd специально разработана для работы в плавающем режиме в безопасных условиях с ограниченным старением в широком диапазоне температур.
 

Главный совет 3.

Тщательно спроектируйте свою BMS (другого вашего лучшего друга)

Независимо от области применения литий-ионные аккумуляторы должны ассоциироваться с электроникой. Этот ключевой электронный компонент называется системой управления батареями (BMS). Обязательные функции безопасности прерывают разрядку/зарядку для защиты аккумулятора от перенапряжения или пониженного напряжения. BMS проверяет температуру и отключает аккумулятор во избежание перегрева.

BMS также может включать электронику, оптимизирующую однородный заряд между каждым элементом в аккумуляторной батарее ( балансировка ). В батарее, объединяющей несколько последовательно соединенных элементов, через некоторое время в полевых условиях элементы из пакета будут стареть по-разному. Без этой функции балансировки в BMS самая устаревшая ячейка пакета будет стареть быстрее, чем другая. Поскольку продолжительность жизни пакета напрямую связана с самой старой клеткой, хорошая система балансировки продлит срок службы батареи.

Система BMS может быть адаптирована к вашему варианту использования. Некоторые могут отображать State of Charge и State of Health (например: 85 % состояния здоровья означает, что емкость батареи уменьшилась на 15 % с начала ее срока службы — интересное указание, как понимается что 30-процентная потеря первоначальной емкости означает, что химический срок службы батареи подходит к концу и время замены приближается ).
 

Совет 4. Снизьте скорость зарядки C

При низкой скорости зарядки (C/2, C/5 или даже меньше) ионы лития плавно внедряются в графитовые листы, не повреждая электроды.
Когда скорость заряда увеличивается, эта интеркаляция становится все труднее и труднее. Если скорость слишком высока, ионы лития не успевают должным образом проникнуть в электрод и просто оседают на его поверхности, что приводит к преждевременному старению батареи.

Возможны быстрые скорости зарядки, такие как 4C или 10C, например, для аккумуляторов мобильных или электромобилей, но конструкции электродов отличаются, и ожидаемый срок службы короче.

В зависимости от того, сколько времени ваше приложение должно быть перезаряжено, и вашего варианта использования, вам нужно будет найти правильный компромисс между необходимым временем и скоростью зарядки и старением батареи. Скорость зарядки A C/50 лучше для электродов, но не каждое приложение может позволить себе время зарядки более 50 часов! Время зарядки 2C (30 минут) возможно, но ускорит старение батареи.
Поэтому Saft рекомендует ограничить скорость зарядки своего диапазона MP до C или ниже.

 

Совет 5. Контролируйте температуру зарядки 

В большинстве литий-ионных аккумуляторов в одном электроде используется материал графитового типа. Повышенная температура зарядки провоцирует отслоение графитовых листов, что ускоряет необратимую потерю емкости батареи. Это явление может усугубляться, если оно связано с высокой скоростью зарядки: зарядный ток повышает температуру и вызывает ускорение явления отслоения.

Высокий уровень напряжения в сочетании с высокой температурой заставляет электрохимию генерировать газы внутри ячейки, что ускоряет старение химии. В зависимости от конструкции клетки высокие температуры также могут вызывать набухание клеток. Такая деформация может представлять угрозу безопасности, если корпус батареи или расположение устройства не рассчитаны на ее поддержку. Следите за тем, чтобы не превышать предельные значения, установленные производителем аккумулятора, или, например, не ставьте аккумулятор на полную зарядку на длительное время в перегретой машине в разгар лета!

Если в конструкции батареи не предусмотрены обязательные меры защиты от перезарядки, чрезмерной разрядки и перегрева, внутренняя температура элемента выше 130°C может привести к тепловому выходу из строя.

Большинство литий-ионных аккумуляторов могут выдерживать максимальную температуру 60°C, и их рекомендуется заряжать при максимальной температуре 45°C при скорости заряда C/2, в то время как серия MP Saft может поддерживать скорость заряда C выше до 60°C и даже C/5 до +85°C для продуктов xtd благодаря уникальному дизайну.

Очень немногие батареи можно заряжать при температуре ниже 0°C. Электродные листы сжимаются, и электронная проводимость электролита снижается, что затрудняет интеркаляцию ионов в графит. Могут образовываться отложения лития, вызывающие необратимую потерю мощности. Чтобы компенсировать и обеспечить правильную интеркалацию иона, некоторые производители рекомендуют заряжать батарею очень медленно (C/20) при работе при температуре ниже 0°C.
Ассортимент Saft MP может работать с заправками при очень низких температурах — до -30°C! — при применении скоростей C/8 и даже C/5.

 

Давайте обобщим наши 5 основных советов о том, как заряжать литий-ионные аккумуляторы промышленного класса, чтобы продлить срок их службы: Знание того, как работает батарея, поможет вам оптимизировать способ зарядки и разрядки, чтобы максимально эффективно использовать перезаряжаемую батарею

Главный совет 2. Уважайте процесс зарядки CCCV, особенно в плавающем режиме (зарядное устройство — ваш лучший друг) : Аккумуляторы должны следовать определенному процессу зарядки, который обычно выполняется с помощью тщательно подобранного зарядного устройства.