Соединение литий ионных аккумуляторов в батарею: Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

Содержание

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

: Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям; Опубликовано 10.04.2016 14:30; Автор: Abramova Olesya

Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов – каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы. Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока – суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского – 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению. Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы. Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро. При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы. Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста. Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше. Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента. Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно. Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В. (BU-303:

Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента. Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать. Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В. Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”). Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В. Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях. Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его. Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе. Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс. Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов. И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами. (

Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым. Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее. Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента – его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные

анализаторы электрических батарей.

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов. Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel). Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя. Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания – автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре. С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы. Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт. Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента – для соответствия значений напряжения и силы тока. Такой мониторинг реализуется аппаратно – путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов. Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки – отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

: Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям; Опубликовано 10.04.2016 14:30; Автор: Abramova Olesya

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений. Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч. Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского – 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля. Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В. Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки – отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Параллельное и последовательное соединение литиевых батарей

Литиевая батарея серии и параллельное соединение

Из соображений безопасности литий-ионные батареи нуждаются в внешнем PCM, используемом для мониторинга батареи для каждой батареи. Не рекомендуется использовать батареи параллельно. При параллельном подключении убедитесь, что параметры батареи (емкость, внутреннее сопротивление и т. Д.) Согласованы, другие последовательно включенные батареи должны иметь согласованные параметры, в противном случае производительность аккумуляторной батареи может быть намного хуже, чем производительность батареи. одиночная ячейка.

Критерии соответствия литиевой батареи
разница напряжений ≤ 10 мВ, разница сопротивлений ≤ 5 мОм, разница емкостей ≤20 мА

Цель литиевая батарейка согласование заключается в том, чтобы гарантировать, что каждая ячейка в батарее имеет постоянную емкость, напряжение и внутренний импеданс, поскольку из-за несовместимых характеристик литиевая батарея будет иметь различные параметры во время использования. Произойдет дисбаланс напряжения. После долгой работы аккумулятор разрядится. перезарядка, чрезмерная разрядка, потеря емкости или даже возгорание до взрыва.

1.Последовательный и параллельный режим подключения литиевой батареи

модель	18650-2S1P	18650-2S1P	18650-2S2P	18650-2S3P
Напряжение	7.4V	7.4V	7.4V	7.4V
Вместимость	2200/2500/3000mAh	2200/2500/3000mAh	6000mAh	9000mAh
Измерение	18*105mm	183665mm	373766mm	375566mm
Масса	90g	90g	180g	270g

Три литиевые батареи соединены последовательно (11. 1V Литиевая батарейка)

Последовательный и параллельный режимы подключения	18650-3S1 P треугольник	18650-3S1P в соответствии	18650-3S2P	18650-3S3P
Voltage	11.1V	11.1V	11.1V	11.1V
Вместимость	2200/2500/3000mAh	2200/2500/3000mAh	6000mAh	9000mAh
Измерение	66. 536.636.6mm	69.855.718.8mm	66.855.040.8mm	60.668.056.1mm
Масса	155g	158g	285g	425g

Четыре литиевые батареи, подключенные последовательно (14.8V Литиевая батарейка)

Последовательный и параллельный режимы подключения	18650-4S1P square	18650-4S1P In-line	18650-4S2P
Напряжение	14. 8V	14.8V	14.8V
Вместимость	2200/2500/3000mAh	2200/2500/3000mAh	6000mAh
Измерение	69.637.737.7mm	69.373.417.6mm	70.674.237.1mm
Масса	181g	191g	371g

Шесть литиевых батарей, подключенных последовательно (22.2V Литиевая батарейка)

Последовательный и параллельный режимы подключения	18650-6S1P In-line	18650-6S2P	18650-6S3P
Напряжение	25. 2V	25.2V	25.2V
Вместимость	2000/3000mAh	6000mAh	9000mAh
Измерение	1147222mm	1147241mm	1147260mm
Масса	303g	570g	835g

2.Провод / клемма литиевой батареи

Длину вилки и вывода литиевого аккумуляторного блока можно настроить в соответствии с электрическим оборудованием заказчика.

3.Расчет литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Все мы знаем, что напряжение литиевой батареи увеличивается после последовательного подключения, емкость увеличивается после параллельного подключения, тогда как рассчитать количество литиевой батареи при последовательном или параллельном подключении и сколько ячеек?

Перед расчетом нам нужно знать, какая спецификация ячеек аккумуляторной батареи принята для сборки, потому что разные ячейки имеют разное напряжение и емкость. Количество ячеек для последовательного и параллельного соединения, необходимого для сборки определенного блока литиевых батарей, варьируется. Распространенные типы литиевых элементов на рынке: 3,7 В LiCoO2, 3,6 В тройной, 3,2 В LFePO4, 2,4 В титанат лития . Емкость зависит от размера ячейки, материала и производителей.

Возьмем для примера литиевый аккумулятор 48 В 20 Ач.

Предположим, что размер одной используемой ячейки равен18650 3.7V 2000mAh
Количество ячеек последовательного подключения: 48V/3.7V=12.97. То есть 13 ячеек последовательно.
Количество ячеек параллельного подключения: 20Ah/2Ah=10. То есть 10 ячеек параллельно.

Обычно используемые литиевые батареи подключаются последовательно

Номинальное напряжение	Категория батареи	Общее количество последовательного подключения	Напряжение зарядки
12V	3. 7V LiCoO2	3S	12.6V
12V	3.2V LiFePO4	4S	14.6V
24V	3.7V LiCoO2	7S	29.4V
24V	3.2V LiFePO4	8S	29.2V
36V	3.7V LiCoO2	10S	42.0V
	3.7V LiCoO2	11S	46.2V
	3.2V LiFePO4	11S	40. 2V
	3.2V LiFePO4	12S	43.8V
48V	3.7V LiCoO2	13S	54.6V
	3.7V LiCoO2	14S	58.8V
	3.2V LiFePO4	15S	58.8V
	3.2V LiFePO4	16S	58.8V
60V	3.7V LiCoO2	17S	71.4V
60V	3.2V LiFePO4	20S	73. 0V
72V	3.7V LiCoO2	20S	84.0V
72V	3.2V LiFePO4	24S	87.6V

Меры предосторожности при подключении последовательно и параллельно литиевых батарей

Не используйте вместе батарейки разных производителей.
Не используйте вместе батареи с разным напряжением.
Не используйте вместе старые и новые литиевые батареи разной емкости.
Батареи из разных химических материалов нельзя использовать вместе, например, никель-металлогидридные и литиевые батареи.
Замените все батареи, когда электричество не хватает.
Используйте PCM литиевой батареи с соответствующими параметрами.
Выбирайте аккумуляторы с стабильной производительностью. Как правило, для последовательного и параллельного подключения требуется распределение элементов литиевой батареи. Соответствующие стандарты: разница напряжений ≤10 мВ, разница импеданса ≤5 мОм, разница в емкости ≤20 мА

1.Литиевая батарея с различным напряжением, подключенная последовательно

Из-за проблемы согласованности литиевых батарей, когда одна и та же система (например, тройная или литиево-железная) используется для последовательного или параллельного соединения, также необходимо выбирать батареи с одинаковым напряжением, внутренним сопротивлением и емкостью для согласования. Батареи с разными платформами напряжения и различным внутренним сопротивлением, используемые последовательно, заставят определенную батарею полностью заряжаться и разряжаться первой в каждом цикле. Если есть PCM и неисправностей не происходит, емкость всей батареи будет уменьшена. Если нет PCM, аккумулятор будет перезаряжен или разряжен, что приведет к повреждению аккумулятора.

2.Литиевые батареи разной емкости, подключенные параллельно

Если разные емкости или старые и новые литиевые батареи используются вместе, может возникнуть утечка, нулевое напряжение и другие проблемы, потому что в процессе зарядки из-за разницы в емкости некоторые батареи перезаряжаются, а некоторые – нет, а во время процесса разряда аккумуляторы большой емкости. не разрядился, но батареи малой емкости чрезмерно разряжены. В таком замкнутом цикле аккумуляторы будут повреждены утечкой или низким (нулевым) напряжением.

Чтобы собрать литиевые батареи, сначала соедините их параллельно или последовательно?

Топологическая структура литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Типичные режимы подключения литиевой аккумуляторной батареи – это сначала параллельное соединение, затем последовательное, сначала последовательное, затем параллельное и, наконец, смешивание.
Литиевый аккумулятор для чисто электрических автобусов обычно подключается сначала параллельно, а затем последовательно.
Блок литиевых батарей для хранения энергии в электросети обычно подключается сначала последовательно, а затем параллельно.

Топологическая структура первого параллельного, а затем последовательного модуля силовой аккумуляторной батареи
Первая серия, а затем параллель топологической структуры силового аккумуляторного модуля
Сначала параллельный, затем последовательный и снова параллельный топологической структуры силового аккумуляторного модуля

Преимущества литиевых батарей, сначала подключенных параллельно, а затем последовательно
Если элемент литиевой батареи автоматически выходит из строя, за исключением уменьшения емкости, это не влияет на параллельное соединение;
При параллельном подключении короткое замыкание элемента литиевой батареи может вызвать короткое замыкание из-за большого тока, чего обычно избегают с помощью технологии защиты плавкими предохранителями.
Недостатки литиевых батарей, сначала подключенных параллельно, а затем последовательно
Если элемент литиевой батареи автоматически выходит, за исключением уменьшения емкости, это не влияет на параллельное соединение.;
При параллельном подключении короткое замыкание элемента литиевой батареи может вызвать короткое замыкание из-за большого тока, чего обычно избегают с помощью технологии защиты плавкими предохранителями.
Преимущества литиевых батарей, сначала подключенных последовательно, а затем параллельно
Сначала соединение батарей последовательно в соответствии с емкостью, например, 1/3 всей емкости батареи подключаются последовательно, а затем параллельное соединение остальных уменьшит вероятность отказа модулей литиевых батарей большой емкости. Первое последовательное, а затем параллельное соединение помогает сохранить целостность литиевой аккумуляторной батареи.
С точки зрения надежности подключения литиевой батареи, тенденции развития несогласованности напряжения и влияния производительности, режим подключения сначала параллельный, а затем последовательный лучше, чем режим первого последовательного, а затем параллельного , а топологическая структура первой последовательной, а затем параллельной литиевой батареи способствует обнаружению и управлению каждым элементом литиевой батареи в системе.

Последовательная и параллельная зарядка литиевых батарей

1.Последовательная зарядка литиевых батарей

В настоящее время литиевые батареи, как правило, заряжаются последовательно, что в основном связано с их простой структурой, низкой стоимостью и простой реализацией. Но в результате разной емкости, внутреннего сопротивления, характеристик старения и характеристик саморазряда при последовательной зарядке литиевой батареи сначала будет полностью заряжен элемент батареи с наименьшей емкостью, а в этот момент другой элемент батареи не будет полностью заряжен. электричества. Если продолжить последовательную зарядку, полностью заряженный аккумуляторный элемент может перезарядиться.

Избыточная зарядка литиевой батареи ухудшит характеристики батареи и даже приведет к взрыву и травмам, поэтому для предотвращения перезарядки элементов батареи литиевая батарея оснащена системой управления батареями (BMS). Система управления батареями имеет защиту от перезаряда для каждого отдельного элемента литиевой батареи и т. Д. При последовательной зарядке, если напряжение одного элемента литиевой батареи достигает напряжения защиты от перезарядки, система управления батареей отключит всю цепь последовательной зарядки и остановится. зарядка для предотвращения перезарядки одного элемента литиевой батареи, что приведет к невозможности полной зарядки других литиевых батарей.

2.Параллельная зарядка литиевых батарей

При параллельной зарядке литиевых батарей каждой литиево-ионной батарее требуется выравнивающий заряд, в противном случае это повлияет на производительность и срок службы всего литиево-ионного аккумуляторного блока. Распространенные технологии выравнивания заряда включают: выравнивающий заряд постоянного шунтирующего сопротивления, выравнивающий заряд двухпозиционного сопротивления шунта, выравнивающий заряд среднего напряжения батареи, выравнивающий заряд переключаемого конденсатора, выравнивающий заряд понижающего преобразователя, выравнивающий заряд индуктивности и т. Д.

При параллельной зарядке литиевых батарей необходимо обратить внимание на несколько проблем. ：

Литиевые батареи с PCM и без него нельзя заряжать параллельно. Батареи без PCM могут быть легко повреждены перезарядкой.
Батареи, заряжаемые параллельно, обычно необходимо удалить встроенный PCM батареи и использовать унифицированный PCM батареи.
Если в параллельной зарядке аккумулятора нет PCM, напряжение зарядки должно быть ограничено до 4,2 В, а зарядное устройство 5 В использовать нельзя.

После параллельного подключения литий-ионных аккумуляторов появится микросхема защиты от зарядки для защиты от зарядки литиевых аккумуляторов. Производители литиевых аккумуляторов полностью учли изменение характеристик литиевых аккумуляторов параллельно до производства аккумуляторов. Вышеупомянутые требования к текущему дизайну и выбору батарей очень важны, поэтому пользователям необходимо следовать инструкциям по параллельной зарядке литиевых батарей шаг за шагом, чтобы избежать возможного повреждения из-за неправильной зарядки.

3.Примечания по зарядке литиевой батареи

Для литиевой батареи необходимо использовать специальное зарядное устройство, иначе батарея может не достичь состояния насыщения, что повлияет на ее производительность.
Перед зарядкой литиевой батареи ее не нужно полностью разряжать.
Не держите зарядное устройство в розетке долгое время. Снимите зарядное устройство, как только аккумулятор полностью зарядится.
Батареи следует вынимать из электроприборов, которые не использовались долгое время, и хранить после их полной разрядки.
Не подключайте анод и катод батареи в противоположном направлении, иначе батарея вздуется или взорвется.
Никелевое зарядное устройство и литиевое зарядное устройство нельзя использовать вместе.

Российские ученые нашли “зеленую” замену для литиевых аккумуляторов

https://ria.ru/20190603/1555207004.html

Российские ученые нашли “зеленую” замену для литиевых аккумуляторов

Российские ученые нашли “зеленую” замену для литиевых аккумуляторов – РИА Новости, 03.03.2020

Российские ученые нашли “зеленую” замену для литиевых аккумуляторов

Химики из России открыли особое органическое вещество, которое можно использовать в качестве замены для металлов, из которых сейчас изготовляют катод… РИА Новости, 03.03.2020

2019-06-03T12:32

2020-03-03T14:27

наука

технологии

москва

российский химико-технологический университет

российская академия наук

открытия – риа наука

сколковский институт науки и технологий

химия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img. ria.ru/images/147591/78/1475917860_0:0:2466:1387_1920x0_80_0_0_46f490fec6e56929a15d27f76f02de81.jpg

МОСКВА, 3 июн – РИА Новости. Химики из России открыли особое органическое вещество, которое можно использовать в качестве замены для металлов, из которых сейчас изготовляют катод аккумуляторов. Это открытие позволит создать полностью “зеленую” замену для современных литиевых батарей, пишут ученые в Journal of Material Chemistry A.Современные аккумуляторы состоят из трех частей – катода, положительного полюса и источника энергии, анода, отрицательного полюса и “изымателя” этой энергии, и электролита, позволяющего ионам путешествовать между катодом и анодом. Емкость и мощность батарей зависят от состава катода, а их долговечность – от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах заряда и разряда.Органические электролиты уже широко используются в производстве батарей, однако материал катода оставался металлическим. Как правило, его изготавливают из кобальта или соединений марганца, что делает такие источники питания дорогими и потенциально опасными для окружающей среды. Как передает пресс-служба “Сколтеха”, Обрезков и его коллеги уже много лет пытаются найти органическую замену для материалов, используемых при изготовлении катодов в литий-ионных и иных типах аккумуляторов. За последние годы появилось несколько подобных альтернатив, однако у всех них есть большие недостатки, мешавшие им решить эту проблему.Российские химики попытались решить эту проблему, синтезируя различные производные политрифениламина и полимерные молекулы на их основе, замеряя свойства подобных соединений и сравнивая подобные показатели между собой.Результатом этих опытов стало создание вещества под названием PDPPD, чья удельная емкость была примерно в два раза выше, чем у простого политрифениламина. Этот прирост, как объясняют исследователи, был связан с тем, что полимеризация сделала это соединение необычно стабильным с электрохимической точки зрения.Его работу ученые проверили, создав не только литий-ионный аккумулятор с подобным органическим катодом, но и батареи на базе соединений натрия и калия. Как показали первые опыты с ними, они потеряли меньше четверти емкости при пяти сотнях циклов разряда и заряда, причем при этом подобные батареи могли разряжаться и заряжаться с рекордно высокой скоростью.С другой стороны, ученые признают, что у их батарей пока есть несколько больших недостатков, способных сильно ограничить их применение. К примеру, он крайне плохо переносит большие напряжения, что химики связывают с тем, что электролит – смесь из соединений лития, карбоната этилена и деметилкарбоната — становится нестабильным при достижении отметки в 4,2 Вольт.Его замена, как предполагают исследователи, поможет подобным батареям стать еще более емкими и быстрыми в работе, что критически важно для создания дешевых, быстрых и долговечных электромобилей.

https://ria.ru/20170124/1486386713.html

https://ria.ru/20160803/1473484194.html

москва

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/147591/78/1475917860_0:0:2208:1656_1920x0_80_0_0_ab3da6d174b3f2013761f4ac0f261ec8.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, москва, российский химико-технологический университет, российская академия наук, открытия – риа наука, сколковский институт науки и технологий, химия, россия

МОСКВА, 3 июн – РИА Новости.

Химики из России открыли особое органическое вещество, которое можно использовать в качестве замены для металлов, из которых сейчас изготовляют катод аккумуляторов. Это открытие позволит создать полностью “зеленую” замену для современных литиевых батарей, пишут ученые в Journal of Material Chemistry A.

“Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики — полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд. Немаловажно и то, что помимо литиевых аккумуляторов, нам удалось собрать также перспективные натрий- и калий-ионные ячейки”, – рассказывает Филипп Обрезков, аспирант “Сколтеха”.

Современные аккумуляторы состоят из трех частей – катода, положительного полюса и источника энергии, анода, отрицательного полюса и “изымателя” этой энергии, и электролита, позволяющего ионам путешествовать между катодом и анодом. Емкость и мощность батарей зависят от состава катода, а их долговечность – от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах заряда и разряда.

Органические электролиты уже широко используются в производстве батарей, однако материал катода оставался металлическим. Как правило, его изготавливают из кобальта или соединений марганца, что делает такие источники питания дорогими и потенциально опасными для окружающей среды.

24 января 2017, 17:52НаукаХимики из МГУ рассказали, почему у электромобилей не будет емких батарей

Как передает пресс-служба “Сколтеха”, Обрезков и его коллеги уже много лет пытаются найти органическую замену для материалов, используемых при изготовлении катодов в литий-ионных и иных типах аккумуляторов. За последние годы появилось несколько подобных альтернатив, однако у всех них есть большие недостатки, мешавшие им решить эту проблему.

“Катодные материалы на основе политрифениламина и его аналогов обладают потрясающими рабочими характеристиками в металл-ионных аккумуляторах. В частности, они демонстрируют высокий потенциал разряда, хорошую стабильность, а также способны работать при больших скоростях заряда и разряда. Однако, низкая удельная емкость известных полимеров данной группы ограничивает их коммерциализацию”, — продолжает химик.

Российские химики попытались решить эту проблему, синтезируя различные производные политрифениламина и полимерные молекулы на их основе, замеряя свойства подобных соединений и сравнивая подобные показатели между собой.

Результатом этих опытов стало создание вещества под названием PDPPD, чья удельная емкость была примерно в два раза выше, чем у простого политрифениламина. Этот прирост, как объясняют исследователи, был связан с тем, что полимеризация сделала это соединение необычно стабильным с электрохимической точки зрения.

Его работу ученые проверили, создав не только литий-ионный аккумулятор с подобным органическим катодом, но и батареи на базе соединений натрия и калия. Как показали первые опыты с ними, они потеряли меньше четверти емкости при пяти сотнях циклов разряда и заряда, причем при этом подобные батареи могли разряжаться и заряжаться с рекордно высокой скоростью.

С другой стороны, ученые признают, что у их батарей пока есть несколько больших недостатков, способных сильно ограничить их применение. К примеру, он крайне плохо переносит большие напряжения, что химики связывают с тем, что электролит – смесь из соединений лития, карбоната этилена и деметилкарбоната — становится нестабильным при достижении отметки в 4,2 Вольт.

Его замена, как предполагают исследователи, поможет подобным батареям стать еще более емкими и быстрыми в работе, что критически важно для создания дешевых, быстрых и долговечных электромобилей.

3 августа 2016, 12:09НаукаХимики создали батарейку, работающую на витаминахКанадские химики и физики создали новый тип источника питания, который в буквальном смысле работает на витаминах – его основным компонентом является флавин, витамин В2, молекулы которого запасают в себе электрическую энергию.

Как подключить литиевые батареи параллельно или последовательно

Здесь, в Сила мудрости BSLBATT Литий мы гордимся отечественным производством прочных и надежных аккумуляторов LiFePO4.

Вероятно, неудивительно, что мы получаем много вопросов, связанных с батареей.

Один из наиболее частых вопросов – «Мне нужно больше мощности! У вас есть батарея, которая может дать мне больше вольт или больше ампер? » Ответ положительный. Все наши батареи могут быть подключены для получения большей мощности для работы более мощных двигателей (напряжение – v) или дополнительной емкости (ампер-часы – Ач). Это называется последовательным подключением батареи или параллельной литиевой батареей.

Последовательное подключение батареи – это способ увеличить напряжение батареи. Например, если вы последовательно подключите две из наших батарей на 12 В и 10 Ач, вы получите одну батарею на 24 В и 10 ампер-часов. Поскольку многие электродвигатели в байдарках, велосипедах и скутерах работают от 24 вольт, это обычный способ подключения батарей.

Подключение батареи к литиевым батареям Параллельное подключение – это способ увеличить время работы батареи в ампер-часах (т.е. сколько времени батарея будет работать от одной зарядки). Например, если вы подключите две из наших батарей 12 В, 10 Ач параллельно, вы получите одну батарею на 12 В и 20 ампер-часов. Поскольку многие небольшие электродвигатели, солнечные панели, жилые дома, лодки и большая часть бытовой электроники работают от 12 вольт, это обычный способ создания батареи, которая прослужит очень долго.

Последовательное соединение предполагает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения напряжения аккумуляторной системы, но сохраняет тот же номинальный ток в ампер-часах. Помните, что при последовательном подключении каждая батарея должна иметь одинаковое напряжение и емкость, иначе вы можете повредить батарею. Чтобы подключить батареи последовательно, вы подключаете положительный полюс одной батареи к отрицательной клемме другой, пока не будет достигнуто желаемое напряжение. При последовательной зарядке аккумуляторов необходимо использовать зарядное устройство, соответствующее напряжению системы. Мы рекомендуем заряжать каждую батарею индивидуально с помощью зарядного устройства с несколькими банками, чтобы избежать дисбаланса между батареями.

Если вы думаете об электричестве как о воде, протекающей по системе труб, напряжение лучше всего рассматривать как давление воды, а также как метрику, с помощью которой мы можем измерить силу протекания электрического тока. Ампер – это размер трубы, по которой течет вода, и, следовательно, показатель, с помощью которого мы измеряем, сколько мощности мы можем выдать в данный момент. Ампер-часы в данном случае аналогий с водопроводом – это мера того, сколько галлонов воды проходит по вашим трубам с течением времени.

Я всегда находил это изображение (и многие подобные изображения в Интернете) полезным для объяснения электричества.

Основы

Батарейные блоки конструируются путем последовательного соединения нескольких ячеек; каждая ячейка добавляет свое напряжение к напряжению на клеммах батареи. Рисунок 1 Ниже показана типичная конфигурация стартерной батареи BSLBATT 13.2 В LiFePO4.

Батареи могут состоять из комбинации последовательного и параллельного подключения. Ячейки параллельно увеличили ток обработки; каждая ячейка добавляет к общей сумме ампер-часов (Ач) батареи. BSLBATT B-LFP12V 12AH является примером последовательной и параллельной конфигурации литиевых батарей. Конфигурация B-LFP12V 12AH, 13.2 В / 12.4 Ач, показана на Рисунок 2.

Более слабая ячейка в последовательно соединенных ячейках вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется мощностью самого слабого элемента (аналогично слабому звену в цепи). Слабый элемент может не выйти из строя сразу, но может быть разряжен (падение напряжения ниже безопасного уровня, 2.8 В на элемент) быстрее, чем сильный элемент при разрядке. При зарядке слабый элемент может заполниться раньше здорового и перезарядиться (напряжение превышает 3.9 В на элемент). В отличие от слабого звена в цепной аналогии, слабый элемент вызывает нагрузку на другие здоровые элементы в батарее. Элементы в групповых блоках должны быть согласованы, особенно при воздействии высоких зарядных и разрядных токов. Рисунок 3 ниже показан пример батареи со слабым элементом.

Система управления батареями (BMS) Защита ячеек

BMS непрерывно контролирует напряжение каждой ячейки. Если напряжение одной ячейки превышает другие, схемы BMS будут работать, чтобы снизить уровень заряда этой ячейки. Это гарантирует, что уровень заряда всех ячеек остается равным, даже при высоком разряде (> 100 Ампер) и токе заряда (> 10 Ампер).

Ячейка может быть необратимо повреждена, если перезарядить (перенапряжение) или разрядить (истощить) только один раз. BMS имеет схему для блокировки зарядки, если напряжение превышает 15.5 В (или если напряжение какой-либо ячейки превышает 3.9 В). BMS также отключает аккумулятор от нагрузки, если он разряжен до уровня менее 5% (состояние чрезмерной разрядки). Чрезмерно разряженная батарея обычно имеет напряжение менее 11.5 В (<2.8 В на элемент).

Несколько батарей, подключенных последовательно и / или параллельно (каждая батарея со своей собственной BMS)

Батареи BSLBATT на 13. 2 В могут использоваться последовательно или параллельно для достижения более высоких рабочих напряжений и / или емкости для вашего конкретного применения. Важно использовать батареи одной модели с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать батареи разного возраста.

Если не указано иное, батареи BSLBATT одобрены для использования до двух серий и или двух литиевых батарей, работающих параллельно, без дополнительной внешней электроники. Это ограничение применяется из-за того, что импеданс, емкость или скорость саморазряда между ячейками могут различаться. Ограничение допускает нормальные изменения в одной батарее без неблагоприятного воздействия на другую батарею.

Кроме того, ограничения и рабочие пределы допускают ненормальные условия, такие как слабый или неисправный элемент в одной батарее. Обратите внимание, что характеристики конкретной батареи отличаются, когда она используется в последовательном режиме. См. Раздел ниже «Максимальные пределы безопасной эксплуатации» для получения информации о номинальных характеристиках батареи.

Всегда предпочтительнее использовать одну батарею на 26.4 В вместо двух последовательно соединенных батарей на 13.2 В, поскольку одна батарея может внутренне контролировать каждую из 8 последовательно соединенных ячеек и обеспечивать сбалансированный уровень заряда всех ячеек.

Провода и соединители, используемые для создания параллельной группы батарей последовательно / литиевых батарей, должны быть рассчитаны на ожидаемые токи.

Не подключайте литиевые батареи серии BSLBATT к другим химическим батареям.

На изображении ниже два 12В батареи соединены последовательно, что превращает этот аккумуляторный блок в систему 24 В. Вы также можете видеть, что у банка все еще есть номинальная емкость 100 Ач.

Параллельное соединение предполагает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения емкости батарейного блока в ампер-часах, но ваше напряжение остается неизменным. Для параллельного подключения батарей положительные клеммы соединяются вместе с помощью кабеля, а отрицательные клеммы соединяются вместе другим кабелем, пока вы не достигнете желаемой емкости.

Параллельное соединение литиевых батарей не предназначено для того, чтобы позволить вашим батареям питать что-либо с выходным напряжением, превышающим его стандартное выходное напряжение, а скорее увеличивает время, в течение которого они могут обеспечивать питание оборудования. Важно отметить, что при зарядке батарей, подключенных параллельно к литиевым батареям, увеличенная емкость в ампер-часах может потребовать более длительного времени зарядки.

В приведенном ниже примере у нас есть две батареи на 12 В, но вы видите, что ампер-часы увеличиваются до 200 Ач.

Теперь мы подходим к вопросу: «Могут ли батареи BSLBATT подключаться последовательно или параллельно?»

Стандартная линейка продуктов: наши стандартные литиевые батареи могут быть подключены последовательно или параллельно в зависимости от того, что вы пытаетесь выполнить в своем конкретном приложении. BSLBATT В технических данных указано количество батарей, которые могут быть подключены последовательно в зависимости от модели. Обычно мы рекомендуем для нашего стандартного продукта не более 4 параллельно подключенных батарей, однако могут быть исключения, которые позволяют использовать больше в зависимости от вашего приложения.

Важно понимать разницу между параллельной и последовательной конфигурациями и их влияние на производительность вашего блока батарей. Независимо от того, ищете ли вы увеличения напряжения или емкости в ампер-часах, знание этих двух конфигураций чрезвычайно важно для максимального продления срока службы литиевой батареи и общей производительности.

У вас больше вопросов?
Посетите наш Часто задаваемые вопросы страницу с наиболее часто задаваемыми вопросами о литиевых батареях.

Готовы приобрести следующий аккумуляторный блок?
Ознакомьтесь с нашей полной линейкой литиевых батарей.

Развитие сырьевой базы для создания литий-ионных аккумуляторов / КонсультантПлюс

Развитая сырьевая база Российской Федерации при условии поддержки развития собственных платформ, энергетических систем (аккумуляторных батарей и в дальнейшем топливных элементов) позволит построить современное конкурентоспособное производство электромобилей.

Рост рынка электромобилей будет способствовать увеличению спроса на сырье для их основного компонента – аккумуляторов. В основном в электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы, которые производятся из соединений таких металлов, как литий, никель, марганец, кобальт, медь, алюминий и другие. В настоящее время две трети литий-ионных батарей в мире поставляются из Китайской Народной Республики.

Российская Федерация обладает большими сырьевыми запасами компонентов литий-ионных батарей для электромобилей и других накопителей энергии. Примерно 10 процентов глобальных объемов никеля, большая часть из которого 1-го “катодного” класса, и 3 процента кобальта производятся публичным акционерным обществом “Горно-металлургическая компания “Норильский никель”.

Российская сырьевая база редкоземельных металлов составляет до 25 процентов мировых запасов. Заложенный потенциал может обеспечить почти любой уровень их товарной добычи, однако в силу неразвитости собственного российского производства конечной высокотехнологичной продукции (в том числе электромобилей) спрос на эти металлы удовлетворяется в основном за счет импорта.

В настоящее время в мировой цепочке производства литий-ионных аккумуляторов Российской Федерации отводится роль поставщика сырья (никель, кобальт, медь, алюминий) с низкой добавленной стоимостью, в пределах 5 процентов цены готовой батареи.

В то же время экспертами отмечается, что российская база ресурсов лития является одной из крупнейших в мире, металл обнаруживается в 16 месторождениях. Ресурсы лития в Российской Федерации оцениваются в 1000 – 1500 тыс. тонн, страна находится на 10-м месте в мире по уровню запасов. При этом не производится добыча лития для внутреннего рынка России. Вместо этого импортируется менее 1500 тонн металла.

Важно отметить, что выявленные мировые запасы лития благодаря продолжающейся разведке значительно возросли во всем мире и составляют около 80 млн. тонн. Запасы лития в Соединенных Штатах Америки из континентальных рассолов, геотермальных рассолов, гекторита, нефтепромысловых рассолов и пегматитов составляют 6,8 млн. тонн. Запасы лития в других странах были пересмотрены и составляют до 73 млн. тонн. Ресурсы лития в Боливии составляют 21 млн. тонн, в Аргентине – 17 млн. тонн, в Чили – 9 млн. тонн, в Австралии – 6,3 млн. тонн, в Китае – 4,5 млн. тонн, в Конго (Киншаса) – 3 млн. тонн, в Германии – 2,5 млн. тонн, в Канаде и Мексике – по 1,7 млн. тонн, в Чехии – 1,3 млн. тонн, в Мали, Российской Федерации и Сербии – по 1 млн. тонн, в Зимбабве – 540000 тонн, в Бразилии – 400000 тонн, в Испании – 300000 тонн, в Португалии – 250000 тонн, в Перу – 130000 тонн, в Австрии, Финляндии и Казахстане – по 50000 тонн, Намибии – 9000 тонн.

Помимо добычи в Российской Федерации существуют перспективы по производству лития в качестве попутного продукта на месторождениях нефти и газа. Публичное акционерное общество “Газпром” совместно с обществом с ограниченной ответственностью “ИСТ Эксплорейшен” готовят проект добычи лития на Ковыктинском месторождении газа.

При этом необходимо иметь в виду, что ускоряется разработка и использование батарей “постлитиевого” поколения на основе натрия, поскольку запасы натрия в мире практически неисчерпаемы. В 2020 году осуществлены первые поставки промышленных образцов разработки американской компании “Натрон” энергетической компании Шеврон.

Таким образом, обеспеченность российской промышленности “батарейными” металлами, за исключением лития, позволяет решать любые амбициозные проекты по техническому перевооружению российской экономики за счет собственных ресурсов.

Следует отметить, что все указанные инвестиционные проекты в части освоения новых месторождений лития и кобальта как в Российской Федерации, так и за рубежом были разработаны в 2017 – 2018 годах, однако в условиях пандемии, падения спроса на металлы в 2019 – 2021 годах и ограниченности собственных финансовых ресурсов у инвесторов реализация многих проектов замедлится и сроки ввода сдвинутся на более поздние периоды.

Открыть полный текст документа

Композиционный материал из графена и дисульфида ванадия повысит емкость и скорость заряда литий-ионных батарей

Сегодня литий-ионные аккумуляторы – это наиболее популярный источник питания для многих устройств, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями. В отличие от обычных, такие батареи обладают высокой удельной емкостью, длительным сроком службы и эксплуатационной безопасностью. Несмотря на существующие преимущества, задачи повышения емкости и скорости зарядки элементов питания остаются актуальными.

Физическая основа литий-ионного аккумулятора – два электрода, анод (плюс) и катод (минус), разделенные пористым полимерным материалом. Во время зарядки, электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду, а во время работы батареи, ионы движутся обратно. Когда батарея «умирает», возможность для перемещения ионов лития между электродами снижается. Именно поэтому спустя несколько месяцев после покупки смартфон необходимо заряжать гораздо чаще, чем первоначально.

Оказывается, продлить срок службы элемента питания возможно с помощью графена – это уникальный двумерный материал, за открытие которого в 2010 году была вручена Нобелевская премия. Он обладает высокой удельной поверхностью, хорошей электропроводностью и упругостью. Предполагается, что графен может найти широкое применение в разных областях промышленности, в том числе в устройствах, сохраняющих энергию.

Исследователи из Красноярска и Москвы предложили использовать в качестве анодного материала для литий-ионных батарей двухслойную гетероструктуру состоящую из монослоев дисульфида ванадия и графена.

«Предложенный композит представляет собой двухмерную структуру из двух разнородных слоев – графена и дисульфида ванадия. Толщина такой пластины составляет порядка одного нанометра. Мы показали, что ионы лития могу связываться не только на поверхности такого материала, но и в межслоевом пространстве, что в конечном итоге приводит к его высокой удельной емкости», — пояснил младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных явлений Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Максим Высотин.

Ученые подсчитали, что возможная емкость такого композита составит 569 мАч на один грамм анодного материала, это почти в два раза выше, чем у графита – наиболее часто используемого анода в современных литий-ионных батареях. Теоретические расчеты показали – соединение графена и ванадия обеспечивает как хороший перенос электронов, так и механическое упрочнение материала.

«Ключевой особенностью композита, помимо емкости, является высокая подвижность ионов лития внутри. Это позволяет быстро заряжать аккумулятор или питать от него устройства повышенной мощности. Также, высокая подвижности ионов позволяет надеяться на хорошую работу аккумуляторов при низкой температуре», — добавил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Захар Попов.

В ходе работы, исследователи обнаружили еще одну важную особенность – сохранение уникальных электронных свойств графена в композите, даже после заполнения его литием. Возможно, этот эффект откроет новые возможности для управления свойствами наноматериалов на основе графена, предполагают ученые.

Исследование посвящено памяти кандидата физико-математических наук Кузубова Александра Александровича (1974-2016).

Автор публикации Екатерина Бурчевская

Как подключить литиевые батареи параллельно или последовательно.

Компания Wisdom Power BSLBATT Lithium гордится отечественным производством прочных и надежных батарей LiFePO4. Вероятно, неудивительно, что мы получаем много вопросов, связанных с батареей.

Один из самых частых вопросов: «Мне нужно больше мощности! У вас есть батарея, которая может дать мне больше вольт или больше ампер? » Ответ положительный. Все наши батареи могут быть подключены для получения большей мощности для работы более мощных двигателей (напряжение – v) или дополнительной емкости (ампер-часы – Ач).Это называется последовательным подключением батареи или параллельной литиевой батареей.

Последовательное подключение батареи – это способ повысить ее напряжение. Например, если вы последовательно подключите две из наших батарей на 12 В и 10 Ач, вы получите одну батарею на 24 В и 10 ампер-часов. Поскольку многие электродвигатели в байдарках, велосипедах и скутерах работают от 24 вольт, это обычный способ подключения батарей.

Подключение батареи к литиевым батареям Параллельное подключение – это способ увеличить время работы батареи в ампер-часах (т.е.е. как долго аккумулятор будет работать без подзарядки). Например, если вы подключите две из наших батарей 12 В, 10 Ач параллельно, вы получите одну батарею на 12 В и 20 ампер-часов. Поскольку многие небольшие электродвигатели, солнечные панели, жилые дома, лодки и большая часть бытовой электроники работают от 12 вольт, это обычный способ создания батареи, которая прослужит очень долго.

Соединения серии

включают соединение 2 или более батарей вместе для увеличения напряжения аккумуляторной системы, но сохраняет тот же номинальный ток в ампер-часах.Помните, что при последовательном подключении каждая батарея должна иметь одинаковое напряжение и емкость, иначе вы можете повредить батарею. Чтобы подключить батареи последовательно, вы подключаете положительный полюс одной батареи к отрицательной клемме другой, пока не будет достигнуто желаемое напряжение. При последовательной зарядке аккумуляторов необходимо использовать зарядное устройство, соответствующее напряжению системы. Мы рекомендуем заряжать каждую батарею индивидуально с помощью зарядного устройства с несколькими банками, чтобы избежать дисбаланса между батареями.

Основы

Батарейные блоки разработаны путем последовательного соединения нескольких ячеек; каждая ячейка добавляет свое напряжение к напряжению на клеммах батареи. На рисунке 1 ниже показана типичная конфигурация стартерной батареи BSLBATT 13,2 В LiFePO4.

Батареи могут состоять из комбинации последовательного и параллельного подключения.Ячейки параллельно увеличили ток обработки; каждая ячейка добавляет к общей сумме ампер-часов (Ач) батареи BSLBATT B-LFP12V 12AH является примером последовательной и параллельной конфигурации литиевых батарей. Конфигурация B-LFP12V 12 Ач, 13,2 В / 12,4 Ач, показана на рис. 2 .

Более слабая ячейка в последовательно соединенных ячейках вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется мощностью самого слабого элемента (аналогично слабому звену в цепи).Слабый элемент может не выйти из строя сразу, но может быть разряжен (падение напряжения ниже безопасного уровня, 2,8 В на элемент) быстрее, чем сильный элемент при разрядке. При зарядке слабый элемент может заполниться раньше здорового и перезарядиться (напряжение превышает 3,9 В на элемент). В отличие от слабого звена в цепной аналогии, слабый элемент вызывает нагрузку на другие здоровые элементы в батарее. Элементы в групповых блоках должны быть согласованы, особенно при воздействии высоких зарядных и разрядных токов. На рисунке 3 ниже показан пример батареи со слабым элементом.

Система управления батареями (BMS) Защита ячеек

BMS непрерывно контролирует напряжение каждой ячейки. Если напряжение одной ячейки превышает другие, схемы BMS будут снижать уровень заряда этой ячейки. Это гарантирует, что уровень заряда всех ячеек остается одинаковым, даже при высоком разряде (> 100 Ампер) и токе заряда (> 10 Ампер).

Ячейка может быть необратимо повреждена, если перезарядить (перенапряжение) или разрядить (разрядить) только один раз.BMS имеет схему для блокировки зарядки, если напряжение превышает 15,5 В (или если напряжение какой-либо ячейки превышает 3,9 В). BMS также отключает аккумулятор от нагрузки, если он разряжен до уровня менее 5% (состояние чрезмерной разрядки). Чрезмерно разряженная батарея обычно имеет напряжение менее 11,5 В (<2,8 В на элемент).

Несколько батарей, подключенных последовательно или параллельно (каждая батарея со своей BMS) Батареи

BSLBATT на 13,2 В можно использовать последовательно или параллельно для достижения более высоких рабочих напряжений и / или емкости для вашего конкретного применения.Важно использовать батареи одной модели с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать батареи разного возраста.

Если не указано иное, батареи BSLBATT одобрены для использования до двух серий или двух литиевых батарей, работающих параллельно, без дополнительной внешней электроники. Это ограничение применяется из-за того, что импеданс, емкость или скорость саморазряда между ячейками могут различаться. Ограничение допускает нормальные изменения в одной батарее без неблагоприятного воздействия на другую батарею.

Кроме того, ограничения и рабочие пределы допускают ненормальные условия, такие как слабый или неисправный элемент в одной батарее. Обратите внимание, что номинальные характеристики конкретной батареи различаются, когда она используется в последовательном режиме. См. Раздел ниже «Максимальные пределы безопасной эксплуатации» для получения информации о номинальных характеристиках батареи.

Всегда предпочтительнее использовать одну батарею на 26,4 В вместо двух последовательно соединенных батарей на 13,2 В, поскольку одна батарея может внутренне контролировать каждую из 8 последовательно соединенных ячеек и обеспечивать сбалансированный уровень заряда всех ячеек.

Провода и соединители, используемые для параллельной сборки последовательных / литиевых батарей, должны быть рассчитаны на ожидаемые токи.

Не соединяйте литиевые батареи серии BSLBATT с другими химическими батареями.

На изображении ниже две батареи на 12 В, соединенные последовательно, превращают этот блок батарей в систему на 24 В. Вы также можете видеть, что у банка все еще есть номинальная емкость 100 Ач.

Параллельное соединение подразумевает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения емкости батарейного блока в ампер-часах, но ваше напряжение остается неизменным.Для параллельного подключения батарей положительные клеммы соединяются вместе с помощью кабеля, а отрицательные клеммы соединяются вместе другим кабелем, пока вы не достигнете желаемой емкости.

A Литиевые батареи Параллельное соединение не предназначено для того, чтобы позволить вашим батареям питать что-либо с выходным напряжением, превышающим его стандартное выходное напряжение, а скорее увеличивает время, в течение которого оно может обеспечивать питание оборудования. Важно отметить, что при зарядке батарей, подключенных параллельно к литиевым батареям, увеличенная емкость в ампер-часах может потребовать более длительного времени зарядки.

В приведенном ниже примере у нас есть две батареи на 12 В, но вы видите, что ампер-часы увеличиваются до 200 Ач.

Теперь мы подходим к вопросу: «Могут ли батареи BSLBATT подключаться последовательно или параллельно?»

Стандартная линейка продуктов: Наши стандартные литиевые батареи могут быть подключены последовательно или параллельно в зависимости от того, что вы пытаетесь выполнить в своем конкретном приложении. В технических паспортах BSLBATT указано количество батарей, которые могут быть подключены последовательно, в зависимости от модели.Обычно мы рекомендуем для нашего стандартного продукта не более 4 параллельно подключенных батарей, однако могут быть исключения, которые позволяют использовать больше в зависимости от вашего приложения.

Важно понимать разницу между параллельной и последовательной конфигурациями и их влияние на производительность вашего блока батарей. Независимо от того, хотите ли вы увеличить напряжение или емкость в ампер-часах, знание этих двух конфигураций чрезвычайно важно для максимального продления срока службы литиевой батареи и общей производительности.

Есть еще вопросы?
Посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов, чтобы получить ответы на часто задаваемые вопросы о литиевых батареях.

Готовы приобрести следующий аккумуляторный блок?
Ознакомьтесь с нашей полной линейкой литиевых батарей.

Как подключить две литий-ионные батареи – соединить параллельно_Greenway аккумулятор

Можно ли параллельно подключать литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы можно подключать параллельно. Если в цепи могут потребоваться более высокие токи, а элементы большего размера недоступны или несовместимы с конструкцией, то можно подключить параллельно один или несколько литий-ионных элементов.Большинство химикатов батарей, включая литий-ионные элементы, допускают параллельные конфигурации, которые имеют несколько побочных эффектов. Однако емкость параллельных ячеек, а также время работы имеют тенденцию к увеличению, в то время как, с другой стороны, напряжение остается постоянным.

Ячейка с высоким сопротивлением менее критична при параллельном подключении, чем при последовательном. Однако отказавший элемент снизит общую нагрузочную способность. С другой стороны, короткое замыкание более опасно, поскольку неисправный аккумулятор истощает энергию других элементов в цепи, и это может вызвать опасность возгорания.Многие из этих коротких замыканий имеют тенденцию быть умеренными и возникают как повышенный саморазряд.

Короткое замыкание может иногда происходить из-за обратной поляризации или даже роста дендритов в клетках. Большие аккумуляторные блоки обычно имеют предохранитель, который отключает вышедшие из строя элементы от параллельной цепи в случае короткого замыкания. При параллельном подключении слабая ячейка не влияет на напряжение, поскольку оно остается постоянным по всей цепи. Однако из-за пониженной емкости он обеспечит низкое время работы. Кроме того, закороченный элемент в цепи может вызвать чрезмерный нагрев и, следовательно, опасность возгорания.

Как подключить литий-ионные аккумуляторы параллельно?

Перед тем, как подключить литий-ионные батареи к параллельному соединению, есть несколько рекомендаций или рекомендаций, которых вам, возможно, придется придерживаться в качестве меры предосторожности для вас и батареи.

1. Избегайте подключения батарей с совершенно другим химическим составом

Существует много типов версий или технологий литий-ионных аккумуляторов. Поскольку все они подпадают под категорию литий-ионных и работают по одним и тем же принципам функционирования, эти батареи были изготовлены с использованием разного химического состава.Поэтому они, как правило, производят разные уровни плотности энергии, а также по-разному реагируют в одних и тех же условиях окружающей среды.

Например, вам не следует пытаться подключать литий-фосфатные батареи (LiFePO4) к обычным литий-ионным элементам. Из-за разницы в химическом составе между ними будет одна батарея, которая будет производить больше энергии, чем другая, что создает большую нагрузку на последнюю. Если, например, обычная литий-ионная батарея разрядится или сначала разрядится, это снизит производительность другой батареи LiFePO4, и это сократит время использования.

Если в соединении будут использоваться обе батареи, установка станет очень несбалансированной и в конечном итоге станет бесполезной.

2. Всегда рекомендуется использовать батареи того же напряжения, а также со спецификациями ампер-часов

Если вы планируете использовать для этого соединения, например, литий-полимерные элементы, было бы разумно просто подключить две или более моделей одних и тех же литий-полимерных элементов. Если вам случится подключить элементы, которые имеют различную электронику в своих системах управления батареями, все может выйти из-под контроля или усложниться.Вариации возможностей или результатов также достаточно широки. Даже если результаты кажутся разными, вы все равно получите сильно разбалансированные клетки.

Поэтому рекомендуется использовать батареи аналогичного типа с одинаковыми характеристиками и напряжением. Если это литий-ионный аккумулятор на 3 В, обязательно подключите его к тому же самому литиево-ионному элементу, который выдает 3 В. Это улучшает балансировку ячеек и дает вам точные результаты, снижая при этом вероятность любых нарушений, которые могут возникнуть в результате эксперимента или подключения.На всякий случай попробуйте получить элементы из одних и тех же аккумуляторных блоков.

3. Попробуйте использовать изолирующий предохранитель

Возможно, не было сообщений о каких-либо проблемах, возникающих при параллельном подключении батарей, но когда вы имеете дело с большими элементами, рекомендуется использовать изолирующие предохранители. Это мера предосторожности, которую следует принять на всякий случай.

Что вам понадобится

При параллельном подключении батарей вам может понадобиться несколько вещей.Эти предметы включают следующее:

· Две или более полностью заряженных батареи с одинаковым напряжением и характеристиками для обеспечения сбалансированности элементов; таким образом, увеличивая общее время использования.

· Провода, подходящие для конкретных требований ячеек к силе тока,

· Коннекторы или зажимы типа «крокодил».

Подсоедините зажимы или разъемы к проводам, чтобы получился соединительный кабель, или вы можете использовать уже сделанный соединительный кабель. Подключите положительные клеммы одним кабелем, а отрицательные клеммы – другим.Убедитесь, что подключение к клеммам выполнено правильно, так как оно должно быть отрицательным к отрицательному, а положительным – к положительному.

В качестве альтернативы вы можете подключить нагрузку к одной из ячеек, и она будет истощать их одинаково. Однако наиболее подходящий метод, который обеспечит выравнивание ячеек, – это соединение положительного полюса на одном конце батареи и отрицательного – на другом.

Как совместить два аккумуляторных блока?

Возможно объединение двух аккумуляторных блоков.В большинстве этих блоков уже есть встроенные схемы для параллельного или последовательного подключения. Например, автомобильный аккумулятор может состоять из 6 ячеек, каждый с напряжением 2 В, что в сумме составляет 12 В. Вы можете соединить аккумуляторные блоки параллельно, чтобы получить более высокий ток, но напряжение останется 12 В. Однако, когда вы решите соединить батареи последовательно, вы получите более высокое напряжение 24 В, в то время как ток останется неизменным во всей цепи.

Чтобы соединить эти блоки параллельно, используйте соединительный кабель для подключения положительных клемм, а другой кабель – для подключения отрицательных клемм.

Заключение

Если вы понятия не имеете, что делаете при обращении с литий-ионными батареями, не делайте этого без помощи специалиста. Батареи содержат легковоспламеняющийся электролит, и они могут легко воспламениться. Поэтому важно понимать все инструкции и процедуры, прежде чем проводить эксперименты самостоятельно.

литий-ионный аккумулятор для электровелосипеда литиевая батарея

Подключение литиевых батарей параллельно и последовательно | Большая мощность

Литиевая батарея серии и параллельное соединение

По соображениям безопасности литий-ионные батареи нуждаются в внешнем PCM, используемом для мониторинга батареи для каждой батареи.Не рекомендуется использовать батареи параллельно. При параллельном подключении убедитесь, что параметры батареи (емкость, внутреннее сопротивление и т. Д.) Согласованы, другие последовательно включенные батареи должны иметь согласованные параметры, в противном случае производительность аккумуляторной батареи может быть намного хуже, чем производительность батареи. одиночная ячейка.

Критерии соответствия литиевой батареи
: разность напряжений ≤ 10 мВ, разница импедансов ≤ 5 мОм, разница в емкостях ≤ 20 мА

Целью согласования литиевой батареи является обеспечение того, чтобы каждая ячейка в батарее имела постоянную емкость, напряжение и внутренний импеданс, поскольку из-за несовместимых характеристик литиевая батарея будет иметь различные параметры во время использования.Произойдет дисбаланс напряжения. После долгой работы батарея перезарядится, разрядится, потеряет емкость или даже загорится, чтобы взорваться.

1. Режим последовательного и параллельного подключения литиевой батареи

модель	18650-2С1П	18650-2С1П	18650-2С2П	18650-2S3P
Напряжение	7,4 В	7,4 В	7,4 В	7,4 В
Вместимость	2200/2500/3000 мАч	2200/2500/3000 мАч	6000 мАч	9000 мАч
Размер	18 * 105 мм	18 * 36 * 65 мм	37 * 37 * 66 мм	37 * 55 * 66 мм
Масса	90 г	90 г	180 г	270 г

Три литиевые батареи, соединенные последовательно (11.Литиевая батарея 1 В)

Режим последовательного и параллельного подключения	18650-3S1 П треугольник	18650-3С1П рядный	18650-3С2П	18650-3S3P
Напряжение	11,1 В	11,1 В	11,1 В	11,1 В
Вместимость	2200/2500/3000 мАч	2200/2500/3000 мАч	6000 мАч	9000 мАч
Размер	66.5 * 36,6 * 36,6 мм	69,8 * 55,7 * 18,8 мм	66,8 * 55,0 * 40,8 мм	60,6 * 68,0 * 56,1 мм
Масса	155 г	158 г	285 г	425 г

Четыре литиевые батареи, соединенные последовательно (литиевая батарея 14,8 В)

Режим последовательного и параллельного подключения	18650-4С1П квадрат	18650-4S1P Рядный	18650-4S2P
Напряжение	14.8В	14,8 В	14,8 В
Вместимость	2200/2500/3000 мАч	2200/2500/3000 мАч	6000 мАч
Размер	69,6 * 37,7 * 37,7 мм	69,3 * 73,4 * 17,6 мм	70,6 * 74,2 * 37,1 мм
Масса	181 г	191 г	371 г

Шесть литиевых батарей, соединенных последовательно (литиевая батарея 22,2 В)

Режим последовательного и параллельного подключения	18650-6С1П Рядный	18650-6С2П	18650-6S3P
Напряжение	25.2В	25,2 В	25,2 В
Вместимость	2000/3000 мАч	6000 мАч	9000 мАч
Размер	114 * 72 * 22 мм	114 * 72 * 41 мм	114 * 72 * 60 мм
Масса	303 г	570 г	835 г

2.Провод / клемма литиевой батареи

3. Расчет литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Перед расчетом нам нужно знать, какая спецификация ячеек аккумуляторной батареи принята для сборки, потому что разные ячейки имеют разное напряжение и емкость.Количество ячеек для последовательного и параллельного соединения, необходимого для сборки определенного блока литиевых батарей, варьируется. Распространенные типы литиевых элементов на рынке: 3,7 В LiCoO2, 3,6 В тройной, 3,2 В LFePO4, 2,4 В титанат лития . Емкость зависит от размера ячейки, материала и производителей.

Возьмите литиевый аккумулятор 48 В 20 Ач для примера

Предположим, что размер используемой отдельной ячейки составляет 18650 3,7 В 2000 мАч
Количество ячеек для последовательного подключения: 48 В / 3.7 В = 12,97. То есть 13 ячеек последовательно.
Количество ячеек параллельного подключения: 20Ah / 2Ah = 10. То есть 10 ячеек параллельно.

Часто используемые литиевые батареи, подключенные последовательно

Номинальное напряжение	Категория батарей	Общее количество последовательного соединения	Напряжение зарядки
12В	3,7 В LiCoO2	3S	12,6 В
12В	3.2В LiFePO4	4S	14,6 В
24 В	3,7 В LiCoO2	7S	29,4 В
24 В	3,2 В LiFePO4	8S	29,2 В
36 В	3,7 В LiCoO2	10S	42,0 В
	3,7 В LiCoO2	11S	46,2 В
	3,2 В LiFePO4	11S	40,2 В
	3.2В LiFePO4	12S	43,8 В
48 В	3,7 В LiCoO2	13S	54,6 В
	3,7 В LiCoO2	14S	58,8 В
	3,2 В LiFePO4	15S	58,8 В
	3,2 В LiFePO4	16S	58,8 В
60 В	3,7 В LiCoO2	17S	71,4 В
60 В	3.2В LiFePO4	20S	73,0 В
72В	3,7 В LiCoO2	20S	84,0 В
72В	3,2 В LiFePO4	24S	87,6 В

Меры предосторожности для последовательных и параллельных литиевых батарей

Не используйте вместе батарейки разных производителей.
Не используйте вместе батареи с разным напряжением.
Не используйте вместе старые и новые литиевые батареи разной емкости.
Батареи с разными химическими материалами нельзя использовать вместе, например, никель-металлогидридные и литиевые батареи.
Замените все батареи при недостатке электричества.
Используйте PCM литиевой батареи с соответствующими параметрами.
Выбирайте батареи с стабильной производительностью. Как правило, для последовательного и параллельного подключения требуется распределение элементов литиевых батарей. Соответствующие стандарты: разница напряжений ≤10 мВ, разница сопротивлений ≤5 мОм, разница емкости ≤20 мА

1.Литиевая батарея с различным напряжением, подключенная последовательно

Из-за проблемы согласованности литиевых батарей, когда одна и та же система (например, тройная или литиево-железная) используется для последовательного или параллельного соединения, также необходимо выбирать батареи с одинаковым напряжением, внутренним сопротивлением и емкостью для согласования. Батареи с разными платформами напряжения и различным внутренним сопротивлением, используемые последовательно, заставят определенную батарею полностью заряжаться и разряжаться первой в каждом цикле.Если есть PCM и неисправностей не происходит, емкость всей батареи будет уменьшена. Если PCM отсутствует, аккумулятор будет перезаряжен или разряжен, что приведет к его повреждению.

2. параллельно соединенные литиевые батареи разной емкости

Если разные емкости или старые и новые литиевые батареи используются вместе, может возникнуть утечка, нулевое напряжение и другие проблемы, потому что во время процесса зарядки из-за разницы в емкости некоторые батареи перезаряжаются, а некоторые – нет, а во время процесса разряда аккумуляторы большой емкости. не разрядился, но батареи малой емкости чрезмерно разряжаются.В таком замкнутом цикле аккумуляторы будут повреждены утечкой или низким (нулевым) напряжением.

Литиевые батареи, зарядка последовательно и параллельно

1.Зарядка литиевых батарей серии

В настоящее время литиевые батареи, как правило, заряжаются последовательно, что в основном связано с их простой структурой, низкой стоимостью и простой реализацией. Но из-за разной емкости, внутреннего сопротивления, характеристик старения и характеристик саморазряда при последовательной зарядке литиевой батареи сначала будет полностью заряжен элемент батареи с наименьшей емкостью, а в этот момент другой элемент батареи не будет полностью заряжен. электричества.Если продолжить последовательную зарядку, полностью заряженный аккумуляторный элемент может перезарядиться.

2. Параллельная зарядка литиевых батарей

При параллельной зарядке литиевых батарей каждой литиево-ионной батарее требуется выравнивающий заряд, в противном случае это повлияет на производительность и срок службы всего литий-ионного аккумуляторного блока. Распространенные технологии выравнивания заряда включают: выравнивающий заряд постоянного шунтирующего сопротивления, выравнивающий заряд двухпозиционного сопротивления шунта, выравнивающий заряд среднего напряжения батареи, выравнивающий заряд переключаемого конденсатора, выравнивающий заряд понижающего преобразователя, выравнивающий заряд индуктивности и т. Д.

Необходимо обратить внимание на несколько проблем при параллельной зарядке литиевых батарей ：

Литиевые батареи с PCM и без него нельзя заряжать параллельно. Батареи без PCM могут быть легко повреждены перезарядкой.
Батареи, заряжаемые параллельно, обычно необходимо удалить встроенный PCM батареи и использовать унифицированный PCM батареи.
Если в параллельной зарядке аккумулятора нет PCM, напряжение зарядки должно быть ограничено до 4.Зарядное устройство на 2 В и 5 В. использовать нельзя.

После параллельного подключения литиево-ионных аккумуляторов появится микросхема защиты от зарядки для защиты от зарядки литиевых аккумуляторов. Производители литиевых аккумуляторов полностью учли изменение характеристик литиевых аккумуляторов параллельно до производства аккумуляторов. Вышеупомянутые требования к текущему дизайну и выбору батарей очень важны, поэтому пользователям необходимо следовать инструкциям по параллельной зарядке литиевых батарей шаг за шагом, чтобы избежать возможных повреждений из-за неправильной зарядки.

3. Замечания по зарядке литиевой батареи

Для литиевой батареи необходимо использовать специальное зарядное устройство, иначе батарея может не достичь состояния насыщения, что повлияет на ее характеристики.
Перед зарядкой литиевой батареи ее не нужно полностью разряжать.
Не оставляйте зарядное устройство в розетке долгое время. Снимите зарядное устройство, как только аккумулятор полностью зарядится.
Батареи следует вынимать из электроприборов, которые не использовались долгое время, и хранить после их полной разрядки.
Не подключайте анод и катод батареи в противоположном направлении, иначе батарея вздуется или взорвется.
Никелевое зарядное устройство и литиевое зарядное устройство нельзя использовать вместе.

Наши блоги – Как заряжать литиевые батареи параллельно?

27 ноября 2019 г. 19:19:55 America / Los_Angeles

Батареи могут достичь желаемого рабочего напряжения при последовательном соединении нескольких ячеек; Каждая из ячеек добавит свой потенциал напряжения, чтобы получить общее напряжение, требуемое на клеммах.С другой стороны, параллельное соединение увеличивает емкость за счет простого добавления общего ампер-часа (Ач) всех задействованных ячеек.

Однако некоторые аккумуляторные блоки состоят из комбинации последовательного и параллельного подключения. Для ноутбуков обычно используются четыре литий-ионных элемента 3,6 В, подключенных последовательно для достижения номинального напряжения 14,4 В, а затем две ячейки, подключенные параллельно, для увеличения емкости с 2400 мАч до 4800 мАч. Эта конфигурация известна как 4s2p, что означает четыре ячейки последовательно и две ячейки параллельно.Изолирующая пленка между ячейками предотвратит короткое замыкание проводящей металлической оболочки.

Большинство химикатов, используемых в аккумуляторах, подходят как для последовательного, так и для параллельного подключения. Однако важно, чтобы использовались батареи одного и того же типа с одинаковым напряжением и емкостью (Ач), и их нельзя смешивать с батареями разных производителей и размеров. Более слабая ячейка вызовет дисбаланс в системе. Это особенно важно в любой конфигурации, выполняемой последовательно, потому что мощность аккумулятора равна самому слабому звену в цепи.

Параллельная зарядка литиевой батареи

Если есть необходимость в более высоких токах, и нет места для больших элементов, или если большие элементы не соответствуют конструкции или структуре батареи или устройства, то одна или несколько ячеек могут быть подключены параллельно. Как указывалось ранее, большая часть химического состава аккумуляторов допускает параллельное подключение и конфигурацию с минимальными побочными эффектами или их отсутствием. Номинальное напряжение может оставаться неизменным (например, 3,60 В), но емкость (Ач) и время работы аккумулятора будут увеличиваться в зависимости от количества подключенных аккумуляторов.

Таким образом, при параллельном подключении аккумуляторов емкость аккумулятора в Ач увеличится, включая время работы. Но напряжение всегда останется прежним.

Ячейка, развивающая высокое сопротивление, менее критична при добавлении к параллельному соединению, чем в последовательной конфигурации. Но неисправный элемент снижает общую нагрузочную способность. Это похоже на двигатель с четырьмя цилиндрами, который работает только на трех, а не на четырех. Однако электрическое короткое замыкание является более серьезным, поскольку неисправный элемент забирает энергию из других элементов и может создать опасность возгорания.Большинство так называемых электрических коротких замыканий мягкие и выражаются в высоком саморазряде.

Полное короткое замыкание может произойти из-за обратной поляризации или роста дендритов. Таким образом, большие блоки обычно включают в себя предохранитель, который отключит неисправный элемент от параллельной цепи при его коротком замыкании.

Слабый элемент не влияет на напряжение, но приведет к сокращению времени работы из-за уменьшенной емкости. Короткая ячейка может вызвать чрезмерное нагревание и создать опасность пожара.В больших упаковках есть предохранитель. Предохранитель предназначен для предотвращения высокого тока путем изоляции неисправной ячейки.

Можно ли безопасно заряжать литиевые батареи параллельно?

Да, параллельно можно заряжать аккумуляторы. Все, что вам нужно сделать, это соблюдать меры предосторожности, связанные с зарядкой литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов. Если вы не знаете, как это работает, вы либо найдете кого-то, кто может это сделать, либо вообще не пробуете это сделать.В большинстве случаев использование правильных инструментов (например, правильного зарядного устройства) может сэкономить вам много времени и стресса.

Только батареи одного типа (глубокого разряда, пусковые, AGM, герметичные, гелевые, необслуживаемые) могут заряжаться одновременно при параллельном подключении (от + до +, от – до -).

При параллельном подключении аккумуляторов общее напряжение аккумуляторов сохраняется. Например, если две 12-вольтовые батареи подключены параллельно, общее напряжение составляет 12 вольт.

Если вы подключаете несколько батарей параллельно, убедитесь, что вы подключили положительную клемму (+) первой батареи к положительной клемме (+) второй батареи.Затем таким же образом подключите отрицательную клемму (-) первой батареи к отрицательной клемме (-) второй батареи.

Знак плюс первой батареи и знак минус первой батареи должны быть подключены к BatteryMINDer, если он доступен. В противном случае подключите их к доступной батарее.

Затем также убедитесь, что вы подключаете каждую батарею к другой с помощью изолированного кабеля калибра 18 (типа шнура лампы). Зачистите его там, где вы хотите, чтобы он находился в электрическом контакте с клеммами каждой батареи, затем используйте кольцо или зажимы, чтобы удерживать его на месте.

Не забывайте обессеривать каждую батарею отдельно в течение 2-3 дней, если вы подключаете их параллельно. В противном случае они не будут десульфатироваться одинаково.

В чем разница между последовательной и параллельной зарядкой литиевых батарей?

Электрические компоненты подключаются последовательно или параллельно. Оба они обладают преимуществами и недостатками, а также имеют свои применения – там, где они наиболее сильны.

При последовательном подключении литий-ионных аккумуляторов емкость аккумулятора остается такой же, но напряжение аккумулятора увеличивается.

В то время как напряжение литий-ионных аккумуляторов остается неизменным при параллельном подключении аккумуляторов, емкость, однако, увеличивается с добавлением ячеек в установку. В последовательной конфигурации необходима балансировочная схема для выравнивания и компенсации дисбаланса SOC, в то время как параллельные ячейки в значительной степени уравновешивают себя. Каждая батарея большой емкости имеет внутреннюю параллельную ячейку. Но, с другой стороны, каждая высоковольтная батарея имеет элементы, последовательно соединенные внутри балансирующей цепью.

Это некоторые из различий между батареями, подключенными последовательно и параллельно. Собирая батарею для параллельного подключения, убедитесь, что вы соблюдаете все меры предосторожности, чтобы оставаться в безопасности.

Механизм всего процесса переразряда и вызванное переразрядом внутреннее короткое замыкание в литий-ионных батареях

Кривая напряжения во время переразряда

Напряжение во время переразряда показано на рис. 1 (а). Профиль переразряда можно приблизительно разделить на 3 стадии в соответствии с характеристиками колебаний напряжения.На этапе I (−11% Рисунок 1

Анализ напряжения во время переразряда.

Профиль напряжения

( a ) во время избыточного разряда и терминальных условий ячеек 2–16, отмеченных точками в порядке убывания SOC, ( b ) анализ инкрементной емкости Стадии II с отмеченными пиками и впадинами, ( c ) увеличен вид этапа II, показывающий точки перегиба с полосами погрешностей.

Падение напряжения на ступени I вызвано увеличением потенциала анода и уменьшением потенциала катода; потому что переразряд приводит к деинтеркаляции Li ⁺ с анода и попаданию в катод. На стадии II, когда потенциал анода достигает приблизительно 3,4 ~ 3,5 В ^15,19, начинается анодная коррозия коллектора Cu; анодный потенциал, таким образом, входит в платформу электрохимической реакции для растворения Cu. Ионы меди, растворенные в электролите, могут проходить через сепаратор и оседать на катоде; катодный потенциал, таким образом, увеличивается из-за восстановления ионов меди.Перенапряжение для растворения Cu может объяснить провал напряжения примерно при -11% SOC. На стадии III электрохимические реакции растворения и осаждения Cu продолжаются, и внутреннее короткое замыкание становится более серьезным, со снижением на R _ISCr. Следовательно, абсолютное значение напряжения, которое является произведением тока переразряда и R _ISCr, уменьшается и приближается к нулю.

Ячейки, находящиеся под избыточным разрядом, которые были остановлены на этапе I, не показали заметных изменений свойств, тогда как на этапе III напряжение медленно асимптотически увеличивалось до 0 В, что указывает на возникновение серьезного ISCr.Однако на этапе II характеристики кривой напряжения были более сложными, потому что результаты различались в разных терминальных условиях. Чтобы детализировать изменения напряжения и их влияние на переразряд, кривая напряжения ступени II была проанализирована с помощью анализа инкрементной емкости ³⁰, как показано на рис. 1 (b); пики и впадины кривой приращения емкости указывают точки перегиба кривой напряжения, обозначенные как MIN, A, B, C, D и E на рис. 1 (c). В соответствии с приведенным выше анализом кривой напряжения конечные условия на Этапе II были выбраны так, чтобы они находились вблизи точек перегиба.Точка перегиба B на рис. 1 (b) расположена на значительном пике возрастающей емкости, представляя платформу электрохимической реакции, где предполагается растворение коллектора Cu. На рис. 2 показан процесс растворения меди во время сверхразряда и образования ISCr, вызванного избыточным разрядом. Внутреннее короткое замыкание, вызванное осаждением Cu, происходит после чрезмерного разряда элемента до SOC <-12% и становится более серьезным во время процесса избыточного разряда.

Рисунок 2

Растворение и осаждение меди во время переразряда и образования внутреннего короткого замыкания.

Перезарядка после разной степени переразряда

Элементы были перезаряжены током 8,33 А (1 / 3C) после завершения испытаний на переразряд при различных условиях (см. Дополнительную таблицу S1). Эксперименты по перезарядке были разделены на две категории (с ISCr и без них) в зависимости от наличия ISCr.

Ячейки 2, 3 и 4 не показали ISCr после чрезмерного разряда до MIN, A и B (рис. 1 (c)), соответственно, поскольку они могли быть полностью заряжены и циклически повторены без каких-либо признаков ISCr или значительной потери емкости.Результаты для ячеек, не относящихся к ISCr, предполагают, что если сверхразряд прекращается до точки B примерно при -12% SOC (первая платформа после возникновения минимального напряжения), элемент может быть полностью заряжен и повторно использован только с второстепенной стороной. эффекты.

Остальные образцы (с ISCr), переразряженные над точкой B, показали очевидные характеристики ISCr с разными сопротивлениями ( R _ISCr). Ячейки 5 и 6 переразряжены до -13,0% и -13.7% соответственно, может быть полностью заряжен током 8,33 А (1 / 3C) (рис. 3 (а)). После перезарядки элементы 5 и 6 показали значительный саморазряд, и истощение OCV элементов 5 и 6 показано на рис. 3 (b). Было сложнее полностью зарядить ячейку 6 по сравнению с ячейкой 5, так как время зарядки было больше для ячейки 6. Более того, OCV ячейки 6 истощается быстрее, чем у ячейки 5. Это явление предполагает, что ячейки 5 и 6 пострадали. из ISCr и R _ISCr ячейки 6 был ниже, чем у ячейки 5.

Рисунок 3

Процесс пополнения и истощения OCV.

( a ) процесс перезарядки ячеек 5 и 6 с ISCr, по сравнению с нормальной ячейкой 1, ( b ) истощение OCV и результаты моделирования ячеек 5 и 6.

Ячейки, которые были чрезмерно разряжены до SOC < −14,5% не удалось полностью зарядить до 4,2 В при токе 8,33 А (1 / 3C). В процессе перезарядки их напряжения увеличивались после начала перезарядки, но вскоре достигли стабильного значения.Стабильное напряжение во время процесса перезарядки становится ниже по мере дальнейшего увеличения переразряда, что указывает на более низкое значение R _ISCr.

Оценка

R _ISCr с использованием прогностической / механистической модели

R _ISCr может быть оценена количественно путем анализа истощения OCV после полной перезарядки ячейки. R _ISCr элементов 5 и 6 оцениваются с использованием прогностической / механистической модели ^8,27,28 в сочетании с моделью эквивалентной схемы батареи с ISCr ²⁹, как показано на рис.4 (б). Согласно модели эквивалентной схемы, смоделированный OCV, обозначенный как V _sim ( t ) в уравнении. (1), равно напряжению, вызванному R _ISCr.

Рисунок 4

Модель эквивалентной схемы.

( a ) обычная батарея, ( b ) батарея с ISCr.

Ток I ( t ) является постоянным 0, потому что напряжение батареи наблюдается при разомкнутой цепи, как показано в уравнении.(2). Комбинируя уравнение. (2) с текущим законом Кирхгофа в уравнении. (3), получаем уравнение. (4), который указывает, что ток через R _ISCr и внутреннее сопротивление R должны быть эквивалентными в любой момент времени.

Ур. (5) записывается в соответствии с законом напряжения Кирхгофа, где E ( t ) обозначает электродвижущую силу, заданную прогностической / механистической моделью в уравнении. (6). V _p ( y ( t )) и V _n ( x ( t )) обозначают потенциал катода и потенциал анода, соответственно. y ( t ) определяется как настраиваемая переменная в тестах полуэлементов вместо стехиометрического содержания лития в катоде ⁸. Кроме того, x ( t ) относится к значению x в Li _x C ₆ ³¹. Полуэлементы с Li _y Ni _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ (NCM) / Li и графит / Li были изготовлены и циклически проверены при токе C / 20 при 25 ° C для получения V _p ( y ) и V _n ( x ) (см. Дополнительный рис.S1).

Ур. Уравнение (7), полученное из уравнений (4, 5, 6), определяет ток при саморазряде. Комбинируя уравнение. (7) с уравнением. (1), мы получаем выражение V _sim ( t ) в уравнении. (8).

Катодный потенциал V _p ( y ( t )) и анодный потенциал V _n ( x ( t )) изменяются за время -процесс разряда, потому что y ( t ) и x ( t ) являются функциями времени, как показано в уравнениях (9, 10), где y ₀ ( x ₀ ) обозначает начальное значение y ( x ), C _p ( C _n) представляет емкость катода (анода) и является интегралом собственного ток разряда.Катодный потенциал и анодный потенциал во время саморазряда можно определить, объединив y ( t ) и x ( t ) с отдельной кривой квазиравновесного напряжения полуэлемента, как показано на дополнительном рис. S1.

Следовательно, OCV во время саморазряда можно смоделировать из уравнений (7, 8, 9, 10), выбрав соответствующие настройки для [ R , R _ISCr, y ₀, x ₀, C _p, C _n] с использованием метода оптимизации, такого как генетический алгоритм, как в ссылках 8,28.Среднеквадратичная ошибка (RMSE) между смоделированным напряжением холостого хода В _sim ( t ) и наблюдаемым напряжением холостого хода вычисляется для оценки степени совпадения, как показано в уравнении. (11). n – длина данных, используемых для моделирования, и представляет собой моменты времени.

На рис. 3 (b) сравнивается смоделированный OCV с наблюдаемым OCV для ячеек 5 и 6. Смоделированные кривые напряжения хорошо соответствуют экспериментальным наблюдениям, показывая, что модель и определенные параметры приблизительно отражают ISCr переразряженных ячеек.

Количество ячеек, которые не удалось полностью перезарядить током 8,33 А (1 / 3C), оценивается простым делением стабильного напряжения на ток зарядки, потому что весь зарядный ток полностью обходится посредством R _ISCr.

На рисунке 5 показана взаимосвязь между расчетным ISCr R _ISCr и SOC избыточного разряда. Результаты показывают, что ISCr возникает после точки перегиба B примерно при -12% SOC, где расположена первая платформа после минимального напряжения. R _ISCr снижается с более низким значением SOC переразряда. Этот метод индуцирования ISCr за счет чрезмерного разряда эффективен и может хорошо контролироваться.

Рис. 5

Взаимосвязь между R _ISCr и клеммным SOC.

Результаты SEM и XRD

Результаты SEM и XRD показывают морфологию поверхности и структурные характеристики ISCr, вызванные сверхразрядом. Цифровые фотографии электродов, снятых с ячеек 1 и 10, которые были демонтированы после испытания на переразряд, представлены на рис.6 (г – к). Как катод, так и анод ячейки 10 окрашены отложениями Cu, которые неравномерно наблюдаются на всех электродах.

Рисунок 6

SEM-изображения и цифровые фотографии клеток 1 (SOC = 0%) и 10 (SOC = -20%).

( a ) анод ячейки 1 (изображение SEM), ( b ) анод ячейки 10 (изображение SEM), ( c ) анод ячейки 10 при большом увеличении (изображение SEM), ( d ) катод ячейки 1 (изображение SEM), ( e ) катод ячейки 10 (изображение SEM), ( f ) катод ячейки 10 при большом увеличении (изображение SEM), ( g ) анод ячейки 1 (цифровая фотография), ( h ) анод ячейки 10 (цифровая фотография), ( i ) катод ячейки 1 (цифровая фотография), ( j ) катод ячейки 10 (цифровая фотография).

Морфология СЭМ материалов на электродах из ячеек 1 и 10 сравнивается на рис. 6 (a – f). На рис. 6 (a, d) показаны нормальный графит и материалы Li _y Ni _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ материалов на аноде и катоде соответственно. Поверхность графитового анода ячейки 1 гладкая, а катод плоский с пористой структурой. Однако после избыточного разряда до -20% SOC (как в ячейке 10) на гладком графитовом аноде появляются мелкие сферические отложения, как показано на рис.6 (b, c), тогда как катод ячейки 10 также загрязнен более крупными сферическими отложениями на материалах катода, как показано на фиг. 6 (e, f).

Результаты XRD на рис. 7 показывают, что осаждение Cu постепенно увеличивается как на аноде, так и на катоде в течение всего процесса сверхразряда. Возникающие пики Cu подтверждают предыдущее предположение о растворении и осаждении медной фольги на электродах во время сверхразряда.

Рисунок 7

Результаты XRD ячеек 1, 5 и 10.

( a ) анод (графит), ( b ) катод (NCM).

Результаты SEM и XRD в сочетании с предыдущим анализом ISCr, вызванного сверхразрядом, демонстрируют, что растворение медной фольги вызвано избыточным разрядом и что последующее отложение ионов меди на электродах приводит к ISCr, когда осаждение Cu проникает через сепаратор. и соединяет два электрода перемычкой. По мере увеличения продолжительности сверхразряда Cu все больше растворяется и осаждается между электродами, что приводит к более тяжелому ISCr с более низким R _ISCr.

Литий-ионные батареи | PhysicsCentral

Доставка заряда

Литий-ионные аккумуляторы

уже питают ваш мобильный телефон и ноутбук, и вскоре они могут питать ваш автомобиль. Но что это за батареи и что делает их намного лучше обычных щелочных батарей?

Чтобы ответить на этот вопрос, важно понимать, как работают батареи. Батарея – это устройство, которое накапливает электрическую энергию и затем может доставлять эту энергию с помощью легко контролируемой электрохимической реакции.

Схема литий-ионного элемента. Перепечатано с любезного разрешения HowStuffWorks.com

Батарея обычно состоит из ряда ячеек, вырабатывающих электричество. Каждая ячейка состоит из трех основных компонентов: анода, катода и электролита. Когда анод и катод соединены электрическим проводником, таким как провод, электроны текут от анода через провод к катоду, создавая электрический ток, в то время как электролит проводит положительный ток в виде положительных ионов или катионов.Материалы, используемые для каждого из этих компонентов, определяют характеристики батареи, включая ее емкость – или общее количество энергии, которое она может доставить – и ее напряжение – или количество энергии на электрон. Представьте, что батарея похожа на резервуар с водой, которую сливают из шланга. Объем бака – это емкость аккумулятора, а давление в шланге – это его напряжение.

Литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона.

Материалы анода и катода выбираются так, чтобы анод отдавал электроны, а катод принимал их.Тенденция материала отдавать или принимать электроны обычно выражается как стандартный электродный потенциал объекта. Разница между электродными потенциалами катода и анода определяет напряжение всей ячейки. Анод и катод разделены электролитом, который представляет собой жидкость или гель, проводящий электричество. Когда анод и катод затем соединяются друг с другом с помощью провода, анод вступает в химическую реакцию с электролитом, в которой он теряет электроны, создавая катионы или положительные ионы – процесс, называемый окислением.Электроны и катионы встречаются на катоде, где они подвергаются химической реакции, называемой восстановлением. Вместе весь процесс известен как окислительно-восстановительная или окислительно-восстановительная реакция. Электроны перемещаются по проволоке от анода к катоду, потому что они имеют более высокую энергию на аноде, чем на катоде. Когда электроны проходят через такое устройство, как электрическая лампочка, энергия батареи используется для работы. Химические реакции в батарее могут длиться некоторое время, но не вечно. В конце концов они истощают или разъедают анод и катод, оставляя недостаточно материала для поддержания реакции.

Оксид лития-кобальта состоит из слоев лития (показаны здесь пурпурными сферами), которые лежат между пластинами, образованными атомами кобальта и кислорода (показаны здесь как соединенные красные и синие сферы).

В литий-ионной батарее ион лития – это катион, который перемещается от анода к катоду. Литий (Li) легко ионизируется с образованием Li ⁺ плюс один электрон. Электролит обычно представляет собой комбинацию солей лития, таких как LiPF ₆, LiBF ₄ или LiClO ₄, в органическом растворителе, таком как эфир.Графит (углерод) чаще всего используется в качестве анода, а оксид лития-кобальта (LiCoO ₂) является наиболее распространенным катодным материалом. Эта комбинация дает общее напряжение 3,6 В (В), что более чем в два раза больше, чем у стандартной щелочной батареи AA. Это дает литий-ионным батареям гораздо лучшее соотношение энергии к объему или удельной энергии, чем у обычных щелочных батарей или других обычных перезаряжаемых батарей, таких как никель-металлогидридные. Отчасти это связано с тем, что литий является третьим по величине элементом после водорода и гелия, и, таким образом, ион лития может нести положительный заряд в очень небольшом пространстве.Однако важно помнить, что даже литий-ионные батареи во много раз менее энергоемкие, чем такие вещества, как моторное топливо или продукты питания, которые хранят энергию в химических связях. Увеличение количества энергии, которое может быть упаковано в батарею заданного объема, является одной из основных задач, стоящих сегодня перед производителями батарей.

Литий-ионные батареи

, в отличие от стандартных щелочных батарей AA и AAA, можно заряжать, выполняя анодную и катодную реакции в обратном порядке. Обычно это делается с помощью зарядного устройства, которое подключается к мощному источнику электричества, например к сетевой розетке или автомобильному прикуривателю.Возможность многократной перезарядки без большой потери емкости – еще одно важное преимущество литий-ионного аккумулятора. Представьте, если бы вам приходилось покупать новую батарею для мобильного телефона каждые несколько дней!

Зарядка и разрядка. Перепечатано с разрешения рисунка 2 из: «Батареи и электрохимические конденсаторы», Абруна, Кия и Хендерсон, Physics Today , декабрь 2008 г. Авторское право 2008 г., Американский институт физики.

Несмотря на все эти преимущества, литий-ионные аккумуляторы не идеальны.Возможно, вы заметили, что количество заряда, которое может выдержать аккумулятор вашего мобильного телефона и ноутбука, уменьшается через несколько лет. Литий-ионные батареи со временем развивают повышенное внутреннее сопротивление, что снижает их способность передавать ток. Кроме того, литий-ионные батареи уязвимы для ряда потенциальных проблем, в том числе перегрева на аноде (возможно, из-за тепла от устройства, которое питает батарея) и производства кислорода из-за перезарядки на катоде. Сложите эти две проблемы вместе, и вы получите хорошие условия для пожара – именно то, что случилось с несколькими незадачливыми владельцами ноутбуков.

Изображение внутренней части литий-ионной аккумуляторной батареи с защитными устройствами. Любезно предоставлено ZDNet UK.

Сегодня литий-ионные аккумуляторы производятся с защитой для ограничения зарядного напряжения и отключения аккумулятора, если температура становится слишком высокой. Другие меры предосторожности позволяют удалить воздух в случае повышения давления и предотвратить слишком глубокую разрядку, после которой аккумулятор не может быть перезаряжен. Эта защитная схема делает батарею безопасной, но она также уменьшает долю батареи, которая используется для хранения энергии, а также медленно разряжает батарею, даже когда устройство выключено.Ряд исследовательских групп занимаются улучшением этих и других аспектов литий-ионной батареи, и в будущем эта трудолюбивая батарея будет появляться во все большем количестве устройств, включая электромобили, о которых мы так много слышим. в эти дни.

Исследования

Большая часть недавних усилий по улучшению литий-ионных аккумуляторов была сосредоточена на разработке анодных или катодных материалов, которые могут удерживать больше заряда в заданном объеме, что приводит к более высокой плотности энергии. Многочисленные исследовательские группы сосредотачиваются на замене графитового анода кремнием, который потенциально может хранить до десяти раз больше текущей емкости.Обратной стороной является то, что кремниевые пленки имеют тенденцию расширяться при поглощении ионов лития во время зарядки и снова сжиматься при высвобождении ионов лития во время разряда, что приводит к измельчению и разрушению анода и короткому сроку службы батареи. Недавно группа под руководством И Цуй из Стэнфордского университета использовала кремниевые нанопроволоки для создания анода, который не имеет этого недостатка. На рисунке 3 представлены изображения этих нанопроволок с ионами лития и без них, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).

Рис. 3. Морфология и электронные изменения Si ННК в результате реакции с Li. Из «Высокопроизводительные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок». Чан и др. Nature Nanotechnolog, 3, 31 – 35 (2008).

Другая идея, привлекшая значительное внимание, – использование фосфата лития-железа (LiFePO ₄) в качестве катода. Несмотря на то, что он имеет немного меньшую емкость и значительно более низкую проводимость по сравнению с оксидом лития-кобальта, фосфат железа дешевле и менее химически активен.Тем не менее-Мин Чан и его коллеги из Массачусетского технологического института (MIT) работают над тем, чтобы это изменить. В 2002 году они показали, что путем «легирования» (добавления примесей) фосфата железа они могут достичь гораздо более высокой проводимости, чем считалось возможным ранее. А в 2004 году команда Чанга смогла использовать очень маленькие (менее 100 нанометров) частицы фосфата железа для улучшения емкости и проводимости катода.

Шарообразная модель фосфата лития-железа, в которой атомы лития – синие, атомы железа – серые, атомы фосфора – желтые, а атомы кислорода – красные.Из «Электропроводящие фосфооливины в качестве электродов-аккумуляторов лития». S Cung, J. Bloking и Y. Chiang. Nature Material , том 1, октябрь 2002 г.

Chiang также принимал участие в исследованиях передовых технологий сборки. Группа исследователей недавно использовала вирусы для сборки катодов литий-ионных аккумуляторов из очень тонких проводов из золота и оксида кобальта. Вирусы и другие биологические системы способны распознавать молекулы и собираться в организованные структуры, что делает их идеальными для инженерии микроскопических батарей.Как и в случае кремниевых анодов, описанных выше, эти новые катоды используют большую площадь поверхности нанопроволок, что обеспечивает большую емкость для заряженных частиц.

Изображение с помощью туннельного электронного микроскопа (ПЭМ) нанопроволок Co3O4, созданных на основе вирусов. «Синтез и сборка нанопроволок для электродов литий-ионных батарей с использованием вирусов». Нам и др., Science, , 12 мая 2006 г., том 312, стр. 886.

Другие исследовательские группы занимаются новыми электролитическими материалами. Как упоминалось ранее, современные литий-ионные батареи со временем теряют емкость, в основном из-за химических реакций между электролитами и электродами.Мохит Сингх из начинающей компании SEEO разрабатывает новый электролит на основе полимеров, которые представляют собой молекулы, состоящие из длинных цепочек повторяющихся структурных единиц. Сингх объединил структурно стабильный полимер с полимером, который хорошо проводит ионы, чтобы создать слой электролита, который является более тонким и менее химически реактивным, чем те, которые используются сегодня. Хироюки Нисиде из Университета Васэда в Токио разрабатывает полностью органическую гибкую батарею с электродами, состоящими из цепочек органических молекул вместо металлов.Это могло бы избежать проблем, связанных с некоторыми металлами, включая ограниченную доступность и удаление отходов. По сравнению с сегодняшними литий-ионными батареями, Nishide предлагает возможность более быстрой зарядки и разрядки и более длительного срока службы в обмен на, по крайней мере, на данный момент, более низкую плотность заряда.

Фотография гибкого полимерного аккумулятора Nishide. От Такео Суги, Хироки Охширо, Шухей Сугиты, Кеничи Ояйдзу и Хироюки Нисиде, адв. Матер. в печати (adma200803073).

Схема, показывающая реакции зарядки и разрядки.От Такео Суги, Хироки Охширо, Шухей Сугиты, Кеничи Ояйдзу и Хироюки Нисиде, адв. Матер. в печати (adma200803073).

Какими бы материалами ни были выбраны электроды и электролиты, ясно одно: для обеспечения энергоэффективного будущего, о котором мы все мечтаем, батареи будущего, как и многие многообещающие технологии, будут зависеть от инженерных технологий нанометрового уровня, которые все еще изобретается.

Ссылки

HowStuffWorks
Как работают литий-ионные батареи

Battery University
Отличный веб-сайт, посвященный батареям.

Science @ Berkeley Lab
Батареи будущего II

YouTube
Как это сделано: литий-ионные батареи

Tech-On
Повышение безопасности литий-ионных аккумуляторов

Science Daily
Новый аккумулятор из нанопроволоки удерживает в 10 раз больше заряда существующих

Обзор технологий
Литий-ионные батареи повышенной емкости

Лес медных стержней диаметром около 100 нанометров создает гораздо большую площадь поверхности для электродов батарей большой емкости.Первоначально опубликовано в «Высокоскоростные электроды на основе Cu с наноархитектурой на основе Fe3O4 для литий-ионных аккумуляторов»
P.L. Таберна, С. Митра, П. Пойзот, П. Саймон * и Дж.М. Тараскон, Nature Materials , 5 (2006) 567-573

Конфигурации аккумуляторных батарей

– линейные, многорядные и вложенные элементы

Конфигурация аккумуляторной батареи

может быть спроектирована с несколькими вариантами, некоторые из которых определяются химическим составом, типом элемента, желаемым напряжением и емкостью, а также пространственными ограничениями.Основное объяснение состоит в том, как элементы батареи физически соединяются последовательно и параллельно для достижения желаемой мощности батареи.

Последовательное соединение обеспечивает большую емкость, параллельное соединение – большее напряжение. Ячейки бывают фиксированного напряжения и различной емкости. Если вам нужно больше напряжения, вы можете иметь дело с напряжением, кратным напряжению ячейки. Емкости ячеек различаются, а напряжения – нет. Все никель-кадмиевые или никель-металлгидридные элементы имеют номинальное напряжение 1,2 В, свинцово-кислотные – 2,0 В, а различные литиевые технологии – около 3.6 вольт на ячейку. Если вам нужно больше напряжения, вы должны добавить их последовательно. Если вам нужно меньшее напряжение, вам понадобится какой-то регулятор напряжения или преобразователь постоянного / постоянного тока.

Если вам требуется больше тока, чем может обеспечить одна ячейка, вам может потребоваться подключить ячейки параллельно. Если вам нужна большая емкость для увеличения времени работы, вы также можете подключить ячейки параллельно. Во многих случаях физическая конфигурация делает более привлекательным использование большого количества маленьких ячеек, чем нескольких больших ячеек, поскольку большой блок сложнее разместить, чем несколько маленьких субъединиц.

Физическая компоновка конфигураций обычно рассчитана на то, чтобы вписаться в желаемое пространственное пространство. Материал шинопровода из чистого никеля (и точечная сварка для сборки) является наиболее распространенным методом соединения. Однако, когда конструкция требует большой силы тока батареи, материал шины становится еще одним критическим фактором для конструкции.

Существует бесконечное множество комбинаций батарейных блоков.Ниже мы обозначили наиболее популярные для цилиндрических ячеек.

Припой против сварного шва

Большинство аккумуляторных блоков свариваются точечной сваркой с использованием никелевой ленты для контактов. Пайка непосредственно к ячейкам опасна для ячеек. При слишком высокой температуре легко расплавить или повредить предохранительный клапан, повредить уплотнения или вызвать внутреннее короткое замыкание. Этот ущерб может быть не заметен позже.

Сколько ампер-часов мне нужно?

Емкость элемента измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах.Обозначение емкости – C. Это амперы, умноженные на часы. Разделите на часы, и вы получите усилители; разделите на амперы, и вы получите часы. Например, батарея на 5 ампер-часов – это то же самое, что и батарея на 5000 миллиампер-часов. Если хотите разрядить за 10 часов, то можно получить ток 5/10 = 0,5 ампер. Если вам нужен ток 100 миллиампер, то вы можете работать 5000/100 = 50 часов.

Часто скорость разряда или заряда пропорциональна C. Таким образом, скорость разряда C / 5 означает C / (5 часов) или постоянный ток для полной разрядки батареи за 5 часов.

Расчет времени работы в зависимости от тока является приблизительной оценкой, но точным при правильных условиях. Чем быстрее вы разряжаетесь, тем меньше емкость аккумулятора. Этот компромисс зависит от химического состава и конструкции батареи. Обычно емкость батареи указывается при уровне разряда C / 20. Таким образом, герметичная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея на 12 ампер-часов фактически выдает стабильную 0,6 ампер в течение 20 часов. Однако, если вы разрядите ту же батарею на 12 ампер, вы ожидаете, что проработает час, но этого хватит только на 22 минуты.

В этом отношении разный химический состав батарей различается. Свинцово-кислотные батареи, вероятно, являются худшими в плане быстрого разряда. NiCad и NiMH намного лучше.

Как определить ток, потребляемый вашей системой?

Лучше всего проводить измерения с помощью измерителя тока и регулируемого источника питания (обычно измеритель тока встроен в источник питания).Установите источник питания на самое высокое напряжение, на которое рассчитана система, и измерьте ток. Затем установите источник питания на самое низкое напряжение, на которое рассчитана система, и запишите этот ток. Добавление измерения посередине между ними даст вам представление о том, где находится точка наименьшего энергопотребления (мощность равна напряжению, умноженному на ток).

Идея состоит в том, что вы хотите спроектировать свой блок так, чтобы колебания напряжения батарей были адекватными, а энергопотребление было наименьшим.Некоторые системы будут показывать примерно постоянное энергопотребление независимо от напряжения батареи, а у некоторых будет оптимальное время, когда мощность будет самой низкой. Если переменный источник питания недоступен, составьте график зависимости тока от напряжения батареи во время цикла разряда. Если проведение реальных измерений невозможно, используйте технический паспорт системы или «шаблонную» наклейку на обратной стороне, чтобы узнать номинальную мощность или входной ток. Обычно это дает вам высокую оценку или пиковое значение.

Последовательные и параллельные батареи

Различные элементы NiCad и NiMH лучше всего использовать последовательно, а не параллельно. Это связано с тем, что удержание аккумуляторной батареи в одинаковой яркости во время повторяющихся условий зарядки и разрядки может быть проблемой. Итак, хороший подход – выбрать элементы, которые обеспечат вам необходимую емкость и ток, и соединить их последовательно, чтобы получить необходимое напряжение.

серии

При последовательном использовании напряжение умножается, но ампер-часы остаются неизменными.Таким образом, три последовательных 5AH 3,6V дадут пакет 5AH 10,8V.

Параллельный

При параллельном использовании напряжение остается неизменным, а ампер-часы умножаются. Таким образом, три параллельных элемента 5AH 3,6V дадут батарею 15AH и 3,6V.

Первый вопрос, на который нужно ответить: “Какое напряжение мне нужно?” Второй: «Сколько ячеек в серии мне нужно?»

Напряжение любой ячейки – движущаяся цель.При полной зарядке напряжение будет выше номинального, а в конце емкости напряжение будет ниже номинального. В следующей таблице показан ассортимент различных химикатов:

Химия	Тип	Номинальное напряжение	Напряжение полностью заряжено	Полностью разряженное напряжение	Минимальное напряжение заряда
Литий-ионный Литий-полимерный	Среднее	3.6В	4,2 В	2,8-3,0 В в зависимости от платы защиты отключена	См. На этой веб-странице компромисс между емкостью и напряжением заряда
Литий фосфат железа	Среднее	3,2 В	3.65 В	2,8-3,0 В в зависимости от платы защиты отключена	См. На этой веб-странице компромисс между емкостью и напряжением заряда для литий-железо-фосфатных батарей
NiMH	Среднее	1,2 В	1,4 В	1.0V	1,55 В
никель-кадмиевые	Среднее	1,2 В	1,4 В	1,0 В	1,50 В
Свинцово-кислотный	Среднее	2.0V	2.1VV	1,75 В	2,3–2,35 В

Итак, 10-элементная батарея NiMH-элементов будет иметь 14 В при полной зарядке и разряжаться до 10 В при полной разрядке. Ваша система должна выдерживать этот диапазон напряжений.

Кроме того, если вы хотите иметь возможность заряжаться во время работы вашей системы, система должна быть способна принимать зарядное напряжение, которое всегда выше номинального или полностью заряженного напряжения.

Подходящие элементы в упаковке

Будьте осторожны, чтобы элементы в аккумуляторном блоке совпадали. Когда аккумуляторная батарея под нагрузкой приближается к нулю вольт, более слабые элементы перевернутся и будут повреждены и, возможно, будут вентилироваться.

Сопротивление никелевой полосы в аккумуляторной батарее

Никелевая фольга используется для точечной сварки пакетов.Никель имеет довольно низкое сопротивление, но его достаточно для точечной сварки. Он прочный, имеет очень хорошую коррозионную стойкость и плохо окисляется. Удельное сопротивление никеля 6,9 х 10-6 Ом-см. Формула, которая будет использоваться для расчета сопротивления никелевой полосы: R = {L / (w * t} rho, где L – длина полосы, w – ширина, а t – толщина, все в см. Длину L можно оценить как диаметр ячеек. В следующей таблице приведены типичные значения. Это консервативная оценка, поскольку во многих случаях точечные сварные швы расположены ближе к краю ячеек, чем мы предполагали.

Линейный или F Тип

Обратите внимание, что полоски будут отрываться сверху, когда есть четное количество ячеек, и одна сверху, а другая снизу, когда есть нечетное количество ячеек.

С коннектором и термоусадочной пленкой они выглядят так:

Многорядные ячейки

Есть два способа начать их упаковывать.Один может быть назван кубическим, а другой гранецентрированным кубическим или вложенным.

Упаковка кубиков аккуратными рядами. Размер такой упаковки равен nD x mD x H, где n – количество ячеек в строке, m – количество строк, D – диаметр ячейки, а H – высота ячейки.

Другой пример кубического или составного типа F, сконфигурированного в несколько рядов

Фотография завершенного блока батарей с несколькими рядами ячеек ниже:

Ячейки вложенного типа

Вложенные конфигурации следуют тем же принципам подключения, используя тот же никелевый материал язычка для достижения дизайна.Этот тип конфигурации обычно поддерживается внешней термоусадочной пленкой для дополнительной поддержки ячеек. Открытые концы ячеек обычно защищают рыбьей бумагой.

Некоторые вложенные конструкции даже залиты заливкой, чтобы поддерживать элементы и защищать собранную батарею для общей целостности.

Любой из этих методов является приемлемым и должен рассматриваться с точки зрения передовых методов обращения и защиты аккумулятора во время транспортировки.

Фотография нестандартной вложенной ячейки ниже:

Гранецентрированный кубический

Кубическая насадка с центрированной гранью вложена, чтобы занимать меньше места.Для расчета размера требуется немного геометрии.

Ячейки круглого типа

Круглые конфигурации распространены и используются во многих приложениях. Опять же, следуя тем же принципам приварки язычков, их можно штабелировать для большей емкости и, как правило, упаковывать в термоусадочную пленку для поддержки ячеек.

Для упаковки из 3 ячеек вы можете поместить ячейки в пробирку:

Для упаковки из четырех ячеек в круглой трубке:

Диаметр описанной окружности равен 2.41 Д.

Например, для ячеек AA диаметр составляет 14,2 мм, поэтому три могут поместиться в трубку диаметром 30,7 мм, а четыре – в трубку диаметром 34,22 мм. Вы можете немного увеличить это значение, чтобы учесть изменение диаметра ячеек до 0,5 мм.

Ячейки линейного или L-типа

Пример стопки ячеек, расположенной встык снизу:

Обычно они конструируются путем размещения двух элементов рядом друг с другом и приваривания никелевой полосы поперек клемм.Ячейки конфигурируются встык, изгибая никелевую полосу в форме буквы «U». Габаритные размеры упаковки должны обеспечивать увеличение толщины на 1/2 до 1 мм на стык, чтобы можно было разместить сложенный никелевый язычок.

Фото готового аккумуляторного блока линейной конфигурации ниже:

Соединение литий ионных аккумуляторов в батарею: Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

Параллельное и последовательное соединение литиевых батарей

Литиевая батарея серии и параллельное соединение

1.Последовательный и параллельный режим подключения литиевой батареи

2.Провод / клемма литиевой батареи

3.Расчет литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Меры предосторожности при подключении последовательно и параллельно литиевых батарей

1.Литиевая батарея с различным напряжением, подключенная последовательно

2.Литиевые батареи разной емкости, подключенные параллельно

Чтобы собрать литиевые батареи, сначала соедините их параллельно или последовательно?

Последовательная и параллельная зарядка литиевых батарей

1.Последовательная зарядка литиевых батарей

2.Параллельная зарядка литиевых батарей

3.Примечания по зарядке литиевой батареи

Российские ученые нашли “зеленую” замену для литиевых аккумуляторов

Как подключить литиевые батареи параллельно или последовательно

Развитие сырьевой базы для создания литий-ионных аккумуляторов / КонсультантПлюс

Композиционный материал из графена и дисульфида ванадия повысит емкость и скорость заряда литий-ионных батарей

Автор публикации Екатерина Бурчевская

Как подключить литиевые батареи параллельно или последовательно.

Как подключить две литий-ионные батареи – соединить параллельно_Greenway аккумулятор

Подключение литиевых батарей параллельно и последовательно | Большая мощность

Литиевая батарея серии и параллельное соединение

1. Режим последовательного и параллельного подключения литиевой батареи

2.Провод / клемма литиевой батареи

3. Расчет литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Меры предосторожности для последовательных и параллельных литиевых батарей

1.Литиевая батарея с различным напряжением, подключенная последовательно

2. параллельно соединенные литиевые батареи разной емкости

Литиевые батареи, зарядка последовательно и параллельно

1.Зарядка литиевых батарей серии

2. Параллельная зарядка литиевых батарей

3. Замечания по зарядке литиевой батареи

Наши блоги – Как заряжать литиевые батареи параллельно?

27 ноября 2019 г. 19:19:55 America / Los_Angeles

Механизм всего процесса переразряда и вызванное переразрядом внутреннее короткое замыкание в литий-ионных батареях

Кривая напряжения во время переразряда

Перезарядка после разной степени переразряда

Оценка

Результаты SEM и XRD

Литий-ионные батареи | PhysicsCentral

Доставка заряда

Исследования

Ссылки

– линейные, многорядные и вложенные элементы

Припой против сварного шва

Сколько ампер-часов мне нужно?

Как определить ток, потребляемый вашей системой?

Последовательные и параллельные батареи

серии

Параллельный

Подходящие элементы в упаковке

Сопротивление никелевой полосы в аккумуляторной батарее

Линейный или F Тип

Многорядные ячейки

Другой пример кубического или составного типа F, сконфигурированного в несколько рядов

Ячейки вложенного типа

Гранецентрированный кубический

Ячейки круглого типа

Ячейки линейного или L-типа

Некоторые виды конструкции, демонстрирующие полную сборку аккумуляторных блоков

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ