Характеристики аккумулятора ноутбуков

Основные характеристики аккумуляторов ноутбуков напрямую влияют на время автономной работы устройства, а также на продолжительность срока использования. При выборе новой батареи взамен отработавшего свой срок аккумулятора необходимо обращать внимание на такие характеристики как тип аккумуляторного элемента, емкость, внутреннее напряжение и срок саморазряда. Кроме того, батарея подбирается по размерам и конфигурации, иначе ее будет просто невозможно подключить к устройству.

Тип аккумуляторной батареи

При выборе прежде всего нужно определиться с типом элемента питания. В маркировке указываются обозначения NiCad, NiMh, LiIon и LiPoly. Что они означают, и какой из них лучше?

• Устаревшими типами аккумуляторов считаются NiCad (никель-кадмиевые) и NiMh (никель-металлогидридные). Второй вариант является более современным: такие аккумуляторы меньше подвержены эффекту памяти и обладают в два раза большей емкостью. В новых ноутбуках известных марок они практически не используются.
• LiIon – литий-ионные аккумуляторы, на сегодня являющиеся наиболее востребованными, они имеют небольшие размеры, эффект памяти отсутствует, количество циклов заряда и разряда достигает 600.
• LiPoly – литий-полимерные аккумуляторы, в которых отсутствует жидкий электролит, что полностью исключает утечку. Это инновационные элементы питания с высокой емкостью, они являются наиболее безопасными, но и самыми дорогими.

Технические характеристики аккумуляторов ноутбука

Основной параметр, на который нужно обратить внимание при выборе – это емкость, от которой напрямую зависит продолжительность автономного использования. Емкость измеряется в mWh – миллиВатт/часах или mAh – миллиАмпер/часах. Как правило, на корпусе аккумулятора она указывается в обоих системах измерения: перевести из одной в другую можно по формуле E = q · U, в которой q – это запасаемый заряд, а U – напряжение.

Фактическую емкость и ее отличие от расчетной можно узнать без всяких дополнительных утилит, для этого достаточно войти в командную строку и ввести команду powercfg-energy. Система создаст отчет и сохранит его в файле energy-report.html. Там будет указан тип батареи, производитель, расчетная емкость и последняя полная зарядка. Как только емкость уменьшается на 50%, можно искать другую батарею для замены изношенной. Тем, кто предпочитает долго работать с ноутбуком в автономном режиме, можно подобрать совместимую батарею увеличенной емкости.

Напряжение аккумуляторной батареи зависит от количества элементов питания. Так стандартные трехсекционные батареи имеют напряжение 3х3.6=10.8 V, так как один элемент имеет напряжение 3,6 V. Если же оно увеличено до 3,7V, то общее напряжение батареи составляет 11,1 V. Элементы питания с разницей напряжения не более 0,5 V считаются взаимозаменяемыми, так как каждый современный ноутбук комплектуется контроллером, выравнивающим небольшую разницу. Однако если она превышает 0,5 Вольт, контроллер напряжения будет испытывать постоянную повышенную нагрузку и быстрее выйдет из строя.

Еще один важный параметр при выборе – внутреннее сопротивление аккумулятора. Считается, что чем оно меньше, тем лучше для работы устройства. При напряжении элемента питания в 3,6 V в норме внутреннее сопротивление составляет 150-250 Ом.

Знание основных характеристик поможет правильно подобрать аккумулятор для замены изношенной батареи питания. Если вы затрудняетесь в выборе, воспользуйтесь помощью консультантов нашего магазина и получите всю необходимую информацию.

Зарядные характеристики аккумулятора.

Характеристика зарядки аккумуляторной батареи



Характеристикой зарядки аккумуляторной батареи называют зависимости изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения батареи от времени зарядки при постоянной силе зарядного тока (рис. 1).

Характеристики зарядки снимают при зарядке аккумулятора постоянной силой тока, соответствующего 10 % номинальной емкости аккумулятора. Для зарядки аккумулятора необходимо, чтобы напряжение зарядного устройства превышало ЭДС аккумулятора (

Е_аб). В процессе зарядки силу зарядного тока с помощью реостата поддерживают постоянной. Через равные промежутки времени измеряют напряжение U_З на зажимах аккумулятора, а также плотность электролита ρ.
ЭДС аккумулятора измеряют при разомкнутой внешней цепи, а ЭДС покоя (Е₀) подсчитывают по формуле.

Причины изменения величин ρ, Е₀, Е_аб и U_З аккумуляторной батареи следующие.

Вследствие того, что в процессе зарядки постоянной силой тока в порах активной массы пластин в единицу времени выделяется одинаковое количество серной кислоты и уменьшается количество воды, плотность электролита ρ, а вместе с ней и ЭДС покоя (Е₀) аккумулятора будут прямо пропорционально расти (рис. 1б).

В начале зарядки плотность электролита в порах пластин быстро увеличивается, а вместе с тем растет ЭДС аккумулятора

Е_аб. При дальнейшей зарядке из-за растворения кристаллов PbSO₄ увеличиваются проходные сечения пор в активной массе, что способствует свободному доступу менее плотного электролита в поры пластин.

Когда установится равновесие между образованием серной кислоты в порах пластин и притоком в поры электролита с меньшей плотностью, то в течение длительного времени зарядки разность плотностей электролита в порах активной массы и вокруг пластин будет оставаться почти неизменной. В течение этого времени рост ЭДС тоже почти прекратится.

Постепенное повышение плотности электролита в баке аккумуляторной батареи сопровождается увеличением его вязкости, что замедляет процесс диффузии в поры активной массы пластин, поэтому в порах несколько повысится плотность электролита, а вместе с тем увеличится и ЭДС.

В конце зарядки аккумулятора большая часть активной массы пластин превратится в двуокись свинца (

PbO₂) и чистый свинец (Pb), при этом часть ионов кислорода и водорода, выделяющаяся на пластинах не вступит в химическую реакцию с массой пластин и нейтрализуется, что характеризуется «кипением» электролита и означает окончание процесса зарядки.

***



Газообразование начинается при напряжении аккумулятора 2,4 В, интенсивно увеличивается до напряжения 2,7 В, после чего продолжается до момента прекращения зарядки.

В период газообразования положительные ионы водорода, выделяющиеся на отрицательных пластинах, присоединяют к себе недостающие электроны с некоторым запаздыванием, поэтому в конце зарядки аккумулятора вокруг отрицательных пластин будет сосредоточиваться большое количество положительных ионов водорода, в следствие чего между отрицательными пластинами и электролитом создается дополнительная разность потенциалов (около 0,33 В), увеличивающая напряжение аккумуляторов до

2,7 В.

Напряжение U_З на зажимах заряжаемого аккумулятора будет больше ЭДС покоя Е₀ на величину прироста ЭДС (ΔЕ) и величину падения напряжения внутри аккумулятора I_ЗR_аб:

U_З = Е₀ + I_ЗR_аб + ΔЕ.

При достижении напряжения аккумулятора 2,7 В и в целях более полного использования активной массы пластин зарядку аккумулятора продолжают при сильном газообразовании, пока напряжение и плотность электролита будут оставаться постоянными в течение 2 часов, что служит признаком окончания зарядки аккумулятора.

При зарядке исправного аккумулятора электричества затрачивается на 10…15 % больше, чем он отдает при разрядке.

После выключения цепи напряжение на зажимах аккумулятора резко падает на величину I_ЗR_аб, затем ЭДС снижается на 0,33 В

вследствие нейтрализации ионов водорода и кислорода на пластинах. В дальнейшем ЭДС аккумулятора снижается несколько медленнее до значения Е₀ по мере выравнивания плотности электролита, находящегося в порах пластин и между пластинами.

***

Что такое «емкость аккумулятора»?



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Характеристика свинцового аккумулятора — Техническая диагностика автомобилей

Электродвижущая сила (э.д.с.) аккумулятора является алгебраической разностью электродных потенциалов и измеряется как напряжение разомкнутой цепи аккумулятора. Э.д.с. аккумулятора зависит от плотности и очень незначительно от температуры электролита. С повышением плотности и температуры электролита э.д.с. повышается. При температуре плюс 18°С и плотности d=1,28 г/см³ аккумулятор обладает э.д.с., равной 2,12В. Зависимость э.д.с. от плотности электролита при изменении ее от 1,05 до 1,3 г/см³ выражается формулой:

 

Е=0,84+d,

 

где Е — э, д. с. аккумулятора, В;

 d — плотность электролита при температуре плюс 15°С, г/см³.

Изменение э.д.с., приходящееся на один градус изменения температуры, или так называемый температурный коэффициент настолько мал, что на практике им можно пренебречь. Например, при плотности электролита 1,20 г/см³ этот коэффициент равен 0,000268 В/°С.

По э.д.с. нельзя точно судить о степени разряженности аккумулятора. Э. д. с. разряженного аккумулятора с большей плотностью электролита будет выше, чем э.д.с. заряженного аккумулятора, но имеющего меньшую плотность электролита.

Внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой сумму сопротивлений электролита, пластин, сепараторов и сопротивления, возникающего в местах соприкосновения электродов с электролитом. Чем больше емкость аккумулятора (число пластин), тем меньше его внутреннее сопротивление. С понижением температуры внутреннее сопротивление аккумулятора растет. Например, внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи 6СТ-81ЭМС при температуре электролита +20, 0 и —20°С имеет значения 0,0085, 0,0100 и 0,0150 Ом.

По мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление возрастает. Чем выше номинальное напряжение аккумуляторной батареи, тем больше ее внутреннее сопротивление. Стартерные аккумуляторные батареи стараются делать с малым внутренним сопротивлением, чтобы при больших токах разряда в момент пуска двигателя потери энергии внутри аккумулятора были наименьшие.

Напряжение аккумулятора отличается от его э.д.с. на величину падения напряжения во внутренней цепи аккумулятора.

При заряде U_З=E+IR, а при разряде U_З=E-IR,

где I — ток, протекающий через аккумулятор, А;

R — внутреннее сопротивление аккумулятора, Ом;

Е — э. д. с. аккумулятора, В.

Изменение напряжения аккумуляторной батареи при заряде и разряде показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Изменение напряжения аккумуляторной батареи при ее заряде и разряде

t_эл=+27  ͦС, зарядный ток равен 0,1 С₂₀; разрядный ток равен 0,05 С₂₀ 

В конце заряда аккумуляторной батареи, когда активный материал пластин восстановлен, зарядный ток начинает расходоваться па электролиз воды. При этом на отрицательном электроде выделяется водород, а на положительном электроде — кислород, начинается интенсивное газовыделение. В связи с тем, что для электролиза воды требуется более высокое напряжение, чем для восстановления активных материалов, и благодаря тому, что при газовыделении возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора, напряжение в конце заряда резко повышается. Возрастание напряжения в конце заряда используется для контроля заряженности аккумуляторной батареи на автомобиле.

При заряде батареи от автомобильного генератора, напряжение которого постоянно, зарядный ток к концу заряда снижается, что и служит признаком заряженности аккумуляторной батареи.

Напряжение аккумуляторной батареи при ее разряде стартерным током (I_Р=2…5 С₂₀) завысит от силы разрядного тока и температуры батареи. На рисунке 4 показаны вольтамперные характеристики аккумуляторной батареи 6СТ-81 при различной температуре электролита. Если разрядный ток будет постоянным (например, I=3С₂₀, линия 1), то напряжение батареи при разряде будет тем меньше, чем ниже ее температура. Для сохранения постоянства напряжения при разряде (линия 2), необходимо с понижением температуры батареи снижать силу разрядного тока.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения. Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор, например, при определении номинальной емкости аккумуляторной батареи разряд ведется током I=0,05С₂₀ до напряжения 1,75 В, а при разряде стартерным током I=3С₂₀ до напряжения 1,0 В на аккумулятор или 6 В на 12-вольтовую батарею. Если разряд происходит при постоянной силе тока, то емкость аккумуляторной батареи определяется по формуле:

С=It,

где I— ток разряда, A;

 t — время разряда, ч.

Емкость аккумуляторной батареи зависит от ее конструкции: числа пластин, их толщины, материала сепаратора, пористости активного материала, конструкции решетки пластин и других факторов. Чем больше число пластин в аккумуляторной батарее, тем выше ее емкость. В эксплуатации емкость батареи зависит от силы разрядного тока, температуры, режима разряда (прерывистый или непрерывный), степени заряженности и изношенности аккумуляторной батареи.

При увеличении разрядного тока и степени разряженности, а также с понижением температуры емкость аккумуляторной батареи уменьшается.

С увеличением разрядного тока возрастает скорость реакций, при которых в порах активного материала пластин происходит уменьшение плотности электролита.

Вследствие этого поступление новых порций кислоты из межэлектродного пространства в поры активного материала не успевает компенсировать уменьшение концентрации кислоты в результате процессов разряда. Это приводит к тому, что значительная часть активного материала пластин исключается из работы, что способствует снижению емкости аккумуляторной батареи.

 

Рисунок 4 – Вольтамперные характеристики полностью заряженной

аккумуляторной батареи 6СТ-90ЭМС при различной температуре электролита

I – абсолютное значение разрядного тока; I/С₂₀ – разрядные ток, отнесенный к номинальной емкости батареи; -40  ͦ…0  ͦ…+25  ͦ — температура электролита

С уменьшением температуры вследствие возрастания вязкости электролита замедляются процессы диффузии, что приводит к аналогичным результатам.

При низких температурах падение емкости аккумуляторной батареи с повышением разрядных токов происходит особенно интенсивно. Для того чтобы аккумуляторная батарея при эксплуатации обладала высокой емкостью, ее всегда поддерживают в заряженном состоянии и не допускают сильного охлаждения.

На автобусах или грузовых автомобилях с дизельными двигателями могут устанавливаться несколько аккумуляторных батарей.

Если батареи соединены между собой параллельно (рисунок 5, а), то общая емкость будет равна сумме емкостей отдельных батарей, а общее напряжение не изменится. Для увеличения общего напряжения батареи их соединяют последовательно (рисунок 5, б), т.е. «+»  одной  батареи  соединяют с «-»другой. В этом случае общее напряжение будет равно сумме напряжений отдельных батарей, а общая емкость не изменится. При соединении батарей в группу необходимо помнить, что длина соединительных перемычек должна быть минимальной с целью уменьшения падения напряжения в .них.

 

Рисунок 5 – Соединение аккумуляторных батарей

а – параллельное, б — последовательное

 

описание и основные параметры АКБ

Для пуска двигателя и питания различных систем устанавливается аккумулятор. Сегодня существует много различных видов батарей, но наиболее распространены свинцово-кислотные модели. Характеристики аккумуляторных батарей для автомобилей учитываются при выборе наиболее подходящего варианта исполнения.

Разновидности источников питания

Параметры аккумулятора автомобиля во многом зависят от его типа. Наиболее распространенная разновидность батареи свинцово-кислотная, так как она характеризуется лучшим соотношением цены и качества. В группу подобных источников энергии входят батареи на основе геля, которые обладают продвинутыми эксплуатационными качествами.

Для изменения эксплуатационных характеристик в состав электролита вносятся различные легирующие элементы:

1. Серебро.
2. Кальций.
3. Сурьма.

За счет применения специальных веществ при изготовлении батарея становится более устойчивой к нагреву и быстро охлаждается. Кроме этого, большинство легирующих элементов повышает стойкость пластин к коррозии и сульфатации. Однако слишком высокая концентрация различных примесей может негативно отражаться на некоторых характеристиках аккумулятора.

В последнее время большое распространение получили никель-металлогидридные и литиевые батареи. Они устанавливаются на автомобилях с гибридными двигателями, что связано со специфическими эксплуатационными характеристиками. Такие АКБ не рекомендуется использовать для питания обычного двигателя.

Все источники питания классифицируются по нескольким параметрам. Если подобрать АКБ неправильно, то он не прослужит долго. Частыми проблемами назовем быструю потерю емкости и разрушение пластин.

Основные характеристики

Основные параметры автомобильного аккумулятора следует учитывать при их выборе и эксплуатации. Свинцово-кислотные варианты исполнения получили самое широкое распространение. Параметры АКБ следующие:

1. Емкость.
2. Напряжение.
3. Значение пускового тока.
4. Электродвижущая сила.
5. Сопротивление внутренних элементов.
6. Уровень зарядки.
7. Полярность.
8. Особенности конструкции: размеры корпуса и масса.
9. Срок хранения и эксплуатации.
10. Показатель интенсивности саморазряда.

Некоторые из приведенных выше параметров указываются производителями на корпусе, другие можно определить при расшифровке марки. Наиболее важными параметрами принято считать емкость и напряжение выдаваемого тока.

Они учитываются при выборе наиболее подходящей модели.

Показатель емкости

Современный машинный аккумулятор, характеристики которого могут варьировать в довольно большом диапазоне, характеризуется определенной емкостью. Емкость — характеристика, которая определяет количество отдаваемого электричества до полного разряда. Для измерения этого показателя применяется значение Ампер-часов.

Проверить номинальную емкость можно следующим образом:

1. Аккумуляторная батарея разряжается до напряжения 10,5 В.
2. На момент эксплуатации источника питания температура электролита не должна быть выше 25 градусов Цельсия.
3. К источнику питания рекомендуется подключать лампочку на 24 вата.
4. Время до полной разрядки при нормальной емкости составляет 20−25 часов.

При длительной эксплуатации рассматриваемый показатель может снизиться на 40%. При этом никакие меры по восстановлению количества электролита не снизят скорость разряда батареи. Для более точного определения емкости применяется нагрузочная вилка. Она состоит из нескольких элементов:

1. Вольтметра.
2. Корпуса.
3. Рукоятки.
4. Контактной клеммы или площадки.
5. Нагрузочного сопротивления.

При применении нагрузочной вилки она подключается к выводам батареи. Далее засекается время, которое потребуется для падения напряжения до 6 В. Если аккумуляторная батарея заряжена и находится в хорошем техническом состоянии, то для падения напряжения потребуется около трех минут. При тестировании источника питания его температура должна быть не выше 25 градусов Цельсия.

Емкость может периодически изменяться. Этот показатель зависит от следующих параметров:

1. Температуры воздуха. Если авто стоит на морозе, то показатель емкости может существенно снизиться. Именно эта причина определяет трудности при старте двигателя в зимнее время.
2. Количество пластин и их конструктивные особенности.
3. Значение нагрузки и активности эксплуатации. При слишком высокой нагрузке температура устройства может существенно повышаться, что приводит к испарению жидкости.
4. Степень изношенности. Длительное применение аккумулятора приводит к износу пластин. Со временем они разрушаются, в электролит попадает большое количество различных примесей, которые становятся причиной короткого замыкания.

Рассматривая описание батарей, следует учитывать, что емкость — единственный параметр, который наиболее полно характеризует степень изношенности аккумулятора. Для того чтобы продлить срок службы источника питания, не рекомендуется допускать критического падения заряда, так как пластины начинают разрушаться. Выбор аккумуляторной батареи для двигателя проводится при применении специальной таблицы. К примеру, для легковых автомобилей подходят модели с емкостью 55−66 А-ч (более точный показатель выбирается в зависимости от объема двигателя).

Пусковой ток

Рассматривая основные параметры, следует уделить внимание пусковому току. Это связано с тем, что аккумуляторы испытывают наибольшую нагрузку при пуске двигателя. Определить ток холодной прокрутки можно следующим образом:

1. Конструкцию батареи следует охладить до температуры 18 градусов Цельсия.
2. Проводится разрядка пусковым током в течение 30 секунд.
3. Установленные нормы в ГОСТе определяют то, что напряжение должно быть не менее 8,4 В. При разрядке в течение 150 секунд показатель должен быть не менее 6 В.

При слишком низком напряжении завести двигатель не получится. Показатель может существенно падать в случае сильного износа конструкции.

Электродвижущая сила

Все батареи характеризуются электродвижущей силой. Она определяет напряжение на клеммах без утечек и сторонней нагрузки. Для измерения этого показателя может использоваться мультиметр или вольтметр. На ЭДС оказывает влияние:

1. Плотность электролита. Она может меняться при сильном износе батареи, определяется при использовании специального прибора. Изменить плотность можно самостоятельно.
2. Температура жидкости в банках батареи. Все вещества реагируют на воздействие температуры.

Распространенные батареи при температуре 18 градусов Цельсия и плотности 1,27 г/см3 обладают ЭДС 2,12 В. При этом подобный показатель свойственен только одной банке.

Электродвижущая сила не может использоваться для определения состояния аккумулятора. В большинстве случаев показатель ЭДС применяется при поиске критических неисправностей. К примеру, при слишком низком или высоком значении есть вероятность возникновения короткого замыкания.

Внутреннее сопротивление

Показатель внутреннего сопротивления определяется при диагностике аккумулятора. Он связан с характеристиками пластин, сепараторов, электролита, крепежных и других элементов. При увеличении показателя емкости АКБ сопротивление снижается, но увеличивается при снижении температуры окружающей среды или заряда.

Специалисты рекомендуют периодически проводить зарядку источника питания даже при повседневном использовании транспортного средства. Это связано с тем, что при исправном генераторе батарея не заряжается до конца на 15−20%.

Устанавливаемые генераторы способны вырабатывать напряжение 14−14,5 В. В большинстве случаев требуемый ток вырабатывается при скорости вращения коленчатого вала в районе 2000 об/мин. Это определяет то, что активная зарядка проходит на момент разгона или при движении на загородной трассе. При этом для полного заряда требуется около 12 часов.

Повышать напряжение, которое вырабатывает генератор, для ускорения процесса зарядки нельзя. Это связано с тем, что слишком высокое напряжение становится причиной электролиза воды, активного выделения кислорода с водородом. Если напряжение вырабатываемого тока выше 15 В, то батарея начинает быстро изнашиваться.

Степень зарядки

На степень зарядки аккумулятора оказывает влияние довольно большое количество различных параметров. Именно поэтому определить этот показатель можно только при использовании качественного зарядного устройства со сложной электроникой.

Для тестирования автомобильного аккумулятора учитывается:

1. Напряжение.
2. Плотность электролита.

Источник питания с жидким электролитом имеет напряжение около 12,7 В. У вариантов исполнения с гелем показатель варьирует в пределе от 13 В до 13,4 В. Степень зарядки можно повышать при применении специального устройства.

Конструкционные особенности

Большинство автомобильных аккумуляторов обладает массой от 14 до 20 кг. Производители указывают этот показатель на этикетке с другими параметрами. При изготовлении применяется несколько типоразмеров:

1. Европейский стандарт определяет высоту корпуса 190 мм, клеммы расположены в специальных углублениях.
2. Азиатские модели имеют корпус высотой 220−225 мм, клеммы немного выступают за габариты устройства.
3. Американский тип характеризуется тем, что клеммы расположены сбоку. Подобные батареи встречаются в продаже крайне редко.

Классификация источников электроэнергии проводится по признаку технологического исполнения. Выделяют несколько типов изделий:

1. Необслуживаемые. Подобный тип батарей начали выпускать около 30 лет назад. Подобный вариант исполнения характеризуется более высоким пусковым тором и низкой чувствительностью к напряжению сети.
2. Мало обслуживаемые. Большинство аккумуляторов, которые есть в продаже, относятся именно к этому типу. Широкое распространение можно связать с оптимальным соотношением цены и качества.
3. Обслуживаемые. Этот тип батареи характеризуется тем, что можно проводить замену банок. Особенности конструкции определяют необходимость в периодическом обслуживании.

Рекомендуется приобретать необслуживаемые варианты исполнения, так как они могут прослужить в течение длительного периода. Обслуживаемые модели после потери емкости и степени заряда приходится заряжать при применении специального зарядного устройства.

В заключение необходимо отметить, что срок хранения аккумуляторных батарей составляет около двух лет. При правильном обслуживании автономный источник энергии может прослужить в течение семи лет.

Саморазряд источника энергии

Саморазряд — характеристика, которая определяет падение емкости при простое аккумулятора. Этот процесс связан с окислением и восстановлением электродов разной полярности. К особенностям процесса саморазряда следует отнести следующие моменты:

1. Потеря емкости проходит с большей скоростью к концу срока службы аккумулятора. Глубокий разряд в большей степени изнашивает батарею.
2. Активный саморазряд наблюдается в течение суток с момента зарядки АКБ.
3. Нормальным показателем считается потеря 1% емкости в течение суток.
4. Потеря емкости снижается при отрицательной температуре. Именно поэтому рекомендуется хранить аккумулятор в помещении с низкой температурой.

Многие характеристики указываются на корпусе батареи. Только у продукции известных производителей заявленные параметры соответствуют реальным. Качественный аккумулятор может прослужить более семи лет при соблюдении основных рекомендаций по эксплуатации.

Как выбрать аккумулятор 18650 для вейпа

В этом обзоре рассматриваются порядок и критерии выбора аккумуляторов 18650 для вейпа, электронной сигареты, шуруповерта. В вейпинге аккумуляторы также получили боле сокращенные названия: акб, аккум, батарея. В статье разбираются технические характеристики и потребительские качества каждого типа батарей применительно к условиям использования.

18650 аккумулятор: размеры

18650 аккумуляторы для вейпа, как и все литий-ионные акб цилиндрической формы, имеют простую маркировку размера (формата):

1. Первые две цифры обозначают диаметр элемента D, в миллиметрах.
2. Следующие две цифры — длину элемента L, в миллиметрах, умноженную на 10, чтобы не получалось дробных чисел.

Размеры аккумулятора 18650.

Таким образом, формат 18650 аккумуляторов означает размеры: диаметр 18 мм, длина 65 мм. Элементы с платой защиты имеют размер на 1.5 мм длиннее.

Характеристики аккумуляторов 18650: емкость, напряжение, ток

Разберем вначале основные характеристики аккумуляторов 18650 для электронных сигарет, чтобы в дальнейшем на них опираться. Основные параметры акб 18650:

1. напряжение,
2. ток отдачи,
3. ток заряда,
4. емкость,
5. количество циклов заряд-разряд,
6. безопасность использования,
7. наличие платы защиты,
8. срок службы.

• Напряжение характеризует разность электрических потенциалов между положительным («плюс») и отрицательным («минус») электродами аккумулятора 18650. Напряжение измеряется в Вольтах (Volt) и обозначается буквой «В» (V). Напряжение меняется в процессе разряда. Различают:
  • максимальное напряжение — сразу после полного заряда,
  • минимальное — ниже которого аккум для вейпа разряжать нельзя,
  • номинальное — в середине разряда.
• Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц в проводнике. Измеряется в Амперах или миллиАмперах. Ток отдачи — это максимальный ток аккумулятора 18650, не приводящий к повреждению или ухудшению характеристик элемента.
• Ток заряда — максимальный допустимый при зарядке аккумуляторной батареи 18650.
• Ёмкость аккумулятора 18650 — характеристика, учитывающая время разряда при заданном токе. Ёмкость измеряется в миллиАмпер*часах (мАч), в зарубежном обозначении — milliAmper*hour (mAh).
• Количество циклов заряд-разряд аккумулятора 18650 для вейпа определяется до снижения его ёмкости не более, чем на 10 процентов.
• Безопасность использования — характеристика, учитывающая возможность возгорания аккума при его перезаряде, переразряде, перегреве или внешнем повреждении.
• Для безопасного использования внутри аккумуляторов 18650 устанавливается плата защиты. При использовании незащищенных аккумуляторных батарей для вейпа, плата защиты предусмотрена в самом питаемом устройстве.
• Срок службы аккумулятора 18650 показывает сколько лет он может эксплуатироваться при условии не превышения характеристики количества циклов заряд-разряд.

Виды литий-ионных аккумуляторов 18650

Литий-ионные аккумуляторы для вейпа разделяются на виды, в зависимости от материала катода:

1. Литий-кобальтовые LiCoO2.
2. Литий-марганцевые LiMnO2, LiMn2O4.
3. Литий-никелевые Li(NiCoMn)O2, Li(NiCoAl)O2.
4. Литий-железо-фосфатные LiFePO4.

• Литий-кобальтовые акб 18650 получили наибольшее распространение в бытовой электронике из-за невысокой цены. Обычно эти элементы маркируются как литий-ионные Li-Ion без конкретизации химического состава катода. До настоящего времени они были ограниченно применимы для вейпа из-за небольшого тока отдачи. Сейчас же разработаны ICR аккумуляторы, способные отдавать высокий ток, при этом сохраняя главное достоинство литий-кобальтовых акб — высокую ёмкость. Ярким примером может служить акб «шоколадка» — ICR 18650 LG HG2.
• Литий-марганцевые элементы уже дают заметно большой ток отдачи, чем литий-кобальтовые, но меньшую ёмкость. Эти элементы уже можно отнести к высокотоковым аккумуляторам 18650 для вейпа или шуруповертов.
• Литий-никель-марганцевые акб 18650 тоже считаются высокотоковыми. Их ёмкость даже выше, чем у литий-марганцевых.
• Литий-железо-фосфатные LiFePO4 аккумуляторы имеют меньшую ёмкость, но обладают множеством преимуществ:
  • работа при низких температурах,
  • высокое число циклов заряд-разряд (более 2000)
  • достаточно стабильное напряжение во время разряда.
  • высокая безопасность использования.

Все, указанные выше виды аккумуляторов 18650 для вейпа с разными типам катодов, изготавливаются по литий-ионной технологии.

Аккумулятор 18650 Li-Ion: маркировка

По маркировке аккумулятора 18650 Li-Ion можно определить химический тип катода. Маркировка состоит из трех букв:

1. Первая буква I означает литий-ионная технология (Li-Ion).
2. Вторая буква — это тип катода.
3. Третья буква R показывает, что это перезаряжаемый (Rechargeable) элемент питания.

Расшифровка маркировки аккумуляторов 18650 Li-Ion

Обозначение	Хим. состав катода
IMR	оксид марганца LiMnO2, LiMn2O4
ICR	оксид кобальта LiCoO2
INR	оксид никеля Li(NiCoMn)O2 или Li(NiCoAl)O2
IFR	фосфат железа LiFePO4

INR аккумулятор для вейпа Samsung 25R.

Аккумуляторы 18650: расшифровка альтернативной маркировки

Некоторые производители используют другую маркировку аккумуляторов 18650, которая содержит три буквы, непосредственно указывающие на химический состав. 

Расшифровка альтернативной маркировки аккумуляторов 18650

Обозначение	Химический состав
LCO	Lithium Cobalt Oxyde. Литий, кобальтовый оксид.
NCM	Nickel Cobalt Manganese. Никель-кобальт-марганцевые оксиды.
NCA	Nickel Cobalt Aluminium. Никель-кобальт-алюминиевые оксиды.
LMO	Lithium Manganese Oxyde. Литий, марганцевый оксид.
LFP	Lithium Ferrum Phosphate. Литий, железа фосфат.
NCR	Nickel Cobalt Rechargeable. Никель-кобальтовый катод.

NCR литий-кобальтовый аккумулятор 18650 — Panasonic NCR18650GA Li-Ion 3500 mAh

Надо учитывать, что на аккумуляторы 18650 для вейпа могут наноситься обе маркировки.

Высокотоковые аккумуляторы 18650 для вейпа

В таких устройствах, как вейп или шуруповерт, требуются аккумуляторы 18650, которые которые могут отдавать большой ток. Такие акб называются высокотоковыми. Однако, надо учитывать, что оптимальные конструкции элементов питания под высокий ток и под максимальную ёмкость отличаются. Поэтому высокотоковые аккумуляторы 18650 имеют меньшую ёмкость, чем максимально возможную для литиевых элементов. В своем большинстве, литий-кобальтовые акб 18650 имеют высокую емкость, но не могут отдавать большой ток. Поэтому для применения в вейпах и шуруповертах необходимо выбирать литий-кобальтовые акб особой конструкции, допускающие высокий ток разряда.

Рекомендуемые высокотоковые акб 18650:

1. Литий-марганцевые IMR.
2. Литий-никелевые INR.
3. Литий-железофосфатнные IFR.

Высокотоковый аккумулятор 18650 для вейпа Robiton LGC3000 20A (LG 18650 HG2).

Аккумуляторы 18650 с защитой и без защиты

Аккумуляторы 18650 для безопасности использования могут выпускаться с платой защиты, установленной в корпус акб. Аккумуляторы без защиты должны эксплуатироваться в устройствах, содержащих защитную плату внутри них.

Аккумулятор 18650 с защитой Robiton 3000 mAh.

LiFePO4 акб 18650 самые безопасные, поэтому они выпускаются без платы защиты.

Аккумулятор 18650 без защиты Robiton SON2100 30А (Sony US18650 VTC4).

Как выбрать аккумулятор 18650 для вейпа: мехмода и платы

При выборе аккумулятора 18650 для вейпа следует понимать, что современные технологии пока не позволяют изготавливать акб со всеми максимальными характеристиками по:

• ёмкости,
• току отдачи,
• количеству циклов заряд-разряд,
• безопасности использования.

Поэтому рекомендуем, прежде всего, обращать внимание на характеристику, наиболее важную для Вас и Вашего устройства. Для электронной сигареты важен отдаваемый ток, обеспечивающий работу конкретного vape-девайса на максимальной мощности, а также безопасность использования. Рекомендуем выбирать для электронной сигареты аккумуляторы 18650 литий-марганцевые IMR или литий-железофосфатные LiFePO4. Они отдают высокий ток и наиболее безопасны в применении.

При выборе аккумулятора 18650 для электронной сигареты, в первую очередь, стоит определиться с типом девайса:

1. Механический мод (мехмод).
2. Электронная плата.

• В мехмодах нет электроники, контролирующей разряд. Значит, легко превысить максимально допустимый ток для данного 18650 аккумулятора, что может привести к его перегреву. Поэтому для мехмода стоит выбирать аккумы с токоотдачей 20 и более Ампер, и, желательно, со встроенной защитой. Однако, литий-марганцевые и литий-железофосфатные акб без защиты также могут применяться в механике.
• Для электронной платы можно выбирать все батареи для мехмода, а также более высокоёмкие акб, но с меньшим током, до 10 Ампер. Но лучше 15 — 18 Ампер. Наличие защитной платы в аккуме не требуется, так как процессы заряда и разряда контролирует электроника.

Аккумулятор для вейпа 18650: какой лучше?

В зависимости от типа девайса и условий эксплуатации, аккумуляторы для вейпа, условно подразделяются на 4 категории, исходя из отдаваемого рабочего тока. В каждой градации есть свой лучший акб. Ниже представлен топ лучших аккумуляторов для вейпа по категориям. 

• Ток до 10 А. Для работы в вейпе с электронной платой в режиме вариватта (регулируемой мощности) до 30 Ватт.

Аккумулятор для электронной платы LG INR 18650 Mh2 3200mAh 10A.

• Ток до 20 А. Для мехмодов и электронных плат сигареты в режиме мощности до 60 Ватт.

Лучший аккумулятор для вейпа LG HG2 18650 20A (шоколадка).

• Ток до 30 А. Для мехмодов и мощных плат до 120 Ватт.

Лучший аккумулятор для мехмода 18650 Sony VTC6 30A (зеленый огурец).

• Ток свыше 30 Ампер. Для самых мощных электронных сигарет и соревнований по вейпингу.

Мощный аккумулятор для вейпа A123 SYSTEMS 55A (желтый банан) обеспечивает ток отдачи 55 Ампер.

Лучшие производители аккумуляторов 18650 для вейпа

Основные четыре производителя 18650 аккумуляторов для электронных сигарет вейпа:

1. Samsung.
2. LG.
3. Sony.
4. Panasonic.

Остальные компании используют промышленные элементы этих производителей, покрывая их оболочкой и нанося свою маркировку.

• Samsung Electronics — южно-корейская компания, хорошо известная на рынке электроники своими мобильными телефонами и смартфонами, телевизорами, мониторами, ноутбуками. Для электронных сигарет выпускает отличные модели, лушая из них — Samsung 25R.
• LG Electronics (ранее GoldStar) — также компания из Южной Кореи, по спектру выпускаемой продукции почти совпадает с Самсунг Электроникс. LG Electronics радует вейперов акб 18650 LG HG2, который в вейпинге получил вкусное название «шоколадка». А также выполненный на его базе Robiton LGC3000 20A.
• Sony Corporation — японская корпорация электроники и медиа ходинговая компания. Производит отличную серию «зеленых» аккумуляторов для вейпа Sony VTC4, VTC5, VTC6. Рекомендуем для электронных сигарет также акб Robiton SON2100 30А, выполненный на базе VTC4.
• Pansonic Corporation — японская корпорация, один из крупнейших мировых производителей бытовой техники и электроники. Панасоник выпускает для вейпа акб 18650 под брендом Panasonic и Sanyo. Хорошие модели для вейпа — аккумуляторы Panasonic NCR18650GA и Panasonic UR-18650-NSX. АКБ Панасоник все чаще становится базой промышленных vape аккумуляторов 18650 для других брендов.

Купить аккумулятор 18650 для вейпа и электронной сигареты с доставкой в ваш город Вы можете в интернет-магазине «Вольта». Магазин предлагает широкий выбор аккумуляторов для электроники, бытовой техники и ИБП газовых котлов. Ассортимент включает в себя модели лучших производителей Delta, GP, Robiton, A123 SYSTEMS, Panasonic, Varta, Ansmann, Fenix, LG, Duracell, Petzl, ZMI, Westinghouse, Fujitsu, Samsung, Sony. Выбрать и купить аккумулятор 18650 для электронной сигареты с необходимой емкостью и током отдачи очень просто, используя фотографии и подробные описания для каждой модели.

Сравнение характеристик аккумуляторов 18650

При выборе элемента питания естественно приходится обращать внимание на различные характеристики. Аккумулятор 18650 не исключает это правило, а только подтверждает его.

Основные характеристики аккумулятора 18650:

• Емкость. Емкость это одна из самых важных характеристик аккумулятора. Современные производители указывают емкостные характеристики от 2000 mAh до 3400 mAh. Причем число 3400 в данный момент является максимальным. Если в характеристике аккумулятора указана цифра выше 3600, то это неправда и реальная емкость такого элемента питания будет значительно ниже, ну а цена значительно ниже реальной. Этот показатель напрямую отвечает за время работы аккумулятора. Чем выше емкость, тем больше время работы.
• Напряжение. Напряжение делится на несколько типов.

Номинальное напряжение как правило это 3,6 -3,7 вольт

Реальное напряжение. Это рабочее напряжение полностью заряженного аккумулятора в пределах от 2,4 до 4,35 вольт в зависимости от модели

Минимальное напряжение. Это напряжение, до которого может разрядиться аккумулятор и не потерять своих свойств. Как правило это 2,4 вольта

Максимальное напряжение. При полном заряде аккумулятора максимальное напряжение достигает 4,25-4,4 вольт, при превышении которого он испортится. Опять же в зависимости от модели.

• Наличие защиты. Литиевые аккумуляторы формата 18650 могут комплектоваться встроенной платой электронной защиты от перезаряда, переразряда и короткого замыкания. Аккумуляторы, оснащенные защитой, называются «защищенными» и являются более универсальными при эксплуатации.
• Ток разряда или ток отдачи. Это важная характеристика для приборов с большим потреблением энергии — проявляется в способности акб работать при повышенной нагрузке. Например, это может быть аккумулятор для шуруповерты.  Данная характеристика достигает порядка 35А. Высокоточные аккумуляторы не могут похвастаться большими емкостями — около 2000 мач.
• Время заряда. Время полной зарядки аккумулятора напрямую зависит от емкости аккумулятора и тока каким он заряжается. Как правило ток заряда указывается в характеристиках зарядного устройства.
• Габариты аккумулятора. Классический размер аккумулятора 18650 указан в его названии. Это 18 мм диаметр и 65 мм длина. На самом деле эти размеры очень часто отличаются от реальных габаритов. На эту характеристику в первую очередь влияет наличие или отсутствие платы защиты аккумулятора. При наличии защиты аккумулятор будет несколько длиннее. На диметр аккумулятора может повлиять толщина изолирующей пленки, которой обтянут корпус батареи.

При сравнении аккумуляторов 18650 с огромным преимуществом в различных тестах побеждают аккумуляторы всемирно известного производителя электроники компании Panasonic.  У этого производителя все характеристики аккумулятора 18650 являются соответствующими действительности без всяких завышений. Компания является единственной которая выпускает аккумуляторы с «честной» ёмкостью в 3400 mAh и ведет работы над запуском новой серии аккумуляторов с повышенной ёмкостью в 3600 mAh — модель NCR18650G.

Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электрокарах

Категория:

   Электрокары

Публикация:

   Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электрокарах

Читать далее:

Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электрокарах

Основными типами батарей, применяемых на электрокарах, являются свинцовые (кислотные) батареи 39ЭП-80 и 15АПН-500 и щелочные 26ТЖН – 250 и 28ТЖН – 250, 26ТЖН-300В и 24ТЖН-500. Батареи типа 39ЭП-80 устанавливаются на электрокарах типа «Ящерица», батареи типов 15АПН-500 и 24ТЖН-500 — на автопогрузчиках типа 02 и 04, батареи типа 28ТЖН-250— на электрокарах типа ЭК-2, батареи 26ТЖН-250 — на электрокарах ЭКБ-750, типа 26ТЖН-300В — на погрузчиках 4004 и 4004А. Кроме того, на электрокарах типа ЭК-1 применяются аккумуляторные батареи, состоящие из десяти 6-вольтовых стартерных автомобильных аккумуляторов типа ЗСТ-112. Аккумуляторы этого типа соединяются в батарею по смешанной системе (рис. 36). Как видно из фигуры, батарея представляет собой пять параллельно соединенных групп, в каждой из которых имеется по два последовательно соединенных стартерных аккумулятора. Общее напряжение на зажимах такой батареи составляет 6 X 2 = 12 в, а емкость батареи в пять раз больше емкости одного аккумулятора, т. е. 112 × 5 = 560 а-ч (при Ю-часовом разряде током силой 11,2 X 5 = 56 а).

На аккумуляторных батареях обычно имеются обозначения. Первые две буквы перед цифрами марки аккумулятора обозначают число аккумуляторных элементов в батарее. Буква Э — обозначает электротяговый аккумулятор, буква А — аккумулятор для автопогрузчика, буква П — панцирный (характеризует конструкцию положительных пластин), буква Н — аккумулятор с намазными пластинами. Цифры после буквенного обозначения обозначают емкость аккумулятора в ампер-часах.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 36. Схема соединений аккумуляторов в батарее электрокара ЭК-1.

Обозначение стартерных аккумуляторов расшифровывается следующим образом: цифра перед буквами — число элементов в батарее, С — стартерный, Т — для тяжелых режимов, цифры после букв — емкость аккумулятора в ампер-часах.

Обозначения щелочных аккумуляторных батарей имеют тот же принцип. Цифры перед буквенным обозначением обозначают число аккумуляторных элементов в батарее, буква Т — тяговый аккумулятор, ЖН — железо-никелевый. Цифры после букв обозначают емкость аккумулятора в ампер-часах. Во всех аккумуляторных батареях для электрокаров отдельные элементы всегда соединены между собой последовательно с целью увеличения напряжения на зажимах батареи.

Для электрокаров и автопогрузчиков промышленностью СССР выпускаются аккумуляторные железо-никелевые батареи. Данные этих батарей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Батареи для автопогрузчиков типа 24ТЖН-500 имеют отвод на 12 в для питания сигнала батареи, 26ТЖН-300В — отвод на 6 в для тех же целей.

Батарея типа 39ЭП-80. Как указывалось выше, эта батарея служит источником питания электрокара «Ящерица». Она состоит из 39 элементов, соединенных последовательно, емкостью 80 а-ч, каждый.

Удельный вес электролита (раствора серной кислоты с уДеЛЫШМ весом 1,84 в дистиллированной воде) — 1,25 у новых и 1,28—1,29 у полностью заряженных аккумуляторов. Срок службы —500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение батареи — около 80 в.

Батарея типа 16ЭП-250 служит для питания электрокара типа ЭК-2 (в настоящее время эти электрокары выпускаются с батареей типа 28ТЖН-250). Она состоит из 16 последовательно соединенных элементов, емкостью 250 а-ч каждый.

Удельный вес электролита такой же, как и у предыдущих. Срок службы также 500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение батареи 30 в.

Батарея типа 15АПН-500 служит, как указывалось выше, для питания автопогрузчиков типов 02 и 04. Батарея состоит из 15 элементов, соединенных последовательно, емкостью 500 а-ч каждый.

Габаритные размеры батареи (длина X ширина X высота) — 950 X 670 X 580 мм, вес без электролита 725 кг. Удельный вес электролита такой же, как и у предыдущих. Срок службы — 500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение 30 в.

Батарея типа 28ТЖН-250 служит для питания электрокара ЭК-2. Она состоит из 28 последовательно соединенных щелочных аккумуляторных элементов типа ТЖН-250 емкостью 250 а-ч каждый.

Аккумуляторные элементы устанавливаются в двух стальных батарейных ящиках с внутренними размерами 810 X 415 X 390 мм. Вес каждого ящика 230 кг без электролита. Схема соединений элементов и ящиков приведена на рис. 37.

Аккумуляторные элементы этих батарей при эксплуатации в цеховых условиях заливаются водным раствором едкого натра плотностью 1,18—1,20 с добавкой 10 г/л моногидрата лития (при отсутствии моногидрата лития можно элементы заливать одним только водным раствором едкого натра плотностью 1,18—1,20, однако при этом уменьшается срок службы батареи).

В условиях работы при температуре от +10 до —25° С электролит должен состоять из водного раствора едкого кали плотностью 1,19—1,21 с добавкой 20 г/л моногидрата лития, а при температуре ниже — 15° С в качестве электролита применяется водный раствор едкого кали плотностью 1,25—1,27. Следует помнить, что работа батарей, залитых раствором едкого кали, разрешается при температуре воздуха не выше +10° С. Срок службы батареи 500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение 35 в.

Батарея типа 24ТЖН-500 служит, как указывалось выше, для питания автопогрузчиков типа 02 и 04. Она состоит из 24 последс-вательмо йбедмнейных щелочных аккумуляторных злемейтов типа ТЖН-500 емкостью 500 а-ч каждый, размещенных в двух батарейных ящиках. Габаритные размеры каждого элемента 147,5 X X 162,5 X 555 мм, полный вес с чехлом и электролитом 30 кг.

Рис. 37. Схема соединений элементов в батарее типа 28ТЖН-250.

Рис. 38. Схема соединений элементов в батарее типа 24ТЖН-500.

Внутренние габаритные размеры всей батареи 924 X 688 X 566 мм. Схема соединений элементов приведена на рис. 38. Электролит применяется такой же, как и для батарей 28ТЖН-250. Срок службы батареи — 500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение 30 в.

Батарея 26ТЖН-250 служит для питания электрокаров ЭКБ-750, а также и электрокаров типа ЭКП-750. Электролит применяется такой же, как и для вышеописанны*. Габаритные размеры каждого элемента 166,5 X 132,5 X 332,5 мм, вес с чехлом и электролитом 18 кг.

Схема соединений элементов в батарею приведена на рис. 39. Срок службы батареи — 500 зарядно-разрядных циклов. Рабочее напряжение 32 в с отводом на 6 б для питания сигнала.

Батарея 26ТЖН-300В служит для питания автопогрузчиков типов 4004 и 4004А. Отличается от предыдущей тем, что в ней применены аккумуляторы емкостью 300 а-ч:

Батарея разделена на две секции по 13 аккумуляторных элементов в каждой. Каждая секция имеет по два выводных провода, а правая (по ходу движения электролита) имеет еще вывод от второго элемента для питания сигнала.

Батарея размещается в ящике, установленном в кузове автопогрузчика.

Рис. 39. Схема соединений элементов в батарее 26ТЖН-250.

Рис. 40. Схема соединений элементов в батарее 26ТЖН-300В.

Соединение элементов в батарею йрбйЭйоДиКЯ fi6 СХёМё, приведенной на рис. 40, стальными перемычками с примерными размерами: расстояние между центрами (подбирается по месту) не менее 80 мм, ширина 20 мм, толщина 2 мм.

Габаритные размеры каждого элемента 167 X 95 X 521 мм, полный вес с чехлом и электролитом 20 кг.

Рабочее напряжение батареи 32 в, срок службы батареи не менее 200 зарядно-разрядных циклов.

Рекламные предложения:

Читать далее: Эксплуатация аккумуляторных батарей

Категория: — Электрокары

Главная → Справочник → Статьи → Форум

6.12: Характеристики батареи — Engineering LibreTexts

При выборе батареи необходимо учитывать следующие характеристики батареи:

Напряжение

Теоретическое стандартное напряжение ячейки может быть определено из электрохимического ряда с использованием значений E ^или :

E ^o (катодный) — E ^o (анодный) = E ^o (элемент)

Это стандартное теоретическое напряжение. Теоретическое напряжение ячейки модифицируется уравнением Нернста, которое учитывает нестандартное состояние реагирующего компонента.Нернтовский потенциал будет меняться со временем либо из-за использования, либо из-за саморазряда, посредством которого изменяется активность (или концентрация) электроактивного компонента в ячейке. Таким образом, номинальное напряжение определяется химией ячейки в любой момент времени.

Фактическое создаваемое напряжение всегда будет ниже теоретического напряжения из-за поляризации и потерь сопротивления (падения IR) батареи и зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса элемента.Эти факторы зависят от кинетики электрода и, таким образом, зависят от температуры, состояния заряда и возраста элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на клеммах, должно быть достаточным для предполагаемого применения.

Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 1,2 В для никель-кадмиевых аккумуляторов до 3,7 В для литий-ионных аккумуляторов.

На следующем графике показана разница между теоретическим и фактическим напряжениями для различных аккумуляторных систем:

Кривая нагнетания

Кривая разряда представляет собой график зависимости напряжения от разряженной емкости в процентах.Желательна плоская кривая разряда, поскольку это означает, что напряжение остается постоянным по мере разряда батареи.

Вместимость

Теоретическая емкость батареи — это количество электричества, участвующего в электрохимической реакции. Обозначается Q и определяется как:

.

\ [Q = x n F \]

, где x = число молей реакции, n = число электронов, перенесенных на моль реакции, и F = постоянная Фарадея

Вместимость обычно выражается в массе, а не в количестве молей:

\ [Q = \ frac {n F} {M_ {r}} \]

, где M _r = молекулярная масса.Это дает емкость в единицах ампер-часов на грамм (Ач / г).

На практике полная емкость аккумулятора никогда не может быть реализована, поскольку значительный вес составляют нереактивные компоненты, такие как связующие и проводящие частицы, сепараторы и электролиты, токосъемники и подложки, а также упаковка. Типичные значения варьируются от 0,26 Ач / г для Pb до 26,59 Ач / г для H ₂ .

Плотность энергии

Плотность энергии — это энергия, которая может быть получена равной единице объема веса клетки.

Удельная энергия

Удельная плотность энергии — это энергия, которая может быть получена на единицу веса ячейки (или иногда на единицу веса активного электродного материала). Это произведение удельной емкости и рабочего напряжения за один полный цикл разряда. Как ток, так и напряжение могут изменяться в течение цикла разряда, и, таким образом, полученная удельная энергия рассчитывается путем интегрирования произведения тока и напряжения во времени. Время разряда связано с максимальным и минимальным порогом напряжения и зависит от состояния доступности активных материалов и / или предотвращения необратимого состояния аккумуляторной батареи.

Удельная мощность

Плотность мощности — это мощность, которая может быть получена на единицу веса элемента (Вт / кг).

Температурная зависимость

Скорость реакции в ячейке будет зависеть от температуры в соответствии с теориями кинетики. Внутреннее сопротивление также зависит от температуры; низкие температуры дают более высокое внутреннее сопротивление. При очень низких температурах электролит может замерзнуть, что приведет к снижению напряжения, поскольку движение ионов затруднено. При очень высоких температурах химические вещества могут разлагаться, или может быть достаточно энергии для активации нежелательных обратимых реакций, снижающих емкость.
Скорость уменьшения напряжения с увеличением разряда также будет выше при более низких температурах, как и емкость — это показано на следующем графике:

Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи определяется как количество циклов зарядки / перезарядки, которое может выполнить аккумуляторная батарея, прежде чем ее емкость упадет до 80% от первоначальной. Обычно это от 500 до 1200 циклов.

Срок годности батареи — это время, в течение которого батарею можно хранить в неактивном состоянии до того, как ее емкость упадет до 80%.Уменьшение емкости со временем вызвано истощением активных материалов из-за нежелательных реакций внутри ячейки.

Батареи также могут быть подвержены преждевременному выходу из строя:

• Чрезмерная зарядка
• Перегрузка
• Короткое замыкание
• Потребляет больше тока, чем было предусмотрено для производства
• Подвержены экстремальным температурам
• Подвержены физическим ударам или вибрации

Задержка напряжения

В некоторых аккумуляторных системах может происходить пассивация .Пассивация — это процесс, при котором образующийся восстановленный продукт (часто оксид) не растворяется в электролите и не отпадает от электрода, а вместо этого образует пленку на поверхности электрода. Это может значительно затруднить реакцию, так как электрический контакт внутри ячейки уменьшается. Это может существенно продлить срок хранения батареи, однако, когда батарея разряжается, начальное напряжение может быть ниже ожидаемого до тех пор, пока покрытие не будет разрушено. Это известно как задержка напряжения .

Смерть батареи из-за старения

За время жизни клетки морфология компонентов будет меняться, что пагубно сказывается на функционировании клетки.

• Кристаллы в ячейке растут, увеличивая импеданс,
• Металлические дендриты растут на ячейках, вызывая набухание электродов, заставляя их сближаться и увеличивая саморазряд,
• Дендриты могут проникать в сепаратор, вызывая очень высокий саморазряд или даже короткое замыкание.

В конце концов, внутренний импеданс и саморазряд станут настолько высокими, что аккумулятор больше не будет использоваться.

Металлические дендриты (подробности смотрите на микрофотографии)

Физические требования

Это включает в себя геометрию ячейки, ее размер, вес и форму, а также расположение клемм.

Цикл зарядки / разрядки

Есть много аспектов цикла, которые требуют рассмотрения, например:

• Напряжение, необходимое для зарядки
• Время, необходимое для зарядки
• Наличие источника заряда
• Потенциальная угроза безопасности во время зарядки / разрядки

Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи — это количество циклов разрядки / зарядки, которое она может пройти, прежде чем ее емкость упадет до 80%.

Стоимость

Сюда входит начальная стоимость самой батареи, а также стоимость зарядки и обслуживания батареи.

Возможность глубокого разряда

Существует логарифмическая зависимость между глубиной разряда и сроком службы батареи, таким образом, срок службы батареи может быть значительно увеличен, если она не разряжена полностью; Например, аккумулятор мобильного телефона прослужит в 5-6 раз дольше, если перед подзарядкой он разрядится только на 80%.

Для приложений, где это может быть необходимо, доступны специальные аккумуляторы глубокого разряда.

Никель-кадмиевые батареи

Исключением являются никель-кадмиевые батареи, поскольку их частичный разряд вызывает «эффекты памяти»; батарея, кажется, «запоминает», какой уровень заряда используется, и будет перезаряжать только это количество, а не полный заряд.

Фактически, повторяющаяся неглубокая зарядка вызывает изменение кристаллической структуры в батарее: кристаллы в ячейке становятся больше, увеличивая импеданс и тем самым уменьшая ее емкость.

Требования к приложениям

Батареи должно хватить для предполагаемого применения. Это означает, что он должен иметь возможность производить правильный ток с правильным напряжением. Он должен обладать достаточной емкостью, энергией и мощностью. Он также не должен слишком сильно превышать требования приложения, поскольку это может привести к ненужным расходам; он должен обеспечивать достаточную производительность при минимально возможной цене.

Базовые знания об аккумуляторах | Tech

Типы аккумуляторов и проблемы

Вокруг нас встречаются различные типы электроприборов.За исключением крупногабаритных электроприборов, таких как телевизоры и холодильники, которые питаются от розеток, они работают от батарей. Например, это смартфоны, планшеты и портативный музыкальный проигрыватель. Для больших, например электромобилей. Многие батарейки используются в пультах дистанционного управления для телевизоров, кондиционеров и так далее. Недавно была разработана и продана большая аккумуляторная батарея для домашнего использования для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями, и для использования в ночное время. Также есть идеи использовать электромобили в качестве аккумуляторных батарей.

В эти изделия встроены различные типы батарей и аккумуляторов, которые используются надлежащим образом в зависимости от области применения. Вы можете узнать о типах батарей и проблемах на этой странице.

Сначала мы познакомимся с типом аккумулятора. Его можно разделить на первичные элементы, такие как сухие батареи, вторичные элементы (перезаряжаемые батареи), которые можно перезаряжать и использовать многократно, и топливные элементы, которые непрерывно вырабатывают электроэнергию за счет химических реакций.Первичный элемент является одноразовым, и он вырабатывает электроэнергию в результате химической реакции, и его больше нельзя использовать, если нет вещества, инициирующего химическую реакцию.

С другой стороны, аккумуляторные батареи можно многократно заряжать и разряжать. Он также генерирует электроэнергию в результате химических реакций, но отличается от первичных клеток обратимостью химической реакции. После разряда нет вещества, которое подвергается химической реакции, «зарядка» может быть выполнена для возврата из состояния после реакции в состояние до реакции.

Однако циклы заряда-разряда имеют верхний предел и могут вызвать временное падение напряжения из-за эффектов памяти. Топливные элементы вырабатывают электроэнергию, реагируя на водород и кислород. В этом случае водород извлекается из сплава для хранения водорода или высвобождает водород, содержащийся в углеводородах, таких как метан, этан, пропан и бутан, в городском газе, и вступает в реакцию с кислородом воздуха. Следовательно, если мы сможем продолжать поставлять материалы для источников водорода, мы сможем продолжить добычу электроэнергии.

Характеристики каждой батареи

Давайте познакомимся с особенностями каждой батареи.

NiCd (никель-кадмиевый аккумулятор), NiMH (никель-металлогидридный аккумулятор)

И NiCd, и NiMH используют гидроксид никеля в качестве положительного электрода. NiCd использует кадмий для отрицательного электрода, NiMH использует сплав для хранения водорода, а электролит представляет собой водный раствор, в основном состоящий из KOH (гидроксида калия). Хотя как NiCd, так и NiMH могут использоваться для мощных приложений, таких как двигатели, NiCd заменяется более безопасным NiMH, потому что NiCd содержит кадмий, который вызывает заболевания, связанные с загрязнением.Сейчас большинство аккумуляторных батарей — никель-металлгидридные. Батареи типа сухих элементов, например eneloop и evolta, также являются NiMH.

Особенностью NiMH является то, что он устойчив к многократной зарядке и разрядке и обладает высокой безопасностью. С другой стороны, NiMH обладает сильным эффектом памяти, и существует проблема, заключающаяся в том, что количество электроэнергии, которая может быть выработана, уменьшается по мере продолжения заряда батареи. Чтобы сбросить этот эффект памяти, его необходимо полностью разрядить, а затем снова зарядить.

LiB (литий-ионная аккумуляторная батарея)

Литий-ионная аккумуляторная батарея

используется в различных продуктах, таких как персональные компьютеры, смартфоны и планшеты.Вы можете подумать, что почти весь LiB используется в батареях, которые существуют вокруг вас. Он также широко используется в качестве аккумулятора для электромобилей. Поскольку LiB имеет очень высокую плотность энергии, примерно в 2,5 раза больше, чем у NiMH, это важный аккумулятор для снижения веса мобильных устройств, таких как мобильные телефоны. Кроме того, поскольку нет эффекта памяти, это также преимущество, что можно добавить заряд, и он не очень сильно разряжается, даже если оставить его на долгое время.

Таблица.Скорость саморазряда каждой батареи

тип батареи	Скорость саморазряда [% / месяц]
свинцовая аккумуляторная батарея	от 3 до 20
никель-кадмиевый аккумулятор	от 20 до 45
никель-металлогидридная батарея	от 15 до 40
литий-ионный аккумулятор	от 1 до 5

Однако из-за высокой плотности энергии даже небольшое колебание напряжения приводит к перезарядке, что приводит к значительному сокращению срока службы батареи.Кроме того, если перезарядка или чрезмерная разрядка повторяются, внутреннее давление аккумулятора возрастет, что приведет к взрыву или возгоранию. Возможно, вы видели новости о том, что смартфон взорвался и вызвал сильный ожог, или что в самолете взорвалась батарея.

Твердотельный аккумулятор

Одна из проблем вышеперечисленных аккумуляторов — «протечка». Если оставить его на долгое время, электролит, содержащийся в аккумуляторе, может вытечь. Утечка может вызвать короткое замыкание, а в некоторых случаях может повредить внутреннюю схему.Утечка происходит из-за того, что в качестве электролита используется водный раствор, и чтобы избежать этого, была разработана твердотельная батарея с твердым электролитом. Преимущество состоит в том, что с ним легко обращаться, и вероятность аварии меньше.

С другой стороны тоже есть недостаток. Твердотельная батарея, разработанная Toyota для электромобилей, представляет собой литий-ионную аккумуляторную батарею, в которой используется твердый электролит на основе сульфида и положительный электрод со слоистым оксидом, и в настоящее время она имеет объемную плотность энергии всего около 200 Втч / л.Это меньше половины. Чтобы увеличить дальность плавания, необходимо поднять объемную плотность энергии до 400–600 Втч / л, и в настоящее время ее разработка продолжается.

Металло-воздушная батарея

В металло-воздушной батарее в качестве положительного электрода используется кислород из воздуха, а в качестве отрицательного электрода — металл. Он используется для небольших и легких электроприборов, таких как слуховые аппараты и кухонные таймеры. Щелочные металлы, такие как Li, Na и Ca, а также щелочноземельные металлы вступают в химическую реакцию с кислородом воздуха для извлечения электричества.

Поэтому, когда он не используется, держите его защищенным, чтобы блокировать доступ кислорода, и снимайте экран, когда он используется. Производительность аккумулятора зависит от используемого металла (элемента), и достоинством является то, что его можно уменьшить, поскольку он не требует электролита. С другой стороны, его сложно разработать как перезаряжаемую батарею, потому что металл вызывает рост дендритов во время зарядки, и необходима инфраструктура для переработки.

Топливная батарея

Топливные батареи принципиально отличаются от аккумуляторных батарей, представленных до сих пор.По сути, вы можете думать об этом как о генераторе. Другими словами, продолжая подавать какое-то топливо, генератор продолжает вырабатывать электроэнергию.

Хотя есть впечатление, что вряд ли такое будет у нас, «ENE-FARM» от Panasonic — типичный пример бытовой топливной батареи. Водород, который используется в качестве топлива, и кислород воздуха взаимодействуют друг с другом с образованием воды и выработки электроэнергии. Электроэнергия вырабатывается обратной реакцией эксперимента по электролизу воды, проводимого в научных экспериментах.

Однако, поскольку водород имеет высокую скорость реакции и требует внимания при обращении, например, с топливной батареей, которую предполагается установить на электромобиле, он не должен накапливаться, даже если водород протекает или водород не утекает в окружающую среду.

Двухслойный конденсатор

Это своего рода конденсатор, который в последние годы стал центром внимания. Как и батарея, он состоит из электрода и электролита, но когда между электродами прикладывается напряжение (до такой степени, что электролит не разлагается), есть область, где увеличивается заряд электрода и противоположный знак. вокруг электрода.Затем он может хранить потенциал, как конденсатор, и это называется конденсатором с двойным электрическим слоем.

Подобно аккумуляторным батареям, его можно многократно заряжать и разряжать, но он отличается высокой скоростью заряда и разряда, поскольку образует только двойной электрический слой. Однако плотность энергии меньше по сравнению с аккумуляторными батареями. С другой стороны, плотность энергии выше, чем у керамических конденсаторов, но номинальное напряжение ниже.

Соответствующие технические знания

Рекомендуемые товары

Продукты

Matsusada могут использоваться во всех типах аккумуляторных батарей и конденсаторов для разработки, оценки и тестирования.

Ссылка (японский сайт)

3 Важные характеристики аккумуляторной батареи

Аккумулятор (или аккумуляторная батарея) обладает тремя важными характеристиками: 1.Напряжение 2. Емкость 3. КПД.

Характеристика № 1. Напряжение:

Средняя ЭДС ячейки составляет примерно 2,0 вольта. Значение ЭДС ячейки не остается постоянным, но изменяется в зависимости от изменения удельного веса электролита, температуры и продолжительности времени с момента последней зарядки.

ЭДС ячейки увеличивается с увеличением удельного веса электролита и наоборот, но увеличение удельного веса электролита также вызывает увеличение внутреннего сопротивления ячейки; следовательно, его значение не должно превышать 1.22. Наилучшие результаты дает электролит с удельным весом 1,21.

ЭДС ячейки хоть и не сильно, но немного увеличивается с повышением температуры.

Напряжение на клеммах аккумулятора выше во время зарядки, чем во время разрядки, по следующим причинам.

Внутреннее напряжение, возникающее в результате химического воздействия, зависит от силы электролита и немного увеличивается по мере того, как кислота становится сильнее, а концентрация электролита увеличивается из-за образования H ₂ SO ₄ во время зарядки и уменьшается из-за образования воды во время разряда.

Кроме того, поскольку кислота образуется в порах активного материала во время зарядки, а вода образуется во время разряда, и поскольку требуется время для диффузии кислоты или воды, отсюда следует, что сила электролита, который находится в фактическом контакте с Активный материал во время зарядки значительно больше, чем средняя сила электролита (кислоты), в то время как во время разряда она значительно меньше средней. Следовательно, ЭДС элемента больше во время зарядки, чем во время разряда.

Напряжение на клеммах батареи равно E + Ir во время зарядки и E — Ir во время разряда, где I — ток заряда или разряда, а r — внутреннее сопротивление элемента.

Характеристика № 2. Вместимость:

Способность аккумулятора работать и отдавать ток называется номинальной мощностью или емкостью. В то время как напряжение ячейки определяется ее химическим составом, емкость ячейки может изменяться бесконечно.

Емкость ячейки — это, по сути, количество электронов, которые могут быть получены из нее.Поскольку ток — это количество электронов в единицу времени, емкость ячейки — это интеграция тока, подаваемого ячейкой с течением времени. Таким образом, емкость элемента выражается в ампер-часах (А-ч) и равна произведению указанного разрядного тока в амперах на количество часов до того, как элемент разряжен до указанной степени. Таким образом, номинальная выходная мощность (или емкость) 10 ампер-часов означает, что ток в один ампер может потребляться в течение 10 часов или ток в половину ампер в течение 20 часов.

Таким образом, емкость батареи можно определить как полезное количество электричества, которое может быть получено от батареи при заданной скорости разряда до того, как она упадет до заданного значения напряжения, равного 1,75 В, умноженного на количество ячеек. . Емкость батареи зависит от нескольких факторов, главными из которых являются площадь поверхности пластины; количество, расположение и пористость активного материала, используемого при изготовлении пластин; количество и удельный вес используемого электролита; и пористость сепараторов.Скорость разряда и температура также играют важную роль.

Емкость ячейки увеличивается с увеличением площади поверхности пластины. Приблизительное правило для оценки емкости батареи — это площадь поверхности положительных пластин в мм ² , умноженная на количество таких пластин и разделенная на 1000. Например, емкость батареи, имеющей 5 положительных пластин размером 100 и 50 мм каждая, будет (100 × 50 × 5) / 1000, то есть 25 Ач.

Поскольку электричество производится в результате химического воздействия внутри элементов, емкость батареи напрямую зависит от типа и количества используемого активного материала.Теоретически требуется примерно 4 грамма металлического свинца на любом элементе, чтобы превратить его в губчатый свинец или перекись свинца, чтобы произвести один ампер-час электроэнергии. На практике требуется от четырех до шести раз больше.

Причина этого в том, что невозможно уменьшить весь активный материал, привести каждую частицу в контакт с электролитом или вызвать проникновение тока в каждую часть. Эксперимент показывает, что от 15 до 22 граммов губчатого свинца и от 16 до 24 граммов металлического свинца, преобразованного в PbO ₂ , требуется на их соответствующих элементах для получения разряда в один ампер-час при обычных коммерческих расходах.

Емкость ячейки зависит от концентрации или удельного веса электролита, так как она влияет на внутреннее сопротивление и интенсивность химической реакции, протекающей в ячейке. Он увеличивается с увеличением удельного веса электролита.

При определенной температуре емкость элемента зависит от скорости его разряда. Например, батарея емкостью 100 ампер-часов, способная обеспечить непрерывный разряд 10 А в течение 10 часов, теоретически должна давать постоянный разряд 20 А в течение 5 часов или 50 А в течение 2 часов или 100 А в течение одного часа, но на самом деле, емкость в ампер-часах уменьшается с увеличением скорости разряда.

С увеличением скорости разряда напряжение элемента падает быстрее из-за внутреннего сопротивления элемента; химические реакции ускоряются, ослабляя пластины и уменьшая емкость ячейки. Если элемент разряжается слишком быстро, это может привести к поломке пластин, а в случае приклеенных пластин очень внезапный разряд приведет к смещению пасты. Емкость хлоридных трубчатых стационарных свинцово-кислотных элементов при различных скоростях разряда, выраженная в процентах от ампер-часов, доступных при 10-часовой скорости.

Емкость батареи увеличивается с повышением температуры, потому что при высокой температуре химические реакции, происходящие внутри элемента, становятся более интенсивными, кислотостойкость снижается, а диффузия электролита улучшается. Однако при высокой температуре паста быстро превращается в сульфат свинца, что всегда сопровождается расширением пасты, особенно на положительных пластинах, что приводит к короблению и растрескиванию сетки.

При высокой температуре решетка из сурьмяно-свинцового сплава, клеммные колодки и деревянные разделители также подвергаются воздействию кислоты.Таким образом, не рекомендуется эксплуатировать свинцово-кислотные аккумуляторы при температуре выше 40 ° C. С понижением температуры химические реакции замедляются, внутреннее сопротивление элемента увеличивается и диффузия электролита ухудшается.

Следовательно, емкость элемента уменьшается с понижением температуры до точки замерзания (-35 ° C при удельном весе электролита 1,22) емкость уменьшается до нуля, даже если в противном случае аккумулятор полностью заряжен.

Характеристика № 3. Эффективность:

Эффективность ячейки может быть определена двумя способами, перечисленными и объясненными ниже:

а. Количество или эффективность в ампер-часах (A-H):

Поскольку при определении этой эффективности не принимаются во внимание изменения конечного потенциала элемента во время заряда и разряда, а конечный потенциал элемента во время заряда выше, чем во время разряда, то количественная эффективность всегда выше, чем энергоэффективность, в какие вариации оконечного потенциала ячейки учитываются.

Поскольку обычно эффективность определяется как отношение выходной мощности к входной, аналогично количественная эффективность или эффективность в ампер-часах определяется как отношение ампер-часов разряда и ампер-часов заряда.

Количественный КПД свинцово-кислотного элемента варьируется от 90 до 95%. Было бы 100 процентов, если бы не выделение газа на заряде, которое представляет собой необратимую химическую реакцию.

Если зарядку прекращать каждый раз, как только выделение газа становится заметным, эффективность в ампер-часах будет почти 100%, но емкость в ампер-часах будет уменьшена, и рекомендуется время от времени полностью заряжать аккумулятор. во избежание порчи неиспользованного сульфата свинца.Количественная эффективность также снижается из-за саморазряда пластин, вызванного местными реакциями, и из-за утечки тока, вызванной неисправной изоляцией между элементами и батареей.

г. Эффективность использования энергии или ватт-часов:

Энергоэффективность определяется как отношение энергии, отдаваемой элементом в ватт-часах во время разряда, к энергии, потребляемой в ватт-часах во время зарядки.

‘’

Работа при низкой скорости заряда и разряда и при пониженной емкости в ампер-часах приводит к повышению эффективности в ватт-часах.Фактическая эффективность в ватт-часах или энергии, достигаемая на практике, колеблется от 75 до 85 процентов.

Правильный уход продлевает срок службы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные и литий-ионно-полимерные аккумуляторы широко распространены, и причина этого вполне обоснована. По сравнению с другими перезаряжаемыми батареями литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии, более высокое напряжение элементов, низкий саморазряд и очень хороший срок службы, а также экологически безопасны, а также просты в зарядке и обслуживании. Кроме того, из-за их относительно высокого напряжения (2.От 9 В до 4,2 В), многие портативные устройства могут работать от одной ячейки, что упрощает общую конструкцию продукта.

В зависимости от приложения могут возникать споры о том, какая характеристика аккумулятора является наиболее важной. Слишком много внимания было уделено увеличению емкости литий-ионных аккумуляторов, чтобы обеспечить максимальную продолжительность работы продукта при минимальных физических размерах. Бывают случаи, когда более длительный срок службы батареи, увеличенное количество циклов зарядки или более безопасная батарея более важны, чем ее емкость.

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

Несмотря на то, что существует много различных типов литий-ионных аккумуляторов, наиболее популярные химические продукты, производимые в настоящее время, можно сузить до трех, и все они относятся к их катодным материалам.Литий-кобальтовая химия стала более популярной в ноутбуках, фотоаппаратах и ​​сотовых телефонах, главным образом из-за ее большей емкости заряда. Другие химические составы зависят от необходимости в высоких токах разряда или повышенной безопасности, или от того, где стоимость является движущим фактором. Кроме того, в разработке находятся новые гибридные литий-ионные аккумуляторы, основанные на комбинации катодных материалов, сочетающих лучшие свойства каждого химического состава.

В отличие от аккумуляторов другого химического состава, технология литий-ионных аккумуляторов еще не развита. Продолжаются исследования новых типов аккумуляторов, которые имеют еще более высокую емкость, более длительный срок службы и улучшенные характеристики, чем современные аккумуляторы.Таблица выделяет некоторые важные характеристики каждого типа батарей.

Литий-ионные полимерные батареи

Обладая характеристиками, аналогичными стандартному литий-ионному аккумулятору, вы можете заряжать и разряжать литий-ионный полимерный аккумулятор аналогичным образом. Основное различие между ними заключается в том, что твердый ионопроводящий полимер заменяет жидкий электролит, используемый в стандартной литий-ионной батарее, хотя большинство полимерных батарей также содержат электролитную пасту для снижения внутреннего сопротивления элемента.Отсутствие жидкого электролита позволяет помещать полимерную батарею в мешочек из фольги, а не в тяжелый металлический корпус, необходимый для стандартных литий-ионных батарей. Литий-ионные полимерные батареи набирают популярность из-за их рентабельной производственной гибкости, которая позволяет изготавливать их во многих различных формах, включая очень тонкие.

Все аккумуляторные батареи изнашиваются, и литий-ионные элементы не являются исключением. Производители аккумуляторов обычно считают, что срок службы аккумулятора заканчивается, когда емкость аккумулятора падает до 80% от номинальной.Тем не менее, батареи по-прежнему могут обеспечивать полезную мощность при зарядке ниже 80%, хотя и сокращают время работы.

Число циклов заряда / разряда обычно используется при оценке срока службы батареи, но срок службы и срок службы батареи (или срок службы) могут быть разными. Зарядка и разрядка в конечном итоге уменьшат активный материал батареи и вызовет другие химические изменения, что приведет к увеличению внутреннего сопротивления и необратимой потере емкости. Но необратимая потеря емкости происходит даже тогда, когда аккумулятор не используется.Постоянная потеря емкости является наибольшей при повышенных температурах, когда напряжение батареи поддерживается на уровне 4,2 В (полностью заряжена).

Для максимального срока хранения аккумуляторы следует хранить с зарядом 40% (3,6 В) при 40 ° F (в холодильнике). Возможно, одно из худших мест для литий-ионного аккумулятора — это портативный компьютер, который ежедневно используется на настольном компьютере с подключенным зарядным устройством. Ноутбуки обычно нагреваются или даже нагреваются, что приводит к повышению температуры аккумулятора, а зарядное устройство поддерживает заряд аккумулятора почти на 100%.Оба эти условия сокращают срок службы батареи, который может составлять от шести месяцев до года. Если возможно, пользователя следует проинструктировать о необходимости вынуть аккумулятор и использовать адаптер переменного тока для питания ноутбука, когда он используется в качестве настольного компьютера. Аккумулятор ноутбука, за которым правильно ухаживают, может прослужить от двух до четырех лет и более.

Существует два типа потери емкости аккумулятора: восстановимая потеря и безвозвратная потеря. После полной зарядки литий-ионный аккумулятор обычно теряет около 5% емкости в течение первых 24 часов, затем примерно 3% в месяц из-за саморазряда и дополнительно 3% в месяц, если аккумулятор имеет схему защиты. .Эти потери на саморазряд возникают, когда температура батареи остается около 20 ° C, но значительно увеличиваются с повышением температуры, а также по мере старения батареи. Эту потерю емкости можно восстановить, перезарядив аккумулятор.

Постоянная потеря емкости, как следует из названия, относится к постоянной потере, которая не может быть восстановлена ​​путем зарядки. Постоянная потеря емкости в основном связана с количеством полных циклов зарядки / разрядки, напряжением и температурой аккумулятора. Чем дольше батарея остается на уровне 4.2 В или уровень заряда 100% (или 3,6 В для литий-ионного фосфата), тем быстрее происходит потеря емкости. Это верно независимо от того, заряжается ли аккумулятор или только что он полностью заряжен с напряжением около 4,2 В. Постоянное поддержание литий-ионного аккумулятора в полностью заряженном состоянии сокращает срок его службы. Химические изменения, сокращающие срок службы батареи, начинаются в момент ее изготовления, и эти изменения ускоряются за счет высокого напряжения подзарядки и высокой температуры. Необратимая потеря емкости неизбежна, но ее можно свести к минимуму, соблюдая надлежащие методы работы с аккумулятором при зарядке, разрядке или просто хранении аккумулятора.Использование циклов частичной разрядки может значительно увеличить срок службы, а зарядка до уровня менее 100% может еще больше увеличить срок службы батареи.

Буква «C» — термин, обозначающий батарею, используемый для обозначения заявленной производителем емкости разрядной емкости, измеряемой в миллиампер-часах. Например, батарея с номиналом 2000 мАч может обеспечивать нагрузку 2000 мА в течение одного часа, прежде чем напряжение элемента упадет до напряжения нулевой емкости. В том же примере зарядка аккумулятора со скоростью C / 2 будет означать зарядку с током 1000 мА (1 А).C важен в зарядных устройствах для аккумуляторов, поскольку он определяет правильный требуемый ток заряда и время, необходимое для полной зарядки аккумулятора. При обсуждении методов завершения минимального зарядного тока, батарея емкостью 2000 мАч, использующая терминатор C / 10, завершит цикл заряда, когда ток заряда упадет ниже 200 мА.

Увеличение срока службы батареи

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

• Использовать циклы частичного разряда

  Использование только 20% или 30% емкости аккумулятора перед подзарядкой значительно продлит срок службы.Как правило, от 5 до 10 циклов неглубокой разрядки равны одному полному циклу разрядки. Хотя количество циклов частичной разрядки может исчисляться тысячами, поддержание полностью заряженной батареи также сокращает срок ее службы. По возможности следует избегать полных циклов разряда (до 2,5 В или 3 В, в зависимости от химического состава).

• Избегайте зарядки до 100% емкости

  Для этого можно выбрать более низкое напряжение холостого хода. Уменьшение напряжения холостого хода увеличит срок службы и срок службы за счет уменьшения емкости батареи.Падение плавающего напряжения с 100 мВ до 300 мВ может увеличить срок службы от двух до пяти и более раз. Литий-ионный кобальт более чувствителен к более высокому напряжению подзарядки, чем другие химические соединения. Литий-ионные фосфатные элементы обычно имеют более низкое напряжение холостого хода, чем более распространенные литий-ионные аккумуляторы.

• Выберите правильный метод прекращения зарядки

  Выбор зарядного устройства, в котором используется терминатор минимального зарядного тока (C / 10 или C / x), также может продлить срок службы батареи за счет отсутствия зарядки до 100% емкости.Например, завершение цикла зарядки, когда ток падает до C / 5, аналогично уменьшению напряжения холостого хода до 4,1 В. В обоих случаях аккумулятор заряжается только примерно до 85% емкости, что является важным фактором срока службы аккумулятора. .

• Ограничить температуру аккумулятора

  Ограничение крайних значений температуры батареи продлевает срок ее службы, особенно запрет зарядки при температуре ниже 0 ° C. При зарядке при температуре ниже 0 ° C на аноде батареи появляется металлическое покрытие, которое может перерасти во внутреннее короткое замыкание, выделяя тепло и делая батарею нестабильной и небезопасной.Многие зарядные устройства имеют приспособления для измерения температуры батареи, чтобы гарантировать, что зарядка не происходит при экстремальных температурах.

• Избегайте высоких токов заряда и разряда

  Высокие токи заряда и разряда сокращают срок службы. Некоторые химические соединения больше подходят для более высоких токов, например, литий-ионный марганец и литий-ионный фосфат. Высокие токи создают чрезмерную нагрузку на аккумулятор.

• Избегайте очень глубоких разрядов (ниже 2 В или 2.5 В)

  Очень глубокая разрядка быстро и необратимо повредит литий-ионный аккумулятор. Внутреннее металлическое покрытие может вызвать короткое замыкание, сделав аккумулятор непригодным для использования и небезопасным. Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют схему защиты в своих аккумуляторных блоках, которая размыкает соединение с аккумулятором, если напряжение аккумулятора меньше 2,5 В или превышает 4,3 В, или если ток аккумулятора превышает предопределенный пороговый уровень при зарядке или разрядке.

Способы зарядки

Рекомендуемый способ зарядки литий-ионного аккумулятора — подавать на аккумулятор постоянный ток с ограничением по напряжению ± 1% до тех пор, пока он не станет полностью заряжен, а затем остановиться.Методы, используемые для определения того, когда аккумулятор полностью заряжен, включают измерение общего времени заряда, мониторинг тока заряда или их комбинацию.

В первом методе применяется постоянный ток с ограничением по напряжению в диапазоне от C / 2 до 1C в течение 2,5–3 часов, таким образом, батарея заряжается до 100%. Вы также можете использовать более низкий ток заряда, но это потребует больше времени. Второй метод аналогичен, но требует контроля зарядного тока. По мере зарядки аккумулятора напряжение повышается, как и в первом способе.Когда он достигает запрограммированного предела напряжения, который также называется плавающим напряжением, ток заряда начинает падать. Когда он впервые начинает падать, аккумулятор заряжен примерно на 50-60%. Плавающее напряжение продолжает подаваться до тех пор, пока ток заряда не упадет до достаточно низкого уровня (от C / 10 до C / 20), после чего батарея заряжена приблизительно от 92% до 99%, и цикл зарядки завершится. В настоящее время не существует безопасного метода быстрой зарядки (менее одного часа) стандартной литий-ионной батареи до 100% емкости.

Не рекомендуется подавать постоянное напряжение на аккумулятор после того, как он полностью заряжен, так как это ускорит необратимую потерю емкости и может вызвать внутреннее литиевое покрытие. Это покрытие может перерасти во внутреннее короткое замыкание, что приведет к перегреву и сделает аккумулятор термически нестабильным. Требуемый срок — месяцы.

В некоторых зарядных устройствах для литий-ионных аккумуляторов используется термистор для контроля температуры аккумулятора. Основное назначение такого монитора — предотвратить зарядку, если температура батареи выходит за пределы рекомендуемого диапазона от 0 ° C до 40 ° C.В отличие от никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов, температура литий-ионных элементов при зарядке повышается очень незначительно. Рис. 1 показывает типичный профиль заряда литий-ионных аккумуляторов в зависимости от тока заряда, напряжения и емкости аккумулятора от времени.

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

Большинство производителей литий-ионных аккумуляторов установили напряжение холостого хода 4,2 В как лучший баланс между емкостью и сроком службы. Используя 4,2 В в качестве предела постоянного напряжения (плавающее напряжение), аккумулятор обычно может обеспечить около 500 циклов зарядки / разрядки, прежде чем емкость аккумулятора упадет до 80%. Один цикл зарядки состоит из полной зарядки до полной разрядки. Несколько неглубоких разрядов составляют один полный цикл зарядки.

Хотя зарядка до емкости менее 100% с использованием либо пониженного напряжения холостого хода, либо прекращения минимального зарядного тока приведет к первоначальному уменьшению емкости батареи, поскольку количество циклов увеличивается свыше 500, емкость батареи при более низком плавающем напряжении может превышать более высокое плавающее напряжение. Рис. 3 показывает, как рекомендованное напряжение холостого хода сравнивается с уменьшенным напряжением холостого хода в отношении емкости и количества циклов зарядки.

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

Производители аккумуляторов указывают метод заряда и поддерживающее напряжение, которое конечный пользователь должен использовать, чтобы соответствовать техническим характеристикам аккумуляторов в отношении емкости, срока службы и безопасности. Зарядка выше рекомендованного напряжения холостого хода не рекомендуется. Многие батареи включают в себя схему защиты батарейного блока, которая временно размыкает соединение с батареей при превышении максимального напряжения батареи.После открытия подключение аккумуляторной батареи к зарядному устройству обычно приводит к сбросу защиты батареи. На аккумуляторных блоках часто указано напряжение, напечатанное на батарее, например 3,6 В для одноэлементной батареи. Это напряжение не является постоянным напряжением, а скорее средним напряжением батареи, когда батарея разряжается.

Выбор зарядного устройства

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

Роль зарядного устройства в продлении срока службы аккумулятора в основном определяется подзарядным напряжением зарядного устройства и методом завершения заряда. Многие литий-ионные зарядные устройства имеют фиксированное напряжение холостого хода ± 1% (или ниже), равное 4,2 В, но есть некоторые предложения с напряжением 4,1 В и 4 В, а также регулируемые напряжения холостого хода. Использование зарядных устройств для аккумуляторов с пониженным постоянным напряжением может продлить срок службы аккумулятора при зарядке литий-ионного аккумулятора 4,2 В.

Зарядные устройства

, которые не предлагают варианты с более низким плавающим напряжением, также способны продлить срок службы батареи.Зарядные устройства, которые обеспечивают методы завершения минимального зарядного тока (C / 10 или C / x), могут продлить срок службы батареи, выбрав правильный уровень зарядного тока, на котором следует завершить цикл зарядки.

Уровень согласования

A C / 10 повысит емкость аккумулятора только примерно до 92%, но это приведет к увеличению срока службы. Уровень согласования C / 5 может удвоить срок службы, хотя емкость заряда батареи еще больше упадет примерно до 85%. Ряд микросхем зарядного устройства обеспечивают режим прекращения заряда C / 10 (порог тока 10%) или C / x (регулируемый порог тока).

Зависимость времени работы от батареи

С нынешней технологией аккумуляторов и без увеличения размера аккумулятора вы не сможете увеличить время работы и время автономной работы. Для максимального времени работы зарядное устройство должно заряжать аккумулятор до 100% емкости. Это приближает напряжение аккумулятора к рекомендованному производителем напряжению холостого хода, которое обычно составляет 4,2 В ± 1%. К сожалению, зарядка и поддержание уровня заряда батареи вблизи этих уровней сокращает срок ее службы. Одно из решений — выбрать более низкое напряжение холостого хода, которое не позволяет батарее достигать 100% заряда, хотя для этого потребуется батарея большей емкости, чтобы обеспечить такое же время работы.Конечно, во многих портативных устройствах аккумулятор большего размера может не подходить.

Кроме того, использование метода ограничения минимального зарядного тока C / 10 или C / x может иметь такое же влияние на срок службы батареи, как и использование более низкого напряжения холостого хода. Уменьшение напряжения холостого хода на 100 мВ снизит емкость примерно на 15%, но может удвоить срок службы. В то же время завершение цикла зарядки, когда ток заряда упал до 20% (C / 5), также снижает емкость на 15% и обеспечивает такое же удвоение срока службы.

Как и ожидалось, во время разряда напряжение аккумулятора будет медленно падать. Профиль напряжения разряда в зависимости от времени зависит от ряда факторов, включая ток разряда, температуру батареи, возраст батареи и тип анодного материала, используемого в батарее. В настоящее время в большинстве литий-ионных аккумуляторов используется кокс на нефтяной основе или графит. Профили напряжения для каждого из них показаны на Рис. 4 . Более широко используемый графитовый материал обеспечивает более плоское напряжение разряда между 20% и 80% емкости, затем быстро падает ближе к концу, тогда как на коксовом аноде наклон напряжения более крутой и ниже 2.Напряжение отсечки 5 В. Приблизительную оставшуюся емкость батареи легче определить с помощью коксового материала, просто измерив напряжение батареи.

Для увеличения емкости литий-ионные элементы часто подключаются параллельно. Никаких особых требований не требуется, кроме батарей должны быть одного химического состава, производителя и размера. Последовательно соединенные элементы требуют большей осторожности, потому что схемы согласования емкости и балансировки ячеек часто требуются, чтобы гарантировать, что каждая ячейка достигает одного и того же плавающего напряжения и одинакового уровня заряда.

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

Общая модель батареи — Simulink

Извлечь параметры батареи из таблиц данных

На этом рисунке показаны подробные параметры, извлеченные из данных Panasonic Паспорт батареи NiMH-HHR650D.

Номинальную емкость и внутреннее сопротивление можно узнать из таблицы спецификаций. Остальные подробные параметры взяты из Типичного График характеристик разряда.

Параметр	Значение
Номинальная внутренняя емкость	6,5 А · ч 9206
Номинальное напряжение (a)	1.18 В
Номинальная мощность	6,5 Ач
Максимальная мощность (б)	7 Ач ( *8 * 8 Ач 1,3 A)
Напряжение полного заряда (в)	1,39 В
Номинальный ток разряда (г)		3 A
Емкость при номинальном напряжении (а)	6,25 А · ч
Экспоненциальное напряжение (е)	9206	9 Емкость (е)	1,3 Ач

Эти параметры являются приблизительными и зависят от точности точек полученный из разряда изгиб.

Кривые расхода, полученные на основе этих параметров, отмеченных значком пунктирные линии на следующих рисунках аналогичны паспорту кривые.

Чтобы представить температурные эффекты литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, дополнительная кривая нагнетания при температуре окружающей среды, отличная от номинальная температура и параметры теплового отклика.Дополнительные кривые расхода обычно не приводятся в технических данных и могут требуют проведения простых экспериментов. Следующие примеры показывают параметры, извлеченные из литий-железо-фосфата A123 ANR26650M1 и Паспорта литий-кобальто-оксидных батарей Panasonic CGR 18 650 AF.

Технические характеристики A123 ANR26650M1 включают в себя необходимую разрядку. точки кривой и другие необходимые параметры.

Эти параметры взяты из таблицы данных литий-ионного аккумулятора A123. температурно-зависимая модель батареи.

4 В, 0,23 А · ч]

Максимальная мощность при (h)

Параметр	Значение
Номинальное напряжение (c)	3,22 V	3
Максимальная вместимость (d)	2.3 А · ч
Напряжение полного заряда (а)	3,7 В
Номинальный ток разряда	2.3 7	2.3 7	внутреннее сопротивление 92060003	10 мОм
Емкость при номинальном напряжении (c)	2,07 Ач
Экспоненциальная зона (b) 03
Номинальная температура окружающей среды	25 ° C
Вторая температура окружающей среды	0 ° C
2.208 Ah
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	3.45 В
Напряжение при максимальной мощности 90% при 0 ° C (ж)	2,8 В
Экспоненциальная зона при 0 ° C (ж)	[ 3,22 В, 0,23 Ач]
Тепловое сопротивление между ячейкой и окружающей средой (оценка)	0.6
Тепловая постоянная времени, от ячейки к окружающей среде (оценка)	1000

На рисунке пунктирными линиями показаны кривые разряда, полученные из моделирование при различных температурах окружающей среды. Исполнение модели очень близко к результатам таблицы данных.

Тот же подход для извлечения параметров применяется к Panasonic Литий-ионный CGR18650AF с этими характеристиками.

Эти параметры извлечены для модели батареи.

3

Параметр	Значение
Номинальное напряжение (c)	3,3 V	3
Максимальная емкость (d)	2 Ah
Напряжение полного заряда (a)	4.2 В
Номинальный ток разряда	1,95 A
Внутреннее сопротивление (расчетное)	16,5 207 мОм	16,5 207 мОм c)	1,81 Ач
Экспоненциальная зона (b)	[ 3,71 В, 0,6 Ач]
905 Номинальная температура окружающей среды 9206 ° C
Вторая температура окружающей среды	0 ° C
Максимальная производительность при 0 ° C (ч)	1.78 Ач
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	4 В
Напряжение при максимальной емкости 90% при 0 ° C (ж)	3,11 В
Экспоненциальная зона при 0 ° C (ж)	[ 3,8 В, 0,2 Ач]
Тепловое сопротивление между ячейкой и окружающей средой (оценка)	0.06
Тепловая постоянная времени, от ячейки к окружающей среде (оценка)	1000

На рисунке показано хорошее совпадение смоделированных кривых расхода (представлены пунктирными линиями) и кривые таблицы данных. Точность модель зависит от того, насколько точны выбранные точки из техпаспорта разряда кривые есть.

Последовательное и / или параллельное моделирование ячеек

Для моделирования последовательной и / или параллельной комбинации ячеек на основе параметров одной ячейки используйте преобразование параметра, показанное в следующей таблице может быть использован. Переменная Nb_ser соответствует количеству ячеек последовательно, а Nb_par соответствует количеству ячеек параллельно.

напряжение

Параметр	Значение
Номинальное напряжение	1.18 * Nb_ser
Номинальная мощность	6,5 * Nb_par
Максимальная производительность	7 * Nb_par	7 * Nb_par
Номинальный ток разряда	1,3 * Nb_par
Внутреннее сопротивление	0.002 * Nb_ser / Nb_par
Пропускная способность при номинальном напряжении	6,25 * Nb_par
Экспоненциальная зона	Nb202 PDF-1.4 % 1 0 объект > поток 2018-11-26T15: 50: 14-05: 00Microsoft® Word 20132021-10-15T13: 45: 17-07: 002021-10-15T13: 45: 17-07: 00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication / pdf uuid: a41e4d73-f1be-49cb-ad41-3aee3876d6d4uuid: 9474096f-c8d7-4ca0-8426-f9e0d3bc0865 конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток xXKo # 7WXD N \ -Ԣ4 (K ~ I5˜-> , ^ lnB X? / yni [~ qLɒ, K, Z4avy> / PdǦKB4, | h ^ 2c ؾ_ ozEno􎲑6 ~ Литий-ионная батарея Зарядка »Литий-ионная зарядка» Электроника Примечания Для правильной работы литий-ионных, литий-ионных аккумуляторов они должны быть правильно заряжены, в противном случае они не будут работать должным образом. Литий-ионная батарея Включает: Литий-ионная технология Типы литий-ионных аккумуляторов Литий-полимерный аккумулятор Литий-ионная зарядка Литий-ионные преимущества и недостатки Включая аккумуляторную технологию: Обзор аккумуляторной технологии Определения и термины батареи NiCad NiMH Литий-ионный Свинцово-кислотные Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы обеспечивают отличный уровень производительности.Чтобы получить от них максимальную пользу, их необходимо правильно заряжать. Если зарядка ионно-литиевых аккумуляторов не выполняется надлежащим образом, их работа может быть нарушена, и они могут даже выйти из строя, поэтому следует соблюдать осторожность. Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов обеспечивает максимальную производительность и длительный срок службы. В результате зарядка литий-ионного аккумулятора обычно осуществляется в сочетании с системой управления аккумулятором. Это контролирует уровень заряда, разряда и скорость, с которой это может произойти. Заряжается литий-ионный аккумулятор электроинструмента Литий-ионный заряд / разряд Проще говоря, зарядку и разрядку ионно-литиевой батареи относительно легко объяснить. Когда ионно-литиевый элемент или батарея разряжается, они подают ток во внешнюю цепь. Внутри анода в процессе окисления высвобождаются ионы лития, которые переходят на катод. Электроны от созданных ионов текут в противоположном направлении, попадая в электрическую или электронную схему, на которую подается питание.Затем ионы и электроны реформируются на катоде. Этот процесс высвобождает химическую энергию, которая хранится в клетке в виде электрической энергии. Во время цикла зарядки реакции происходят в обратном направлении, когда ионы лития проходят от катода через электролит к аноду. Электроны, обеспечиваемые внешней схемой, затем объединяются с ионами лития, чтобы обеспечить накопленную электрическую энергию. Следует помнить, что процесс зарядки не совсем эффективен - некоторая энергия теряется в виде тепла, хотя обычно уровень эффективности составляет около 95% или немного меньше. Электронные условия зарядки литий-ионного аккумулятора С точки зрения электроники процесса зарядка литий-ионных аккумуляторов сильно отличается от зарядки никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов. По разным причинам невозможно использовать одни и те же электронные схемы для их зарядки. Зарядка литий-ионных аккумуляторов зависит от напряжения, а не от тока. Таким образом, зарядка литий-ионных аккумуляторов больше похожа на зарядку свинцово-кислотных аккумуляторов. Одно из отличий от зарядки литий-ионных аккумуляторов состоит в том, что они имеют более высокое напряжение на элемент - от 3,7 до 4 В на элемент по сравнению с 1,2 В. l Литий-ионные элементы также требуют гораздо более жестких допусков по напряжению при обнаружении полного заряда, и после полной зарядки они не позволяют или не требуют непрерывной или плавающей зарядки. Особенно важно иметь возможность точно определять состояние полного заряда, потому что литий-ионные батареи не переносят перезарядки.Они перегреваются, и это сокращает их жизнь, но в экстремальных обстоятельствах это может привести к возгоранию или даже взрыву. Типичная кривая разрядки потребительского литий-ионного элемента Большинство ориентированных на потребителя литий-ионных аккумуляторов заряжаются до напряжения 4,2 В на элемент, и это имеет допуск около ± 50 мВ на элемент. Зарядка сверх этого значения вызывает нагрузку на элемент и приводит к окислению, которое сокращает срок службы и емкость. Это также может вызвать проблемы с безопасностью. Показанная выше кривая разряда типична для литий-ионного элемента в форме оксида лития-кобальта.Различные типы ионно-литиевых элементов имеют немного разные напряжения, но все они будут иметь одинаковую форму кривых разряда. Зарядку литий-ионных аккумуляторов можно разделить на два основных этапа: Заряд постоянным током: На первом этапе зарядки литий-ионного аккумулятора или элемента контролируется зарядный ток. Обычно это значение составляет от 0,5 до 1,0 C. (Примечание: для батареи емкостью 2000 мАч скорость заряда будет составлять 2000 мА при скорости заряда C). Для потребительских элементов LCO и батарей рекомендуется максимальная скорость заряда 0,8 ° C. На этом этапе напряжение на литиево-ионном элементе увеличивается при постоянном токе заряда. Время зарядки для этого этапа может составлять около часа. Заряд насыщения: Через некоторое время пик напряжения составляет около 4,2 В для элемента LCO. В этот момент элемент или батарея должны перейти на вторую стадию зарядки, известную как заряд насыщения.Поддерживается постоянное напряжение 4,2 вольта, и ток будет постоянно падать. Конец цикла зарядки достигается, когда ток падает примерно до 10% от номинального. Время зарядки для этого этапа может составлять около двух часов в зависимости от типа аккумулятора, производителя и т. Д. Эффективность заряда, то есть количество заряда, удерживаемого батареей или элементом, по сравнению с количеством заряда, поступающего в элемент, является высоким. Эффективность зарядки может составлять от 95 до 99%.Это отражается на относительно низких уровнях повышения температуры ячеек. Многие элементы теперь предназначены для быстрой зарядки, хотя в пределах номинальных значений для элемента этот процесс может сократить срок службы батареи, и необходимо найти баланс между удобством и сроком службы. Меры предосторожности при зарядке литий-ионного аккумулятора Принимая во внимание количество энергии, хранящейся в ионно-литиевых батареях, их химический состав и т. Д., Необходимо обеспечить, чтобы батареи были заряжены надлежащим образом и с помощью соответствующих зарядных устройств и оборудования. Зарядные устройства или аккумуляторные батареи для литий-ионных аккумуляторов включают в себя различные механизмы для предотвращения повреждений и опасности. Часто эти механизмы предусмотрены в аккумуляторном блоке, который затем можно использовать с простым зарядным устройством. Механизм, необходимый литиево-ионной батарее для зарядки и разрядки, включает: Зарядный ток: Зарядный ток должен быть ограничен для литий-ионных аккумуляторов. Обычно максимальное значение составляет 0,8 ° C, но для обеспечения некоторого запаса чаще устанавливаются более низкие значения.Некоторые батареи могут заряжаться быстрее. Даже для батарей или элементов, которые могут выдерживать более высокие токи зарядки, это влияет на срок службы. Если можно снизить скорость зарядки и не использовать быструю зарядку, это увеличит срок службы элемента. Температура заряда: Следует контролировать температуру заряда литий-ионного аккумулятора. Элемент или аккумулятор нельзя заряжать при температуре ниже 0 ° C или выше 45 ° C. Литий-ионные элементы и батареи лучше всего работают при комнатной температуре, поэтому зарядка в указанных пределах обеспечивает наилучшую зарядку, а также продлевает срок службы батареи. Ток разряда: Защита по току разряда необходима для предотвращения повреждения или взрыва в результате короткого замыкания. Для конкретного аккумуляторного блока будет установлен предел, и его не следует превышать. Принимая во внимание огромные запасы энергии, превышение пределов может привести к пожару или даже впечатляющему взрыву. Обычно аккумуляторные блоки имеют схему управления зарядкой / разрядкой, чтобы гарантировать, что допустимый ток не будет превышен, но всегда лучше не перенапрягать их. Различные типы литий-ионных аккумуляторов могут обеспечивать разные возможности - в результате фактический тип литий-ионных аккумуляторов, который нужно выбрать, будет зависеть от области применения и требуемой способности по току / разрядке. Перенапряжение: Защита от перенапряжения заряда необходима для предотвращения подачи слишком высокого напряжения на клеммы аккумулятора.Если позволить зарядному напряжению слишком высоко подняться, это может привести к повреждению. Защита от перезарядки: Схема защиты от перезарядки требуется для остановки процесса зарядки литий-ионных аккумуляторов, когда напряжение на элемент превышает 4,30 вольт. Чрезвычайно важно не перезарядить литиевый аккумулятор. Система управления аккумулятором должна обеспечивать защиту от перезарядки. Защита от обратной полярности: Защита от обратной полярности литий-ионного аккумулятора необходима, чтобы гарантировать, что аккумулятор не заряжается в неправильном направлении, так как это может привести к серьезным повреждениям или даже взрыву. Li-Ion от чрезмерной разрядки: Защита от чрезмерной разрядки необходима для предотвращения падения напряжения аккумулятора ниже примерно 2,3 В в зависимости от производителя. Перегрев: Защита от перегрева часто включается, чтобы предотвратить работу батареи, если температура поднимется слишком высоко. Температура выше 100 ° C может нанести непоправимый ущерб. При использовании литий-ионного аккумулятора обязательно использовать зарядное устройство производителя, поскольку в зарядном устройстве и аккумуляторном блоке могут использоваться различные элементы защиты в зависимости от конструкции. Литий-ионные циклы заряда-разряда Срок службы ионно-литиевых элементов и батарей часто выражается числом циклов заряда-разряда, которые они выдерживают до того, как их способность удержания заряда упадет. Хотя литий-ионные элементы имеют так называемый календарный срок службы - их срок службы с точки зрения истекшего времени, даже если они не используются, другим важным фактором является количество циклов заряда-разряда, которые они могут выдержать. Обычно это, а не календарный срок службы означает конец полезного срока службы литий-ионного элемента. По другим характеристикам литий-ионный аккумулятор лучше конкурентов. Было показано, что он способен выдерживать около 1000 циклов зарядки / разрядки при очень осторожном использовании и при этом сохранять 80% своей начальной емкости. Ni-Cads обеспечивают до 500 циклов, хотя это очень зависит от способа их использования. Плохо обработанная клетка может дать только 50 или 100. NiMH клетки еще хуже, и это одна из основных областей развития. Они могут дать только 500 циклов в лучшем случае, прежде чем их емкость упадет до 80% от начального рейтинга заряда. Также обнаружено, что литий-ионные элементы и батареи не страдают от эффекта памяти, который был очевиден для никель-кадмиевых аккумуляторов. Эффект памяти становился очевидным, если клетки разряжались лишь частично каждый раз при их использовании. Со временем они «вспомнили» уровень разряда, и их емкость соответственно уменьшилась. В результате было хорошо периодически выполнять полную разрядку ячеек. Это не так для литий-ионных элементов. Зарядка и разрядка литий-ионных аккумуляторов являются ключом к их работе и долгой работе.Обычно в аккумуляторные блоки встроены микросхемы управления батареями. Это управляет зарядкой и разрядкой литий-ионного аккумулятора. Таким образом, пользователь может подключить аккумулятор к зарядному устройству и оставить его заряжаться, зная, что его не нужно отключать через определенное время. Микросхема управления батареей также гарантирует, что батарея не разряжается слишком далеко.