Li-ion аккумуляторы — как заряжать, плюсы и минусы, устройство
Li-Ion аккумуляторы широко применяются в бытовой электронике, цифровой технике, а также в электротранспорте, подъемно-транспортных складских машинах, системах автономного электроснабжения. Литий-ионные АБ распространены в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах, портативных колонках, игровых консолях, беспроводных наушниках. В чем особенности и преимущества Li-Ion аккумуляторов? Как правильно заряжать литий-ионные батареи?
Устройство и принцип работы
В состав Li-Ion аккумулятора входят два электрода: катод на алюминиевой фольге, покрытый оксидом лития, и анод на медной фольге с графитовым покрытием. Электроды разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Все детали конструкции помещены в герметичный корпус с положительным и отрицательным выводами. Медные и алюминиевые пластины, разделенные пористой прослойкой, могут сворачиваться в рулон или укладываться иным образом, образуя элементы цилиндрической или другой формы. При подаче напряжения на выводы аккумулятора положительно заряженные ионы лития отрываются от молекул оксида и перемещаются на графитовую поверхность. Результатом такой окислительной реакции становится зарядка аккумулятора. Работа АБ под нагрузкой вызывает обратный процесс: ионы лития через сепаратор возвращаются на катод и переходят в свое стандартное состояние. Постепенное снижение емкости аккумулятора в процессе эксплуатации вызвано тем, что анод восстанавливается не до конца и продукты окисления скапливаются на его поверхности.
Как заряжать
- батарею заряжают током 0,5-1 С (где С – емкость АБ) до напряжения 4.2*N (где N – кол-во последовательно соединенных элементов). Этот режим называется – CC (constant current) ;
- при достижении напряжения 4.2*N на выводах АБ ток зарядки начинает снижаться до 0,01 — 0,05 C. Такой режим называется – CV (constant voltage);
Как обеспечивается автоматическая защита от перезаряда
На практике пользователю чаще всего не приходится заниматься такой многоступенчатой зарядкой аккумулятора. Для этой цели предусмотрен специальный контроллер, выполняющий защитную функцию. Контроллер отключает зарядное устройство, если напряжение на клеммах каждой ячейки превышает 4.2 В или температура корпуса достигла 60 °С. В качестве защитных модулей могут использоваться электронные платы PCM, BMS. Такой модуль может быть встроенным непосредственно в АБ или в устройство, в котором работает Li-Ion АБ. Плата BMS используется в АБ для обеспечения безопасной и долговечной эксплуатации: осуществляет не только защиту от перезаряда, но также выполняет функцию балансировки элементов, когда отдельные элементы имеют разную степень разряда и защиты от переразряда, превышения токов, короткого замыкания. Иными словами, от неправильного использования.
Преимущества
Главные плюсы Li-Ion аккумуляторов:
- высокая плотность энергии, позволяющая ноутбукам, смартфонам и другим портативным устройствам меньше весить, при этом содержать в себе большое кол-во энергии;
- низкий саморазряд. Этот показатель равен 2–3 % в месяц;
- номинальное напряжение одного элемента – 3,6 – 3.7 В. Напряжение стандартного щелочного элемента, как правило, – 1,5 В.
- способность «проходить» до 1000 циклов заряда-разряда до потери общей емкости на 20%;
- разнообразие форм и параметров, возможность выбрать подходящую модель для конкретного потребителя;
- высотоковые исполнения Li-Ion аккумуляторов могут отдавать ток до 120 С;
- отсутствие расходов в процессе эксплуатации.
Достоинства и недостатки литий-ионных аккумуляторов
Li-ion аккумуляторы являются достойной альтернативой Ni-MH элементам, демонстрируя более высокие рабочие характеристики. Взяв в руку смартфон или планшет можете даже не сомневаться, что под крышкой находится именно Li-ion аккумулятор.
Главный плюс литий-ионных аккумуляторов: высокая удельная емкость на единицу площади. Именно это качество позволяет создавать компактные батареи, поддерживающие длительную работу мобильных устройств. Еще они характеризуются:
- малым саморазрядом;
- продолжительным сроком службы (до 10 лет);
- отсутствием «эффекта памяти»;
- простотой в эксплуатации и уходе;
- большим числом рабочих циклов (около 1000).
Li-ion аккумулятор за год может потратить всего 3% энергии. Его можно постоянно подзаряжать, не боясь при этом, что он утратить первоначальную емкость.
Их немного, но они есть. Стоимость таких батарей до сих пор остается высокой и в некоторых случаях эффективней использовать аккумуляторы других типов. Также литий-ионные элементы не могут обеспечить высокие разрядные токи, а это необходимо таким приборам, как фотовспышка или электробритва. Спектр рабочих температур — ограниченный, существует риск взрыва при нарушении герметичности.
Перспективы Li-ion аккумуляторов
Технологии развиваются и литий-ионные элементы питания постоянно совершенствуются. Стоит надеется, что в ближайшее время будет найдена альтернатива дорогостоящему оксиду кобальта и стоимость аккумуляторов снизится. Есть перспективы и по увеличению удельной энергоемкости. Уже сейчас есть успешный вариант: литий-полимерная основа.
Литиевые аккумуляторы – особенности, преимущества, выбор
Литиевые аккумуляторы появились не так давно – впервые были использованы в 1991 году, – но успели завоевать широкую популярность. Они применяются во многих сферах, но чаще всего их можно встретить в разнообразном оборудовании, машинах и на некоторых производствах. Они обладают низким саморазрядом, высоким током при функционировании, герметичны и практически не нуждаются в обслуживании. Именно о них мы расскажем в этой статье, а также перечислим их особенности, достоинства и недостатки. И укажем, на что обратить внимание при покупке подобных батарей.
Принцип функционирования АКБ
Стандартно модели оснащаются двумя электродами – анодами на медной фольге и катодами на алюминиевой. Они разделены пористым сепаратором, в который залит электролит. При включении ион лития внедряется в кристаллические решетки и запускает химические реакции.
Стоит отметить, что при зарядке отрицательный электрод полностью не восстанавливается, поэтому начальная емкость постепенно снижается. Исправить это нельзя, так что у литиевых батарей есть вполне обозримый срок эксплуатации, связанный с потерей изначальных технических характеристик.
В качестве катодов в таких АКБ могут использоваться разнообразные соединения лития с другими металлами. В зависимости от этого изменяются и некоторые параметры приборов. Среди таких добавочных включений особенно известны кобальт, марганец, феррофосфаты.
Особенности литиевых аккумуляторов
Данные АКБ относятся к не самым безопасным, поэтому имеют ряд отличительных черт, которые выделяют их среди остальных подобных устройств. Их желательно упомянуть отдельно.
- Считается, что батареи с литием очень взрывоопасны и могут возгораться. Но сейчас эта опасность несколько преувеличена, поскольку модели постоянно совершенствуются и обновляются. Как следствие, количество взрывов значительно снижается. Большинство из подобных случаев связаны с повреждениями корпуса и внутренностей АКБ. Если таковые обнаруживаются, прибор необходимо обязательно отключить от питания и обратиться в сервисный центр за диагностикой. Чаще всего они не поддаются восстановлению, поэтому изначально с ними стоит обращаться аккуратнее.
- Правильная зарядка способна продлить срок службы литий-ионного аккумулятора. Современные модели часто оснащаются контроллером, регулирующим уровень подзарядки. Устройства необходимо заряжать токами с разным напряжением. Сначала 2,9 В, затем 4,2 В. Встроенные контроллеры должны автоматически создавать нужные условия. Также не стоит допускать полной разрядки техники, количество рабочих циклов тогда значительно сократится. Оптимальное значение для них 20%.
- В литий-ионных батареях присутствует незначительный эффект памяти. Он настолько мал, что его можно не принимать в расчет – на функционировании и продолжительности службы он никак не скажется.
- Существенным недостатком АКБ на литии является эффект старения. Устройства не могут храниться длительное время без эксплуатации. Стандартный срок бездействия не превышает 5 лет.
- Оптимальная рабочая температура батарей составляет +20. Перепады, резкие скачки, замораживание и перегрев не допускаются. Не длительное пребывание на морозе способно привести к стремительной потере емкости и быстрой разрядке.
Достоинства и недостатки литиевых АКБ
Среди главных преимуществ литий-ионных аккумуляторов стоит отметить:
- Низкий уровень саморазряда.
- Выпускаются в разных размерах и с различным весом, что упрощает их эксплуатацию.
- Не нуждаются в обслуживании – их запрещено вскрывать.
- Работают в широком диапазоне температур, но оптимальная не превышает двадцати градусов.
- Выделяются высокой производительностью и эффективностью.
- Рассчитаны на длительную эксплуатацию без хранения.
- Выдают ровный, хороший ток при функционировании.
- Количество рабочих циклов у литиевых АКБ на порядок больше, чем у свинцовых.
- Скорость разряда батарей на литии в некоторых модификациях может доходить до 1 С, тогда как у аккумуляторов на свинце редко поднимается выше 0,2-0,4 С.
Но есть у них и ряд существенных минусов, которые мы еще не отметили:
- Боятся механических повреждений – могут взорваться.
- При перегреве или промерзании снижается их продуктивность.
- Нужно соблюдать условия правильной зарядки.
На что обратить внимание при выборе
Как и в других случаях, перед покупкой литиевых аккумуляторов учитывают ряд особенностей:
- Назначение устройства и будущее место эксплуатации.
- Требуемые технические характеристики – емкость, напряжение, сила тока и т.д.
- Размеры и вес прибора, чтобы он хорошо вошел на место использования.
- Срок службы при разных условиях.
- Способ зарядки и наличие контроллеров.
Литий-ионные аккумуляторные батареи используются во многих сферах – от разнообразного электрооборудования до транспортных средств и предприятий. Они выделяются высокой производительностью, низким саморазрядом, отсутствием обслуживания. Но при неправильном обращении могут взрываться или значительно сокращается срок их службы. Перед покупкой обращают внимание на технические характеристики, габариты и назначение устройств.
- Компания
- Профиль компании
- Новости
- Статьи
- Корпоративная культура
- Важные даты
- Свинцово-кислотные
- Литиевые
- Тяговые
- Аккумуляторы для солнечных панелей
- Устройства хранения энергии
- Фотоэлектрические сетки
- Уличное освещение, фонари
- Стандарты
- Аттестаты
- Крепления и защита
- Перевозка
- Частые вопросы
- Загрузка документов
- ЕБВА
- Юго-Восточная Азия
- Америка
Плюсы и минусы литий ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы – универсальные химические источники тока, отличающиеся легким весом, низкой саморазрядкой и отсутствием «эффекта памяти». Они не требуют обслуживания и при соблюдении правил эксплуатации совершенно безопасны в использовании. Наиболее распространенные классы Li-Ion аккумуляторов – литий-марганцевые LiMn2O4, кобальт-литиевые LiCoO2, литий-ферро-фосфатные LiFePO4. Многочисленные преимущества литиевых аккумуляторов обеспечили им хорошие оценки экспертов и высокую популярность при оснащении портативной и автономной электротехники, где предъявляются особые требования к компактности и эргономичности АКБ. Есть у литий-ионных аккумуляторных батарей и недостатки, но все они компенсируются высокой плотностью накопленной энергии.
Плюсы литий ионных аккумуляторов
- высокая плотность накапливаемой энергии и разрядных токов;
- выдача более высокого напряжения (по сравнению с аккумуляторами типов NiCd и NiMH);
- постоянная готовность к эффективной эксплуатации;
- минимальный саморазряд – 4–6% за месяц, 10–20% за год;
- отсутствие «эффекта памяти» – возможность регулярной небольшой подзарядки;
- отсутствие необходимости в «тренировке » после приобретения – полностью заряжать, а потом полностью разряжать литиевые батареи после покупки не нужно;
- широкий диапазон рабочих температур – от -20 до + 50 °С;
- эффективное сохранение накопленной энергии потеря не более 5% накопленной емкости в месяц;
- возможность создания Li-Ion аккумуляторов различных форм и размеров;
- легкий вес;
- возможность длительного хранения в условиях, рекомендованных производителем;
- незначительное старение без регулярной эксплуатации – до 20% в год;
- большой эксплуатационный ресурс порядка 10 лет;
- существенный запас рабочих циклов разряд-заряд более 1000;
- простота в уходе и использовании.
Недостатки Li-Ion аккумуляторов
Минусы литий ионных аккумуляторов немногочисленны:
- относительная дороговизна;
- низкая устойчивость к избыточному заряду и полному разряду поэтому умные Li-Ion батареи оснащаются встроенными системами автоматического отключения;
- небезграничный диапазон рабочих температур (от -20 до + 50 С) ухудшение работы при высоких температурах, снижение емкости при использовании на морозе;
- затрудненность зарядки при отрицательных температурах;
- взрывоопасность при повреждении корпуса проколе или другом нарушении герметичности;
- зависимость срока службы от времени, а не от числа циклов разрядки и зарядки с течением времени происходит постепенная потеря емкости.
Рекомендации по эксплуатации литиевых аккумуляторов
Чтобы продлить срок службы литиевого аккумулятора и повысить эффективность его работы, нужно следовать простым рекомендациям:
- избегать полного разряда АКБ, регулярно подзаряжать ее при падении уровня заряда до 20%;
- не допускать перегрева батареи и воздействия на нее прямых солнечных лучей;
- не использовать аккумулятор на сильном морозе, для эксплуатации зимой утеплить его;
- хранить литий-ионный аккумулятор с 50% уровнем заряда, при температуре 0 С;
- беречь АКБ от ударов, повреждений и сильной вибрации, при установке на электротранспорт подкладывать мягкую прослойку.
О том, как восстановить литий-ионный аккумулятор после глубокого разряда, читайте здесь.