Сколько литий-ионных аккумуляторов нужно для работы 10-ти холодильников?

Разрядные характеристики литий-ионных аккумуляторов

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареямОпубликовано 18.05.2016 15:08Автор: Abramova Olesya

Первые литий-ионные аккумуляторы были довольно непрочными и считались непригодными для высоких нагрузок.

Но сегодня ситуация изменилась, и эта электрохимическая система стоит наравне с никелевой и свинцовой.

Существует две основные направленности литий-ионных аккумуляторов – оптимизация под энергетические (емкостные) и мощностные требования.

Энергетический литий-ионный элемент оптимизирован под максимальную емкость для обеспечения долгой автономной работы.

Примером такого элемента является Panasonic NCR18650B (рисунок 1), которая обладает высокой емкостью, но при разрядке значением в 2С и больше имеет существенное проседание характеристик.

При пороговом значении напряжения отсечки в 3,0 В на элемент, разрядка силой 2С снизит емкость до 2,3 Ач вместо номинальных 3,2 Ач. Такие элементы рассчитаны, в первую очередь, для портативных компьютеров и других не особо мощных применений.

Обратите внимание

Рисунок 1: Разрядные характеристики Panasonic NCR18650B. Элемент емкостью 3,200 мАч разряжается силой 0,2С, 0,5С, 1С и 2С.

Отмеченная красным кружком область с пороговым напряжением отсечки 3,0 В на линии разряда силой 2С фиксирует момент полного разряда.

Понижение температуры окружающей среды также приведет к потерям емкости, при 25°С емкость будет соответствовать номиналу, при 0°С ее значение будет составлять ~83 % от номинальной емкости, при -10°С – ~66 % и при -20°С – ~53 %.

Элемент Panasonic UR18650RX имеет небольшую емкость, но превосходные нагрузочные характеристики. Разряд силой тока 10 А (5С) приводит к минимально возможным потерям емкости с напряжением отсечки 3,0 В. Такие элементы предназначены для устройств с высокими токами нагрузки, например, для электроинструмента.

Рисунок 2: Разрядные характеристики Panasonic UR18650RX. Показан разряд этого 1950 мАч элемента С-рейтингом 0,2С, 0,5С, 1С, 2С и фиксированной силой тока 10 А.

Разрядка всеми вышеперечисленными значениями обеспечивает емкость на уровне 2000 мАч при пороговом напряжении отсечки 3,0 В. Данные элементы обладают умеренной емкостью, но в состоянии удовлетворить высокий ток нагрузки.

При понижении температуры окружающей среды реальная емкость понизится до: при 25°С – 100% от номинала, 0°С – ~92%, -10°С – ~85%, -20°С – ~80%.

Оптимизированный под показатели мощности элемент способен обеспечить непрерывный разряд силой 10С. Это означает, что элемент типоразмера 18650 емкостью 2000 мАч может обеспечить непрерывное питание нагрузки силой тока 20 А (30 А – в случае, если это элемент Li-фосфатной технологии).

Такая превосходная производительность достигается частично за счет снижения внутреннего сопротивления, а также за счет оптимизации площади поверхности активного вещества. Низкое сопротивление обеспечивает высокое значение электрического тока с минимальным повышением температуры.

Эксплуатация при максимально допустимом разрядном токе нагревает элемент примерно до 50°С, тогда как максимально допустимая температура составляет 60°С.

Важно

Для удовлетворения нагрузочным характеристикам у производителей аккумуляторов есть два пути: использование оптимизированных под мощность элементов или увеличение размеров аккумулятора из элементов, “заточенных” под емкость.

Подобный метод из увеличения количества элементов используется в аккумуляторных системах электромобиля Tesla, и хотя такая система обеспечит отличный показатель автономного времени работы, ее вес и стоимость будут значительно увеличены.

Одним из уникальных свойств аккумуляторов на основе лития и никеля является способность обеспечения непрерывной высокой мощности, вплоть до полного исчерпания аккумулятора. Это свойство становится возможным благодаря быстрому электрохимическому восстановлению.

Свинцово-кислотный аккумулятор является “медленным”, его можно сравнить с фломастером, которому для восстановления способностей после расхода краски необходимо некоторое время.

И в то время как восстановление характеристик относительно быстрое при разрядке (например, при запуске двигателя стартерным аккумулятором), то вся медлительность химических реакций становится очевидной при зарядке, которая длится 14-16 часов.

С увеличением возраста свинцово-кислотного аккумулятора скорость восстановления его характеристик становится только хуже.

Аккумулятор может разряжаться постоянной нагрузкой, скажем в 0,2С, как, например, происходит в фонарике, но многие другие устройства требуют кратковременных нагрузок, в два-три раза превышающих допустимый разрядный С-рейтинг.

Примером такого импульсного потребления электричества может служить технология GSM (Global System for Mobile Communications), используемая в мобильных телефонах. GSM требует пикового значения силы тока в 2 А каждые 577 микросекунды.

Такая специфичность работы выдвигает особые требования к небольшим аккумуляторам, к тому же, при высокой частоте импульсного энергопотребления, электрические батареи начинают вести себя как большие конденсаторы и их характеристики, соответственно, меняются.

Рисунок 3: Разрядные импульсы GSM-приемника мобильного телефона. Импульсы частотой 577 микросекунд зависят от расстояния до ближайшей вышки и могут достигать 2 А.

С точки зрения долговечности, аккумуляторной батарее наиболее предпочтителен постоянный разрядный ток умеренной силы в сравнении с импульсной или одномоментной высокой нагрузкой.

Рисунок 4 демонстрирует уменьшающуюся емкость NiMH аккумулятора при различных условиях разрядки – от “мягкого” постоянным током 0,2С до импульсного режима.

Совет

Стоит отметить, что большинство электрохимических систем, в том числе и литий-ионная, будут демонстрировать похожее поведение с нагрузочными характеристиками, указанными на рисунке 4.

Рисунок 4: Жизненный цикл никель-металл-гидридного аккумулятора при различных условиях нагрузки. NiMH лучше работает с постоянным разрядным током и аналоговыми устройствами, подключение цифровых устройств снижает срок службы. Li-ion ведет себя аналогичным образом.

На рисунке 5 анализируется количество полных циклов оптимизированного под емкостные показатели литий-ионного элемента при разрядке различными значениями С-рейтинга. При значении 2С аккумулятор подвергается значительному стрессу, ограничивая период снижения емкости до половины номинального значения всего лишь 450 циклами.

Рисунок 5: Жизненный цикл оптимизированного под емкостные показатели литий-ионного элемента при различных условиях нагрузки. При высоких нагрузках износ абсолютно всех аккумуляторных батарей увеличивается. Но элементы, оптимизированные под мощностные показатели, являются более выносливыми и надежными в случае высоких нагрузок.

Аккумуляторы EverExceed

OPzS NI-CD OPzV
20 лет / 1500 циклов 25 лет / 2000 циклов 20 лет / 1500 циклов
для промышленного и частного применения: телекоммуникации, аварийное освещение, солнечные электростанции, системы безопасности, (UPS) источники бесперебойного питания и т.д.

  • Тепло увеличит производительность аккумулятора, но каждые 10°С выше 25-30°С будут сокращать срок его службы вдвое. Рекомендуется держать аккумулятор в прохладном месте.
  • Не допускайте чрезмерной разрядки.
  • При высоких нагрузках и повторяющихся глубоких разрядах использование большого аккумулятора минимизирует наносимый стресс.
  • Разрядка умеренным постоянным током лучше для аккумулятора в сравнении с импульсными и высокими кратковременными нагрузками.
  • Аккумулятор показывает свойства конденсатора при разрядке высокочастотным током. Это позволяет использовать более высокие пиковые токи в сравнении с разрядкой постоянным током.
  • Аккумуляторы на основе никеля и лития имеют высокое химическое быстродействие; свинцово-кислотные же являются медленными, и им необходимо несколько секунд для восстановления характеристик между тяжелыми разрядами.
  • Приближение к граничным уровням заряда и разряда несет деградационный характер для всех электрохимических систем.

Последнее обновление 2016-04-06

Источник: https://best-energy.com.ua/support/battery/bu-501-a

Как правильно заряжать литий ионный аккумулятор: как собрать литиевую батарею своими руками

Изначально литий ионные батарейки предназначались для мобильных устройств будь-то телефоны, фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, но в последнее десятилетие выпуск литиевых аккумуляторов налажен и большинством автопроизводителей.

Тогда зачем собирать самому, если можно купить готовый аккумулятор? Есть достаточно причин:

  • собранные на заводе литиевые аккумуляторные батареи — неоправданно дорогие;
  • очень трудно найти подходящий по габаритам аккумулятор для мотоцикла, автомобиля;
  • если собранная батарея влезет с запасом в установочное место, то у неё будет ниже емкость.

Своими руками можно собрать батарею из отдельных элементов, которая будет ограничена лишь энергоплотностью и ценой за ватт-час, в зависимости от типа выбранных элементов:

  1. NiMH — никель металогидридные;
  2. Li-ion — литий ионные;
  3. Li-pol — литий полимерные;
  4. LiFePO4 — литий железо-фосфатные;
  5. Lead-Acid — свинцово-кислотные.

Опасность перезаряда литиевых элементов

С литиевыми элементами нужно обращаться осторожно, поскольку в них сосредоточена большая энергия на малую площадь при полном заряде. Поэтому уже давно в продаже имеются защищенные Li-ion и Li-pol батарейки.

Ещё в 1991 году компания Sony обратила внимание на взрывоопасность Li-ion элементов. В настоящее время все без исключения аккумуляторы наматываются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы исключить риск внутреннего короткого замыкания.

Все фирменные батарейки снабжены платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их в следующих случаях:

  1. Аккумулятор чрезмерно разряжен — ниже 2,5 В.
  2. Перезаряжен — свыше 4,2 В.
  3. Подан слишком большой ток заряда — более 1С (С является ёмкостью аккумулятора в Ач).
  4. Короткое замыкание.

  5. Превышен ток нагрузки — более 5С.
  6. Неправильная полярность при заряде.

Для дополнительной подстраховки служит термопредохранитель, размыкающий цепь при перегреве литиевого элемента свыше 90 °C.

Как найти батарею с защитой?

Литиевые аккумуляторы выпускаются в бытовом и технологическом исполнении. Батарейки для бытового использования имеют прочный пластмассовый корпус и встроенную электронную защиту. Технологические элементы, предназначенные для промышленного использования, чаще всего выпускаются в бескорпусном виде и не имеют встроенной защиты.

  1. Защищенные аккумуляторы имеют слово «protected» в названии, незащищенные — «unprotected».
  2. Батарейки с защитой длиннее обычных на 2–3 мм из-за платы, которая устанавливается на торце возле минусового полюса.

  3. Цена на батарейки с защитой при одинаковой ёмкости всегда выше, ведь плата с электронными компонентами тоже стоит денег.

Плюсовой полюс батарейки обязательно соединяется с защитной платой тонкой пластинкой, иначе защита работать не будет.

О балансировке элементов литиевого аккумулятора

При последовательном соединении отдельных элементов их напряжения суммируются, а ёмкость остаётся той же. Даже из одной серии батарейки имеют различные характеристики, поэтому заряжаются они с разной скоростью. Например, при заряжании до суммарного напряжения 12,6 В элемент посередине может перезарядиться до 4,4 В, что опасно его перегревом.

Дабы не происходило чрезмерного перезаряда незащищенных элементов, применяются балансировочные шлейфы, подключаемые к специальным зарядным устройствам, например: iMAX B6 и Turnigy Accucel-6.

Каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарейка бытового назначения имеет самую совершенную защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля напряжения, ключа на полевом транзисторе и термопредохранителя.

Балансировка защищённых элементов не требуется, поскольку при возрастании напряжения на каком-то из них до 4,2 В, зарядка гарантированно прервётся.

При сборке батареи из элементов без защиты есть выход из положения — поставить одну плату контроля напряжения на все батарейки, к примеру, соединив их по схеме 4S2P — 4 последовательно, 2 параллельно.

Также не нужна балансировка параллельно соединённых элементов.

При параллельном соединении батареек их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются.

О ёмкости литиевых аккумуляторов

Ёмкость — способность аккумулятора отдавать ток, измеряемая в миллиампер час (мАч) или ампер час (Ач). К примеру, батарейка ёмкостью в 2 Ач сможет отдавать ток в 2 A один час, или в 1 A два часа.

Читайте также:  Почему кофейный аппарат aeg работает рывками?

Но эта зависимость тока от времени подключения нагрузки не линейна — в определённой точке графика при увеличении тока вдвое время работы батареи снижается вчетверо.

Поэтому производители всегда указывают ёмкость, высчитанную при разряде аккумулятора чрезмерно малым током в 100 мА.

Количество энергии зависит от напряжения аккумулятора, поэтому никель металогидридные элементы при одинаковой ёмкости имеют в 3 раза меньшую энергоёмкость, чем литий ионные:

  • NiMH — 1,2 В * 2,2 Ач = 2,64 ватт-часа;
  • Li-ion — 3,7 В * 2,2 Ач = 8,14 ватт-часа.

При поиске и покупке аккумуляторных батареек отдавайте предпочтение известным фирмам, таким как Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Батарейки этих производителей имеют ёмкость наиболее соответствующую той, что указана на их корпусе.

Надпись 2600 мА на элементах Sanyo не сильно отличается от их настоящей ёмкости в 2500–2550 мА.

Подделки китайских производителей с хвалёной ёмкостью в 4200 мА недотягивают и до 1000 мА, зато цена на них в два раза ниже японских оригиналов.

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

  1. пайку;
  2. соединительные коробки;
  3. неодимовые магниты;
  4. точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости.

С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах.

Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Обратите внимание

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Автор: Виталий Петрович. Украина, Лисичанск.

Источник: https://volt-index.ru/muzhik-v-dome/akkumulyator-iz-litiy-ionnyih-batareek-svoimi-rukami.html

Правила эксплуатации и зарядки литий-ионных аккумуляторов

Литий -онные аккумуляторы (Li-ion) представляют собой наиболее распространенный тип электрического аккумулятора. Он используется практически во всей современной бытовой технике. Впервые подобный носитель энергии был изготовлен компанией Sony в 1991 году.

Где применяются

Сегодня литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно в таких электронных приборах, как цифровые фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, мобильные телефоны и так далее.

Кроме того, за счет низкой интенсивности саморазряда и большому количеству циклов зарядки и разрядки аккумуляторы Li-ion очень удобны в приборах альтернативной энергетики. Такие устройства, кроме традиционной системы BMS, оснащаются специальными преобразователями напряжения – инверторами.

В последнее время литий-ионные аккумуляторы стали использоваться в электромобилях и различных энергетических системах в качестве накопителей энергии.

Устройство литий-ионного аккумулятора

Основные параметры работы такого типа батарей зависят от их химического состава и варьируются в широких пределах. Чтобы при превышении напряжения во время зарядки аккумулятор не загорелся, в его корпус встраивается контроллер заряда. Он защищает устройство от превышения допустимого напряжения заряда.

Кроме того, во многих системах этот контроллер опционально может отслеживать температуру батареи и отключать ее при перегревании или же ограничивать ток потребления и глубину заряда. Однако не все современные аккумуляторы такого типа оснащаются подобной защитой.

Многие производители стараются гнаться за себестоимостью и емкостью, но при этом не уделяют должное внимание защите.

Балансировка аккумулятора

Все литий-ионные аккумуляторы обладают специфическими требованиями в случае подключения их последовательно по типу банок. Для этой цели зарядные устройства к такими батареям имеют специальную систему балансировки ячеек. Суть этой схемы заключается в том, что одна из банок достигнет полной зарядки раньше другой.

Поэтому к заряженной банке нужно прекратить подачу энергии и при этом продолжить зарядку остальных. Функция балансировки в таких зарядных устройствах выполняет узел аккумуляторной балансировки. Он позволяет заряжать батареи так, чтобы ток шел через уже заряженную банку.

Подобные зарядные системы обеспечивают поддержание заряда в диапазоне от 4 до 4,2 В, что позволяет детектировать наличие аккумуляторов.

Схема работы

Устройство подобного аккумулятора включает в себя два электрода, разделенные между собой пропитанными пористыми сепараторами.

Эти электроды помещаются в герметичный корпус, а аноды с катодами соединяются между собой при помощи клемм-токосъемников.

В корпусе расположен предохранительный клапан, который сбрасывает внутреннее давление в аварийных ситуациях и при различных нарушениях эксплуатационных условий.

Виды аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы отличаются между собой по типу катодного материала.

Основным переносчиком заряда здесь является ион лития, который может внедряться в кристаллическую оболочку остальных материалов, например графита, солей или оксидов других металлов.

Что касается отрицательных пластин, то их первоначально делали из металлического лития, а потом их место занял каменноугольный кокс. В последующем для этой цели стал применяться графит, а после – другие материалы. Основные виды катодных материалов:

  • Литиевый оксид кобальта – обеспечивает работу аккумуляторов при более низких температурах с повышением количества зарядов и разрядов.
  • Литий-феррум-фосфатный катод – используется во многих аккумуляторах ввиду их низкой стоимости.
  • Литий-марганцевая шпинель.

Как правило, современные литий-ионные аккумуляторы используются в комплекте с системами управления и контроля, а также с универсальным устройством зарядки и разрядки.

Технические характеристики

Современные литий-ионные аккумуляторные батареи имеют свои технические характеристики, которые желательно знать при их использовании. В частности, номинальное напряжение одного элемента составляет от 3,5 до 3,8 В, а максимальное – от 4,23 В.

При этом минимальное напряжение колеблется в пределах от 2,5 до 3,0 В. Как правило, большинство таких аккумуляторных батарей рассчитаны на 500-600 циклов зарядки и разрядки до достижения 80%. При этом заряжаются они достаточно быстро – от 20 минут до 1 часа.

Находясь при комнатной температуре литий ионные аккумуляторы в среднем саморазряжаются на 3% в течение месяца. Несмотря на то, что такая батарея может работать в достаточно широком диапазоне температур (от -40°C до +50°C), оптимальной температурой для работы считается +20°C.

В таких условиях батарея будет обладать наибольшей емкостью и длительным сроком эксплуатации.

Правила эксплуатации

Литий-ионные аккумуляторы считаются гораздо более простыми в эксплуатации, чем гибридные никель-металлические батареи. Однако и они нуждаются в определенном уходе.

Для того, чтобы эти устройства работали долго и не теряли своих возможностей, их нужно уметь правильно заряжать. Это позволит продлить их жизненный цикл и время работы мобильных приборов без подзарядки.

Для того, чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо учитывать 5 основных правил.

Важно

Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, поэтому их необходимо заряжать до того, как они разрядятся до нуля. Большинство производителей рассчитывают время жизни батареи количеством циклов их полной разрядки до нуля. Как правило, это от 400 до 600 зарядов для качественных аккумуляторов.

Поэтому для увеличения срока службы батареи следует почаще заряжать свой телефон или другое мобильное устройство. Как только показатель заряда уменьшается до 10-20 процентов, следует ставить прибор на зарядку. Благодаря этому можно существенно увеличить количество циклов разряда до тысячи и более.

Если вы хотите правильно ухаживать за литий-ионным аккумулятором, то его необходимо разряжать хотя бы 1 раз в 3 месяца.

Это связано с тем, что полный заряд на протяжении длительного промежутка времени приносит батарее не меньший вред, чем постоянный разряд до нуля.

Поскольку процесс заряда зачастую происходит нестабильно, то специалисты советуют хотя бы раз в 2-3 месяца полностью заряжать батарею и оставлять ее заряженной до 12 часов. Такая процедура позволяет сбросить верхние и нижние флаги аккумуляторного заряда.

Специалисты считают, что наиболее правильно хранить аккумуляторы в частично заряженном состоянии. Наиболее оптимальный вариант – это хранение батарей с уровнем заряда до 50 процентов, но не менее 30 процентов. При этом температура хранения должна быть около 15 градусов.

Это самый удачный способ хранения, так как даже если литий ионный аккумулятор находится в состоянии полной зарядки, его емкость может со временем значительно уменьшаться. Однако еще хуже оставлять батареи надолго в разряженном виде. Если она пробыла в таком состоянии длительное время, то тогда ее смело можно отправлять в утиль.

Сегодня существуют специальные таблицы, по которым можно рассчитать остаток емкости в зависимости от уровня заряда и температуры окружающей среды.

Совет

Не каждый пользователь знает, что большинство мобильных телефонов имеет встроенное внутрь зарядное устройство. В то же время, наружный сетевой адаптер здесь используется только для снижения напряжения и выпрямления тока электросети.

Поэтому напрямую на батарею внешний адаптер не влияет и его качество не оказывает существенного влияния на работу аккумулятора. Однако во многих гаджетах, например в цифровых камерах, такого встроенного зарядного устройства нет. В связи с этим литий ионные аккумулятора непосредственно вставляются во внешнее зарядное устройство.

Поэтому использование неоригинальных сомнительных адаптеров может существенно снизить работоспособность батареи.

Чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо помнить об их температурной чувствительности. В частности, главным врагом таких батарей считается высокая температура.

То есть они в принципе не переносят перегревания. Поэтому желательно полностью исключить попадание на ваше мобильное устройство прямых лучей солнца.

Кроме того, эти приборы не следует оставлять слишком близко от источников тепла, например электрических обогревателей.

Источник: http://EkoWheel.com/blog/akkumuljatory/litiy-ionnyie-akkumulyatoryi-kak-pravilno-zaryajat

Как продлить жизнь литиевым аккумуляторам

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2016

Battery University

Выясним, каковы причины старения литий-ионного аккумулятора, и что может сделать пользователь, чтобы продлить его жизнь

Исследователи батарей настолько фокусируются на литиевых аккумуляторах, что кто-то может вообразить, что будущее исключительно за ними.

Для оптимизма, действительно, есть веские причины, поскольку литий-ионные аккумуляторы во многих отношениях превосходят другие типы.

Количество устройств растет, и они вторгаются на рынки, которые ранее прочно удерживались свинцово-кислотными аккумуляторами. Многие спутники в качестве источника питания также используют литий-ионные аккумуляторы.

Обратите внимание

Литий-ионные аккумуляторы еще не достигли полной зрелости, и работы по улучшению их характеристик продолжаются. Очевиден значительный прогресс в долговечности и безопасности, в то время как емкость растет постепенно.

Сегодня литий-ионный аккумуляторы соответствуют ожиданиям большинства потребительских устройств, однако аккумуляторы для электротранспорта нуждаются в дальнейшем совершенствовании, прежде чем этот источник питания станет общепринятой нормой.

Читайте также:  Серии розеток и выключателей legrand - подробный обзор

Каковы причины старения литий-ионного аккумулятора?

Принцип работы литий-ионного аккумулятора основан на перемещении ионов между положительным и отрицательным электродами.

В теории такой механизм должен работать вечно, но циклы заряда-разряда, повышенная температура и старение со временем ухудшают рабочие характеристики.

Производители придерживаются осторожного подхода и для большинства потребительских продуктов указывают срок службы литий-ионных аккумуляторов между 300 и 500 циклами заряда/разряда.

Однако оценку срока службы аккумулятора на основании подсчета циклов нельзя считать бесспорной, поскольку глубина разряда может варьироваться, и четких стандартов, определяющих, что представляет собой цикл, не существует (см. [1]).

Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств предлагают заменять аккумулятор, ориентируясь на маркировку даты выпуска, но этот метод не принимает во внимание интенсивность его использования. Аккумулятор может выйти из строя раньше отведенного времени из-за активного использования или неблагоприятных температурных условий.

Тем не менее, большинство аккумуляторов служит значительно дольше, чем показывает маркировка даты.

Характеристики аккумулятора определяются емкостью – основным показателем его здоровья. Внутреннее сопротивление и саморазряд тоже играют роль, но не столь значимую для предсказания конца срока службы современного литий-ионного аккумулятора.

Рисунок 1. Снижение емкости как следствие циклической работы. Одиннадцать новых литий-ионных аккумуляторов были протестированы анализатором аккумуляторов Cadex C7400. Начальная емкость всех батарей составляла 88–94%, и уменьшилась до 73–84% после250 циклов полного разряда.

Рисунок 1 иллюстрирует снижение емкости 11 литий-ионных аккумуляторов, протестированных в лаборатории Cadex. Пакетные элементы для мобильных телефонов емкостью 1500 мА×ч первоначально были заряжены током 1500 мА (1C) до напряжения 4.

2 В на элемент, после чего подзаряжались до полного насыщения током 75 мА (0.05C). Затем током 1500 мА аккумуляторы были разряжены до 3 В на элемент, и цикл повторялся.

Потеря емкости происходила равномерно на протяжении всех 250 циклов, и поведение аккумуляторов соответствовало ожиданиям.

Несмотря на то, что в течение первого года службы аккумулятор должен обеспечивать 100-процентную емкость, совершенно обычной является ситуация, когда фактическая емкость оказывается ниже указанной, и время хранения на складе может вносить в эту потерю свой вклад.

В дополнение, производители склонны давать завышенную оценку своим аккумуляторам, заведомо зная, что очень немногие потребители будут делать выборочные проверки и предъявлять претензии, если емкость окажется низкой.

Не обладающие потребительским опытом пользователи могут приобрести аккумуляторы с пониженной емкостью.

Важно

Аналогично тому, как механическое устройство изнашивается быстрее при интенсивном использовании, глубина разряда определяет количество циклов перезаряда аккумулятора. Чем меньше глубина разряда, тем дольше прослужит аккумулятор.

По возможности следует избегать полных разрядок и чаще заряжать аккумулятор между использованиями. Неполный разряд полезен для литий-ионного аккумулятора. У него отсутствует эффект памяти, поэтому циклы полного разряда для продления жизни аккумулятору не нужны.

Исключением может быть периодическая калибровка измерителя уровня заряда на «умной батарее» или интеллектуальном устройстве.

В Таблице 1 показана зависимость от глубины разряда количества циклов перезаряда, за которые емкость аккумулятора упадет до 70 процентов. Все остальные параметры, такие как напряжение заряда, температура и общие токи по умолчанию установлены в средние значения.

Таблица 1. Зависимость количества циклов перезаряда от глубины разряда. Неполный разряд продлевает срок службы аккумулятора. Повышенная температура и высокие токи также оказываютнегативное влияние на ресурс аккумулятора.
Глубина разряда Циклы разряда
100% 300 … 500
50% 1,200 … 1,500
25% 2,000 … 2,500
10% 3,750 … 4,700

Высокая температура, так же как и высокое напряжение заряда, оказывают неблагоприятное воздействие на состояние литий-ионного аккумулятора. Для большинства литий-ионных аккумуляторов температура окружающей среды считается повышенной начиная с 30 °C, а напряжение более 4.

1 В на элемент рассматривается как высокое. Воздействие на аккумулятор высокой температуры и длительное хранение в полностью разряженном состоянии могут иметь более губительные последствия, чем циклы заряда и разряда.

Таблица 2 иллюстрирует зависимость потери емкости от температуры и уровня заряда.

Таблица 2. Оценочные значения восстанавливаемой емкости после хранения литий-ионного аккумулятора в течение одного года при различных температурах. Повышенная температураускоряет потерю емкости. Не все типы литий-ионныхаккумуляторов ведут себя так же.
Температура Заряд 40% Заряд 100%
0 °C 98% 94%
25 °C 96% 80%
40 °C 85% 65%
60 °C 75% 60%(после 3-х мес.)

Большинство литий-ионных аккумуляторов заряжается до 4.2 В на элемент, и каждое снижение этого напряжения на 0.1 В удваивает их ресурс. Например, литий-ионный элемент, заряжаемый до 4.2 В, обычно выдерживает 300…500 циклов перезаряда. Если же он заряжается только до 4.1 В, срок службы может быть продлен до 600…1000 циклов, 4.0 В должны обеспечить 1200…2000, а 3.9 В – 2400…4000 циклов.

Негативной стороной такого подхода является уменьшение количества заряда, запасаемого в аккумуляторе. Снижение напряжения заряда на 70 мВ уменьшает общую емкость на 10%. Последующая зарядка до предельного напряжения восстанавливает полную емкость.

С точки зрения долговечности оптимальным напряжением заряда является 3.92 В на элемент. Эксперты считают, что при таком уровне порога исключаются все неблагоприятные факторы, связанные с напряжением аккумулятора.

Дальнейшее снижение порога не даст дополнительного выигрыша, зато может привести к другим негативным последствиям (см. [3]). В Таблице 3 приведена зависимость емкости от уровня заряда.

(Все значения оценочные; параметры элементов с более высокими пороговыми напряжениями могут отличаться от истинных).

Таблица 3. Зависимость количества циклов разряда и емкости от предельного напряжения заряда. Каждое снижение на 0.1 В от уровня 4.2 В удваивает количество циклов перезаряда, но уменьшает емкость. Напряжение, превышающее 4.2 В на элемент, может сократить срок службы аккумулятора. Снижение напряжения заряда на 70 мВ уменьшаетемкость на 10%.
Уровень заряда(В/элемент) Циклыразряда Емкость приполном заряде
[4.30] [150 … 250] ~[114%]
4.20 300 … 500 100%
4.10 600 … 1,000 ~86%
4.00 1,200 … 2,000 ~72%
3.92 2,400 … 4,000 ~58%

Большинство зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и цифровых камер заряжают литий-ионный аккумулятор до напряжения 4.2 В на элемент.

Это позволяет закачать максимальный заряд, поскольку потребителю не нужно ничего, кроме оптимального времени работы.

С другой стороны, промышленность, больше заинтересована в долговечности устройств и может выбирать более низкие пороги напряжений. Такими примерами могут служить cпутники и электротранспорт.

Для многих литий-ионных аккумуляторов соображения безопасности не позволяют превышать напряжение 4.2 В на элемент. (Исключением являются некоторые литий-никель-кобальт-марганцевые аккумуляторы).

С одной стороны более высокое напряжение увеличивает емкость, но с другой – сокращает срок службы и снижает уровень эксплуатационной безопасности. Рисунок 2 демонстрирует зависимость количества циклов от напряжения заряда. При напряжении 4.

35 В количество циклов обычного литий-ионного аккумулятора сокращается вдвое.

Рисунок 2. Влияние повышенного напряжения заряда на срок службы. Более высокое напряжение заряда увеличивает емкость, носокращает срок службы и снижает уровень безопасности.

Помимо того, что для каждого конкретного приложения требуется подбор наиболее подходящих порогов напряжения, обычный литий-ионный аккумулятор нельзя оставлять надолго под высоким напряжением 4.2 В. Поэтому зарядное устройство отключает зарядный ток, позволяя напряжению аккумулятора вернуться к более естественному уровню. Это напоминает расслабление мышц после напряженной тренировки [4].

Что может сделать пользователь?

На долговечность литий-ионных аккумуляторов влияют не только циклы перезаряда, но и условия окружающей среды. Наихудшей ситуацией является хранение полностью заряженного аккумулятора при повышенных температурах. Аккумуляторы не умирают внезапно, но их ресурс сокращается постепенно, по мере снижения емкости.

Более низкие напряжения заряда продлевают срок службы аккумулятора, что учитывают разработчики электротранспорта и спутников. Аналогичный подход мог бы использоваться и в отношении потребительских устройств, но такое бывает нечасто, и обычно заменяется учетом планируемого старения.

Срок службы аккумулятора ноутбука можно продлить, снизив напряжения заряда, когда он подключен к сети переменного тока.

Совет

Чтобы сделать такую функцию дружественной для пользователя, устройство должно иметь режим «Долгая Жизнь», который будет поддерживать напряжение аккумулятора равным 4.05 В на элемент, обеспечивая емкость порядка 80 процентов.

За час до путешествия пользователь включает режим «Полная Емкость», чтобы довести заряд до 4.2 В на элемент.

Нередко можно услышать вопрос: «Должен ли я отключать свой ноутбук от электрической сети, когда он не используется?» В обычных условиях это необязательно, поскольку по достижении литий-ионным аккумулятором полного заряда его зарядка прекращается. Подзарядка возобновляется только тогда, когда напряжение аккумулятора снижается до определенного уровня. Большинство пользователей не отключают блок питания, и такая практика безопасна.

Современные ноутбуки греются меньше, чем старые модели, и сообщения о возгораниях поступают реже. Если работающие электрические устройства с воздушным охлаждением находятся на постели или подушке, всегда следите за тем, чтобы вентиляционные отверстия не были закрыты.

Прохладный ноутбук продлевает срок службы аккумулятора и внутренних компонентов. Элементы большинства потребительских устройств должны заряжаться током 1C или меньше.

Избегайте так называемых сверхбыстрых зарядных устройств, которые, по утверждению производителей, способны полностью зарядить аккумулятор быстрее чем за час.

Ссылки

Перевод: Семен Воробьев по заказу РадиоЛоцман

Источник: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=164204

Все, что вы хотели знать о Li-Ion аккумуляторах, но боялись спросить (часть 1). — DRIVE2

Сейчас на рынке представлено огромное разнообразие Li-Ion аккумуляторов различных марок, как с защитой, так и без. Взрывной рост их популярности пришелся на 2008-2010гг., когда на рынке появились большое количество мощных светодиодных фонарей в зарубежных интернет-магазинах.

Но, стоит признать, что, до сих пор, для большинства пользователей, этот тип элементов питания является достаточно новым и незнакомым. Чтобы не запутаться во всем этом многообразии мы хотим вам дать несколько советов, чтобы помочь определиться, какой именно литиевый аккумулятор вам необходим (защищенный-незащищенный) и как не купить откровенно некачественный товар.

Что нужно знать при использовании Li-Ion аккумуляторов.

В силу технологии Li-Ion аккумуляторы имеют ряд ограничений, которые необходимо соблюдать в процессе эксплуатации.Это:

максимальное напряжение (напряжение перезаряда) не должно превышать 4,25-4,35В

минимальное напряжение (напряжение переразряда) не должно быть ниже 2,2-2,5В
ток разряда не должен превышать 2ух-кратное значение емкости (2С): т.е. для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток разряда не должен быть выше 4400мА, а обладателя емкости в 3100мАч можно смело разряжать током до 6200мА. Есть особые типы высокомощных Li-Ion аккумуляторов, которые предназначены для работы с большими разрядными токами, превышающими величину их емкости в 5-10 раз.

Обратите внимание

Аккумуляторная батарея шуруповерта DeWALT, состоящая из аккумуляторов SANYO UR18650WX

ток заряда не должен быть выше половины значения емкости аккумулятора (0,5С).

Читайте также:  Схема подключения розетка - выключатель - лампочка

По аналогии с током разряда для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток заряда не должен быть выше 1100мА, а аккумулятор с емкостью 3100мАч можно зарядить током в 1550мА.

• Li-Ion аккумулятор НЕ ЗАРЯЖАЕТСЯ при минусовой температуре, но достаточно спокойно относится к работе на морозе с небольшой потерей емкости. Т.е.

зарядили аккумулятор дома, пошли, — поработали на улице, потом, опять, принесли заряжать аккумулятор домой.

Это утверждение вы можете проверить в действии на вашем смартфоне или фотоаппарате/видеокамере, — там стоит такой же литиевый аккумулятор, только в другом типоразмере.

• Незащищенные аккумуляторы нельзя паять. Если вы хотите собрать из отдельных аккумуляторов большую батарею,

то следует учитывать, что Li-Ion аккумуляторы очень не любят перегрева, а при попытке припаять провод к контакту аккумулятора вы, скорее всего, его перегреете.

Вот так делать не надо

Поэтому собирают аккумуляторные батареи с помощью контактной сварки и специальной ленты.

Качественная сварка Li-Ion аккумуляторной батареи

Опять же, для обслуживания такой батареи вам понадобится контроллер,

Li-Ion аккумуляторная батарея с контроллером заряда-разряда

который будет следить за процессами заряда-разряда аккумуляторов.

Но, перейдем от теории к практике и попробуем дать ответы на самые распространенные вопросы, которые возникают у покупателей при выборе Li-Ion аккумулятора.

1. Защищенный или нет.

Как мы уже говорили, Li-Ion аккумуляторы должны работать в диапазоне напряжений 4,2-2,5В. Для того, чтобы в процессе работы напряжение на АКБ не выходило за пределы этого диапазона на минусовой контакт незащищенного Li-Ion АКБ (их еще называют “ячейка”) ставят небольшую электронную плату защиты (зачастую, она именуется просто «защита»).

Именно эта плата обеспечивает работу ячейки в допустимом диапазоне напряжений, предохраняет от перегрузки по току и от короткого замыкания.

Плата защиты приваривается стальной лентой к контактам аккумулятора

и весь этот «бутерброд», упаковывается в термо-пленку с обозначение бренда и емкости (как реальной так и совершенно бредовой, в некоторых случаях).

на синем аккумуляторе (слева) заявленная емкость не соответствует действительности

Из-за платы защищенные аккумуляторы на пару миллиметров длиннее своих незащищенных сородичей и на 0,5 мм толще.

А, так как, качественная Li-Ion ячейка имеет длину 65мм, то защищенный Li-Ion АКБ вырастает в длине до 68-70мм. Такие аккумуляторы могут обозначаться типоразмером 18700 (где первые две цифры это диаметр в мм.

, а вторые две- длина). Это надо учитывать при выборе аккумулятора, — сможет ли такой аккумулятор влезть, к примеру, в ваш фонарь или зарядное устройство.

PS. На некоторых зарядных устройствах для Li-Ion аккумуляторах производители заранее указывают, что их продукт может заряжать аккумуляторы типоразмера вплоть до 18700.

зарядные устройства XTAR позволяют заряжать Li-Ion аккумуляторы вплоть до типоразмера 18700

Защищенные аккумуляторы можно применять в любых устройствах, которые расчитаны на работу с Li-Ion источниками питания и не имеют встроенного контроллера заряда-разряда.

В настоящее время основными потребителями защищенных АКБ являются светодиодные фонари, так как именно такие аккумуляторы способны обеспечить питанием мощные светодиоды в течении продолжительного времени.

Так же, защищенные аккумуляторы находят все большее распространение в разнообразной маломощной бытовой электронике, которая работает от одного-двух АКБ.

При необходимости собрать более серьезный источник питания прибегают к изготовлению аккумуляторных батарей. Тут уже в ход идут только незащищенные аккумуляторы.

батарея из Li-ion аккумуляторов SANYO

Такие батареи стоят в большинстве современных ноутбуках, в электроинструменте, фото-видео технике, электровелосипедах и т.д. Управляет такими батареями специальный контроллер, который следит за напряжением на каждом отдельном аккумуляторе в батарее и необходимости в индивидуальных платах защиты нет.

контроллер батареи из Li-ion аккумуляторов

Подитог: если у вас светодиодный фонарь, с вероятностью 99% вам необходим защищенный аккумулятор. Если вы хотите отремонтировать батарею в ноутбуке или в шуруповерте или просто вам нужна БАТАРЕЯ из LI-Ion аккумуляторов, то вам необходимы именно незащищенные АКБ.
Часть 2

P.S. Мотоцикл не мой, скопипачено для сохранности инфы отсюда.

Источник: https://www.drive2.ru/b/761929/

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы и батареи

Вячеслав Гришанков 27.10.2017     0    

Время работы современных смартфонов без подзарядки определяется их аккумуляторной батареей и ее характеристиками.

Какие бывают аккумуляторы?

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металлогидридные (Ni-MH) аккумуляторы уже неактуальны — они исправно работали долгое время, но имели ряд недостатков. В наших гаджетах в большинстве случаев используются батареи на основе лития — литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol).

Одна из основных характеристик АКБ — емкость. Она определяет, сколько электроэнергии способен накопить аккумулятор, и как долго устройство сможет работать автономно. Наиболее часто встречаются батареи с емкостью от 2000 до 3000 мАч (миллиампер/час). Габариты литий-ионных источников остаются весьма компактными в отличие от предшественников.

Литий-полимерные АКБ отличаются от литий-ионных разнообразием геометрических форм и, что сейчас особенно актуально, минимальной толщиной, которая начинается от 1 мм. Это позволяет использовать их в весьма тонких смартфонах.

Литиевые аккумуляторы отличаются длительным сроком службы при условии правильной эксплуатации. Производители многих известных смартфонов предусмотрели замену АКБ только в сервисном центре, сделав корпус устройства монолитным, а заднюю крышку и батарею — несъемными. Без специального оборудования и знаний самостоятельно пользователь не сможет провести эту операцию.

Советы по обращению с литий-ионными батареями

Рекомендаций по обращению с батареями не так много, выполнить их несложно, зато это позволит значительно увеличить их ресурс и сэкономить деньги. Остановимся на самых важных.

Температура во время эксплуатации. На емкость аккумулятора напрямую влияет температура. Высокая температура способствует более быстрому накоплению энергии, при низкой температуре емкость значительно падает.

Если вы будете использовать недостаточно заряженный смартфон на морозе, то он быстро разрядится.

Важно

Причем существует риск опустить заряд до нуля, что крайне нежелательно — литиевые аккумуляторы страдают от полного разряда.

И противоположная ситуация. Заряженный на 100% смартфон используется под прямыми солнечными лучами. Образно говоря, в этом случае 100% заряда превращается в 110%, и получается излишек накопленной электроэнергии, что может привести к снижению емкости.

Исходя из этого, стоит соблюдать температурные условия работы гаджета. Причем речь не идет о естественном нагреве при активном использовании — такое повышение температуры для аккумулятора не представляет опасности

Время зарядки и зарядное устройство. Каждый литиевый источник оснащен специальным контроллером, который должен предохранить его от лишнего тока. При достижении полного заряда происходит отключение поступающего тока.

В работе контроллера возможны ошибки и погрешности, которые приводят к перезаряду. Иногда это связано с использованием неоригинальных зарядных устройств для смартфона. Не рекомендуется надолго оставлять в розетке заряжающийся смартфон по достижении им полного заряда. Также нужно использовать оригинальные зарядные устройства или те, чьи параметры соответствуют рекомендациям производителя.

Литиевые аккумуляторы нужно заряжать, не дожидаясь полного отключения устройства, к примеру, на 10-15% остаточного заряда. Их можно подпитывать по возможности в течение дня, например, USB-порта рабочего компьютера или в машине. Добиваться полного заряда необязательно.

Для калибровки батареи напряжения рекомендуется не реже 4 раз в год полностью разрядить устройство с последующей полной зарядкой. Это обновляет и улучшает его работу. Также есть специальные рекомендации, изучить их можно по ссылке.

Хранение. Если владелец смартфона планирует длительное время не использовать устройство, рекомендуемая степень заряда АКБ в этом случае должна составлять около 50%.

Количество циклов зарядки литиевых аккумуляторов составляет примерно 1200 раз. Простая арифметика говорит о том, что ресурса АКБ хватит минимум на 3 года. При соблюдении указанных выше рекомендаций можно увеличить срок службы батареи.

(2

Источник: https://AndroidLime.ru/li-ion-batteries

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

Выбор элементов аккумуляторов ноутбуков по техническим характеристикам.

Диапазон напряжений

Первое на нужно обратить внимание это на тип химии элементов, так как от него очень многое зависит. Чаще всего устанавливаются Li-ion аккумуляторы с напряжением 3,6 В, такие аккумуляторы можно заряжать до напряжения 4,2 В и разряжать до 3,0 В.

Очень важно обратить внимание на диапазон работы аккумуляторов, нельзя чтобы новые элементы были рассчитаны на более узкий диапазон чем используется в аккумуляторной батареи. Выход напряжения на элементы выше допуска будет вести к его перегреву и возможно даже взрыву, а выход напряжения ниже допустимого приведет к резкой потере емкости.

Элементы с более широким диапазоном напряжений можно применять, правда они могут быть необоснованно дороги.

Токи заряда и разряда

Следующее что стоит отметить это токи заряда/разряда, тут обычно проблем не возникает, для ноутбуков не требуется применение сильноточных аккумуляторов, это не электроинструмент потребляющий десятки Ампер. Величина токов в аккумуляторах ноутбуков исчисляется Амперами, скорее всего проблемы не будет, но уточнить токовую способность стоит.

Емкость аккумуляторов

С емкостью аккумуляторов проще, лучше чтобы она была сопоставима с емкостью оригинальных элементов. Занижение емкости приведет к снижению времени автономной работы ноутбука, а вот завышение емкости без перепрошивки контроллера увеличит время работы незначительно.

Например, я заменил элементы с 2900мАч на 3350мАч, и это должно было привести к 15,5% повышению емкости. А контроллер аккумуляторной батареи ноутбука был запрограммирован на то что в нем были установлены элементы на 2800мАч и их заменили на элементы с емкостью 3000мАч.

Уточню, что сборка из 6-ти литиевых аккумуляторов напряжением 3,6 В. И чтобы перевести есмокость из Ватт часов для батареи, в ампер часы для элементы, первую надо поделить на 6 (батарей) и ещё на 3,6 В (напряжение на элементе).

Если хочется сэкономить, а время автономной работы не важно, то можно поставить элементы на меньшую емкость или уменьшить количество аккумуляторов включенных в параллель (например, вместо двух поставить один). Только уточните токовую нагрузку аккумуляторов, так как аккумуляторы на меньшую емкость обычно имеют меньшую токовую способность.

Размеры

И конечно, на что следует обратить внимание так на габариты аккумуляторов. Самый распространенный типоразмер, применяемый в съемных аккумуляторах ноутбуков – цилиндрические 18650, где первые две цифры обозначают диаметр аккумулятора 18 мм, и 65 мм – длинна.

Хотя из-за особенностей конструкции электродов, наличия или отсутствия платы защиты длина может быть больше и такие аккумуляторы могут не влезть в старый корпус.

Стоит уточнить, что в батареях ноутбука используются элементы без плат защит: защиту от выхода напряжения из рабочего диапазона, перегрева, превышения тока осуществляет контроллер батареи.

Если в наличии есть только элементы с платами защиты, то нужно удалить эти платы так они могут помешать работе контроллера, да и более длинные элементы вряд ли удастся впихнуть в старый корпус.

Источник: http://HardElectronics.ru/xarakteristiki-li-ion-akkumulyatorov.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector