Эксплуатация литий ионных аккумуляторов – —

Революция закончилась. Есть ли альтернатива литий-ионному аккумулятору?

Недавно мы рассказывали об истории изобретения литий-ионных аккумуляторов, которые дали мощнейший толчок развитию портативной электроники. Каждый год технологические СМИ сообщают нам о готовящейся энергетической революции — ещё чуть-чуть, еще год-другой, и мир увидит аккумуляторы с фантастическими характеристиками. Время идет, а революции не видно, в наших телефонах, ноутбуках, квадрокоптерах, электромобилях и смарт-часах по-прежнему установлены разные модификации литий-ионных батарей. Так куда делись все инновационные аккумуляторы и есть ли вообще какая-то альтернатива Li-Ion?

Когда ждать аккумуляторную революцию?

Жаль вас расстраивать, но она уже прошла. Просто растянулась на пару десятилетий и потому осталась почти незамеченной. Дело в том, что изобретение литий-ионных батарей стало апогеем эволюции химических аккумуляторов.

Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами. В периодической таблице существует всего 90 природных элементов, которые могут участвовать в такой реакции. Так вот, литий оказался металлом с предельными характеристиками: самой низкой массой, самым низким электродным потенциалом (–3,05 В) и самой высокой токовой нагрузкой (3,83 А·ч/г).

Литий является лучшим активным веществом для катода из существующих на Земле. Использование других элементов может улучшить одну характеристику и неизбежно ухудшит другую. Именно поэтому уже 30 лет продолжаются эксперименты именно с литиевыми батареями — комбинируя материалы, среди которых бессменно есть литий, исследователи создают типы аккумуляторов с нужными характеристиками, которые находят очень узкое применение. Старый-добрый аккумулятор с катодом из оксида литий-кобальта, который пришел к нам аж из 80-х годов прошлого века, до сих пор можно считать самым распространенным и универсальным благодаря отличному сочетанию напряжения, токонагрузки и энергетической плотности.

Поэтому, когда очередной стартап устами СМИ громко обещает миру энергетическую революцию со дня на день, ученые скромно умалчивают о том, что у новых батарей есть некоторые проблемы и ограничения, которые только предстоит решить. Решить их обычно не получается.

Главная проблема «революционных» батарей

Сегодня существует множество типов аккумуляторов с разным химических составом, в том числе и без использования лития. Каждый из типов со своими характеристиками нашел свое применение в определенном виде техники. Легкие, тонкие и с высоким напряжением литий-кобальтовые аккумуляторы давно прописались в компактных смартфонах. Выносливые, мощные, но очень габаритные литий-титанатные батареи уместились в общественном транспорте. А малоемкие пожаробезопасные литий-фосфатные ячейки используются в виде больших массивов на электростанциях.

Но всё же самыми востребованными являются именно литий-кобальтовые батареи для потребительской мобильной техники. Главные критерии, которым они отвечают, — высокое напряжение 3,6 В при сохранении высокой энергоемкости на единицу объема. К сожалению, многие альтернативные виды литиевых батарей имеют гораздо меньшее напряжение — ниже 3,0 В и даже ниже 2,0 В — запитать от которых современный смартфон невозможно.

Компенсировать проседание любой из характеристик можно объединением батарей в ячейки, но тогда растут габариты. Так что если очередная перспективная батарея с чудо-характеристиками оказывается непригодной для применения в мобильной технике или электромобилях, ее будущее почти гарантированно предрешено. Зачем нужен аккумулятор со сроком жизни в 100 тысяч циклов и быстрой зарядкой, от которого можно запитать разве что наручные часы со стрелками?

Неудачные эксперименты

Не все из описанных далее аккумуляторов можно считать неудачными — некоторые требуют очень долгой доработки, некоторые могут найти свое применение не в смартфонах, а специализированной технике. Тем не менее, все эти разработки позиционировали как замену литий-ионных батарей в смартфонах.

В 2007 году американский стартап Leyden Energy получил $4,5 млн инвестиций от нескольких венчурных фондов на создание, как они сами заявляли, литий-ионных батарей нового поколения. Компания использовала новый электролит (Solvent-in-Salt) и кремниевый катод, которые позволили значительно увеличить энергоемкость и стойкость к высоким температурам вплоть до 300 °C. Попытки сделать на основе разработок аккумуляторы для ноутбуков закончились неудачно, поэтому Leyden Energy переориентировался на рынок электромобилей.

Несмотря на постоянные вливания десятков миллионов долларов, компания так и не смогла наладить производство аккумуляторов со стабильными характеристиками — показатели плавали от экземпляра к экземпляру. Будь у компании больше времени и финансирования, возможно, ей и не пришлось бы в 2012 году распродавать оборудование, патенты и уходить под крыло другой энергетической компании, A123 Systems.

Литий-металлические батареи — не новость: к их числу относится любая неперезаряжаемая литиевая батарейка. SolidEnergy занялась созданием перезаряжаемых литий-металлических ячеек. Новый продукт обладал удвоенной энергоемкостью по сравнению с литий-кобальтовыми батареями. То есть в прежний объем можно было уместить вдвое больше энергии. Вместо традиционного графита на катоде в них использовалась литий-металлическая фольга. До недавних пор литий-металлические аккумуляторы были крайне взрывоопасны из-за роста дендритов (вырастающих на аноде и катоде деревообразных металлических образований), приводивших к короткому замыканию, но добавление в электролит серы и фосфора помогло избавиться от дендритов (правда, SolidEnergy пока не обладает технологией). Помимо очень высокой цены среди известных проблем аккумуляторов SolidEnergy значится долгая зарядка — 20% от емкости в час.

Сравнение размеров литий-металлической и литий-ионной батарей равной емкости. Источник: SolidEnergy Systems

Активные работы над серно-магниевыми элементами начали в 2010-х годах, когда Toyota объявила об исследованиях в этой области. Анодом в таких батареях является магний (хороший, но не равноценный аналог лития), катод состоит из серы и графита, а электролит представляет собой обычный соляной раствор NaCl. Проблема электролита в том, что он разрушает серу и делает аккумулятор неработоспособным, поэтому заливать электролит приходилось непосредственно перед использованием.

Инженеры Toyota создали электролит из ненуклеофильных частиц, неагрессивный к сере. Как оказалось, стабилизированный аккумулятор все равно невозможно использовать на протяжении долгого времени, так как спустя 50 циклов его емкость падает вдвое. В 2015 году в состав батареи интегрировали литий-ионную добавку, а спустя еще два года обновили электролит, доведя срок службы аккумулятора до 110 циклов. Единственная причина, по которой продолжаются работы над столь капризной батареей, это высокая теоретическая энергоемкость (1722 Вт·ч/кг). Но может оказаться, что к моменту появления удачных прототипов серно-магниевые элементы уже будут не нужны.

Выработка вместо накопления энергии

Некоторые исследователи предлагают пойти от обратного: не запасать, а вырабатывать энергию прямо в устройстве. Можно ли превратить смартфон в маленькую электростанцию? За последнее десятилетие было несколько попыток избавить гаджеты от необходимости в подзарядке через электросеть. Судя по тому, как мы сейчас заряжаем смартфоны, попытки оказались неудачными — напомним о самых «удачных» изобретениях.

Топливная ячейка с прямым распадом метанола (DFMC). Попытки внедрить топливные элементы на метаноле в мобильную технику начались в середине 2000-х. В это время как раз происходил переход от долгоживущих кнопочных телефонов к требовательным смартфонам с большим экраном — литий-ионных аккумуляторов в них хватало максимум на два дня работы, поэтому идея мгновенной перезарядки казалась очень привлекательной.

В топливной ячейке метанол на полимерной мембране, выступающей в роли электролита, окисляется в диоксид углерода. Протон водорода переходит к катоду, соединяется с кислородом и образует воду. Нюанс: для эффективного протекания реакции нужна температура около 120 °C, но ее можно заменить платиновым катализатором, что закономерно влияет на стоимость элемента.

Уместить топливный элемент в корпус телефона оказалось невозможно: слишком уж габаритным получался топливный отсек. Поэтому к концу 2000-х идея DFMC оформилась в виде портативных аккумуляторов (пауэр-банков). В 2009 году Toshiba выпустила в продажу серийный пауэр-банк на метаноле под названием Dynario. Он весил 280 г и размерами напоминал современные портативные аккумуляторы на 30000 мА·ч, то есть был размером с ладонь. Цена на Dynario в Японии составляла впечатляющие $328 и еще $36 за комплект из пяти пузырьков по 50 мл метанола. Одна «заправка» требует 14 мл, ее объема хватало на две зарядки кнопочного телефона через USB током 500 мА.

Видео с демонстрацией заправки и работы Toshiba Dynario

Дальше выпуска экспериментальной партии в 3000 экземпляров дело не пошло, потому что топливный пауэр-банк оказался слишком противоречивым: сам по себе дорог, с дорогими расходниками и высокой стоимостью одной зарядки телефона (около $1 для кнопочного). Кроме того, метанол ядовит и в некоторых странах требует лицензии на его продажу и даже покупку.

Прозрачные солнечные панели. Солнечные батареи — это отличное решение для добычи нескончаемой (на нашем веку) энергии Солнца. У таких панелей невысокий КПД при высокой стоимости и слишком малая мощность, при этом они являются самым простым способом выработки электричества. Но настоящей мечтой человечества являются прозрачные солнечные панели, которые можно было бы устанавливать вместо стекол в окна домов, автомобилей и теплиц. Так сказать, сочетать приятное с полезным — генерирование электроэнергии и естественное освещение пространства. Хорошая новость заключается в том, что прозрачные солнечные панели существуют. Плохая — в том, что они практически бесполезны.

Разработчик и Университете Мичигана демонстрирует прозрачную панель без рамки. Источник: YouTube / Michigan State University

Чтобы «поймать» фотоны света и превратить их в электричество, солнечная панель в принципе не может быть прозрачной, но новый прозрачный материал может поглощать УФ- и ИК-излучение, переводя всё в ИК-диапазон и отводя на грани панели. По краям прозрачной панели в качестве рамки установлены обычные кремниевые фотовольтаические панели, которые улавливают отведенный свет в ИК-диапазоне и вырабатывают электричество. Система работает, только с КПД 1-3%… Средний КПД современных солнечных батарей составляет 20%.

Несмотря на более чем сомнительную эффективность решения, известный производитель часов TAG Heuer в 2014 году анонсировал премиальный кнопочный телефон Tag Heuer Meridiist Infinite, в котором поверх экрана была установлена прозрачная солнечная панель производства Wysis. Еще во время анонса решения для смартфонов Wysis обещала мощность такой солнечной зарядки порядка 5 мВт с 1 см2 экрана, что крайне мало. Например, это всего 0,4 Вт для экрана iPhone X. Учитывая, что комплектный адаптер смартфона Apple ругают за неприлично низкую мощность 5 Вт, понятно, что с мощностью 0,4 Вт его не зарядишь.

Кстати, пускай с метанолом не получилось, но топливные ячейки на водороде получили билет в жизнь, став основой электромобиля Toyota Mirai и мобильных электростанций Toshiba.

А что получилось: удачные эксперименты с Li-Ion

Успеха достигли те, кто не рвался во что бы то ни стало перевернуть мир, а просто работал над совершенствованием отдельных характеристик аккумуляторов. Смена материала катода сильно влияет на напряжение, энергоемкость и жизненный цикл батарей. Далее мы расскажем о прижившихся разработках, которые лишний раз подтверждают универсальность литий-ионной технологии — на каждую «революционную» разработку находится более эффективный и дешевый существующий аналог.

Литий-кобальтовые (LiCoO2, или LCO). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 200 Вт·ч/кг, срок жизни до 1000 циклов. Графитовый анод, катод из оксида литий-кобальта, классический аккумулятор, описанный выше. Это сочетание чаще всего используется в батареях для мобильной техники, где требуется высокая энергоемкость на единицу объема.

Литий-марганцевый (LiMn2O4, или LMO). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 150 Вт·ч/кг, срок жизни до 700 циклов. Первый эффективный альтернативный состав был разработан еще до начала продаж литий-ионных аккумуляторов как таковых. На катоде использовалась литий-марганцевая шпинель, позволившая уменьшить внутреннее сопротивление и значительно повысить отдаваемый ток. Литий-марганцевые аккумуляторы применяются в требовательном к силе тока оборудовании, например, электроинструменте.

Литий-никель-марганец-кобальтовые (LiNiMnCoO2, или NMC). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 220 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Сочетание никеля, марганца и кобальта оказалось очень удачным, аккумуляторы нарастили и энергоемкость, и силу отдаваемого тока. В тех же «банках» 18650 емкость поднялась до 2800 мА·ч, а максимальный отдаваемый ток — до 20 А. NMC-аккумуляторы устанавливают в большинство электромобилей, иногда разбавляя их литий-марганцевыми ячейками, так как у таких аккумуляторов большой срок жизни.

Новая NMC-батарея электрокара Nissan Leaf по расчетам производителя проживет 22 года. Прошлый LMO-аккумулятор имел меньшую емкость и изнашивался гораздо быстрее. Источник: Nissan

Литий-железо-фосфатный (LiFePO4, или LFP). Рабочее напряжение: 3,3 В, энергоемкость до 120 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Открытый в 1996 году состав помог увеличить силу тока и повысить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторов до 2000 зарядок. Литий-фосфатные батареи безопаснее предшественников, лучше выдерживают перезаряд. Вот только энергоемкость у них неподходящая для мобильной техники — при поднятии напряжения до 3,2 В энергоемкость снижается минимум вдвое относительно литий-кобальтового состава. Но зато у LFP меньше проявляется саморазряд и наблюдается особая выносливость к низким температурам.

Массив литий-фосфатных ячеек с общей емкостью 145,6 кВт⋅ч. Такие массивы используют для безопасного накопления энергии с солнечных батарей. Источник: Yo-Co-Man / Wikimedia

Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (LiNiCoAlO2, или NCA). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 260 Вт·ч/кг, срок жизни до 500 циклов. Очень похож на NMC-аккумулятор, обладает отличной энергоемкостью, подходящим для большинства техники номинальным напряжением 3,6 В, но высокая стоимость и скромный срок жизни (порядка 500 циклов зарядки) не дают NCA-батареям победить конкурентов. Пока что их используют лишь в некоторых электромобилях.

Видео вскрытия святая святых — NCA-ячейки батареи электромобиля Tesla Model S

Литий-титанатный (Li4Ti5O12, или SCiB/LTO). Рабочее напряжение: 2,4 В, энергоемкость до 80 Вт·ч/кг, срок жизни до 7000 циклов (SCiB: до 15 000 циклов). Один из самых интересных типов литий-ионных аккумуляторов, в которых анод состоит из нанокристаллов титаната лития. Кристаллы помогли увеличить площадь поверхности анода с 3 м2/г в графите до 100 м2/г, то есть более чем в 30 раз! Литий-титанатный аккумулятор заряжается до полной емкости в пять раз быстрее и отдает в десять раз более высокий ток, чем другие батареи. Однако у литий-титанатных аккумуляторов есть свои нюансы, ограничивающие сферу применения батарей. А именно, низкое напряжение (2,4 В) и энергоемкость в 2-3 раза ниже, чем у других литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что для достижения аналогичной емкости литий-титанатную батарейку надо увеличить в объеме в несколько раз, из-за чего в тот же смартфон ее уже не вставишь.

SCiB-модуль производства Toshiba с емкостью 45 А·ч, номинальным напряжением 27,6 В и током разрядки 160 А (импульсно до 350 А). Весит 15 кг, а размером с коробку для обуви: 19х36х12 см. Источник: Toshiba

Зато литий-титанатные батареи сразу же прописались в транспорт, где важна быстрая зарядка, высокие токи при разгоне и устойчивость к холодам. Например, электромобилях Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV и в московских электробусах! На старте проекта московские автобусы использовали другой тип батарей, из-за чего возникали неполадки еще на середине первого проезда по маршруту, но после установки литий-титанатных батарей производства Toshiba сообщений о разрядившихся электробусах больше не поступало. SCiB-аккумуляторы Toshiba благодаря использованию в аноде титана-ниобия восстанавливают до 90% емкости всего за 5 минут — допустимое время для стоянки автобуса на конечной остановке, где есть зарядная станция. Число циклов зарядки, которое выдерживает SCiB-батарея, превосходит 15 000.

Тест литий-титанатной батареи Toshiba на разгерметизацию. Загорится или нет?

Энергетическая сингулярность

Больше полувека человечество мечтает уместить в батарейки энергию атома, которая обеспечивала бы электричество многие годы. На самом деле еще в 1953 году был изобретен бетавольтаический элемент, в котором в результате бета-распада радиоактивного изотопа электроны превращали атомы полупроводника в ионы, создавая электрический ток. Такие батареи используются, например, в кардиостимуляторах.

А что насчет смартфонов? Да пока ничего, мощность атомных элементов ничтожна, она измеряется в милливаттах и даже микроваттах. Купить такой элемент питания можно даже в интернет-магазине, правда, запитать от него не выйдет даже пресловутые наручные часы.

Долго ли ждать атомных батареек? Пожалуйста, City Labs P200 — 2,4 В, 20 лет службы, правда, мощность до 0,0001 Вт и цена около $8000. Источник: City Labs

С момента изобретения стабильных литий-ионных аккумуляторов до начала их серийного производства прошло более 10 лет. Возможно, одна из очередных новостей о прорывном источнике питания станет пророческой, и к 2030-м годам мы попрощаемся с литием и необходимостью ежедневной зарядки телефонов. Но пока именно литий-ионные батареи определяют прогресс в области носимой электроники и электромобилей.

habr.com

Kак взрываются литий-ионные аккумуляторы / Habr

Последнее время тема самовозгорания литий-ионных аккумуляторов часто мелькает в заголовках новостей: то смартфон загорится, то ховерборд, а то и автомобиль. Так что же происходит внутри аккумулятора во время термического разгона и почему возникает самовозгорание?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из анода и катода, разделённых пористым полимерным сепаратором. Активным материалом катода чаще всего являются оксиды переходных металлов со встроенными в кристалл ионами лития. В аноде обычно используется графит. Электролит, которым залита электрохимическая ячейка, представляет собой органический раствор солей лития. При первой зарядке, производимой фирмой-изготовителем, при встраивании лития в анод на электродах (особенно на аноде) образуется защитный ион-проводящий слой (SEI), состоящий из разложившегося электролита. Этот слой защищает электроды от паразитических реакций с электролитом.

Чаще всего причиной самовозгорания аккумуляторов является короткое замыкание внутри электрохимической ячейки. Электрический контакт между анодом и катодом может возникнуть по многим причинам. Это может быть, например, механическое повреждение ячейки. Ещё внутреннее короткое замыкание возникает из-за нарушения технологии производства при неровной нарезке электродов или попадании металлических частиц между анодом и катодом, что ведёт ко повреждению пористого сепаратора. Также причиной внутреннего короткого замыкания может быть «прорастание» цепочек металлического лития (дендритов) через сепаратор. Такой эффект возникает, если ионы лития не успевают встроиться в кристалл анода при слишком быстрой зарядке или низкой температуре, а также если ёмкость активного материала катода превышает ёмкость анода, в результате чего на поверхности анода появляются микроскопические отложения, которые постепенно растут.

Итак, после того, как произошло короткое замыкание, аккумулятор начинает нагреваться. Когда температура достигает 70-90 °C, ион-проводящий защитный слой на аноде начинает разлагаться. А дальше литий, встроенный в анод, вступает в реакцию с электролитом, выделяя летучие углеводороды: этан, метан, этилен и т.д. Но, несмотря на наличие такой взрывоопасной смеси, возгорания не происходит, так как в системе пока нет кислорода.

Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C), также выделяющее тепло. Выглядит это так:

И, в конце концов, в реакцию с электролитом (если он ещё остался) вступает графит, а когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник. Выше 900°C температура обычно не поднимается, так как разлагаться уже нечему.

Помимо внутреннего короткого замыкания существуют и другие причины самовозгорания: перегрев аккумулятора, неправильная зарядка/разрядка (превышение максимально допустимого напряжения, зарядка на высоких токах, слишком глубокая разрядка), и т.д. Но все эти причины приводят к одному результату: термическому разгону и разложению электролита при взаимодействии с электродами. Различаются только порядки вышеописанных реакций и их скорость.

Естественно, производители аккумуляторов предусмотрели системы защиты от самовозгорания, и чем больше и мощнее аккумулятор, тем больше степеней защиты он содержит. Одним из видов защиты от небольшого короткого замыкания является пористый сепаратор, который при локальном повышении температуры становится непроницаемым и препятствует, к примеру, дальнейшему росту дендритов внутри аккумулятора. Но иногда температура повышается слишком быстро, и сепаратор просто плавится, в результате чего анод соприкасается с катодом.

Также аккумуляторы оборудованы предохранителями и клапанами, которые при повышении давления и температуры внутри либо отключают электроды от цепи, либо способствуют выходу наружу скопившегося газа. В последнем случае, так как газы легковоспламеняющиеся, при контакте с кислородом снаружи возникает пламя. Пример действия защитных клапанов можно было наблюдать при аварии с участием автомобиля Тесла Model S, где аккумулятор был пробит крупным металлическим предметом. Так как в Тесле клапаны аккумуляторов были направлены вниз на асфальт и отдельные блоки были хорошо изолированы друг от друга, сгорела лишь передняя часть аккумулятора (как сказал Элон Маск, если бы тот же металлический предмет пробил бак с бензином, машины бы сгорела целиком).

Кстати, термическая изоляция отдельных блоков в крупном аккумуляторе очень важна. Если в вышеупомянутом примере аккумулятор Теслы не загорелся полностью из-за хорошей термоизоляции, то в случае аккумулятора на борту Боинга 787 самовозгорание произошло из-за того, что блоки были недостаточно изолированы друг от друга, что привело к перегреву всей системы.
Также литий-ионные аккумуляторы оснащены контроллерами, сенсорами, балансирами заряда, и т.д. Подробнее про системы безопасности аккумуляторов можно почитать тут.

Как видно из этого поста, самый опасный компонент аккумулятора- электролит, который разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты при повышении температуры. На сегодняшний день учёные пытаются найти более стабильные альтернативы: ионные жидкости, полимерные электролиты, твёрдотельные керамические электролиты и т.д. Но это-отдельная тема…

Источники:

» Journal of The Electrochemical Society, 158 3 R1-R25 2011
» Journal of Power Sources 208 (2012) 210– 224
» www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum12/sum12_p037_044.pdf
» www.powerinfo.ru/accumulator-liion.php
» www.treehugger.com/cars/elon-musk-letter-explains-why-tesla-model-s-caught-fire.html

habr.com

Эксплуатация и хранение литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов для инструмента

Часто люди пишут в отзывах к новому инструменту, что «сам инструмент хорош, а вот аккумулятор приказал долго жить уже через полгода», или «пользовался им всего два раза, а аккумулятор сдох».

Список подобных сообщений можно продолжить, но основной смысл в том, что люди инструментом толком не успели попользоваться, как случилось непоправимое. Притом, зачастую, приобретение нового аккумулятора либо вовсе невозможно (поди, найди их для какого-нибудь китайца), либо его цена оказывается сопоставимой с покупкой нового инструмента. Винят, разумеется, сразу производителя инструмента. Однако его вины тут лишь малая доля.

Эта короткая статья поможет вам не пополнить ряды «обманутых покупателей», а также подскажет что делать, если уже все случилось.

Начнем с главного – в большинстве случаев, производитель инструмента не имеет никакого отношения к производителям аккумуляторных элементов, находящихся в его аккумуляторных блоках. Он просто их покупает у тех, кто, по его мнению, предлагает хорошее соотношение цены и качества. Другими словами, аккумуляторные элементы в батареях к инструменту Bosch и какому-нибудь безымянному «китайцу», скорее всего, окажутся от одного и того же производителя, например, японской компании Sanyo или Samsung.

Чаще всего используются аккумуляторные элементы типоразмера 18650 с типичным напряжением 3,6-3,7 В. Эти элементы универсальные и используются везде, где только можно: от батарей ноутбуков до электромобилей. Если речь идет о 10,8-вольтовом аккумуляторе у инструмента, то это значит, что в нем размещено три таких элемента. В 14,4-вольтовом – четыре. В 18-вольтовом – пять. В 22-вольтовом уже шесть, и так далее.

Вот фото 14,4-вольтового аккумулятора Hitachi BCL без крышки. Видно, что в базовой части размещаются четыре аккумуляторных элемента (кстати, производства Sanyo), а в «ноге» – схема управления.

Если Li-ion аккумулятор приказал долго жить

Итак, если беда уже случилась, и ваш аккумуляторный блок не подает признаков жизни, то необходимо всего лишь купить нужное количество аккумуляторных элементов аналогичного типа и самостоятельно установить их в блок.
Пара замечаний: в России все они редкость, но можно заказать из Китая или Штатов (Aliexpress.com и Ebay.com вам в помощь) с бесплатной доставкой по цене 4-5 долларов за штуку; а также придется вспомнить навыки пайки. Вдобавок, нельзя менять аккумуляторные элементы выборочно. Только все сразу. Ведь контроллер заряда будет считать их все одинаковыми, что приведет к перегреву старых, которые могут даже загореться или взорваться.

И еще: в аккумуляторном блоке также может повредиться электроника, потому перед покупкой новых «банок» сначала «прозвоните» старые. Вдруг с ними все в порядке, и виноваты вовсе не они.

Что надо сделать, чтобы Li-ion аккумулятор прослужил дольше двух месяцев

Другими словами: чего бояться литий-ионные аккумуляторы. В бытовом применении в электроинструментах им страшно только одно – длительное хранение при глубоком разряде. Когда заряда остается менее 10%, аккумулятор начинает быстро деградировать. Если вы разрядили аккумулятор полностью и забыли его поставить на зарядку, а вспомнили о нем через пару месяцев – не обессудьте. Скорее всего придется купить новый.

Ситуация усугубляется тем, что многие производители электроинструмента из соображений экономии не делают двух вещей. Первая – в самом дешевом инструменте может отсутствовать система защиты аккумулятора от глубокого разряда. Вторая – если эта система присутствует, она частенько допускает более глубокий разряд, чем регламентирует производитель аккумуляторных элементов. Делается это чтобы выжать все до капли и с таким расчетом, что пользователь не будет долго тянуть с установкой аккумулятора на зарядку. Другими словами, если вы закончили работу и считаете, что аккумулятор разряжен более чем на две трети – ставьте его на зарядку.

Вот и все премудрости для тех, кто не хочет вникать в детали. Если вы относитесь к таким, то дальше можно не читать.

Но если интересны подробности или если вы используете инструмент регулярно, то тут еще есть что рассказать.

 

Часть 2

Для тех, кто использует инструмент регулярно

Есть еще несколько рекомендаций, которые помогут вам продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.

1.      Как было уже сказано выше, всегда старайтесь сразу поставить на зарядку аккумулятор, если он разряжен полностью или почти полностью. Попутно избегайте циклов глубокой разрядки-зарядки. Данная таблица покажет, какое количество циклов заряда-разряда последует до потери 50% емкости в зависимости от глубины разряда аккумулятора:

2.      Не заряжайте аккумуляторы при отрицательных температурах. Они будут терять емкость.

3.      Не храните аккумуляторы при температуре выше 30 градусов. Эта табличка показывает, насколько снизится емкость в зависимости от температуры хранения и степени заряженности аккумулятора:

4. Если аккумулятору предстоит долгое хранение, не заряжайте его полностью. Оптимальным будет уровень заряда в 35-50%.

Что нужно знать о зарядке литий-ионных аккумуляторов

Это сложный процесс. Для каждого типа аккумуляторов существует своя стратегия, но в общих чертах она именуется CC-CV и состоит из двух основных стадий – зарядки постоянным током и растущим напряжением, затем дозарядки с постоянным напряжением. Также могут быть и дополнительные стадии, например, весь процесс может выглядеть так:

1.      сначала батарея проверяется электроникой, чтобы узнать ее текущее состояние и степень заряда, а также пригодность к быстрому циклу зарядки. В первые минуты подается небольшое напряжение и невысокий ток. Если напряжение на батарее не растет (т.е. она хорошо принимает заряд), значит все в порядке, можно заряжать в быстром режиме;

2.      затем идет основная фаза заряда, которая длится около часа, где постепенно повышается напряжение при неизменно высоком токе;

3.      потом начинается завершающая фаза (дозарядка), где напряжение держится на максимально допустимом уровне (обычно 4,2 В), а ток постепенно снижается. Она может длится около двух часов.

Крайне важно для литий-ионных аккумуляторов – не допустить перезаряда. Он также негативно сказывается на ресурсе батареи, как и ее хранение в разряженном состоянии. Кроме того аккумулятор может банально перегреться и взорваться. Поэтому контроллер строго следит за этим процессом и прекращает заряд в соответствующий момент.

Но недобросовестные производители могут немного схитрить. Если незначительно повысить напряжение заряда (на 0,1 В, до 4,3 В), это чуть-чуть ускорит процесс, а главное – увеличит на 10% количество запасенной аккумулятором энергии. Последствия такого подхода отражает вот этот график:

Обратите внимание, что шкала ординат нелинейная, а сам график отражает лишь количество циклов перезаряда, при котором емкость аккумулятора снизится вдвое. И тут мы видим, что при напряжении 4,2 В аккумулятор деградирует крайне медленно, и количество циклов до момента «уполовинивания» емкости может быть около 1000. Но если напряжение повысить всего на 0,1 В, скорость деградации увеличится аж в четыре раза.

Ультрабыстрая зарядка

Обычно производитель рекомендует заряжать аккумуляторные элементы токами, равными 0,7 или 1 от емкости деленной на время (т.е. для аккумуляторного элемента 1500 мА·ч рекомендуемый ток заряда составляет 1,5 А). Некоторые производители допускают зарядку значительно большими токами, что в разы ускоряет процесс. Однако это приводит к ускоренной деградации батареи, плюс попутно приходится следить за ее температурой и останавливать процесс, если батарея нагрелась до 40 градусов (точное значение определяется производителем батареи). Ранний перегрев обычно характерен для стареющих батарей.

Вот график потери емкости литий-ионных аккумуляторов в зависимости от величины токов заряда и разряда:

Синяя линия – зарядка и разрядка токами, равными емкости/время (для аккумуляторов 1500 мА·ч – это 1,5 А). Зеленая – удвоенный ток заряда и разряда относительно емкости (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 3 А). Красная – утроенный ток (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 4,5 А).

Другими словами, режимы быстрой зарядки будут приводить к ускоренной деградации батареи.

Параметры типичных аккумуляторных элементов

Напоследок в качестве справочной информации приведем официальные характеристики тех же популярных аккумуляторных элементов Sanyo UR18650W2, которые упоминались выше:

емкость минимальная / типичная, мА·ч	1500 / 1600
номинальное напряжение, В	3,7
минимальное напряжение, В	2,75
метод зарядки	CC-CV (постоянный ток, затем постоянное напряжение)
максимальное напряжение зарядки, В	4,2
ток зарядки, А	1,5
время зарядки, ч	2,5
максимальный продолжительный ток разряда, А	15
температура при зарядке, град.	0 — +40
рабочая температура	-20 — +60
температура хранения	-20 — +50

—

Нижняя оранжевая линия – работа при температуре -20°C.

Ну а чтобы быть уверенными, что Sanyo UR18650W2 не являются каким-то исключением из общего правила, выложим их график разряда током 10 А в сравнении с двумя другими аккумуляторами производства Samsung и AW:

 

Подготовлено по материалам BatteryUniversity

dacha.news

Как хранить литий–ионные аккумуляторы в домашних условиях

Литий-ионные батареи широко распространены сегодня. Они применяются в мобильных телефонах (самая обширная ниша), в ноутбуках, рациях, в различных других электронных приборах и даже в автомобилях. Эти АКБ имеют множество достоинств, но в то же время чувствительны к определенным факторам и требуют правильного хранения. Рассмотрим, как правильно хранить литий-ионные аккумуляторы.

Виды литий-ионных аккумуляторов

Литиевые батареи делятся на литий-ионные и литий-полимерные. Разница состоит в том, что в первых электролит жидкий, а во вторых – твердый. За счет этого полимерные АКБ считаются чуть менее взрывоопасными и, соответственно, более безопасными. Хотя при правильной эксплуатации вероятность взрыва любого литий-ионного аккумулятора низкая.

Также полимерные батареи для телефонов можно сделать более тонкими, чем ионные. Поэтому они популярны в супертонких моделях.

Также батареи бывают разными по форме и емкости. Это зависит от прибора, для которого они предназначены.

Распространенные формы АКБ: пальчиковые – ААА, АА, 18650.

Используются в часах, детских игрушках, фотоаппаратах и другой технике. Батарея 18650 отличается от остального размера, а также емкостью и напряжением – 3,7 В против 1,5 В у АА. Они не подходят для стандартных электроприборов, их применяют там, где требуется большая емкость – например, в электровелосипедах или в Power Bank.

Прямоугольные – например, в мобильных телефонах.

Крупные в форме электронной коробки – называются твердотельными АКБ и применяются в электромобилях.

Наиболее часто в быту используются обычные небольшие пальчиковые батареи и прямоугольные – для сотовых телефонов. Но некоторые, более крупные, АКБ тоже применимы в быту – например, они стоят в электровелосипедах и автомобилях.

Несмотря на разницу в габаритах, форме и электроемкости, все литий-ионные АКБ имеют схожий принцип работы, поэтому правила использования и хранения для них одинаковы.

Правила хранения литий-ионных аккумуляторов

Правила хранения АКБ на основе лития основаны на слабостях данного типа аккумуляторов.

Слабости Li-Ion батареи:

• боится полного заряда;
• боится полного разряда;
• боится низких температур;
• боится высоких температур и перегрева;
• боится высокой влажности;
• имеет ограниченный ресурс – определенное число циклов зарядки;
• взрывоопасна при повреждении герметичности;
• емкость теряется даже во время хранения, а не только при активном использовании.

Хранение должно быть направлено на то, чтобы к моменту возобновления использования аккумулятора он сохранил все свои рабочие свойства и был исправен.

Как хранить литиевые аккумуляторы

Выбирайте правильный температурный режим. Лучше всего – от 0 до +20 градусов по Цельсию. Допустима температура до +35. Здесь суть в том, что чем ниже температура – тем лучше батарее, но только если температура не отрицательная. Поэтому многие хранят их в холодильнике. Это допустимо, если аккумулятор герметично упакован в пакет и в него не поступает влага. Если вы не уверены в герметичности упаковки, хранение литий-ионных аккумуляторов лучше осуществлять в другом месте.

ВАЖНО! В морозилке хранить нельзя! Это испортит АКБ.

Не держите аккумулятор разряженным до нуля или заряженным до 100 процентов. Оптимально отправить его на хранение с зарядом 40–50 процентов.

Раз в два-три месяца батарею нужно подзаряжать до показателя в 40–50 процентов. Также раз в полгода можно разрядить ее полностью, затем зарядить до 100 процентов. А перед отправкой на хранение вновь разрядить до 40–60 процентов.

Если этого не делать, со временем он саморазрядится. А АКБ с зарядом 2 В не восстанавливается, ее остается только выбросить.

Произойти это может уже за 2,5–3 месяца. Не пытайтесь зарядить его в этом случае – это очень опасно; скорее всего, произойдет взрыв. Так что в этом случае пожалейте здоровье и жизнь, а не батарею. Приобретите новую и далее соблюдайте правила хранения.
Место хранения должно быть сухое и прохладное, там не должно быть вибрации и прямых солнечных лучей.

Не стоит заворачивать прибор во что-либо, исключение – когда держите в холодильнике в герметичном пакете, так как это бережет от влаги. В остальных случаях, наоборот, необходима свободная циркуляция сухого воздуха. Любая ткань может впитывать влагу и затем ее задерживать. А этого нужно избежать.

До АКБ не должны добраться дети для их же безопасности.

Батарею не стоит держать в приборе, который длительно не планируется использовать, лучше достать и положить в подходящее место.
Рядом с батареей не должно быть тяжелых предметов и всего, что способно упасть и повредить ее. Не должно быть жидкостей, особенно химических.

Не стоит хранить на большой высоте, откуда она может упасть.

ВАЖНО! Поврежденный аккумулятор нельзя использовать, это опасно. Так что, если сохранить его все же не удастся, не пытайтесь ремонтировать его – купите новый.

Эти правила помогут вам сохранить АКБ и использовать ее с пользой в любом предмете техники до момента, когда закончится отведенный производителем ресурс, а не до того, как она случайно разрядится полностью во время хранения.

3batareiki.ru

маркетинговые уловки и распространенные ошибки / Habr

Неоднократно сталкиваюсь в статьях и комментариях (в статьях все же гораздо реже) с использованием неправильных данных или названий, которые впоследствии приводятся, как аргументы, хотя на самом деле они ошибочны изначально. И эти ошибки распространяются по всем ресурсам, включая Гиктаймс.

Этой статьей я бы хотел разъяснить некоторые моменты и провести своеобразный ликбез.

Литий-полимерные аккумуляторы

Сразу с главного — в свободном доступе на рынке не существует литий-полимерных аккумуляторов в техническом смысле этого слова. В англоязычном мире с этим уже разобрались, а вот на постсоветском пространстве существуют некоторые издержки в терминологии, которыми пользуются маркетологи. Маленькое отступление — не то, чтобы этим не пользовались в других регионах, но там хотя бы есть возможность проверки этой информации на родном языке.

Немного истории

Любой литий-ионный аккумулятор имеет 4 основных составляющих — два электрода (анод и катод), электролит и сепаратор. Все 4 элемента развивались и развиваются дальше. Для электролита на начало исследований (1970-ые) было предложено два варианта — жидкий или твердый электролит. В то время твердый электролит обещал больше перспектив в эксплуатации — электролит не вытекает при повреждении корпуса, сам элемент более прочный. Главным недостатком было и остается высокое сопротивление твердого электролита, оно сводит на нет физические характеристики.

Фактически снижение количества ресурсов, выделяемых компаниями на разработку твердых электролитов, произошло в начале 1990-х, когда Sony вывела на рынок аккумулятор с жидким электролитом. Сама компания Sony еще в 1988 году была уверена в будущем успехе твердого электролита.

Не смотря на ориентацию на жидкий электролит компании не перестали искать альтернативы. Одним из вариантов стали так называемые гибридные электролиты. Фактически для них используется сепаратор с мелкими отверстиями и тем же жидки электролитом. Хотя он на ощупь кажется сухим, на самом деле количество электролита в нем не отличается от подобного в обычном аккумуляторе. Как в принципе и конструкция:

Схематическая модель литий-ионного аккумулятора с катодом LiCoO₂ и графитовым анодом из Википедии на немецком языке.

Подобные аккумуляторы довольно распространены, их коммерческое распространение началось еще в начале 2000-х, но физически и химически это те же самые литий-ионные аккумуляторы с жидким электролитом и их в общем не очень много.

Что же представлено на рынке?

Одним из способов классификации аккумуляторов является его корпус. На сегодня существуют три популярных способа упаковки:

• Цилиндрические ячейки
• Призматические ячейки
• «Мешочек» или pouch-bag ячейки

Первый тип аккумуляторов известен своим использованием в ноутбуках и автомобилях Тесла (там используется его самый распространенный размер 18650).

Второй тип является измененной формой цилиндрических. Алюминиевый корпус, прямоугольник или квадрат в поперечном сечении. Популярен для стационарного применения и в транспорте.

Третий тип имеет мягкий корпус и не всегда оснащается встроенной системой защиты. Фактически удешевленный вариант призматической ячейки. Этот тип аккумуляторов используется, в частности, в мобильных телефонах.

Последние в списке и есть те самые «полимерные». Они так называются по нескольким причинам. Самый наглый способ маркетологов — корпус из полимеров, потому и «полимерные».

Второй вариант — использование полимерного мелкопористого сепаратора. Фактически ничем не отличается от обычного литий-ионного аккумулятора.

Третий вариант, который я не встречал — давать название «полимерный» на основании использования полимерных элементов в качестве основ катодов, анодов и прочих элементов. Как правило попадает в множество аккумуляторов в пластиковом корпусе.

Проблемы терминологии

При разработке концепции идея была такова, что под понятием «жидкий электролит» понимались жидкий или гелеобразный раствор соли лития, в то время как под понятием «твердый электролит» (solid electrolyte) — твердое состояние вещества. Так как возникло желание продать то, что обещалось но чего нет, то сегодня даже в среде исследователей гелевый электролит вносят в перечень «твердых» электролитов, хотя его характеристики все же скорее гибридные. Потому можно встретить описание в научных работах «твердый гелевый электролит», которое некоторыми учеными считается вводящим в заблуждение.

Будущее полимерных электролитов

Разработки ведутся и в перспективе возможно появление аккумуляторов с настоящим полимерным электролитом. Однако по состоянию на 2015 год лабораторные образцы полимерных электролитов на основе органической химии не показывали ощутимого прогресса, потому на дату публикации статьи в обозримом будущем не предвидится массового ухода от жидкого электролита.

Проблемы с наименованием типов аккумуляторов

На рынке представлено несколько различных типов литий-ионных аккумуляторов. Они имеют различные наименования, которые позволяют описывать их характеристики в плане емкости или безопасности. В целом можно встретить следующие типы:

• Литий-кобальтовые с катодом LiCoO₂ — самые емкие модели имеют графитовый анод.
• Литий-марганцево-оксидные с катодом LiMn₂O₄, Li₂MnO₃ или LMnO, последние могут выступать как просто литий-марганцовые
• Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные или NMC с катодом LiNiMnCoO₂
• Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePO₄ (LFP)
• Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные (NCA) с катодом LiNiCoAlO₂
• Литий-титанат-оксидные (LTO) с анодом Li₄Ti₅O₁₂

Сразу можно заметить неравномерность наименований. Некоторые названы в честь катода, некоторые — в честь анода. И если в первом случае еще можно попытаться угадать с высокой степенью вероятности, что анод будет графитовый, то в случае названия по аноду остается только гадать. Также на сегодня ведутся разработки и в принципе можно найти на рынке аккумулятор с катодом LiFePO₄ и анодом Li₄Ti₅O₁₂, т.е. литий-железо-фосфатные литий-титанатовые, которые в этой системе не имеют простого маркетингового наименования По ссылке — научная статья 2013 года с испытаниями такого аккумулятора.

Причина существования такого большого числа катодов и анодов аккумуляторов в различных требованиях к аккумуляторам. Где-то нужна бóльшая безопасность, а где-то емкость или мощность. Получить представление о запасаемой энергии можно исходя из того, что каждый тип катода и анода имеет разный потенциал, как видно из изображений ниже (в качестве потенциала в 0 В выбирается потенциал металлического лития, больше разница напряжений — больше мощность, энергетическая плотность зависит от количества атомов лития):

Общая схема с потенциалами от университета г. Киль. Источник

Материал из статьи 2013 года авторов Jiantie Xu, Shixue Dou и др. Источник

Еще одна картинка от Purdue School of Engineering and Technology. Источник

Общее представление о причинах может давать следующее грубое изображение связи потенциалов элементов и возможности металлизация лития при очень низком разряде или термической нестабильности при перезаряде:

Изображения взято из курса лекций

Самые небезопасные в эксплуатации из представленных на рынке — литий-кобальтовые с графитовый анодом, самые безопасные — с катодом LiFePO₄ и анодом Li₄Ti₅O₁₂. Естественно, наличие BMS (Battery Management System) уменьшает риски, но пренебрегать ими не стоит, тот же слишком сильный разряд эта система предотвратить не сможет, что критично для аккумуляторов с графитовым анодом.

Распространенные ошибки

Общие ошибки

Самая главная и часто встречаемая ошибка — противопоставление «обычному литий-ионному аккумулятору». Как видно выше, такого понятия, как «обычный» просто нет. И разница в напряжениях может быть самой разной для вроде бы одинаковых катодов и одинаковой для разных наборов катодов и анодов.

Вторая ошибка, не столь существенная, связанная с предыдущим пунктом, написание материала катода LiFePO₄ следующим образом — LiFePo₄. Здесь путаница довольно распространенная и сразу показывает, насколько можно доверять такому источнику.

Еще одна крупная ошибка — противопоставление LiPo-аккумулятора литий-ионному. Здесь несколько вариантов сравнения. Первое — это общее, связанное с заблуждением о существовании на рынке аккумуляторов с полимерным электролитом. Второе, имеющее более узкое применение, которое обычно озвучивается в следующем виде «литий-полимерный аккумулятор [речь о корпусе] лучше/хуже LFP/LTO/NCA (подставить нужное)».

Здесь идет смешение типа корпуса и начинки.

Например, по этой ссылке можно прочитать о LFP аккумуляторе в формате литий-полимерного (призматический корпус в данном случае).

Аккумулятор А долговечнее аккумулятора Б

Это еще одно своеобразное перекручивание фактов для аргументации при продаже. Такой метод применяется для разных типов аккумуляторов, но чаще всего сравнивается LFP вариант аккумулятора и литий-кобальтовый или NMC с графитовым катодом. В статьях в интернете, как рекламных так и просто популярных, можно найти соотношение полных эквивалентных циклов в 2000 к 500 в пользу LFP и как результат — рассказ о значительном превосходстве первого.

Здесь есть несколько неточностей. Во-первых, бóльшее число статей по литий-кобальтовым датировано 2005-2006 годами, в то время как для LFP — с 2012-2013. Данные по циклам основаны на этих статьях. Тем не менее разработки на останавливались и были одинаково активными для всех типов аккумуляторов и разрыв не настолько большой в один и тот же временной интервал. Во-вторых, не уточняется объем энергии, который передаст за свою жизнь аккумулятор, а ведь при равных размерах LFP имеет меньшую емкость.
Что же касается главного преимущества — бóльшего числа циклов, то если брать новые исследования и сравнивать в равных условиях серийные образцы, то разница не такая и драматическая. В общей сложности она составляет 20-30% (800 циклов против 1000 для 40°C, например), что не всегда оправдывает покупку того же LFP, так как будет передано меньше энергии за счет меньшей разницы напряжений за весь срок эксплуатации.

Источников с непосредственным сравнением нет, поскольку сам процесс тестирования длительный и дорогостоящий, осложненный договорами про не раскрывание названий участников, но сравнивая по ряду данных можно сделать вывод об аналогичных характеристиках на сегодня для всех литий-ионных аккумуляторов в плане срока эксплуатации во всех возможных сценариях, в т.ч. и простого хранения. Эти данные приведены, например, в источниках 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Прочие источники

BU-206: Lithium-polymer: Substance or Hype?

Kazuo Murata, Shuichi Izuchi, Youetsu Yoshihisa «An overview of the research and development of solid polymer electrolyte batteries»

A. Manuel Stephan, K.S. Nahm «Review on composite polymer electrolytes for lithium batteries. Polymer»

D. Golodnitskya, E. Straussc, E. Peleda and S. Greenbaum «Review — On Order and Disorder in Polymer Electrolytes»

Моя предыдущая статья про литий-ионные аккумуляторы — Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

habr.com

Узнайте, как правильно хранить Li-Ion (литий ионные) аккумуляторы, чтобы продлить им жизнь. — Об электровелосипедах подробно — Блог — Статьи

Чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи, эффективно использовать ее возможности и минимизировать потери емкости, необходимо обеспечить ей правильное хранение. В данной статье пойдет речь о том, как правильно хранить литий ионные аккумуляторы. Такие накопители чувствительны к высоким температурам и чрезмерному уровню заряда. Если же поддерживать оптимальные условия их хранения, можно ощутимо продлить срок службы батареи и снизить потери ее емкости.

Следует понимать, что хранение АКБ неизбежно приводит к их старению, но выполнения ряда рекомендаций позволяет замедлить этот процесс. Чтобы снизить потери емкости в процессе хранения, сохранить Li-Ion батарею в рабочем состоянии и не позволить ей самостоятельно разряжаться, хранить ее нужно заряженной примерно до 40%. Некоторые производители рекомендуют хранить литий ионные аккумуляторы заряженными до 70–90% емкости.

Установить степень заряда в 40% не сложно, необходимо измерить напряжение аккумулятора литий-ионного. Именно по напряжению можно определить уровень заряда:

• Li-ion элемент разряжен при напряжении 2,8 Вольта, а заряжен при 4,2 Вольт, соответственно напряжение между ними приблизительно равно 50% заряду. 3,5 Вольта – средняя точка;
• При напряжении 3,4 Вольта на элемент уровень заряда Li-Ion батареи приблизительно равен 40%;
• Таким образом при номинальном напряжении АКБ 48 Вольт (13 элементов) 40% уровень заряда будет при общем напряжении аккумулятора 44,2 Вольта;
• А при номинальном напряжении АКБ 36 Вольт (10 элементов) 40% уровень заряда будет при общем напряжении аккумулятора 34 Вольта;
• Перед измерением напряжения Li-Ion батареи после ее зарядки или разрядки рекомендуется подождать 1,5 часа.

Как хранить литиевые аккумуляторы?

В вопросе, как хранить Li-Ion аккумуляторы, основными факторами выступают температурный режим и степень заряда. В нижеприведенной таблице представлены сведения о восстанавливаемой емкости литиевых АКБ при их хранении на протяжении 12 месяцев при разных температурах и уровнях заряда. Восстанавливаемой емкостью называют доступную емкость аккумулятора после его хранения.

Температура, °С	Восстанавливаемая емкость
	при хранении с 40% зарядом	при хранении со 100% зарядом
0	98%	94%
25	96%	80%
40	85%	65%
60	75%	60% (через 3 месяца)

Также при хранении литий ионных аккумуляторов необходимо выполнять следующие рекомендации:

• Хранить Li-Ion батареи нужно в сухом и прохладном месте, извлеченными из оборудования.
• Оптимальной температурой для хранения таких АКБ является +1 – +25°С, а допустимые значения варьируются в диапазоне 0 – +40°С.
• Нельзя допускать их замораживания – можно хранить литиевый аккумулятор в холодильнике, предварительно поместив его в пакет (для предотвращения конденсации влаги), но не в морозилке!
• Хранить АКБ необходимо в заряженном состоянии (идеальное значение степени заряда – 40%), чтобы избежать падения напряжения при саморазрядке ниже значения 2,5 В/элемент. Если оставить такой накопитель храниться с напряжением ниже граничного значения 2,5 В на период времени 3 месяца и дольше, произойдет невосстанавливаемое падение его емкости, а также не исключена коррозия элементов.
•  Если напряжение литий ионной батареи на протяжении недели и более не превышает 2,0 В/элемент, такая АКБ подлежит утилизации. Кстати, некоторые Li-Ion батареи не допускают подзарядки при снижении напряжения на выводах ниже граничного значения. Это связано с изменением химической структуры сильно разряженного элемента и повышенной опасности его подзарядки.

Предлагаем вам также ознакомиться с рекомендациями, как правильно заряжать аккумулятор Li-ion.

www.voltbikes.ru

No related posts.