Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов / Habr
Ранее тема обсуждалась в следующих постах:Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи
Почему литий-ионные батареи умирают так рано?
5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
Допустимые диапазоны температур при заряде и разряде литий-ионных аккумуляторов
Далее приведены данные, полученные по результатам экспериментов над аккумуляторами различных производителей.
Особенности тестирования
Тесты на количество циклов проводились при разрядке током 1С, для каждого аккумулятора проводились циклы разрядки/зарядки до достижения 80% емкости. Такое число было выбрано исходя из сроков тесто и для возможного сравнения результатов впоследствии. Число полных эквивалентных циклов — до 7500 в некоторых тестах.
Тесты на срок службы проводились при различных уровнях заряда и температуре, каждые 40-50 дней проводились измерения напряжения для контроля разряда, длительность тестов составляла 400-500 дней.
Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.
Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.
Немного терминов:
DoD — Depth of Discharge — глубина разряда.
SoC — State of Charge — уровень заряда.
Использование аккумуляторов
Количество циклов
На данный момент есть теория, что зависимость количества циклов, которые может выдержать аккумулятор от степени разряда аккумулятора в цикле имеет следующий вид (синим обозначены циклы разрядки, черным — эквивалентные полные циклы):
Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.
В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому
Расчет суперпозиции циклов
При эксплуатации аккумуляторов возможна работа при одновременном наличии двух циклов (например, рекуперативное торможение в автомобиле):
Получается следующий комбинированный цикл:
Возникает вопрос, как это сказывается на эксплуатации аккумулятора, сильно ли уменьшается ресурс аккумулятора?
По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).
Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.
Эффект памяти
Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов по результатам экспериментов отмечен не был. При различных режимах его полная емкость все равно впоследствии не изменялась. В то же время есть ряд работ, которые подтверждают наличие данного эффекта в литий-фосфатных и литий-титановых аккумуляторах.
Хранение аккумуляторов
Температуры хранения
Тут никаких необычных открытий не было сделано. Температуры 20-25°C являются оптимальными (в обычной жизни) для хранения аккумулятора
Естественно более низкие температуры лучше для хранения, но в быту это означает специальное охлаждение. Так как температура воздуха в квартире, как правило, 20-25°C, то и хранение скорее всего будет при такой температуре.
Уровень заряда
Как показали испытания, чем меньше заряд тем медленнее идет саморазряд аккумулятора. Измерялась емкость аккумулятора, какой бы она была при его дальнейшем использовании после длительного хранения. Наилучший результат показали аккумуляторы, которые хранились с зарядом близким к нулю.
В целом хорошие результаты показали аккумуляторы, которые хранились не более чем с 60% уровнем заряда на момент начала хранения. Цифры отличаются от приведенных ниже для 100% заряда в худшую сторону (т.е. аккумулятор придет в негодность ранее, чем указано на рисунке):
Рисунок взят из статьи 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
В то же время цифры для малого заряда более оптимистичны (94% после года при температуре 40°C для хранения при SOC 40%).
Так как 10% заряд непрактичен, так как время работы при таком уровне весьма маленькое, хранить аккумуляторы оптимально при SOC 60%, что позволит применить его в любой момент и не скажется критично на сроке его службы.
Основные проблемы результатов экспериментов
Никто не проводил тесты, которые можно считать на 100% достоверными. Выборка, как правило, не превышает пары тысяч аккумуляторов из миллионов произведенных. Большинство исследователей не могут представить достоверные сравнительные анализы по причинам недостаточной выборки. Также результаты этих экспериментов зачастую являются конфиденциальной информацией. Так что данные рекомендации не обязательно подходят к вашему аккумулятору, но могут считаться оптимальными.
Итоги экспериментов
Оптимальные условия хранения — 20-25°C при 60% заряде аккумулятора.
Источники
1.Курс «Battery Storage Systems», RWTH Aachen, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer
2.Memory effect in a lithium-ion battery, Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo, Petr Novák
Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи / Habr
Долго думал, как преподнести материал, и, в конце концов, решил, что его нужно подавать в виде отдельных фактов, касающихся жизни реальных литий-ионных батарей. Так что начнем…
Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса «старения» (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова — если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно относитесь к дате изготовления — при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленого ресурса.
Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях – смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше)
| Температура, °C | 40% уровень заряда (рекомендуемый уровень заряда) | 100% уровень заряда (поддерживается пользователями при работе) |
| 0°C |
98% через 1 год |
94% через 1 год |
| 25°C |
96% через 1 год |
80% через 1 год |
| 40°C |
85% через 1 год |
65% через 1 год |
| 60°C |
75% через 1 год |
60% через 3 месяца |
Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его емкости до 80% от номинальной понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно огранизовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике – при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% емкости и ношении его во внешнем кармане одежды – срок жизни уже достиг более 4х лет при сохранности емкости).
Следует учитывать температурный фактор и при эксплуатации литий-ионных аккумуляторов — разряд может осуществляться и при низких температурах (в зависимости от химии аккумулятора от -25°C до -10°C), но заряд должен производиться только при положительной температуре батареи.
Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияют на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор – при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C ) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).
Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает емкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.
BMS (Battery Manegement System) — система управления батареей — электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента. Для избегания выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его, иначе BMS не позволит начаться заряду когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике – я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)).
Существующие продвинутые мониторы состояния батарей в своих расчетах, скорее всего, используют уравнения Пекерта (Peukert). Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере «цифрового эффекта памяти» в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект «цифровой памяти» нивелируется калибровкой батареи: полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки без встроенной в BIOS Setup системы калибровки, необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).
Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относистя к LiFePO4 аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO2 и LiMn2O4). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной емкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO2 аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C – в 4 раза).
Cоблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора и он будет долго радовать вас своей емкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Также каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции – у них будут немножко (или множко) другие характеристики. К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной экспуатации литий-ионных аккумуляторов.
Данная статья отмечает субъективный взгляд на проблему продления ресурса литий-ионных аккумуляторов. Цифровые данные взяты из проверенных источников (batteryuniversity.com — литий-ионные (lithium-ion) батареи, с сайтов производителей литий-ионных батарей — Valence, ThunderSky, Everspring), однако во время компиляции информации некоторые слишком оптимистичные заявления производителей батарей пришлось опустить или несколько исправить, если заметите ошибки — пишите.
Больше информации об различных типах аккумуляторных батарей вы сможете почерпнуть на сайте автора: http://sdisle.com/battery/
P.S. Меня очень удивило, что на хабрехабре нет поддержки индексов для текста (тег sub…/sub) — благодаря этому некоторые химические формулы в статье изображаются неверно:(.
habr.com
Как создают аккумуляторные батареи / ASUS Russia corporate blog / Habr
Практически все современные гаджеты объединяет одна деталь — в них есть аккумуляторная батарея. И её ёмкость остаётся одним из главных критериев при выборе устройства. Мы живем в эру мобильности, и требования к аккумуляторам растут с каждым годом.
Батареи для ноутбуков (и многие другие) состоят из энергетических элементов, скомпонованных в связанные друг с другом ячейки. Ноутбуки, как и большая часть других мобильных устройств, работают на литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторах.
Мало кто задумывается о том, как сложно создать аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям времени. Сегодня вы узнаете, как их производят в промышленных масштабах… начиная с химических элементов.
Li-ion — литий-ионные
Широко распространённый литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катода из алюминиевой фольги и анода из медной), разделенных пористым сепаратором, пропитанным жидким электролитом. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.
Типичная литий-ионная перезаряжаемая батарея состоит из положительного электрода (зеленый), отрицательного электрода (красный) и разделяющим их слоем сепаратора (желтый). Ионы лития (Li +, синий) перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод). Во время зарядки происходит обратный процесс, ионы лития переносятся к аноду. Источник
Литий-ионный аккумулятор обладает высокой энергоплотностью, но быстро разряжается при использовании на морозе и может быть взрывоопасен при перезаряде выше 4,2 В. Если вы проколете литий-ионную батарею и создадите короткое замыкание, она загорится и возникнет действительно сильный огонь, который нельзя легко потушить с помощью обычного огнетушителя. Именно поэтому многие такие аккумуляторы оснащают специальной защитой.
Li-po — литий-полимерные
Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) представляет собой усовершенствованную конструкцию литий-ионного аккумулятора. В таком аккумуляторе в качестве электролита используется не жидкость, а сухой полимерный материал (синтетический пластик). В отличие от Li-ion, Li-po безопаснее, может отдавать сильные токи и, благодаря полимерному материалу, может быть какой угодно толщины и формы.
Li-po и технологии
Ноутбук, оснащенный литий-полимерным аккумулятором, поддерживает в 3 раза больше циклов зарядки (то есть служит в 3 раза дольше), чем ноутбук со стандартным литий-ионным аккумулятором.
Эффективность энергопотребления достигается не только за счет химических свойств батареи. Если ноутбук остается подключенным к зарядке, когда аккумулятор уже полностью заряжен, это может привести к ухудшению рабочих характеристик аккумулятора и, соответственно, к сокращению срока его службы. Это может также стать причиной набухания аккумулятора из-за внутреннего накопления газов, вызванного окислением, а значит и деформированию или повреждению ноутбука. Дополнительные программные технологии позволяют установить предельный уровень заряда 60%, 80% или 100%, чтобы продлить срок службы батареи и уменьшить вероятность ее набухания.
Ноутбуки также оснащаются механизмом быстрой зарядки, с помощью которого аккумулятор заряжается за несколько десятков минут чуть более чем наполовину.
Li-po vs Li-ion
Положительные и отрицательные электроды Li-po и Li-ion имеют сходный химический состав. Основное различия между двумя видами батарей заключается в способе их компоновки. С литий-ионной технологией для оболочки можно выбрать только жесткий металлический корпус, в то время как литий-полимерная технология позволяет использовать мягкую оболочку для корпуса (пластиковая или алюминиевая фольга). При толщине до 3 мм Li-po имеет преимущество в емкости. При толщине более 3 мм Li-ion дает существенную выгоду в цене.
Существуют и другие виды аккумуляторов на основе лития: LiFePO4 — литий-железо-фосфатные, LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные, и другие. Отличаются они различными добавками, улучшающими характеристики батареи. Однако в основе большей части новых экспериментов лежит всё тот же металл, пришедший на смену некогда популярным никель-кадмиевым и никель-металлгидридным аккумуляторам.
Литий
Очень легкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета.
Первые работы в области создания перезаряжаемого аккумулятора на основе лития были начаты в 1912 году, но до 1970-х эксперименты не выходили за пределы лабораторий из-за нестабильности лития. В 1980-х на основе технологий, разработанных в Оксфордском университете, стали появляться первые промышленные литиевые аккумуляторные батареи, которые быстро перегревались и выходили из строя. Только в 1991 году был создан аккумулятор, в котором металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.
Литий снискал заслуженную популярность за счет своих особых свойств. Это один из самых легких металлов в периодической таблице, который действительно помогает сохранять большие объемы энергии в небольшом объеме и при незначительном весе. Однако популярность лития сегодня может привести к исчерпанию этого металла в будущем.
Добыча лития — это трудоемкий процесс даже в тех регионах, где металла много. На протяжении десятилетий коммерческое производство лития основывалось на минеральных рудных источниках, таких как сподумен, петалит и лепидолит. Однако извлечение лития из руды вдвое превышает стоимость производства из соляных растворов.
Основные залежи лития, пригодные для активной разработки, находятся в Южной Америке и Китае. На территории России больше всего лития содержится в слюде, сопровождающей месторождения редкоземельных металлов. До недавнего времени добыча лития из слюды стоила слишком дорого, но в 2017 году ученые НИТУ «МИСиС» представили установку, сделавшую добычу соединений лития из бедной руды вдвое дешевле.
Большая часть лития сегодня добывается из естественных водяных линз соляных озер, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития, калий и натрий. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается.
Извлечение лития
Солончак Уюни содержит около 100 миллионов тонн лития, или от 50 до 70% его мировых запасов.
Крупнейший источник лития находится в Боливии — это солончак Уюни, высохшее соленое озеро, расположенное на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь 10 588 км². Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Хлорид лития, находящийся здесь в огромных количествах, пригоден для добычи из него лития, а раньше использовался в качестве замены обычной соли. Употреблять в пищу его перестали после открытия токсических эффектов.
Литиевый соляной пруд в Аргентине.
Для извлечения лития соляные растворы сначала перекачивают на поверхность в специальные пруды, где под воздействием солнца в течение нескольких месяцев происходит медленное испарение. Когда хлорид лития в испарительных прудах достигает оптимальной концентрации, раствор перекачивают на восстановительную установку, где фильтрацией удаляют из смеси нежелательные примеси.
Преобразование лития в металл производится в электролитической ячейке. Хлорид лития смешивается с хлоридом калия в соотношении 55% к 45% для того, чтобы произвести расплавленный эвтектический электролит. Далее электролизом расплава при температуре 600 °C получают расплавленный литий, который поднимается на поверхность электролита.
Другие химические элементы
Составляющие стоимости Li-ion батареи.
Внутри литий-ионного аккумулятора может использоваться несколько материалов для катодов. Первоначально основным компонентом катода был кобальт, но он имеет ограниченную доступность в природе и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Сегодня кобальт частично замещается никелем, а также смесью кобальта, никеля и марганца.
Безопасная и долговечная батарея нуждается в надежном электролите, который может выдерживать существующее напряжение и высокие температуры и имеет длительный срок хранения, обеспечивая высокую подвижность ионов лития. Растворы электролита состоят из органических растворителей, соли LiPF6 (гексафторфосфат лития) и различных добавок.
Электролит высокой чистоты играет ключевую роль в транспортировке положительных ионов лития между катодом и анодом. Электролитные добавки улучшают стабильность, предотвращая деградацию раствора. Состав электролитов варьируется в зависимости от используемых анодных и катодных материалов, однако выбор электролита часто подразумевает компромисс между воспламеняемостью и электрохимическими характеристиками.
Полимерные электролиты представляют собой ионно-проводящие полимеры. Они часто смешиваются в композитах с керамическими наночастицами, что приводит к более высокой проводимости и устойчивости к более высоким напряжениям.
В литий-ионных батареях в качестве токоприемников используется разнообразная металлическая фольга — медная, никелевая или фольга из каталитической меди. Как правило, медная фольга ставится в качестве отрицательного электрода для коллектора анодного тока, а алюминиевая фольга применяется в качестве положительного электрода для катодного токосъемника.
Строение Li-po батареи
Анод состоит из смеси графита и лития (возможно также использование интерметаллидов или кремния), в то время как катод объединяет литий и другие металлы (материалы катода требуют чрезвычайно высокой чистоты и должны быть почти полностью очищены от нежелательных металлических примесей — железа, ванадия и серы).
Отделяет катод от анода сепараторный материал из полипропилена, полиэтилена или другого схожего полимерного материала. Сепараторы большинства батарей состоят из очень простых пластиковых пленок, которые имеют правильный размер пор, чтобы позволить ионам перемещаться, блокируя при этом другие элементы. В случае жидкого электролита сепаратор представляет собой вспененный материал, который пропитывается электролитом и удерживает его на месте.
Процесс производства батареи
Основы для анода и катода поставляются на завод в виде черного порошка, и для неподготовленного глаза они почти неотличимы друг от друга. Порошок очень мелкой фракции, чтобы достичь максимальной эффективной площади поверхности электродов. Форма частиц также важна. Предпочтительны гладкие сферические крупицы с закругленными краями, поскольку острые кромки или шелушащиеся поверхности чувствительны к высоким электрическим нагрузкам.
Аноды и катоды в литиевых батареях имеют одинаковую форму и выполняются по аналогичным процессам на идентичном оборудовании. Но поскольку загрязнение между анодным и катодным материалами приведет к разрушению батареи, то для предотвращения контакта материалов их обычно обрабатываются в разных цехах.
Первая стадия производства заключается в смешивании материалов электродов и нанесении суспензии на поверхность фольги. Активные электродные материалы покрываются с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемник, проводящий ток внутри и снаружи ячейки. Затем фольга с материалами сушится, разрезается на узкие полоски и сворачивается в несколько слоев. Это требует постоянного контроля, поскольку любые заусенцы на краях полосок фольги могут привести к внутренним коротким замыканиям в ячейках.
В процессе сборки батареи сепаратор зажимают между анодом и катодом. После помещения батареи в корпус ее заполняют электролитом и запечатывают. Это должно выполняться в «сухой комнате», так как электролит реагирует с водой. Влага приведет к разложению электролита с выбросом токсичных газов.
Электроды помещают в корпус, оставляя отверстие для добавления электролита/
Как только сборка ячейки будет завершена, она должна пройти хотя бы один контролируемый цикл зарядки/разрядки. Процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Только после прохождения теста батарея покинет завод и отправится дальше.
* * *
В будущем, несомненно, появятся новые виды аккумуляторов. Возможно, тогда литий останется в прошлом. Пока же есть еще множество возможностей для улучшения характеристик существующих аккумуляторных батарей.
habr.com
Срок службы литий-ионных аккумуляторов и методы продления
Срок службы литиевого аккумулятора, который в настоящий момент значительно увеличен, одна из причин, почему элементы сразу покорили рынок. Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники.
Каков срок службы литий-ионных аккумуляторов и как его увеличить
Срок службы литий-ионных аккумуляторов создатели новых технологий продлили до 10 лет. Благодаря легкости обслуживания, компактности, пониженному саморазряду, уровню энергоемкости накопитель широко используют в электронных устройствах. Без мобильных телефонов, смартфонов ноутбуков невозможно представить жизнь, для которых Li-ion являются источниками питания. Любой элемент имеет эксплуатационный срок, положительные и отрицательные свойства. Эта батарейка тоже наделена рядом факторов. Владельцы следят за ними, продлевают работоспособность правильным содержанием.
Срок службы литий ионного аккумулятора, что представляет собой Li-ion
До использования в активном производстве новинки, срок службы литиевого аккумулятора не превышал 3 лет.
Понять его принцип действия, выполнение требований к содержанию и бережному хранению поможет структура элемента.Li-ion находится в воздухонепроницаемом корпусе, содержимое состоит из 2 электродов – положительного катода и отрицательного катода. Их разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом из литиевой соли, который служит накопителем электроэнергии.
Разделительный материал:
- предотвращает соединение плюса с минусом;
- исключает возможность для короткого замыкания;
- обеспечивает высокую ионную проводимость.
Появление электрического тока осуществляет ионный поток, они перемещаются из анода в катод.
Батареи выпускают разными по электрическим характеристикам, габаритам и размерам. Единого ГОСТа для них не существует.
Факторы воздействия
Когда ресурс батареи полностью вырабатывается, объем емкости снижается до положения равного техническим параметрам, элемент меняют. Уровень емкости источника энергии, установленный производителем при практическом использовании может уменьшаться или увеличиваться. Отклонения и служба зависят от правильного:
- хранения;
- ухода;
- температурных условий;
- зарядного режима;
- глубины разряда.
При соблюдении всех правил аккумулятор отработает минимум 7 лет или 1000 зарядно-разрядных циклов.
Что влияет на срок службы литий-ионных батарей?
Если батарея не держит заряд, нужно выяснить отчего элемент вышел из строя. Владелец должен следить за его режимом нагрева. Эксплуатация по инструкции продлит жизнь накопителя. Температура враг устройства, которая повышается от неправильного хранения, скорости и продолжительности зарядно-разрядных операций. Окружающая среда тоже действует на литий, аппарат с блоком питания нельзя забывать на солнечных площадках, внутри жаркого автомобиля.
Характерные особенности тепловых воздействий:
- идеальные условия для работы при комнатной температуре – +20 град.;
- при нагревании устройства +30 град. сохранение заряда уменьшается на 20%;
- использование прибора с батареей при + 45 град. снижение емкости происходит до 50%.
Чтобы исключить перегрев, ноутбук избавляют от лишних приложений, переходят в прохладное помещение. На холоде эксплуатация не вызывает проблем, если он не доходит до минусовых температур. Восстановить литиевый источник питания смартфона сможет карман, компьютера — любое теплое место.
Нельзя забывать телефон подключенным к ЗУ при высоком напряжении. Батарея перестает держать заряд, сокращается её срок действия из-за негативного температурного эффекта.
Не стоит допускать глубокий разряд элемента. Производитель предусмотрел соблюдение циклов для 100 % уровня зарядки. В телефоне видно, когда загорается красная черта. Владельцу нужно следить и не допускать полного отключения питания.
Условия для сохранности
Существуют несколько простых правил, соблюдение которых способны увеличивать работоспособность Li-ion:
- батарея и устройство должны быть от оригинального производителя;
- полная зарядка выполняется сразу после покупки, изготовитель наполовину заряжает аккумулятор, чтобы не было потерь при транспортировке;
- работают с прибором в ограниченном температурном режиме, не повышая + 30 град., не опускаясь до – 20 град. нельзя его переохлаждать или перегревать.
- не допускают полной разрядки, используют устройство при 10% — 90% заполненного объема емкости;
- если предстоит надолго оставить батарею, её заряжают на 50%.
От хранения тоже зависит продолжительность службы. Просто так вынуть и положить на полку элемент нельзя, емкость будет сжиматься от длительных простоев. Только после показателя не ниже 40% зарядки, устройство плотно упаковывают и помещают в холодное место.
Порядок для зарядки
В Li-ion комбинированный зарядка, она состоит из 2 циклов. Вначале идет непрерывно электрический ток до определенного значения в течение 40 мин., затем также поступает напряжение до 1.5 часов. В импульсном режиме накопитель заряжается быстрее.
Во время использования соблюдают ряд ограничительных условий:
- емкость аккумулятора в 2 раза меньше разрядного тока — при значении равном 2100 мАЧ, допускается ток в 4200 мА;
- нельзя отметку опускать ниже 2.3 вольт;
- перезаряд не должен быть больше напряжения 4.4 В.
Службу автономного режима продлевают подготовкой аккумуляторов к действиям. Его скорость и продолжительность обеспечивает контроллер с правильной калибровкой и модулем накопителя.
Он своевременно восстанавливает потерю энергии. Если производитель не установил этого элемента, АКБ создал из нескольких частей, а питающие компоненты во время разряда не сбалансированы, напряжение выровняется при полном заряде батареи. В литий-ионных устройствах балансир регулирует напряжение с током в отдельных сегментах.Каких ошибок нужно избежать?
Поврежденный внутренний сепаратор приведет к негативным последствиям:
- короткому замыканию;
- возгоранию.
Убережет Li-ion батарею от пожара исключение при эксплуатации недопустимых ошибок:
- сгиб и деформацию корпуса;
- перегрев устройства;
- игнорирование порядка в зарядке и разрядке;
- превышение допустимого напряжения, подачу электротока.
Чего нельзя делать:
- долго батарее оставаться разряженной через время саморазряд напряжения снизится до критического, и защита отключит, ЗУ не выведет из такого состояния;
- пытаться разобрать и ремонтировать неисправное устройство.
Для вмешательства в сложную схему необходима специальная аппаратура.
В целях безопасности запрещено самостоятельно вскрывать литий- ионный элемент.
Правильный уход, содержание приборов увеличат их срок годности с любыми источниками питания.Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники. Существует много причин, почему элементы сразу не покорили рынок, самая важная — это срок службы литиевых аккумуляторов, который в настоящий момент значительно увеличен.
3batareiki.ru
ликбез по аккумам: dibr — LiveJournal
Небольшой ликбез по аккумуляторам — мало ли, может кому пригодится 🙂 Не только по «материалам прессы» (не со всеми утверждениями «из учебников» я готов согласиться, некоторые прямо противоречат моему опыту), но и по своим личным впечатлениям и ощущениям от использования.Среди «вторичных (перезаряжаемых) ХИТ» [классификация] сейчас наиболее распространены три вида аккумуляторов: «литиевые», «никелевые», и «свинцовые» (название условное, поскольку в каждой группе существует более одного вида). Остановимся поочередно поподробнее.
1. «Литиевые», и их наиболее частый представитель — «литий-ионный аккумулятор». Несомненно, наиболее популярный в портативной электронике (кроме фонариков и приёмников), и не зря.
Наилучшее отношение «энергия/масса», что важно для портативной техники («энергия/объем», впрочем, близки к NiMH). Ничтожно малый саморазряд — потеря емкости за месяцы хранения обычно незаметна. Неплохая разрядная характеристика — пологая, с крутым «загибом» вниз в конце. При использовании без нарушений правил эксплуатации — живут долго и счастливо, кратковременные нарушения в принципе выдерживают, хотя и не любят. Литература часто утверждает, что «срок жизни» литиевого аккумулятора ограничен парой лет, независимо от того, используется он или лежит на полке — но мой опыт этому противоречит: у меня «в кладовке» есть аккумуляторы нескольколетней давности, сохранившие при этом бОльшую часть емкости.
Вопреки распространенному мнению о сложности «наколенной» сборки «корректного» зарядника для литиевых аккумуляторов, на практике всё строго наоборот: «корректный» зарядник для лития делается проще, чем корректный зарядник для NiMH/NiCd [зарядник]. Другое дело, что Ni* не умирают и при использовании «некорректного» зарядника, но это уже другой вопрос.
Напряжение одной банки (номинальное) — 3.6В (свежезаряженный аккумулятор без нагрузки выдает 4.15-4.20В, под нагрузкой напряжение падает), поэтому одна LiIon банка заменяет три последовательно соединенных NiMH/NiCd банки — не забываем про это при сравнении «ёмкости» аккумуляторов. 3.6В — довольно удобное напряжение — и мелкую электронику в самый раз питать, и «белому светодиоду» как раз хватает 🙂
В-общем, практически идеальный аккумулятор, верно? Тогда перечислим недостатки 🙂
Относительно дорог. Особенно учитывая стремление производителей использовать «уникальные» аккумуляторные картриджи, несовместимые ни с чем, что тоже является недостатком («пальцы» везде есть, а вот поди найди аккумулятор для старого сотового). Впрочем, именно благодаря такой несовместимости бывает можно найти «распродажу неликвидов», где «литий» продается ещё и дешевле чем Ni* (имеется в виду в рублях/джоуль а не в рублях на ампер-час, ибо не забываем про напряжение), а при необходимости — «картридж» можно «перепаковать»: извлечь из него старую «банку» и впаять на её место новую. Всю обвязку (корпус, контроллер) — сохранить.
Режим заряда необходимо выдерживать весьма строго: отклонение конечного напряжения на 0.1 В вполне способно привести к «вздутию» аккумулятора, дальнейшее превышение — к взрыву. Если повезёт — то ещё и к выплёскиванию горячего металлического лития и как следствие — пожару. Но это не очень страшно — «китайский цифровой тестер за $5», по которому будет отстраиваться зарядник, имеет достаточную для этого точность. Про конкретные издевательства и что при них происходит — вынесу в примечания[авиамоделисты] 🙂
Не любят глубокого разряда, и особенно — хранения в разряженном состоянии. Хотя… «до нуля» я их, бывает, разряжал (до реального нуля, а не до «разрешенного минимума» — правда в пределах суток заряжал обратно), видимых изменений не заметил. Хранить разряженными пробовал (не нарочно, конечно) — теряется ёмкость, слегка растёт саморазряд. Опять же — если аккумулятор регулярно используется, не допустить хранения в полностью разряженном состоянии несложно.
Говорят, не любят мороза. Типа, уже при нуле — заметно теряют заряд (обратимо, то есть зарядить потом можно полностью), при температуре минус десять-пятнадцать — теряют ёмкость (необратимо). Лично не проверял — надолго «при минусе» не оставлял, а за время «прогулки с фотиком» (в Хахалах, например — пара часов при -15, фотик большей частью в сумке (не кофре)) аккумулятор вряд ли успевает остыть. Но для уличных применений, если аккумулятор надолго остается «далеко от тела» (под одеждой-то у нас всегда тепло) — лучше все-таки не. Впрочем, для таких применений есть свинцовые кислотные, которые на редкость неприхотливы к температуре (вспомним, что машины на морозе если не заводятся, то хотя бы героически крутят стартером, а там именно свинцовый аккумулятор, и что летом под капотом бывает можно жарить яичницу), и при этом рекордно дёшевы.
Не подлежат «восстановлению». Если никелевые (и в какой-то мере свинцовые) аккумуляторы можно пытаться «тренировать» и хотя бы частично восстановить, то потерявший емкость или поимевший повышенный саморазряд литиевый аккумулятор восстановлению не подлежит: либо использовать как есть, либо в помойку. Правда, сами по себе, без нарушения режимов эксплуатации, литиевые аккумуляторы практически не деградируют, поэтому их невосстановимость не особо критична. Если не пытаться использовать их в авиамоделировании и прочих жестоких режимах.
И некоторые нюансы использования.
В готовые «картриджи» почти всегда встроен контроллер. Задача контроллера — не управление зарядом, как некоторые думают, а защита банки от грубого нарушения режимов эксплуатации. Если при резком импульсе разрядного тока (например, запуск электромоторчика) аккумулятор отключается, то можно подключиться непосредственно к банке, хотя это и не совсем правильно. Если под рукой нет «корректного» зарядного устройства, а зарядить надо — можно ненадолго подключить к источнику тока, например к «заряднику для сотового» — за небольшое время перезаряд наступить не успеет, а если вдруг — защитный контроллер имеет шанс «отрубить» банку от клемм до того как всё взорвется (хотя защитить от вздутия он может не успеть, поэтому оставлять так надолго все-таки нельзя).
В «двухбаночных» картриджах контроллер также ответственен за «выравнивание банок» при их «перекосе» за счет разброса ёмкостей или утечек. Без такого выравнивания есть вероятность, что подобный «перекос» (неравномерный заряд) будет накапливаться, и в какой-то момент конечное напряжение 8.40В будет составлено не из 4.20+4.20, а из 4.10+4.30, и одна из банок заметно надуется — причём контроллер без подключения к средней точке даже знать об этом не будет.
Кроме того, если банка разряжена ниже определенного порога — встроенный контроллер тоже отключает её от клемм, чтобы избежать переразряда (и это позволяет относительно спокойно использовать литий в «тупых» устройствах типа фонариков, главное не хранить разряженный литий подолгу). Обычно при подключении зарядного устройства к такому «переразряженному» картриджу контроллер позволяет начать заряд, но в некоторых случаях может понадобиться подключиться непосредственно к банке, довести её до нужного напряжения, и уже затем дозаряжать обычным образом. Кстати, если у вас «совсем умер» аккумулятор в сотовом — есть шанс что он просто отключен защитным контроллером, и внешним зарядником его можно оживить. А в крайнем случае — рискнуть и зашунтировать соответствующие цепи в картридже, подключив аккумулятор «в обход» контроллера: пусть сотовый думает что контроллер на месте (обычно телефоны обижаются на его отсутствие), а аккумулятор всегда будет подключен к нагрузке.
Если же не подает признаков жизни сама банка — то есть, звонится как обрыв — то для цилиндрических банок есть шанс неожиданно лёгкого восстановления. Под одним из колпачков (обычно положительным) находится аварийный клапан, отключающий внутренности банки от внешних клемм. Срезаем колпачок, тупым предметом вдавливаем обратно клапан, дальше — спокойно заряжаем аккумулятор.
Кстати, возвращаясь к интуитивной понятности полярности — литиевые аккумуляторы бывают двух видов. С корпусом из железа — у них на корпусе привычный минус, а на «колпачке» — привычный плюс, и с корпусом из алюминия, где плюс — на корпусе, а на «колпачке» — минус. От этой «интуитивной понятности» лично у меня образовался один качественно вздутый труп плоской («призматической») литиевой банки — ну не сообразил я тогда, что на корпусе может быть не минус.
И пару слов о «литий-полимерных» аккумуляторах (я не зря с самого начала сокращал название до более общего «литиевого»). Литература утверждает, что настоящие литий-полимерные аккумуляторы — вещь вообще жуткая. Ибо начинают нормально работать при температурах далеко не комнатных, а вовсе при десятках(!) градусов цельсия, при меньших же — резко падает возможность отдачи тока. То есть, для обычной, «бытовой» работы они неприменимы. Поэтому я так понимаю (хотя это всего лишь моя гипотеза, прямого подтверждения я не нашёл), что то что называется «литий-полимерным» в сотовых телефонах — есть на самом деле некий гибрид. Классического литий-ионного, способного отдавать нормальный ток в нагрузку, и литий-полимерного, ток отдавать неспособного, но при малой нагрузке медленно отдающего свой заряд в литий-ионную «половину» аккумулятора. Конечно, вряд ли аккумулятор так вот прямо поделён на половинки, скорее всего это просто хитрая система слоёв на электродах, но идея скорее всего именно такая. Поэтому «литий-полимерных» я бы по умолчанию избегал — пользы мало (выгода по ёмкости глазом незаметна), а что там с нагрузочными характеристиками — неочевидно…
2. «Никелевые». NiMH («металло-гидридные») и NiCd («никель-кадмиевые») аккумуляторы имеют близкие свойства (о различиях — отдельно), поэтому и рассказывать про них буду одновременно.
Одна из старейших и наиболее распространенных систем, особенно там, где аккумуляторы часто меняются. Всё-таки сложно найти более распространенный формат батареек чем «пальчики», а они во всех известных мне перезаряжаемых случаях — NiCd или NiMH (RCR-V3 не рассматриваю, поскольку это во-первых не совсем «пальчик», а во-вторых там применено сильное но не совсем честное колдунство с применением микроэлектроники).
У NiMH — хорошее (немногим хуже лития, а то и лучше) отношение энергии к объему, несколько худшее (промежуточное между литием и свинцом и близкое к «щелочным батарейкам») отношение энергии к массе. У NiCd с энергетикой всё в разы хуже, но у них есть свои преимущества (впрочем, мало кому нужные). Хорошая (у NiMH) и отличная (у NiCd) нагрузочная способность — не зря именно NiCd, хотя они вроде бы и давно устарели, используются там, где нужна максимальная кратковременная отдаваемая мощность при небольшом весе. Хорошая (по сравнению с «батарейками») разрядная кривая — пологая, с резким падением. Значительный пофигизм к нарушениям режима заряда — современные NiMH, по утверждениям производителей, могут «без потери свойств» стоять под зарядным током C/20..C/10 (под C/x имеется в виду «ток в амперах, численно равный ёмкости [емкость] в ампер-часах, деленной на x») чуть ли не годами (верится, правда, с трудом), заряд током C/2 давно стал привычным, зарядники, заряжающие током порядка С, продаются в любом более-менее серьезном магазине. NiCd менее стоек к систематическим издевательствам, но отлично выдерживает издевательства кратковременные, но сильные. Вообще, быстро «убить» NiCd/NiMH аккумулятор не так просто — он раскалится, расплавит всё вокруг себя, но будет жить и даже не сильно потеряет в ёмкости.
Недостатки, впрочем, тоже есть. Самый главный — они всё-таки изнашиваются. Причем, поскольку строго соблюсти все формальные правила (полный разряд, полный заряд) при реальной эксплуатации не так просто — износ этот бывает заметен невооруженным глазом, и через какое-то время аккумуляторы идут «под замену». Признаки старения — потеря емкости, и (самое неприятное) — рост саморазряда. Саморазряд у никелевых аккумуляторов вообще довольно заметный (не зря низкий саморазряд идёт отдельной строкой в рекламе «действительно крутых аккумуляторов»), отчасти поэтому с ними нежелательно работать по принципу «бросил на полку и забыл на год», особенно быстро теряется «верхушка» заряда — аккумулятор сразу «из-под зарядника», и он же через сутки — это разные аккумуляторы, если же аккумулятор приобрел повышенный саморазряд — то может оказаться, что к концу недельного похода в неиспользованном аккумуляторе нет и половины заряда. Поэтому — контроль, контроль и контроль!
И физкультура. То есть, гимнастика. В смысле, тренировка 🙂
Повышенный саморазряд лечению не подлежит, потерю же емкости («эффект памяти» — хорошо выраженный у NiCd, в меньшей степени у NiMH) можно частично восстановить «тренировкой». Рекомендации тут даются самые разные, мой вариант достаточно жесткий: глубокий разряд малым током почти до нуля (да, знаю что «они этого не любят», но я делаю именно так), затем быстрый заряд током порядка C…C/2. Причем заряд именно быстрый — «есть мнение», что именно быстрый заряд препятствует образованию тех структур, что отвечают за «эффект памяти». При необходимости — повторить несколько раз. Полного восстановления не будет, но «освежить» так аккумуляторы как правило удаётся. При этом NiCd восстанавливаются обычно лучше, NiMH зато «дольше держатся» и меньше деградируют при эксплуатации.
И подробности россыпью.
Номинальное напряжение (то, что пишут на банке) — 1.2В (иногда — 1.25В). Реальное примерно соответствует заявленному. Это меньше, чем у «батареек» (1.5В), поэтому прямая замена возможна не всегда (хотя и почти всегда). Некоторые устройства, кстати, имеют настройку «что в меня всунули» в меню. Нагрузочная характеристика, равно как и разрядная кривая, намного лучше чем у «батареек», поэтому обратная замена — аккумуляторов на батарейки — тоже возможна не всегда. Типичный пример — дешёвые «цифромыльницы», способные отбить сотни кадров с одной зарядки «пальчиковых» аккумуляторов, но с трудом отбивающие десяток-другой на «батарейках», несмотря на примерно равную ёмкость, и даже большее номинальное напряжение. Причина — большое пиковое потребление тока этими мыльницами, которое аккумуляторы выдерживают спокойно, батарейки же — просаживают напряжение ниже допустимого.
Метода зарядки два: «правильный» и «обычный» 🙂
Правильный предполагает контроль процесса зарядки и «отсечку» по окончанию. Проблема в том, что конец зарядки у никелевых аккумуляторов внешне проявляется слабо, и потому определяется по довольно косвенным признакам: увеличение нагрева (энергия идёт не «внутрь», а «наружу»), и небольшое падение напряжения (подозреваю что оно связано всё с тем же нагревом, но утверждать не буду). Но — нагрев этот, равно как и падение напряжения (обозначаемое буквами «минус дельта вэ» на «умных» зарядниках) выражено тем чётче, чем выше зарядный ток, а при токах меньших где-то C/4 — надёжно не отлавливаются. Поэтому все «правильные» зарядники:
1) «быстрые» — заряжают не больше чем за 4-5 часов, а обычно — за 1-2.
2) нередко «глючат» — не могут «поймать» конец заряда у, к примеру, «старого» аккумулятора или при плохом контакте аккумулятора с клеммами зарядника, и срубаются по (обязательному для быстрых зарядников) таймауту. Разогревая при этом аккумулятор так, что «рука не терпит» 🙂
3) тем надёжней отрабатывают конец заряда, чем «быстрей» зарядник (чем больший ток он вдувает в аккумулятор).
Несмотря на все эти нюансы, пользоваться лучше «правильным» (и по возможности быстрым — скажем, «часовым» или «двухчасовым») зарядником. Быстрый заряд, вопреки интуитивным представлениям, даже полезен аккумуляторам (поскольку есть мнение что он в какой-то мере препятствует «эффекту памяти»), да и удобно, сунув аккумулятор «дозарядиться», не ждать до утра, а вынуть его, ещё горячим, через часик 🙂 И не забывать по потребности чистить клеммы — большинство «глюков» быстрых зарядников связано с плохим контактом.
«Обычный» метод зарядки предполагает зарядку фиксированным током (обычно C/10, но возможны варианты), пока в аккумулятор не войдёт примерно 140% заряда (соответственно, для C/10 — это 14 часов). Зарядники такие дёшевы, некоторые оборудованы таймером, некоторые нет. Поскольку производители утверждают, что под C/10 аккумуляторы можно держать «очень долго» (GP так вообще пишет, что их NiMH аккумуляторы могут стоять под C/10 годами, и ничего им не будет), потребность в таймере неочевидна. Но в любом случае «умный и быстрый» зарядник будет лучше 🙂
3. Свинцовые кислотные. Наливные и «гелевые».
Тут буду относительно краток, ибо лично сталкивался мало, литературу тоже читал не очень внимательно (а тупо «копипастить» учебники не хочу).
Если мне не изменяет память, свинцовый кислотный аккумулятор — самый первый придуманный человеком аккумулятор — до сих пор, как не странно, не потерявший актуальности. В порядке эксперимента такой аккумулятор можно собрать дома — два свинцовых электрода (до «формовки» аккумулятор полностью симметричен), погруженных в раствор серной кислоты. Подаем напряжение (с ограничением тока), и аккумулятор постепенно заряжается (точнее, при самой первой зарядке он «формуется» — электроды приобретают индивидуальность химии, связанную с их полярностью). Сегодняшние «наливные» свинцовые аккумуляторы (используются как правило в автомобилях) отличаются от этого, простейшего, разве что устройством и возможно составом электродов — ну, и конструкцией самой «банки».
Но более популярны среди малогабаритных, ввиду большего удобства эксплуатации, так называемые «SLA» — Sealed Lead Acid, иногда ошибочно называемыми «герметичными», или (более правильно) гелевыми или необслуживаемыми.
Устройство SLA отличается от наливных тем, что электролит загущён до состояния геля, а вместо пробок в каждой банке стоит клапан для стравливания газа. В результате SLA можно спокойно кувыркать при хранении — расплескаться там ничего не может. Эксплуатировать, правда, лучше всё-таки «вниз ногами» — гель гелем, но газы при работе выделяться могут, а когда клапан внизу — это не очень хорошо.
Наилучшее среди упомянутых аккумуляторов соотношение «джоулей на рубль». Наихудшее соотношение «джоулей на грамм» и «джоулей на литр» 🙂 Рекордный пофигизм к температурному режиму — как я уже говорил, машины крутят стартер и на морозе, перегрев тоже переносится удовлетворительно. Способность, особенно у специально адаптированных под этот режим аккумуляторов, отдавать либо огромный ток непродолжительное время («стартерные» аккумуляторы, используются понятно где), либо уметь высаживать значительную часть заряда за пять-десять минут (востребовано в небольших UPS’ах, где сопливого размера аккумулятор «держит» компьютер с дисплеем несколько минут, а потом умирает). Умение годами жить «в буферном режиме» — при поддерживающем режиме заряда, чтобы при пропадании питания — мгновенно «подхватить» питание. Справедливости ради замечу, что LiIon тоже отлично живет в таком режиме, но — поскольку это почти исключительно стационарное применение, где масса и объем не очень важны — литий оказывается в пролёте из-за относительно высокой цены. Ну, и в некоторых местах, где нагрузка почти незаметна, как «буфер» используют NiMH и даже NiCd аккумуляторы в режиме «капельного» заряда — просто потому, что форм-фактор SLA несколько громоздок и не везде удобен. Типичный пример — батарейная «кассета» из трёх NiCd «таблеток» на старых 386-х материнских платах. И хотя «под капельницей» даже NiMH постепенно деградирует, а NiCd за несколько лет такого режима превращается в собственный массогабаритный макет — даже такая потеря емкости обычно незаметна, поскольку часы и CMOS-память на материнке почи ничего не потребляют, и оставшийся 1% емкости всё равно достаточен, чтобы поддержать их пару месяцев (а больше и не надо).
Хранятся SLA «хорошо», саморазряд соразмерим с NiCd/NiMH, но периодическая проверка и дозаряд желательны. При аккуратном соблюдении всех правил должны жить долго и счастливо (но через несколько лет всё равно умирать). Режима зарядки два: «буферный» и «разовый». В «буферном» зарядка производится напряжением 2.3В на банку (~7В для шестивольтовой и 13.8В для 12-вольтовой батареи) с ограничением тока на уровне не более C/4, время приложения напряжения не ограничено. Режим близок к идеальному, при такой зарядке аккумулятор как раз и будет жить долго и счастливо 🙂 «Разовая» зарядка делается большим током и до напряжения до 2.5В на банку (7.5В и 15В для 6В и 12В батарей соответственно), зарядка завершается по падению тока ниже какого-то уровня, точное значение которого я не нашел 🙂 Этот режим менее щадящий, но при аккуратном применении практически не влияет на аккумулятор.
Превышение тока или перезаряд, малозаметные на «наливном» аккумуляторе (который к тому же в случае чего можно «долить» дистиллятом), потихоньку разрушают SLA, поскольку электролит испаряется, а долить нельзя, да и даже проконтролировать уровень — и то не получится. Кроме того, максимальный ток заряда для SLA ниже чем для «наливных», по причине меньшей подвижности электролита. Конечно, SLA далеко не так капризны как LiIon, но если их предполагается часто разряжать-заряжать, то режимы блюсти желательно.
Переразряд, а особенно хранение в разряженном состоянии, приводит к деградации аккумулятора. «Тренировки», практически необходимые для NiCd, желательные для NiMH, и абсолютно бесполезные для LiIon, для SLA от «умеренно полезны» до «безвредны», но сколь-либо заметно восстановить SLA удается нечасто (в то время как даже полностью «убитые» NiCd часто можно ненадолго «поднять» большим током — правда, саморазряд после этого недетский).
Резюмируя, скажу.
LiIon, LiPol — идеальный аккумулятор для ежедневного неэкстремального (без сверхбольших токов и замораживания до отрицательных температур) применения. Хранится по моему опыту очень хорошо (хотя в книжках пишут противоположное). Недостаток — цена, фактическое отсутствие общепринятого стандарта. Бонус для самодельщиков — простое зарядное устройство.
NiMH — «стандартный» аккумулятор для большого количества разной техники. Не самый лучший по отношению энергии к массе, но довольно компактен. Умеренно пофигистичен к издевательствам, тем не менее требует ухода и присмотра, и всё равно постепенно деградирует. Хранится в среднем хорошо (чем более изношен аккумулятор, тем больше саморазряд и хуже сохраняемость), периодическая дозарядка желательна.
NiCd — либо дешевая альтернатива NiMH там, где не нужна большая емкость, либо (реже) — объект варварской эксплуатации для вытягивания огромных токов. Пожалуй, даже более устойчив к прямым издевательствам чем NiMH (сложнее «убить одним взмахом»), но обычно деградирует быстрее, что частично восстанавливается «тренировками». Хранится примерно как NiMH.
SLA — дешевая «бочка электричества», хорошо работающая в резервном режиме. Используется обычно в системах резервного питания (UPS, аварийное освещение, сигнализация). Благодаря дешевизне, способности работать на морозе и отдавать большой ток — используется как «стартерный», например в автомобилях. Хранится «удовлетворительно»: периодический контроль и дозаряд обязателен.
Всё!
Дополнения и исправления принимаются в комментах 🙂
Сноски:
[классификация] ХИТ (химические источники тока) бывают «первичными» (неперезаряжаемые элементы питания) и «вторичными» (аккумуляторы). «Банкой» на жаргоне называется один элемент ХИТ — химического источника тока. И ещё о словах — по форме ХИТ обычно бывают «цилиндрическими» (понятно), «призматическими» (я долго въезжал в это слово, прежде чем выяснил, что имеются в виду, ээ, параллелепипеды. Например, «плоские» аккумуляторы сотовых телефонов), и «дисковыми» (отличаются от цилиндрических тем, что дисковые скорее шире чем толще, а цилиндрические — длиннее чем шире).
[зарядник] Прежде чем рисовать схему — расскажу принцип. Литий-ионные аккумуляторы заряжаются по принципу «CV/CC» (constant voltage/constant current): пока напряжение не достигло 4.20В (+-0.05В) — ограничивается ток (на уровне C/2…C), как только напряжение достигает 4.20В (при этом аккумулятор набрал примерно 70-80% заряда) — зарядное устройство удерживает это напряжение, а аккумулятор плавно, примерно за пару-тройку часов, набирает оставшуюся часть заряда. Зарядные устройства в сотовых телефонах обычно работают более грубым образом: в телефоне стоит транзисторный ключ (поскольку в отличие от линейного стабилизатора ключ практически не греется, а для телефона это важно) и контроллер, контроллер через ключ периодически подключает аккумулятор в внешнему блоку питания (то, что обычно называют «зарядником»), контролируя напряжение в паузах между, и управляя скважностью в зависимости от степени заряда. Это, кстати, означает, что поскольку зарядный ток ограничивается внешним блоком питания, подключение телефона к «слишком хорошему» БП (с низким сопротивлением и высоким током нагрузки) может привести к выгоранию ключевого транзистора и/или порче аккумулятора 🙂
Практически же «наколенный» зарядник для лития состоит из трёх деталей. Из «китайского зарядника для сотового» (самого дешевого какой найдется в ближайшем салоне сотовой связи, используется как источник питания), из трёхногой микросхемы LM317 (микросхема весьма популярна, поэтому найти её не представляет проблемы), и многооборотного подстроечного резистора для задания напряжения (сопротивление некритично, где-то от 1 до 5 кОм). Вместо многооборотного подстроечника можно взять пару подобранных постоянных резисторов и обычный, немногооборотный подстроечника для «тонкой настройки».
Собственно, схема. Диод слева — защитный, и в принципе необязателен. Если положить LM317 «лицом к себе, ногами вниз» — ноги расположатся как adj/out/in. Слева подключается «китайский зарядник», справа — аккумулятор. [UPD: истинные параноики, а также желающие использовать не «китайский БП», а что-то посерьезнее, могут поставить последовательно с диодом (или вместо него) токоограничивающий резистор — обычно несколько Ом, точнее проще подобрать чем подсчитать. Я не ставлю — в большинстве случаев ток отлично ограничивается самим «блоком питания»]. Настройка тривиальна: подкключаем к выходу тестер (точности дешевого цифрового вполне достаточно), выводим напряжение 4.20В — настройка закончена, фиксируем резистор каплей краски 🙂
[авиамоделисты] Отдельно вспомню про видеоролик, отснятый каким-то авиамодельным клубом, в котором литиевый аккумулятор буквально взорвали (преднамеренно) некорректной зарядкой. Авиамоделисты — дикие люди, для них важна даже не емкость, а максимальный мгновенный ток при минимальной массе, именно поэтому там до сих пор используются NiCd а не NiMH аккумуляторы. Причем, поскольку при таких диких режимах работы ни один аккумулятор долго не живет, и аккумуляторы просто являются «расходным материалом» — эксплуатируют их варварски: зарядка сверхсильными токами, прогрев мощным импульсом тока непосредственно перед стартом, «жахание» в аккумулятор большим конденсатором… и когда стали доступны лёгкие литиевые аккумуляторы — эксплуатировать их начали точно так же. После нескольких взорвавшихся аккумуляторов (чтобы «взорвать» никелевый аккумулятор понадобится, наверное, удар молнии, литий же куда более капризен) и был отснят ролик, демонстрирующий необходимость соблюдения правил.
[емкость] …которая на самом деле вовсе не ёмкость, а заряд. Вспоминаем курс физики, и что получится, если амперы (ток) умножить на часы (время). Что хотите, но только не ёмкость (которая бывает в литрах, фарадах, и как ни странно сантиметрах), а вовсе нечто с размерностью заряда (который в кулонах) 🙂 Но раз уж принято говорить «ёмкость» — подчинимся…
dibr.livejournal.com
Долговременное хранение литий-ионных аккумуляторов
Электроинструмент на литий-ионных аккумуляторах уже относительно давно и плотно вошел в нашу жизнь. Постепенно и электротранспорт становится обычным средством передвижения. В том числе и для фотографов. По городам удобно перемещаться на электросамокате, за городом на электровелосипеде. Спорт фотографов не интересует, нам нужно комфортное и не быстрое перемещение, когда можно спокойно смотреть по сторонам в поисках сюжетов.
А поскольку значительный процент цены всех этих чудесных и полезных транспортных средств составляют литий-ионные аккумуляторы, нужно заботиться о том, что бы они прослужили как можно дольше.
Литий-ионные аккумуляторы начинают деградировать сразу же после того, как сделаны. Долговременное хранение без ухудшения характеристик литий-ионных аккумуляторов невозможно. Проблема с этими элементами заключается в том, что, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, они не любят храниться более нескольких месяцев полностью заряженными. Хранить их нужно при 40-50% заряда. Хранение литий-ионных элементов со 100% -ным зарядом продолжительное время ускоряет процесс их деградации. Также немаловажным моментом является то, что наполовину разряженные батареи не взрываются.
Хранить батареи желательно при температурах +5…+8 градусов. Относительная влажность не особо важна, рекомендуется около 50%. Если возможна конденсация влаги, аккумуляторы рекомендуется хранить в пластиковом пакете.
Саморазряд — это не большая проблема, если литий-ионная батарея не остается без присмотра так долго, что разряжается полностью. В этом случае ее можно просто выбросить.
Каждые 6 месяцев или около того вы должны проверять свои аккумуляторы и заряжать их до 40-50%. При зарядке до этого уровня проще всего использовать таймер. Если у вас есть батарея 10 Ач, и ее нужно зарядить примерно на 20% при помощи зарядного устройства на 2 ампера, это означает, что вы должны заряжать ее в течение часа (зарядное устройство 2 Ач / 2 ампера = 1 час).
Примерные потери емкости в зависимости от уровня заряда и температурного режима при хранении АКБ приведены ниже:
0 °С — потеря емкости при хранении АКБ с 40% уровнем заряда — 2% / год
25 °С — потеря емкости при хранении АКБ с 40% уровнем заряда — 4% / год
40 °С — потеря емкости при хранении АКБ с 40% уровнем заряда — 15% / год
60 °С — потеря емкости при хранении АКБ с 40% уровнем заряда — 25% / год
0 °С — потеря емкости при хранении АКБ с полным зарядом — 6% / год
25 °С — потеря емкости при хранении АКБ с полным зарядом — 25% / год
40 °С — потеря емкости при хранении АКБ с полным зарядом — 35% / год
60 °С — потеря емкости при хранении АКБ с полным зарядом — 40% / год
Выше описаны «усредненные» рекомендации. Производители литий-ионных аккумуляторов дают более точную информацию о хранении. Так LG Electronics о хранении аккумуляторов 18650 2500 mAh пишет следующее:
Если вам нужно разрядить батарею на электровелосипеде, это лучше делать под нагрузкой. Поставить велосипед на подставку и крутить колесо в холостую рискованно, поскольку это приведет к перегреву двигателя.
Заряжать объемные батареи для электротранспорта лучше всего в дровяной печи, камине или в модифицированной коробке для боеприпасов (20 долларов https://lunacycle.com/luna-charge-safe-small-size-lithium-battery-box/). Но можно и в гараже, если у вас нет загородного дома. Дым от литиевого огня невероятно токсичен, и он может повредить все в вашем доме.
Аккумуляторы используемые в квадрокоптерах тоже «хороши». Спалить квартиру можно запросто.
Хотя некоторые люди хранят свои литий-ионные батареи в холодильнике, это не рекомендуется, потому что влажность внутри вашего холодильника может быть довольно высокой, что может вызвать проблемы с коррозией на соединениях и BMS. Лучшее место для их хранения – прохладное, сухое и недоступное для грызущих животных. Крыса может запросто прогрызть оболочку и закончится это точно также, как при повреждении батареи от удара.
Никогда не храните литий-ионные аккумуляторы в вашем автомобиле, где в летние дни температура может сильно повышаться.
Больше ничего обычному потребителю знать не нужно, но, если вы все же желаете насладиться цифрами и таблицами, вот вам ссылки:
http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_store_batteries
http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion
Желающим потреблять информацию в аудио и видео форматах следует посмотреть следующие ролики: https://www.youtube.com/playlist?list=PLPQMS4LWmn9Mt5BFEzgCiWW51bDfQjwPM
Дмитрий Константинов
март 2019
Поделиться ссылкой:
www.gorodunet.com