Li ion аккумуляторы: зарядка и советы по эксплуатации

Что представляет собой литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор — это тип энергетического элемента (перезаряжаемой батареи), который питает электронное оборудование и электромобили. Литий — самый легкий металл. Его электрохимический потенциал придает ему оптимальные характеристики плотности на единицу массы.

В отличие от других типов устройств, литиевые батареи содержат отрицательные металлические пластины лития. Это позволяет достичь высокого напряжения на всех элементах батареи. Современные батареи имеют длительный срок службы благодаря тому, что они выдерживают множество циклов заряда-разряда и не имеют «эффекта памяти».

Структура литий-ионного аккумулятора.

Название «литий-ионный» происходит от названия основных используемых элементов:

• фосфат лития
• литий-кобальт;
• литий-марганцевая шпинель.

Носителями заряда являются положительные ионы лития, которые свободно перемещаются в кристаллической решетке материала и вызывают необходимую химическую реакцию.

Литий-полимерные батареи имеют аналогичные характеристики. Основное отличие от Li-ion — отсутствие жидкого электролита, а также высокая стоимость.

Правила зарядки аккумулятора с ионами лития

Теперь мы, наконец, должны подойти к вопросу, поставленному в начале статьи: каких правил эксплуатации следует придерживаться, чтобы знать, как заряжать литий-ионный аккумулятор? Другими словами, как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор, чтобы не ошибиться и не навредить зарядному устройству, электронному помощнику и, прежде всего, себе?

Первое правило: Нет смысла в переразрядке

Прежде всего, следует помнить, что нет смысла чрезмерно разряжать аккумуляторы из-за отсутствия у них «эффекта памяти».

Это интересно: Солнечные батареи для промышленного применения

Второе правило: Тотальная разрядка нужна раз в квартал

По-прежнему существует необходимость в полной выписке, но только каждые 3 месяца. Это необходимо сделать, потому что ошибка, которую допускают многие люди, т.е. нестабильная зарядка без регулярных циклов, может привести к отказу контроллера заряжаться. Одного полного разряда будет вполне достаточно для поддержания работоспособности устройства — ни больше, ни меньше.

Третье правило: Не нужен — не надо заряжать

Когда устройство не требуется для использования, рекомендуется зарядить его до 30% или ровно до половины емкости и убрать в место, где температура составляет 15°C. Это позволит сохранить батарею надолго без существенных повреждений.

Четвертое правило: Нужно заряжать оригинальными приспособлениями

Не секрет, что мобильные телефоны и планшеты, например, имеют встроенное зарядное устройство. Однако батареи фотоаппаратов и видеокамер необходимо вынимать и заряжать во внешнем зарядном устройстве, поскольку внешняя «зарядка» может негативно повлиять на их состояние и, соответственно, дальнейшее функционирование.

Пятое правило: Не перегревать ионные аккумуляторы

Батареи будут повреждены высокими температурами. Холод, конечно, также негативно влияет на них, но это имеет гораздо меньшее значение. Этими аспектами нельзя пренебрегать при использовании литий-ионных батарей. Их никогда не следует оставлять под прямыми солнечными лучами или вблизи источников тепла. Диапазон температур, в котором можно хранить аккумулятор, составляет от -40°C до +50°C.

Как заряжать Li-ion аккумулятор

При использовании литий-ионного аккумулятора устройство необходимо правильно заряжать и контролировать его работу.  Зарядка осуществляется по специальной схеме, а управление — с помощью дополнительных пластин или простого сопротивления (резистора).

Двухступенчатая схема зарядки

Двухэтапная схема зарядки является оптимальным способом зарядки литиевых батарей. В этом случае регулятор заряда испытывает повышенную нагрузку, но это не влияет на срок службы устройства.

Обобщенная схема зарядки литий-ионного аккумулятора.

Эффективность первой ступени зависит от тока, которым будет насыщаться устройство. Ток составляет от 0,2 до 0,5 C (C — емкость батареи), а напряжение — 12,6 В. Постоянный зарядный ток обеспечивается за счет работы зарядного устройства (ЗУ), которое повышает потенциалы на клеммах батареи. При отметке 4,2 В батарея достигла 70-80% заряда, и первый этап заканчивается.

Второй этап характеризуется постоянным напряжением и постепенно уменьшающимся током. Устройство поддерживает потенциал на уровне 4,15-4,25 В и контролирует ток. Чем выше значение, тем меньше становится ток. Значение 0,05 — 0,01 C будет означать окончание процесса.

Как контролируют параметры зарядки

Литиевые батареи требуют контроля, поскольку они работают в узком диапазоне напряжений. Оптимальным считается значение от 3 до 4,2 вольт. Контроллер установлен в зарядном устройстве, но каждая батарея имеет свои собственные выключатели и модули защиты. При нарушении любого из параметров функция защиты отключает банк и разрывает цепь.

Типы контроллеров заряда литий-ионных батарей.

Контроллер обеспечивает различные функции управления:

• Переключает режимы CC/CV;
• Контролирует подачу энергии в банки;
• подает ток для компенсации саморазряда;
• измеряет температуру, чтобы предотвратить повреждение батареи;
• отключает зарядку.

Вы можете заряжать аккумулятор без контроллера, используя резистор последовательно с устройством. Собрать схему своими руками несложно, если предварительно рассчитать сопротивление, емкость резистора и зарядный ток.

Схема зарядки литий-ионного аккумулятора без контроллера. Резистор используется для ограничения зарядного тока и защиты батареи.

Эксплуатация Li-ion батарей

Первая зарядка аккумулятора после покупки нового устройства должна производиться после его полной разрядки. Его следует заряжать не сразу, а довести до остановки, а затем зарядить до полной зарядки.

Это особенно касается телефонов и ноутбуков.

При использовании устройств с литий-ионными аккумуляторами обращайте внимание на их расположение. В холодную и жаркую погоду необходимо следить за температурой батареи, чтобы не допустить ее перегрева (переохлаждения). Для этого существуют специальные программы, которые отслеживают эти показатели.

Эксплуатация при температуре выше 30°C влияет на способность батареи сохранять емкость. Уровень снижается со 100% до 80%. Когда устройство полностью заряжено, его следует отключить от источника питания. В противном случае емкость батареи со временем уменьшится, и батарея выйдет из строя.

Современные источники питания способны минимизировать входящий ток после полной зарядки. Однако эта функция не гарантирует целостность батареи. Устройство должно быть заряжено на 30-50%. Непрерывный полный разряд сопровождается большим нагревом, что негативно сказывается на состоянии батареи.

Устройства, подвергшиеся нагрузке и перегреву, не следует включать в сеть. В этом случае дождитесь снижения температуры перед зарядкой.

Исключительно холодный аккумулятор следует извлечь из устройства и согреть в руках, а затем снова вставить.

Для устройств, позволяющих вынимать аккумулятор, рекомендуется приобрести запасной аккумулятор. В этом случае время работы устройства увеличивается вдвое. Когда основной аккумулятор разряжается, в устройство устанавливается запасной аккумулятор. Удобное решение для устройств, которые быстро нагреваются, поскольку сменный блок дает основному блоку время остыть.

Хранение

Чтобы предотвратить негативное воздействие внешних факторов на литий-ионный аккумулятор, соблюдайте следующие правила

• извлекайте батарею из устройства на время хранения;
• перед извлечением зарядите аккумулятор до 50%;
• Храните источник в прохладном, сухом месте.

Нормальная температура для обслуживания батареи составляет +15…+17°C. Это обеспечивает максимальную сохранность клетки и ее емкости.

Литий-ионные устройства имеют низкую скорость саморазряда, поэтому их можно хранить более 2 лет. Однако потеря емкости неизбежна даже при правильных условиях хранения. Независимо от того, как долго зарядное устройство не используется, каждые 3 месяца необходимо проводить калибровку и восстанавливать уровень заряда до 50%.