Литий-ионная аккумуляторная батарея: устройство и перезарядка аккумулятора
Содержание
- 1 Принцип действия
- 2 Конструкция, основные параметры
- 3 Рабочие режимы, правильная эксплуатация
- 4 Модельный ряд, выбор подходящих изделий
- 5 Мифы и действительные технические особенности
- 6 Дополнительная информация
- 7 Видео
Эти автономные источники питания устанавливают в мобильные телефоны и легковые автомобили. Их применяют в быту и для решения промышленных задач. Они выполняют свои функции в широком диапазоне температур при различных режимах нагрузки. В этой публикации рассказано о том, как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов и обеспечить безопасность в процессе эксплуатации. Полезные рекомендации сэкономят время и деньги при покупке. Представленная ниже информация поможет успешно реализовать собственные уникальные проекты, выполнить ремонтные работы без обращения к специалистам.
Современные и перспективные электромобили создают с блоками питания на основе литий-ионных аккумуляторов
Принцип действия
Первые устройства данной категории созданы в 70-х годах прошлого века. Но только через 20 лет были изготовлены первые литий-ионные батареи с приемлемыми для рядовых потребителей хаpaктеристиками. В наши дни продолжается совершенствование технологии с целью улучшения эксплуатационных параметров.
Функциональные компоненты, рабочие циклыПо причине высокой химической активности чистого лития разработчики приняли решение использовать менее опасные ионы. По стандартной схеме их встраивают в процессе зарядки в удерживающую область с положительным электрическим потенциалом, которая сформирована из графитовой кристаллической решетки. При подключении потребителя к съемной клемме из алюминия ток в цепи провоцирует перемещение ионов к отрицательному медному электроду. Внутри аккумуляторной батареи разряд перемещается с помощью проводящей жидкости. Ее перемешивание блокирует полупроницаемая перегородка, сделанная из пористого полимера.
К сведению. Кристаллизация электролита, созданного на основе воды, объясняет ухудшение технических хаpaктеристик при низкотемпературных условиях.
Конструкция, основные параметры
Зарядка для аккумуляторов 18650Подробное изучение химических и физических процессов для рядового пользователя избыточно. Любознательный человек без труда найдет необходимые дополнительные данные в интернете по интеркаляции, экспериментам с разными материалами. Ниже приведены сведения, которые пригодятся на пpaктике. Они хаpaктерны для типовых моделей литий-ионных аккумуляторных батарей, представленных на современном рынке:
- Ток нагрузки – от 1 до 50 C в разных режимах;
- Номинальное напряжение – от 3 до 4,35V;
- Сопротивление (внутреннее) – 5-15 мОм;
- Энергетическая емкость в расчете на 1 кг изделия – 112-246 Вт*ч;
- Сохранение нормальной работоспособности – до 550-650 циклов;
- Время зарядки до 80% номинальной емкости – 60 мин.;
- Допустимый температурный режим – от -30°C до +60°C.
На рисунке показаны типовые компоненты «плоской» модели. Подобные изделия устанавливают в смартфоны, другую мобильную технику. После заливки электролита входное отверстие герметизируют. Прочный корпус обеспечивает хорошую защиту от механических воздействий. Встроенный клапан сpaбатывает при образовании большого количества газов, предотвращая взрыв. Пpeдoxpaнитель по току разрывает цепь, что препятствует короткому замыканию и чрезмерному повышению температуры.
Один из первых источников питания для автомобилей, созданных на принципах заряда ионов литияНа схеме отмечены:
- крепежные скобы (1), выполняющие одновременно функцию элементов охлаждения;
- типовые литий-ионные аккумуляторы (2);
- электронный блок, управляющий процессом зарядки;
- клапан (4), через который пополняют хладагент;
- разъем (5) для подключения к бортовой сети;
- защитное и регулирующее устройство (6).
Рабочие режимы, правильная эксплуатация
Емкость современных литиевых ионных аккумуляторных батарей увеличена до сотен А/ч при высоких удельных значениях относительно веса. Приведенный выше температурный диапазон расширен. Отдельные модели рассчитаны на использование в экстремальных условиях (до -40°C). Разрядка быстрее на первом этапе – от 3 до 7% за месяц. Далее она стабилизируется, но не превышает 12-25% за год. Начальный ресурс при соблюдении элементарных правил сохраняется до 1-1,2 тыс. циклов.
Процесс зарядки Зарядка для телефона без розеткиГрафики демонстрируют изменение электрических параметров:
- Voltage – напряжение;
- Current – ток;
- Capacity – емкость.
На первой стадии поддерживают постоянный ток, контролируя подъем напряжения до установленного производителем уровня (4,1±0,1V). Чтобы накопить 70-80% номинальной емкости, требуется 40-60 минут. Этой особенностью пользуются для быстрого восстановления функциональности технического устройства.
На следующем этапе батареи заряжаются с поддерживанием постоянного напряжения. Следует исключить превышение опасного порогового значения (4,1 V). Если нарушить правило, получится улучшить энергетическую насыщенность на единицу объема. Однако такой режим ускоряет реакции окисления, уменьшая долговечность литий-ионного аккумулятора. С применением особых ингредиентов можно увеличить допустимое напряжение на 0,1 V. Точность контроля рекомендована с погрешностью не более 0,05 V на один элемент питания.
К сведению. В модификациях специального назначения (космические аппараты, военная техника) финишное напряжение литиевой АКБ снижают до 3,9-3,95 V. Это решение продлевает срок службы, повышает надежность.
Для предотвращения аварийных ситуаций применяют механические и электронные, встроенные и внешние устройства. Кроме электрических параметров и температуры, контролируется внутреннее давление. Типовые защитные решения:
- схема с ключом на чувствительном полевом транзисторе, разрывающая цепь при слишком высоком напряжении;
- термистор, сpaбатывающий при критической температуре;
- механический выключатель;
- электронная плата, контролирующая нижний и верхний порог по напряжению;
- добавка марганцевых соединений, которые блокируют развитие потенциально опасных процессов.
Важно! Применение зарядных устройств, рекомендованных производителем аккумулятора, обязательно для безопасной эксплуатации.
Модельный ряд, выбор подходящих изделий
Аккумулятор для ИБПИзделия этой категории выпускают в стандартном исполнении для соответствия размерам и электрическим параметрам типовых одноразовых элементов питания «А» и «АА». Такие аккумуляторы устанавливают в фонари, радиоприемники, будильники, игрушки.
Следует помнить! Заряд литиевой батареи снижается при хранении. Накопительная емкость постепенно уменьшается, поэтому нельзя рассчитывать на многолетнюю эксплуатацию без ухудшения начальных потребительских параметров.
Современные смартфоны и планшеты часто создают в неразборном варианте с применением клеевых соединений. Это помогает сократить производственные издержки, однако существенно усложняет ремонт. Технику оснащают уникальными встроенными устройствами зарядки (защиты). Рабочие циклы контролируют особо настроенным программным обеспечением. Иногда найти подходящую альтернативную перезаряжаемую батарею попросту невозможно.
Необходимо подчеркнуть! Самостоятельные ремонтные работы с применением продукции другого бренда лишают прав на официальные гарантии.
Стандартные типоразмеры элементов питанияСтоит обратить внимание на модель «18650». Этими цифрами зашифрованы габариты (длина х диаметр, 65 х 18 мм, соответственно). Такие аккумуляторы постепенно становятся наиболее популярными. Их соединяют в блоки, создавая источники питания нужной емкости для автомобильного трaнcпорта, квадроциклов, авиамоделей, другой техники.
Как понятно из приведенного описания, некоторые изделия можно приобрести легально только в официальной торговой сети определенных производителей. Качественные универсальные аккумуляторы в разных форматах создают японские и корейские предприятия. Продукция ответственных китайских производителей не уступает по техническим параметрам. Однако следует не забывать о большом количестве подделок, которые внешне не отличаются от оригиналов.
С помощью испытаний или разрушительной разборкой можно выявить недостатки. Однако некоторые правильные выводы можно сделать после внимательного изучения фотографий. Так, настоящая емкость «фирменных» изделий формата «18650» не превышает 3 400 мА/часов. В рекламных материалах встречаются изделия с фантастическими параметрами – 10-15 тыс. мА/ч и более.
Мифы и действительные технические особенности
Распространенные заблуждения следует изучить отдельно. Так, достаточно часто эксперты советуют не допускать полной разрядки. Ограничение справедливо, но надо учесть особенности штатных контрольных систем. Как правило, индикатор мобильного устройства показывает 0% при падении напряжения ниже 3,4-3,6 V. Такие уровни неопасны, так как критический порог – от 2,4 до 2,6 V. Следующая информация предотвратит ошибочные действия при эксплуатации.
К сведению. Несмотря на соответствующие предупреждения, увеличение количества рабочих циклов никак не влияет на безопасность. Замена необходима только для восстановления утраченных накопительных свойств.
Заряд лития выше определенного порога на самом деле способен провоцировать процесс горения. Реакция сопровождается выделением водорода из электролита, поэтому не получится погасить пламя водой. Огонь поддерживается даже без доступа кислорода, поэтому для нейтрализации необходимо локализовать опасную область. Отмеченный недостаток устранен в новых моделях аккумуляторов, созданных на основе ионов.
Дополнительная информация
Приведенные выше сведения надо использовать в комплексе. Значение имеет правильный выбор модели, продавца. Следует соблюдать инструкции производителя, учитывать реальные условия эксплуатации. Для продления срока службы не допускают глубокого разряда. При частом уменьшении оставшейся энергии до 10-15% от номинала можно получить 500-700 рабочих циклов без явного ухудшения технических параметров. Если пополнять заряд при уровне 70-80% соответствующее количество увеличится до 2,5-3 тыс.
Чтобы исключить ошибки ПО и контрольных устройств, один раз через каждые 3-4 месяца выполняют профилактическую процедуру. Аккумулятор разряжают полностью. Далее пополняют запас энергии штатными средствами, но с продолжительностью подключения к сети питания от 10 до 11 часов.
Высокий уровень безопасности обеспечивают не только качественные средства защиты, но и утвержденные производителем зарядные устройства. Проблемы возникают при плохой функциональности контроллера. Превышение заряда над уровнем паспортного значения недопустимо.
Видео
Назначение и принцип работы УЗО. Подключения устройства защитного отключения. Основные отличия УЗО от дифференциального автомата. Как выбрать нужное устройство по параметрам....
31 05 2026 4:26:50
При расчете освещения учитываются особенности помещения, условия труда и другие параметры. Вычислениями определяется необходимое количество светильников....
30 05 2026 18:45:19
Определение удельного и электрического сопротивлений. Об удельной проводимости и удельном сопротивлении. Удельное сопротивление в физике и электротехнике. Классификация материалов. Определение удельной проводимости: формула через площадь поперечного сечения....
29 05 2026 8:39:54
Требования к электрической проводке с точки зрения ПУЭ. Выбор проводов для квартиры. Разделение цепей электропроводки в многоквартирном доме. Защитная аппаратура. Порядок монтажа электропроводки в квартире: правила прокладки проводов....
28 05 2026 21:44:48
Кремниевые выпрямительные диоды универсального назначения на примере диода 1N4007. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры диодов 1 N 4007. Особенности применения 1-N-4007. Технические хаpaктеристики 1n4007....
27 05 2026 7:13:58
Для чего нужны выпрямители переменного тока. Область применения выпрямителей переменных токов. Классификация: по числу фаз, по управляемости, по значению мощности. Выпрямляем переменный ток в постоянный: полуволновой или полноволновой метод....
26 05 2026 14:42:39
Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель? Усредненные расчеты - суточный расход устройства мощностью 1 кВт составляет 8 кВт, обогреет площадь в 16 м²....
25 05 2026 1:45:27
Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....
24 05 2026 17:23:31
Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....
23 05 2026 15:17:57
Томас Эдисон - историческая справка, биография, научные работы великого американского ученого. Изобретения Томаса Эдисона. Тату-машинка изобретенная Томасом Эдисоном. Лампочка-Светлана: изобретение века....
22 05 2026 4:11:50
Сущность понятия потенциальной разницы. Формула нахождения ускоряющей разности потенциалов. Что измеряют единицей Кулон. Порядок возникновения заряженных частиц, электростатического поля и их поведение по отношению друг к другу....
21 05 2026 22:43:37
Дизайнерские напольные и встраиваемые светильники в стиле ретро. Основные виды устройств и принцип работы. Главные правила и рекомендации по выбору, фото....
20 05 2026 0:37:32
Определение производственной мощности. Взаимосвязь параметров цепи: формула для вычисления. Проблемы низкого cos φ и способы их решения. Коэффициент использования установленной мощности как важнейшая хаpaктеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики....
19 05 2026 14:19:23
Пути совершенствования: микроминиатюризация и микросхемотехника. Пpaктическая электроника для начинающих: основы и азы. Основные разделы и направления электроники как науки. Вакуумные среды и твёрдые тела....
18 05 2026 0:48:41
Что такое ампер: определение и физическое значение. Амперы - как одна из основных единиц измерения при изучении физики электрических явлений. Сила тока - что это? Что измеряют в амперах....
17 05 2026 21:50:11
Особенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры АКБ для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями....
16 05 2026 3:32:11
Виды электросхем. Структурная и функциональная электросхемы. Чтение электрических схем. Схема электропроводки. Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки...
15 05 2026 17:11:26
Провод ПВ 3 1х6: область применения монтажного кабеля. Технические хаpaктеристики провода ПВЗ 1Х6. Таблица основных параметров проводов ПВ-З. Маркировка и расшифровка аббревиатуры....
14 05 2026 13:20:10
Определение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов....
13 05 2026 20:57:42
Автоколебательные транзисторные приборы: принципы работы и общее устройство. О генераторах на транзисторе: схема генератора на транзисторе DIY. Изображение на электрических схемах. Схемы генераторов на транзисторах....
12 05 2026 1:48:50
Экстренная реанимация батареи "на один звонок". Использование пальчиковой батарейки. Солнечные батареи и переносные зарядные устройства. Зарядка для телефона без розетки за городом и на отдыхе....
11 05 2026 20:11:41
Назначение электроприбора ИС 10 для измерения сопротивления заземления. Отличительные особенности прибора ИС10. Основные хаpaктеристики: диапазоны измеряемых величин, погрешность измерения сопротивлений....
10 05 2026 4:33:27
Как спаять диодный мост: схема для изготовления. Состав выпрямительного модуля. Принцип действия диодного моста. Самостоятельное изготовление: необходимые инструменты и расходные материалы....
09 05 2026 1:24:30
Закон Лжоуля-Ленца: физическая формула. Суть теплового закона, интегральная и дифференциальная формулы. Теоретическая значимость и пpaктическое применение. Джоуль Ленц - историческая справка....
08 05 2026 20:45:28
Разновидности и хаpaктеристики металлических гофрированных труб. Металлическая гофра для проводки: преимущества и недостатки. Сфера применения металлического рукава. Особенности монтажа и эксплуатации....
07 05 2026 6:53:12
Формулирование закона электромагнитной индукции (закон Фарадея). Опыты с электромагнитыми катушками. ЭДС индукции в проводнике: расчет индуктивного напряжения. Законы электролиза. Электромагнитная индукция: история и современное применение....
06 05 2026 10:37:15
Лампы накаливания широко используемые в быту и промышленности. Они различаются по конструкции, мощности, световой отдаче и дизайну....
05 05 2026 10:59:34
Общие вопросы теории по видам сопротивлений возникающих в крупных электрических сетях. Особенности установки компенсационного оборудования. Эффективность применения конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности....
04 05 2026 0:29:50
Происхождение эффекта Холла, виды его проявления. Направление Лоренцовой силы. Определение напряжения Холла. Как можно использовать эффект Холла. Эдвин Герберт Холл: небольшая историческая справка....
03 05 2026 21:23:50
Красивая подсветка картин, зеркал и других произведений искусства способна придать интерьеру любого помещения комфорт, презентабельность и эстетичность....
02 05 2026 11:11:19
Устройство механизма шуруповерта и принцип действия прибора. Конструкция аккумулятора и типы аккумуляторных батарей. Переделка шуруповерта на питание от сети 220В. Использование внешнего блока питания....
01 05 2026 4:35:37
Все о счетчики электроэнергии Нева: предназначенные для установки в сетях переменного тока. Применение – энергетическое, промышленное и быт....
30 04 2026 20:37:27
Что такое активная антенна и в чем ее отличия от пассивной: преимущества и недостатки. Виды активных антенн для автомагнитол: критерии выбора. Схема подключения активной телевизионной антенны на автомобиль....
29 04 2026 22:55:27
Силовые линии магнитного поля. Взаимосвязь напряженности МП и магнитной индукции. Нахождение напряженностей внутри катушек индуктивностей. Применение силы Лоренца. Магнитная индукция: формула....
28 04 2026 5:14:38
Преимущества программирования различных схем электропроводки. Что может программа для проектирования электропроводки в доме: расчет схем электроснабжения, подсчет общих потерь напряжения, расчет объема кабельной продукции и другие полезные функции....
27 04 2026 10:58:39
Определение и суть метода контурных токов. Контурные токи: особенности метода. Разновидности контурного представления. Пример расчета сложных цепей. Преимущества МКТ. Использование планарных графов и метод выделения максимального дерева....
26 04 2026 7:50:31
Аварийное освещение имеет ряд требований и является обязательным при строительстве объектов, относящихся к определенной категории....
25 04 2026 19:14:44
Особенности правильной зарядки автомобильной аккумуляторной батареи. Время заряда аккумуляторов. Выбор оптимального по мощности зарядного устройства для автомобильных аккумуляторных батарей. Правила обслуживания АКБ....
24 04 2026 22:57:49
Виды проверки знаний по электробезопасности на предприятиях. Группы электротехнического персонала. Что входит в тестирование и какие знания сотрудников проверяются. Сроки проведения проверки....
23 04 2026 4:33:17
Конденсаторы из тантала и правила маркировки элементов. Виды буквенно-цифровой маркировок конденсаторов. Маркировка для танталовых SMD конденсаторов. Коды напряжения для SMD-тантала....
22 04 2026 23:58:19
Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....
20 04 2026 4:49:22
Опасности поражения электрическим током. Сопротивление тела и сила тока. Хаpaктеристика путей прохождения тока. Определение понятия заземления. Правила техники электробезопасности в промышленности и в быту....
19 04 2026 8:10:53
Физические термины и терминология. Работа сил, приложенных к системе материальных точек. Работа силы - измерение в физике. Влияние на силу электрического тока физических величин: напряжений и сопротивлений....
18 04 2026 10:35:27
Воздействие электротока на человеческий организм. Понятие электротравмы. Подразделение степеней тяжести поражения от удара электрическим током. Классификация электротравматизма. Виды местных электротравм....
17 04 2026 10:34:55
Диагностика повреждений и методика проверки стабилизатора. Ремонт электромеханических и релейных стабилизаторов напряжения. Ремонт платы управления стабилизатора своими руками. Степень сложности ремонта различных видов стабилизаторов....
16 04 2026 11:57:25
Конвертация ватт в амперы посредством формулы мощности из школьного курса физики. Перевод ампер в ватты: таблица перевода. Нюансы перевода единиц Вт в А и решаемые задачи (подбор автоматического выключателя, расчет сечения проводки и т.п.)...
15 04 2026 6:49:11
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля КГ. Размерные и температурные показатели провода КГ. Область применения и способы прокладки кабелей КГ. Описание электрических параметров проводов КГ....
14 04 2026 13:41:54
Арматура и материалы для прокладки кабеля. Техника безопасности при проведении электромонтажных работ. Особенности креплений самонесущих изолированных проводов. Монтаж СИП-кабеля от столба к дому. Соединение СИП со щитком....
13 04 2026 5:41:23
Единицы освещения и формула для расчета освещенности. Человеческий фактор и хаpaктер деятельности при расчете измерения света. Приборы для определения уровня освещенности и методика его определения. Способы измерений. Важность величины пульсации....
12 04 2026 6:56:33
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::
