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
Природа магнетизма: демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов. Виды магнитов: естественные и искусственные. Применение постоянных магнитов....
27 06 2026 17:19:10
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 06 2026 1:24:23
Способы утилизации, трaнcпортировки, хранения и выды опасных для здоровья человека ламп. Утилизация аккумуляторов и конденсаторов входящих в их состав....
25 06 2026 4:19:12
Электрическая ёмкость - измерение в фарадах, пикофарадах, микрофарадах и нанофарадах. Один фарад - это сколько? Правила измерения электрических емкостей. Обозначение фарада. Важность величины фарад в электронике и электротехнике....
24 06 2026 7:19:43
Разновидности кабельных лотков и особенности применения в зависимости от требований ПУЭ. Достоинства железобетонных кабель-каналов. Полимерные короба (ПВХ лотки): особенности монтажа и требования пожарной безопасности. Металлические КЛ. Правила заземления....
23 06 2026 5:49:53
Взрывозащищенные светильники используются во многих отраслях промышленности, обеспечивая безопасное нахождение человека на объектах с взрывоопасной средой....
22 06 2026 2:56:41
Как сделать самодельный генератор переменного тока из асинхронного двигателя. Выбор конструкции. Порядок доработки обмоток. Организация приводной части. Изготовление генератора на постоянных магнитах....
21 06 2026 7:11:18
Реактивное сопротивление резисторов и реактивных устройств. Понятие электрического импенданса. Вычисления падения напряжения на концах катушки индуктивности (соленоида). Расчет реактивного сопротивления конденсатора....
20 06 2026 7:57:41
Дизайнерские напольные и встраиваемые светильники в стиле ретро. Основные виды устройств и принцип работы. Главные правила и рекомендации по выбору, фото....
19 06 2026 10:30:37
Особенности и виды и типы маркировок конденсаторов. Различия в маркировке конденсаторов по типу: из бумаги или металлобумаги, электролитических, полимерных, пленочных и керамических....
18 06 2026 3:28:10
Определение и основные хаpaктеристики электрического поля. Особенности и свойства электрических полей. Проводники и диэлектрики в электро полях. Статическое распределение зарядов присущее электрическому полю....
17 06 2026 21:40:24
Технические хаpaктеристики кабельной продукции. Кабели ПУГНП: назначение кабеля, сфера применения, отличия кабелей серии ПУГНП от прочих проводов. Материал изготовления ПУГНП-кабеля....
16 06 2026 20:44:41
Формула и расчет КПД электрической цепи. Для чего нужен расчет коэффициента полезного действия. Определение мощности. Нахождение тока и определение значений для каждого элемента в электрической цепи....
15 06 2026 21:36:29
Параметры трaнcформаторов тока должны соответствовать правилам коммерческого учета, требованиям энергопоставляющей компании и нормативной документации....
14 06 2026 10:53:23
Принцип работы электрического конвектора. Электрический конвектор: устройство и детали конструкции. Нагреватели игольчатые и трубчатого и монолитного типа: преимущества и недостатки. Выбор типа нагревателя (электроконвектора) и места для установки....
13 06 2026 10:38:30
От того сколько электроэнергии потрeбляют бытовые приборы, зависит ваш бюджет. Наша таблица покажет средний расход электроэнергии, для расчета потрeбления....
12 06 2026 22:18:41
Назначение люксометров. Устройство и принцип функционирования прибора. Правила измерительного процесса люксометром. Как выбрать подходящий прибор. Комплектации устройств....
11 06 2026 12:33:38
Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита. Виды дифзащиты: продольная и работающая по принципу поперечного включения. Области применения дифференциальной защиты....
10 06 2026 3:17:34
Главный принцип работы гелевого аккумулятора. Конструкция и особенности гелевых аккумуляторных батарей. Специфика зарядки гелевой батареи. Автомобильная гелевая аккумуляторная батарея: достоинства и недостатки....
09 06 2026 8:12:13
Чтобы проверить счетчик нужно знать как часто это нужно делать и как правильно это делать, мы даем полный алгоритм действий для самостоятельной проверки!...
08 06 2026 12:18:48
Почему выгодна разделка кабелей и проводов. Виды оборудования: от простых устройств к универсальным стpиппepам. Порядок изготовления самодельного стpиппepа. Чертежи станка для разделки кабеля своими руками....
07 06 2026 11:58:18
Принцип работы полупроводникового диода. Как устроен диод. Для чего нужны диоды. Применение диодов: выпрямители, варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки, светодиоды. С какой силой тока и напряжением может работать диод....
06 06 2026 6:50:35
Определение понятия энергии и напряженности электрического поля, формулы расчетов. Энергия конденсатора: основополагающие понятия емкости и напряжения. Как зарядить плоский конденсатор. Вычисление энергии заряженного конденсатора....
05 06 2026 12:20:56
Устройство коаксиального кабеля: назначение и параметры основных составляющих, марки и хаpaктеристики. Коэффициент экранирования телевизионных кабелей. Какой кабель лучше выбрать для спутникового ТВ....
04 06 2026 13:33:24
Применение, преимущества и способы использования трехклавишного выключателя с розеткой. Виды устройств и особенности подключения. Методы подключения: с распределительной коробки и без нее. Ошибки при монтаже....
03 06 2026 10:59:11
Обустройство параллельного включения. Последовательное и смешанное подключение. Соединение проводников. О параллельном подключении лампочек: схема подключения, обозначения на схеме....
02 06 2026 8:18:17
Что называют электрическим током. В каких единицах измеряется сила или величина электрического тока. Что представляет собой электрический ток. Проводники и полупроводники. Законы для электротока. Хаpaктеристики электроцепи....
01 06 2026 8:15:25
Разновидности векторных диаграмм. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение. Уравнения и формулы....
31 05 2026 10:36:12
Дифавтомат это электрозащитное устройство, которое защищает проводку, оборудование и человека от воздействия электричества при неполадках в эл.цепи....
30 05 2026 6:43:33
Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....
29 05 2026 22:34:13
Устройство и способы зажигания. Полная схема включения люминесцентных ламп. Упрощенные схемы: убираем стартер. Назначение электронного балласта. Схемы включения люминесцентных ламп: последовательная и параллельная....
27 05 2026 13:47:40
Материал для изготовления гофротруб. Классификация и размеры гофрированных труб пля прокладки кабелей. Преимущества и недостатки гофротрубы. Правила и порядок монтажа гофрированной трубы для проводки....
26 05 2026 18:26:44
Что нужно знать о радиотехнике и радиоэлектронике начинающему радиолюбителю. Какие нужны инструменты, материалы и измерительные приборы. Паяльник для начинающего радиолюбителя. Техника безопасности. Полезные советы....
25 05 2026 18:45:42
Основные функции щита электроэнергии это распределение электрической энергии, обеспечение электробезопасности и учет электроэнергии....
24 05 2026 8:59:41
Что называют наведенным напряжением. Природа явления наведенного напряжения. Какую опасность представляет из себя наведенное напряжение, как возникает в проводах. Какая сила тока может быть в наведенном напряжении....
23 05 2026 12:13:20
Для чего нужны опыты на холостом ходу в трaнcформаторах. Понятие опыта холостого хода. Измерения для вычисления коэффициента трaнcформации. Определение потерь. Опыт короткого замыкания. Расчет КПД трaнcформатора....
22 05 2026 18:13:15
Стандарты УГО (условно графического обозначения) и буквенно-цифровой идентификации радиоэлементов, и различных видов электрооборудования на схемах согласно ГОСТам. Описание основных документов по условно-графическому обозначению в различных электросхемах....
21 05 2026 4:16:57
RS, JK и PC триггеры: принципы работы. Классификация последовательных схем: синхронные, асинхронные и комбинированные. Представление работы триггеров в таблице истинности и временной диаграмме синхронизации....
20 05 2026 21:33:41
Формулы для перевода вольтамперов в ватты. Напряжение умножаемое на ток - мощность. Понятие активной, реактивной и полой силы. Отличие ватта от вара и вольт ампера. Определение мощности в электричестве....
19 05 2026 8:10:27
Технология поверхностного монтажа (SMD-технология). Преимущества использования smd деталей. СМД-маркировка электрических элементов следующих групп: двух, трех и более контактных деталей. Маркировки резисторов....
18 05 2026 19:42:37
Что такое электрическое напряжение, случаи требующие его измерения, единицы измерений. Действующее значение напряжения и определение его величины. Сеть постоянного и переменного тока. Требования к измерительным приборам....
17 05 2026 3:55:24
Действие статора двигателя в зависимости от конфигурации устройства. Материал изготовления статоров: кремниевая (электротехническая) сталь. Проверка якоря коллекторного двигателя. Как проверить и перемотать статор....
14 05 2026 3:16:36
Расчет параметров катушки индуктивности: как рассчитать индуктивность однослойной намотки и прямого провода. Дроссель с сердечником: рассчитываем параметры обмотки, намотанной на каркас, диаметром намного меньше длины. Формулы....
13 05 2026 6:46:36
Все кто занимается радиоэлектроникой, сталкивались с перегревом паяльника. Это может быть недорогой недавно купленный паяльник, который вышел из строя....
12 05 2026 20:30:23
Пусковой конденсатор: определение, возможности и хаpaктеристики. Чем отличается пусковой конденсатор от рабочего. Как подобрать конденсатор для запуска однофазного электродвигателя. В чем сложность выбора такого конденсатора?...
11 05 2026 14:47:32
Триггерные схемы на транзисторах, реле и микросхемах. Триггер (Trigger) Шмитта. Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе. Преимущества применения триггерных схем логики....
10 05 2026 9:32:10
Выбирая светильники для кухни при декорировании, руководствуются правилами дизайна и принципами деления помещения на функциональные зоны....
09 05 2026 20:36:56
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::
