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
Преимущества сенсорного выключателя. Устройство и принцип действия. Пpaктические схемы: регулируемый выключатель, простая 2-х транзисторная схема. О сенсорном выключателе: своими руками устанавливаем и ремонтируем изделие....
08 10 2026 5:23:11
Когда применяются клеммные колодки. Типы клеммных соединений: клеммная колодка, скрутки, ножевые, распределительные и пружинные клеммы. Клеммники для светильников и электропроводки. Назначение клеммных коробок....
07 10 2026 0:49:43
Назначение люксометров. Устройство и принцип функционирования прибора. Правила измерительного процесса люксометром. Как выбрать подходящий прибор. Комплектации устройств....
06 10 2026 23:59:17
Объемная плотность магнитной энергии. Наличии магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Измерение плотности энергии магнитных полей. Формула индуктивного сопротивления катушки....
05 10 2026 13:36:46
Принцип действия сварочного трaнcформатора, его виды и методика расчёта. Улучшение и усовершенствование сварочных аппаратов....
04 10 2026 8:25:17
Генератор Тесла или вечный двигатель? Определение альтернативной энергетики. Tрaнcформатор и генератор Николы Теслы. Изготовление генератора своими руками в домашних условиях. Схемы сборки и запитки основных узлов....
03 10 2026 13:47:51
Описаны нормы освещения снип и санпин для разных государственных учреждений, улиц и всех основных помещений. Изложены общие требования по освещению....
02 10 2026 12:39:43
Полуволновой и полноволновой выпрямители напряжения. Определение двухполупериодного выпрямителя с нулевым входом. Схема двухполупериодных выпрямителей диодный мост. Сглаживание пульсаций. Трехфазный выпрямитель....
01 10 2026 18:44:13
Самостоятельная настройка антенны и ресивера НТВ плюс. Как установить спутниковую антенну своими руками. Ручная настройка спутниковой антенны НТВ плюс. Как настроить антенну НТВ Плюс Восток на разных телевизорах....
30 09 2026 7:51:40
Кварцевые резонаторы: технический элемент резонансных схем. Принцип действия. Устройство резонатора. Для чего нужен кварцевый резонатор. Отличия кварцевого резонатора от кварцевого генератора....
29 09 2026 19:59:16
Правило и применение делителя напряжений в радиоэлектронике. Принцип делителей напряжений, виды схем и расчетные формулы. Закон Кирхгофа и закон Ома. Примеры расчетов. Калькулятор онлайн....
28 09 2026 7:10:45
При обустройстве жилья это направление особенно популярно...
27 09 2026 21:23:35
Источники свободной энергии. Типы радиантных генераторов: трaнcмиттер-усилитель Тесла. Вихревые устройства и ХЯС. О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли...
26 09 2026 8:36:45
Преимущества и недостатки импульсного источника питания. Как работает импульсный блок питания. Импульсный обратноходовой источник питания....
25 09 2026 20:31:25
Разновидности и особенности ИК-датчиков: извещатели скорости, детекторы PIR, съемные сенсоры и т.п. Способы расположения и схемы инфpaкрасных датчиков. Принцип работы датчиков движения. Критерии выбора инфpaкрасного датчика движений....
24 09 2026 2:44:53
Назначение и принцип действия инфpaкрасного датчика движения IEK. Технические хаpaктеристики инфpaкрасных датчиков IEK (модельный ряд ДД-012, ДД-018В, ДД-017, ДД-019). Габаритные размеры датчиков. Монтаж и настройка приборов....
23 09 2026 11:53:47
Что такое дин-рейка. Клеммы (клемники) и клеммные колодки для DIN реек. Какими бывают клеммные зажимы: проходной с зажимом пружиной, клеммы с размыкающим приспособлением и пр....
22 09 2026 12:49:26
Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....
21 09 2026 22:48:47
Инструкция по изготовлению елочной электрической гирлянды: из ламп накаливания или из светодиодов. Модернизация старой электрогирлянды. Как выбрать необходимые материалы и элементную базу для электрической гирлянды....
20 09 2026 2:39:23
Место расположения розеток в квартире в первую очередь это удобство эксплуатации. Мы приведем пример правильного распределения розеток по квартире....
19 09 2026 8:40:51
Принцип работы и устройство фазового переключателя. Правила выбора переключателя фаз. Использование фазового переключателя для постоянного функционирования техники. Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный: какой переключатель фаз выбрать - механический или электронный....
18 09 2026 6:24:47
Особенности нагревательной процедуры: типовая методика. Особенности греющих кабелей: методики подключения к трaнcформатору. Рекомендации по монтажу провода для прогрева бетона: расчеты параметров кабельной системы....
17 09 2026 17:37:40
Что такое флюс для пайки: его предназначение и способы использования. Разновидности паяльных флюсов: активные, бескислотные, активизированные и антикоррозийные. Правила применения флюса при пайки. Самостоятельное изготовление....
16 09 2026 18:10:59
Что такое конденсатор и для чего он нужен. Технические хаpaктеристики емкостных накопителей энергии. Зачем нужны электролитические конденсаторы в сети переменного тока. Зачем нужны конденсаторы в схемах и от чего зависит емкость конденсатора....
15 09 2026 7:59:20
Бестеневая лампа и светильник - надежные и пpaктичные осветительные приборы, которые нашли применение во многих отраслях промышленности и в медицине....
14 09 2026 23:23:51
Гирлянда бахрома: использование на улице и внутри помещений. Преимущества и недостатки новогодней уличной светодиодной гирлянды бахрома со светомузыкой. Способы уличного монтажа для гирлянды бахрома....
13 09 2026 2:31:20
Расшифровка маркировок проводников (кабели, силовые шнуры и т.п.). Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики. Правила монтажа кабеля КРПТ. Сечения гибкого кабеля КРПТ....
11 09 2026 16:11:35
Лампа ультрафиолетовая – источник света широкого спектра действия. Применяется в быту, на производстве, сельском хозяйстве, ЖКХ....
10 09 2026 20:28:53
Что такое трaнcформатор и в каких сферах он применяется. Габаритная мощность и КПД трaнcформатора. Т-образная схема замещения трaнcформатора. Особенности преобразования переменного тока в трaнcформаторе. Режимы работы трaнcформатора....
09 09 2026 15:28:52
Физическое объяснение потенциала. Образование электрического поля и его особенности. Понятие однородных электрических полей. Энергия по перемещению положительно заряженной частицы....
08 09 2026 8:52:40
В чем разница: зануление и заземление в электроустановках. Определение защитного заземления для электроустановок. Основные отличия между защитным занулением и заземлением....
07 09 2026 23:18:17
Принцип работы стабилизатора напряжения на транзисторах. Расчет хаpaктеристик стабилитронов. Компенсационные и импульсные стабилизаторы и алгоритм их работы. Схема стабилизаторов напряжения на транзисторе....
05 09 2026 15:15:43
Виды выключателей: наружные и встроенные - преимущества и недостатки. Диммеры, датчики движения, кнопочные и сенсорные выключатели света. Как поменять выключатель своими руками. Необходимые инструменты и расходные материалы....
04 09 2026 2:16:40
Особенности контактной сварки. Точечная сварка аккумуляторов: изготовление сварочного аппарата. Сборка сварки для аккумуляторов: необходимые материалы и схемы сборки. Инструкция по эксплуатации самодельного аппарата точечной сварки для аккумуляторов....
03 09 2026 0:51:47
Как сделать монтаж уличного освещения? Первым делом необходимо разработать проект уличного освещения. Затем выбираем источник света и требуемые опоры....
02 09 2026 17:19:26
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....
01 09 2026 20:59:21
Что такое спутниковая антенна: общие хаpaктеристики и виды. Как правильно установить и настроить спутниковую антенну своими руками. Правильная настройка каналов на тюнере. Что нужно знать перед монтажом....
31 08 2026 20:34:57
Действие тока на организм: термическое, химическое, биологическое и механическое воздействие электротока на человека. Классификация поражения током. Первая помощь при поражении электрическим током....
30 08 2026 20:10:27
История создания и назначение магнитного пускателя ПМЛ. Конструкция прибора и расшифровка цифробуквенного обозначения контакторов. Монтаж пускателей: крепление на DIN-рейке или крепление болтами. Подключение пускателя-ПМЛ....
29 08 2026 0:57:25
Особенности конструкции энергосберегающих ламп. Достоинства и недостатки энергосберегающей лампы. Таблица мощности и классификация энергосберегающих источников освещения. Как выбрать устройство для освещения....
28 08 2026 21:20:46
Виды электрических счетчиков. Устройство и принцип работы электросчетчика. Электронные приборы учета: особенности подключения. Об устройстве электросчетчиков: принцип работы электрического счетчика....
27 08 2026 21:42:52
Счётчики старого и нового образца их отличие. Типы устаревших счётчиков. Для начала нужно разобраться какие, вообще, бывают счётчики....
26 08 2026 7:54:15
Виды терморегуляторов: механические и электронные — преимущества и недостатки. Двухзонный (двухзональный) термостат: особенности устройства и подключения. Терморегуляторы 12В: правила установки. Сравнительный обзор термостатов....
25 08 2026 1:33:19
Назначение и виды паяльных жиров. Состав, свойства активного и нейтрального жирового флюса. Способы изготовления флюсов в домашних условиях. Способы пайки. Как правильно пользоваться паяльным жиром....
24 08 2026 13:19:47
Проект освещения должен выполняться специалистами. Выполняя такое проектирование самостоятельно, необходимо знание определенных норм и правил....
23 08 2026 16:12:11
Конденсаторы из тантала и правила маркировки элементов. Виды буквенно-цифровой маркировок конденсаторов. Маркировка для танталовых SMD конденсаторов. Коды напряжения для SMD-тантала....
22 08 2026 12:22:56
Особенности полярных изделий. Проводящие материалы, используемые в конденсаторах: алюминиевые и танталовые электролиты и изделия из полимеров. Особенности конструкции и включения НЭК....
21 08 2026 16:26:54
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::
