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
Эксплуатационные хаpaктеристики и преимущества TL431. Виды цоколевки микросхемы и особенности распиновки в зависимости от исполнения. Схема включения TL-431, формулы для расчетов. Применение TL 431 в виде стабилизатора тока....
06 10 2026 6:14:32
Что такое гистерезис. Вещества и их магнитные свойства. Использование явления. Использование графического изображения петель гистерезиса для упрощения расчётов хаpaктеристик магнитных полей и параметров систем. Площадь магнитного гистерезиса....
05 10 2026 0:18:40
Как подключить вольтметр? Как пользоваться амперметром? Принцип действия электроизмерительных приборов с примерами, и советами....
04 10 2026 21:50:38
Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция КГН: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики КГН-кабеля. Конструкция и существующие размеры сечений....
03 10 2026 4:29:34
Технология сваривания аппаратами инверторного типа. Выбор конкретного аппарата для сварки жил проводников. Контактный, газовый и термитный способы сварки....
02 10 2026 9:15:53
Особенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры АКБ для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями....
01 10 2026 0:17:38
Общедомовой счетчик электроэнергии, закон и распределение. Приборы могут быть одно-, двухтарифные и многотарифные - можно снизить затраты на освещение....
30 09 2026 5:16:23
Что такое электробезопасность на предприятии: нормы, меры и нюансы. К каким категориям относится персонал и требования по безопасности. Что запрещают правила по электробезопасности. Проверка знаний персонала....
29 09 2026 7:38:17
Что такое тепловизор, его классификация и где он применяется. Особенности тепловизионного контроля за нагревом дефектных частей электрооборудования....
28 09 2026 12:14:42
Легальные и незаконные способы экономии електричества. Энергосберегающий прибор, основные правила работы. Принципиальная схема устройства своими руками....
27 09 2026 20:26:58
Колебательный контур: определение. Формулы расчета резонансной частоты колебательного контура. Подключение к цепи индуктивной катушки. Определение резонанса как явления....
26 09 2026 6:38:40
Как изготовить самодельную антенну для радио в домашних условиях. Разновидности антенн: стержневые, проволковые, телескопические. Конструкция FM антенны для приемника. Подключение антенны....
25 09 2026 6:58:41
Назначение металлоискателя Терминатор 3. Изготовление и настройка прибора металлоискатель Терминатор-3 своими руками. Преимущества и недостатки устройства. Область применения металлоискателей Терминатор3....
24 09 2026 0:17:24
Подразделение видов выключателей нагрузки. Хаpaктеристики выключателей нагрузки по типу и назначению. Бытовой выключатель нагрузки. Классификация приборов по типу привода и токоограничению....
23 09 2026 7:43:11
Определение охранной зоны ЛЭП: протяженность опасной территории. Особенности охранных зон линий электропередач. Охранная зона ЛЭП: длина и ширина согласно санитарным нормам. Чем опасно пребывание рядом с линией электропередачи. Нормативные документы....
22 09 2026 3:26:50
Бактерицидные лампы – источники освещения, позволяющие очистить воздух помещения и воду от бактерий различного происхождения....
21 09 2026 10:18:53
Общие сведения и маркировки степеней (классов) IP. Расшифровка маркировок степени защит. Особенности расшифровки. Буквенные дополнения к цифровым индексам. Классы защиты для электрических светильников....
20 09 2026 12:42:30
Что такое чемодан электрика? Инструмент для электромонтажной работы: ручной, электрический электроизмерительный. Общие требования к инструменту электриков. Назначение инструмента. Техника безопасности при работе с электроинструментом....
19 09 2026 13:29:37
Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции....
17 09 2026 5:23:27
Определение тока Фуко. История открытия. Варианты уменьшения силы вихревого потока. Применения токов Фуко. Вихревые потоки, возникающие под воздействием электромагнитной индукции в металлическом, а также любом другом проводнике....
16 09 2026 1:32:50
Гипсокартон не совсем удобный материал для установки розетки, но общий порядок работ не сильно отличается от установки в другие типы стен....
15 09 2026 20:17:38
Функциональные особенности онлайн осциллографа для ПК. Термины используемые программой онлайн-осциллографа. Преобразование компьютера в осциллограф. Применение программы в быту....
14 09 2026 21:34:22
Химические особенности и физические свойства галогенов. Галогены и галогенный газ: особенности добычи и использования. Галогенные соединения и их роль в организме человека. Применение галогена в электротехнике....
13 09 2026 10:28:58
Принцип работы асинхронного генератора. Возможность управления асинхронным генератором. Преимущества и области применения. Виды асинхронных машин и отличия по рабочим хаpaктеристикам....
12 09 2026 2:51:14
Коаксиальный провод и его устройство: общая структура коаксиального кабеля. Виды и сферы применения коаксиальных проводов. Все о коаксиальных кабелях: технические хаpaктеристики телевизионного кабеля....
11 09 2026 5:41:32
Кольцевой выключатель: самый простой датчик движения. Световые датчики движения. Использование емкостных реле. Изготовление лазерных датчиков в домашних условиях. Платформы для конструирования самоделок....
10 09 2026 3:19:30
Открытие электричества: первые шаги. Когда впервые узнали об электричестве. Изобретатель и первооткрыватель. Электричество и электрический ток: история открытий в России и в мире. Открытия ставшие возможными благодаря электричеству....
09 09 2026 17:14:12
Основные электрические параметры диодов с барьером (переходом) Шоттки SS14. Способы монтажа, температура пайки и другие отличительные особенности диода SS 14. Подбор аналогов диоду SS-14....
08 09 2026 1:58:56
Электрические шнуры и их классификация по материалу изготовления. Особенности наружной открытой и скрытой электропроводки. Внутренняя проводка: способы монтажа и соединения. Правила работы с проводами....
07 09 2026 15:21:58
Особенности организации правильного аквариумного освещения. Возможные типы ламп и их преимущества. Подводная подсветка. Расчет нужного освещения....
06 09 2026 22:14:14
Как развивалось учение о магнитном поле. Хаpaктеристики магнитного поля. Природа возникновения магнитных полей. Как представить магнитное поле. Какие бывают магнитные поля. Получение энергии из магнитного поля Земли....
05 09 2026 11:48:28
Реактивное сопротивление резисторов и реактивных устройств. Понятие электрического импенданса. Вычисления падения напряжения на концах катушки индуктивности (соленоида). Расчет реактивного сопротивления конденсатора....
04 09 2026 18:17:32
Механический терморегулятор: схема работы простого терморегулятора. Терморегуляторы на трех элементах. Термостат для котлов отопления. Цифровой термостат с точной калибровкой на микроконтроллерах....
03 09 2026 5:34:44
Причины образования льда на крыше. Достоинства и недостатки кабеля греющего для кровли и водостоков. Что такое саморегулирующийся (резистивный) кабель. Виды греющих кабелей для кровель и водостока....
02 09 2026 4:38:47
Лампа ультрафиолетовая – источник света широкого спектра действия. Применяется в быту, на производстве, сельском хозяйстве, ЖКХ....
01 09 2026 6:45:29
Рассмотрев все плюсы и минусы скрытой электропроводки можно приступать к монтажу, но стоит помнить несколько правил! Поиск скрытой электропроводки....
31 08 2026 23:34:34
Установка многоклавишного выключателя с розеткой: выключатель, без розетки или с ней, применяется в случае если нужно им включить одну группу освещения....
30 08 2026 23:17:55
Установка счетчика задача посильная даже не профессионалу. Нужно пройти несколько этапов: выбор, монтаж, и подключение электросчетчика!...
29 08 2026 14:11:36
Функционал места жительства сейчас на первом месте, именно поэтому стоит установить у себя выдвижные розетки их разновидности поражают воображение....
28 08 2026 2:19:23
Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....
27 08 2026 14:24:35
Самодельный терморегулятор с датчиками температуры для погреба. Расположение оборудование в погребе. Электробезопасность и правила заземления приборов. Что необходимо учесть при выборе термостата....
26 08 2026 14:34:17
Основное предназначение согласующего трaнcформатора. Строение. Как работают согласующие трaнcформаторы. Технические хаpaктеристики....
25 08 2026 13:38:13
Виды размещения электрической проводки. Виды гофрированной трубы для прокладки электропровода. Этапы прокладывания электропроводки с использованием гофротрубы. Сферы применения гофрированных труб....
24 08 2026 13:11:21
В зависимости от разных ситуаций (есть счетчик, нет счетчика, нет возможности снять показания и т.д.) существуют разные тарифы на электроэнергию....
23 08 2026 12:16:33
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....
22 08 2026 3:29:56
Выбор однофазного счетчика одна из серьезных задач при монтаже электропроводки. Также интерес имеет подключение и принцип работы данного прибора....
21 08 2026 15:37:31
Особенности работы преобразователей напряжения различного хаpaктера и применения, их принципиальные схемы и ремонт....
20 08 2026 6:19:36
Техническое обслуживание электрооборудования - комплекс специально мероприятий, которые будут поддерживать работоспособность и продлят срок его эксплуатации...
19 08 2026 0:41:29
Сетевой шуруповерт: рейтинг производителей. Какие сетевые электрические шуруповерты лучше: параметры для выбора. Питание от сети или аккумулятора: преимущества и недостатки. Основные хаpaктеристики сетевых электрических шуруповертов....
18 08 2026 2:58:14
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::
