Меню

Литиевые аккумуляторы виды напряжение

Литиевые батарейки или долговечные источники питания

Литиевые источники питания требуются для многих электронных приборов. В статье будут рассмотрены распространенные ионно-литиевые батареи li-ion.

литиевые батарейки

Состав литиумного источника питания

Литиевая батарейка основана на работе необратимо-окислительной реакции. Анодом выступает металлический литий, твердым катодом могут использоваться оксид марганца, дисульфид железа, оксид меди, из жидких стоит отметить оксид серы, тионилхлорид. При этом из окислителей применяется активный литий, эффективно отделяющий электроны.

Типы литиевых батареек

Одним из признаков классификации накопителей выступает вид основного активного вещества:

  • Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные источники (NCA)
  • Литий-марганцевые АКБ
  • Литий-кобальтовые АКБ.
  • Литий-железо-фосфатные накопители
  • Литий-титанатные источники
  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Батарейка литий-тионилхлоридная

Одним из важных показателей выбора аккумулятора является рабочее напряжение.

Рассмотрим лишь некоторые из них.

Литиевые батарейки 3В используют только в специально предназначенных гаджетах, их нельзя использовать в дистанционных пультах управления или обычных домашних часах.

Литиевая батарея 6В может применяться в источниках бесперебойного питания, детских машинках аккумуляторного типа и многих других.

Литиевая батарея 12 вольт применяется помимо установки в ИБП в автономных инструментах, например в шуруповерте.

Маркировка

Какая же должна быть маркировка у ионно-литиевых батарей? Согласно требованиям организации IEC на корпусе АКБ должны обозначаться следующие показатели:

  1. Емкость литиумной батарейки
  2. Размеры литиевых батареек
  3. Состав
  4. Класс
  5. Напряжение

Обозначение литиевых батареек – сочетание букв «CR». Следующая цифра указывает типоразмер. Таблица ниже показывает их калибровку.

Наименование Маркировка Напряжение, В
Большие круглые, D 20 1,5
Малые круглые, С 14 1,5
Пальчиковые, АА 6 1,5
Микропальчиковые, ААА 03 1,5
«Крона», РР3 6/22 9,0

Зарядка накопителей энергии

У многих возникает вопрос, можно ли заряжать батарейки li-ion? Однозначно, перезаряжать можно только специально предназначенные элементы, так называемые аккумуляторные батареи.

Типовые разновидности аккумуляторных источников и какие аккумуляторы лучше?

Среди разновидностей аккумуляторов выделяют ионные (li-ion) и полимерные (li-pol) накопители. Подробнее сделать анализ поможет таблица сравнительной характеристики литиевых батареек.

Характеристики Литий-ионные батареи Литий-полимерные батареи
Особенности конструкции Продуктивность зависит от размещения элементов внутри блока Исключено присутствие жидкого электролита
Типоразмеры литиевых батареек Небольшой набор вариантов Широкий выбор вне зависимости от формата ячеек
Энергоемкость Высокая Низкая, количество перезарядов ниже
Вес Незначительно выше Низкий
Емкость Не большая В два раза больше при одинаковом объеме
Срок эксплуатации Не имеет значительных отклонений Не имеет значительных отклонений
Время зарядки Продолжительное Ощутимо меньше
Износ Сравнимо выше Ниже
Безопасность (риск возгорания) Низкая (риск взрыва) Выше (имеется встроенная защита)
Стоимость Ниже Выше

Сегодня полным ходом идет разработка новых литий-металлических элементов (li-metal) повышенной безопасности и с увеличенным сроком службы.

Литий-металлические батареи достаточно перспективны для замены li-ion и li-pol источников.

Особенности зарядки литий полимерного аккумулятора

Для поддержания постоянно полного объема источника питания необходимо проводить зарядку по графику, а именно, после разрядки через 500 часов эксплуатации оборудования.

Подзарядка литиевых батареек

Полимерная батарея чувствительна к механическим повреждениям, переохлаждению, а также к перепадам напряжения и перегрузкам, поэтому подключать аккумулятор стоит только к стабильной электросети.

Как восстановить литиевой накопитель

Срок службы литиевой батареи достаточно длителен, но рано или поздно она теряет первоначальную емкость. Поэтому многие озадачились вопросом восстановления аккумулятора.

Рассмотрим два способа восстановления накопителя.

Первый способ кажется сомнительным, но является самым простым и, со слов умельцев, часто срабатывает. Необходимо:

  1. поместить источник питания в морозилку на 30-40 минут
  2. после извлечения сразу поставить заряжаться на несколько минут
  3. затем оставить для выравнивания температуры до комнатной
  4. и только потом продолжить заряжать.

Контроллер часто прекращает блокировать работу элемента.

Второй способ стоит попробовать если стандартная зарядка и мероприятия с морозильной камерой не помогли. Суть метода заключается в отсоединении защитной платы согласно следующему порядку действий:

  1. тестером измерьте напряжение АКБ (при нулевых показателях можете продолжать)
  2. аккуратно отключите плату защиты
  3. повторно измерьте напряжение (должно увеличиться максимум до 2,5В)
  4. подключите к зарядке (с возможностью регулирования тока) и установите параметры тока 100 мА и напряжения 4,2В продолжительностью 10-15 минут
  5. обязательно контролируйте напряжение (не должно подниматься выше 3,2В), при нагревании элемента срочно прекратите зарядку
  6. после достижения необходимых показателей тока и напряжения верните плату на прежнее место и заряжайте при обычном режиме.

Сколько времени заряжать литиевые батарейки

Сейчас широко используются зарядные устройства с индикаторами уровня заряда, но если вы не располагаете подобным гаджетом, можете рассчитать необходимое время по следующей формуле:

Читайте также:  Ремонт бытовой техники после скачка напряжения

T (время) = 1.4*Y(мА*ч)/X (мА), где 1,4 – коэффициент теплоотдачи.

Как проверить источник питания?

Проще и быстрее всего проверить заряд источника питания мультиметром.

Существует два способа проверки:

  1. Проверка без нагрузки. При показателях от 1,35В и выше можно говорить о полной исправности элемента.
  2. Проверка с нагрузкой позволяет точнее отбраковать накопители с низким напряжением. Для этого необходимо проводить измерение при функционирующем элементе питания.

Как заменить АКБ?

Замена слабых одноразовых источников питания сильно бьет по финансам. Поэтому многие задумываются о приобретении перезаряжаемых батареек. Наиболее подходящими для этих целей, несомненно, являются литиумные АКБ.

Особенной популярностью в поисковиках сети Интернет пользуются запросы о переходе старых модификаций шуруповертов на литиумные аккумуляторы. Для этих целей необходимо только подобрать подходящие для шуруповерта литиумные аналоги того же размера и напряжения.

Сколько стоит литиевая батарейка?

Одними из самых дешевых элементов являются дисковые батарейки литиевые. В простонародье называемые литиевые батарейки таблетки применяются для энергоснабжения часов, весов, процессоров и других гаджетов с небольшим энергопотреблением. Стоимость «таблеток» начинается от 10 рублей и ограничивается лишь аппетитами производителей и дистрибьюторов.

Высшую же планку сложно определить из-за огромного разнообразия. Но можно сказать однозначно, что, как и на все технологические новинки стоимость снижается благодаря повышению эффективности производства и увеличения количества производителей.

Производство батарей

Литиевые батареи большой емкости используются при производстве электромобилей. Благодаря повышенной популярности последних прогнозируется открытие большого количества фабрик по производству этих накопителей. По оценкам различных консалтинговых компаний скоро будет действовать около 26 подобных крупных заводов. Часть из них уже функционируют, запуск остальных планируется до 2021 года.

Дополнительная информация о литиевых батарейках

Данные элементы питания являются наиболее эффективными и способны выдерживать большие нагрузки. Пользователи выделяют ряд плюсов: повышенный энергетический объем, стабильно держит напряжение, высокая емкость. Как и другие элементы питания литиевые батарейки имеют в своем строении анод, катод, сепаратор и диафрагму. Два последних элемента служат диэлектриком. В данном источнике энергии использована специальная пропитка для диафрагмы.

Литиевая батарейка

Основное отличие от солевых и щелочных элементов питания заключается в долгом сроке службы. Этого удалось достичь за счет применения особой технологии которая позволяет избавить Li-ion накопители энергии от зависимости нагрузочного тока. У них этого нет. В связи с этим хранить их можно до 12 лет. Не смотря на всю сложность процесса изготовления, производители научились выпускать разные типы литиевых батареек. Такие элементы питания спокойно переносят перепады температуры и способны долгое время работать при долгих и постоянных нагрузках.

Электролит используемый в литиевых батарейках

  1. тионилхлорид.
  2. диоксид марганца;
  3. полифторуглеродные соединения;
  4. серный диоксид;
  5. йод;
  6. оксид меди;
  7. дисульфид железа;

Номинальное напряжение такой батареи равно 3.7 вольт. Из лития получаются элементы малой массы и очень тонкие. По сути это мягкий и пластичный металл.

Изготавливать данные источники тока стали в начале 70-х годов. Изначально опыты с этими батареями не удавались и все оканчивалось взрывом. Но через некоторое время все недочеты удалось устранить. Несмотря на это пользоваться литиевыми батарейками нужно соблюдая инструкцию по эксплуатации.

Чтобы создать из лития безопасный источник питания пришлось совместить его с твердо органическими электролитами. В результате этого вышел более мощный и миниатюрный аккумуляторный элемент. 2 батареи из лития на 3 вольта могут запросто стать заменой 4-5 щелочным.

Защита

Чтобы литиевые батарейки работали стабильно и надежно было принято решение внедрить в их конструкцию специальную защитную плату. Вот от чего она защищает:

  1. Сильного нагрева.
  2. Перезаряда.
  3. Замыкания.
  4. Переразряда.

Она припаяна к клеймам полюсов. В нее встроен контроллер, который следит за состоянием заряда. В случае перезаряда более 4,25 V он отключит ее от ЗУ.

Как зарядить литиевые батарейки?

По сути батарейки зарядить нельзя особенно если на них есть надпись do not recharge. Если ваш элемент аккумуляторного типа, то подзаряд идет по следующей схеме.

Заряд происходит в 2 этапа.

  1. Постоянным тока с параметрами 0.2-0.5 С. Буква «C» означает емкость. Так как в батарею встроена защитная плата напряжение на холостом ходу не должно быть более 7 вольт. Когда уровень напряжения поднимется до отметки в 4.2 V это означает что элемент питания подзарядился на 80%.
  2. Подзарядка выполняется постоянным U. Показатель уровня тока должен быть снижающимся. ЗУ должно поддерживать напряжение на уровне 4,1-4.2 V. Так же оно регулирует ток, который постепенно падает. Когда он упадет до 0,05-0,01 C процесс зарядки можно завершить. На этом этапе аккумулятор полностью добирает емкость до 100%.
Читайте также:  Как снять напряжение височных мышц

Желательно использовать зарядник с показателями напряжения.

Литиевые батарейки плохо переносят перезаряд поэтому их нужно вовремя отключить.

Где используются литиевые батарейки?

Область применения таких источников тока многообразна. Например, их можно поставить в будильник, пульт, электронные весы. Но лучше всего они проявят себя в устройствах с высоким энергопотреблением. Например, это фотоаппараты, вспышки, игрушки, медицинское оборудование, военной промышленности, компьютерной технике.

Плюсы и минусы литиевых батареек

Основное их преимущество заключается в том, что они могут иметь большую емкость при малых размерах.

Список плюсов

  1. Неприхотливы в обслуживании.
  2. При различных данных разрядного тока обеспечиваются стабильные параметры.
  3. Устойчивы к температурным перепадам из-за отсутствия воды.
  4. Постоянное напряжение.
  5. Малый вес.
  6. Высокая энергоемкость и энергоплотность.
  7. Емкость не зависит от тока нагрузки, подходит для мощных устройств.
  8. Длительное время хранения.

Основным недостатком данного накопителя тока является его стоимость. Зато длительное время не придется его менять.

Виды и типоразмеры литиевых элементов питания

В продаже можно встретить такие варианты:

  • FR
  • Li-FeS2.
  • CR

Между собой они отличаются формой и могут быть цилиндрическими, квадратными или дискообразными.

Классификация Соединенных Штатов Америки

  • FR6 (AA).CR. Плоские таблеточные элементы.
  • FR03 (AAA).
  • CR-V9 (Lithium PP3). Девяти вольтовая батарейка крона.
  • CR2 и CR123. Выполняются в виде круглых бочонков.

Некоторые параметры можно обнаружить на корпусе устройства. Например, это может быть напряжение, емкость, класс, год производства.

Отличие литиевых батареек от солевых и щелочных

  • Щелочные служат до 3-5 лет. Среди этих 3-х видов они являются твердыми средниками. Иначе их называют алкалиновыми. Они отлично себя зарекомендовали в пультах, игрушках, фонариках, радиоприемниках и других мало мощных приборах.
  • Литиевые батарейки работают дольше солевых и щелочных. Они отлично подходят для фото аппаратуры, медицинского оборудования.
  • Солевые являются самыми дешевыми, но и самыми слабыми. Могут храниться около 3-х лет. Отлично подходят для пультов, фонарей, игрушек, калькуляторов, таймеров, весов.

Отличие литиевых от солевых и алкалиновых

В основном выше перечисленные батарейки между собой отличаются сроком службы и емкостью.

Правила безопасности

  • Не следует припаивать провод к контактам.
  • Транспортировка литиевой батарейки осуществляется в специальном контейнере/футляре.
  • Не нужно держать ее на солнце.
  • Запрещается класть батарею в карман с металлическими предметами.

Устройство литиевой батарейки

По конструкции выделяют 2 варианта:

  1. Спиральные.
  2. Бобинные.

Строение лб2

Спиральные элементы обладают масштабной поверхностью лития. При импульсном токе они отдают до 4 А, а при постоянном до 0,1-1,8. За год данные элементы питания теряют 10% своей емкости от исходной. В торговых точках можно встретить призматические, в форме таблеток или круглые батареи подобного типа.

строение литиевой батарейки

Основные крупные производители:

  1. Varta,
  2. Minamoto,
  3. Tekcell
  4. Robiton,
  5. SAFT,
  6. EVE,

Бобинные источники тока могут проработать целых 20 лет. Используются в устройствах с током потребления не более 150 mA.

Источник



Литиевые аккумуляторы

Типы литиевых аккумуляторов и их особенности

Литиевые аккумуляторы

Среди самых современных аккумуляторов особое место занимают литиевые. В химии литий из металлов самый активный.

Он обладает огромным ресурсом хранения энергии. 1 кг лития способен хранить 3860 ампер-часов. Хорошо известный цинк сильно отстаёт. У него этот показатель равен 820 ампер-часов.

Элементы на основе лития могут вырабатывать напряжение до 3,7V. Но лабораторные образцы способны вырабатывать напряжение около 4.5V.

В современных литиевых аккумуляторах чистый литий не применяется.

Сейчас распространены 3 типа литиевых аккумуляторов:

Литий-ионные (Li-ion). Номинальное напряжение (Uном.) – 3,6V;

Литий-полимерные (Li-Po, Li-polymer или «липо»). Uном. – 3,7V;

Литий-железо фосфатные (Li-Fe или LFP). Uном. – 3,3V.

Все эти типы литиевых аккумуляторов различаются материалом катода или электролита. В Li-ion используется катод из кобальтата лития LiCoO2, в Li-Po применён электролит из гелеобразного полимера, а в Li-Fe используется катод из литий-ферро-фосфата LiFePO4.

Любой литиевый аккумулятор (или устройство в котором он работает) оснащён небольшой электронной схемой — контроллером заряда/разряда. Так как аккумуляторы на основе лития очень чувствительны к перезаряду и глубокому разряду, это необходимо. Если «расковырять» любой литиевый аккумулятор от сотового телефона, то в нём можно обнаружить небольшую электронную схему — это и есть защитный контроллер (Protection IC).

Читайте также:  Метод узлового напряжения примеры решения задач

Если встроенного контроллера (или супервизора заряда) в литиевой батареи нет, то такой аккумулятор называют незащищённым. В таком случае контроллер встроен в прибор, который питается от такой батареи, а зарядка возможна только от прибора или от специального зарядного устройства.

На фото показан незащищённый Li-Po аккумулятор Turnigy 2200 mAh 3C 25C Lipo Pack. Данная акк.батарея состоит из 3 последовательно включенных ячеек (3C — 3 cell) по 3,7V и поэтому имеет балансировочный разъём. Продолжительный ток разряда может достигать 25С, т.е. 25 * 2200 мА = 55000 мА = 55 А! А кратковременный ток разряда (10 сек.) — 35С!

LiPo-аккумулятор на 11,1V ёмкостью 2200 мА/ч.

Для литиевых батарей, которые представляют собой несколько последовательно включенных ячеек, требуется сложное зарядное устройство, оснащённое балансиром. Такой функционал реализован, например, в таких универсальных зарядных устройствах, как Turnigy Accucell 6 и IMAX B6.

Балансир нужен для того, чтобы во время заряда составной литиевой батареи выровнять напряжение на отдельных ячейках. Из-за различий между ячейками одни могут заряжаться быстрее, а другие медленнее. Поэтому применяется специальная схема шунтирования зарядного тока.

Вот такую распайку имеют балансировочный и силовой шлейф у LiPo-аккумулятора на 11,1V.

Схема распайки балансировочных и силовых шлейфов у литиевого аккумулятора

Как известно, перезаряд ячейки литиевого аккумулятора (особенно Li-Polymer) свыше 4,2V может привести к взрыву или самовозгоранию. Поэтому во время заряда необходимо контролировать напряжение на каждой ячейке составной батареи аккумулятора!

Правильная зарядка литиевых аккумуляторов.

Литиевые аккумуляторы (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) заряжаются по методу CC/CV («постоянный ток/постоянное напряжение»). Метод заключается в том, что сначала, когда напряжение на элементе мало, его заряжают постоянным током (constant current) определённой величины. При достижении напряжения на элементе (например, до 4,2V – зависит от типа аккумулятора), контроллер заряда поддерживает постоянное напряжение (constant voltage) на нём.

Первая стадия заряда литиевого аккумулятора – CC – реализуется за счёт обратной связи. Контроллер так подбирает напряжение на элементе, чтобы ток заряда был строго постоянной величины.

В течение первой стадии заряда литиевый аккумулятор накапливает большую часть мощности (60 – 80 %).

Вторая стадия заряда – CV — начинается тогда, когда напряжение на элементе достигает определённого порогового уровня (например, в 4,2V). После этого контроллер просто поддерживает постоянное напряжение на элементе и отдаёт ему тот ток, который ему необходим. К концу заряда ток снижается до значения 30 – 10 мА. При таком токе элемент считается заряженным.

Во время второй стадии аккумулятор накапливает оставшиеся 40 – 20 % мощности.

Стоит отметить, что превышение порогового напряжения на литиевом аккумуляторе чревато его чрезмерным перегревом и даже взрывом!

При зарядке литиевых аккумуляторов рекомендуется помещать их в невозгораемый пакет. Это особенно актуально для аккумуляторов, которые не имеют специального бокса. Например, такие, которые применяются в радиоуправляемых моделях (авто-, авиа- моделирование).

Недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Основным и самым пугающим недостатком аккумуляторов на основе лития, я бы назвал их пожароопасность при превышении рабочего напряжения, перегреве, неправильном заряде и безграмотной эксплуатации. Особенно много нареканий относительно литий-полимерных (Li-Polymer) аккумуляторов. Однако, литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы не имеют такой негативной особенности — они пожаробезопасны.

Также литиевые аккумуляторы очень боятся холода – быстро теряют свою ёмкость и перестают заряжаться. Это относится к Li-ion и Li-Po аккумуляторам. Литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы более устойчивы к морозу. Собственно, это одно из положительных качеств Li-Fe аккумуляторов.

Недостатком литиевых аккумуляторов является и то, что они требуют наличия специального контроллера заряда – электронной схемы. А в случае составной аккумуляторной батареи и балансира.

При глубоком разряде литиевые аккумуляторы теряют свои первоначальные свойства. Особенно глубокого разряда боятся Li-ion и Li-Po аккумуляторы. Даже после восстановления такой аккумулятор будет иметь меньшую ёмкость.

Если литиевый аккумулятор не будет «работать» долгое время, то сначала напряжение на нём снизится до порогового уровня (как правило 3,2-3,3V). Электронная схема полностью отключит ячейку аккумулятора, а затем начнётся глубокий разряд. Если напряжение на ячейке снизится до 2,5V, то это может привести к выходу её из строя.

Поэтому стоит время от времени подзаряжать аккумуляторы ноутбуков, сотовых телефонов, mp3-плееров во время длительного простоя.

Обычно срок службы рядового литиевого аккумулятора составляет 3 — 5 лет. Спустя 3 года ёмкость аккумулятора начинает довольно заметно уменьшаться.

Источник