Chercher

Η μηχανική σκέψη εξελίσσεται συνεχώς: διεγείρεται από συνεχώς αναδυόμενα προβλήματα που απαιτούν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για να επιλυθούν. Κάποτε, οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου (NiCd) αντικαταστάθηκαν από υδρίδιο νικελίου-μετάλλου (NiMH) και τώρα οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου) προσπαθούν να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου). Οι μπαταρίες NiMH έχουν αντικαταστήσει σε κάποιο βαθμό το NiCd, αλλά λόγω τέτοιων αναμφισβήτητων πλεονεκτημάτων του τελευταίου, όπως η ικανότητα παροχής υψηλού ρεύματος, χαμηλού κόστους και μεγάλης διάρκειας ζωής, δεν μπορούσαν να παρέχουν την πλήρη αντικατάστασή τους. Τι γίνεται όμως με τις μπαταρίες λιθίου; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους και σε τι διαφέρουν οι μπαταρίες Li-pol από τις μπαταρίες Li-ion; Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε αυτό το ζήτημα.

Κατά κανόνα, όταν αγοράζουμε ένα κινητό τηλέφωνο ή φορητό υπολογιστή, δεν σκεφτόμαστε όλοι τι είδους μπαταρία υπάρχει μέσα και πώς διαφέρουν αυτές οι συσκευές γενικά. Και μόνο τότε, έχοντας συναντήσει στην πράξη τις καταναλωτικές ιδιότητες ορισμένων μπαταριών, αρχίζουμε να αναλύουμε και να επιλέγουμε. Για όσους βιάζονται και θέλουν να λάβουν αμέσως μια απάντηση στο ερώτημα ποια μπαταρία είναι η βέλτιστη για ένα κινητό τηλέφωνο, θα απαντήσω εν συντομία - Li-ion. Οι παρακάτω πληροφορίες προορίζονται για τους περίεργους.

Πρώτα, μια σύντομη εκδρομή στην ιστορία.

Τα πρώτα πειράματα για τη δημιουργία μπαταριών λιθίου ξεκίνησαν το 1912, αλλά μόλις έξι δεκαετίες αργότερα, στις αρχές της δεκαετίας του '70, εισήχθησαν για πρώτη φορά σε οικιακές συσκευές. Επιπλέον, να τονίσω, ήταν απλώς μπαταρίες. Οι επόμενες προσπάθειες για την ανάπτυξη μπαταριών λιθίου (επαναφορτιζόμενες μπαταρίες) απέτυχαν λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια. Το λίθιο, το ελαφρύτερο από όλα τα μέταλλα, έχει το μεγαλύτερο ηλεκτροχημικό δυναμικό και παρέχει τη μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια μετάλλου λιθίου χαρακτηρίζονται τόσο από υψηλή τάση όσο και από εξαιρετική χωρητικότητα. Αλλά ως αποτέλεσμα πολυάριθμων μελετών στη δεκαετία του '80, διαπιστώθηκε ότι η κυκλική λειτουργία (φόρτιση - εκφόρτιση) των μπαταριών λιθίου οδηγεί σε αλλαγές στο ηλεκτρόδιο λιθίου, ως αποτέλεσμα των οποίων η θερμική σταθερότητα μειώνεται και υπάρχει κίνδυνος θερμικής κατάστασης βγαίνοντας εκτός ελέγχου. Όταν συμβεί αυτό, η θερμοκρασία του στοιχείου πλησιάζει γρήγορα το σημείο τήξης του λιθίου - και ξεκινά μια βίαιη αντίδραση, που αναφλέγει τα αέρια που απελευθερώνονται. Για παράδειγμα, ένας μεγάλος αριθμός μπαταριών κινητών τηλεφώνων λιθίου που είχαν αποσταλεί στην Ιαπωνία το 1991 ανακλήθηκαν μετά από πολλά περιστατικά πυρκαγιάς.

Λόγω της εγγενούς αστάθειας του λιθίου, οι ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους σε μη μεταλλικές μπαταρίες λιθίου που βασίζονται σε ιόντα λιθίου. Έχοντας χάσει λίγο σε ενεργειακή πυκνότητα και λαμβάνοντας κάποιες προφυλάξεις κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, έλαβαν ασφαλέστερες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι συνήθως διπλάσια από αυτή του τυπικού NiCd και στο μέλλον, χάρη στη χρήση νέων ενεργών υλικών, αναμένεται να αυξηθεί ακόμη περισσότερο και να επιτευχθεί τριπλάσια υπεροχή έναντι του NiCd. Εκτός από τη μεγάλη χωρητικότητα, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου συμπεριφέρονται παρόμοια με τα NiCds όταν αποφορτίζονται (τα χαρακτηριστικά εκφόρτισής τους είναι παρόμοια σε σχήμα και διαφέρουν μόνο ως προς την τάση).

Σήμερα υπάρχουν πολλές ποικιλίες μπαταριών Li-ion και μπορείτε να μιλήσετε για μεγάλο χρονικό διάστημα για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του ενός ή του άλλου τύπου, αλλά είναι αδύνατο να τα διακρίνετε από την εμφάνιση. Επομένως, θα σημειώσουμε μόνο εκείνα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που είναι χαρακτηριστικά όλων των τύπων αυτών των συσκευών και θα εξετάσουμε τους λόγους που οδήγησαν στη γέννηση των μπαταριών λιθίου-πολυμερούς.

Κύρια πλεονεκτήματα.

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και, κατά συνέπεια, υψηλή χωρητικότητα με τις ίδιες διαστάσεις σε σύγκριση με τις μπαταρίες με βάση το νικέλιο.
• Χαμηλή αυτοεκφόρτιση.
• Υψηλή τάση ανά στοιχείο (3,6 V έναντι 1,2 V για NiCd και NiMH), γεγονός που απλοποιεί τη σχεδίαση - συχνά η μπαταρία αποτελείται από μόνο ένα στοιχείο. Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν σήμερα ακριβώς μια τέτοια μπαταρία ενός κυττάρου σε κινητά τηλέφωνα (θυμηθείτε τη Nokia). Ωστόσο, για να παρέχεται η ίδια ισχύς, πρέπει να παρέχεται υψηλότερο ρεύμα. Και αυτό απαιτεί τη διασφάλιση χαμηλής εσωτερικής αντίστασης του στοιχείου.
• Το χαμηλό κόστος συντήρησης (λειτουργίας) προκύπτει από την απουσία εφέ μνήμης, που απαιτεί περιοδικούς κύκλους εκφόρτισης για την αποκατάσταση της χωρητικότητας.

Ελαττώματα.

Η τεχνολογία κατασκευής μπαταριών Li-ion βελτιώνεται συνεχώς. Ενημερώνεται περίπου κάθε έξι μήνες και είναι δύσκολο να κατανοήσουμε πώς «συμπεριφέρονται» οι νέες μπαταρίες μετά από μακροχρόνια αποθήκευση.

Με μια λέξη, μια μπαταρία Li-ion θα ήταν καλή για όλους αν δεν υπήρχαν τα προβλήματα διασφάλισης της ασφάλειας της λειτουργίας της και το υψηλό κόστος. Οι προσπάθειες επίλυσης αυτών των προβλημάτων οδήγησαν στην εμφάνιση μπαταριών πολυμερών λιθίου (Li-pol ή Li-polymer).

Η κύρια διαφορά τους από το Li-ion αντανακλάται στο όνομα και έγκειται στον τύπο του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται. Αρχικά, στη δεκαετία του '70, χρησιμοποιήθηκε ένας ξηρός στερεός πολυμερής ηλεκτρολύτης, παρόμοιος με το πλαστικό φιλμ και δεν αγώγοντας ηλεκτρισμό, αλλά επέτρεπε την ανταλλαγή ιόντων (ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα ή ομάδες ατόμων). Ο ηλεκτρολύτης πολυμερούς αντικαθιστά αποτελεσματικά τον παραδοσιακό πορώδη διαχωριστή που είναι εμποτισμένος με ηλεκτρολύτη.

Αυτός ο σχεδιασμός απλοποιεί τη διαδικασία παραγωγής, είναι ασφαλέστερος και επιτρέπει την παραγωγή λεπτών μπαταριών ελεύθερης μορφής. Επιπλέον, η απουσία υγρού ή ηλεκτρολύτη γέλης εξαλείφει την πιθανότητα ανάφλεξης. Το πάχος του στοιχείου είναι περίπου ένα χιλιοστό, επομένως οι προγραμματιστές εξοπλισμού είναι ελεύθεροι να επιλέξουν το σχήμα, το σχήμα και το μέγεθος, ακόμη και την εφαρμογή του σε θραύσματα ρούχων.

Αλλά μέχρι στιγμής, δυστυχώς, οι μπαταρίες ξηρού πολυμερούς λιθίου έχουν ανεπαρκή ηλεκτρική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Η εσωτερική τους αντίσταση είναι πολύ υψηλή και δεν μπορεί να παρέχει την ποσότητα ρεύματος που απαιτείται για τις σύγχρονες επικοινωνίες και την παροχή ρεύματος στους σκληρούς δίσκους των φορητών υπολογιστών. Ταυτόχρονα, όταν θερμαίνεται στους 60 °C ή περισσότερο, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του Li-polymer αυξάνεται σε ένα αποδεκτό επίπεδο, αλλά αυτό δεν είναι κατάλληλο για μαζική χρήση.

Οι ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν μπαταρίες Li-polymer με ξηρό στερεό ηλεκτρολύτη που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Τέτοιες μπαταρίες αναμένεται να διατεθούν στο εμπόριο μέχρι το 2005. Θα είναι σταθερά, θα επιτρέπουν 1000 πλήρεις κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και θα έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις σημερινές μπαταρίες Li-ion

Εν τω μεταξύ, ορισμένοι τύποι μπαταριών Li-polymer χρησιμοποιούνται πλέον ως εφεδρικά τροφοδοτικά σε ζεστά κλίματα. Για παράδειγμα, ορισμένοι κατασκευαστές τοποθετούν ειδικά θερμαντικά στοιχεία που διατηρούν μια ευνοϊκή θερμοκρασία για την μπαταρία.

Μπορείτε να ρωτήσετε: πώς μπορεί να είναι αυτό; Οι μπαταρίες Li-polymer πωλούνται ευρέως στην αγορά, οι κατασκευαστές εξοπλίζουν με αυτές τηλέφωνα και υπολογιστές, αλλά εδώ λέμε ότι δεν είναι ακόμη έτοιμες για εμπορική χρήση. Είναι πολύ απλό. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για μπαταρίες όχι με ξηρό στερεό ηλεκτρολύτη. Προκειμένου να αυξηθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μικρών μπαταριών Li-polymer, προστίθεται σε αυτές μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρολύτη που μοιάζει με gel. Και οι περισσότερες μπαταρίες πολυμερούς λιθίου που χρησιμοποιούνται για κινητά τηλέφωνα σήμερα είναι στην πραγματικότητα υβριδικές επειδή περιέχουν ηλεκτρολύτη που μοιάζει με τζελ. Θα ήταν πιο σωστό να τα ονομάσουμε πολυμερή ιόντων λιθίου. Αλλά οι περισσότεροι κατασκευαστές απλώς τα χαρακτηρίζουν ως Li-polymer για διαφημιστικούς σκοπούς. Ας σταθούμε λεπτομερέστερα σε αυτόν τον τύπο μπαταριών λιθίου-πολυμερούς, καθώς αυτή τη στιγμή έχουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον.

Λοιπόν, ποια είναι η διαφορά μεταξύ μπαταριών Li-ion και Li-polymer με προσθήκη ηλεκτρολύτη γέλης; Αν και τα χαρακτηριστικά και η αποτελεσματικότητα και των δύο συστημάτων είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια, η μοναδικότητα της μπαταρίας πολυμερούς Li-ion (μπορείτε να την αποκαλέσετε έτσι) είναι ότι εξακολουθεί να χρησιμοποιεί έναν στερεό ηλεκτρολύτη, που αντικαθιστά έναν πορώδες διαχωριστή. Ο ηλεκτρολύτης γέλης προστίθεται μόνο για την αύξηση της ιοντικής αγωγιμότητας.

Οι τεχνικές δυσκολίες και οι καθυστερήσεις στην αύξηση της παραγωγής καθυστέρησαν την εισαγωγή των μπαταριών πολυμερών Li-ion. Αυτό οφείλεται, σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς, από την επιθυμία επενδυτών που έχουν επενδύσει πολλά χρήματα στην ανάπτυξη και τη μαζική παραγωγή μπαταριών Li-ion να πάρουν πίσω τις επενδύσεις τους. Ως εκ τούτου, δεν βιάζονται να στραφούν σε νέες τεχνολογίες, αν και με τη μαζική παραγωγή μπαταριών πολυμερών ιόντων λιθίου θα είναι φθηνότερες από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Και τώρα για τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των μπαταριών Li-ion και Li-polymer.

Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι πολύ παρόμοια. Η φόρτιση των μπαταριών Li-ion περιγράφεται με αρκετή λεπτομέρεια στο άρθρο. Επιπλέον, θα δώσω μόνο ένα γράφημα (Εικ. 1) από, που θα απεικονίζει τα στάδια φόρτισης, και μικρές επεξηγήσεις σε αυτό.

Ο χρόνος φόρτισης για όλες τις μπαταρίες Li-ion με αρχικό ρεύμα φόρτισης 1C (αριθμητικά ίσο με την ονομαστική τιμή της χωρητικότητας της μπαταρίας) είναι κατά μέσο όρο 3 ώρες. Η πλήρης φόρτιση επιτυγχάνεται όταν η τάση της μπαταρίας είναι ίση με το ανώτερο όριο και όταν το ρεύμα φόρτισης μειώνεται σε επίπεδο περίπου ίσο με το 3% της αρχικής τιμής. Η μπαταρία παραμένει κρύα κατά τη φόρτιση. Όπως φαίνεται από το γράφημα, η διαδικασία φόρτισης αποτελείται από δύο στάδια. Την πρώτη (λίγο περισσότερο από μία ώρα), η τάση αυξάνεται με ένα σχεδόν σταθερό ρεύμα αρχικής φόρτισης 1C έως ότου επιτευχθεί πρώτα το ανώτερο όριο τάσης. Σε αυτό το σημείο, η μπαταρία φορτίζεται περίπου στο 70% της χωρητικότητάς της. Στην αρχή του δεύτερου σταδίου, η τάση παραμένει σχεδόν σταθερή και το ρεύμα μειώνεται μέχρι να φτάσει στο παραπάνω 3%. Μετά από αυτό, η φόρτιση σταματά εντελώς.

Εάν χρειάζεται να διατηρείτε τη μπαταρία φορτισμένη όλη την ώρα, συνιστάται η επαναφόρτιση μετά από 500 ώρες ή 20 ημέρες. Συνήθως πραγματοποιείται όταν η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας μειώνεται στα 4,05 V και σταματά όταν φτάσει τα 4,2 V

Λίγα λόγια για το εύρος θερμοκρασίας κατά τη φόρτιση. Οι περισσότεροι τύποι μπαταριών Li-ion μπορούν να φορτιστούν με ρεύμα 1C σε θερμοκρασίες από 5 έως 45 °C. Σε θερμοκρασίες από 0 έως 5 °C, συνιστάται η φόρτιση με ρεύμα 0,1 C. Απαγορεύεται η φόρτιση σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός. Η βέλτιστη θερμοκρασία για φόρτιση είναι 15 έως 25 °C.

Οι διαδικασίες φόρτισης στις μπαταρίες Li-polymer είναι σχεδόν πανομοιότυπες με αυτές που περιγράφονται παραπάνω, επομένως ο καταναλωτής δεν χρειάζεται απολύτως να γνωρίζει ποιον από τους δύο τύπους μπαταριών έχει στα χέρια του. Και όλοι αυτοί οι φορτιστές που χρησιμοποίησε για μπαταρίες Li-ion είναι κατάλληλοι για Li-polymer.

Και τώρα για τις συνθήκες απόρριψης. Συνήθως, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποφορτίζονται σε τιμή 3,0 V ανά κυψέλη, αν και για ορισμένες ποικιλίες το κατώτερο όριο είναι 2,5 V. Οι κατασκευαστές εξοπλισμού που τροφοδοτείται από μπαταρίες συνήθως σχεδιάζουν συσκευές με όριο διακοπής λειτουργίας 3,0 V (για όλες τις περιπτώσεις). Τι σημαίνει αυτό; Η τάση στην μπαταρία μειώνεται σταδιακά όταν το τηλέφωνο είναι ενεργοποιημένο και μόλις φτάσει τα 3,0 V, η συσκευή θα σας προειδοποιήσει και θα απενεργοποιηθεί. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι έχει σταματήσει να καταναλώνει ενέργεια από την μπαταρία. Απαιτείται ενέργεια, αν και μικρή, για να ανιχνευθεί πότε πατιέται το πλήκτρο λειτουργίας του τηλεφώνου και κάποιες άλλες λειτουργίες. Επιπλέον, η ενέργεια καταναλώνεται από το δικό του κύκλωμα εσωτερικού ελέγχου και προστασίας και η αυτοεκφόρτιση, αν και μικρή, εξακολουθεί να είναι χαρακτηριστική ακόμη και για τις μπαταρίες λιθίου. Ως αποτέλεσμα, εάν οι μπαταρίες λιθίου μείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς επαναφόρτιση, η τάση σε αυτές θα πέσει κάτω από 2,5 V, κάτι που είναι πολύ κακό. Σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα εσωτερικού ελέγχου και προστασίας ενδέχεται να είναι απενεργοποιημένο και δεν θα μπορούν όλοι οι φορτιστές να φορτίζουν τέτοιες μπαταρίες. Επιπλέον, η βαθιά εκφόρτιση επηρεάζει αρνητικά την εσωτερική δομή της ίδιας της μπαταρίας. Μια πλήρως αποφορτισμένη μπαταρία πρέπει να φορτιστεί στο πρώτο στάδιο με ρεύμα μόνο 0,1C. Εν ολίγοις, οι μπαταρίες προτιμούν να είναι σε φορτισμένη κατάσταση παρά σε κατάσταση αποφόρτισης.

Λίγα λόγια για τις συνθήκες θερμοκρασίας κατά την εκφόρτιση (διαβάστε κατά τη λειτουργία).

Γενικά, οι μπαταρίες Li-ion έχουν καλύτερη απόδοση σε θερμοκρασία δωματίου. Η λειτουργία σε θερμότερες συνθήκες θα μειώσει σοβαρά τη διάρκεια ζωής τους. Αν και, για παράδειγμα, μια μπαταρία μολύβδου-οξέος έχει τη μεγαλύτερη χωρητικότητα σε θερμοκρασίες πάνω από 30 °C, η μακροχρόνια λειτουργία σε τέτοιες συνθήκες μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ομοίως, το Li-ion αποδίδει καλύτερα σε υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες αρχικά εξουδετερώνουν την αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας που προκύπτει από τη γήρανση. Ωστόσο, η αυξημένη παραγωγή ενέργειας είναι βραχύβια, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με τη σειρά της προάγει την επιτάχυνση της γήρανσης, που συνοδεύεται από περαιτέρω αύξηση της εσωτερικής αντίστασης.

Οι μόνες εξαιρέσεις αυτή τη στιγμή είναι οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου με ξηρό στερεό πολυμερικό ηλεκτρολύτη. Απαιτούν ζωτική θερμοκρασία από 60 °C έως 100 °C. Και τέτοιες μπαταρίες έχουν βρει τη θέση τους στην αγορά εφεδρικών πηγών σε ζεστά κλίματα. Τοποθετούνται σε θερμομονωμένο περίβλημα με ενσωματωμένα στοιχεία θέρμανσης που τροφοδοτούνται από εξωτερικό δίκτυο. Οι μπαταρίες πολυμερούς ιόντων λιθίου ως εφεδρικές μπαταρίες θεωρούνται ανώτερες σε χωρητικότητα και αντοχή σε σχέση με τις μπαταρίες VRLA, ειδικά σε συνθήκες πεδίου όπου ο έλεγχος θερμοκρασίας δεν είναι δυνατός. Όμως η υψηλή τιμή τους παραμένει περιοριστικός παράγοντας.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η απόδοση των μπαταριών όλων των ηλεκτροχημικών συστημάτων πέφτει απότομα. Ενώ οι μπαταρίες NiMH, SLA και Li-ion σταματούν να λειτουργούν στους -20°C, οι μπαταρίες NiCd συνεχίζουν να λειτουργούν μέχρι τους -40°C. Να σημειώσω μόνο ότι πάλι μιλάμε μόνο για μπαταρίες ευρείας χρήσης.

Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι παρόλο που μια μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει σε χαμηλές θερμοκρασίες, αυτό δεν σημαίνει ότι μπορεί επίσης να φορτιστεί σε αυτές τις συνθήκες. Η επιδεκτικότητα φόρτισης των περισσότερων μπαταριών σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά περιορισμένη και το ρεύμα φόρτισης σε αυτές τις περιπτώσεις θα πρέπει να μειωθεί στους 0,1 C.

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να σημειώσω ότι μπορείτε να κάνετε ερωτήσεις και να συζητήσετε προβλήματα που σχετίζονται με Li-ion, Li-polymer, καθώς και άλλους τύπους μπαταριών, στο φόρουμ στο υποφόρουμ αξεσουάρ.

Κατά τη σύνταξη αυτού του άρθρου, χρησιμοποιήθηκαν υλικά [—Μπαταρίες για φορητές συσκευές και φορητούς υπολογιστές. Αναλυτές μπαταριών.

Ο χρόνος λειτουργίας των σύγχρονων smartphone χωρίς επαναφόρτιση καθορίζεται από την μπαταρία τους και τα χαρακτηριστικά της.

Τι τύποι μπαταριών υπάρχουν;

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου (Ni-Cd) και νικελίου-υδριδίου μετάλλου (Ni-MH) δεν είναι πλέον σχετικές - λειτούργησαν σωστά για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά είχαν μια σειρά από μειονεκτήματα. Τα gadget μας στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούν μπαταρίες με βάση το λίθιο - ιόντων λιθίου (Li-Ion) και πολυμερές λιθίου (Li-Pol).

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά μιας μπαταρίας είναι η χωρητικότητα. Καθορίζει πόση ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει η μπαταρία και πόσο καιρό μπορεί να λειτουργήσει αυτόνομα η συσκευή. Οι πιο συνηθισμένες μπαταρίες είναι αυτές με χωρητικότητα από 2000 έως 3000 mAh (μιλιαμπέρ/ώρα). Οι διαστάσεις των πηγών ιόντων λιθίου παραμένουν πολύ συμπαγείς, σε αντίθεση με τους προκατόχους τους.

Οι μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς διαφέρουν από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε μια ποικιλία γεωμετρικών σχημάτων και, το οποίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό τώρα, στο ελάχιστο πάχος τους, το οποίο ξεκινά από 1 mm. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε πολύ λεπτά smartphone.

Οι μπαταρίες λιθίου έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής εάν χρησιμοποιούνται σωστά. Οι κατασκευαστές πολλών γνωστών smartphone έχουν προβλέψει την αντικατάσταση της μπαταρίας μόνο σε ένα κέντρο σέρβις, καθιστώντας το σώμα της συσκευής μονολιθικό και το πίσω κάλυμμα και την μπαταρία δεν αφαιρούνται. Χωρίς ειδικό εξοπλισμό και γνώσεις, ο χρήστης δεν θα μπορεί να πραγματοποιήσει αυτή τη λειτουργία μόνος του.

Θερμοκρασία κατά τη λειτουργία. Η χωρητικότητα της μπαταρίας επηρεάζεται άμεσα. Οι υψηλές θερμοκρασίες προάγουν την ταχύτερη αποθήκευση ενέργειας σε χαμηλές θερμοκρασίες, η χωρητικότητα μειώνεται σημαντικά. Εάν χρησιμοποιήσετε ένα ανεπαρκώς φορτισμένο, θα εξαντληθεί γρήγορα. Επιπλέον, υπάρχει κίνδυνος να πέσει η φόρτιση στο μηδέν, κάτι που είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο - οι μπαταρίες λιθίου υποφέρουν από πλήρη αποφόρτιση.

Και η αντίθετη κατάσταση. Ένα 100% φορτισμένο smartphone χρησιμοποιείται σε άμεσο ηλιακό φως. Μεταφορικά, σε αυτή την περίπτωση, το 100% της φόρτισης μετατρέπεται σε 110%, και υπάρχει περίσσεια συσσωρευμένης ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της χωρητικότητας.

Με βάση αυτό, αξίζει να παρατηρήσετε τις συνθήκες θερμοκρασίας της λειτουργίας του gadget. Επιπλέον, δεν μιλάμε για φυσική θέρμανση κατά την ενεργό χρήση - μια τέτοια αύξηση της θερμοκρασίας δεν ενέχει κίνδυνο για την μπαταρία

Χρόνος φόρτισης και φορτιστής. Κάθε πηγή λιθίου είναι εξοπλισμένη με έναν ειδικό ελεγκτή, ο οποίος θα πρέπει να την προστατεύει από το υπερβολικό ρεύμα. Όταν επιτευχθεί πλήρης φόρτιση, το εισερχόμενο ρεύμα απενεργοποιείται.

Λάθη και σφάλματα είναι πιθανά στη λειτουργία του ελεγκτή, τα οποία οδηγούν σε υπερφόρτιση. Μερικές φορές αυτό οφείλεται στη χρήση μη αυθεντικών φορτιστών smartphone. Δεν συνιστάται να αφήνετε ένα smartphone που φορτίζει στην πρίζα για μεγάλο χρονικό διάστημα αφού έχει φτάσει σε πλήρη φόρτιση. Πρέπει επίσης να χρησιμοποιήσετε γνήσιους φορτιστές ή αυτούς των οποίων οι παράμετροι είναι .

Οι μπαταρίες λιθίου πρέπει να φορτιστούν χωρίς να περιμένουμε να σβήσει τελείως η συσκευή, για παράδειγμα, στο 10-15% της υπολειπόμενης φόρτισης. Μπορούν να επαναφορτιστούν όποτε είναι δυνατό κατά τη διάρκεια της ημέρας, για παράδειγμα, από τη θύρα USB ενός υπολογιστή εργασίας ή σε ένα αυτοκίνητο. Δεν είναι απαραίτητο να επιτευχθεί πλήρης φόρτιση.

Αποθήκευση. Εάν ο κάτοχος του smartphone σχεδιάζει να μην χρησιμοποιήσει τη συσκευή για μεγάλο χρονικό διάστημα, το συνιστώμενο επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας σε αυτήν την περίπτωση θα πρέπει να είναι περίπου 50%.

Ο αριθμός των κύκλων φόρτισης για μπαταρίες λιθίου είναι περίπου 1200 φορές. Η απλή αριθμητική υποδηλώνει ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας θα διαρκέσει τουλάχιστον 3 χρόνια. Ακολουθώντας τις παραπάνω συστάσεις, μπορείτε να αυξήσετε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Τα πρώτα πειράματα για τη δημιουργία γαλβανικών κυττάρων λιθίου καταγράφηκαν το 1012. Ένα πραγματικά λειτουργικό μοντέλο δημιουργήθηκε το 1940, τα πρώτα αντίγραφα παραγωγής (μη επαναφορτιζόμενα!) εμφανίστηκαν στη δεκαετία του '70 και η θριαμβευτική πορεία αυτού του τύπου μπαταρίας ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του '90, όταν η ιαπωνική εταιρεία Sony κατάφερε να κυριαρχήσει στο εμπορικό της παραγωγή.

Επί του παρόντος, πιστεύεται ότι αυτός είναι ένας από τους πιο υποσχόμενους τομείς για τη δημιουργία αυτόνομων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, παρά το αρκετά υψηλό (σε τρέχον επίπεδο) κόστος τους.

Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι η υψηλή ενεργειακή του πυκνότητα (περίπου 100 W/ώρα ανά 1 κιλό βάρους) και η δυνατότητα εκτέλεσης μεγάλου κύκλου φόρτισης/εκφόρτισης.

Οι μπαταρίες που δημιουργήθηκαν πρόσφατα χαρακτηρίζονται επίσης από έναν εξαιρετικό δείκτη όπως ο χαμηλός ρυθμός αυτοεκφόρτισης (μόνο από 3 έως 5% τον πρώτο μήνα, με επακόλουθη μείωση αυτού του δείκτη). Αυτό επιτρέπει

Και δεν είναι μόνο αυτό - σε σύγκριση με το ευρέως χρησιμοποιούμενο Ni-Cd, το νέο κύκλωμα με τις ίδιες διαστάσεις παρέχει τρεις φορές μεγαλύτερη απόδοση χωρίς ουσιαστικά αρνητικό αποτέλεσμα μνήμης.

Αρνητικά χαρακτηριστικά

μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Πρώτα απ 'όλα, το υψηλό κόστος, η ανάγκη διατήρησης της μπαταρίας σε φορτισμένη κατάσταση και το λεγόμενο «φαινόμενο γήρανσης», το οποίο εκδηλώνεται ακόμη και όταν το γαλβανικό στοιχείο δεν έχει χρησιμοποιηθεί. Η τελευταία δυσάρεστη ιδιότητα εκδηλώνεται με συνεχή μείωση της χωρητικότητας, η οποία μετά από δύο χρόνια μπορεί να οδηγήσει σε πλήρη αποτυχία του προϊόντος.

Η αξιολόγηση των χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου φορτιστή είναι δύσκολη χωρίς να κατανοήσουμε πώς θα πρέπει να προχωρήσει πραγματικά μια υποδειγματική φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου. Επομένως, πριν προχωρήσουμε απευθείας στα διαγράμματα, ας θυμηθούμε μια μικρή θεωρία.

Τι είναι οι μπαταρίες λιθίου;

Ανάλογα με το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το θετικό ηλεκτρόδιο μιας μπαταρίας λιθίου, υπάρχουν διάφορες ποικιλίες:

• με κάθοδο κοβαλτικού λιθίου.
• με μια κάθοδο που βασίζεται σε λιθιωμένο φωσφορικό σίδηρο.
• με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-αλουμίνιο.
• με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-μαγγάνιο.

Όλες αυτές οι μπαταρίες έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά, αλλά επειδή αυτές οι αποχρώσεις δεν έχουν θεμελιώδη σημασία για τον γενικό καταναλωτή, δεν θα εξεταστούν σε αυτό το άρθρο.

Επίσης, όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγονται σε διάφορα μεγέθη και παράγοντες μορφής. Μπορούν να είναι είτε με θήκη (για παράδειγμα, το δημοφιλές 18650 σήμερα) είτε πλαστικοποιημένο ή πρισματικό (μπαταρίες gel-polymer). Οι τελευταίες είναι ερμητικά σφραγισμένες σακούλες από ειδική μεμβράνη, οι οποίες περιέχουν ηλεκτρόδια και μάζα ηλεκτροδίων.

Τα πιο συνηθισμένα μεγέθη μπαταριών ιόντων λιθίου φαίνονται στον παρακάτω πίνακα (όλες έχουν ονομαστική τάση 3,7 βολτ):

Οι εσωτερικές ηλεκτροχημικές διεργασίες προχωρούν με τον ίδιο τρόπο και δεν εξαρτώνται από τον παράγοντα μορφής και τη σχεδίαση της μπαταρίας, επομένως όλα όσα αναφέρονται παρακάτω ισχύουν εξίσου για όλες τις μπαταρίες λιθίου.

Πώς να φορτίζετε σωστά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου

Ο πιο σωστός τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι η φόρτιση σε δύο στάδια. Αυτή είναι η μέθοδος που χρησιμοποιεί η Sony σε όλους τους φορτιστές της. Παρά τον πιο περίπλοκο ελεγκτή φόρτισης, αυτό εξασφαλίζει πληρέστερη φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου χωρίς να μειώνεται η διάρκεια ζωής τους.

Εδώ μιλάμε για προφίλ φόρτισης δύο σταδίων για μπαταρίες λιθίου, που συντομεύεται ως CC/CV (σταθερό ρεύμα, σταθερή τάση). Υπάρχουν επίσης επιλογές με ρεύματα παλμών και βημάτων, αλλά δεν συζητούνται σε αυτό το άρθρο. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη φόρτιση με παλμικό ρεύμα.

Ας δούμε λοιπόν και τα δύο στάδια φόρτισης με περισσότερες λεπτομέρειες.

1. Στο πρώτο στάδιοΠρέπει να διασφαλίζεται σταθερό ρεύμα φόρτισης. Η τρέχουσα τιμή είναι 0,2-0,5 C. Για επιταχυνόμενη φόρτιση, επιτρέπεται η αύξηση του ρεύματος στους 0,5-1,0 C (όπου C είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας).

Για παράδειγμα, για μια μπαταρία χωρητικότητας 3000 mAh, το ονομαστικό ρεύμα φόρτισης στο πρώτο στάδιο είναι 600-1500 mA και το ρεύμα επιταχυνόμενης φόρτισης μπορεί να είναι στην περιοχή 1,5-3A.

Για να διασφαλιστεί ένα σταθερό ρεύμα φόρτισης μιας δεδομένης τιμής, το κύκλωμα φορτιστή πρέπει να μπορεί να αυξήσει την τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Μάλιστα, στο πρώτο στάδιο ο φορτιστής λειτουργεί ως κλασικός σταθεροποιητής ρεύματος.

Σπουδαίος:Εάν σκοπεύετε να φορτίσετε μπαταρίες με ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας (PCB), τότε κατά το σχεδιασμό του κυκλώματος φορτιστή πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η τάση ανοιχτού κυκλώματος του κυκλώματος δεν μπορεί ποτέ να υπερβαίνει τα 6-7 βολτ. Διαφορετικά, μπορεί να καταστραφεί η πλακέτα προστασίας.

Τη στιγμή που η τάση της μπαταρίας αυξάνεται στα 4,2 βολτ, η μπαταρία θα αποκτήσει περίπου το 70-80% της χωρητικότητάς της (η συγκεκριμένη τιμή χωρητικότητας θα εξαρτηθεί από το ρεύμα φόρτισης: με επιταχυνόμενη φόρτιση θα είναι λίγο μικρότερη, με ονομαστική χρέωση - λίγο περισσότερο). Αυτή η στιγμή σηματοδοτεί το τέλος του πρώτου σταδίου φόρτισης και χρησιμεύει ως σήμα για τη μετάβαση στο δεύτερο (και τελευταίο) στάδιο.

2. Δεύτερο στάδιο φόρτισης- αυτό είναι η φόρτιση της μπαταρίας με σταθερή τάση, αλλά με σταδιακά μειούμενο (πτώσιμο) ρεύμα.

Σε αυτό το στάδιο, ο φορτιστής διατηρεί τάση 4,15-4,25 βολτ στην μπαταρία και ελέγχει την τρέχουσα τιμή.

Καθώς αυξάνεται η χωρητικότητα, το ρεύμα φόρτισης θα μειωθεί. Μόλις η τιμή του μειωθεί στους 0,05-0,01C, η διαδικασία φόρτισης θεωρείται ολοκληρωμένη.

Μια σημαντική απόχρωση της σωστής λειτουργίας του φορτιστή είναι η πλήρης αποσύνδεσή του από την μπαταρία μετά την ολοκλήρωση της φόρτισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για τις μπαταρίες λιθίου είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο να παραμένουν υπό υψηλή τάση για μεγάλο χρονικό διάστημα, το οποίο συνήθως παρέχεται από τον φορτιστή (δηλαδή 4,18-4,24 βολτ). Αυτό οδηγεί σε επιταχυνόμενη υποβάθμιση της χημικής σύνθεσης της μπαταρίας και, κατά συνέπεια, σε μείωση της χωρητικότητάς της. Η μακροχρόνια διαμονή σημαίνει δεκάδες ώρες ή περισσότερες.

Κατά το δεύτερο στάδιο φόρτισης, η μπαταρία καταφέρνει να κερδίσει περίπου 0,1-0,15 περισσότερο από τη χωρητικότητά της. Η συνολική φόρτιση της μπαταρίας φτάνει έτσι το 90-95%, που είναι ένας εξαιρετικός δείκτης.

Εξετάσαμε δύο βασικά στάδια φόρτισης. Ωστόσο, η κάλυψη του θέματος της φόρτισης των μπαταριών λιθίου θα ήταν ελλιπής αν δεν αναφερόταν ένα άλλο στάδιο φόρτισης - το λεγόμενο. προχρέωση.

Στάδιο προκαταρκτικής χρέωσης (προφόρτιση)- αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται μόνο για βαθιά αποφορτισμένες μπαταρίες (κάτω από 2,5 V) για να φέρουν τον κανονικό τρόπο λειτουργίας.

Σε αυτό το στάδιο, η φόρτιση παρέχεται με μειωμένο σταθερό ρεύμα έως ότου η τάση της μπαταρίας φτάσει τα 2,8 V.

Το προκαταρκτικό στάδιο είναι απαραίτητο για την αποφυγή διόγκωσης και αποσυμπίεσης (ή ακόμα και έκρηξης με φωτιά) κατεστραμμένων μπαταριών που έχουν, για παράδειγμα, εσωτερικό βραχυκύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Εάν ένα μεγάλο ρεύμα φόρτισης περάσει αμέσως μέσα από μια τέτοια μπαταρία, αυτό θα οδηγήσει αναπόφευκτα στη θέρμανση της και στη συνέχεια εξαρτάται.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της προφόρτισης είναι η προθέρμανση της μπαταρίας, η οποία είναι σημαντική κατά τη φόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (σε μη θερμαινόμενο δωμάτιο κατά την ψυχρή περίοδο).

Η έξυπνη φόρτιση θα πρέπει να μπορεί να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια του προκαταρκτικού σταδίου φόρτισης και, εάν η τάση δεν αυξάνεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, να βγάλει συμπέρασμα ότι η μπαταρία είναι ελαττωματική.

Όλα τα στάδια φόρτισης μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου (συμπεριλαμβανομένου του σταδίου προφόρτισης) απεικονίζονται σχηματικά σε αυτό το γράφημα:

Η υπέρβαση της ονομαστικής τάσης φόρτισης κατά 0,15 V μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας στο μισό. Η μείωση της τάσης φόρτισης κατά 0,1 volt μειώνει τη χωρητικότητα μιας φορτισμένης μπαταρίας κατά περίπου 10%, αλλά επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της. Η τάση μιας πλήρως φορτισμένης μπαταρίας μετά την αφαίρεσή της από τον φορτιστή είναι 4,1-4,15 βολτ.

Επιτρέψτε μου να συνοψίσω τα παραπάνω και να αναφέρω τα κύρια σημεία:

1. Τι ρεύμα πρέπει να χρησιμοποιήσω για να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου (για παράδειγμα, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη);

Το ρεύμα θα εξαρτηθεί από το πόσο γρήγορα θα θέλατε να το φορτίσετε και μπορεί να κυμαίνεται από 0,2C έως 1C.

Για παράδειγμα, για μπαταρία μεγέθους 18650 με χωρητικότητα 3400 mAh, το ελάχιστο ρεύμα φόρτισης είναι 680 mA και το μέγιστο είναι 3400 mA.

2. Πόσος χρόνος χρειάζεται για να φορτιστούν, για παράδειγμα, οι ίδιες μπαταρίες 18650;

Ο χρόνος φόρτισης εξαρτάται άμεσα από το ρεύμα φόρτισης και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

T = C / φορτίζω.

Για παράδειγμα, ο χρόνος φόρτισης της μπαταρίας μας 3400 mAh με ρεύμα 1A θα είναι περίπου 3,5 ώρες.

3. Πώς να φορτίσετε σωστά μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου;

Όλες οι μπαταρίες λιθίου φορτίζονται με τον ίδιο τρόπο. Δεν έχει σημασία αν είναι πολυμερές λιθίου ή ιόν λιθίου. Για εμάς, τους καταναλωτές, δεν υπάρχει διαφορά.

Τι είναι η πλακέτα προστασίας;

Η πλακέτα προστασίας (ή πλακέτα ελέγχου ισχύος PCB) έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει από βραχυκύκλωμα, υπερφόρτιση και υπερφόρτιση της μπαταρίας λιθίου. Κατά κανόνα, η προστασία υπερθέρμανσης είναι επίσης ενσωματωμένη στις μονάδες προστασίας.

Για λόγους ασφαλείας, απαγορεύεται η χρήση μπαταριών λιθίου σε οικιακές συσκευές, εκτός εάν έχουν ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας. Γι' αυτό όλες οι μπαταρίες κινητών τηλεφώνων έχουν πάντα μια πλακέτα PCB. Οι ακροδέκτες εξόδου της μπαταρίας βρίσκονται απευθείας στην πλακέτα:

Αυτές οι πλακέτες χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή φόρτισης με έξι πόδια σε μια εξειδικευμένη συσκευή (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 και άλλα ανάλογα). Η αποστολή αυτού του ελεγκτή είναι να αποσυνδέει την μπαταρία από το φορτίο όταν η μπαταρία είναι πλήρως αποφορτισμένη και να αποσυνδέει τη μπαταρία από τη φόρτιση όταν φτάσει τα 4,25 V.

Εδώ, για παράδειγμα, είναι ένα διάγραμμα της πλακέτας προστασίας μπαταρίας BP-6M που παρέχεται με παλιά τηλέφωνα Nokia:

Αν μιλάμε για 18650, μπορούν να παραχθούν είτε με πλακέτα προστασίας είτε χωρίς. Η μονάδα προστασίας βρίσκεται κοντά στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.

Η πλακέτα αυξάνει το μήκος της μπαταρίας κατά 2-3 mm.

Οι μπαταρίες χωρίς μονάδα PCB περιλαμβάνονται συνήθως σε μπαταρίες που συνοδεύονται από τα δικά τους κυκλώματα προστασίας.

Κάθε μπαταρία με προστασία μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε μπαταρία χωρίς προστασία.

Σήμερα, η μέγιστη χωρητικότητα της μπαταρίας 18650 είναι 3400 mAh. Οι μπαταρίες με προστασία πρέπει να φέρουν την αντίστοιχη ονομασία στη θήκη ("Προστατευμένη").

Μην συγχέετε την πλακέτα PCB με τη μονάδα PCM (PCM - μονάδα φόρτισης ισχύος). Εάν τα πρώτα εξυπηρετούν μόνο το σκοπό της προστασίας της μπαταρίας, τότε τα δεύτερα έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν τη διαδικασία φόρτισης - περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης σε ένα δεδομένο επίπεδο, ελέγχουν τη θερμοκρασία και, γενικά, διασφαλίζουν ολόκληρη τη διαδικασία. Η πλακέτα PCM είναι αυτό που ονομάζουμε ελεγκτής φόρτισης.

Ελπίζω τώρα να μην υπάρχουν ερωτήσεις, πώς να φορτίσω μια μπαταρία 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία λιθίου; Στη συνέχεια προχωράμε σε μια μικρή επιλογή από έτοιμες λύσεις κυκλωμάτων για φορτιστές (οι ίδιοι ελεγκτές φόρτισης).

Σχέδια φόρτισης για μπαταρίες ιόντων λιθίου

Όλα τα κυκλώματα είναι κατάλληλα για φόρτιση οποιασδήποτε μπαταρίας λιθίου, το μόνο που μένει είναι να αποφασίσετε για το ρεύμα φόρτισης και τη βάση του στοιχείου.

LM317

Διάγραμμα ενός απλού φορτιστή που βασίζεται στο τσιπ LM317 με ένδειξη φόρτισης:

Το κύκλωμα είναι το απλούστερο, η όλη ρύθμιση καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου στα 4,2 βολτ χρησιμοποιώντας την αντίσταση περικοπής R8 (χωρίς συνδεδεμένη μπαταρία!) και τη ρύθμιση του ρεύματος φόρτισης επιλέγοντας αντιστάσεις R4, R6. Η ισχύς της αντίστασης R1 είναι τουλάχιστον 1 Watt.

Μόλις σβήσει το LED, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη (το ρεύμα φόρτισης δεν θα μειωθεί ποτέ στο μηδέν). Δεν συνιστάται η διατήρηση της μπαταρίας σε αυτή τη φόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την πλήρη φόρτισή της.

Το μικροκύκλωμα lm317 χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους σταθεροποιητές τάσης και ρεύματος (ανάλογα με το κύκλωμα σύνδεσης). Πωλείται σε κάθε γωνία και κοστίζει πένες (μπορείτε να πάρετε 10 κομμάτια μόνο για 55 ρούβλια).

Το LM317 διατίθεται σε διαφορετικά περιβλήματα:

Ανάθεση καρφίτσας (pinout):

Ανάλογα του τσιπ LM317 είναι: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (τα δύο τελευταία είναι εγχώριας παραγωγής).

Το ρεύμα φόρτισης μπορεί να αυξηθεί στα 3Α εάν πάρετε LM350 αντί για LM317. Ωστόσο, θα είναι πιο ακριβό - 11 ρούβλια/τεμάχιο.

Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η διάταξη κυκλώματος φαίνονται παρακάτω:

Το παλιό σοβιετικό τρανζίστορ KT361 μπορεί να αντικατασταθεί με ένα παρόμοιο τρανζίστορ pnp (για παράδειγμα, KT3107, KT3108 ή αστικό 2N5086, 2SA733, BC308A). Μπορεί να αφαιρεθεί εντελώς εάν δεν απαιτείται η ένδειξη φόρτισης.

Μειονέκτημα του κυκλώματος: η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι στην περιοχή 8-12V. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την κανονική λειτουργία του τσιπ LM317, η διαφορά μεταξύ της τάσης της μπαταρίας και της τάσης τροφοδοσίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 4,25 Volt. Έτσι, δεν θα είναι δυνατή η τροφοδοσία του από τη θύρα USB.

MAX1555 ή MAX1551

Οι MAX1551/MAX1555 είναι εξειδικευμένοι φορτιστές για μπαταρίες Li+, με δυνατότητα λειτουργίας από USB ή από ξεχωριστό τροφοδοτικό (για παράδειγμα, φορτιστή τηλεφώνου).

Η μόνη διαφορά μεταξύ αυτών των μικροκυκλωμάτων είναι ότι το MAX1555 παράγει ένα σήμα που υποδεικνύει τη διαδικασία φόρτισης και το MAX1551 παράγει ένα σήμα ότι η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη. Εκείνοι. Το 1555 εξακολουθεί να είναι προτιμότερο στις περισσότερες περιπτώσεις, επομένως το 1551 είναι πλέον δύσκολο να βρεθεί σε προσφορά.

Μια λεπτομερής περιγραφή αυτών των μικροκυκλωμάτων από τον κατασκευαστή είναι.

Η μέγιστη τάση εισόδου από τον προσαρμογέα DC είναι 7 V, όταν τροφοδοτείται από USB - 6 V. Όταν η τάση τροφοδοσίας πέσει στα 3,52 V, το μικροκύκλωμα απενεργοποιείται και η φόρτιση σταματά.

Το ίδιο το μικροκύκλωμα ανιχνεύει σε ποια είσοδο υπάρχει η τάση τροφοδοσίας και συνδέεται με αυτό. Εάν η τροφοδοσία τροφοδοτείται μέσω του διαύλου USB, τότε το μέγιστο ρεύμα φόρτισης περιορίζεται στα 100 mA - αυτό σας επιτρέπει να συνδέσετε τον φορτιστή στη θύρα USB οποιουδήποτε υπολογιστή χωρίς φόβο ότι θα καεί η νότια γέφυρα.

Όταν τροφοδοτείται από ξεχωριστό τροφοδοτικό, το τυπικό ρεύμα φόρτισης είναι 280 mA.

Τα τσιπ έχουν ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης. Αλλά ακόμα και σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα συνεχίζει να λειτουργεί, μειώνοντας το ρεύμα φόρτισης κατά 17 mA για κάθε βαθμό πάνω από 110°C.

Υπάρχει μια λειτουργία προφόρτισης (δείτε παραπάνω): εφόσον η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από 3 V, το μικροκύκλωμα περιορίζει το ρεύμα φόρτισης στα 40 mA.

Το μικροκύκλωμα έχει 5 ακίδες. Ακολουθεί ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης:

Εάν υπάρχει εγγύηση ότι η τάση στην έξοδο του προσαρμογέα σας δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να υπερβεί τα 7 βολτ, τότε μπορείτε να κάνετε χωρίς τον σταθεροποιητή 7805.

Η επιλογή φόρτισης USB μπορεί να συναρμολογηθεί, για παράδειγμα, σε αυτήν.

Το μικροκύκλωμα δεν απαιτεί ούτε εξωτερικές διόδους ούτε εξωτερικά τρανζίστορ. Γενικά, φυσικά, υπέροχα μικροπράγματα! Μόνο που είναι πολύ μικρά και άβολα για συγκόλληση. Και είναι επίσης ακριβά ().

LP2951

Ο σταθεροποιητής LP2951 κατασκευάζεται από την National Semiconductors (). Παρέχει την εφαρμογή μιας ενσωματωμένης λειτουργίας περιορισμού ρεύματος και σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα σταθερό επίπεδο τάσης φόρτισης για μια μπαταρία ιόντων λιθίου στην έξοδο του κυκλώματος.

Η τάση φόρτισης είναι 4,08 - 4,26 βολτ και ρυθμίζεται από την αντίσταση R3 όταν αποσυνδεθεί η μπαταρία. Η τάση διατηρείται με μεγάλη ακρίβεια.

Το ρεύμα φόρτισης είναι 150 - 300 mA, αυτή η τιμή περιορίζεται από τα εσωτερικά κυκλώματα του τσιπ LP2951 (ανάλογα με τον κατασκευαστή).

Χρησιμοποιήστε τη δίοδο με μικρό αντίστροφο ρεύμα. Για παράδειγμα, μπορεί να είναι οποιαδήποτε από τη σειρά 1N400X που μπορείτε να αγοράσετε. Η δίοδος χρησιμοποιείται ως δίοδος αποκλεισμού για να αποτρέψει το αντίστροφο ρεύμα από την μπαταρία στο τσιπ LP2951 όταν η τάση εισόδου είναι απενεργοποιημένη.

Αυτός ο φορτιστής παράγει ένα αρκετά χαμηλό ρεύμα φόρτισης, επομένως οποιαδήποτε μπαταρία 18650 μπορεί να φορτιστεί κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Το μικροκύκλωμα μπορεί να αγοραστεί τόσο σε συσκευασία DIP όσο και σε συσκευασία SOIC (κοστίζει περίπου 10 ρούβλια ανά τεμάχιο).

MCP73831

Το τσιπ σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε τους σωστούς φορτιστές και είναι επίσης φθηνότερο από το διαφημιζόμενο MAX1555.

Ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης λαμβάνεται από:

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η απουσία ισχυρών αντιστάσεων χαμηλής αντίστασης που περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης. Εδώ το ρεύμα ρυθμίζεται από μια αντίσταση που συνδέεται με τον 5ο ακροδέκτη του μικροκυκλώματος. Η αντίστασή του πρέπει να είναι στην περιοχή 2-10 kOhm.

Ο συναρμολογημένος φορτιστής μοιάζει με αυτό:

Το μικροκύκλωμα θερμαίνεται αρκετά καλά κατά τη λειτουργία, αλλά αυτό δεν φαίνεται να το ενοχλεί. Εκπληρώνει τη λειτουργία του.

Ακολουθεί μια άλλη έκδοση μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με LED SMD και υποδοχή micro-USB:

LTC4054 (STC4054)

Πολύ απλό σχέδιο, εξαιρετική επιλογή! Επιτρέπει τη φόρτιση με ρεύμα έως 800 mA (βλ.). Είναι αλήθεια ότι τείνει να ζεσταίνεται πολύ, αλλά σε αυτήν την περίπτωση η ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης μειώνει το ρεύμα.

Το κύκλωμα μπορεί να απλοποιηθεί σημαντικά με την απόρριψη ενός ή και των δύο LED με ένα τρανζίστορ. Τότε θα μοιάζει με αυτό (πρέπει να παραδεχτείτε, δεν θα μπορούσε να είναι πιο απλό: ένα ζευγάρι αντιστάσεις και ένας συμπυκνωτής):

Μία από τις επιλογές πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση . Η πλακέτα έχει σχεδιαστεί για στοιχεία τυπικού μεγέθους 0805.

I=1000/R. Δεν πρέπει να ρυθμίσετε αμέσως υψηλό ρεύμα. Για τους σκοπούς μου, πήρα μια αντίσταση 2,7 kOhm και το ρεύμα φόρτισης αποδείχθηκε περίπου 360 mA.

Είναι απίθανο να είναι δυνατή η προσαρμογή ενός καλοριφέρ σε αυτό το μικροκύκλωμα και δεν είναι γεγονός ότι θα είναι αποτελεσματικό λόγω της υψηλής θερμικής αντίστασης της σύνδεσης κρυστάλλου-θήκης. Ο κατασκευαστής συνιστά να κάνετε την ψύκτρα "μέσω των καλωδίων" - κάνοντας τα ίχνη όσο το δυνατόν πιο παχιά και αφήνοντας το φύλλο κάτω από το σώμα του τσιπ. Γενικά, όσο περισσότερο αλουμινόχαρτο έχει απομείνει, τόσο το καλύτερο.

Παρεμπιπτόντως, το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας διαχέεται μέσω του 3ου ποδιού, οπότε μπορείτε να κάνετε αυτό το ίχνος πολύ φαρδύ και παχύ (γεμίστε το με περίσσεια συγκόλλησης).

Το πακέτο τσιπ LTC4054 μπορεί να φέρει την ετικέτα LTH7 ή LTADY.

Το LTH7 διαφέρει από το LTADY στο ότι το πρώτο μπορεί να σηκώσει μια πολύ χαμηλή μπαταρία (στην οποία η τάση είναι μικρότερη από 2,9 βολτ), ενώ η δεύτερη δεν μπορεί (πρέπει να την περιστρέψετε ξεχωριστά).

Το τσιπ αποδείχθηκε πολύ επιτυχημένο, επομένως έχει μια δέσμη αναλόγων: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, BL4054, YPM181PT40, 4054, WPM181, 4054 1, 2, HX6001 , LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Πριν χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε από τα ανάλογα, ελέγξτε τα φύλλα δεδομένων.

ΤΠ4056

Το μικροκύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε περίβλημα SOP-8 (βλ.), έχει μια μεταλλική ψύκτρα στην κοιλιά του που δεν συνδέεται με επαφές, γεγονός που επιτρέπει την πιο αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας. Σας επιτρέπει να φορτίζετε την μπαταρία με ρεύμα έως και 1A (το ρεύμα εξαρτάται από την αντίσταση ρύθμισης ρεύματος).

Το διάγραμμα σύνδεσης απαιτεί τα ελάχιστα στοιχεία ανάρτησης:

Το κύκλωμα εφαρμόζει την κλασική διαδικασία φόρτισης - πρώτα φορτίζει με σταθερό ρεύμα, μετά με σταθερή τάση και ρεύμα πτώσης. Όλα είναι επιστημονικά. Αν κοιτάξετε τη φόρτιση βήμα προς βήμα, μπορείτε να διακρίνετε διάφορα στάδια:

1. Παρακολούθηση της τάσης της συνδεδεμένης μπαταρίας (αυτό συμβαίνει συνεχώς).
2. Φάση προφόρτισης (εάν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη κάτω από 2,9 V). Φορτίστε με ρεύμα 1/10 από αυτό που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm) σε επίπεδο 2,9 V.
3. Φόρτιση με μέγιστο σταθερό ρεύμα (1000 mA σε R prog = 1,2 kOhm).
4. Όταν η μπαταρία φτάσει τα 4,2 V, η τάση στην μπαταρία είναι σταθερή σε αυτό το επίπεδο. Ξεκινά μια σταδιακή μείωση του ρεύματος φόρτισης.
5. Όταν το ρεύμα φτάσει στο 1/10 αυτού που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm), ο φορτιστής απενεργοποιείται.
6. Αφού ολοκληρωθεί η φόρτιση, ο ελεγκτής συνεχίζει να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας (βλ. σημείο 1). Το ρεύμα που καταναλώνεται από το κύκλωμα παρακολούθησης είναι 2-3 μΑ. Αφού πέσει η τάση στα 4,0 V, η φόρτιση ξεκινά ξανά. Και ούτω καθεξής σε κύκλο.

Το ρεύμα φόρτισης (σε αμπέρ) υπολογίζεται από τον τύπο I=1200/R προγ. Το επιτρεπόμενο μέγιστο είναι 1000 mA.

Μια πραγματική δοκιμή φόρτισης με μπαταρία 3400 mAh 18650 φαίνεται στο γράφημα:

Το πλεονέκτημα του μικροκυκλώματος είναι ότι το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από μία μόνο αντίσταση. Δεν απαιτούνται ισχυρές αντιστάσεις χαμηλής αντίστασης. Επιπλέον, υπάρχει μια ένδειξη της διαδικασίας φόρτισης, καθώς και μια ένδειξη για το τέλος της φόρτισης. Όταν η μπαταρία δεν είναι συνδεδεμένη, η ένδειξη αναβοσβήνει κάθε λίγα δευτερόλεπτα.

Η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πρέπει να είναι εντός 4,5...8 βολτ. Όσο πιο κοντά στα 4,5 V, τόσο το καλύτερο (άρα το τσιπ θερμαίνεται λιγότερο).

Το πρώτο σκέλος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι ενσωματωμένος στην μπαταρία ιόντων λιθίου (συνήθως ο μεσαίος ακροδέκτης μιας μπαταρίας κινητού τηλεφώνου). Εάν η τάση στην έξοδο είναι κάτω από 45% ή πάνω από 80% της τάσης τροφοδοσίας, η φόρτιση διακόπτεται. Εάν δεν χρειάζεστε έλεγχο θερμοκρασίας, απλώς φυτέψτε αυτό το πόδι στο έδαφος.

Προσοχή! Αυτό το κύκλωμα έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: την απουσία κυκλώματος προστασίας αντίστροφης πολικότητας μπαταρίας. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ελεγκτής είναι εγγυημένο ότι θα καεί λόγω υπέρβασης του μέγιστου ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πηγαίνει απευθείας στην μπαταρία, κάτι που είναι πολύ επικίνδυνο.

Η σφραγίδα είναι απλή και μπορεί να γίνει σε μια ώρα στο γόνατο. Εάν ο χρόνος είναι ουσιαστικός, μπορείτε να παραγγείλετε έτοιμες ενότητες. Ορισμένοι κατασκευαστές έτοιμων μονάδων προσθέτουν προστασία από υπερένταση και υπερφόρτιση (για παράδειγμα, μπορείτε να επιλέξετε ποια πλακέτα χρειάζεστε - με ή χωρίς προστασία και με ποιον σύνδεσμο).

Μπορείτε επίσης να βρείτε έτοιμες σανίδες με επαφή για αισθητήρα θερμοκρασίας. Ή ακόμα και μια μονάδα φόρτισης με πολλά παράλληλα μικροκυκλώματα TP4056 για αύξηση του ρεύματος φόρτισης και με προστασία αντίστροφης πολικότητας (παράδειγμα).

LTC1734

Επίσης ένα πολύ απλό σχέδιο. Το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από την αντίσταση R prog (για παράδειγμα, εάν εγκαταστήσετε μια αντίσταση 3 kOhm, το ρεύμα θα είναι 500 mA).

Τα μικροκυκλώματα συνήθως επισημαίνονται στη θήκη: LTRG (συχνά μπορούν να βρεθούν σε παλιά τηλέφωνα Samsung).

Οποιοδήποτε τρανζίστορ pnp είναι κατάλληλο, το κύριο πράγμα είναι ότι έχει σχεδιαστεί για ένα δεδομένο ρεύμα φόρτισης.

Δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης στο υποδεικνυόμενο διάγραμμα, αλλά στο LTC1734 λέγεται ότι ο ακροδέκτης "4" (Prog) έχει δύο λειτουργίες - ρύθμιση του ρεύματος και παρακολούθηση του τέλους φόρτισης της μπαταρίας. Για παράδειγμα, εμφανίζεται ένα κύκλωμα με έλεγχο του τέλους φόρτισης χρησιμοποιώντας τον συγκριτή LT1716.

Ο συγκριτής LT1716 σε αυτή την περίπτωση μπορεί να αντικατασταθεί με ένα φτηνό LM358.

TL431 + τρανζίστορ

Είναι πιθανώς δύσκολο να καταλήξουμε σε ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί πιο οικονομικά εξαρτήματα. Το πιο δύσκολο μέρος εδώ είναι η εύρεση της πηγής τάσης αναφοράς TL431. Αλλά είναι τόσο κοινά που βρίσκονται σχεδόν παντού (σπάνια μια πηγή ρεύματος κάνει χωρίς αυτό το μικροκύκλωμα).

Λοιπόν, το τρανζίστορ TIP41 μπορεί να αντικατασταθεί με οποιοδήποτε άλλο με κατάλληλο ρεύμα συλλέκτη. Ακόμα και τα παλιά σοβιετικά KT819, KT805 (ή λιγότερο ισχυρά KT815, KT817) θα το κάνουν.

Η ρύθμιση του κυκλώματος καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου (χωρίς μπαταρία!!!) χρησιμοποιώντας μια αντίσταση περικοπής στα 4,2 βολτ. Η αντίσταση R1 ορίζει τη μέγιστη τιμή του ρεύματος φόρτισης.

Αυτό το κύκλωμα υλοποιεί πλήρως τη διαδικασία δύο σταδίων της φόρτισης των μπαταριών λιθίου - πρώτα φόρτιση με συνεχές ρεύμα, μετά μετάβαση στη φάση σταθεροποίησης τάσης και ομαλή μείωση του ρεύματος σχεδόν στο μηδέν. Το μόνο μειονέκτημα είναι η κακή επαναληψιμότητα του κυκλώματος (είναι ιδιότροπο στη ρύθμιση και απαιτητικό για τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται).

MCP73812

Υπάρχει άλλο ένα αδικαιολόγητα παραμελημένο μικροκύκλωμα από τη Microchip - MCP73812 (βλ.). Με βάση αυτό, έχουμε μια πολύ φιλική προς τον προϋπολογισμό επιλογή φόρτισης (και φθηνή!). Το κιτ ολόκληρου σώματος είναι μόνο μία αντίσταση!

Παρεμπιπτόντως, το μικροκύκλωμα κατασκευάζεται σε συσκευασία φιλική προς τη συγκόλληση - SOT23-5.

Το μόνο αρνητικό είναι ότι ζεσταίνεται πολύ και δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης. Επίσης, κατά κάποιο τρόπο δεν λειτουργεί πολύ αξιόπιστα εάν έχετε μια πηγή ενέργειας χαμηλής ισχύος (η οποία προκαλεί πτώση τάσης).

Σε γενικές γραμμές, αν η ένδειξη φόρτισης δεν είναι σημαντική για εσάς, και σας ταιριάζει ένα ρεύμα 500 mA, τότε το MCP73812 είναι μια πολύ καλή επιλογή.

NCP1835

Προσφέρεται μια πλήρως ενσωματωμένη λύση - NCP1835B, που παρέχει υψηλή σταθερότητα της τάσης φόρτισης (4,2 ±0,05 V).

Ίσως το μόνο μειονέκτημα αυτού του μικροκυκλώματος είναι το πολύ μικροσκοπικό του μέγεθος (θήκη DFN-10, μέγεθος 3x3 mm). Δεν μπορούν όλοι να παρέχουν υψηλής ποιότητας συγκόλληση τέτοιων μικροσκοπικών στοιχείων.

Μεταξύ των αναμφισβήτητων πλεονεκτημάτων θα ήθελα να σημειώσω τα εξής:

1. Ελάχιστος αριθμός μελών του σώματος.
2. Δυνατότητα φόρτισης πλήρως αποφορτισμένης μπαταρίας (ρεύμα προφόρτισης 30 mA);
3. Προσδιορισμός του τέλους φόρτισης.
4. Προγραμματιζόμενο ρεύμα φόρτισης - έως 1000 mA.
5. Ένδειξη φόρτισης και σφάλματος (με δυνατότητα ανίχνευσης μη φορτιζόμενων μπαταριών και σηματοδότησης).
6. Προστασία από μακροχρόνια φόρτιση (με αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή C t, μπορείτε να ρυθμίσετε τον μέγιστο χρόνο φόρτισης από 6,6 έως 784 λεπτά).

Το κόστος του μικροκυκλώματος δεν είναι ακριβώς φθηνό, αλλά ούτε και τόσο υψηλό (~$1) που θα ήταν περιττό να το χρησιμοποιήσετε. Εάν αισθάνεστε άνετα με ένα κολλητήρι, θα συνιστούσα να επιλέξετε αυτήν την επιλογή.

Μια πιο λεπτομερής περιγραφή υπάρχει.

Μπορώ να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου χωρίς ελεγκτή;

Ναι, μπορείς. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει στενό έλεγχο του ρεύματος και της τάσης φόρτισης.

Γενικά, δεν θα είναι δυνατή η φόρτιση μιας μπαταρίας, για παράδειγμα, του 18650 μας, χωρίς φορτιστή. Χρειάζεται ακόμα να περιορίσετε με κάποιο τρόπο το μέγιστο ρεύμα φόρτισης, επομένως θα εξακολουθεί να απαιτείται τουλάχιστον η πιο πρωτόγονη μνήμη.

Ο απλούστερος φορτιστής για οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου είναι μια αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά με την μπαταρία:

Η αντίσταση και η απαγωγή ισχύος της αντίστασης εξαρτώνται από την τάση της πηγής ισχύος που θα χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση.

Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε μια αντίσταση για ένα τροφοδοτικό 5 Volt. Θα φορτίσουμε μια μπαταρία 18650 χωρητικότητας 2400 mAh.

Έτσι, στην αρχή της φόρτισης, η πτώση τάσης στην αντίσταση θα είναι:

U r = 5 - 2,8 = 2,2 Volt

Ας υποθέσουμε ότι το τροφοδοτικό μας 5 V είναι ονομαστική για μέγιστο ρεύμα 1Α. Το κύκλωμα θα καταναλώσει το υψηλότερο ρεύμα στην αρχή της φόρτισης, όταν η τάση στην μπαταρία είναι ελάχιστη και ανέρχεται στα 2,7-2,8 Volt.

Προσοχή: αυτοί οι υπολογισμοί δεν λαμβάνουν υπόψη την πιθανότητα η μπαταρία να είναι πολύ βαθιά αποφορτισμένη και η τάση σε αυτήν να είναι πολύ χαμηλότερη, ακόμη και στο μηδέν.

Έτσι, η αντίσταση της αντίστασης που απαιτείται για τον περιορισμό του ρεύματος στην αρχή της φόρτισης στο 1 Ampere θα πρέπει να είναι:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ohm

Διαρροή ισχύος αντίστασης:

P r = I 2 R = 1*1*2,2 = 2,2 W

Στο τέλος της φόρτισης της μπαταρίας, όταν η τάση σε αυτήν πλησιάσει τα 4,2 V, το ρεύμα φόρτισης θα είναι:

Φορτίζω = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

Δηλαδή, όπως βλέπουμε, όλες οι τιμές δεν υπερβαίνουν τα επιτρεπόμενα όρια για μια δεδομένη μπαταρία: το αρχικό ρεύμα δεν υπερβαίνει το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης για μια δεδομένη μπαταρία (2,4 A) και το τελικό ρεύμα υπερβαίνει το ρεύμα στην οποία η μπαταρία δεν αποκτά πλέον χωρητικότητα ( 0,24 A).

Το κύριο μειονέκτημα μιας τέτοιας φόρτισης είναι η ανάγκη συνεχούς παρακολούθησης της τάσης στην μπαταρία. Και απενεργοποιήστε χειροκίνητα τη φόρτιση μόλις η τάση φτάσει τα 4,2 Volt. Το γεγονός είναι ότι οι μπαταρίες λιθίου ανέχονται πολύ άσχημα ακόμη και τη βραχυπρόθεσμη υπέρταση - οι μάζες των ηλεκτροδίων αρχίζουν να υποβαθμίζονται γρήγορα, γεγονός που αναπόφευκτα οδηγεί σε απώλεια χωρητικότητας. Ταυτόχρονα δημιουργούνται όλες οι προϋποθέσεις για υπερθέρμανση και αποσυμπίεση.

Εάν η μπαταρία σας έχει ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας, η οποία συζητήθηκε ακριβώς παραπάνω, τότε όλα γίνονται πιο απλά. Όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη τάση στην μπαταρία, η ίδια η πλακέτα θα την αποσυνδέσει από τον φορτιστή. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος χρέωσης έχει σημαντικά μειονεκτήματα, τα οποία συζητήσαμε.

Η προστασία που είναι ενσωματωμένη στην μπαταρία δεν θα επιτρέψει την υπερφόρτισή της σε καμία περίπτωση. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να ελέγξετε το ρεύμα φόρτισης έτσι ώστε να μην υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές για μια δεδομένη μπαταρία (οι προστατευτικές πλακέτες δεν μπορούν να περιορίσουν το ρεύμα φόρτισης, δυστυχώς).

Φόρτιση με χρήση εργαστηριακού τροφοδοτικού

Εάν έχετε τροφοδοτικό με προστασία ρεύματος (περιορισμός), τότε έχετε σωθεί! Μια τέτοια πηγή ενέργειας είναι ήδη ένας πλήρης φορτιστής που εφαρμόζει το σωστό προφίλ φόρτισης, για το οποίο γράψαμε παραπάνω (CC/CV).

Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε για να φορτίσετε το li-ion είναι να ρυθμίσετε την παροχή ρεύματος στα 4,2 βολτ και να ορίσετε το επιθυμητό όριο ρεύματος. Και μπορείτε να συνδέσετε την μπαταρία.

Αρχικά, όταν η μπαταρία είναι ακόμα αποφορτισμένη, το εργαστηριακό τροφοδοτικό θα λειτουργεί σε λειτουργία προστασίας ρεύματος (δηλαδή, θα σταθεροποιεί το ρεύμα εξόδου σε ένα δεδομένο επίπεδο). Στη συνέχεια, όταν η τάση στην τράπεζα ανέβει στο ρυθμισμένο 4,2 V, η τροφοδοσία ρεύματος θα μεταβεί σε λειτουργία σταθεροποίησης τάσης και το ρεύμα θα αρχίσει να πέφτει.

Όταν το ρεύμα πέσει στους 0,05-0,1 C, η μπαταρία μπορεί να θεωρηθεί πλήρως φορτισμένη.

Όπως μπορείτε να δείτε, ένα εργαστηριακό τροφοδοτικό είναι ένας σχεδόν ιδανικός φορτιστής! Το μόνο πράγμα που δεν μπορεί να κάνει αυτόματα είναι να αποφασίσει να φορτίσει πλήρως την μπαταρία και να απενεργοποιήσει. Αλλά αυτό είναι ένα μικρό πράγμα που δεν πρέπει καν να προσέξεις.

Πώς να φορτίσετε τις μπαταρίες λιθίου;

Και αν μιλάμε για μπαταρία μιας χρήσης που δεν προορίζεται για επαναφόρτιση, τότε η σωστή (και μόνη σωστή) απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι ΟΧΙ.

Το γεγονός είναι ότι οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου (για παράδειγμα, η κοινή CR2032 με τη μορφή επίπεδης ταμπλέτας) χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός εσωτερικού στρώματος παθητικοποίησης που καλύπτει την άνοδο λιθίου. Αυτό το στρώμα εμποδίζει μια χημική αντίδραση μεταξύ της ανόδου και του ηλεκτρολύτη. Και η παροχή εξωτερικού ρεύματος καταστρέφει το παραπάνω προστατευτικό στρώμα, οδηγώντας σε βλάβη της μπαταρίας.

Παρεμπιπτόντως, αν μιλάμε για τη μη επαναφορτιζόμενη μπαταρία CR2032, τότε το LIR2032, το οποίο μοιάζει πολύ με αυτό, είναι ήδη μια πλήρης μπαταρία. Μπορεί και πρέπει να χρεωθεί. Μόνο που η τάση του δεν είναι 3, αλλά 3,6V.

Ο τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου (είτε είναι μπαταρία τηλεφώνου, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία ιόντων λιθίου) συζητήθηκε στην αρχή του άρθρου.

Πού να αγοράσω μικροτσίπ;

Μπορείτε, φυσικά, να το αγοράσετε στο Chipe-Dip, αλλά είναι ακριβό εκεί. Γι' αυτό αγοράζω πάντα από ένα πολύ μυστικό κατάστημα)) Το πιο σημαντικό πράγμα είναι να επιλέξετε τον σωστό πωλητή, τότε η παραγγελία θα φτάσει γρήγορα και σίγουρα.

Για τη διευκόλυνσή σας, έχω συγκεντρώσει τους πιο αξιόπιστους πωλητές σε έναν πίνακα, χρησιμοποιήστε το για την υγεία σας:

Τα σύγχρονα κινητά τηλέφωνα, κάμερες και άλλες συσκευές χρησιμοποιούν συχνότερα μπαταρίες ιόντων λιθίου, αντικαθιστώντας τις αλκαλικές μπαταρίες και τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου, από τις οποίες υπερτερούν από πολλές απόψεις. Οι μπαταρίες με άνοδο λιθίου εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του '70 του προηγούμενου αιώνα και έγιναν αμέσως πολύ δημοφιλείς λόγω της υψηλής τάσης και της ενεργειακής τους έντασης.

Ιστορία εμφάνισης

Οι εξελίξεις ήταν βραχύβιες, αλλά σε πρακτικό επίπεδο προέκυψαν δυσκολίες που επιλύθηκαν μόλις στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα. Λόγω της υψηλής δραστηριότητας του λιθίου, σημειώθηκαν χημικές διεργασίες στο εσωτερικό του στοιχείου, οι οποίες οδήγησαν σε πυρκαγιά.

Στις αρχές της δεκαετίας του '90, συνέβησαν πολλά ατυχήματα - οι χρήστες τηλεφώνου, ενώ μιλούσαν, έλαβαν σοβαρά εγκαύματα ως αποτέλεσμα της αυθόρμητης ανάφλεξης των στοιχείων και στη συνέχεια των ίδιων των συσκευών επικοινωνίας. Από αυτή την άποψη, οι μπαταρίες διακόπηκαν πλήρως και οι μπαταρίες που είχαν κυκλοφορήσει προηγουμένως επέστρεψαν από την πώληση.

Οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν χρησιμοποιούν καθαρό μέταλλο, παρά μόνο ιονισμένες ενώσεις του, καθώς είναι πιο σταθερές. Δυστυχώς, οι επιστήμονες έπρεπε να μειώσουν σημαντικά τις δυνατότητες της μπαταρίας, αλλά κατάφεραν να επιτύχουν το κύριο πράγμα - οι άνθρωποι δεν υπέφεραν πλέον από εγκαύματα.

Το κρυσταλλικό πλέγμα διαφόρων ενώσεων άνθρακα βρέθηκε ότι είναι κατάλληλο για την παρεμβολή ιόντων λιθίου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Κατά τη φόρτιση, μετακινούνται από την άνοδο στην κάθοδο και κατά την εκφόρτιση, το αντίστροφο.

Αρχή λειτουργίας και ποικιλίες

Σε κάθε μπαταρία ιόντων λιθίου, η βάση του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι ουσίες που περιέχουν άνθρακα, η δομή των οποίων μπορεί να παραγγελθεί ή να παραγγελθεί μερικώς. Ανάλογα με το υλικό, η διαδικασία παρεμβολής του Li σε C ποικίλλει. Το θετικό ηλεκτρόδιο αποτελείται κυρίως από επιμεταλλωμένο νικέλιο ή οξείδιο του κοβαλτίου.

Συνοψίζοντας όλες τις αντιδράσεις, μπορούν να αναπαρασταθούν στις ακόλουθες εξισώσεις:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - για την κάθοδο.
2. C + xLi+ + xe → CLix - για την άνοδο.

Οι εξισώσεις παρουσιάζονται για την περίπτωση εκφόρτισης κατά τη διάρκεια της φόρτισης ρέουν προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οι επιστήμονες διεξάγουν έρευνα σε νέα υλικά που αποτελούνται από ανάμεικτα φωσφορικά άλατα και οξείδια. Αυτά τα υλικά σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν για την κάθοδο.

Υπάρχουν δύο τύποι μπαταριών Li-Ion:

1. κυλινδρικός;
2. πρισματικός.

Η κύρια διαφορά είναι η θέση των πλακών (σε πρισματικά - το ένα πάνω στο άλλο). Το μέγεθος της μπαταρίας λιθίου εξαρτάται από αυτό. Κατά κανόνα, τα πρισματικά είναι πιο πυκνά και πιο συμπαγή.

Επιπλέον, υπάρχει ένα σύστημα ασφαλείας στο εσωτερικό - ένας μηχανισμός που, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνει την αντίσταση και όταν αυξάνεται η πίεση, σπάει το κύκλωμα ανόδου-καθόδου. Χάρη στην ηλεκτρονική πλακέτα, το βραχυκύκλωμα καθίσταται αδύνατο, αφού ελέγχει τις διαδικασίες μέσα στην μπαταρία.

Τα ηλεκτρόδια αντίθετης πολικότητας διαχωρίζονται με διαχωριστή. Η θήκη πρέπει να είναι σφραγισμένη.

Από διαφορετικούς κατασκευαστές, μια μπαταρία λιθίου μπορεί να φαίνεται εντελώς διαφορετική, δεν υπάρχει ομοιόμορφο σχήμα προϊόντος. Η αναλογία των ενεργών μαζών της ανόδου προς την κάθοδο πρέπει να είναι περίπου 1:1, διαφορετικά είναι δυνατός ο σχηματισμός μετάλλου λιθίου, που θα οδηγήσει σε πυρκαγιά.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Οι μπαταρίες έχουν εξαιρετικές παραμέτρους που διαφέρουν μεταξύ διαφορετικών κατασκευαστών. Η ονομαστική τάση είναι 3,7−3,8 V με μέγιστο 4,4 V. Η ενεργειακή πυκνότητα (ένας από τους κύριους δείκτες) είναι 110−230 Wh/kg.

Η εσωτερική αντίσταση κυμαίνεται από 5 έως 15 mOhm/1Ah. Η διάρκεια ζωής με βάση τον αριθμό των κύκλων (εκφόρτιση/φόρτιση) είναι 1000−5000 μονάδες. Ο χρόνος γρήγορης φόρτισης είναι 15−60 λεπτά. Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα είναι η αργή διαδικασία αυτοεκφόρτισης (μόνο 10-20% ετησίως, εκ των οποίων το 3-6% τον πρώτο μήνα). Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι 0 C - +65 C σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν, η φόρτιση είναι αδύνατη.

Η φόρτιση πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια:

1. μέχρι ένα ορισμένο σημείο ρέει το μέγιστο ρεύμα φόρτισης.
2. όταν επιτευχθούν οι παράμετροι λειτουργίας, το ρεύμα μειώνεται σταδιακά στο 3% της μέγιστης τιμής.

Κατά την αποθήκευση, απαιτείται περιοδική επαναφόρτιση περίπου κάθε 500 ώρες για να αντισταθμιστεί η αυτοεκφόρτιση. Κατά την υπερφόρτιση, μπορεί να εναποτεθεί μέταλλο λίθιο, το οποίο, αλληλεπιδρώντας με τον ηλεκτρολύτη, σχηματίζει οξυγόνο. Αυτό αυξάνει τον κίνδυνο αποσυμπίεσης λόγω αυξημένης εσωτερικής πίεσης.

Η συχνή επαναφόρτιση μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Επιπλέον, επηρεάζεται το περιβάλλον, η θερμοκρασία, το ρεύμα κ.λπ.

Το στοιχείο έχει μειονεκτήματα, μεταξύ των οποίων είναι τα ακόλουθα:

όρους χρήσης

Είναι καλύτερο να αποθηκεύετε την μπαταρία υπό τις ακόλουθες συνθήκες: Η φόρτιση πρέπει να είναι τουλάχιστον 40%, και η θερμοκρασία δεν πρέπει να είναι πολύ χαμηλή ή υψηλή. Η καλύτερη επιλογή είναι η περιοχή από 0C έως +10C. Συνήθως, περίπου το 4% της χωρητικότητας χάνεται μέσα σε 2 χρόνια, γι' αυτό και δεν συνιστάται η αγορά μπαταριών από παλαιότερες ημερομηνίες παραγωγής.

Οι επιστήμονες έχουν εφεύρει έναν τρόπο για να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής. Στον ηλεκτρολύτη προστίθεται ένα κατάλληλο συντηρητικό. Ωστόσο, τέτοιες μπαταρίες θα πρέπει να «εκπαιδεύονται» με τη μορφή 2-3 πλήρεις κύκλων εκφόρτισης/φόρτισης, ώστε στη συνέχεια να μπορούν να λειτουργούν κανονικά. Διαφορετικά, μπορεί να εμφανιστεί ένα «φαινόμενο μνήμης» και επακόλουθη διόγκωση ολόκληρης της δομής. Όταν χρησιμοποιείται σωστά και ακολουθεί όλα τα πρότυπα αποθήκευσης, η μπαταρία μπορεί να διαρκέσει πολύ, ενώ η χωρητικότητά της θα παραμείνει σε υψηλό επίπεδο.