Аккумулятор 18500 как литий-ионный элемент питания: особенности, технические параметры

Секреты батарей электровелосипедов

Мы не знаем точно, как некоторые известные производители экономят вес батареи или заряжают батарею быстрее, но при более внимательном рассмотрении различных фирменных батарей выявляются некоторые интересные цифры. Встроенная батарея Bosch PowerTube на 500 Wh весит примерно на 200 г меньше, чем встроенная батарея Shimano STEPS BT-E8020 на 504 Wh. Батарея Bosch PowerPack емкостью 500 Wh на 100 г легче батареи на 504 Wh Shimano STEPS BT-E8010.

Столь же интересно посмотреть на время зарядки. В то время как быстрое зарядное устройство Bosch полностью заряжает батарею за три часа, быстрое зарядное устройство Shimano STEPS EC-E6000 делает это только за четыре часа. TQ на шаг впереди и может зарядить батарею 630 Wh до 80% емкости за один час. Быстрое зарядное устройство Bosch разряжает только 40% батареи на 500 Wh за один час. Эти различия могут быть связаны как с химическим составом элементов, так и с зарядными токами, допустимыми производителями.

Как разрядить аккумулятор 18650?

Выполним безопасную разрядку. Для этого потребуется:

Лампа накаливания на 12 вольт.
2 провода.
АКБ для разрядки.

Теперь остается припаять провода к лампе и подсоединить к аккумулятору 18650. Будет происходить плавная разрядка.

Так же выполнять разрядку можно специальным агрегатом изображенным на видео ниже.

Максимальный ток разряда может доходить до 35 А. Но лучше это скорее миф, чем реальность. Лучше всего использовать щадящий режим и разряжать током в 1 ампер.

Ток разрядки не должен быть больше 2ух-кратного значения емкости (2С). К примеру АКБ, с емкостью 2000 mah будет равен 4000 mAh. Напряжение не должно находится меньше 2,5 вольт.

Устройство аккумулятора

Практически любой современный li lon аккумулятор имеет особую конструкцию, которая отличается абсолютной непроницаемостью и герметичностью. Причём подобное требование к производству батареек продиктовано недопустимостью вытекания электролита, который находится внутри, ведь именно он обеспечивает стабильную работу устройства.

Помимо этого, в литий-ионных батарейках в роли отрицательного электрода выступает алюминий, в то время как в качестве положительного электрода работает медь. При этом аноды и катоды могут быть изготовлены практически в любой форме, хотя на практике чаще всего они встречаются в форме цилиндра или продолговатого прямоугольника, обёрнутого в фольгу. Аккумулятор имеет простое устройство:

Конструкция таких аккумуляторов может изготавливаться в двух основных вариантах: цилиндрическом и призматическом. В цилиндрическом исполнении сепараторный пакет и электроды устройства сворачиваются в рулон, а затем помещаются в специальный корпус, который может делаться из стали или алюминия. Корпус соединяется с отрицательным электродом, а через изолятор выводится положительный полюс батарейки прямо на крышку устройства. Что касается призматического варианта аккумулятора, то он производится путём складывания друг на друга плоских прямоугольных пластинок.
На медной фольге находится анодный материал, а на алюминиевой — катодный материал. Они разделяются при помощи пористого сепаратора, пропитанного электролитом.
Электроды, помещённые в аккумуляторный пакет, устанавливаются в прочный и герметичный корпус, в то время как катоды и аноды плотно присоединяются к специальным клеммам, предназначенным для снятия тока и обеспечения надёжного контакта с частями электроцепи (токосъёмник).
Сразу же под крышкой аппарата размещаются дополнительные устройства. Например, одно — для регулирования увеличения сопротивления, а второе — для разрыва электросвязи между катодом и клеммой. Помимо этого, в аккумулятор может быть встроен специальный предохранитель, который позволяет сбрасывать сильное давление в случае нарушения условий эксплуатации прибора.
Чтобы увеличить уровень безопасности в процессе использования устройства, батарейка li ion может быть оснащена внешней электронной системой защиты. Благодаря этому элементу исключается вероятность перегрева устройства, замыкания или чрезмерной перезарядки батарейки.

Возгорание LiPo[править]

Целостность и герметичность мягкого корпуса элементов LiPo-аккумулятора — залог безопасности. При нарушении оболочки батареи, или изменении её формы возможны возгорание и даже взрыв!

Даже если кажется, что ничего не происходит и аккумулятор ещё послужит, то ЧП может произойти при его зарядке, когда активизируются химические процессы внутри него и повышается температура. Как вариант, при краше оболочка может где-то надорваться или лопнуть, а при заряде — начать греться и вздуваться, в результате чего трещина может стать больше, в неё попадает кислород, а дальше — пламя из расщелины.

На многих зарядных устройствах есть возможность контроля (присутствует вход для температурного датчика). Когда температура датчика, закреплённого на аккумуляторе, превышает заданное в настройках значение (рекомендуется установить предел в 45°C), то аккумулятор сразу обесточивается и зарядник начинает сигнализировать об опасной ситуации. При этом, возможно, аккумулятор вздуется и сильно нагреется, но до огня/взрыва скорее всего дело не дойдет.

В следующих случаях рекомендуется незамедлительно LiPo-аккумулятор:

Авария, «краш» радиоуправляемой модели или мультикоптера с повреждением оболочки (при этом обычно у поверхности аккумулятора ощущается отчетливый специфический запах электролита) или изменением формы аккумулятора.
(очень вероятен взрыв) или напряжение на одной из банок (при этом возгорание или взрыв сами по себе маловероятны, но могут произойти при зарядке).
аккумулятор.

Основные характеристики Li-Ion-батарей, применяемых в электротранспорте

Любой накопитель заряда работает циклически: «накопление энергии — хранение энергии — разряд». На каждом из этапов цикла есть определяющие характеристики: для режима накопления это в первую очередь скорость (мощность) накопления заряда; для этапа хранения энергии это количество энергии, которую может запасти накопитель (произведение мощности на время заряда), а также величина потерь энергии во времени (саморазряд); для разряда важна скорость разряда во времени (мощность). В целом цикл характеризуется энергоэффективностью (отношение отданной энергии к запасенной в накопителе), временем выхода на рабочие параметры и деградацией — количеством циклов заряда-разряда до потери значимой (20–30%) части емкости. Все эти характеристики зависят от эксплуатационных факторов, таких как внешняя температура и режимы заряда-разряда. В спецификациях для накопителей заряда для отражения основных характеристик указывают удельную энергию (Вт·ч/кг), удельную мощность (Вт/кг), плотность энергии (Вт·ч/литр), рабочее напряжение, рабочий диапазон температур, режимы заряда/разряда и др.

Концепция Li-Ion-батарей была предложена еще на заре ХХ в. и имеет большую историю развития со своими успехами и неудачами . В 2019 г. Нобелевская премия по химии была вручена «За совершенствование (разработку) литий-ионных батарей» Джону Гуденафу (John B. Goodenough), Стэнли Уиттенгему (M. Stanley Whittingham) и Акиру Ёсино (Akira Yoshino) , что подчеркивает перспективность дальнейшего развития этой технологии. Мы рассмотрим Li-Ion-батареи, применяемые в электротранспорте и в данный момент доступные на рынке.

Li-Ion-батареи (вторичные химические источники тока) можно разделить на несколько подгрупп по характеристикам удельной энергоемкости, количества циклов заряда/разряда и объема мирового производства (доля рынка в EV). В первую группу входят батареи, в составе которых (далее в скобках указаны катод/анод, устоявшаяся аббревиатура): Li-кобальт (LiCoO₂/С, LCO), Li-никель-марганец-кобальт-оксид (LiNiMnCoO₂/С, NMC), Li-марганцевая шпинель (LiMn₂O₄/С, LMO), Li-никель-кобальт-оксид алюминия (LiNiCoAlO₂/С, NCA и NMC-LMO/С). Ко второй группе можно отнести литий-железофосфатные батареи (LiFePO₄/C, LFP). Третья группа состоит из различных вариантов литий-титанатных батарей (NMC/LTO, LMO/LTO).

Все вышеуказанные Li-Ion-батареи работают по одному принципу. Во время разряда к катоду (положительный электрод, оксид металла) движутся ионы через электролит и сепаратор от анода (отрицательный электрод, пористый углерод). В процессе заряда движение происходит в обратном направлении. На рис. 1 отражена схема работы и устройства Li-Ion-батареи на примере LCO.

Рис. 1. Схема работы Li-Ion-батареи на примере LCO

Обобщенные характеристики указанных выше групп батарей в сравнении со свинцовыми аккумуляторами и NiCd, которые все еще распространены на рынке для различных решений, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Обобщенные характеристики батарей на основе различных технологий, которые в настоящее время применяются в электротранспорте
Тип батареи	LCO/C, NMC/C, LCA/C, LMO/C, NMC-LMO/C	LFP/C	NMC/LTO, LMO/LTO	Свинцовый (Pb/H₂SO₄)	NiCd
Номинальное напряжение (ячейка), В	~3,7	~3,2	~2,3	~2,1	~1,3
Удельная энергоемкость, Вт·ч/кг	До 250	До 160	До 110	До 40	До 65
Циклируемость (до потери 20% номинальной емкости, 100%-ный перезаряд), количество циклов заряд-разряд	300–5000	2000–7000	Более 25000	~1000*	До 900
Стоимость (за сборку), 1 кВт·ч, $	От 150	От 200	Более 1000	Менее 150	Менее 150
Доля рынка (EV), %	~ 90	~10	~ 1	–	–
Применение и особенности	Легковой электротранспорт. Теряют эксплуатационные характеристики при отрицательных температурах	Коммерческий и легковой электротранспорт	Коммерческий и легковой электротранспорт. Широкий диапазон рабочих температур (–40…+55 °С), безопасные	–	–
Дополнительная информация					–

Влияние холода на Lithium-ion электронакопители разных производителей и моделей (результаты одного теста)

Я предлагаю вам интересный эксперимент, который показывает, что литий-ионные источники питания весьма разнятся по последствиям воздействия на них низких температур. Даже если батареи имеют схожие характеристики, при морозе их работоспособность будет отличаться в значительной степени.

Для тестирования были выбраны семь Li-ion накопителей энергии формата 18650:

Samsung 30Q (Яндекс.Маркет или AliexPress);
Samsung 25R (Яндекс.Маркет или AliexPress);
LG HE2 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
LG HE;
LG HG2 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
Sony VTC5 (Яндекс.Маркет или AliexPress);
Sanyo NSX (AliexPress).

Приведённые выше модели АКБ являются наиболее распространёнными и доступными. Они могут выдерживать постоянный ток разряда до 20 A. Эти батареи можно обнаружить на электрифицированных средствах передвижения, в аккумуляторном инструменте, портативных источниках энергии, а также электронных сигаретах.

Тесты осуществлялись при температуре -24 градуса. Ток разряда — 10 A. В процессе тестирования элементы не извлекались из морозилки.

Результаты замеров

Все источники энергии проявили активность, однако с очень разными результатами.

Ниже приведён график разряда накопителей при комнатной температуре и при температуре -24 градуса:

При увеличении графика можно наблюдать, что накопители отличаются по своему поведению в значительной степени. У Samsung 30Q напряжение опустилось до критических показателей, а кривая LG HG2 пребывает в штатном диапазоне напряжений.

Разряд литий-ионных батарей при температуре -24 градуса:

Что мы можем наблюдать на данном графике? Ничего хорошего для Samsung 30Q. Напряжение батарейки просело до минимально дозволенного, а из этого следует, что девайс на котором установлены элементы Samsung 30Q, в сильный мороз с большой вероятностью не запустится.

Разряд Samsung 30Q при температуре -24 градуса:

Как изменяется напряжение источников энергии на морозе

Батарейки целые сутки находились в морозилке при температуре -24 градуса. При замерах, изделия из места заморозки не извлекались.

Номинальное напряжение накопителей — 3,6 V, предел рабочих напряжений — 2,5-4,2 V. Как правило, электроника адекватно функционирует в пределе напряжений 2,7-4,2 V. Осветительные приборы и другие не слишком требовательные девайсы могут выполнять свои прямые обязанности и в более широком диапазоне — 2,5-4,35 V.

Результаты замеров:

Samsung 30Q — 2,68 V;
Samsung 25R — 2,78 V;
Sony VTC5 — 2,6 V;
LG HE2 — 2,89 V;
LG HE4 — 2,82 V;
LG HG2 — 3,16 V;
Sanyo NSX — 2,67 V.

Как видим, напряжение на всех АКБ превышает напряжение разряда. У LG HG2 оно приближено к номинальному. У Samsung 25R, LG HE2 и LG HE4 — скромнее номинального, но в то же время, его хватает для запуска большинства гаджетов. А вот и неудачники: Samsung 30Q, Sony, а также Sanyo — у них напряжение приближено к нижней черте диапазона. Весьма вероятно, что гаджет обслуживаемый данными элементами не заработает, а индикатор уровня заряда продемонстрирует полный разряд батареи.

Влияние мороза на время функционирования АКБ

График демонстрирует, что продолжительность функционирования батарейки LG HG2 при минусе и при домашней температуре — идентичная:

Делаем выводы по эксперименту

1. Литий-ионные источники энергии весьма разнятся между собой. Вроде бы и характеристики у них одинаковые, а вот на морозе они показывают себя по-разному.

2. Снижение эффективности функционирования при минусовых температурах — это не «заслуга» самой литий-ионной технологии. Здесь имеет место специфика отдельно взятой модели электронакопителя.

3. Для минусовой температуры вполне удачным вариантом будут электробатареи LG HG2.

4. На переохлаждённых источниках питания напряжение растёт первые 50-100 секунд. Почему так происходит? Тут всё просто: разряжаясь АКБ производят тепло и таким образом создают себе обогрев. Кроме того, батареи могут получать дополнительное тепло от электронных схем, находящихся в едином корпусе с ними.

5. Не нужно сразу выжимать из промёрзшего электронакопителя полную мощность. Выгоднее будет дать ему повысить температуру на средней мощности.

Как определить с защитой от перезаряда аккумулятор или нет

Как правильно заряжать li-ion аккумуляторы и разберемся с аббревиатурами PCB, BMS и PCM, PCB

РСВ

В данном виде аккумуляторов нельзя допускать глубокой разрядки и перезаряда. Так как для них это опасно и из-за несоблюдения этих факторов они могут намного быстрее выйти из строя.

Именно поэтому, для контроля за состоянием батареи, некоторые производители встраивают в нее PCB модуль. Его задача как раз-таки не допустить глубокой разрядки или, наоборот, перезаряда.

Поэтому перед покупкой аккумулятора важно выяснить, оснащен он модулем PCB или нет. Потому что если данный элемент отсутствует, вам придется следить за состоянием батареи самостоятельно

PCM

Модуль PCM работает несколько по-иному. Во-первых, он встраивается не в элемент, а в устройство. К примеру, в смартфон. То есть, если плата PCB следит только за уровнем зарядки, то PCM занимается полностью управлением процесса – обеспечивает ток, контролирует температуру и напряжение.

По факту выступает узлом, который называется контроллером зарядки и который ее отключает, когда прибор зарядился. Либо делает это принудительно, если возникли проблемы с напряжением или другие неисправности.

Блок BMS

Его можно найти в аккумуляторах, составленных из батарей, включенных последовательно. Например, так устроены АКБ любого ноутбука. Как правило, при эксплуатации аккумуляторы теряют ёмкость по-разному. Один элемент всегда разряжается быстрее, чем другой. В результате один блок может быть полностью разряжен, тогда как остальные «тянут» и благодаря этому напряжение в целом будет в норме. И как раз задача модуля BMS – контролировать состояние каждого элемента и не допустить, чтобы напряжение в какой-то части стало критическим. Именно поэтому BMS часто называют балансиром.

Как заряжать АКБ 18500

Неправильная зарядка может привести к перегреву элемента и даже взрыву. Для того чтобы правильно зарядить аккумулятор этого типа необходимо использовать зарядное устройства на 3,7 Вольт, сила тока которого не превышает 2 Ампер. Кроме этого, потребуется постоянно контролировать уровень заряженности батареи, чтобы не вывести её из строя.

Полностью решить проблему можно с помощью «умной» зарядки, но стоимость таких изделий может быть очень значительной. Намного проще использовать АКБ 18500 оснащённые контроллером. Такие изделия можно легко зарядить в любом подходящем по напряжению ЗУ.

Где купить хорошие аккумуляторы 18650?

Так где же найти хорошие батарейки 18650? Например, качественные модели можно купить не на Али, а в магазине Banggood.

Вот только с ценой и способами доставки могут возникнуть проблемы.

Среди ведущих производителей 18650 стоит выделить такие фирмы как Samsung, Sony (сейчас уже muRata), Panasonic, LG, Sanyo.

Один из самых удачных вариантов при переделке и ремонте аккумуляторного инструмента на высокотоковых батарейках 18650 — это Sony VTC6 или LG “шоколадки”.

Ошибка №23
Покупая модные батарейки по более дорогой цене от Fenix или NiteCore, вы переплачиваете за бренд и красивую этикетку.

Фактически это не производители, а перепаковщики. Если отодрать наклейку, то внутри вы увидите все ту же банку от Samsung, Panasonic или LG.

Если же речь идет о хороших батарейках 18650 (не высокотоковых), то зарекомендовавшим себя с положительной стороны магазином у китайцев считается, тот самый LiitoKala – ТЫЦ.

Для аккумуляторного инструмента один из лучших элементов питания — это LiitoKala Lii-40A 21700. Однако как видите, форм фактор у него немного другой (не 18650).

Зато фактический разрядный ток такого элемента доходит до 20А. 21700 считается вообще сильно недооцененным форм-фактором. Подробнее

В плане емкости предел для них в районе 5000mAh.

Ошибка №24
Для шуруповертов и других подобных инструментов не берите аккумуляторы с CDR менее 20А.

Эпичная битва шуруповертов на разных аккумуляторах. Кто кого, Bosch или Makita

Главная проблема LiitoKala или всяких Варикоров в том, что зачастую попадаются батарейки с очень большим разбросом параметров. Вот типичный отзыв рядового пользователя.

Ошибка №25
Для электронных сигарет, мехмодов и вейпинга LiitoKala лучше вообще не использовать.

Все может закончится перегревом, взрывом и травматизацией курильщика.

Покупайте для этих устройств только оригиналы от Murata (Sony), Samsung (серия 25R — “зеленые огурчики”) или LG (серия «HE» — “желтые бананы”).

Вот еще один магазин Aliya’s Battery Store по продаже некоторых оригинальных марок 18650 – ТЫЦ. Цены здесь существенно отличаются от всех предыдущих.

Что касается электротранспорта (самокат, велосипеды), то при сборке батареи АКБ, элементы аналогов нужно подбирать с таким запасом, чтобы максимальный разрядный ток, протекающий через каждый аккумулятор, не превышал 50% от значения его максимального продолжительного тока.

Помимо батареек не забывайте про безопасные и многофункциональные зарядные устройства к ним (ссылка на подобные уже была выше).

Хорошая зарядка в обязательном порядке должна иметь такие функции как:

поканальный выбор и контроль тока заряда – разряда

контроль напряжения

измерение емкости

отслеживание температуры

https://youtube.com/watch?v=2J-h6fC1GrU%3F

Напряжение литиевого аккумулятора 18650

Напряжение на контактах литиевого аккумулятора напрямую зависит от его химического состава. Номинальное напряжение самых распространенных литиевых аккумуляторов 18650 составляет от 3.6В до 3.8В, для большинства Li-Ion аккумуляторов 18650 это будет 3.7В. Самое большое номинальное напряжение 3.8В может быть у IMR аккумуляторов (LMO, LiMn2O4).

Минимальное напряжение литиевого аккумулятора 18650 в зависимости от его химического состава может быть в пределах от 2.5В до 2.75В. При этом нужно понимать, что разряжать аккумулятор до таких напряжений не рекомендуется и это уже критическое значение, при котором должна срабатывать защита. В IMR аккумуляторах допускается снижение минимального напряжения до 2В. В основном все литиевые аккумуляторы рекомендуется разряжать только до 3В, что существенно продлит его срок службы.

Максимальное напряжение литиевого аккумулятора 18650 также зависит от его химического состава, и варьируется в диапазоне от 4.25В до 4.35В. Напряжение 4.35В может быть на аккумуляторах INR. Но, все зарядные устройства настроены таким образом, что заряжают литиевые аккумуляторы максимум до напряжения 4.2В, некоторые зарядные устройства производят отсечку при напряжении 4.25В, что для большинства Li-Ion аккумуляторов будет пороговым значением, превышать которое крайне не рекомендуется.

Если подвести общий итог, то при использовании литиевых аккумуляторов 18650 следует разряжать их не ниже 3В, и не заряжать выше 4.2В. В большинстве случаев номинальное напряжение будет равно 3.7В. Отличаются от всех только литий-железофосфатные IFR аккумуляторы 18560 (LFR, LiFePO4) с номинальным напряжением 3.2В, и литий-титанатные LiTi аккумуляторы 18650 (LTO, Li4Ti5O12) с номинальным напряжением 2.4В.

Можно ли заменить свинцово-кислотную батарею вилочного погрузчика на литий-ионную, и наоборот?

Такая замена возможна, хотя это не лучший способ внедрения литий-ионной технологии в парк вилочных погрузчиков

Для правильного подбора АКБ важно подсчитать энергоемкость в ватт-часах, которая зависит от сборки, химсостава и допустимой глубины разряда аккумулятора. Пример расчета показан в таблице ниже (данные о глубине разряда нужно уточнять у производителя элементов)

Характеристики заменяемой свинцово-кислотной АКБ
Напряжение	12	В
Емкость	100	А·ч
Глубина разряда
Классическая свинцово-кислотная	60%
LFP, LiFePO4	100%
NMC	80%
Энергоемкость
Классическая свинцово-кислотная	695	Вт·ч
LFP, LiFePO4	54	А·ч
NMC	78	А·ч

Аналоги

Основной аналог аккумулятора с маркировкой 18500 – батарейка аналогичных размеров, ёмкости с интегрированным контроллером. Она дороже, но обеспечивает дополнительную защиту от перегрева, короткого замыкания. Такой АКБ можно использовать без ограничений в устройствах без дополнительной защиты, не переживая за соблюдение техники безопасности. Если в продаже нет батарейки 18500, в качестве альтернативы можно рассматривать:

Аналог по типоразмеру Ifr 18500.

Lir 18500 – батарейка с номинальной ёмкостью в 1400 мАч;
NCR, Icr18500 – источник питания с запасом энергии в 2000 мАч;
Cgr 18500 – при выборе такой батарейки стоит учитывать различие в номинальном напряжении;
Ifr 18500 – полный аналог по типоразмеру, но отличается по номинальному напряжению (3,2 В). Батарейка не подходит для установки в устройства, где требуется напряжение 3,6 В.

Схема принципиальная БП на ADP2291

После анализа потребностей и доступности элементов для проекта, выбор пал на интегральные микросхемы от Analog Devices Inc: ADP2291 зарядное устройство и ADP1610 импульсный преобразователь. Они относительно дешевы и доступны в продаже. Схема разработанного решения представлена на рисунке ниже.

Выходной каскад включает в себя удвоитель, который позволяет получить дополнительное напряжение 9 В / 50 мА. Решение было протестировано и результаты подтвердили, что все проектные предположения выполнены.

Печатная плата разработанная для использования двухстороннего монтажа SMD, имеет размеры 52×28 мм.

Благодаря работе на частоте 700 кГц, система отличается компактной конструкцией – индуктивные элементы и фильтрующие конденсаторы имеют небольшие размеры, несмотря на большой допустимый выходной ток. Достигнутый КПД был выше 80% (в зависимости от величины тока нагрузки).

Разъединитель преобразователя напряжения на основе MOSFET-транзисторов настолько эффективно отделяет выходную цепь от аккумулятора, что даже после года хранения устройства от зарядки аккумулятора его напряжение упало всего примерно на 0,4 В (3,8 В), и схема сразу была готова к работе после включения.

Была успешно использована схема этого зарядного устройства с блоком питания 5 В / 1 А в нескольких различных проектах. А в одном из проектов возникла необходимость в питании цифровых схем на 3,3 В от аккумуляторов.

Самым простым и очевидным решением в такой ситуации было бы использование дополнительного стабилизатора, который снизил бы напряжение с 5 В до 3,3 В. Проблема в том, что такое решение снижает эффективность источника питания почти на 35%, что в случае питания от батареи является очевидным расточительством ёмкости.

Решением проблемы было использование конфигурации SEPIC (несимметричный первичный преобразователь индуктивности). Схема представлена на рисунке ниже.

Источник питания 3,3 В с литий-полимерным аккумулятором

В преобразователе этого типа вход и выход разделены для постоянного тока конденсатором C9. На этом этапе нужно использовать керамический конденсатор с очень низким значением ESR (паразитная индуктивность и последовательное сопротивление). Конденсатор должен иметь емкость 10 мкФ и быть неполярным – танталовые и электролитические алюминиевые конденсаторы не подходят для использования в этом месте. Этот блок питания представляется в двух конфигурациях.

Блок питания 5 В с литий-полимерным аккумулятором

Первый – это немного упрощенная версия с батареей 3,7 В / 1000 мАч. Ток зарядки в схеме был ограничен до 250 мА, схема включалась и выключалась с помощью микровыключателей (ВКЛ и ВЫКЛ) и сигнализации состояния переключения (светодиод «Power»). Схема также позволяет измерять напряжение аккумулятора.

Второе решение также обеспечивает возможность контроля напряжения батареи микроконтроллером семейства Atmel 89Cx051 и логического отключения схемы.

Схема питания с литий-полимерным аккумулятором

Подбор элементов в измерительных делителях обеспечивает возможность определения полного разряда аккумулятора путем сравнения напряжений на входах аналогового компаратора (AIN0 и AIN1) и отключения питания установкой низкого состояния на выходе P3.7.

Преобразователь формирует стабильное постоянное напряжение 5,0 В при потреблении тока в диапазоне 30-600 мА. В таком виде и использовалась схема: зарядное устройство – блок питания – нагрузка, надёжно отработав уже несколько лет.

Вздутие LiPo[править]

Вздутие LiPo-аккумулятора — результат определённых химических процессов внутри него, сопровождающихся выделением газа, которому некуда выйти из-за герметичной конструкции батареи. Вздутие может происходить по разным причинам и в любом случае сопровождается деградацией, физическим старением аккумулятора, уменьшением ёмкости, неспособностью удерживать полученный заряд и отдавать заявленный ток — это всё следствия увеличения расстояния между пластинами внутри банки аккумулятора.

Неправильные условия эксплуатации. Обычно это слишком большой зарядный ток или слишком большая нагрузка при разряде (слишком большой продолжительный разрядный ток), приводящие к чрезмерному нагреву аккумулятора. А также — пренебрежение процедурой .
Нарушение производственных технологий (в том числе — попадание влаги внутрь в процессе сборки) и/или использование дешёвых материалов при изготовлении.

Еле вспухшие аккумуляторы (в таком состоянии вспухание определяется скорее на ощупь, чем визуально) можно некоторое время продолжать эксплуатировать, контролируя фактическую ёмкость. Если аккумулятор не способен держать ёмкость менее 80% от номинальной, то следует приступить к его .

Сильно (заметно) вспухшие аккумуляторы следует немедленно прекратить эксплуатировать и так же .

Что представляет собой Li-ion аккумулятор

Литиевые устройства – это один из самых популярных и современных типов АКБ. Эти источники питания устанавливают в разных гаджетах и особо ценят за высокую ёмкость и компактные размеры.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Li-ion батарея представляет собой многослойное устройство, и её работа основывается на взаимодействии и электрохимическом потенциале этих слоёв. Чистый литий – это метал с очень высокой химической активностью, который вступает в реакции даже с водой и воздухом.
Оксид лития, полная противоположность своего «чистого собрата» и является вполне стабильным. Принцип работы устройства, заключается в отдаче металлами своих электронов, которые в последствии станут положительными ионами (катионами).

Способность отдавать электроны значительно отличается у разных элементов, и именно литий является лидером в этом деле.

Во время заряда литий-ионных АКБ, электроны освобождаются и начинают движение в сторону катода (положительного заряда), а положительные ионы движутся к аноду. Во время использования заряженной батареи всё происходит в обратном направлении. Такое движение частиц и приводит к появлению электрического тока.

Литий-ионные аккумуляторы.

Устройство литий-ионного аккумулятора

АКБ такого типа устроены следующим образом:

Катод или отрицательный электрод. Представляет собой фольгу из алюминия, которая покрыта слоем оксида лития.
Анод или положительный электрод. Фольга из меди, покрытая слоем графита.
Сепаратор. Пористый разделитель и электролит.
Герметичный корпус. Это обязательное условие, так как разгерметизация батарейки может спровоцировать поломку, возгорание и даже взрыв.
Плюсовой и минусовой токовыводы.

Также некоторые устройства могут быть оборудованы дополнительными регуляторами и предохранителями. Такие компоненты помогают увеличить сопротивление при нагреве, сбросить внутреннее давление или прервать контакт катода и плюсового токовывода в аварийных ситуациях.

Размеры литиевых аккумуляторов могут быть самыми разными, а вот по форме можно выделить два основных типа:

цилиндрические;
призматические.

В цилиндрических батарейках тонкие слои анода, катода и разделителя сворачивают. Призматические АКБ предполагают плотное прижатие слоёв друг к другу.

Литий-ионные батареи.

Плюсы и минусы литиевых АКБ

Популярность литиевых элементов питания говорит сама за себя – у таких устройств имеется немало достоинств:

отличная энергоёмкость;
«эффект памяти» сведён к минимуму;
длительный срок службы;
не требуют дополнительного обслуживания;
возможность работа при разных температурах;
саморазряд практически отсутствует;
компактные размеры и возможность придания любой формы АКБ.

Батареи на основе лития всё же не идеальны и у них есть ряд недостатков:

высокая цена, по сравнению с другими типами АКБ;
ограниченное количество циклов перезаряда;
всегда присутствует минимальный риск взрыва или возгорания;
механические повреждения опасны и могут привести к поломке батареи;
качественная работа возможна только при соблюдении правил зарядки и использования.

Несколько литий-ионных батарей.

Долговечность батареи

Долговечность батареи на текущий момент с учетом постепенного падения остаточной емкости не ниже 70% составляет более 4 000 циклов зарядки-разрядки, то есть в среднем более 1 500 000 км и служит более 10 лет. Последнее позволяет утверждать, что сейчас главная претензия к тяговым батареям — их стоимость.

Как падает емкость аккумулятора

С годами и пройденными километрами емкость аккумуляторной батареи электромобиля падает. Все батареи в конечном итоге изнашиваются и должны быть заменены. Скорость, с которой они истекают, зависит от ряда факторов. Глубина разряда — это рекомендуемая минимальная доля общего объема накопленной энергии, для которой эта батарея будет достигать своих номинальных циклов. Аккумуляторные батареи с глубоким циклом обычно не должны разряжаться до менее чем 20% от общей емкости. Отдельные современные батареи могут выдержать более глубокие разряд. Литий-ионные батареи, используемые в большинстве современных электрокаров, теряют часть своей максимальной емкости в год, даже если они не используются, но имеют очень высокое циклическое сопротивление и выдерживают более 10 000 циклов заряда и разряда и длительный срок службы до 20 лет. Никель-металлгидридные батареи теряют гораздо меньшую емкость.

В США проводились тесты срока службы батареи Tesla Roadster (2008). Было обнаружено, что после 100 000 миль (160 000 км), батарея по-прежнему оставалась вместимостью от 80 до 85 процентов, причем независимо от того, в какой климатической зоне движется автомобиль. Родстер Tesla был построен и продан в период с 2008 по 2012 год. Для своих 85-кВт-ч аккумуляторов в Tesla Model S предусмотрена 8-летняя гарантия с неограниченным пробегом.

По состоянию на декабрь 2016 года самым продаваемым в мире электромобилем в мире является Nissan Leaf, с более чем 250 000 единиц, проданных с момента его создания в 2010 году. Nissan заявил в 2015 году, что за это время только 0,01% батарей пришлось заменить из-за сбоев или проблем. Есть множество EV транспортных средств, которые уже покрыли более 200 000 км; ни у одного из них не было никаких проблем с батареей.

Современное производство

В настоящее время электрод с отрицательными показателями создаётся не из чистого лития, а из различных сплавов. Лучшие показатели демонстрирует сплав алюминия и лития. В процессе разряда подобный электрод вытравливает литий, а при зарядке все происходит обратным образом. При осуществлении цикла «заряд-разряд» меняется концентрация лития в сплаве. Естественно, таким образом происходит небольшая потеря активности элемента, а потенциал электродов из сплавов снизился на 0.2−0.4 вольта.

То же самое касается рабочего напряжения и взаимодействия электролита и сплава. Однако такое действие оказало и положительный эффект, т. к. снизился и саморазряд.

Тем не менее, сплав из алюминия и лития не стал пользоваться большой популярностью и быстро вышел из обихода. Объяснялось это обильным изменением удельного объема сплавов, а при глубокой разрядке электрод становился хрупким и осыпался. Учитывая сложившуюся ситуацию, производители решили отказаться от этого направления, в пользу изучения остальных материалов, в частности, сплавов.

В результате продолжительных исследований удалось убедиться в том, что наиболее продуктивные характеристики свойственны сплавам лития с тяжелыми металлами. В качестве примера можно взять слав Вуда, показавший отличное сохранение удельного объема. Тем не менее, его не стали активно использовать — по причине недостаточных удельных характеристик для полноценной работы батареи.

Недавно производители литиевых батарей убедились в том, что металлический элемент не обладает необходимой стабильностью, поэтому они стали развиваться в другом направлении. После принятия решения отказаться от использования компонентов батареи в чистом виде инженеры начали задействовать ионы лития. Таким образом на рынок вышли литий-ионные разработки.

Заключение

Для того, чтобы аккумулятор хорошо держал заряд и прослужил достаточно долго, он должен быть от надежного проверенного производителя и само собой оригинальным, а не дешевой подделкой

Также важно в каких условиях и как долго хранятся аккумуляторы

Поэтому лучше всего приобретать аккумуляторы в специализированных магазинах, которые уделяют особое внимание их качеству. Качественные аккумуляторы для самых различных целей от лучших производителей можно приобрести на сайте https://voltacom.ru/catalog/power/akkum

Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2C 20000mAhЗарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2 10000mAhЗарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 5000mAh