Litiumioniakut. Nykyaikaisten litiumakkujen tyypit

Tietyn laturin ominaisuuksien arvioiminen on vaikeaa ymmärtämättä, miten Li-ion-akun esimerkillisen latauksen pitäisi todellisuudessa edetä. Siksi, ennen kuin siirrymme suoraan kaavioihin, muistetaan pieni teoria.

Mitä ovat litiumparistot?

Riippuen siitä, mistä materiaalista litiumakun positiivinen elektrodi on valmistettu, on olemassa useita lajikkeita:

• litiumkoboltaattikatodilla;
• litioituun rautafosfaattiin perustuvalla katodilla;
• perustuu nikkeli-koboltti-alumiiniin;
• perustuu nikkeli-koboltti-mangaaniin.

Kaikilla näillä akuilla on omat ominaisuutensa, mutta koska nämä vivahteet eivät ole perustavanlaatuisia yleisen kuluttajan kannalta, niitä ei käsitellä tässä artikkelissa.

Lisäksi kaikkia litiumioniakkuja valmistetaan eri kokoisina ja eri muotoisina. Ne voivat olla joko koteloituja (esim. suosittu 18650 nykyään) tai laminoituja tai prismaattisia (geelipolymeeriakut). Jälkimmäiset ovat hermeettisesti suljettuja erikoiskalvosta valmistettuja pusseja, jotka sisältävät elektrodeja ja elektrodimassaa.

Li-ion-akkujen yleisimmät koot on esitetty alla olevassa taulukossa (kaikkien nimellisjännite on 3,7 volttia):

Sisäiset sähkökemialliset prosessit etenevät samalla tavalla eivätkä riipu akun muotokertoimesta ja rakenteesta, joten kaikki alla sanottu koskee yhtä lailla kaikkia litiumakkuja.

Kuinka ladata litiumioniakkuja oikein

Oikein tapa ladata litiumakkuja on ladata kahdessa vaiheessa. Tätä menetelmää Sony käyttää kaikissa latureissaan. Monimutkaisemmasta lataussäätimestä huolimatta tämä varmistaa litiumioniakkujen täydellisemmän latauksen lyhentämättä niiden käyttöikää.

Tässä puhutaan litiumakkujen kaksivaiheisesta latausprofiilista, lyhennettynä CC/CV (vakiovirta, vakiojännite). On myös vaihtoehtoja pulssi- ​​ja askelvirroilla, mutta niitä ei käsitellä tässä artikkelissa. Voit lukea lisää lataamisesta pulssivirralla.

Tarkastellaan siis kumpaakin latausvaihetta tarkemmin.

1. Ensimmäisessä vaiheessa Jatkuva latausvirta on varmistettava. Nykyinen arvo on 0,2-0,5 C. Nopeutettua latausta varten virtaa saa nostaa 0,5-1,0 C:een (jossa C on akun kapasiteetti).

Esimerkiksi akun, jonka kapasiteetti on 3000 mAh, nimellinen latausvirta ensimmäisessä vaiheessa on 600-1500 mA ja kiihdytetty latausvirta voi olla välillä 1,5-3A.

Tietyn arvon jatkuvan latausvirran varmistamiseksi latauspiirin on kyettävä nostamaan jännitettä akun navoissa. Itse asiassa ensimmäisessä vaiheessa laturi toimii klassisena virran stabilisaattorina.

Tärkeä: Jos aiot ladata akkuja sisäänrakennetulla suojalevyllä (PCB), niin latauspiiriä suunniteltaessa on varmistettava, että piirin avoimen piirin jännite ei koskaan saa ylittää 6-7 volttia. Muuten suojalevy voi vaurioitua.

Sillä hetkellä, kun akun jännite nousee 4,2 volttiin, akku saa noin 70-80% kapasiteetistaan ​​(ominaiskapasiteetin arvo riippuu latausvirrasta: kiihdytetyllä latauksella se on hieman pienempi, nimellinen lataus - hieman enemmän). Tämä hetki merkitsee ensimmäisen latausvaiheen loppua ja toimii signaalina siirtymiselle toiseen (ja viimeiseen) vaiheeseen.

2. Toinen latausvaihe- tämä on akun lataamista vakiojännitteellä, mutta vähitellen laskevalla (laskevalla) virralla.

Tässä vaiheessa laturi ylläpitää 4,15-4,25 voltin jännitettä akussa ja ohjaa virran arvoa.

Kapasiteetin kasvaessa latausvirta pienenee. Heti kun sen arvo laskee 0,05-0,01 C:een, latausprosessi katsotaan päättyneeksi.

Tärkeä vivahde oikean laturin toiminnassa on sen täydellinen irrottaminen akusta latauksen päätyttyä. Tämä johtuu siitä, että litiumakkujen ei ole äärimmäisen toivottavaa, että ne pysyvät pitkään korkean jännitteen alaisena, jonka yleensä tarjoaa laturi (eli 4,18-4,24 volttia). Tämä johtaa akun kemiallisen koostumuksen nopeutuneeseen hajoamiseen ja sen seurauksena sen kapasiteetin heikkenemiseen. Pitkäaikainen oleskelu tarkoittaa kymmeniä tunteja tai enemmän.

Toisessa latausvaiheessa akku onnistuu kasvattamaan kapasiteettiaan noin 0,1-0,15 lisää. Akun kokonaislataus saavuttaa siten 90-95 %, mikä on erinomainen indikaattori.

Tarkastelimme kahta latauksen päävaihetta. Litiumakkujen latauskysymyksen kattavuus olisi kuitenkin epätäydellinen, jos toista latausvaihetta ei mainita - ns. esilataa.

Alustava latausvaihe (esilataus)- tätä vaihetta käytetään vain syväpurkautuneille akuille (alle 2,5 V) niiden saattamiseksi normaaliin toimintatilaan.

Tässä vaiheessa lataukseen tarjotaan alennettu vakiovirta, kunnes akun jännite saavuttaa 2,8 V.

Esivaihe on välttämätön, jotta estetään vaurioituneiden akkujen turpoaminen ja paineen aleneminen (tai jopa tulen aiheuttama räjähdys), joissa on esimerkiksi sisäinen oikosulku elektrodien välillä. Jos suuri latausvirta johdetaan välittömästi tällaisen akun läpi, tämä johtaa väistämättä sen kuumenemiseen, ja sitten se riippuu.

Toinen esilatauksen etu on akun esilämmitys, mikä on tärkeää ladattaessa matalissa ympäristön lämpötiloissa (kylmänä vuodenaikana lämmittämättömässä huoneessa).

Älykkään latauksen tulee pystyä tarkkailemaan akun jännitettä esilatausvaiheessa ja, jos jännite ei nouse pitkään aikaan, tehdä johtopäätös, että akku on viallinen.

Kaikki litiumioniakun latauksen vaiheet (mukaan lukien esilatausvaihe) on kuvattu kaaviomaisesti tässä kaaviossa:

Nimellislatausjännitteen ylittäminen 0,15 V voi lyhentää akun käyttöikää puoleen. Latausjännitteen alentaminen 0,1 voltilla vähentää ladatun akun kapasiteettia noin 10 %, mutta pidentää merkittävästi sen käyttöikää. Täyteen ladatun akun jännite laturista poistamisen jälkeen on 4,1-4,15 volttia.

Sallikaa minun tehdä yhteenveto yllä olevasta ja hahmotella pääkohdat:

1. Mitä virtaa minun tulee käyttää litiumioniakun lataamiseen (esimerkiksi 18650 tai mikä tahansa muu)?

Virta riippuu siitä, kuinka nopeasti haluat ladata sen, ja se voi vaihdella 0,2 C - 1 C.

Esimerkiksi akun kooltaan 18650, jonka kapasiteetti on 3400 mAh, pienin latausvirta on 680 mA ja suurin 3400 mA.

2. Kuinka kauan esimerkiksi samojen 18650 akkujen lataaminen kestää?

Latausaika riippuu suoraan latausvirrasta ja lasketaan kaavalla:

T = C / I lataus.

Esimerkiksi 3400 mAh:n akun latausaika 1A virralla on noin 3,5 tuntia.

3. Kuinka ladata litiumpolymeeriakku oikein?

Kaikki litiumakut latautuvat samalla tavalla. Sillä ei ole väliä, onko kyseessä litiumpolymeeri vai litiumioni. Meille kuluttajille ei ole eroa.

Mikä on suojalevy?

Suojalevy (tai PCB - tehonohjauskortti) on suunniteltu suojaamaan litiumakun oikosululta, ylilataukselta ja ylipurkaukselta. Pääsääntöisesti suojamoduuleissa on myös ylikuumenemissuoja.

Litiumparistojen käyttö kodinkoneissa on turvallisuussyistä kiellettyä, ellei niissä ole sisäänrakennettua suojalevyä. Siksi kaikissa matkapuhelimien akuissa on aina PCB-levy. Akun lähtöliittimet sijaitsevat suoraan kortilla:

Nämä levyt käyttävät kuusijalkaista latausohjainta erikoislaitteessa (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 ja muut analogit). Tämän ohjaimen tehtävänä on irrottaa akku kuormasta, kun akku on täysin tyhjä, ja irrottaa akku latauksesta, kun se saavuttaa 4,25 V.

Tässä on esimerkiksi kaavio BP-6M akun suojalevystä, joka toimitettiin vanhojen Nokia-puhelimien mukana:

Jos puhumme 18650:stä, ne voidaan valmistaa joko suojalevyllä tai ilman. Suojamoduuli sijaitsee lähellä akun negatiivista napaa.

Levy lisää akun pituutta 2-3 mm.

Akut, joissa ei ole PCB-moduulia, sisältyvät yleensä akkuihin, joissa on omat suojapiirinsä.

Mikä tahansa suojattu akku voi helposti muuttua akuksi ilman suojaa, sinun tarvitsee vain tyhjentää se.

Nykyään 18650-akun maksimikapasiteetti on 3400 mAh. Suojatuilla akuilla on oltava vastaava merkintä kotelossa ("Suojattu").

Älä sekoita piirikorttia PCM-moduuliin (PCM - teholatausmoduuli). Jos ensimmäiset palvelevat vain akun suojaamista, jälkimmäiset on suunniteltu ohjaamaan latausprosessia - ne rajoittavat latausvirtaa tietyllä tasolla, ohjaavat lämpötilaa ja yleensä varmistavat koko prosessin. PCM-korttia kutsutaan latausohjaimeksi.

Toivottavasti nyt ei ole enää kysymyksiä, kuinka ladata 18650-akku tai jokin muu litiumakku? Sitten siirrytään pieneen valikoimaan valmiita piiriratkaisuja latureita varten (samat latausohjaimet).

Li-ion-akkujen latausjärjestelmät

Kaikki piirit soveltuvat minkä tahansa litiumakun lataamiseen, jää vain päättää latausvirta ja elementtipohja.

LM317

Kaavio yksinkertaisesta laturista, joka perustuu LM317-siruun latausilmaisimella:

Piiri on yksinkertaisin, koko kokoonpano rajoittuu lähtöjännitteen asettamiseen 4,2 volttiin trimmausvastuksella R8 (ilman kytkettyä akkua!) ja latausvirran asettamiseen valitsemalla vastukset R4, R6. Vastuksen R1 teho on vähintään 1 watti.

Heti kun LED-valo sammuu, latausprosessi voidaan katsoa päättyneeksi (latausvirta ei koskaan laske nollaan). Ei ole suositeltavaa pitää akkua tällä latauksella pitkään sen jälkeen, kun se on ladattu täyteen.

Lm317-mikropiiriä käytetään laajalti erilaisissa jännitteen ja virran stabilaattoreissa (kytkentäpiiristä riippuen). Sitä myydään joka kulmassa ja se maksaa penniä (voit ottaa 10 kappaletta vain 55 ruplaa).

LM317 toimitetaan eri koteloissa:

Pin-määritys (pinout):

LM317-sirun analogit ovat: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (kaksi viimeistä ovat kotimaisia).

Latausvirta voidaan nostaa 3A:iin, jos otat LM350:n LM317:n sijaan. Se tulee kuitenkin kalliimmaksi - 11 ruplaa/kpl.

Painettu piirilevy ja piirikokoonpano on esitetty alla:

Vanha Neuvostoliiton transistori KT361 voidaan korvata vastaavalla pnp-transistorilla (esimerkiksi KT3107, KT3108 tai bourgeois 2N5086, 2SA733, BC308A). Se voidaan poistaa kokonaan, jos latausilmaisinta ei tarvita.

Piirin haittapuoli: syöttöjännitteen tulee olla välillä 8-12V. Tämä johtuu siitä, että LM317-sirun normaalia toimintaa varten akkujännitteen ja syöttöjännitteen välisen eron on oltava vähintään 4,25 volttia. Siksi sitä ei voi saada virtaa USB-portista.

MAX1555 tai MAX1551

MAX1551/MAX1555 ovat erikoislatureita Li+-akuille, jotka toimivat USB:stä tai erillisestä virtalähteestä (esim. puhelimen laturi).

Ainoa ero näiden mikropiirien välillä on, että MAX1555 tuottaa signaalin, joka ilmaisee latausprosessin, ja MAX1551 tuottaa signaalin, että virta on päällä. Nuo. 1555 on edelleen suositeltava useimmissa tapauksissa, joten 1551 on nyt vaikea löytää myynnistä.

Yksityiskohtainen kuvaus näistä mikropiireistä valmistajalta on.

DC-adapterin maksimitulojännite on 7 V, kun se saa virtaa USB:stä - 6 V. Kun syöttöjännite laskee 3,52 V:iin, mikropiiri sammuu ja lataus pysähtyy.

Mikropiiri itse tunnistaa, missä tulossa syöttöjännite on ja muodostaa yhteyden siihen. Jos virta syötetään USB-väylän kautta, enimmäislatausvirta on rajoitettu 100 mA:iin - tämän avulla voit kytkeä laturin minkä tahansa tietokoneen USB-porttiin ilman pelkoa eteläsillan polttamisesta.

Kun laite saa virtaa erillisestä virtalähteestä, tyypillinen latausvirta on 280 mA.

Siruissa on sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja. Mutta myös tässä tapauksessa piiri jatkaa toimintaansa vähentäen latausvirtaa 17 mA jokaista 110 ° C:n ylittävää astetta kohti.

On esilataustoiminto (katso yllä): niin kauan kuin akun jännite on alle 3 V, mikropiiri rajoittaa latausvirran 40 mA:iin.

Mikropiirissä on 5 nastaa. Tässä on tyypillinen kytkentäkaavio:

Jos on takuu, että sovittimen lähdön jännite ei missään olosuhteissa voi ylittää 7 volttia, voit tehdä ilman 7805-stabilisaattoria.

USB-latausvaihtoehto voidaan koota esimerkiksi tähän.

Mikropiiri ei vaadi ulkoisia diodeja tai ulkoisia transistoreita. Yleensä tietysti upeita pieniä asioita! Vain ne ovat liian pieniä ja epämukavia juotettavaksi. Ja ne ovat myös kalliita ().

LP2951

LP2951-stabilisaattorin valmistaa National Semiconductors (). Se tarjoaa sisäänrakennetun virranrajoitustoiminnon toteutuksen ja antaa sinun luoda vakaan latausjännitetason litiumioniakulle piirin lähdössä.

Latausjännite on 4,08 - 4,26 volttia ja se asetetaan vastuksella R3, kun akku on irrotettuna. Jännite pidetään erittäin tarkasti.

Latausvirta on 150 - 300 mA, tätä arvoa rajoittavat LP2951-sirun sisäiset piirit (valmistajasta riippuen).

Käytä diodia pienellä käänteisvirralla. Se voi olla esimerkiksi mikä tahansa 1N400X-sarja, jonka voit ostaa. Diodia käytetään estodiodina estämään käänteisvirta akusta LP2951-sirulle, kun tulojännite on kytketty pois päältä.

Tämä laturi tuottaa melko alhaisen latausvirran, joten mikä tahansa 18650-akku voi latautua yön yli.

Mikropiiri voidaan ostaa sekä DIP- että SOIC-paketissa (maksaa noin 10 ruplaa kappaleelta).

MCP73831

Sirun avulla voit luoda oikeat laturit, ja se on myös halvempi kuin paljon huumattu MAX1555.

Tyypillinen kytkentäkaavio on otettu:

Piirin tärkeä etu on matalaresistanssisten voimakkaiden vastusten puuttuminen, jotka rajoittavat latausvirtaa. Tässä virran asetetaan vastuksella, joka on kytketty mikropiirin 5. nastaan. Sen vastuksen tulisi olla välillä 2-10 kOhm.

Koottu laturi näyttää tältä:

Mikropiiri lämpenee melko hyvin käytön aikana, mutta tämä ei näytä häiritsevän sitä. Se täyttää tehtävänsä.

Tässä on toinen versio painetusta piirilevystä, jossa on SMD-LED ja mikro-USB-liitin:

LTC4054 (STC4054)

Erittäin yksinkertainen kaava, loistava vaihtoehto! Mahdollistaa latauksen virralla 800 mA asti (katso). Totta, se yleensä kuumenee, mutta tässä tapauksessa sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja vähentää virtaa.

Piiriä voidaan yksinkertaistaa merkittävästi heittämällä yksi tai jopa molemmat LEDit ulos transistorilla. Sitten se näyttää tältä (täytyy myöntää, se ei voisi olla yksinkertaisempaa: pari vastusta ja yksi kondensaattori):

Yksi piirilevyvaihtoehdoista on saatavilla osoitteessa . Levy on suunniteltu vakiokoon 0805 elementeille.

I = 1000/R. Älä aseta suurta virtaa heti; katso ensin kuinka kuuma mikropiiri lämpenee. Omaan tarkoitukseen otin 2,7 kOhm vastuksen, ja latausvirta osoittautui noin 360 mA.

On epätodennäköistä, että on mahdollista sovittaa jäähdytin tähän mikropiiriin, eikä se ole tosiasia, että se on tehokas kidekotelon liitoksen korkean lämpövastuksen vuoksi. Valmistaja suosittelee, että jäähdytyselementti tehdään "johtojen läpi" - tehdään jäljet ​​mahdollisimman paksuiksi ja jätetään kalvo lastun rungon alle. Yleensä mitä enemmän "maa"foliota on jäljellä, sitä parempi.

Muuten, suurin osa lämmöstä haihtuu 3. jalan kautta, joten voit tehdä tästä jäljestä erittäin leveän ja paksun (täytä se ylimääräisellä juotteella).

LTC4054-sirupaketti voi olla merkitty LTH7 tai LTADY.

LTH7 eroaa LTADY:stä siinä, että ensimmäinen pystyy nostamaan erittäin alhaisen akun (jossa jännite on alle 2,9 volttia), kun taas toinen ei (se täytyy heiluta erikseen).

Siru osoittautui erittäin onnistuneeksi, joten siinä on joukko analogeja: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, 8PT405, 8PT , 2, HX6001 , LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Ennen kuin käytät mitään analogeista, tarkista tietolomakkeet.

TP4056

Mikropiiri on tehty SOP-8-koteloon (katso), sen vatsassa on metallinen jäähdytyselementti, joka ei ole kytketty koskettimiin, mikä mahdollistaa tehokkaamman lämmönpoiston. Mahdollistaa akun lataamisen jopa 1 A:n virralla (virta riippuu virransäätövastuksesta).

Kytkentäkaavio vaatii vähimmäismäärän ripustuselementtejä:

Piiri toteuttaa klassisen latausprosessin - ensin lataus vakiovirralla, sitten vakiojännitteellä ja laskevalla virralla. Kaikki on tieteellistä. Jos tarkastelet latausta askel askeleelta, voit erottaa useita vaiheita:

1. Kytketyn akun jännitteen valvonta (tätä tapahtuu koko ajan).
2. Esilatausvaihe (jos akun varaus on alle 2,9 V). Lataa 1/10 virralla vastuksen R prog ohjelmoimasta virrasta (100 mA R prog = 1,2 kOhm) tasolle 2,9 V.
3. Lataus suurimmalla vakiovirralla (1000 mA, R prog = 1,2 kOhm);
4. Kun akku saavuttaa 4,2 V, akun jännite on kiinteä tälle tasolle. Latausvirran asteittainen lasku alkaa.
5. Kun virta saavuttaa 1/10 vastuksen R prog ohjelmoimasta virrasta (100 mA R prog = 1,2 kOhm), laturi sammuu.
6. Kun lataus on valmis, säädin jatkaa akun jännitteen valvontaa (katso kohta 1). Valvontapiirin käyttämä virta on 2-3 µA. Kun jännite putoaa 4,0 V:iin, lataus alkaa uudelleen. Ja niin edelleen ympyrässä.

Latausvirta (ampeereina) lasketaan kaavalla I=1200/R prog. Suurin sallittu jännite on 1000 mA.

Todellinen lataustesti 3400 mAh 18650 akulla näkyy kaaviossa:

Mikropiirin etuna on, että latausvirta säädetään vain yhdellä vastuksella. Tehokkaita matalaresistanssisia vastuksia ei tarvita. Lisäksi siinä on latausprosessin ilmaisin sekä osoitus latauksen päättymisestä. Kun akkua ei ole kytketty, merkkivalo vilkkuu muutaman sekunnin välein.

Piirin syöttöjännitteen tulee olla 4,5...8 voltin sisällä. Mitä lähempänä 4,5 V, sitä parempi (joten siru lämpenee vähemmän).

Ensimmäistä jalkaa käytetään litiumioniakun (yleensä matkapuhelimen akun keskinapaan) sisäänrakennetun lämpötila-anturin kytkemiseen. Jos lähtöjännite on alle 45 % tai yli 80 % syöttöjännitteestä, lataus keskeytyy. Jos et tarvitse lämpötilan säätöä, istuta jalka maahan.

Huomio! Tällä piirillä on yksi merkittävä haittapuoli: akun käänteisen napaisuuden suojapiirin puuttuminen. Tässä tapauksessa säätimen taataan palavan loppuun maksimivirran ylityksen vuoksi. Tässä tapauksessa piirin syöttöjännite menee suoraan akkuun, mikä on erittäin vaarallista.

Sinetti on yksinkertainen ja voidaan tehdä tunnissa polvellasi. Jos aika on tärkeää, voit tilata valmiita moduuleja. Jotkut valmiiden moduulien valmistajat lisäävät suojan ylivirtaa ja ylipurkausta vastaan ​​(voit esimerkiksi valita, minkä levyn tarvitset - suojauksella tai ilman ja millä liittimellä).

Löydät myös valmiita levyjä, joissa on kosketin lämpötila-anturille. Tai jopa latausmoduuli, jossa on useita rinnakkaisia ​​TP4056-mikropiirejä latausvirran lisäämiseksi ja käänteisen napaisuuden suojauksella (esimerkki).

LTC1734

Myös hyvin yksinkertainen kaava. Latausvirta asetetaan vastuksella R prog (esim. jos asennat 3 kOhm vastuksen, virta on 500 mA).

Mikropiirit on yleensä merkitty koteloon: LTRG (ne löytyvät usein vanhoista Samsung-puhelimista).

Mikä tahansa pnp-transistori sopii, tärkeintä on, että se on suunniteltu tietylle latausvirralle.

Esitetyssä kaaviossa ei ole latausilmaisinta, mutta LTC1734:ssä sanotaan, että nastalla "4" (Prog) on ​​kaksi toimintoa - virran asettaminen ja akun latauksen loppumisen valvonta. Esimerkiksi piiri, jossa ohjataan latauksen päättymistä LT1716-vertailijan avulla.

LT1716-vertailija voidaan tässä tapauksessa korvata halvalla LM358:lla.

TL431 + transistori

On luultavasti vaikea keksiä piiriä, jossa käytetään edullisempia komponentteja. Vaikeinta tässä on löytää TL431-viitejännitelähde. Mutta ne ovat niin yleisiä, että niitä löytyy melkein kaikkialta (harvoin virtalähde pärjää ilman tätä mikropiiriä).

No, TIP41-transistori voidaan korvata millä tahansa muulla sopivalla kollektorivirralla. Jopa vanha Neuvostoliiton KT819, KT805 (tai vähemmän tehokas KT815, KT817) käy.

Piirin asettaminen tarkoittaa lähtöjännitteen asettelua (ilman akkua!!!) trimmausvastuksen avulla 4,2 volttiin. Vastus R1 asettaa latausvirran maksimiarvon.

Tämä piiri toteuttaa täysin kaksivaiheisen litiumakkujen latausprosessin - ensin latautuu tasavirralla, sitten siirtyy jännitteen stabilointivaiheeseen ja virran pienentäminen tasaisesti lähes nollaan. Ainoa haittapuoli on piirin huono toistettavuus (se on oikukas asennuksessa ja vaativa käytetyille komponenteille).

MCP73812

Microchipistä löytyy toinenkin ansaittomasti laiminlyöty mikropiiri - MCP73812 (katso). Sen perusteella saadaan erittäin edullinen latausvaihtoehto (ja edullinen!). Koko runkosarja on vain yksi vastus!

Muuten, mikropiiri on valmistettu juotosystävällisessä pakkauksessa - SOT23-5.

Ainoa negatiivinen asia on, että se kuumenee hyvin eikä latausilmaisua ole. Se ei myöskään jotenkin toimi kovin luotettavasti, jos sinulla on pienitehoinen virtalähde (joka aiheuttaa jännitteen pudotuksen).

Yleensä, jos latausilmaisin ei ole sinulle tärkeä ja 500 mA:n virta sopii sinulle, MCP73812 on erittäin hyvä vaihtoehto.

NCP1835

Tarjolla on täysin integroitu ratkaisu - NCP1835B, joka tarjoaa erittäin vakaan latausjännitteen (4,2 ±0,05 V).

Ehkä tämän mikropiirin ainoa haittapuoli on sen liian pieni koko (DFN-10 kotelo, koko 3x3 mm). Kaikki eivät voi tarjota tällaisten minielementtien korkealaatuista juottamista.

Kiistattomista eduista haluaisin mainita seuraavat:

1. Vähimmäismäärä kehon osia.
2. Mahdollisuus ladata täysin tyhjä akku (esilatausvirta 30 mA);
3. Latauksen päättymisen määrittäminen.
4. Ohjelmoitava latausvirta - jopa 1000 mA.
5. Latauksen ja virheen ilmaisin (pystyy havaitsemaan ei-ladattavat akut ja ilmoittamaan tästä).
6. Suojaus pitkäaikaista latausta vastaan ​​(muutamalla kondensaattorin C t kapasitanssia, voit asettaa enimmäislatausajan 6,6 - 784 minuuttiin).

Mikropiirin hinta ei ole aivan halpa, mutta ei myöskään niin korkea (~1 dollari), että voit kieltäytyä käyttämästä sitä. Jos olet tyytyväinen juotosraudaan, suosittelen valitsemaan tämän vaihtoehdon.

Tarkempi kuvaus löytyy.

Voinko ladata litiumioniakkua ilman ohjainta?

Kyllä sinä voit. Tämä edellyttää kuitenkin latausvirran ja -jännitteen tarkkaa hallintaa.

Yleensä akkua, esimerkiksi 18650-malliamme, ei voi ladata ilman laturia. Sinun on silti rajoitettava jotenkin maksimilatausvirtaa, joten ainakin alkeellisinta muistia tarvitaan edelleen.

Yksinkertaisin laturi mille tahansa litiumakulle on vastus, joka on kytketty sarjaan akun kanssa:

Vastuksen resistanssi ja tehohäviö riippuvat lataukseen käytettävän virtalähteen jännitteestä.

Esimerkkinä lasketaan vastus 5 voltin virtalähteelle. Lataamme 18650 akun, jonka kapasiteetti on 2400 mAh.

Joten latauksen alussa jännitehäviö vastuksen yli on:

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

Oletetaan, että 5 V virtalähteemme on mitoitettu maksimivirralle 1 A. Piiri kuluttaa suurimman virran latauksen alussa, kun akun jännite on minimaalinen ja on 2,7-2,8 volttia.

Huomio: näissä laskelmissa ei oteta huomioon mahdollisuutta, että akku voi olla hyvin syväpurkautunut ja sen jännite voi olla paljon pienempi, jopa nollaan.

Siten vastuksen vastuksen, joka tarvitaan rajoittamaan virtaa latauksen alussa 1 ampeerilla, tulisi olla:

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

Vastuksen tehohäviö:

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

Akun latauksen lopussa, kun sen jännite lähestyy 4,2 V, latausvirta on:

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

Eli, kuten näemme, kaikki arvot eivät ylitä tietyn akun sallittuja rajoja: alkuvirta ei ylitä tietyn akun suurinta sallittua latausvirtaa (2,4 A), ja loppuvirta ylittää virran. jolloin akun kapasiteetti ei enää kasva ( 0,24 A).

Tällaisen latauksen suurin haittapuoli on tarve seurata jatkuvasti akun jännitettä. Ja sammuta lataus manuaalisesti heti, kun jännite saavuttaa 4,2 voltin. Tosiasia on, että litiumparistot sietävät jopa lyhytaikaista ylijännitettä erittäin huonosti - elektrodimassat alkavat hajota nopeasti, mikä väistämättä johtaa kapasiteetin menettämiseen. Samalla luodaan kaikki edellytykset ylikuumenemiselle ja paineenpoistolle.

Jos akussasi on sisäänrakennettu suojalevy, josta keskusteltiin juuri edellä, kaikki yksinkertaistuu. Kun akussa saavutetaan tietty jännite, kortti itse irrottaa sen laturista. Tällä latausmenetelmällä on kuitenkin merkittäviä haittoja, joista keskustelimme.

Akun sisäänrakennettu suojaus ei salli sen ylilatautumista missään olosuhteissa. Sinun tarvitsee vain ohjata latausvirtaa niin, että se ei ylitä tietyn akun sallittuja arvoja (suojalevyt eivät valitettavasti voi rajoittaa latausvirtaa).

Lataus laboratoriovirtalähteellä

Jos sinulla on virtalähde, jossa on virtasuoja (rajoitus), olet pelastettu! Tällainen virtalähde on jo täysimittainen laturi, joka toteuttaa oikean latausprofiilin, josta kirjoitimme yllä (CC/CV).

Li-ionin lataamiseen tarvitsee vain asettaa virtalähde 4,2 volttiin ja asettaa haluttu virtaraja. Ja voit kytkeä akun.

Aluksi, kun akku on vielä tyhjä, laboratorion virtalähde toimii virtasuojatilassa (eli stabiloi lähtövirran tietylle tasolle). Sitten, kun pankin jännite nousee asetettuun 4,2 V:iin, virtalähde siirtyy jännitteen stabilointitilaan ja virta alkaa laskea.

Kun virta putoaa 0,05-0,1 C:een, akkua voidaan pitää täyteen ladattuna.

Kuten näette, laboratorion virtalähde on melkein ihanteellinen laturi! Ainoa asia, jota se ei voi tehdä automaattisesti, on päättää ladata akku täyteen ja sammuttaa. Mutta tämä on pieni asia, johon sinun ei pitäisi edes kiinnittää huomiota.

Kuinka ladata litiumakkuja?

Ja jos puhumme kertakäyttöisestä akusta, jota ei ole tarkoitettu lataukseen, oikea (ja ainoa oikea) vastaus tähän kysymykseen on EI.

Tosiasia on, että kaikille litiumakuille (esimerkiksi tavalliselle CR2032:lle litteän tabletin muodossa) on tunnusomaista sisäinen passivoiva kerros, joka peittää litiumanodin. Tämä kerros estää kemiallisen reaktion anodin ja elektrolyytin välillä. Ja ulkoisen virran syöttö tuhoaa yllä olevan suojakerroksen, mikä johtaa akun vaurioitumiseen.

Muuten, jos puhumme ei-ladattavasta CR2032-akusta, niin LIR2032, joka on hyvin samanlainen kuin se, on jo täysi akku. Se voidaan ja pitää ladata. Vain sen jännite ei ole 3, vaan 3,6 V.

Litiumakkujen lataamisesta (olipa se sitten puhelimen akku, 18650 tai mikä tahansa muu Li-ion-akku) keskusteltiin artikkelin alussa.

Mistä ostaa mikrosiruja?

Voit tietysti ostaa sen Chipe-Dipistä, mutta se on siellä kallista. Siksi ostan aina yhdestä hyvin salaisesta kaupasta)) Tärkeintä on valita oikea myyjä, niin tilaus saapuu nopeasti ja varmasti.

Olen koonnut avuksesi luotettavimmat myyjät yhteen taulukkoon, käytä sitä terveydellesi:

Litiumioniakut eivät ole yhtä hienovaraisia ​​kuin niiden nikkeli-metallihydridi-akut, mutta ne vaativat silti jonkin verran hoitoa. Pidä kiinni viisi yksinkertaista sääntöä, et voi vain pidentää litiumioniakkujen käyttöikää, vaan myös pidentää mobiililaitteiden käyttöaikaa lataamatta niitä uudelleen.

Älä salli täydellistä tyhjennystä. Litiumioniakuissa ei ole ns. muistiefektiä, joten ne voidaan ja lisäksi pitää ladata odottamatta niiden purkamista nollaan. Monet valmistajat laskevat litiumioniakun käyttöiän täydellisten purkausjaksojen lukumäärällä (jopa 0 %). Laadukkaille akuille tämä 400-600 sykliä. Pidennä litiumioniakun käyttöikää lataamalla puhelinta useammin. Ihanteellisesti, kun akun lataus laskee alle 10-20 prosentin, voit laittaa puhelimen lataukseen. Tämä lisää purkujaksojen määrää 1000-1100 .
Asiantuntijat kuvaavat tätä prosessia sellaisella indikaattorilla kuin purkamissyvyys. Jos puhelimesi purkautuu 20 %:iin, purkautumissyvyys on 80 %. Alla oleva taulukko näyttää litiumioniakun purkausjaksojen lukumäärän riippuvuuden purkaussyvyydestä:

Purkaus kerran 3 kuukaudessa. Täysi lataaminen pitkään on yhtä haitallista litiumioniakuille kuin jatkuva purkautuminen nollaan.
Äärimmäisen epävakaan latausprosessin vuoksi (ladamme puhelinta usein tarpeen mukaan ja aina kun mahdollista USB:stä, pistorasiasta, ulkoisesta akusta jne.), asiantuntijat suosittelevat akun tyhjentämistä kokonaan 3 kuukauden välein ja sen jälkeen lataamista. 100 % ja pitää sen ladattuna 8-12 tuntia. Tämä auttaa nollaamaan niin sanotut korkean ja alhaisen akun liput. Voit lukea tästä lisää.

Säilytä osittain ladattu. Optimaalinen tila litiumioniakun pitkäaikaiselle varastoinnille on 30-50 prosentin lataus 15 °C:ssa. Jos jätät akun täyteen ladattuna, sen kapasiteetti pienenee huomattavasti ajan myötä. Mutta akku, joka on kerännyt pölyä hyllylle pitkään, tyhjennettynä nollaan, ei todennäköisesti ole enää elossa - on aika lähettää se kierrätykseen.
Alla oleva taulukko näyttää, kuinka paljon kapasiteettia litiumioniakussa säilyy säilytyslämpötilasta ja lataustasosta riippuen, kun sitä säilytetään 1 vuoden ajan.

Käytä alkuperäistä laturia. Harva tietää, että useimmissa tapauksissa laturi on rakennettu suoraan mobiililaitteiden sisään, ja ulkoinen verkkosovitin vain alentaa jännitettä ja tasaa kotitalouden sähköverkon virran, eli se ei vaikuta suoraan akkuun. Joissakin laitteissa, kuten digitaalikameroissa, ei ole sisäänrakennettua laturia, ja siksi niiden litiumioniakut asetetaan ulkoiseen "laturiin". Tässä tapauksessa kyseenalaisen ulkoisen laturin käyttö alkuperäisen sijaan voi vaikuttaa negatiivisesti akun suorituskykyyn.

Vältä ylikuumenemista. No, litiumioniakkujen pahin vihollinen on korkea lämpötila - ne eivät siedä ylikuumenemista ollenkaan. Siksi älä altista mobiililaitteitasi suoralle auringonvalolle tai sijoita niitä lämmönlähteiden, kuten sähkölämmittimien, lähelle. Suurimmat sallitut lämpötilat, joissa litiumioniakkuja voidaan käyttää, ovat: -40°C - +50°C

Voit myös katsoa

Ensimmäiset kokeet galvaanisten litiumkennojen luomiseksi kirjattiin vuonna 1012. Todella toimiva malli luotiin vuonna 1940, ensimmäiset tuotantokopiot (ei-ladattavat!) ilmestyivät 70-luvulla, ja tämäntyyppisten akkujen voittomarssi alkoi 90-luvun alussa, kun japanilainen Sony-yritys pystyi hallitsemaan heidän kaupallisensa. tuotantoa.

Tällä hetkellä uskotaan, että tämä on yksi lupaavimpia alueita autonomisten sähköenergialähteiden luomiseen huolimatta niiden melko korkeista (nykyisellä tasolla) kustannuksista.

Tämän tyyppisten akkujen tärkein etu on sen korkea energiatiheys (noin 100 W/tunti 1 painokiloa kohti) ja kyky suorittaa suuri lataus/purkausjakso.

Äskettäin luoduille akuille on myös ominaista sellainen erinomainen indikaattori kuin alhainen itsepurkautumisaste (vain 3-5% ensimmäisen kuukauden aikana, minkä jälkeen tämä indikaattori laskee). Tämä mahdollistaa

Eikä siinä vielä kaikki - verrattuna laajalti käytettyyn Ni-Cd:hen, uusi piiri, jolla on samat mitat, tarjoaa kolme kertaa paremman suorituskyvyn käytännössä ilman negatiivista muistivaikutusta.

Negatiiviset ominaisuudet

litiumioniakut.

Ensinnäkin korkea hinta, tarve pitää akku ladattuna ja ns. "vanhenemisilmiö", joka ilmenee myös silloin, kun galvaaninen kenno ei ole ollut käytössä. Viimeinen epämiellyttävä ominaisuus ilmenee jatkuvana kapasiteetin laskuna, mikä kahden vuoden kuluttua voi johtaa tuotteen täydelliseen epäonnistumiseen.

Vuonna 1991.

Tietosanakirja YouTube

• 1 / 5

  Litiumioniakkujen ominaisuudet riippuvat komponenttien kemiallisesta koostumuksesta ja vaihtelevat seuraavissa rajoissa:

  • yksikennoinen jännite:
    • nimellinen: 3,7 (akuille, joiden enimmäisjännite on 4,35, nimellisjännite on 3,8) (kun se puretaan kapasiteetin keskelle virralla, joka vastaa viidesosaa akun kapasiteetista);
    • maksimi: 4,23 tai 4,4 (4,35 akulle);
    • minimi: 2,5-2,75-3,0 (kapasiteetista ja maksimijännitteestä riippuen);
  • ominaisenergiaintensiteetti: 110 ... 243 W / kg;
  • sisäinen vastus: 5 ... 15 Ohm / ;
  • lataus-/purkausjaksojen määrä 80 % kapasiteetin saavuttamiseksi: 600;
  • nopea latausaika: 15 min… 1 tunti;
  • itsepurkautuminen huoneenlämmössä: 3 % kuukaudessa;
  • kuormitusvirta suhteessa kapasitanssiin KANSSA esitetty:
    • pysyvä: jopa 65 KANSSA;
    • pulssi: jopa 500 KANSSA;
    • optimaalinen: jopa 1 KANSSA;
  • käyttölämpötila-alue: -20 °C - +60 °C (optimaalisin on +20 °C);

  Latauksen aikana ylijännitteen vuoksi akku saattaa syttyä tuleen, joten akkukoteloon on sisäänrakennettu akun latausohjain, joka suojaa akkua latausjännitteen ylittämisestä. Tämä ohjain voi myös valinnaisesti ohjata akun lämpötilaa, sammuttaa sen, jos se ylikuumenee, ja rajoittaa purkautumissyvyyttä ja virrankulutusta. On kuitenkin otettava huomioon, että kaikki akut eivät ole suojattuja. Kustannusten vähentämiseksi tai kapasiteetin lisäämiseksi valmistajat eivät saa asentaa sitä.

  Litiumakuilla on erityisvaatimuksia kytkettäessä useita kennoja sarjaan. Tällaisten monikennoisten akkujen latureita toimitetaan tasapainotusjärjestelmä  soluja Tasapainotuksen pointti on, että tölkkien sähköiset ominaisuudet voivat vaihdella hieman ja jotkut purkit latautuvat täyteen ennen toisia. Tässä tapauksessa on välttämätöntä lopettaa tämän tölkin lataaminen ja samalla jatkaa muiden lataamista. Tämän toiminnon suorittaa erityinen akun tasapainotusyksikkö. Hän ohittaa ladatun purkin niin, että latausvirta kulkee sen ohi.

  Laturit voivat pitää lopullisen latausjännitteen välillä 4,05-4,2 akun havaitsemiseksi.

  Laite

  Litiumioniakku koostuu elektrodeista (katodimateriaali alumiinifoliolla ja anodimateriaali kuparikalvolla), jotka on erotettu huokoisella elektrolyytillä kyllästetyllä erottimella. Elektrodipakkaus sijoitetaan tiiviiseen koteloon, katodit ja anodit on kytketty virranottoliittimiin. Kotelo on joskus varustettu varoventtiilillä, joka vapauttaa sisäisen paineen hätätilanteissa tai käyttöolosuhteiden rikkomuksissa. Litiumioniakut vaihtelevat käytetyn katodimateriaalin mukaan. Litiumioniakun varauksen kantaja on positiivisesti varautunut litiumioni, jolla on kyky tunkeutua (interkaloitua) muiden materiaalien kidehilaan (esim. grafiittiin, metallioksideihin ja suoloihin) muodostaen kemiallisen sidoksen, esimerkiksi: grafiitiksi, jolloin muodostuu metallien LiC6, oksideja (LiMnO 2) ja suoloja (LiMn R O N).

  Aluksi negatiivilevyinä käytettiin litiummetallia, sitten kivihiilekoksia. Myöhemmin alettiin käyttää grafiittia. Kobolttioksidien käyttö mahdollistaa akkujen toiminnan huomattavasti alhaisemmissa lämpötiloissa ja lisää yhden akun purkaus-/latausjaksojen määrää. Litiumrautafosfaattiakkujen yleistyminen johtuu niiden suhteellisen alhaisista kustannuksista. Litiumioniakkuja käytetään yhdessä valvonta- ja ohjausjärjestelmän - SKU tai BMS (akunhallintajärjestelmä) - ja erityisen lataus-/purkauslaitteen kanssa.

  Tällä hetkellä litiumioniakkujen massatuotannossa käytetään kolmea katodimateriaaliluokkaa:

  • litiumkoboltaatti LiCoO 2 ja sen isorakenteiseen litiumnikelaattiin perustuvat kiinteät liuokset
  • litiummangaani spinelli LiMn 2 O 4
  • litiumferrofosfaatti LiFePO 4.

  Litiumioniakkujen sähkökemialliset piirit:

  • litiumkoboltti LiCoO 2 + 6C → Li 1-x CoO 2 + LiC 6
  • litiumferrofosfaatti LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

  Alhaisen itsepurkautumisen ja suuren lataus-/purkausjaksojen määrän vuoksi Li-ion-akut ovat edullisinta käytettäväksi vaihtoehtoisessa energiassa. Samanaikaisesti ne on varustettu I&C-järjestelmän lisäksi inverttereillä (jännitemuuntimilla).

  Edut

  • Korkea energiatiheys (kapasiteetti).
  • Matala itsepurkaus.
  • Ei vaadi huoltoa.

  Vikoja

  1. Ensimmäisen sukupolven Li-ion-akut olivat alttiina räjähdysmäisille vaikutuksille. Tämä selittyi sillä, että he käyttivät litiummetallianodia, johon useiden lataus-/purkausjaksojen aikana syntyi spatiaalisia muodostumia (dendriittejä), jotka johtivat elektrodien oikosulkuun ja seurauksena tulipaloon tai räjähdykseen. Tämä epäkohta lopulta poistettiin korvaamalla anodimateriaali grafiitilla. Samanlaisia ​​prosesseja tapahtui kobolttioksidipohjaisten litiumioniakkujen katodeissa, kun käyttöehtoja rikottiin (ylilataus). Litiumferrofosfaattiakut ovat täysin vapaita näistä haitoista. Lisäksi kaikki nykyaikaiset litiumioniakkulaturit estävät ylilatauksen ja ylikuumenemisen ylilatauksesta.

  Kapasiteetin menetys varastoinnin aikana:

  Lämpötila, ⁰C	40 % latauksella, % vuodessa	100 % latauksella, % vuodessa
  0	2	6
  25	4	20
  40	15	35
  60	25	40% puolesta kolme kuukautta

  Purkaminen matalissa lämpötiloissa vähentää energiantuotantoa, erityisesti alle 0 ⁰C lämpötiloissa. Näin ollen vapautuvan energian syötön lasku lämpötilan laskeessa +20 ⁰C:sta +4 ⁰C:een johtaa vapautuneen energian laskuun ~5-7 %:lla, jolloin purkauslämpötila laskee edelleen alle 0 ⁰C:n; vapautuneen energian menetys kymmenillä prosenteilla ja voi johtaa resurssien ennenaikaiseen kulumiseen. Litiumioniakkujen kemia on herkempi latauslämpötiloille, ja lataus on optimaalinen ~ +20 ⁰C lämpötiloissa, eikä sitä suositella alle +5 ⁰C lämpötiloissa.

  Muistiefekti

  Paul Scherer Instituten (Sveitsi) tutkijoiden tutkimustulosten mukaan litiumioniakuilla havaittiin muistivaikutus. Kuten tutkimuksen tekijät huomauttavat, Li-Ion-akuille:

  ...itse asiassa vaikutus on pieni: jännitteen suhteellinen poikkeama on vain muutama yksikkö tuhatta kohden.

  Alkuperäinen teksti (englanniksi)

  Vaikutus on itse asiassa pieni: suhteellinen jännitteen poikkeama on vain muutama promille.

  Puhumme yksinomaan vaikutuksen perustavanlaatuisesta läsnäolosta, emme sen merkittävästä vaikutuksesta akun toimintaan.

  Tutkimuksen keskeisenä ideana oli etsiä itse vaikutus.

  Alkuperäinen teksti (englanniksi)

  Mutta avain oli ajatus etsiä sitä ollenkaan.

  Kuten tutkimus osoitti, säännölliset epätäydellisen latauksen ja sitä seuraavan purkauksen jaksot johtavat yksittäisten "mikromuistiefektien" syntymiseen, jotka sitten lasketaan yhteen. Tämä johtuu siitä, että akun toiminnan perusta on litiumionien vapautuminen ja takaisinotto, joiden dynamiikka heikkenee epätäydellisen latauksen yhteydessä.

  Latauksen aikana litiumionit jättävät peräkkäin litiumferrofosfaattihiukkasia, joiden koko on kymmeniä mikrometrejä. Katodimateriaali alkaa erottua hiukkasiksi, joiden litiumpitoisuus vaihtelee. Akun lataus tapahtuu kasvavan sähkökemiallisen potentiaalin taustalla. Tietyssä vaiheessa se saavuttaa raja-arvonsa. Tämä johtaa jäljellä olevien litiumionien nopeutettuun vapautumiseen katodimateriaalista, mutta ne eivät enää muuta akun kokonaisjännitettä.

  Jos akkua ei ole ladattu täyteen, katodille jää tietty määrä lähellä rajatilaa olevia hiukkasia. He melkein saavuttivat litiumionien vapautumisen esteen, mutta heillä ei ollut aikaa voittaa sitä. Purkauksen aikana vapaat litiumionit pyrkivät palaamaan paikoilleen ja yhdistymään uudelleen ferrofosfaatti-ionien kanssa. Katodin pinnalla niitä kuitenkin kohtaavat myös rajatilassa olevat hiukkaset, jotka sisältävät jo litiumia. Takaisinotto vaikeutuu ja elektrodin mikrorakenne häiriintyy.

  Parhaillaan selvitetään kahta tapaa ratkaista ongelma: tehdä muutoksia akun hallintajärjestelmän algoritmeihin ja kehittää katodeja, joilla on suurempi pinta-ala.

  Sen toiminnalla on suuri rooli akun kestävyydessä ja asianmukaisessa toiminnassa. Monet asiantuntijat korostavat kahta yksinkertaista sääntöä, jotka auttavat pidentämään akun käyttöikää:

  Ikääntyminen

  Litiumpolymeeri- ja litiumioniakkujen latauslämpötila vaikuttaa niiden kapasiteettiin: kapasiteetti pienenee ladatessa kylmällä tai kuumalla säällä. Syväpurkaus tuhoaa litiumioniakun täysin. Akkujen elinkaareen vaikuttaa myös sen purkautumissyvyys ennen seuraavaa latausta ja latausta valmistajan määräämiä suuremmilla virroilla. Ne ovat myös erittäin herkkiä latausjännitteelle. Jos sitä lisätään vain 4 %, akkujen kapasiteetti menetetään kaksi kertaa nopeammin syklistä toiseen. Latausvirta riippuu akun ja laturin välisestä jännite-erosta ja sekä itse akun että siihen kytkettyjen johtojen resistanssista. Siksi latausjännitteen nousu 4 % voi johtaa latausvirran lisääntymiseen kertoimella 10. Tällä on negatiivinen vaikutus akkuun. Se voi ylikuumentua ja hajota. Li-ion-akkujen optimaaliset säilytysolosuhteet saavutetaan 40 % latauksella akun kapasiteetista ja 0...10 °C lämpötilasta. Litiumparistot vanhenevat, vaikka niitä ei käytetä. 2 vuoden kuluttua akku menettää noin 20% kapasiteetistaan. Näin ollen ei tarvitse ostaa akkua "varassa" tai olla liian innostunut sen resurssien "säästöstä". Ostaessasi sinun tulee katsoa valmistuspäivämäärää, jotta tiedät kuinka kauan tämä virtalähde on ollut varastossa. Jos valmistuspäivästä on kulunut yli kaksi vuotta, on parempi olla ostamatta.

  Kapasiteetin vähennys matalissa lämpötiloissa

  Kun ympäristön lämpötila laskee alle 0 °C, litiumioniakun teho laskee 40-50 prosenttiin. Puettavan elektroniikan omistajat ovat vähiten alttiita laitteiden käytön negatiivisille seurauksille matalissa lämpötiloissa, ja miehittämättömien ilma-alusten, robottijärjestelmien ja avaruusteknologian tuotantoon osallistuvat teollisuussegmentit tarvitsevat kipeästi uusia lämmitettyjä akkuja. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on luotu akkumalleja, joissa on sisäinen lämmitys.

  Räjähdysvaara

  Litiumakuilla on toisinaan taipumus syttyä itsestään räjähdysmäisesti. Jopa pienoisakujen palamisintensiteetti on sellainen, että se voi johtaa vakaviin seurauksiin. Lentoyhtiöt ja kansainväliset järjestöt ryhtyvät toimenpiteisiin rajoittaakseen litiumakkujen ja niitä sisältävien laitteiden kuljetusta lentoliikenteessä.

  Litiumakun spontaania palamista on erittäin vaikea sammuttaa perinteisin keinoin. Viallisen tai vaurioituneen akun lämpökiihdytysprosessin aikana ei tapahdu vain varastoidun sähköenergian vapautumista, vaan myös sarja kemiallisia reaktioita, jotka vapauttavat energiaa itsekuumenemiseen, happeen ja syttyviin kaasuihin. Siksi syttynyt akku voi palaa ilman pääsyä ilmaan, ja sen sammuttamiseen ei sovellu eristyskeinot ilmakehän hapesta. Lisäksi litiummetalli reagoi aktiivisesti veden kanssa muodostaen syttyvää vetykaasua, joten litiumakkujen sammuttaminen vedellä on tehokasta vain sellaisille akuille, joissa litiumelektrodin massa on pieni. Yleensä litiumakkupalon sammuttaminen on tehotonta. Sammutustyön tarkoituksena on alentaa akun lämpötilaa ja estää palon leviäminen

  Useimmissa nykyaikaisissa tableteissa, älypuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa käytetyt litiumioniakut (Li-ion) vaativat erilaista huoltoa ja käyttöä verrattuna aikaisemmissa laitteissa käytettyihin nikkeli-kadmium (Ni-Cd) ja nikkeli-metallihydridi (Ni-MH) akkuihin.

  Itse asiassa litiumioniakun oikea hoito voi pidentää sen käyttöikää 15 kertaa väärinkäyttöön verrattuna. Tämä artikkeli sisältää vinkkejä kalliiden litiumioniakkujen elinkaaren maksimoimiseen kaikissa kannettavissa laitteissasi.

  Äskettäin Windows Secretsin Internet-portaalin toimittaja Fred Langa joutui vaihtamaan vaurioituneen älypuhelimen - ja se oli hänen virheensä.

  Pääoire ei lupannut hyvää - puhelimen kotelo vääntyi, koska itse laitteen runko alkoi taipua.

  Purkamisen ja yksityiskohtaisen tutkimuksen jälkeen kävi ilmi, että älypuhelimen akku oli turvonnut.

  Aluksi Fred ei huomannut mitään muutoksia: akku näytti enemmän tai vähemmän normaalilta, kun sitä katsoi kasvot päin (kuva 1). Kun akku asetettiin tasaiselle pinnalle, kävi kuitenkin selväksi, että sen ylä- ja alareunat eivät enää olleet tasaiset ja yhdensuuntaiset toistensa kanssa. Akun toisella puolella oli vakava pullistuma (kuva 2). Tämä pullistuma aiheutti puhelimen taipumisen ja vääntymisen.

  
  

  Akun pullistuminen osoitti vakavaa ongelmaa: myrkyllisten kaasujen kerääntymistä korkean paineen alaisena akun sisään.

  Akkukotelo teki tehtävänsä täydellisesti, mutta myrkylliset kaasut saivat akun näyttämään pieneltä painekattilapomilta, joka vain odotti räjähtämistä.

  Fredin tapauksessa sekä puhelin että akku vaurioituivat – oli aika ostaa uusi älypuhelin.

  Surullisinta on, että tämä ongelma olisi voitu helposti estää. Artikkelin viimeinen osa korostaa Fredin virheitä.

  Välttääkseen menneisyyden virheiden toistamisen uuden älypuhelimen ja muiden litiumionilaitteiden, kuten tablettien, kannettavien tietokoneiden, kanssa Fred alkoi tutkia vakavasti litiumioniakkujen asianmukaista toimintaa ja huoltoa.

  Fred ei ollut kiinnostunut akun käyttöiän pidentämisestä – nämä tekniikat ovat tuttuja. Useimmat laitteet tarjoavat manuaalisia tai automaattisia virransäästötiloja ja menetelmiä näytön kirkkauden säätämiseksi, prosessorin suorituskyvyn hidastamiseksi ja käynnissä olevien sovellusten määrän vähentämiseksi.

  Fred keskittyi pikemminkin akun käyttöiän pidentämiseen - tapoihin pitää akku hyvässä toimintakunnossa ja pidentää akun käyttöikää maksimitasolle.

  Tämä artikkeli sisältää lyhyen opinnäytetyön, joka perustuu Fredin tutkimukseen. Noudata näitä viittä vinkkiä varmistaaksesi, että litiumioniakut toimivat hyvin, kestävät ja turvallisesti kaikissa kannettavissa laitteissasi.

  Vinkki 1: Tarkkaile lämpötilaa äläkä ylikuumenna akkua

  Yllättäen lämpö on yksi litiumioniakkujen tärkeimmistä vihollisista. Akun ylikuumenemisen syitä voivat olla väärinkäyttötekijät, kuten akun lataus- ja purkujaksojen nopeus ja kesto.

  Myös ulkoisella fyysisellä ympäristöllä on merkitystä. Litiumioniakulla varustetun laitteen jättäminen aurinkoon tai suljettuun autoon voi heikentää merkittävästi akun kykyä vastaanottaa ja pitää latausta.

  Litiumioniakkujen ihanteelliset lämpötilaolosuhteet ovat 20 celsiusasteen huoneenlämpötila. Jos laite lämpenee 30 asteeseen, sen kyky kantaa latausta heikkenee 20 prosenttia. Jos laitetta käytetään 45 C:ssa, mikä on helposti saavutettavissa auringossa tai kun laitetta käytetään intensiivisesti resurssiintensiivisissä sovelluksissa, akun kapasiteetti pienenee noin puoleen.

  Joten jos laitteesi tai akku lämpenee huomattavasti käytön aikana, yritä siirtää viileämpään paikkaan. Jos tämä ei ole vaihtoehto, yritä vähentää laitteesi virrankäyttöä poistamalla käytöstä tarpeettomat sovellukset, palvelut ja ominaisuudet, vähentämällä näytön kirkkautta tai aktivoimalla laitteen virransäästötila.

  Jos tämäkään ei auta, sammuta laite kokonaan, kunnes lämpötila palaa normaaliksi. Vielä nopeampaa jäähdytystä varten irrota akku (tietysti jos laitteen rakenne sen sallii) - näin laite jäähtyy nopeammin fyysisen virtalähteestä irtautumisen vuoksi.

  Muuten, vaikka korkeat lämpötilat ovat litiumioniakkujen suurin ongelma, matalan lämpötilan käyttöolosuhteet eivät aiheuta vakavaa huolta. Kylmät lämpötilat eivät aiheuta pitkäaikaisia ​​vaurioita akulle, vaikka kylmä akku ei pysty tuottamaan kaikkea sitä tehoa, jonka se voisi tuottaa optimaalisessa lämpötilassaan. Tehon pudotus tulee hyvin havaittavaksi alle 4 C:n lämpötiloissa. Useimmat kuluttajalaatuiset litiumioniakut tulevat käytännössä hyödyttömiksi lämpötiloissa, jotka ovat lähellä jäätymistä tai sen alapuolella.

  Jos litiumionivirtalähteellä varustettu laite jää jostain syystä liian kylmäksi, älä yritä käyttää sitä. Jätä se irti pistorasiasta ja siirrä se lämpimään paikkaan (taskuun tai lämmitettyyn huoneeseen), kunnes laite saavuttaa normaalin lämpötilan. Kuten ylikuumenemisen yhteydessä, poista akku fyysisesti ja erillinen lämmitys nopeuttaa lämpenemistä. Kun akku lämpenee normaalilämpötilaan, sen elektrolyyttiset ominaisuudet palautuvat.

  Vinkki 2: Irrota laturi akun säästämiseksi

  Uudelleenlataus - ts. Akun liittäminen korkeajännitelähteeseen liian pitkäksi ajaksi voi myös heikentää akun kykyä pitää varausta, lyhentää sen käyttöikää tai niin sanottua "tappaa se suoraan".

  Useimmat kuluttajalaatuiset litiumioniakut on suunniteltu toimimaan 3,6 V:n jännitetasolla per kenno, mutta ne toimivat korkeammalla 4,2 V:lla latauksen aikana. Jos laturi syöttää korkeaa jännitettä liian pitkään, sisäinen akku voi vaurioitua.

  Vakavissa tapauksissa ylilataus voi johtaa siihen, mitä insinöörit kutsuvat "katastrofaalisiin" seurauksiin. Jopa kohtalaisissa tapauksissa latauksen aikana syntyvä ylimääräinen lämpö saa aikaan ensimmäisessä vihjeessä kuvatun negatiivisen lämpötilavaikutuksen.

  Laadukkaat laturit voivat toimia yhdessä nykyaikaisten litiumioniakkujen piirien kanssa, mikä vähentää ylilatauksen vaaraa vähentämällä latausvirtaa suhteessa akun lataukseen.

  Nämä ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti akussa käytetyn tekniikan tyypin mukaan. Kun esimerkiksi käytät nikkelikadmium (Ni-Cd) ja nikkeli-metallihydridi (Ni-MH) akkuja, yritä jättää ne kytkettynä laturiin mahdollisimman pitkään. Tämä johtuu siitä, että vanhemmilla akuilla on korkea itsepurkautumisnopeus, ts. ne alkavat menettää huomattavan määrän varastoitua energiaa välittömästi sen jälkeen, kun ne on irrotettu laturista, vaikka itse kannettava laite olisi sammutettu.

  Itse asiassa nikkelikadmium-akku voi menettää jopa 10 prosenttia latauksestaan ​​ensimmäisten 24 tunnin aikana lataamisen jälkeen. Tämän ajan kuluttua itsepurkautumiskäyrä alkaa tasaantua, mutta nikkeli-kadmium-akku menettää edelleen 10-20 prosenttia kuukaudessa.

  Nikkelimetallihydridiakkujen tilanne on vielä pahempi. Niiden itsepurkautumisnopeus on 30 prosenttia korkeampi kuin niiden nikkeli-kadmium-vastineiden.

  Litiumioniakuilla on kuitenkin erittäin alhainen itsepurkautumisaste. Hyvin toimiva akku menettää vain 5 prosenttia latauksestaan ​​ensimmäisen 24 tunnin aikana latauksen jälkeen ja vielä 2 prosenttia ensimmäisen kuukauden aikana.

  Näin ollen ei tarvitse jättää laturiin liitetyllä litiumioniakulla varustettua laitetta viime hetkeen. Parhaan tuloksen ja akun käyttöiän pidentämiseksi saat irrottamalla laturin pistorasiasta, kun lataus on täynnä.

  Uusia litiumioniakkulaitteita ei tarvitse ladata laajasti ennen ensimmäistä käyttöä (8–24 tunnin latausaika suositellaan laitteille, joissa on nikkeli-kadmium- ja nikkeli-metallihydridi-akut). Litiumioniakut latautuvat maksimissaan, kun ne osoittavat 100 prosentin latausta. Pitkäkestoinen lataus ei ole tarpeen.

  Kaikilla purkausjaksoilla ei ole samaa vaikutusta akun tilaan. Pitkäaikainen ja intensiivinen käyttö tuottaa enemmän lämpöä, rasittaa akkua vakavasti, ja lyhyemmät, tiheämmät purkausjaksot päinvastoin pidentävät akun käyttöikää.

  Saatat ajatella, että pienten purkaus-/latausjaksojen lisääminen voi lyhentää vakavasti virtalähteen käyttöikää. Tämä oli luonnollista vanhentuneille tekniikoille, mutta se ei koske nykyaikaisia ​​litiumioniakkuja.

  Akun tekniset tiedot voivat olla harhaanjohtavia, koska... Monet valmistajat pitävät latausjaksoa 100 prosentin lataustason saavuttamiseen tarvittavana aikana. Esimerkiksi kaksi latausta 50–100 prosenttia vastaa yhtä täyttä latausjaksoa. Samoin kolme 33 prosentin sykliä tai 5 20 prosentin jaksoa vastaavat myös yhtä täyttä sykliä.

  Lyhyesti sanottuna suuri määrä pieniä lataus-purkausjaksoja ei vähennä litiumakun täyden latausjaksojen kokonaismäärää.

  Jälleen voimakkaiden purkausten aiheuttama lämpö ja suuri kuormitus lyhentävät akun käyttöikää. Siksi yritä vähentää syväpurkausten määrää minimiin. Älä anna akun lataustason pudota lähelle nollaa (kun laite sammuu itsestään). Harkitse sen sijaan akun varauksen alhaista 15–20 prosenttia hätävarana – vain hätätilanteita varten. Totu vaihtamaan akku, jos mahdollista, tai kytkemään laite ulkoiseen virtalähteeseen ennen kuin akku on täysin tyhjentynyt.

  Kuten tiedät, nopeaan purkamiseen ja nopeaan lataukseen liittyy ylimääräisen lämmön vapautuminen ja ne vaikuttavat negatiivisesti akun käyttöikään.

  Jos olet käyttänyt laitetta intensiivisesti suurilla kuormituksilla, anna akkujen jäähtyä huoneenlämpöisiksi ennen kuin liität sen laturiin. Akku ei voi ottaa täyteen latausta vastaan, jos se kuumenee.

  Kun lataat laitetta, tarkkaile akun lämpötilaa - se ei saa ylikuumentua liikaa. Kuuma akku latauksen aikana osoittaa yleensä, että liian paljon virtaa kulkee nopeasti.

  Ylilataus tapahtuu todennäköisimmin halvoilla, merkkittömällä latureilla, jotka käyttävät pikalatauspiirejä tai langattomilla (induktiivisilla) latureilla.

  Halpa laturi voi olla tavallinen muuntaja, johon on kytketty johdot. Tällaiset "hiljaiset lataukset" yksinkertaisesti jakavat virran eivätkä käytännössä saa palautetta ladattavalta laitteelta. Ylikuumeneminen ja ylijännite ovat hyvin yleisiä tällaisia ​​latureita käytettäessä, mikä tuhoaa akun hitaasti.

  "Pikalataukset" on suunniteltu tarjoamaan minuutin lataus, ei pitkän tunnin lataus. Pikalataustekniikkaan on erilaisia ​​lähestymistapoja, eivätkä kaikki ole yhteensopivia litiumioniakkujen kanssa. Jos laturia ja akkua ei ole suunniteltu toimimaan yhdessä, nopea lataus voi aiheuttaa ylijännitteen ja ylikuumenemisen. Yleisesti ottaen on parempi olla käyttämättä yhden merkin laturia toisen merkin kannettavan laitteen lataamiseen.

  Langattomat (induktiiviset) laturit käyttävät erityistä latauspintaa palauttamaan akun latauksen. Ensi silmäyksellä tämä on erittäin kätevää, mutta tosiasia on, että tällaiset lataukset lähettävät ylimääräistä lämpöä jopa normaalissa käytössä (Jotkut keittiön uunit käyttävät induktiota kattiloiden ja pannujen lämmittämiseen).

  Litiumakut eivät vain kärsi lämmöstä, vaan ne myös tuhlaavat energiaa latautuessaan langattomasti. Luonteeltaan induktiivisen laturin hyötysuhde on aina pienempi kuin sen perinteisen vastineen. Täällä jokainen voi vapaasti tehdä valintansa, mutta Fredille lisääntynyt lämmitys ja alhaisempi hyötysuhde ovat riittäviä tekijöitä kieltäytyä sellaisista laitteista.

  Joka tapauksessa turvallisin tapa on käyttää mukana tulevaa valmistajan suosittelemaa laturia. Tämä on ainoa taattu tapa pitää lämpötila ja jännite normaaleissa rajoissa.

  Jos OEM-laturia ei ole saatavilla, käytä matalan tehon laturia vähentääksesi akun vaurioitumisen mahdollisuutta suuren tehon nopean käytön vuoksi.

  Yksi pienivirtainen lähtövirtalähde on tavallisen tietokoneen USB-portti. Tavallinen USB 2.0 -portti tarjoaa 500 mA (0,5 A) virran porttia kohti, kun taas USB 3.0 tarjoaa 900 mA (0,9 A) porttia kohden. Vertailun vuoksi, jotkin erilliset laturit voivat tuottaa 3000-4000mA (3-4A). USB-porttien alhaiset virtaluokat takaavat yleensä turvallisen, normaalin lämpötilan latauksen useimmille nykyaikaisille litiumioniakuille.

  Vinkki 5: Käytä vara-akkua, jos mahdollista

  Jos laitteesi mahdollistaa nopean akun vaihdon, vara-akku on hyvä vakuutus. Tämä ei ainoastaan ​​tuplaa laitteen käyttöaikaa, vaan myös eliminoi tarpeen tyhjentää akku kokonaan tai käyttää pikalatausta. Kun akun lataus saavuttaa 15-20 prosenttia, vaihda vain tyhjä akku vara-akun tilalle, niin saat laitteen heti täyteen ilman ylikuumenemisongelmia.

  Vara-akulla on myös muita etuja. Jos esimerkiksi joudut tilanteeseen, jossa asennettu akku ylikuumenee (esimerkiksi laitteen intensiivisen käytön tai korkeiden ympäristön lämpötilojen vuoksi), voit vaihtaa kuuman akun, jotta se jäähtyy nopeammin, samalla kun jatkat laitteen käyttöä.

  Kahden akun käyttö eliminoi pikalatauksen tarpeen - voit käyttää laitetta turvallisesti akun hitaasti latautuessa turvallisesta virtalähteestä.

  Fredin kohtalokkaat virheet

  Fred ehdotti, että hän saattoi vaurioittaa älypuhelimen akkua tiematkan aikana. Hän käytti laitteen GPS-ominaisuutta navigoidakseen selkeänä, aurinkoisena päivänä. Älypuhelin jätettiin pitkäksi aikaa aurinkoon auton kojelaudan lähellä olevaan pidikkeeseen, jotta älypuhelimen kirkkaus nostettiin maksimiin, jotta kartta erottuisi kirkkaiden auringonsäteiden joukosta.

  Lisäksi kaikki tavalliset taustasovellukset - sähköposti, pikaviestit jne. käynnistettiin. Laite käytti 4G-moduulia musiikkikappaleiden lataamiseen ja langatonta Bluetooth-moduulia äänen välittämiseen auton pääyksikköön. Puhelin toimi varmasti stressaantuneena.

  Jotta puhelin saisi virtaa, se liitettiin 12 V sovittimeen, joka ostettiin alhaisen hinnan ja oikean liittimen saatavuuden kriteerien perusteella.

  Suoran auringonvalon, korkean prosessorin kuormituksen, suurimmalla kirkkaudella päällä olevan näytön ja sovittimen kyseenalaisen laadun yhdistelmä johti älypuhelimen liialliseen ylikuumenemiseen. Fred muistelee kauhistuneena, kuinka kuuma laite oli vedettynä ulos pidikkeestä. Tämä vakava ylikuumeneminen oli juuri katalysaattori akun kuolemaan.

  Ilmeisesti ongelma paheni yöllä, kun Fred jätti laitteen kytkettynä koko yöksi käyttämällä kolmannen osapuolen laturia tarkistamatta, milloin akku oli latautunut täyteen.

  Uudella älypuhelimellaan Fred käyttää vain mukana tulevaa laturia ja vara-akkua. Fred toivoo pitkää ja turvallista käyttöikää sekä akulle että puhelimelle, jonka hän aikoo saavuttaa listattujen vinkkien avulla.

  Löysitkö kirjoitusvirheen? Paina Ctrl + Enter