Li-Ion аккумуляторы широко применяются в бытовой электронике, цифровой технике, а также в электротранспорте, подъемно-транспортных складских машинах, системах автономного электроснабжения. Литий-ионные АБ распространены в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах, портативных колонках, игровых консолях, беспроводных наушниках. В чем особенности и преимущества Li-Ion аккумуляторов? Как правильно заряжать литий-ионные батареи?
Устройство и принцип работы
В состав Li-Ion аккумулятора входят два электрода: катод на алюминиевой фольге, покрытый оксидом лития, и анод на медной фольге с графитовым покрытием. Электроды разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Все детали конструкции помещены в герметичный корпус с положительным и отрицательным выводами. Медные и алюминиевые пластины, разделенные пористой прослойкой, могут сворачиваться в рулон или укладываться иным образом, образуя элементы цилиндрической или другой формы. При подаче напряжения на выводы аккумулятора положительно заряженные ионы лития отрываются от молекул оксида и перемещаются на графитовую поверхность. Результатом такой окислительной реакции становится зарядка аккумулятора. Работа АБ под нагрузкой вызывает обратный процесс: ионы лития через сепаратор возвращаются на катод и переходят в свое стандартное состояние. Постепенное снижение емкости аккумулятора в процессе эксплуатации вызвано тем, что анод восстанавливается не до конца и продукты окисления скапливаются на его поверхности.
Как заряжать
Литий-ионные АБ чувствительны к перезаряду. Чтобы не допустить перезаряда, Li-Ion аккумулятор заряжается по алгоритму CC/CV:
- батарею заряжают током 0,5-1 С (где С – емкость АБ) до напряжения 4.2*N (где N – кол-во последовательно соединенных элементов). Этот режим называется – CC (constant current) ;
- при достижении напряжения 4.2*N на выводах АБ ток зарядки начинает снижаться до 0,01 - 0,05 C. Такой режим называется – CV (constant voltage);
Как обеспечивается автоматическая защита от перезаряда
На практике пользователю чаще всего не приходится заниматься такой многоступенчатой зарядкой аккумулятора. Для этой цели предусмотрен специальный контроллер, выполняющий защитную функцию. Контроллер отключает зарядное устройство, если напряжение на клеммах каждой ячейки превышает 4.2 В или температура корпуса достигла 60 °С. В качестве защитных модулей могут использоваться электронные платы PCM, BMS. Такой модуль может быть встроенным непосредственно в АБ или в устройство, в котором работает Li-Ion АБ. Плата BMS используется в АБ для обеспечения безопасной и долговечной эксплуатации: осуществляет не только защиту от перезаряда, но также выполняет функцию балансировки элементов, когда отдельные элементы имеют разную степень разряда и защиты от переразряда, превышения токов, короткого замыкания. Иными словами, от неправильного использования.
Преимущества
Главные плюсы Li-Ion аккумуляторов:
- высокая плотность энергии, позволяющая ноутбукам, смартфонам и другим портативным устройствам меньше весить, при этом содержать в себе большое кол-во энергии;
- низкий саморазряд. Этот показатель равен 2–3 % в месяц;
- номинальное напряжение одного элемента – 3,6 – 3.7 В. Напряжение стандартного щелочного элемента, как правило, – 1,5 В.
- способность «проходить» до 1000 циклов заряда-разряда до потери общей емкости на 20%;
- разнообразие форм и параметров, возможность выбрать подходящую модель для конкретного потребителя;
- высотоковые исполнения Li-Ion аккумуляторов могут отдавать ток до 120 С;
- отсутствие расходов в процессе эксплуатации.
