Konsumentmarknaden för litiumjonbatterier (Li-ion) är enorm, runt 10 miljarder dollar, och är ganska tålig och växer med endast 2 % per år. Men hur är det med elbilar, frågar du dig? Under de kommande åren, på grund av utvecklingen av elfordon, förutspås den årliga tillväxttakten för litiumjonbatterier bli 10 %. Överraskande nog är det största tillväxtområdet för Li-ion-batterimarknaden fortfarande "allt annat", från mobiltelefoner till gaffeltruckar.

De "andra" applikationerna för litiumjonbatterier tenderar att ha en sak gemensamt - de är enheter som drivs av slutna blybatterier (SLA). Blybatterier har dominerat elektronikmarknaden i nästan 200 år, men har drivits ut från marknaden av litiumjonbatterier i flera år nu. Eftersom litiumjonbatterier i många fall har börjat ersätta blybatterier (ackumulatorer), är det värt att jämföra dessa två typer av energilagringsenheter och betona de viktigaste tekniska egenskaperna och den ekonomiska genomförbarheten av att använda Li-ion istället för traditionella SLA-enheter .

Historik om batteriapplikationer

Blybatteriet var det första uppladdningsbara batteriet som utvecklades för kommersiellt bruk på 1850-talet. Trots en ganska anständig ålder på mer än 150 år används de fortfarande aktivt i moderna enheter. Dessutom används de aktivt i applikationer där det verkar vara fullt möjligt att klara sig med modern teknik. Vissa vanliga enheter använder kraftigt SSC:er, såsom avbrottsfri strömförsörjning (UPS), golfbilar eller gaffeltruckar. Överraskande nog växer marknaden för blybatterier fortfarande för vissa nischer och projekt.

Den första betydande innovationen inom blysyrateknologi kom på 1970-talet med uppfinningen av förseglade SBC eller underhållsfria SBC. Denna modernisering bestod i utseendet av speciella ventiler för blödande gaser vid laddning / urladdning av batterier. Dessutom gjorde användningen av en fuktad separator det möjligt att driva batteriet i lutande läge utan elektrolytläckage.

SKB, eller engelska. SLA klassificeras ofta efter typ eller applikation. För närvarande är två typer vanligast: gel, även känd som ventilreglerad blysyra (VRLA) och absorberande glasmatta (AGM). AGM-batterier används för små UPS-enheter, nödljus och rullstolar, medan VRLA är till för större applikationer som reservkraft för mobiltorn, internetcentraler och gaffeltruckar. Blysyrabatterier kan också klassificeras enligt följande kriterier: bil (starter eller SLI - start, belysning, tändning); dragkraft (dragkraft eller djup cykel); stationär (avbrottsfri strömförsörjning). Den största nackdelen med SLA i alla dessa applikationer är livscykeln - om de urladdas upprepade gånger skadas de allvarligt.

Överraskande nog var blybatterier de obestridda ledarna på batterimarknaden i många decennier, fram till tillkomsten av litiumjonbatterier på 1980-talet. Ett litiumjonbatteri är en uppladdningsbar cell i vilken litiumjoner rör sig från den negativa elektroden till den positiva under urladdning och vice versa under laddning. Litiumjonbatterier använder interkalerade litiumföreningar men innehåller inte litiummetall, som används i engångsbatterier.

Litiumjonbatteriet uppfanns först på 1970-talet. På 1980-talet släpptes den första kommersiella versionen av ett batteri med en koboltoxidkatod på marknaden. Denna typ av enhet hade betydligt större vikt och kapacitet jämfört med nickelbaserade system. Nya litiumjonbatterier har bidragit till den enorma tillväxten på marknaden för mobiltelefoner och bärbara datorer. Till en början, på grund av säkerhetsproblem, introducerades säkrare alternativ som inkluderade nickelbaserade och manganbaserade tillsatser till koboltoxidkatodmaterialet, förutom cellbyggnadsinnovationer.

De första litiumjoncellerna på marknaden var i styva aluminium- eller stålburkar och kom vanligtvis i endast ett fåtal cylindriska eller prismatiska (tegelformade) formfaktorer. Men med utvidgningen av tillämpningsområdet för litiumjonteknik började deras övergripande dimensioner också förändras.

Till exempel används billigare versioner av äldre teknik i bärbara datorer och mobiltelefoner. Moderna tunna litiumpolymerceller används i smartphones, surfplattor och bärbara enheter. För närvarande används litiumjonbatterier i elverktyg, elcyklar och andra enheter. Denna variation innebär ett fullständigt ersättande av blysyraenheter i fler och fler nya applikationer som syftar till att förbättra total- och kraftprestanda.

Kemiska egenskaper

Grunderna i cellkemi ger bly-syra- och litiumjonenheter vissa egenskaper och varierande grad av funktionalitet. Nedan är några av fördelarna med bly-syra-batterier som har gjort det till grundpelaren i decennier och de nackdelar som nu leder till att de ersätts, samt liknande aspekter för litiumjonenheter.

Blybatteri

• SKB är enkelt, pålitligt och billigt. Den kan användas över ett brett temperaturområde.
• Batterier måste förvaras i ett permanent laddat tillstånd (SoC) och är inte snabbladdningsbara.
• SKB har mycket vikt. Deras gravimetriska energitäthet är mycket låg.
• Livscykeln är vanligtvis 200 till 300 urladdningar/laddningar, vilket är mycket kort.
• Laddnings/urladdningskurvan låter dig mäta SOC med enkel spänningskontroll.

Li-ion batteri

• De har den högsta energitätheten vad gäller storlek och vikt.
• Livscykeln är vanligtvis mellan 300 och 500, men kan mätas i tusental för litiumfosfatceller;
• Mycket litet driftstemperaturområde;
• Olika cellstorlekar, former och andra möjligheter finns tillgängliga;
• Inget behov av underhåll. Självurladdningsnivån är mycket låg.
• Implementering av säkerhetssystem krävs. Sofistikerad laddningsalgoritm.
• SoC-mätningar kräver svåra beslut på grund av spänningskurvans icke-linjäritet.

Elektronik

Det är viktigt att förstå skillnaden mellan ett batteripaket och ett uppladdningsbart batteri. Cellen är huvudbeståndsdelen i förpackningen. Dessutom innehåller paketet även elektronik, kontakter och ett fodral. Bilden ovan visar exempel på dessa enheter. Ett litiumjonbatteri måste åtminstone ha implementerat cellskydd och styrkretsar, och laddaren och spänningsmätsystemet är mycket mer komplext än i bly-syra-enheter.

När du använder litiumjon- och blybatterier kommer de huvudsakliga skillnaderna i elektronik att vara följande:

Laddare

Att ladda ett blybatteri är ganska enkelt, så länge som vissa spänningströsklar är uppfyllda. Litiumjonbatterier använder en mer komplex algoritm, med undantag för järnfosfatpaket. Standardladdningsmetoden för sådana enheter är metoden med konstant ström/konstant spänning (CC/CV). Den inkluderar en tvåstegs laddningsprocess. I det första steget uppstår en konstant strömladdning. Detta varar tills cellspänningen når en viss tröskel, varefter spänningen förblir konstant, och strömmen minskar exponentiellt tills den når cutoff-värdet.

Avgiftsräkning och kommunikation

Som nämnts tidigare kan laddningen av SCB mätas med enkla medel för att mäta spänning. När du använder litiumjonbatterier är det nödvändigt att kontrollera laddningsnivån för cellerna, vilket kräver implementering av komplexa algoritmer och inlärningscykler.

I 2 C är det vanligaste och mest ekonomiska kommunikationsprotokollet som används i Li-ion-batterier, men det har begränsningar när det gäller brusimmunitet, signalintegritet över avstånd och total bandbredd. SMBus (System Management Bus), en derivata av I2C, är mycket vanlig i mindre batterier, men har för närvarande inget effektivt stöd för kraftfulla eller större paket. CAN är bra för högljudsmiljöer eller där långa körningar krävs, som i många SKB-applikationer, men det kostar pengar.

Direkta ersättare

Det bör understrykas att det nu finns flera standardformat för blybatterier. Ett exempel är U1, en standardformfaktor som används i medicinska reservkrafttillämpningar. Litium-järn-fosfatbatteriet visade sig vara en ganska värdig ersättning för blysyra. Järnfosfat har en anmärkningsvärd livscykel, god laddningskonduktivitet, förbättrad säkerhet och låg impedans. Batterispänningar för litiumjärnfosfat matchar också bra med blysyraspänningar (12V och 24V), vilket gör att samma laddare kan användas. Programvarupaket för batteriunderhåll och övervakning inkluderar smarta funktioner som laddningsspårning, laddnings-/urladdningscykelräknare och mer.

Litiumjärnfosfatbatterier behåller 100 % kapacitet i lagring, till skillnad från SKB-batterier som tappar kapacitet under flera månaders lagring. I figuren ovan jämförs de två produkterna och de typer av framsteg som gjorts vid övergången från SKB till Li-ion.

Slutsatser

Det finns väldigt få batterier som kan lagra lika mycket energi som blysyra, vilket gör denna typ av batteri ekonomiskt för många applikationer med hög effekt. Litiumjonteknologin sjunker ständigt i pris, och den ständiga förbättringen av deras kemiska strukturer och säkerhetssystem gör dem till en värdig konkurrent till blysyrateknologin. Enheter för deras användning kan vara mycket olika, allt från avbrottsfri strömförsörjning till elfordon och drönare.

Att utvärdera egenskaperna hos en viss laddare är svårt utan att förstå hur den exemplariska laddningen av ett li-jonbatteri faktiskt ska flyta. Därför, innan vi fortsätter direkt till kretsarna, låt oss komma ihåg en liten teori.

Vad är litiumbatterier

Beroende på vilket material den positiva elektroden i ett litiumbatteri är gjord av, finns det flera varianter av dem:

• med litiumkoboltatkatod;
• med katod baserad på lithierat järnfosfat;
• baserad på nickel-kobolt-aluminium;
• baserad på nickel-kobolt-mangan.

Alla dessa batterier har sina egna egenskaper, men eftersom dessa nyanser inte är av grundläggande betydelse för den allmänna konsumenten, kommer de inte att beaktas i den här artikeln.

Dessutom tillverkas alla li-ion-batterier i olika storlekar och formfaktorer. De kan vara antingen i en fodralversion (till exempel de 18650-batterier som är populära idag) eller i en laminerad eller prismatisk version (gel-polymerbatterier). De senare är hermetiskt förseglade påsar gjorda av en speciell film, i vilka elektroderna och elektrodmassan är placerade.

De vanligaste storlekarna av li-ion-batterier visas i tabellen nedan (de har alla en nominell spänning på 3,7 volt):

Beteckning	Storlek	Liknande storlek
XXYY0, var XX- indikering av diametern i mm, ÅÅ- längdvärde i mm, 0 - speglar utförandet i form av en cylinder	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø motsvarar AAA, men halva längden)
	10280
	10430	AAA
	10440	AAA
	14250	1/2AA
	14270	Ø AA, längd CR2
	14430	Ø 14 mm (som AA), men kortare
	14500	AA
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (eller 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (eller 150A/300P)
	18650	2xCR123 (eller 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	FRÅN
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Interna elektrokemiska processer går på samma sätt och beror inte på batteriets formfaktor och prestanda, så allt som sägs nedan gäller lika för alla litiumbatterier.

Hur man laddar litiumjonbatterier korrekt

Det mest korrekta sättet att ladda litiumbatterier är att ladda i två steg. Det är denna metod som Sony använder i alla sina laddare. Trots den mer komplexa laddningsregulatorn ger detta en mer komplett laddning av li-jonbatterier utan att förkorta deras livslängd.

Här talar vi om en tvåstegs laddningsprofil av litiumbatterier, förkortat CC / CV (konstant ström, konstant spänning). Det finns också alternativ med pulsade och stegvisa strömmar, men de beaktas inte i den här artikeln. Du kan läsa mer om laddning med pulsad ström.

Så låt oss överväga båda stadierna av avgiften mer i detalj.

1. I det första skedet en konstant laddningsström måste tillhandahållas. Det aktuella värdet är 0,2-0,5C. För accelererad laddning är det tillåtet att öka strömmen upp till 0,5-1,0C (där C är batterikapaciteten).

Till exempel, för ett batteri med en kapacitet på 3000 mAh, är den nominella laddningsströmmen i det första steget 600-1500 mA, och den accelererade laddningsströmmen kan vara i intervallet 1,5-3A.

För att säkerställa en konstant laddström av ett givet värde måste laddarkretsen (laddaren) kunna höja spänningen vid batteripolerna. Faktum är att i det första skedet fungerar minnet som en klassisk strömstabilisator.

Viktig: om du planerar att ladda batterier med ett inbyggt skyddskort (PCB), då när du designar laddarkretsen måste du se till att kretsens öppen spänning aldrig kan överstiga 6-7 volt. Annars kan skyddstavlan gå sönder.

I det ögonblick när spänningen på batteriet stiger till ett värde av 4,2 volt, kommer batteriet att få cirka 70-80% av sin kapacitet (det specifika kapacitetsvärdet beror på laddningsströmmen: med en accelererad laddning blir det något mindre , med en nominell laddning - lite mer). Detta ögonblick är slutet på det första steget av laddningen och fungerar som en signal för övergången till det andra (och sista) steget.

2. Andra laddningsstadiet- detta är laddningen av batteriet med en konstant spänning, men gradvis avtagande (fallande) ström.

I detta skede håller laddaren en spänning på 4,15-4,25 volt på batteriet och styr strömvärdet.

När kapaciteten ökar kommer laddningsströmmen att minska. Så snart dess värde minskar till 0,05-0,01С, anses laddningsprocessen vara avslutad.

En viktig nyans i driften av rätt laddare är dess fullständiga frånkoppling från batteriet efter att laddningen är klar. Detta beror på att det är extremt oönskat att litiumbatterier står under hög spänning under lång tid, vilket vanligtvis tillhandahålls av laddaren (dvs. 4,18-4,24 volt). Detta leder till en accelererad nedbrytning av batteriets kemiska sammansättning och, som ett resultat, en minskning av dess kapacitet. Lång vistelse betyder tiotals timmar eller mer.

Under det andra steget av laddningen lyckas batteriet få cirka 0,1-0,15 mer av sin kapacitet. Den totala batteriladdningen når alltså 90-95%, vilket är en utmärkt indikator.

Vi har övervägt två huvudsteg i laddningen. Bevakningen av frågan om laddning av litiumbatterier skulle dock vara ofullständig om inte ytterligare ett laddningssteg nämndes - det sk. förladdning.

Förladdningssteg (förladdning)- detta steg används endast för djupt urladdade batterier (under 2,5 V) för att få dem till normalt driftläge.

I detta skede tillhandahålls laddningen av en reducerad konstant ström tills spänningen på batteriet når 2,8 V.

Det första steget är nödvändigt för att förhindra svullnad och tryckavlastning (eller till och med explosion med brand) av skadade batterier, som till exempel har en intern kortslutning mellan elektroderna. Om en stor laddningsström omedelbart passeras genom ett sådant batteri, kommer detta oundvikligen att leda till uppvärmning, och hur tur är.

En annan fördel med förladdning är förvärmningen av batteriet, vilket är viktigt vid laddning vid låga omgivningstemperaturer (i ett ouppvärmt rum under den kalla årstiden).

Intelligent laddning ska kunna övervaka spänningen på batteriet under laddningens preliminära skede och, om spänningen inte stiger under en längre tid, dra slutsatsen att batteriet är felaktigt.

Alla stadier av laddning av ett litiumjonbatteri (inklusive förladdningssteget) visas schematiskt i denna graf:

Att överskrida den nominella laddningsspänningen med 0,15V kan halvera batteriets livslängd. Att minska laddningsspänningen med 0,1 volt minskar kapaciteten hos ett laddat batteri med cirka 10 %, men förlänger dess livslängd avsevärt. Spänningen för ett fulladdat batteri efter att ha tagits bort från laddaren är 4,1-4,15 volt.

För att sammanfatta ovanstående skisserar vi de viktigaste teserna:

1. Vilken ström ska man ladda ett li-jonbatteri (till exempel 18650 eller något annat)?

Strömmen beror på hur snabbt du vill ladda den och kan variera från 0,2C till 1C.

Till exempel, för ett 18650-batteri med en kapacitet på 3400 mAh, är den lägsta laddningsströmmen 680 mA och den maximala 3400 mA.

2. Hur lång tid tar det att ladda till exempel samma 18650 uppladdningsbara batterier?

Laddningstiden beror direkt på laddningsströmmen och beräknas med formeln:

T \u003d C / I laddar.

Till exempel kommer laddningstiden för vårt batteri med en kapacitet på 3400 mAh med en ström på 1A att vara cirka 3,5 timmar.

3. Hur laddar man ett litiumpolymerbatteri korrekt?

Alla litiumbatterier laddas på samma sätt. Det spelar ingen roll om det är litiumpolymer eller litiumjon. För oss konsumenter är det ingen skillnad.

Vad är en skyddstavla?

Skyddskortet (eller PCB - power control board) är utformat för att skydda mot kortslutning, överladdning och överladdning av litiumbatteriet. Som regel är även överhettningsskydd inbyggt i skyddsmodulerna.

Av säkerhetsskäl är det förbjudet att använda litiumbatterier i hushållsapparater om de inte har en inbyggd skyddskort. Därför har alla mobiltelefonbatterier alltid ett PCB-kort. Batteriutgångarna är placerade direkt på kortet:

Dessa kort använder en sexbent laddningskontroller på en specialiserad mikrukh (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600, etc. analoger). Uppgiften för denna kontroller är att koppla bort batteriet från belastningen när batteriet är helt urladdat och koppla bort batteriet från laddning när det når 4,25V.

Här är till exempel ett diagram över batteriskyddskortet BP-6M som levererades med gamla Nokia-telefoner:

Om vi ​​pratar om 18650 så kan de tillverkas både med och utan skyddstavla. Skyddsmodulen är placerad i området för batteriets minuspol.

Kortet ökar längden på batteriet med 2-3 mm.

Batterier utan PCB-modul kommer vanligtvis med batterier som kommer med egna skyddskretsar.

Alla batterier med skydd kan enkelt omvandlas till ett oskyddat batteri genom att helt enkelt rensa det.

Hittills är den maximala kapaciteten för 18650-batteriet 3400 mAh. Batterier med skydd ska ha motsvarande beteckning på höljet ("Skyddad").

Förväxla inte PCB-kort med PCM-modul (PCM - strömladdningsmodul). Om de förra endast tjänar till att skydda batteriet, är de senare utformade för att styra laddningsprocessen - de begränsar laddningsströmmen vid en given nivå, kontrollerar temperaturen och säkerställer i allmänhet hela processen. PCM-kortet är vad vi kallar en laddningsregulator.

Jag hoppas nu att det inte finns några frågor kvar, hur laddar man ett 18650-batteri eller något annat litiumbatteri? Sedan vänder vi oss till ett litet urval av färdiga kretslösningar för laddare (samma laddregulatorer).

Laddningsscheman för li-ion-batterier

Alla kretsar är lämpliga för att ladda alla litiumbatterier, det återstår bara att bestämma laddningsströmmen och elementbasen.

LM317

Schema för en enkel laddare baserad på LM317-chippet med en laddningsindikator:

Kretsen är enkel, hela inställningen går ut på att ställa in utgångsspänningen till 4,2 volt med hjälp av avstämningsmotståndet R8 (utan anslutet batteri!) Och ställa in laddningsströmmen genom att välja motstånden R4, R6. Effekten av motståndet R1 är minst 1 watt.

Så snart lysdioden slocknar kan laddningsprocessen anses avslutad (laddningsströmmen kommer aldrig att minska till noll). Det rekommenderas inte att hålla batteriet i denna laddning under en längre tid efter att det är fulladdat.

lm317-chippet används ofta i olika spännings- och strömstabilisatorer (beroende på omkopplingskretsen). Det säljs i varje hörn och kostar i allmänhet en slant (du kan ta 10 stycken för endast 55 rubel).

LM317 kommer i olika fall:

Pin-tilldelning (pinout):

Analogerna till LM317-chippet är: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (de två sista är inhemsk produktion).

Laddströmmen kan ökas upp till 3A om du tar LM350 istället för LM317. Det är sant att det blir dyrare - 11 rubel / styck.

Det tryckta kretskortet och kretsenheten visas nedan:

Den gamla sovjetiska KT361-transistorn kan ersättas med en liknande p-n-p-transistor (till exempel KT3107, KT3108 eller bourgeois 2N5086, 2SA733, BC308A). Den kan tas bort helt om laddningsindikatorn inte behövs.

Nackdelen med kretsen: matningsspänningen måste vara i intervallet 8-12V. Detta beror på det faktum att för normal drift av mikrokretsen LM317 måste skillnaden mellan batterispänningen och matningsspänningen vara minst 4,25 volt. Det kommer alltså inte att vara möjligt att driva den från USB-porten.

MAX1555 eller MAX1551

MAX1551/MAX1555 är specialiserade laddare för Li+-batterier som kan fungera från USB eller från en separat nätadapter (till exempel en telefonladdare).

Den enda skillnaden mellan dessa mikrokretsar är att MAX1555 ger en signal för laddningsförloppsindikatorn och MAX1551 - en signal om att strömmen är på. De där. 1555 är fortfarande att föredra i de flesta fall, så 1551 är nu svår att hitta på rea.

En detaljerad beskrivning av dessa marker från tillverkaren -.

Den maximala inspänningen från DC-adaptern är 7 V, när den drivs från USB är den 6 V. När matningsspänningen sjunker till 3,52 V stängs mikrokretsen av och laddningen stannar.

Mikrokretsen själv känner av vid vilken ingång matningsspänningen finns och ansluts till den. Om strömmen tillförs via USB-bussen är den maximala laddningsströmmen begränsad till 100 mA - detta gör att du kan koppla in laddaren till USB-porten på vilken dator som helst utan rädsla för att bränna södra bron.

När den drivs av en separat strömkälla är den typiska laddningsströmmen 280mA.

Chipsen har inbyggt överhettningsskydd. Men även i detta fall fortsätter kretsen att fungera, vilket minskar laddningsströmmen med 17mA för varje grad över 110°C.

Det finns en förladdningsfunktion (se ovan): så länge batterispänningen är under 3V begränsar mikrokretsen laddningsströmmen till 40 mA.

Mikrokretsen har 5 stift. Här är ett typiskt kopplingsschema:

Om det finns en garanti för att spänningen vid utgången av din adapter inte under några omständigheter kan överstiga 7 volt, kan du klara dig utan 7805-stabilisatorn.

USB-laddningsalternativet kan monteras till exempel på denna.

Mikrokretsen behöver inga externa dioder eller externa transistorer. I allmänhet, naturligtvis, chic mikruhi! Bara de är för små, det är obekvämt att löda. Och de är fortfarande dyra ().

LP2951

LP2951-stabilisatorn är tillverkad av National Semiconductors (). Den tillhandahåller implementeringen av den inbyggda strömbegränsningsfunktionen och låter dig generera en stabil nivå av laddningsspänning för ett litiumjonbatteri vid kretsens utgång.

Laddspänningsvärdet är 4,08 - 4,26 volt och ställs in av motståndet R3 när batteriet är frånkopplat. Spänningen är mycket exakt.

Laddströmmen är 150 - 300mA, detta värde begränsas av de interna kretsarna i LP2951-chippet (beroende på tillverkaren).

Använd en diod med en liten backström. Det kan till exempel vara vilken som helst av 1N400X-serien som du kan få. Dioden används som en blockeringsdiod för att förhindra backström från batteriet till LP2951-chippet när inspänningen är avstängd.

Denna laddare ger en ganska låg laddningsström, så vilket 18650-batteri som helst kan laddas hela natten.

Mikrokretsen kan köpas både i ett DIP-paket och i ett SOIC-paket (kostnaden är cirka 10 rubel per styck).

MCP73831

Chipet låter dig skapa rätt laddare, dessutom är det billigare än den hypade MAX1555.

En typisk omkopplingskrets är hämtad från:

En viktig fördel med kretsen är frånvaron av kraftfulla motstånd med lågt motstånd som begränsar laddningsströmmen. Här ställs strömmen in av ett motstånd anslutet till den 5:e utgången på mikrokretsen. Dess motstånd bör ligga i intervallet 2-10 kOhm.

Laddaren ser ut så här:

Mikrokretsen värms upp ganska bra under drift, men detta verkar inte störa den. Den utför sin funktion.

Här är en annan PCB-variant med smd led och micro usb-kontakt:

LTC4054 (STC4054)

Väldigt enkelt, bra idé! Tillåter laddning med ström upp till 800 mA (se). Visserligen brukar det bli väldigt varmt, men i det här fallet minskar det inbyggda överhettningsskyddet strömmen.

Kretsen kan avsevärt förenklas genom att slänga ut en eller till och med båda lysdioderna med en transistor. Då kommer det att se ut så här (håll med, det är ingenstans lättare: ett par motstånd och en konder):

Ett av PCB-alternativen finns på . Skivan är designad för element i storlek 0805.

I=1000/R. Du bör inte ställa in en stor ström direkt, se först hur mycket mikrokretsen kommer att värmas upp. För mina ändamål tog jag ett 2,7 kOhm motstånd, medan laddningsströmmen visade sig vara cirka 360 mA.

Det är osannolikt att en radiator kan anpassas till denna mikrokrets, och det är inte ett faktum att den kommer att vara effektiv på grund av den höga termiska resistansen hos kristall-hölje-övergången. Tillverkaren rekommenderar att man gör kylflänsen "genom ledningarna" - gör spåren så tjocka som möjligt och lämnar folien under mikrokretshuset. Och i allmänhet, ju mer "jord" folie kvar, desto bättre.

Förresten, det mesta av värmen tas bort genom det 3: e benet, så du kan göra det här spåret väldigt brett och tjockt (fyll det med överflödigt lod).

LTC4054-chippaketet kan vara märkt med LTH7 eller LTADY.

LTH7 skiljer sig från LTADY genom att den första kan lyfta ett mycket dött batteri (på vilken spänningen är mindre än 2,9 volt), medan den andra inte kan (du måste svänga den separat).

Chipet kom ut mycket framgångsrikt, så det har ett gäng analoger: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM8054, WPM8054, Y601, PT10054, 6054, 6054, 6054, 6054, 6054 , LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Innan du använder någon av analogerna, kontrollera databladen.

TP4056

Mikrokretsen är gjord i SOP-8-paketet (se), den har en metallkylfläns på magen som inte är ansluten till kontakterna, vilket gör det möjligt att mer effektivt ta bort värme. Låter dig ladda batteriet med en ström på upp till 1A (strömmen beror på ströminställningsmotståndet).

Anslutningsschemat kräver ett minimum av tillbehör:

Kretsen implementerar den klassiska laddningsprocessen - ladda först med konstant ström, sedan med konstant spänning och fallande ström. Allt är vetenskapligt. Om du demonterar laddningen steg för steg kan du skilja på flera steg:

1. Övervakning av spänningen på det anslutna batteriet (detta händer hela tiden).
2. Förladdningssteg (om batteriet är urladdat under 2,9 V). Laddström 1/10 från det programmerade R-prog-motståndet (100mA vid R-prog = 1,2 kOhm) till nivån 2,9 V.
3. Laddning med en maximal konstant ström (1000mA vid R prog = 1,2 kOhm);
4. När batteriet når 4,2 V är batterispänningen fixerad på denna nivå. En gradvis minskning av laddningsströmmen börjar.
5. När strömmen når 1/10 av R prog programmerad av motståndet (100mA vid R prog = 1,2 kOhm), stängs laddaren av.
6. Efter att laddningen är klar fortsätter styrenheten att övervaka batterispänningen (se punkt 1). Strömmen som förbrukas av övervakningskretsen är 2-3 μA. Efter att spänningen sjunkit till 4,0V, startas laddningen igen. Och så i en cirkel.

Laddningsströmmen (i ampere) beräknas med formeln I=1200/R prog. Det tillåtna maxvärdet är 1000 mA.

Ett riktigt test av laddning med ett 18650-batteri på 3400 mAh visas i grafen:

Fördelen med mikrokretsen är att laddningsströmmen ställs in av endast ett motstånd. Kraftfulla lågresistansmotstånd krävs inte. Dessutom finns det en indikator för laddningsprocessen, såväl som en indikation på slutet av laddningen. När batteriet inte är anslutet blinkar indikatorn en gång med några sekunders mellanrum.

Matningsspänningen till kretsen måste ligga inom 4,5 ... 8 volt. Ju närmare 4,5V - desto bättre (så chipet värms upp mindre).

Det första benet används för att ansluta temperatursensorn som är inbyggd i litiumjonbatteriet (vanligtvis mittuttaget på ett mobiltelefonbatteri). Om utspänningen är under 45 % eller över 80 % av matningsspänningen, avbryts laddningen. Om du inte behöver temperaturkontroll, sätt bara foten på marken.

Uppmärksamhet! Denna krets har en betydande nackdel: frånvaron av en batteriomvänd skyddskrets. I det här fallet är regulatorn garanterad att brinna ut på grund av att den maximala strömmen överskrids. I det här fallet faller kretsens matningsspänning direkt på batteriet, vilket är mycket farligt.

Tätningen är enkel, gjord på en timme på knäet. Blir tiden lidande kan du beställa färdiga moduler. Vissa tillverkare av färdiga moduler lägger till skydd mot överström och överurladdning (du kan till exempel välja vilket kort du behöver - med eller utan skydd, och med vilken kontakt).

Du kan även hitta färdiga skivor med kontakt för temperaturgivare. Eller till och med en laddningsmodul med flera TP4056-chips parallellt för att öka laddningsströmmen och med omvänd polaritetsskydd (exempel).

LTC1734

Det är också en väldigt enkel design. Laddströmmen ställs in av motståndet R prog (om du till exempel sätter ett 3 kΩ motstånd blir strömmen 500 mA).

Mikrokretsar är vanligtvis märkta på höljet: LTRG (de finns ofta i gamla telefoner från Samsung).

Transistorn är lämplig för alla p-n-p i allmänhet, huvudsaken är att den är designad för en given laddningsström.

Det finns ingen laddningsindikator på detta diagram, men på LTC1734 sägs det att stift "4" (Prog) har två funktioner - att ställa in strömmen och övervaka slutet av batteriladdningen. Till exempel visas en krets med laddningsslutkontroll som använder en LT1716 komparator.

Komparatorn LT1716 kan i detta fall ersättas med en billig LM358.

TL431 + transistor

Det är förmodligen svårt att komma på en krets från mer tillgängliga komponenter. Här är det svåraste att hitta källan till referensspänningen TL431. Men de är så vanliga att de finns nästan överallt (sällan vad strömkällan gör utan denna mikrokrets).

TIP41-transistorn kan ersättas av vilken som helst annan med en lämplig kollektorström. Till och med den gamla sovjetiska KT819, KT805 (eller mindre kraftfulla KT815, KT817) duger.

Att ställa in kretsen handlar om att ställa in utspänningen (utan batteri !!!) med hjälp av en trimmer på en nivå av 4,2 volt. Motstånd R1 ställer in maxvärdet för laddningsströmmen.

Detta schema implementerar fullt ut tvåstegsprocessen för laddning av litiumbatterier - först laddas med likström, sedan övergången till spänningsstabiliseringsfasen och en jämn minskning av strömmen till nästan noll. Den enda nackdelen är den dåliga repeterbarheten hos kretsen (nyckfull i inställningen och krävande på de komponenter som används).

MCP73812

Det finns ett annat oförtjänt försummat mikrochip från Microchip - MCP73812 (se). Baserat på det får du ett mycket budgetladdningsalternativ (och billigt!). Hela satsen är bara ett motstånd!

Förresten är mikrokretsen gjord i ett fodral som är bekvämt för lödning - SOT23-5.

Det enda negativa är att det blir väldigt varmt och det finns ingen laddningsindikation. Det fungerar på något sätt inte heller särskilt tillförlitligt om du har en strömförsörjning med låg effekt (vilket ger ett spänningsfall).

I allmänhet, om laddningsindikering inte är viktig för dig, och en ström på 500 mA passar dig, så är MCP73812 ett mycket bra alternativ.

NCP1835

En helt integrerad lösning erbjuds - NCP1835B, som ger hög stabilitet för laddningsspänningen (4,2 ± 0,05 V).

Den enda nackdelen med denna mikrokrets är kanske dess för liten storlek (DFN-10-paket, storlek 3x3 mm). Inte alla kan tillhandahålla högkvalitativ lödning av sådana miniatyrelement.

Av de obestridliga fördelarna vill jag notera följande:

1. Minsta antal delar av kroppssatsen.
2. Möjlighet att ladda ett helt urladdat batteri (förladdningsström 30mA);
3. Definition av slutet av laddningen.
4. Programmerbar laddström - upp till 1000 mA.
5. Laddnings- och felindikering (kan upptäcka icke-laddningsbara batterier och signalera detta).
6. Långtidsladdningsskydd (genom att ändra kapacitansen på kondensatorn C t kan du ställa in den maximala laddningstiden från 6,6 till 784 minuter).

Kostnaden för mikrokretsen är inte så billig, men inte så stor (~ $ 1) att vägra använda den. Om du är vän med en lödkolv, skulle jag rekommendera att välja detta alternativ.

En mer detaljerad beskrivning finns i.

Är det möjligt att ladda ett litiumjonbatteri utan kontroll?

Jo det kan du. Detta kommer dock att kräva noggrann kontroll över laddningsströmmen och spänningen.

I allmänhet fungerar det inte att ladda batteriet, till exempel vår 18650 utan laddare alls. Du måste fortfarande på något sätt begränsa den maximala laddningsströmmen, så åtminstone det mest primitiva minnet, men fortfarande krävs.

Den enklaste laddaren för alla litiumbatterier är ett motstånd i serie med batteriet:

Motståndets resistans och effektförlust beror på spänningen på nätaggregatet som kommer att användas för laddning.

Låt oss, som ett exempel, beräkna ett motstånd för en 5 volts strömförsörjning. Vi kommer att ladda ett 18650 batteri med en kapacitet på 2400 mAh.

Så i början av laddningen kommer spänningsfallet över motståndet att vara:

U r \u003d 5 - 2,8 \u003d 2,2 volt

Anta att vår 5V strömförsörjning är klassad för en maximal ström på 1A. Kretsen kommer att förbruka den största strömmen i början av laddningen, när spänningen på batteriet är minimal och är 2,7-2,8 volt.

Observera: dessa beräkningar tar inte hänsyn till möjligheten att batteriet kan vara mycket djupt urladdat och spänningen på det kan vara mycket lägre, ner till noll.

Således bör motståndet för motståndet som krävs för att begränsa strömmen i början av laddningen på nivån 1 Ampere vara:

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

Motståndsförlusteffekt:

P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2,2 \u003d 2,2 W

I slutet av batteriladdningen, när spänningen på den närmar sig 4,2 V, kommer laddningsströmmen att vara:

Jag laddar \u003d (U un - 4,2) / R \u003d (5 - 4,2) / 2,2 \u003d 0,3 A

Det vill säga, som vi kan se, går alla värden inte utöver det tillåtna för ett givet batteri: initialströmmen överstiger inte den maximalt tillåtna laddningsströmmen för ett givet batteri (2,4 A), och slutströmmen överstiger strömmen då batteriet inte längre får kapacitet ( 0,24 A).

Den största nackdelen med sådan laddning är behovet av att ständigt övervaka spänningen på batteriet. Och stäng av laddningen manuellt så snart spänningen når 4,2 volt. Faktum är att litiumbatterier inte tolererar ens en kortvarig överspänning särskilt bra - elektrodmassorna börjar försämras snabbt, vilket oundvikligen leder till en kapacitetsförlust. Samtidigt skapas alla förutsättningar för överhettning och tryckminskning.

Om ditt batteri har ett inbyggt skyddskort, som diskuterades lite högre, så är allt förenklat. När en viss spänning på batteriet uppnåtts, kommer kortet självt att koppla bort det från laddaren. Denna laddningsmetod har dock betydande nackdelar, som vi pratade om i.

Det inbyggda skyddet i batteriet tillåter inte att det under några omständigheter laddas upp. Allt som återstår för dig att göra är att kontrollera laddningsströmmen så att den inte överskrider de tillåtna värdena för detta batteri (skyddskort kan tyvärr inte begränsa laddningsströmmen).

Laddning med en laboratorieströmförsörjning

Om du har en strömförsörjning med strömskydd (begränsning) till ditt förfogande, då är du räddad! En sådan strömförsörjning är redan en fullfjädrad laddare som implementerar den korrekta laddningsprofilen, som vi skrev om ovan (CC / CV).

Allt du behöver göra för att ladda li-ion är att ställa in strömförsörjningen på 4,2 volt och ställa in önskad strömgräns. Och du kan ansluta batteriet.

Inledningsvis, när batteriet fortfarande är urladdat, kommer laboratorieströmförsörjningen att fungera i strömskyddsläge (dvs den kommer att stabilisera utströmmen på en given nivå). Sedan, när spänningen på banken stiger till inställda 4,2V, kommer strömförsörjningen att växla till spänningsstabiliseringsläge och strömmen kommer att börja falla.

När strömmen sjunker till 0,05-0,1C kan batteriet anses vara fulladdat.

Som du kan se är laboratoriets PSU en nästan perfekt laddare! Det enda den inte kan göra automatiskt är att ta ett beslut om att ladda batteriet helt och stänga av. Men detta är en bagatell, som inte ens är värt att uppmärksamma.

Hur laddar man litiumbatterier?

Och om vi pratar om ett engångsbatteri som inte är avsett för laddning, så är det korrekta (och enda korrekta) svaret på denna fråga NEJ.

Faktum är att vilket litiumbatteri som helst (till exempel den vanliga CR2032 i form av en platt tablett) kännetecknas av närvaron av ett internt passiveringsskikt som täcker litiumanoden. Detta skikt förhindrar anoden från att reagera kemiskt med elektrolyten. Och tillförseln av extern ström förstör ovanstående skyddsskikt, vilket leder till skador på batteriet.

Förresten, om vi pratar om det icke-uppladdningsbara batteriet CR2032, det vill säga LIR2032, som är väldigt lik det, är redan ett fullfjädrat batteri. Den kan och bör laddas. Bara hennes spänning är inte 3, utan 3,6V.

Hur man laddar litiumbatterier (oavsett om det är ett telefonbatteri, 18650 eller något annat li-jonbatteri) diskuterades i början av artikeln.

Var kan man köpa chips?

Du kan förstås köpa i Chip-Deep, men där är det dyrt. Därför tar jag det alltid i en väldigt hemlig butik)) Det viktigaste är att välja rätt säljare, då kommer beställningen snabbt och säkert.

För din bekvämlighet har jag samlat de mest pålitliga säljarna i en tabell, använd den för din hälsa:

namn	datablad	pris
LM317		5,5 gnugga/styck	köpa
LM350
LTC1734		42 gnugga/styck	köpa
TL431		85 kop/st.	köpa
MCP73812		65 gnugga/styck	köpa
NCP1835		83 gnugga/st.	köpa
*Alla marker med fri frakt

I moderna mobiltelefoner, kameror och andra enheter används oftast litiumjonbatterier som ersätter alkaliska och nickel-kadmiumbatterier, som de är överlägsna på många sätt. För första gången dök batterier med litiumanod upp på 70-talet av föregående århundrade och blev omedelbart mycket populära på grund av deras höga spänning och energiintensitet.

Utseendehistoria

Utvecklingen var kortvarig, men på det praktiska planet uppstod svårigheter som löstes först på 90-talet av förra seklet. På grund av litiums höga aktivitet skedde kemiska processer inuti cellen, vilket ledde till antändning.

I början av 90-talet inträffade ett antal olyckor - telefonanvändare, medan de pratade, fick allvarliga brännskador som ett resultat av spontan antändning av elementen och sedan själva kommunikationsanordningarna. I detta avseende avbröts batterierna helt och de tidigare släppta returnerades från försäljning.

Moderna litiumjonbatterier använder inte ren metall, bara dess joniserade föreningar, eftersom de är mer stabila. Tyvärr var forskare tvungna att gå till en betydande minskning av batterikapaciteten, men de lyckades uppnå det viktigaste - människor led inte längre av brännskador.

Kristallgittret av olika kolföreningar visade sig vara lämpligt för interkalering av litiumjoner vid den negativa elektroden. Vid laddning rör sig de från anoden till katoden och vice versa vid urladdning.

Funktionsprincip och sorter

I varje litiumjonbatteri är den negativa elektroden baserad på kolhaltiga ämnen, vars struktur kan beställas eller delvis beställas. Beroende på material varierar processen för interkalering av Li till C. Den positiva elektroden är huvudsakligen gjord av pläterad nickel eller koboltoxid.

Genom att summera alla reaktioner kan de representeras i följande ekvationer:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - för katoden.
2. C + xLi+ + xe → CLix - för anoden.

Ekvationerna presenteras för fallet med en urladdning; vid laddning flyter de i motsatt riktning. Forskare arbetar med att studera nya material som består av blandade fosfater och oxider. Dessa material är planerade att användas för katoden.

Det finns två typer av Li-Ion-batterier:

1. cylindrisk;
2. prismatisk.

Den största skillnaden är arrangemanget av plattorna (i prismatisk - ovanpå varandra). Litiumbatteriets storlek beror på detta. Prismatiska är som regel tätare och mer kompakta.

Dessutom finns det ett säkerhetssystem inuti - en mekanism som ökar motståndet när temperaturen stiger, och bryter anod-katodkretsen vid förhöjt tryck. Tack vare det elektroniska kortet blir kretsen omöjlig, eftersom den styr processerna inuti batteriet.

Elektroder med motsatt polaritet separeras av en separator. Höljet måste vara lufttätt, läckage av elektrolyt eller inträngande av vatten och syre kommer att förstöra både batteriet och själva den elektroniska bäraren.

Olika tillverkare av litiumbatterier kan se helt olika ut, det finns ingen enskild form av produkten. Förhållandet mellan anodens aktiva massor och katoden bör vara ungefär 1:1, annars är bildningen av litiummetall möjlig, vilket kommer att leda till antändning.

Fördelar och nackdelar

Batterier har utmärkta parametrar som skiljer sig från tillverkare till tillverkare. Märkspänningen är 3,7-3,8 V med maximalt 4,4 V. Energidensiteten (en av huvudindikatorerna) är 110-230 W * h / kg.

Internt motstånd sträcker sig från 5 till 15 mOhm/1Ah. Livslängden i form av antal cykler (urladdning/laddning) är 1000-5000 enheter. Snabbladdningstiden är 15-60 minuter. En av de viktigaste fördelarna är den långsamma självurladdningsprocessen (endast 10-20% per år, varav 3-6% för den första månaden). Drifttemperaturområdet är 0 C - +65 C, vid temperaturer under noll är laddning inte möjlig.

Laddningen sker i flera steg:

1. upp till en viss punkt flyter den maximala laddningsströmmen;
2. när driftsparametrarna uppnås minskar strömmen gradvis till 3 % av maxvärdet.

Vid förvaring ungefär var 500:e timme är periodisk uppladdning nödvändig för att kompensera för självurladdning. Vid överladdning kan metalliskt litium avsättas, som i samverkan med elektrolyten bildar syre. Detta ökar risken för tryckavlastning på grund av ökat inre tryck.

Frekvent laddning minskar batteriets livslängd avsevärt. Dessutom påverkas miljö, temperatur, ström etc.

Elementet har nackdelar, bland vilka är följande:

Driftsförhållanden

Det är bäst att förvara batteriet under följande förhållanden S: Laddningen måste vara minst 40 %, och temperaturen får inte vara särskilt låg eller hög. Det bästa alternativet är intervallet från 0C till +10C. Normalt går cirka 4 % kapacitet förlorad på 2 år, varför det inte rekommenderas att köpa batterier från tidigare tillverkningsdatum.

Forskare har uppfunnit ett sätt att öka hållbarheten. Ett lämpligt konserveringsmedel tillsätts till elektrolyten. Sådana batterier bör dock "tränas" i form av 2-3 fulla urladdnings-/laddningscykler så att de därefter kan fungera i normalt läge. Annars kan det finnas en "minneseffekt" och efterföljande svullnad av hela strukturen. Med korrekt användning och överensstämmelse med alla lagringsstandarder kan batteriet hålla länge, samtidigt som dess kapacitet förblir på en hög nivå.

Drift, laddning, för- och nackdelar med litiumbatterier

Många människor använder idag elektroniska apparater i sina dagliga liv. Mobiltelefoner, surfplattor, bärbara datorer... Alla vet vad det är. Men få människor vet att nyckelelementet i dessa enheter är litiumbatteriet. Nästan varje mobil enhet är utrustad med denna typ av laddningsbara batterier. Idag ska vi prata om litiumbatterier. Dessa batterier och deras produktionsteknik utvecklas ständigt. En betydande uppdatering av tekniken sker vart 1-2 år. Vi kommer att överväga den allmänna principen för drift av litiumbatterier, och separata material kommer att ägnas åt sorter. Historien om uppkomsten, driften, lagringen, fördelarna och nackdelarna med litiumbatterier kommer att diskuteras nedan.

Forskning i denna riktning utfördes i början av 1900-talet. De "första tecknen" i familjen litiumbatterier dök upp i början av sjuttiotalet av förra seklet. Anoden på dessa batterier var gjord av litium. De blev snabbt efterfrågade på grund av att de hade en hög specifik energi. På grund av närvaron av litium, ett mycket aktivt reduktionsmedel, lyckades utvecklarna kraftigt öka elementets nominella spänning och specifika energi. Utvecklingen, efterföljande testning och förfining av tekniken "to the mind" tog ungefär två decennier.

Under denna tid löstes huvudsakligen problem med säkerheten vid användning av litiumbatterier, val av material etc. Sekundära litiumceller med aprotiska elektrolyter och en sort med en solid katod liknar de elektrokemiska processer som förekommer i dem. Speciellt sker anodupplösning av litium vid den negativa elektroden. Litium införs i den positiva elektrodens kristallgitter. När battericellen laddas går processerna på elektroderna i motsatt riktning.

Material för den positiva elektroden utvecklades ganska snabbt. Huvudkravet för dem var att de genomgår reversibla processer.

Vi talar om anodextraktion och katodisk insättning. Dessa processer kallas också anodisk deinterkalering och katodisk interkalering. Forskarna testade olika material som katod.

Kravet var att det inte skulle ske några cykelbyten. I synnerhet material som:

• TiS2 (titaniumdisulfid);
• Nb(Se)n (niobselenid);
• sulfider och diselenider av vanadin;
• koppar och järnsulfider.

Alla dessa material har en skiktad struktur. Studier utfördes också med material av mer komplexa sammansättningar. För detta användes tillsatser av vissa metaller i små mängder. Dessa var element med katjoner med en större radie än Li.

Höga specifika egenskaper hos katoden erhölls på metalloxider. Olika oxider testades för reversibelt arbete, vilket beror på graden av förvrängning av kristallgittret i oxidmaterialet när litiumkatjoner införs där. Katodens elektroniska konduktivitet togs också i beaktande. Uppgiften var att se till att katodvolymen inte ändras med mer än 20 procent. Enligt studier visades de bästa resultaten av oxider av vanadin och molybden.

Med anoden uppstod de största svårigheterna vid skapandet av litiumbatterier. Närmare bestämt, under laddningsprocessen, när katodisk avsättning av Li sker. Detta bildar en yta med mycket hög aktivitet. Litium avsätts på katodytan i form av dendriter och som ett resultat bildas en passiv film.

Det visar sig att denna film omsluter litiumpartiklarna och förhindrar deras kontakt med basen. Denna process kallas inkapsling och leder till att efter att batteriet har laddats utesluts en viss del av litiumet från de elektrokemiska processerna.

Som ett resultat, efter ett visst antal cykler, blev elektroderna utslitna och temperaturstabiliteten för processerna inuti litiumbatteriet stördes.

Vid någon tidpunkt upphettades elementet till smältpunkten för Li och reaktionen övergick i en okontrollerad fas. Så i början av 90-talet returnerades många litiumbatterier till företagen i de företag som var involverade i deras produktion. Dessa var ett av de första batterierna som användes i mobiltelefoner. Vid tidpunkten för samtalet (strömmen når sitt maximala värde) på telefonen, avgavs en låga från dessa batterier. Det har förekommit många fall där användarens ansikte bränts. Bildandet av dendriter vid deponering av litium kan förutom brand- och explosionsrisken leda till kortslutning.

Därför har forskare lagt ner mycket tid och kraft på att utveckla en metod för att behandla katodens yta. Metoder har utvecklats för att införa tillsatser i elektrolyten som förhindrar bildning av dendriter. Forskare har gjort framsteg i denna riktning, men problemet har ännu inte lösts helt. Dessa problem med användningen av metalliskt litium försökte också lösas med en annan metod.

Så den negativa elektroden började tillverkas av litiumlegeringar och inte från ren Li. Den mest framgångsrika var en legering av litium och aluminium. När urladdningsprocessen pågår etsas litium i elektroden från en sådan legering och vice versa vid laddning. Det vill säga, under laddnings-urladdningscykeln ändras koncentrationen av Li i legeringen. Naturligtvis var det en viss förlust av litiumaktivitet i legeringen jämfört med Li-metall.

Potentialen för legeringselektroden minskade med cirka 0,2-0,4 volt. Driftspänningen för litiumbatteriet minskade, och samtidigt minskade interaktionen mellan elektrolyten och legeringen. Detta var en positiv faktor, eftersom självurladdningen minskade. Men legeringen av litium och aluminium används inte i stor utsträckning. Problemet här var att cykling kraftigt förändrade den specifika volymen av denna legering. När en djupurladdning inträffade blev elektroden spröd och smulas sönder. På grund av minskningen av legeringens specifika egenskaper avbröts forskningen i denna riktning. Andra legeringar har också studerats.

Studier har visat att Li-legering med tungmetaller är bäst lämpad. Ett exempel är Woods legering. De visade sig väl när det gäller att bibehålla den specifika volymen, men de specifika egenskaperna var otillräckliga för användning i litiumbatterier.

Som ett resultat, på grund av det faktum att metalliskt litium är instabilt, började forskningen gå i en annan riktning. Man beslutade att utesluta rent litium från batterikomponenterna och använda dess joner. Så här såg litiumjonbatterier (Li-Ion) ut.

Energitätheten för litiumjonbatterier är mindre än för litium. Men deras säkerhet och användarvänlighet är mycket högre. Du kan läsa mer om den givna länken.

Drift och livslängd

Utnyttjande

Driftsreglerna kommer att övervägas med exemplet med vanliga litiumbatterier som används i mobila enheter (telefoner, surfplattor, bärbara datorer). I de flesta fall skyddas sådana batterier från "narren" av den inbyggda styrenheten. Men det är användbart för användaren att veta grundläggande saker om enheten, parametrar och drift av litiumbatterier.

Till att börja med bör du komma ihåg att ett litiumbatteri måste ha en spänning på 2,7 till 4,2 volt. Det lägre värdet här anger den lägsta laddningsnivån, det övre anger max. I moderna Li-batterier är elektroderna gjorda av grafit och i deras fall är den nedre spänningsgränsen 3 volt (2,7 är värdet för kokselektroder). Den elektriska energi som ett batteri avger när spänningen sjunker från den övre till den nedre gränsen kallas dess kapacitet.

För att förlänga livslängden på litiumbatterier begränsar tillverkarna spänningsområdet något. Ofta är det 3,3-4,1 volt. Som praxis visar uppnås den maximala livslängden för litiumbatterier vid en laddningsnivå på 45 procent. Om batteriet är överladdat eller överurladdat kommer dess livslängd att förkortas. Det rekommenderas generellt att ladda ett litiumbatteri med 15-20 % laddning. Och du måste sluta ladda omedelbart efter att ha uppnått 100 % kapacitet.

Men som redan nämnts sparar styrenheten batteriet från överladdning och djupurladdning. Detta IC-styrkort finns på nästan alla litiumbatterier. I olika hemelektronik (surfplattor, smartphones, bärbara datorer) kompletteras driften av kontrollenheten som är integrerad i batteriet med en mikrokrets som är lödd på själva enhetens kort.

I allmänhet säkerställs korrekt drift av litiumbatterier av deras styrenhet. Användaren är huvudsakligen skyldig att inte engagera sig i denna process och inte engagera sig i amatöraktiviteter.

Livstid

Livslängden för litiumbatterier är cirka 500 laddnings-urladdningscykler. Detta värde gäller för de flesta moderna litiumjon- och litiumpolymerbatterier. Livslängden kan variera. Det beror på hur mycket du använder din mobila enhet. Med konstant användning, ladda med resurskrävande applikationer (video, spel), kan batteriet tömma sin gräns på ett år. Men den genomsnittliga livslängden för litiumbatterier är 3-4 år.

Laddningsprocess

Det bör genast noteras att för normal drift av batteriet måste du använda en standardladdare som medföljer gadgeten. I de flesta fall är detta en 5 volt DC-källa. Vanliga laddare för en telefon eller surfplatta avger vanligtvis en ström på cirka 0,5─1 * C (C är batteriets nominella kapacitet).
Standardläget för att ladda ett litiumbatteri är som följer. Det här läget används i kontroller från Sony och ger maximal laddning. Bilden nedan visar denna process grafiskt.

Processen består av tre steg:

• Varaktigheten av det första steget är cirka en timme. I detta fall hålls laddningsströmmen på en konstant nivå tills batterispänningen når 4,2 volt. I slutet är laddningsgraden 70 %;
• Den andra etappen tar också cirka en timme. Vid denna tidpunkt håller styrenheten en konstant spänning på 4,2 volt, medan laddningsströmmen minskar. När strömmen sjunker till ca 0,2*C startar det sista steget. I slutet är laddningsgraden 90 %;
• i det tredje steget minskar strömmen konstant vid en spänning på 4,2 volt. I princip upprepar detta steg det andra steget, men har en strikt tidsgräns på 1 timme. Styrenheten kopplar sedan bort batteriet från laddaren. I slutet är laddningsgraden 100 %.

Styrenheter som kan tillhandahålla sådan iscensättning är ganska dyra. Detta återspeglas i kostnaden för batteriet. För att minska kostnaderna installerar många tillverkare styrenheter med ett förenklat laddningssystem i batterier. Ofta är detta bara det första steget. Laddningen avbryts när spänningen når 4,2 volt. Men i det här fallet laddas litiumbatteriet endast 70% av sin kapacitet. Om enhetens litiumbatteri tar 3 timmar eller mindre att ladda har den troligen en förenklad kontroller.

Det är värt att notera ett antal andra punkter. Med jämna mellanrum (var 2-3 månad) gör en fullständig urladdning av batteriet (så att telefonen stängs av). Därefter genomförs en full laddning till 100 %. Ta sedan ut batteriet i 1-2 minuter, sätt i och slå på telefonen. Debiteringsnivån kommer att vara mindre än 100 %. Ladda helt och gör detta flera gånger tills full laddning visas när batteriet sätts i.

Kom ihåg att genom USB-kontakten på en bärbar dator, stationär, cigarettändaruttag i en bil, är laddningen mycket långsammare än från en vanlig laddare. Detta beror på strömbegränsningen för USB-gränssnittet vid 500 mA.

Kom också ihåg att i kyla och vid lågt atmosfärstryck tappar litiumbatterier en del av sin kapacitet. Vid negativa temperaturer blir denna typ av batteri ur funktion.

Fråga dig själv: "Vad ska du välja: Li-Ion- eller Li-Po-batteri?" Vi kommer att berätta i detalj vad som är skillnaden mellan dessa två typer av batterier.

Som vi alla vet beror kraften hos en bärbar laddare till stor del på kvaliteten på batterierna inuti enheten. På den moderna marknaden finns det två typer av batterier som används för tillverkning av bärbara laddare: Li-Ion och Li-Po battericeller.

Li-Ion eller Li-Po: Vad är skillnaden och vad man ska välja

För användare är en av de vanligaste frågorna om bärbara laddare: vad är skillnaden mellan Li-Ion- och Li-Po-batterier, samt vilken som är bättre. Låt oss ta reda på det.

Vad är Li-Ion och Li-Po?

Li-Ion är förkortning för litiumjon och Li-Po är förkortning för litiumpolymer. Ändelserna "jonisk" och "polymer" är en indikation på katoden. Ett litiumpolymerbatteri består av en polymerkatod och en fast elektrolyt, medan ett litiumjonbatteri består av kol och en flytande elektrolyt. Båda batterierna är uppladdningsbara och sedan, på ett eller annat sätt, har de båda samma funktion. I allmänhet är litiumjonbatterier äldre än litiumpolymerbatterier, men de används fortfarande i stor utsträckning på grund av deras låga pris och enkla underhåll. Litiumpolymerbatterier anses vara mer avancerade, med förbättrade funktioner som ger en högre säkerhetsnivå, därför är sådana batterier dyrare än litiumjonbatterier.

Det finns många konfigurationer av Li-Ion-batterier. De vanligaste litiumjonbatterierna för bärbara laddare är 18650-batterier med en diameter på 18 mm och en längd på 65 mm, där 0 betyder en cylindrisk konfiguration. Mer än 60 % av bärbara laddare är gjorda av battericeller på 18 650. Storleken och vikten på sådana celler gör att de enkelt kan användas i många elektroniska enheter. Tillverkningstekniker står inte heller stilla.

När konsumenterna i allt högre grad efterfrågar lättare, mer kompakta bärbara laddare, blir begränsningarna som litiumjonbatterier för med sig mer och mer uppenbara. Därför går tillverkare över till att göra lättare, plattare, modulära litiumpolymerbatterier för nya bärbara laddare. Dessutom är litiumpolymerbatterier mindre explosionsbenägna, och därför behöver bärbara laddare inte längre ha ett skyddande lager inbyggt, medan de flesta Lithium Ion 18650-batterier bara behöver installeras med skydd.

Låt oss sammanfatta informationen om skillnaderna mellan litiumjon och litiumpolymer i form av en tabell.

Nyckelfunktioner	Li-Ion	LiPo
Energi densitet	Hög	Låg, med färre cykler jämfört med Li-Ion
Mångsidighet	Låg	Hög, tillverkare är inte bundna till standardcellformatet
Vikt	Lite tyngre	Lungor
Kapacitet	Nedan	Samma volym Li-Po-batteri är nästan dubbelt så stor som Li-Ion
Livscykel	Stor	Stor
Explosivitet	Högre	Mer genomtänkt säkerhet minskar risken för överladdning samt elektrolytläckage
Laddningstid	Lite längre	kortare
Slitage	Tappar mindre än 0,1 % av sin effektivitet varje månad	Långsammare än Li-Ion-batterier
Pris	Billigare	Dyrare

Efter att ha studerat alla fördelar, nackdelar och egenskaper hos de två typerna av batterier kan du försäkra dig om att det inte finns någon stark konkurrens mellan dem. Trots att litiumjonbatteriet är tunnare och snyggare har litiumjonbatterier en högre energitäthet, och då är de mycket billigare att tillverka.

Var därför inte särskilt uppmärksam på typen av batteri, välj bara en bärbar laddare av märket som passar dina behov. Det är trots allt mycket kemikalier till dessa batterier, så det återstår att se vilka som håller längst.