RuCore.NET

Заряд литий-ионных батарей





 Зарядные устройства литий-ионных батарей по принципу работы подобны зарядным устройствам свинцово-кислотных батарей — это устройства с ограничением напряжения заряда. Отличия состоят в более высоком напряжении элемента литий-ионной батареи, меньших допустимых отклонениях напряжения заряда и отсутствии необходимости компенсационного заряда (струйной подзарядки) по достижении батареей состояния полного заряда.

   В то время как при заряде свинцово-кислотных батарей допускается довольно гибкое определение напряжения отсечки (конца заряда), к величине напряжения отсечки при заряде литий-ионных батарей предъявляются жесткие требования: оно должно быть строго определенного значения.



   В начальный период, когда только появились литий-ионные батареи, использующие графитовую систему, требовалось ограничение напряжения заряда из расчета 4,1 В на элемент. Хотя использование более высокого напряжения позволяет увеличить энергетическую плотность, окислительные процессы, происходившие в элементах такого типа при напряжениях, превышающих порог 4,1 В, приводили к сокращению их срока службы. Со временем этот недостаток устранили за счет применения химических добавок, и в настоящее время литий-ионные элементы можно заряжать до напряжения 4,20 В. Допустимое отклонение напряжения составляет всего лишь около + 0,05 В на элемент.

   Литий-ионные батареи промышленного и военного назначения должны иметь больший срок службы, чем батареи для коммерческого применения. Поэтому для них пороговое напряжение конца заряда составляет 3,90 В на элемент. Хотя энергетическая плотность (соотношение кВт-ч/кг) у таких батарей ниже, увеличенный срок службы при небольших размерах, весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность ставят литий-ионные батареи вне конкуренции.

   При заряде литий-ионных батарей током 1С время заряда составляет 2—3 ч. В процессе заряда они не нагреваются. Батарея достигает состояния полного заряда, когда напряжение на ней становится равным напряжению отсечки, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3 % от начального тока заряда.

представлен типовой график заряда одного из типов литий-ионных аккумуляторов, производимых компанией Panasonic.

процесс заряда представлен более наглядно. При увеличении тока заряда литий-ионной батареи время заряда сколько-нибудь значимо не сокращается. Хотя при более высоком токе заряда напряжение на батарее нарастает быстрее, этап подзарядки после окончания первого этапа цикла заряда длится дольше.

   В некоторых типах зарядных устройств для заряда литий-ионной батареи требуется время 1 ч и менее. В таких устройствах этап 2 исключен, и батарея переходит в состояние «готово» сразу после завершения этапа 1. В этой точке она будет заряжена примерно на 70 %, и после этого возможна ее подзарядка.

   Способ струйной подзарядки для литий-ионных аккумуляторов неприменим из-за того, что они не способны поглощать энергию при перезаряде. Более того, струйная подзарядка может вызвать металлизацию лития, что делает работу аккумулятора нестабильной. Напротив, короткая подзарядка постоянным током способна компенсировать небольшой саморазряд батареи и компенсировать потери энергии, вызванные работой ее устройства защиты. В зависимости от типа зарядного устройства и степени саморазряда батареи такая подзарядка может проводиться через каждые 500 ч, или 20 дней. Обычно ее следует проводить при снижении напряжения холостого хода до 4,05 В/элемент и завершать, когда оно достигнет 4,20 В/элемент.

   А что может произойти при случайном; перезаряде литий-ионной батареи? Батареи этого типа могут безопасно работать только при нормальном напряжении заряда. Если оно будет выше нормального, батарея может работать нестабильно и выйти из строя. Это происходит потому, что при превышении значения напряжения заряда 4,30 В/элемент начинает происходить металлизация анода литием, а на катоде происходит активное выделение кислорода, и температура батареи при этом растет.

   Безопасной работе литий-ионных батарей должно уделяться серьезное внимание. В батареях коммерческого назначения имеются специальные устройства защиты, предупреждающие превышение напряжения заряда выше определенного порогового значения, которое, как было уже отмечено выше, составляет 4,30 В/элемент. Дополнительный элемент защиты обеспечивает прекращение заряда, если температура батареи достигнет 90 «С. Наиболее совершенные по конструкции батареи имеют еще один элемент защиты — механический выключатель, который срабатывает при повышении внутрикорпусного давления батареи. Встроенная система контроля напряжения настроена на два напряжения отсечки — верхнего и нижнего порогов.

   Есть и исключения — литий-ионные батареи, в которых устройства защиты вообще отсутствуют. Это батареи, в состав которых входит марганец. Благодаря его наличию, при перезаряде процессы металлизации анода и выделения кислорода на катоде происходят настолько вяло, что стало возможным отказаться от использования устройств защиты.

   Литий-ионные батареи имеют отличные зарядные характеристики как при высоких, так и при низких температурах. Некоторые из них можно заряжать током 1С при температурах от 0 до 45 °С. Большинство же литий-ионных батарей при низких температурах — от 5 «С и ниже — «предпочитает» меньшие токи заряда. При этом следует избегать заряда при температуре замерзания, т. к. на аноде происходит осаждение металлического лития.

Категорически запрещается разбирать литий-ионные аккумуляторы. В случае протечки электролита и его попадания на открытые участки кожи или в глаза следует немедленно промыть их чистой водой и делать это в течение 15 мин. После чего следует обратиться к врачу.



Поделись статьей с друзьями


72 просмотров



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: