Литий полимерные аккумуляторы как правильно эксплуатировать

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Литий-полимерные аккумуляторы

Попытки использовать легкий активный литий в качестве электродов для аккумуляторов закончились провалом, но одноразовые батарейки эффективны. Современники литиевыми аккумуляторами называют приборы, с ионами лития. Их используют в виде солей на подложке из алюминиевой или медной фольги. Активным элементом является ион лития, аккумулятор называется литий-ионный. Условие – в герметичном корпусе обязательно залит жидкий электролит. Если внутри гель или специальная пленка – литий-полимерная батарея. Все литиевые батареи относят к щелочным.

Литий-ионный и литий-полимерный, разница

Аккумуляторная батарея – система динамичная. Рабочие параметры зависят от любого компонента. Посмотрим, как подействовало наполнение гелем вместо жидкого электролита и какой лучше, литий-полимерный или литий-ионный аккумулятор, в чем разница.

Оба вида батарей характеризуются высокой плотностью энергии при малых размерах. Один элемент способен выдать напряжение 3,6 В, в два раза больше Ni-Cd батареи. Нет эффекта памяти, аккумулятор можно заряжать на любом уровне запаса энергии.

Отличия в том, что при использовании жидкого литий-ионного аккумулятора максимальное напряжение при заряде и минимальное при разряде контролирует встроенная защита, устройство становится дороже. Без защиты возможно возгорание и даже, взыв. Такие проблемы не сопровождают работу сухого литий-полимерного элемента. Гелевый элемент можно называть литий-ионным полимерным аккумулятором. Это гибрид, где используют вместо сепаратора полимерную пленку с твердым составом, ее действие усиливает обычный электролит в гелевой форме. Но называют гибрид литий-полимерным, в интересах маркетинга.

Сравнение литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов

Рассмотрим методику заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Какой из них быстрее зарядится? Исследования показывают, за первый час батареи заряжаются на 70-80 %, в последующем на пониженном токе напряжение доводят до максимального, и зарядное устройство отключает процесс. Зарядка, разрядка проходят за одно время. Ни чем не отличается, работоспособность литий-полимерного аккумулятора от литий-ионного.

Но обратите внимание на форму батарей. Компактная, в прочной герметичной упаковке из ламинированной фольги, литий-полимерная батарея удобнее в монтаже. Какой аккумулятор, литий-ионный или литий-полимерный выбрать? Если вам нужен легкий и емкий аккумулятор, выбирайте полимерный.

Предлагаем сравнить реакцию двух видов батарей на неисправности и решить, какой аккумулятор безопаснее, литий-ионный или литий-полимерный.

Вид испытаний	Аккумулятор литий-полимерный	Аккумулятор с жидким электролитом
Прокол	Нет изменений	Нагрев до 250 0 , взрыв, дым, протечка
Нагрев до 200 0	Нет внешних изменений	Взрыв, электролит потек
Короткое замыкание	Нет изменений	Нагрелся до 100 0 С, потек
Перезаряд	Вспучивание	Взрыв, протечка, T>100 0 C.

Лучшие литий-полимерные аккумуляторы

Выбор моделей литиевых аккумуляторов с не текучим электролитом расширяется. Промышленность уже предоставила 3 разновидности литий-полимерных батарей:

• гелеобразный электролит однородного состава за счет использования солей лития;
• сухой электролит в виде полимерной пленки, в роли сепаратора проницаемый полиэтиленоксида с внедренными солями лития;
• сухой электролит, как полимерная матрица, сорбент для солей лития, растворенных не в воде.

Устройство литий-полимерного аккумулятора, в отличие от литий-ионного, основано на использовании твердого электролита в виде проницаемой мембраны. Элемент имеет полимерный катод, а вместо сепаратора – полимерная пленка, называемая твердым электролитом. Новая конструкция, толщиной в 1 мм и более, перспективна для установки в стесненных условиях, сбора в пакет.

Для массового спроса сухие Li-pol не подходят, велико внутренне сопротивление при комнатной температуре. Их рабочая среда 60-100 0 С. Но разработка продолжается, есть перспективы создания сухого литий полимерного аккумулятора, работающего при комнатной температуре. Вскоре нас ожидает появление недорого сухого литий-полимерного АКБ с еще большей плотностью энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, работающего при комнатной температуре, без опасности перегрева. Безопасность обеспечивается в различных форс-мажорах – проткнули корпус, произошло короткое замыкание, или перезарядка.

Линейка литий-полимерных аккумуляторов делится на обычные и быстроразрядные модели. В чем их отличие? В бытовых приборах используются модели с нормальным разрядом 3-5 С. «Силовые», с разрядом 10 С и более, часто применяют на радиоуправляемых моделях.

При использовании гелиевых литий-полимерных (li-pol) аккумуляторов важным условием является не допустить их глубокой разрядки или перезарядки. При правильной эксплуатации приборов, плюсы их перевешивают немногочисленные минусы.

Правила эксплуатации литий-полимерных аккумуляторов

Чтобы продлить срок службы литий-полимерных источников энергии, нужно соблюдать определенные правила. Разрядить батарею полностью нельзя, есть ограничение. Если телефон или другой прибор отказал из-за севшей батареи, ее нужно срочно поставить на зарядку. Находясь в бездействии, аккумулятор продолжает садиться от каждого нажатия на клавиши, происходит саморазряд. Есть предел, после которого придется батарею утилизировать.

Вы зарядили батарею полностью прохладным утром, а потом оставили в авто под лучами солнца, или поставили в кедл — возможна перезарядка, что губительно для прибора. Как поступить? Отсоединить гаджет от зарядки, поработать, пока литий- полимерный аккумулятор нагреется, только потом включать питание. Лучше, если батарея всегда будет находиться заряженной на уровне 40-80 %.

Отмечено, степень заряженности акка уменьшается в самолете, действует атмосферное давление. К плачевным последствиям этот факт не приводит. В условиях холода батарею следует держать в теплом месте, доставая ненадолго, при необходимости.

Хранение литий-полимерных аккумуляторов должно отвечать следующим условиям:

• заряд батареи на уровне 60-70 %;
• периодическая проверка, подзарядка;
• для меньшего саморазряда батареи выбрать прохладное сухое место.

Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор

Чтобы обеспечить длительную работу литий-полимерной батареи, необходимо усвоить, как его правильно заряжать. Процесс зарядки двухступенчатый, не зависит от вида аккумулятора, литий-ионный или литий-полимерный. Необходимо использовать специальное зарядное устройство.

К пониманию, о чем речь: буквой «С» обозначается числовое значение тока зарядки, соответствующее емкости в А-ч или МА-ч, обозначенной на корпусе. ЗУ – зарядное устройство.

Первый этап зарядки выполняется током 0,2-0,5 С. Степень заряда увеличивается до 70-80 %. В этот период ЗУ работает, как стабилизатор. Если в литий-полимерном аккумуляторе есть встроенная плата защиты, напряжение ХХ не должно быть выше 6-7 В.

Второй этап начинается с момента, когда напряжение на клеммах достигло 4,2 В. Теперь ЗУ выпрямляет сетевой ток, поддерживает постоянное напряжение. Сила тока постепенно снижается до 0,05-0,01С. После ЗУ отключается от батареи, исключая перезарядку.

Для глубоко разряженной батареи с напряжением около 2,5 В используется этап предзарядки, нагрев и доведение показателя до 2,8 В. Подается постоянный ток низких параметров. Этим предупреждается вспучивание, разгерметизация и взрыв батареи.

Способ двухэтапной зарядки разработан компаний SONY, он не единственный, но рациональный, как для литий-ионных полимерных аккумуляторов, так и для сухих полимерных. Правильно заряжать тонко настроенную систему, значит, продлять срок ее эксплуатации.

Зарядное устройство для литий-полимерных аккумуляторов

Если литий-полимерные аккумуляторы так требовательны к характеристикам параметров тока для подзарядки, нужны особые зарядные устройства. Промышленность предлагает ЗУ с минимальным набором функций, стоимостью 10-20 $ и универсальные устройства со встроенными балансирами, пригодные для любых видов батарей. Их цена доходит до 400 долларов.

Недорогое ЗУ имеет индикацию заряда, не может правильно определять окончание заряда, показывают только окончание первого момента. Важно использовать дополнительно балансир, чтобы в момент заряда все банки получали свою порцию энергии. Необходима ручная настройка количества элементов в батарее и зарядного тока. Нельзя использовать ЗУ с таймером, можно не дождаться полной зарядки литий-полимерного аккумулятора. Тем дольше идет процесс, чем больше размеры прибора.

Применив универсальное ЗУ, с расширенными возможностями, можно отслеживать процесс по информации на дисплее. Необходимо будет задать количество банок и величину зарядного тока.

Литий-полимерный аккумулятор как заряжать первый раз

Вы принесли только что купленный прибор, аккумулятор показывает 2/3, это для удобства проверки работоспособности гаджета, или это норма для батареи? Да, литий-полимерные аккумуляторы работают на 20-80% заряда.

Новый ноутбук, в телефоне или фотоаппарате необходимо откалибровать. Как? Провести 2 раза цикл заряда-разряда. В дальнейшем заряжать аккумулятор можно в любое время, тип «литий-полимерный» не обладает эффектом памяти, не теряет емкость.

Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор смартфона

Современные смартфоны обладают мощными литий- полимерными аккумуляторами, способными выдержать нагрузку без подзарядки в течение суточной активности пользователя. Некоторым приходится обзаводиться даже внешним источником энергии, дабы удовлетворить активность при отсутствии зарядного. Конечно же, он тоже должен быть литий-полимерным. Как правильно заряжать устройства?

Новый смартфон должен естественно разрядиться до 10 -15 %, после подключить ЗУ к сети и зарядить аккумулятор полностью. Так повторяют 2-3 раза, называется операция раскачкой. Позже литий-полимерная батарея заряжается малыми порциями при любой возможности. Разумеется, пользоваться для зарядки нужно родным ЗУ, не оставляя его включенным в розетку в моменты бездействия.

Знание, как правильно обслуживать литий-полимерные аккумуляторы позволит обеспечить их безаварийную работу, продлить срок службы. Но источники химической энергии не вечны, они стареют, активное вещество используется. В наших силах бережным обращением сдвинуть время расходов на замену батареи.

Предлагаем посмотреть видео по теме.

Источник

Литий полимерные аккумуляторы как правильно эксплуатировать

Владельцы различных устройств иногда испытывают определенные трудности при поиске информации о правильной эксплуатации аккумуляторов. Этому вопросу и посвящен данный краткий FAQ.
Все современные телефоны, смартфоны и КПК снабжены аккумуляторами на литиевой основе — литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них. Эти аккумуляторы имеют замечательную емкость и сроки службы, но требуют очень жесткого следования определенным правилам эксплуатации. Эти правила можно разделить на две группы :
1. Не зависящие от пользователя
2. Зависящие от пользователя.

В первую группу входят основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером), а также иногда дополнительным контроллером, располагающимся вне аккумулятора, в самом КПК. Эти правила просты:
1- Аккумулятор всю свою жизнь должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда.
2- Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0% — это его емкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжение 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живет подольше, но его емкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0 вольт с такими же последствиями.
2- Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Именно поэтому грамотные производители поставляют в продажу аккумуляторы, заряженные примерно наполовину. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не очень значительно, но все же.
3- Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются перезаряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.
4- Контроллеры аккумуляторов, предназначенных для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи,могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде. Так, в аккумуляторе, предназначенном для, скажем, шуруповерта или моторчика модели автомобиля, минимальное напряжение скорее всего будет действительно минимально допустимым, а для КПК или смартфона — повыше, ибо минимального напряжения 2.7 вольта может просто не хватить для работы электроники девайса. Именно поэтому в сложных устройствах типа телефонов, КПК и т.п. работу встроенного в сам аккумулятор контроллера дополняет контроллер в самом устройстве.

Во вторую группу входят правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора. Эти правила следующие:
1- нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и тем более до состояния, когда машинка сама выключается, ну а если так случилось — зарядить аккумулятор как можно скорее.
2- не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается. Аккумулятору это не вредит. Я при этом руководствуюсь здравым смыслом: если при обычном использовании КПК я всегда ставлю его на зарядку перед сном, то в случае очень интенсивного использования (постоянно включенный WiFi, прослушивание музыки и т.д.), когда заряд приближается к минимальному, не гнушаюсь прямо на работе подсоединить КПК к любому доступному USB. При отсутствии нормального зарядника и использовании вместо него USB особенного важно не дожидаться полного разряда, ибо в таком случае тока от USB-порта может быть недостаточно, чтобы начать процесс зарядки.
3- вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер конечно контролирует максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что емкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если например мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки, степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при эксплуатации машинки, длительное время находящейся в кредле. Во время работы температура девайса и вместе с ним аккумулятора повышается, а ведь заряд уже полный.
В связи с этим правило гласит: если Вам необходимо работать в кредле, сначала отсоедините машинку от зарядки, поработайте на ней, а когда она выйдет на «боевой» режим — подключайте зарядку.
Кстати это правило также касается владельцев ноутбуков и прочих гаджетов.
Добавлено: в современных ноутбуках контроллеры зарядки работают грамотно: они следят за температурой и режимом работы компьютера, при этом нет необходимости совершать некие действия при работе от розетки.
4- Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора — это нахождение вне девайса с зарядом примерно 50%. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).

И напоследок еще немного информации.
— Вопреки сложившемуся мнению литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают «эффектом памяти», поэтому так называемая «тренировка» нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор, в основном для калибровки дополнительного контроллера.
— Владельцы устройств знают, что можно заряжать батарею как от зарядного устройства, так и от USB. При этом зачастую вызывает недоумение невозможность зарядки от USB. Дело в том, что по «закону» USB-контроллер должен отдавать периферийным устройствам, подключенным к нему, ток около 500 ма. Однако бывают ситуации, когда либо сам контроллер не может обеспечить такой ток, либо устройство подключают к USB контроллеру, на котором уже висит какая-то периферия, потребляющая часть мощности. Вот и не хватает тока для зарядки, особенно если аккумулятор разряжен слишком сильно.
— Литий-содержащие аккумуляторы не любят замораживание. Всегда старайтесь избегать пользования машинкой на сильном морозе — увлечетесь — аккумулятор придется менять. Ну конечно если Вы достали машинку из теплого внутреннего кармана куртки и сделали пару заметок или звонков, а потом положили зверька обратно — проблем не будет.
— Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою емкость при уменьшении атмосферного давления ( в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, просто нужно учитывать данный факт.
— Бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной емкости (скажем 2200 ма-ч вместо штатного 1100 ма-ч) машинка через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора вроде происходит, но как-то странно и т.п. Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на «родном» аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой емкости. Выход — приобретение зарядного устройства с бОльшим отдаваемым током (скажем 2 ампера вместо прежнего 1 ампера).

Тем, кто владеет английским языком, могу рекомендовать великолепный «ликбез» по аккумуляторам, включая принципы работы контроллеров и т.п. — http://www.batteryuniversity.com/index.htm

Сообщение отредактировал slimest — 18.09.15, 17:09

Немного добавлю отсябя о явлении саморазряда
Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены. Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается.

NiCD аккумуляторы за месяц могут потерять до 20% емкости, NiMH – до 30%. Li-ION аккумулятор разряжается на 3–5% в течение первых 30 дней, затем величина тока саморазряда падает до 1–3% в месяц. Дополнительно к этому, электронная схема защиты, встроенная в Li-ION аккумулятор, может потреблять до 3% в месяц.

Хороший кислотный аккумулятор разряжается в среднем на 5% в месяц или 50% за год. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.

Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза. В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.

Оценка степени саморазряда может быть произведена с помощью анализатора аккумуляторов по следующему алгоритму:
аккумулятор полностью заряжается и измеряется ее емкость;
аккумулятор заново заряжается и «отдыхает» в течение 24 часов, после чего вновь измеряется его емкость.

Источник