امروزه از باتری های مخصوص برای موبایل، لوازم خانگی و ابزار استفاده می شود. آنها در ویژگی های عملکرد متفاوت هستند. برای اینکه باتری به مدت طولانی بدون خرابی کار کند، باید الزامات تولید کنندگان محصولات ارائه شده را در نظر بگیرید.

یکی از محبوب ترین انواع امروزه باتری های لیتیوم یونی هستند. نحوه شارژ صحیح این نوع باتری و همچنین ویژگی های عملکرد آن باید قبل از کار با دستگاه به طور دقیق مورد توجه قرار گیرد.

ویژگی های عمومی

یکی از رایج ترین انواع باتری های امروزی، نوع Li-Ion است. چنین دستگاه هایی هزینه نسبتاً پایینی دارند. در عین حال، آنها نسبت به شرایط عملیاتی بی نیاز هستند. در این مورد، کاربر به ندرت در مورد چگونگی شارژ صحیح باتری لیتیوم یونی 18650 استوانه ای یا نوع دیگری سوال دارد.

اغلب، باتری های ارائه شده در گوشی های هوشمند، لپ تاپ ها، تبلت ها و سایر دستگاه های مشابه نصب می شوند. باتری های ارائه شده با دوام و قابلیت اطمینان مشخص می شوند. آنها از ترشح کامل نمی ترسند.

یکی از ویژگی های اصلی محصولات ارائه شده عدم وجود "اثر حافظه" است. این باتری ها تقریباً در هر زمان مناسب قابل شارژ هستند. "اثر حافظه" زمانی رخ می دهد که باتری کاملاً تخلیه نشده باشد. اگر مقدار کمی شارژ در آن باقی بماند، ظرفیت باتری به مرور زمان شروع به کاهش می کند. این امر منجر به تامین برق ناکافی تجهیزات می شود. در باتری های لیتیوم یون، "اثر حافظه" به حداقل می رسد.

طرح

طراحی باتری لیتیوم یونی بستگی به نوع دستگاهی دارد که برای آن در نظر گرفته شده است. تلفن همراه از باتری به نام "جار" استفاده می کند. دارای شکل مستطیلی و شامل یک عنصر ساختاری است. ولتاژ اسمی آن 3.7 ولت است.

نوع باتری ارائه شده برای لپ تاپ طراحی کاملا متفاوتی دارد. ممکن است چندین سلول باتری جداگانه در آن وجود داشته باشد (2-12 قطعه). هر یک از آنها شکل استوانه ای دارند. اینها باتری های Li-Ion 18650 هستند. سازنده تجهیزات به طور دقیق نحوه شارژ صحیح آنها را نشان می دهد. این طرح شامل یک کنترلر مخصوص می باشد. به نظر می رسد یک ریز مدار است. کنترل کننده روند شارژ را کنترل می کند و اجازه نمی دهد از ظرفیت نامی باتری بیشتر شود.

باتری های مدرن برای تبلت ها و تلفن های هوشمند نیز عملکرد کنترل شارژ را ارائه می دهند. این به طور قابل توجهی عمر باتری را افزایش می دهد. از عوامل نامطلوب مختلف محافظت می شود.

ویژگی های شارژ

هنگام بررسی نحوه شارژ صحیح باتری های Li-Ion تلفن، لپ تاپ و سایر تجهیزات، باید به ویژگی های عملکرد دستگاه ارائه شده توجه کنید. باید گفت که باتری های لیتیوم یونی تحمل دشارژ عمیق و شارژ بیش از حد را ندارند. این توسط دستگاه خاصی که به طرح اضافه می شود (کنترل کننده) کنترل می شود.

حفظ شارژ نوع باتری ارائه شده در سطح 20 تا 80 درصد ظرفیت کامل ایده آل است. کنترلر این را نظارت می کند. با این حال، کارشناسان توصیه نمی کنند دستگاه را همیشه متصل به شارژ نگه دارید. این به طور قابل توجهی عمر باتری را کاهش می دهد. در این حالت کنترل کننده تحت بار ثابتی قرار می گیرد. با گذشت زمان، عملکرد آن ممکن است به این دلیل کاهش یابد.

در عین حال، کنترل کننده نیز اجازه تخلیه عمیق را نمی دهد. به سادگی باتری را در یک لحظه خاص خاموش می کند. این عملکرد محافظتی بسیار ضروری است. در غیر این صورت، کاربر ممکن است به طور تصادفی باتری را بیش از حد شارژ یا بیش از حد تخلیه کند. باتری های مدرن نیز محافظت با کیفیت بالایی در برابر گرمای بیش از حد ایجاد می کنند.

اصل کارکرد باتری

برای درک نحوه صحیح شارژ باتری لیتیوم یونی (جدید یا استفاده شده)، باید اصل عملکرد آن را در نظر بگیرید. این به شما امکان می دهد نیاز به نظارت بر میزان تخلیه و شارژ دستگاه را ارزیابی کنید.

یون های لیتیوم در باتری هایی از این نوع از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می کنند. در این حالت یک جریان الکتریکی ظاهر می شود. الکترودها می توانند از مواد مختلفی ساخته شوند. این نشانگر تأثیر کمتری بر ویژگی های عملکرد دستگاه دارد.

یون های لیتیوم روی شبکه کریستالی الکترودها رشد می کنند. دومی به نوبه خود حجم و ترکیب آنها را تغییر می دهد. هنگامی که باتری شارژ یا دشارژ می شود، یون های بیشتری روی یکی از الکترودها وجود دارد. هرچه بار روی عناصر ساختاری فلزی که لیتیوم وارد می کند بیشتر باشد، عمر مفید دستگاه کمتر خواهد بود. بنابراین، بهتر است اجازه ندهید درصد بالایی از یون ها روی این یا آن الکترود بنشینند.

گزینه های شارژ

قبل از استفاده از باتری، باید نحوه شارژ صحیح باتری لیتیوم یونی تلفن هوشمند، تبلت و سایر تجهیزات را در نظر بگیرید. راه های مختلفی برای این کار وجود دارد.

یکی از صحیح ترین راه حل ها استفاده از شارژر است. این به طور کامل با تجهیزات الکترونیکی توسط هر سازنده عرضه می شود.

گزینه دوم شارژ باتری از رایانه رومیزی متصل به شبکه خانگی است. برای این کار از کابل USB استفاده می شود. در این حالت، روند شارژ نسبت به روش اول بیشتر طول می کشد.

می توانید این روش را با استفاده از فندک ماشین خود انجام دهید. یکی دیگر از روش های کمتر محبوب، شارژ باتری لیتیوم یونی با استفاده از یک دستگاه جهانی است. به آن "قورباغه" نیز می گویند. اغلب از چنین دستگاه هایی برای شارژ باتری گوشی های هوشمند استفاده می شود. کنتاکت های این دستگاه قابلیت تنظیم عرض دارند.

شارژ باتری نو

باتری جدید باید به درستی راه اندازی شود. برای انجام این کار، گوشی، تبلت یا سایر تجهیزات شما باید کاملاً تخلیه شود. تنها زمانی که دستگاه خاموش می شود می توان آن را به شبکه متصل کرد. کنترلر از تخلیه بیش از حد باتری جلوگیری می کند. این اوست که وقتی باتری ظرفیت خود را به سطح از پیش تعیین شده از دست می دهد، دستگاه را خاموش می کند.

در مرحله بعد، باید تجهیزات الکتریکی را با استفاده از یک شارژر استاندارد به شبکه متصل کنید. این روش تا زمانی انجام می شود که نشانگر سبز شود. می توانید چند ساعت دیگر دستگاه را آنلاین بگذارید. این روش چندین بار انجام می شود. نیازی به تخلیه خاص تلفن، تبلت یا لپ تاپ خود نیست.

شارژ معمولی

دانستن نحوه شارژ صحیح باتری های لیتیوم یونی می تواند عمر باتری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. کارشناسان توصیه می کنند که برای یک باتری جدید از روش صحیح این فرآیند پیروی کنید. پس از این، تخلیه کامل باتری توصیه نمی شود. هنگامی که نشانگر نشان می دهد که ظرفیت باتری تنها 14-15٪ شارژ شده است، باید به شبکه متصل شود.

در عین حال، استفاده از دستگاه هایی غیر از استاندارد برای پر کردن ظرفیت باتری نیز توصیه نمی شود. حداکثر میزان جریان قابل قبول مجاز برای یک مدل باتری خاص را دارد. گزینه های دیگر فقط در صورت لزوم باید استفاده شوند.

تنظیم

یک نکته ظریف دیگر وجود دارد که هنگام مطالعه این سوال که چگونه باتری های Li-Ion را به درستی شارژ کنید، باید بدانید. کارشناسان توصیه می کنند که به صورت دوره ای این دستگاه را کالیبره کنید. هر سه ماه یکبار برگزار می شود.

ابتدا، در حالت عادی، باید تجهیزات الکتریکی را قبل از خاموش کردن تخلیه کنید. بعد به شبکه متصل می شود. شارژ ادامه می یابد تا زمانی که نشانگر سبز شود (باتری 100٪ شارژ شده است). برای اینکه کنترلر به درستی کار کند باید این روش را دنبال کرد.

هنگام انجام چنین روشی، برد مدار باتری محدودیت های شارژ و دشارژ را تعیین می کند. این برای اطمینان از عملکرد عادی کنترلر و جلوگیری از خرابی ضروری است. در این حالت از یک شارژر استاندارد استفاده می شود که توسط سازنده به همراه گوشی، تبلت یا لپ تاپ عرضه می شود.

ذخیره سازی

برای اینکه باتری تا حد امکان طولانی و کارآمد کار کند، باید این سوال را نیز در نظر بگیرید که چگونه باتری لیتیوم یونی را برای ذخیره سازی به درستی شارژ کنید. در برخی موارد، زمانی ممکن است که دستگاه برق رسانی به تجهیزات به طور موقت مورد استفاده قرار نگیرد، وضعیتی پیش بیاید. در این صورت باید به درستی برای نگهداری آماده شود.

باتری تا 50 درصد شارژ می شود. در این حالت می توان آن را برای مدت زمان زیادی ذخیره کرد. اما دمای محیط باید حدود 15 درجه سانتیگراد باشد. اگر افزایش یابد، سرعتی که باتری ظرفیت خود را از دست می دهد افزایش می یابد.

اگر باتری نیاز به نگهداری طولانی مدت داشته باشد، باید ماهی یک بار کاملاً تخلیه و شارژ شود. باتری به 100 درصد ظرفیت تعیین شده خود می رسد. سپس دستگاه دوباره دشارژ شده و تا 50 درصد شارژ می شود. اگر این روش به طور منظم انجام شود، باتری را می توان برای مدت بسیار طولانی ذخیره کرد. پس از این به طور کامل قابل استفاده خواهد بود.

با در نظر گرفتن نحوه شارژ صحیح باتری های لیتیوم یونی، می توانید عمر این نوع باتری ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهید.

می توانید باتری های لیتیوم یون (لیتیوم یون) را با استفاده از شارژر یا خودتان شارژ کنید. ما طراحی باتری های لیتیوم یونی و پلیمری (li-pol) را در نظر نخواهیم گرفت، اما بلافاصله به سراغ تمرین خواهیم رفت. هر دو نوع باتری به یک شکل شارژ می شوند، بنابراین در ادامه در مورد لی-یون صحبت خواهیم کرد.

قوانین شارژ باتری لیتیوم یونی:

• باتری فقط در دمای 0 تا +45 درجه قابل شارژ است. تا زمانی که باتری گرم نشود، به طور معمول شارژ نمی شود.
• حداقل ولتاژ باتری لیتیوم یونی 2.5 یا 3 ولت است که بستگی به ترکیب شیمیایی دارد. بهتر است روی 3B تمرکز کنید.
• ولتاژ اسمی 3.7 ولت;
• حداکثر ولتاژ شارژ بسته به ترکیب شیمیایی 4.2 ولت یا 4.3 ولت است. بهتر است روی 4.2 ولت تمرکز کنید.
• ظرفیت روی باتری یا دستگاه نشان داده شده است، اجازه دهید آن را C بنامیم. سپس مشخص خواهد شد که چرا باید آن را برای شارژ بدانید.
• حالت شارژ معمولی: جریان به 0.5 * C محدود می شود (یعنی مقداری برابر با نیمی از ظرفیت باتری)، ولتاژ محدود به 4.2 ولت است.
• اگر باتری به 3 ولت و کمتر تخلیه شود: جریان باید به 0.1 * C محدود شود تا زمانی که ولتاژ از 3 ولت بیشتر شود.
• اگر ولتاژ را به 4.2 ولت محدود کرده باشید، باتری تا زمانی شارژ می شود که جریان کاهش یابد یا اصلا جریانی وجود نداشته باشد. اگر ولتاژ را محدود نکنید، تا زمانی که ولتاژ به 4.2 ولت افزایش یابد.
• هرگز ولتاژ را بالاتر از 4.2 یا 4.3 ولت نکنید. هنگامی که ولتاژ به طور مداوم تجاوز می کند، رسوبات روی الکترودها ایجاد می شود. در بهترین حالت، باتری برای همیشه ظرفیت خود را از دست خواهد داد. اگر این فرآیند برای مدت طولانی ادامه داشته باشد، رسوب باعث اتصال کوتاه می شود. ممکن است گرم شود، الکترودها را از بین ببرد و آتش بگیرد.

علاوه بر این

برای شارژ خود، باید ولتاژ و جریان را محدود کنید. ایده آل برای این منبع تغذیه آزمایشگاهی.

در باتری های لیتیوم یونی با ولتاژ بالای 3.7 ولت، باتری ها به صورت موازی متصل می شوند. با تقسیم ولتاژ باتری بر 3.7 تعداد باتری های متصل به صورت سری بدست می آید. با ضرب تعداد باتری ها در 3، حداقل ولتاژ باتری شما به دست می آید. با ضرب در 4.2 حداکثر ولتاژ را بدست می آوریم.

باتری‌های Li-Ion عملاً فاقد «اثر حافظه» هستند و بنابراین نیازی به آموزش ندارند. سعی کنید باتری را به طور کامل تخلیه نکنید یا آن را دائما شارژ نکنید.

شارژ بهینه برای باتری 50-80٪ است. با این حال، رنج و حفظ چنین ارزش هایی هنگام استفاده از لپ تاپ، تلفن هوشمند یا حتی چراغ قوه بی معنی است. معمولاً در مواقع مناسب و در مواقع لزوم شارژ می شوند و تا زمانی که لازم باشد تخلیه می کنند. این همان چیزی است که Li-Ion برای آن ایجاد شده است، محدودیتی برای خودتان وجود ندارد.

پیروی از روش های بالا برای شارژ باتری ها با ولتاژ بالا یا جریان "جهش" برای باتری مضر است. بهتر است باتری را چند ساعت یا چند روز در جریان کم بگذارید. این یک راه اقتصادی تر برای احیای باتری است. این به کنترلر اجازه می دهد همانطور که انتظار می رود کار کند و امکان شارژ در جریان های معمولی را فراهم می کند.

من حدس می زنم که تمام، تمرینات شاد.

تلفن های همراه، لپ تاپ ها و تبلت های مدرن از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنند. آنها به تدریج باتری های قلیایی را از بازار لوازم الکترونیکی قابل حمل جایگزین کردند. پیش از این، همه این دستگاه ها از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید استفاده می کردند. اما روزهای آنها به پایان رسیده است، زیرا باتری های Li─Ion ویژگی های بهتری دارند. درست است، آنها نمی توانند از همه جهات جایگزین قلیایی ها شوند. به عنوان مثال، جریان هایی که باتری های نیکل-کادمیم می توانند تولید کنند برای آنها غیرقابل دسترسی است. این برای تامین انرژی گوشی های هوشمند و تبلت ها حیاتی نیست. با این حال، در زمینه ابزارهای برقی قابل حمل که جریان زیادی را می کشند، باتری های قلیایی هنوز راهگشا هستند. با این حال، کار بر روی توسعه باتری هایی با جریان تخلیه بالا بدون کادمیوم ادامه دارد. امروز ما در مورد باتری های لیتیوم یون، طراحی، عملکرد و چشم انداز توسعه آنها صحبت خواهیم کرد.

اولین سلول های باتری با آند لیتیوم در دهه هفتاد قرن گذشته منتشر شد. آنها از شدت انرژی ویژه بالایی برخوردار بودند که بلافاصله آنها را مورد تقاضا قرار داد. کارشناسان مدت‌هاست که به دنبال ایجاد منبعی بر اساس فلز قلیایی هستند که فعالیت بالایی دارد. به لطف این، ولتاژ بالای این نوع باتری و چگالی انرژی به دست آمد. در همان زمان، توسعه طراحی چنین عناصری بسیار سریع تکمیل شد، اما استفاده عملی از آنها مشکلاتی را ایجاد کرد. فقط در دهه 90 قرن گذشته با آنها برخورد شد.

در طول این 20 سال، محققان به این نتیجه رسیده اند که مشکل اصلی الکترود لیتیوم است. این فلز بسیار فعال است و در حین کار تعدادی فرآیند اتفاق افتاد که در نهایت منجر به احتراق شد. این تهویه مولد شعله نامیده شد. به همین دلیل، در اوایل دهه 90، سازندگان مجبور شدند باتری های تولید شده برای تلفن های همراه را به یاد بیاورند.

این اتفاق پس از یک سری تصادفات رخ داد. در زمان گفتگو، جریان مصرفی باتری به حداکثر خود رسید و تهویه با انتشار شعله آغاز شد. در نتیجه موارد زیادی از سوختگی صورت کاربران مشاهده شده است. بنابراین، دانشمندان مجبور شدند طراحی باتری‌های لیتیوم یونی را اصلاح کنند.

فلز لیتیوم بسیار ناپایدار است، به خصوص هنگام شارژ و تخلیه. بنابراین، محققان شروع به ساخت یک باتری از نوع لیتیوم بدون استفاده از لیتیوم کردند. یون های این فلز قلیایی شروع به استفاده کردند. نام آنها از اینجا آمده است.

باتری های لیتیوم یونی چگالی انرژی کمتری نسبت به . اما در صورت رعایت استانداردهای شارژ و دشارژ ایمن هستند.

واکنش هایی که در یک باتری لیتیوم یونی رخ می دهد

یک پیشرفت در جهت معرفی باتری های لیتیوم یون به لوازم الکترونیکی مصرفی، توسعه باتری هایی بود که در آن الکترود منفی از مواد کربن ساخته شده بود. شبکه کریستال کربن به عنوان یک ماتریس برای درون یابی یون های لیتیوم بسیار مناسب بود. برای افزایش ولتاژ باتری، الکترود مثبت از اکسید کبالت ساخته شد. پتانسیل اکسید کبالت لایت تقریباً 4 ولت است.

ولتاژ کار اکثر باتری های لیتیوم یون 3 ولت یا بیشتر است. در طی فرآیند تخلیه در الکترود منفی، لیتیوم از کربن جدا شده و به اکسید کبالت الکترود مثبت تبدیل می‌شود. در طول فرآیند شارژ، فرآیندها به صورت معکوس انجام می شود. معلوم می شود که هیچ لیتیوم فلزی در سیستم وجود ندارد، اما یون های آن کار می کنند و از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.

واکنش های روی الکترود منفی

تمام مدل های تجاری مدرن باتری های لیتیوم یون دارای یک الکترود منفی ساخته شده از مواد حاوی کربن هستند. فرآیند پیچیده ترکیب لیتیوم به کربن تا حد زیادی به ماهیت این ماده و همچنین ماده الکترولیت بستگی دارد. ماتریس کربن روی آند دارای ساختار لایه ای است. ساختار را می توان سفارشی (گرافیت طبیعی یا مصنوعی) یا به طور جزئی (کک، دوده و غیره) سفارش داد.

در طول میان‌سازی، یون‌های لیتیوم لایه‌های کربن را از هم جدا می‌کنند و خود را بین آن‌ها قرار می‌دهند. بینابینی های مختلفی به دست می آید. در حین میان‌اندازی و بینابینی، حجم ویژه ماتریس کربن به‌طور ناچیز تغییر می‌کند. علاوه بر مواد کربنی، می توان از نقره، قلع و آلیاژهای آنها در الکترود منفی استفاده کرد. آنها همچنین سعی دارند از مواد کامپوزیتی با سیلیکون، سولفید قلع، ترکیبات کبالت و ... استفاده کنند.

واکنش های روی الکترود مثبت

سلول های لیتیوم اولیه (باتری ها) اغلب از مواد مختلفی برای ساخت الکترود مثبت استفاده می کنند. این را نمی توان در باتری انجام داد و انتخاب مواد محدود است. بنابراین، الکترود مثبت باتری لیتیوم یونی از نیکل لیتیه یا اکسید کبالت ساخته شده است. اسپینل لیتیوم منگنز نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

تحقیقات در حال حاضر روی مواد فسفات مخلوط یا اکسید مخلوط برای کاتد در حال انجام است.همانطور که کارشناسان ثابت کرده اند، چنین موادی ویژگی های الکتریکی باتری های لیتیوم یون را بهبود می بخشد. روش هایی برای اعمال اکسیدها به سطح کاتد نیز در حال توسعه است.

واکنش هایی که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ رخ می دهد را می توان با معادلات زیر توصیف کرد:

الکترود مثبت

LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

الکترود منفی

С + xLi + + xe — → CLi x

در طول فرآیند تخلیه، واکنش ها در جهت مخالف انجام می شود.

شکل زیر به صورت شماتیک فرآیندهایی را نشان می دهد که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ و دشارژ اتفاق می افتد.

طراحی باتری لیتیوم یون

باتری های Li─Ion با توجه به طراحی خود در طرح های استوانه ای و منشوری ساخته می شوند.طراحی استوانه ای شکل، نشان دهنده یک رول الکترود با مواد جداکننده برای جداسازی الکترودها است. این رول در محفظه ای از آلومینیوم یا فولاد قرار می گیرد. الکترود منفی به آن متصل است.

کنتاکت مثبت به شکل یک پد تماس در انتهای باتری خروجی می شود.

باتری های لیتیوم یونی با طراحی منشوری با چیدن صفحات مستطیلی شکل روی هم ساخته می شوند. چنین باتری هایی باعث می شود بسته بندی متراکم تر شود. مشکل در حفظ نیروی فشاری روی الکترودها است. باتری‌های منشوری با مجموعه‌ای از الکترودها وجود دارد که به صورت مارپیچی پیچیده شده‌اند.

طراحی هر باتری لیتیوم یونی شامل اقداماتی برای اطمینان از عملکرد ایمن آن است. این در درجه اول به جلوگیری از گرم شدن و احتراق مربوط می شود. مکانیزمی در زیر پوشش باتری تعبیه شده است که با افزایش ضریب دما مقاومت باتری را افزایش می دهد. هنگامی که فشار داخل باتری بیش از حد مجاز افزایش می یابد، مکانیسم ترمینال مثبت و کاتد را می شکند.

علاوه بر این، برای افزایش ایمنی عملیات، باتری های Li-Ion باید از برد الکترونیکی استفاده کنند. هدف آن کنترل فرآیندهای شارژ و دشارژ، جلوگیری از گرمای بیش از حد و اتصال کوتاه است.

در حال حاضر تعداد زیادی باتری لیتیوم یون منشوری در حال تولید هستند. آنها در گوشی های هوشمند و تبلت ها کاربرد پیدا می کنند. طراحی باتری های منشوری اغلب می تواند بین تولید کنندگان مختلف متفاوت باشد، زیرا آنها یکپارچه واحد ندارند. الکترودهایی با قطب مخالف توسط یک جداکننده از هم جدا می شوند. برای تولید آن از پلی پروپیلن متخلخل استفاده می شود.

طراحی باتری های Li-Ion و دیگر انواع باتری های لیتیومی همیشه مهر و موم شده است. این یک الزام اجباری است، زیرا نشت الکترولیت مجاز نیست. اگر نشتی داشته باشد، الکترونیک آسیب می بیند. علاوه بر این، طراحی مهر و موم شده از ورود آب و اکسیژن به باتری جلوگیری می کند. اگر داخل شوند، باتری را در نتیجه واکنش با الکترولیت و الکترودها از بین می برند. تولید قطعات برای باتری های لیتیومی و مونتاژ آنها در جعبه های خشک مخصوص در فضای آرگون صورت می گیرد. در این مورد از تکنیک های پیچیده جوشکاری، آب بندی و ... استفاده می شود.

در مورد مقدار جرم فعال باتری لیتیوم یونی، سازندگان همیشه به دنبال مصالحه هستند. آنها نیاز به دستیابی به حداکثر ظرفیت و اطمینان از عملکرد ایمن دارند. رابطه زیر مبنا قرار می گیرد:

A o / A p = 1.1، که در آن

A o - جرم فعال الکترود منفی؛

و n جرم فعال الکترود مثبت است.

این تعادل از تشکیل لیتیوم (فلز خالص) جلوگیری می کند و از آتش سوزی جلوگیری می کند.

پارامترهای باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی که امروزه تولید می شوند دارای ظرفیت انرژی ویژه و ولتاژ کاری بالایی هستند. ولتاژ دومی در بیشتر موارد بین 3.5 تا 3.7 ولت است. شدت انرژی بین 100 تا 180 وات ساعت بر کیلوگرم یا 250 تا 400 وات بر لیتر است. مدتی پیش، سازندگان نمی توانستند باتری هایی با ظرفیت بالاتر از چندین آمپر ساعت تولید کنند. اکنون مشکلات بازدارنده توسعه در این مسیر برطرف شده است. بنابراین، باتری های لیتیومی با ظرفیت چند صد آمپر ساعت شروع به فروش کردند.

جریان تخلیه باتری های لیتیوم یونی مدرن بین 2 تا 20 درجه سانتی گراد است. آنها در محدوده دمای محیط از -20 تا +60 درجه سانتیگراد کار می کنند. مدل هایی وجود دارند که در دمای -40 درجه سانتیگراد کار می کنند. اما ارزش این را دارد که فوراً بگوییم که سری باتری های ویژه در دمای زیر صفر کار می کنند. باتری‌های لیتیوم یون معمولی برای تلفن‌های همراه در دمای زیر صفر غیرقابل کار می‌شوند.

میزان خود تخلیه این نوع باتری در ماه اول 4-6 درصد است. سپس کاهش می یابد و به درصدی در سال می رسد. این به طور قابل توجهی کمتر از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید است. عمر سرویس تقریباً 400-500 سیکل شارژ-دشارژ است.

حالا بیایید در مورد ویژگی های عملکرد باتری های لیتیوم یون صحبت کنیم.

عملکرد باتری های لیتیوم یونی

شارژ باتری های Li─Ion

شارژ باتری های لیتیوم یون معمولاً ترکیبی است. ابتدا آنها با جریان ثابت 0.2-1C شارژ می شوند تا زمانی که به ولتاژ 4.1-4.2 ولت برسند. و سپس شارژ با ولتاژ ثابت انجام می شود. مرحله اول حدود یک ساعت و مرحله دوم حدود دو ساعت طول می کشد. برای شارژ سریعتر باتری، از حالت پالس استفاده می شود. در ابتدا باتری های Li-Ion با گرافیت تولید شد و حد ولتاژ 4.1 ولت در هر سلول برای آنها تعیین شد. واقعیت این است که در یک ولتاژ بالاتر در عنصر، واکنش های جانبی شروع شد و عمر این باتری ها را کوتاه کرد.

به تدریج با دوپینگ گرافیت با افزودنی های مختلف این معایب برطرف شد. سلول های لیتیوم یون مدرن تا 4.2 ولت بدون هیچ مشکلی شارژ می شوند.خطا 0.05 ولت در هر عنصر است. گروه‌هایی از باتری‌های Li─Ion برای بخش‌های نظامی و صنعتی وجود دارد که در آن‌ها به افزایش قابلیت اطمینان و عمر طولانی نیاز است. برای چنین باتری هایی، حداکثر ولتاژ در هر سلول 3.90 ولت است. آنها چگالی انرژی کمی کمتر دارند، اما عمر مفید بیشتری دارند.

اگر باتری لیتیوم یونی را با جریان 1C شارژ کنید، زمان به دست آوردن کامل ظرفیت 2-3 ساعت خواهد بود. هنگامی که ولتاژ به حداکثر افزایش یابد و جریان به 3 درصد مقدار در ابتدای فرآیند شارژ کاهش یابد، باتری کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. این را می توان در نمودار زیر مشاهده کرد.

نمودار زیر مراحل شارژ باتری Li─Ion را نشان می دهد.

فرآیند شارژ شامل مراحل زیر است:

• مرحله 1. در این مرحله حداکثر جریان شارژ از باتری عبور می کند. تا رسیدن به ولتاژ آستانه ادامه می یابد.
• مرحله 2. در یک ولتاژ ثابت روی باتری، جریان شارژ به تدریج کاهش می یابد. این مرحله زمانی متوقف می شود که جریان به 3 درصد مقدار اولیه کاهش یابد.
• مرحله 3. اگر باتری ذخیره شده باشد، در این مرحله یک شارژ دوره ای برای جبران خود تخلیه وجود دارد. این تقریباً هر 500 ساعت انجام می شود.
  از روی تمرین مشخص است که افزایش جریان شارژ باعث کاهش زمان شارژ باتری نمی شود. با افزایش جریان، ولتاژ سریعتر به مقدار آستانه افزایش می یابد. اما مرحله دوم شارژ بیشتر طول می کشد. برخی از شارژرها (شارژرها) می توانند یک باتری Li─Ion را در یک ساعت شارژ کنند. در چنین شارژرهایی مرحله دوم وجود ندارد، اما در واقع باتری در این نقطه حدود 70 درصد شارژ می شود.

در مورد شارژ جت، برای باتری های لیتیوم یون قابل استفاده نیست. این با این واقعیت توضیح داده می شود که این نوع باتری نمی تواند انرژی اضافی را هنگام شارژ مجدد جذب کند. شارژ جت می تواند منجر به انتقال برخی از یون های لیتیوم به حالت فلزی شود (ظرفیت 0).

شارژ کوتاه به خوبی تخلیه خود و از دست دادن انرژی الکتریکی را جبران می کند. شارژ در مرحله سوم هر 500 ساعت یکبار قابل انجام است. به عنوان یک قاعده، زمانی انجام می شود که ولتاژ باتری در یک عنصر به 4.05 ولت کاهش یابد. شارژ تا زمانی که ولتاژ به 4.2 ولت افزایش یابد انجام می شود.

شایان ذکر است مقاومت ضعیف باتری های لیتیوم یونی در برابر شارژ بیش از حد است. در نتیجه تامین بار اضافی روی ماتریس کربن (الکترود منفی)، رسوب لیتیوم فلزی ممکن است آغاز شود. فعالیت شیمیایی بسیار بالایی دارد و با الکترولیت تعامل دارد. در نتیجه آزاد شدن اکسیژن از کاتد شروع می شود که افزایش فشار در محفظه و کاهش فشار را تهدید می کند. بنابراین، اگر یک عنصر Li─Ion را با دور زدن کنترلر شارژ می کنید، اجازه ندهید ولتاژ شارژ بیشتر از آنچه سازنده باتری توصیه می کند افزایش یابد. اگر به طور مداوم باتری را شارژ کنید، عمر مفید آن کاهش می یابد.

سازندگان توجه جدی به ایمنی باتری های Li-Ion دارند. هنگامی که ولتاژ بالاتر از حد مجاز افزایش یابد، شارژ متوقف می شود. همچنین مکانیزمی برای خاموش کردن شارژ در زمانی که دمای باتری به بالای 90 درجه سانتیگراد می رسد تعبیه شده است. برخی از مدل های باتری مدرن دارای یک سوئیچ مکانیکی در طراحی خود هستند. هنگامی که فشار داخل محفظه باتری افزایش می یابد، فعال می شود. مکانیزم کنترل ولتاژ برد الکترونیکی بر اساس حداقل و حداکثر ولتاژ قوطی را از دنیای خارج جدا می کند.

باتری های لیتیوم یونی بدون محافظ وجود دارد. اینها مدلهای حاوی منگنز هستند. در صورت شارژ مجدد، این عنصر به مهار متالیزاسیون لیتیوم و آزادسازی اکسیژن کمک می کند. بنابراین دیگر نیازی به حفاظت در چنین باتری هایی نیست.

ویژگی های ذخیره سازی و دشارژ باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیومی کاملاً خوب ذخیره می‌شوند و خود تخلیه در سال بسته به شرایط ذخیره‌سازی تنها 10-20 درصد است. اما در عین حال، تخریب سلول های باتری حتی در صورت عدم استفاده ادامه می یابد. به طور کلی، تمام پارامترهای الکتریکی یک باتری لیتیوم یونی ممکن است برای هر نمونه خاص متفاوت باشد.

به عنوان مثال، ولتاژ در حین دشارژ بسته به درجه شارژ، جریان، دمای محیط و غیره تغییر می کند. طول عمر باتری تحت تأثیر جریان ها و حالت های چرخه دشارژ-شارژ و دما است. یکی از معایب اصلی باتری های لیتیوم یونی حساسیت آنها به حالت شارژ-دشارژ است، به همین دلیل است که انواع مختلفی از محافظت را ارائه می دهند.

نمودارهای زیر مشخصات تخلیه باتری های لیتیوم یون را نشان می دهد. آنها وابستگی ولتاژ به جریان تخلیه و دمای محیط را بررسی می کنند.

همانطور که می بینید، با افزایش جریان تخلیه، افت ظرفیت ناچیز است. اما در عین حال، ولتاژ کار به طور محسوسی کاهش می یابد. تصویر مشابهی در دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد مشاهده می شود. همچنین شایان ذکر است افت اولیه ولتاژ باتری.

پیشرفت رو به جلو است و باتری‌های لیتیومی به طور فزاینده‌ای جایگزین باتری‌های سنتی NiCd (نیکل کادمیوم) و NiMh (نیکل-فلز هیدرید) می‌شوند.
با وزن قابل مقایسه یک عنصر، لیتیوم ظرفیت بالاتری دارد، علاوه بر این، ولتاژ عنصر سه برابر بیشتر است - 3.6 ولت در هر عنصر، به جای 1.2 ولت.
قیمت باتری های لیتیومی شروع به نزدیک شدن به باتری های قلیایی معمولی کرده است، وزن و اندازه آنها بسیار کوچکتر است و علاوه بر این، می توانند و باید شارژ شوند. سازنده می گوید آنها می توانند 300-600 چرخه را تحمل کنند.
اندازه های مختلفی وجود دارد و انتخاب مناسب آن کار سختی نیست.
خود تخلیه آنقدر کم است که سال ها می نشینند و شارژ می مانند. دستگاه در صورت نیاز فعال می ماند.

"C" مخفف ظرفیت است

نامی مانند "xC" اغلب یافت می شود. این به سادگی یک تعیین مناسب از جریان شارژ یا تخلیه باتری با سهم ظرفیت آن است. مشتق شده از کلمه انگلیسی "ظرفیت" (ظرفیت، ظرفیت).
وقتی آنها در مورد شارژ با جریان 2C یا 0.1C صحبت می کنند، معمولاً منظورشان این است که جریان باید به ترتیب (2× ظرفیت باتری)/h یا (0.1× ظرفیت باتری) در ساعت باشد.
به عنوان مثال، یک باتری با ظرفیت 720 میلی آمپر ساعت، که جریان شارژ آن 0.5 درجه سانتیگراد است، باید با جریان 0.5 × 720 میلی آمپر ساعت / ساعت = 360 میلی آمپر شارژ شود، این در مورد تخلیه نیز صدق می کند.

بسته به تجربه و توانایی خود می توانید یک شارژر ساده یا نه چندان ساده بسازید.

نمودار مدار یک شارژر ساده LM317

برنج. 5.

مدار کاربردی تثبیت ولتاژ نسبتاً دقیقی را فراهم می کند که توسط پتانسیومتر R2 تنظیم می شود.
تثبیت جریان به اندازه تثبیت ولتاژ حیاتی نیست، بنابراین کافی است جریان را با استفاده از یک مقاومت شنت Rx و یک ترانزیستور NPN (VT1) تثبیت کنید.

جریان شارژ مورد نیاز برای یک باتری لیتیوم یون خاص (Li-Ion) و لیتیوم پلیمر (Li-Pol) با تغییر مقاومت Rx انتخاب می شود.
مقاومت Rx تقریباً با نسبت زیر مطابقت دارد: 0.95/Imax.
مقدار مقاومت Rx نشان داده شده در نمودار مربوط به جریان 200 میلی آمپر است، این یک مقدار تقریبی است، همچنین به ترانزیستور بستگی دارد.

بسته به جریان شارژ و ولتاژ ورودی باید رادیاتور تهیه کرد.
ولتاژ ورودی برای عملکرد عادی تثبیت کننده باید حداقل 3 ولت بیشتر از ولتاژ باتری باشد که برای یک قوطی 7-9 ولت است.

نمودار مدار یک شارژر ساده در LTC4054

برنج. 6.

می توانید کنترلر شارژ LTC4054 را از یک تلفن همراه قدیمی، به عنوان مثال، سامسونگ (C100، C110، X100، E700، E800، E820، P100، P510) حذف کنید.

برنج. 7. این تراشه کوچک 5 پا دارای برچسب "LTH7" یا "LTADY" است.

من وارد کوچکترین جزئیات کار با میکرو مدار نمی شوم؛ همه چیز در دیتاشیت است. من فقط ضروری ترین ویژگی ها را شرح خواهم داد.
جریان شارژ تا 800 میلی آمپر
ولتاژ تغذیه بهینه از 4.3 تا 6 ولت است.
نشانگر شارژ
حفاظت از اتصال کوتاه خروجی
حفاظت از گرمای بیش از حد (کاهش جریان شارژ در دماهای بالاتر از 120 درجه).
هنگامی که ولتاژ باتری زیر 2.9 ولت است، باتری را شارژ نمی کند.

جریان شارژ توسط یک مقاومت بین ترمینال پنجم میکرو مدار و زمین طبق فرمول تنظیم می شود.

I=1000/R،
جایی که I جریان شارژ در آمپر است، R مقاومت مقاومت بر حسب اهم است.

نشانگر کم بودن باتری لیتیومی

در اینجا یک مدار ساده وجود دارد که یک LED را هنگامی که باتری کم است و ولتاژ باقیمانده آن نزدیک به بحرانی است روشن می کند.

برنج. 8.

هر ترانزیستور کم مصرف ولتاژ احتراق LED توسط یک تقسیم کننده از مقاومت های R2 و R3 انتخاب می شود. بهتر است مدار را بعد از یونیت محافظ وصل کنید تا LED باتری را به طور کامل تخلیه نکند.

تفاوت های ظریف دوام

سازنده معمولاً 300 سیکل را ادعا می کند، اما اگر لیتیوم را فقط 0.1 ولت کمتر به 4.10 ولت شارژ کنید، تعداد چرخه ها به 600 یا حتی بیشتر افزایش می یابد.

عملیات و اقدامات احتیاطی

به جرات می توان گفت که باتری های لیتیوم پلیمری "ظریف ترین" باتری های موجود هستند، یعنی نیاز به رعایت اجباری چندین قانون ساده اما اجباری دارند که عدم رعایت آنها می تواند باعث ایجاد مشکل شود.
1. شارژ به ولتاژ بیش از 4.20 ولت در هر شیشه مجاز نیست.
2. باطری را اتصال کوتاه نکنید.
3. تخلیه با جریان های بیش از ظرفیت بار یا گرم کردن باتری بالای 60 درجه سانتیگراد مجاز نیست. 4. تخلیه زیر ولتاژ 3.00 ولت در هر شیشه مضر است.
5. گرم کردن باتری بالای 60 درجه سانتیگراد مضر است. 6. کاهش فشار باتری مضر است.
7. نگهداری در حالت تخلیه مضر است.

عدم رعایت سه نقطه اول منجر به آتش سوزی می شود، بقیه - به از دست دادن کامل یا جزئی ظرفیت.

با توجه به تجربه چندین ساله استفاده، می توانم بگویم که ظرفیت باتری ها کمی تغییر می کند، اما مقاومت داخلی افزایش می یابد و باتری در مصرف جریان بالا زمان کمتری شروع به کار می کند - به نظر می رسد ظرفیت کاهش یافته است.
به همین دلیل معمولاً ظرف بزرگتر را به اندازه ابعاد دستگاه نصب می کنم و حتی قوطی های قدیمی که ده سال از عمرشان می گذرد نیز کاملاً خوب عمل می کنند.

برای جریان های نه چندان زیاد، باتری های قدیمی تلفن همراه مناسب هستند.

شما می توانید تعداد زیادی باتری 18650 که کاملاً کار می کنند را از یک باتری لپ تاپ قدیمی تهیه کنید.

از باتری های لیتیومی کجا استفاده کنم؟

من مدتها پیش پیچ گوشتی و پیچ گوشتی برقی خود را به لیتیوم تبدیل کردم. من به طور مرتب از این ابزارها استفاده نمی کنم. الان حتی بعد از یک سال عدم استفاده، بدون شارژ کار می کنند!

من باتری های کوچک را در اسباب بازی های کودکان، ساعت ها و غیره قرار دادم، جایی که 2-3 سلول "دکمه" از کارخانه نصب شده بود. در جایی که دقیقاً 3 ولت مورد نیاز است، من یک دیود را به صورت سری اضافه می کنم و درست کار می کند.

من آنها را در چراغ قوه LED قرار دادم.

به جای کرون 9 ولت گران قیمت و کم ظرفیت، 2 قوطی در تستر نصب کردم و تمام مشکلات و هزینه های اضافی را فراموش کردم.

در کل به جای باتری هر جا که بتونم میذارمش.

لیتیوم و تجهیزات مربوطه را از کجا بخرم

برای فروش. در همین پیوند، ماژول های شارژ و سایر موارد مفید را برای افرادی که خودتان انجام می دهند پیدا خواهید کرد.

چینی ها معمولا در مورد ظرفیت دروغ می گویند و کمتر از آن چیزی است که نوشته شده است.

صادقانه سانیو 18650

بررسی شارژرهای باتری لیتیومی 18650

انسان مدرن با ابزارهای زیادی کمک می کند. به طور خاص، ما از لپ‌تاپ، گوشی‌های هوشمند، دوربین‌ها، تبلت‌ها و غیره استفاده می‌کنیم. اکثر این دستگاه‌ها به صورت آفلاین با باتری‌های لیتیومی کار می‌کنند. باتری ها این دستگاه ها را واقعاً متحرک می کنند. یکی از انواع باتری های لیتیومی 18650 می باشد که ظاهری شبیه باتری های قلمی دارند اما از نظر اندازه بزرگتر هستند. چنین سلول های باتری در باتری های لپ تاپ، چراغ قوه و سیگارهای الکترونیکی وجود دارد. این دومی بود که این نوع باتری را به ویژه مورد تقاضا قرار داد. برای کسانی که چنین باتری هایی دارند، مهم است که بدانند چگونه آنها را به درستی شارژ کنند. در این مقاله در مورد شارژر (شارژر) باتری های 18650 صحبت خواهیم کرد، در مورد الزامات کلی چنین دستگاه هایی صحبت خواهیم کرد و همچنین چندین نمونه از این شارژرها را بررسی خواهیم کرد.

شارژ باتری های لیتیوم 18650 باید خروجی 5 ولت و جریان 0.5 تا 1 ظرفیت نامی باتری را تولید کند. یعنی یک سلول لیتیومی با ظرفیت 2600 میلی آمپر ساعت باید با جریان 1.3-2.6 آمپر شارژ شود. سازندگان شارژرهای باتری لیتیومی شارژرهایی می سازند که این فرآیند را در چند مرحله انجام می دهند.

مرحله اول شارژ با جریان (0.2─1) از مقدار ظرفیت خازن انجام می شود. در این مورد، ولتاژ در 4.1-4.2 ولت (در یک بانک) حفظ می شود.این مرحله کمی کمتر از یک ساعت طول می کشد. مرحله دوم در ولتاژ ثابت انجام می شود. برخی از تولید کنندگان دستگاه هایی تولید می کنند که حالت پالس را اجرا می کنند. این امکان شارژ سریعتر را فراهم می کند.

نمونه هایی از شارژرهای 18650 باتری

شارژر Nitecore Digicharger D4 برای شارژ حداکثر چهار باتری طراحی شده است. برند Nitecore با تولید دستگاه های باکیفیت توانسته خود را تثبیت کند. D4 فقط شهرت مثبت را تأیید می کند.

شارژر Nitecore D4 دارای یک صفحه نمایش باکیفیت و آموزنده است که داده های مفید زیادی را نمایش می دهد. در اینجا می توانید سرعت و زمان شارژ، ولتاژ سلول و سایر داده های مشابه را مشاهده کنید. کنترل‌ها به شما امکان می‌دهند بین چهار محفظه جابه‌جا شوید و اطلاعات همه موارد قابل شارژ را مشاهده کنید. به لطف این، می توانید وضعیت باتری ها را در هر زمان مشاهده کنید. شارژ جهانی است و باتری هایی با فرم های مختلف را می توان در محفظه ها قرار داد. از جمله فرمت 18650.

شارژر سرعت و زمان شارژ را به صورت خودکار تنظیم می کند. این کار مزایایی دارد، اما معایبی نیز دارد. از این گذشته، گاهی اوقات ممکن است تنظیمات دستی دقیق تری مورد نیاز باشد، اما در اینجا در Nitecore D4 هیچ کدام وجود ندارد. ویژگی ها شامل روش بهینه برای شارژ باتری های IMR است. علاوه بر این، شایان ذکر است که شارژ به طور خودکار در پایان فرآیند برای همه انواع باتری های پشتیبانی شده قطع می شود. این یک مزیت قطعی برای این دستگاه است.

به طور کلی، Nitecore D4 را می توان برای استفاده روزانه برای کسانی که دستگاه های تلفن همراه زیادی با انواع مختلف باتری دارند، توصیه کرد. در میان آنها 18650 باتری لیتیومی وجود دارد. عملکرد دستگاه بسیار گسترده است، اما برای راحتی مبتدیان، عملکرد کاملا اتوماتیک ارائه شده است. ترکیبی خوب از قیمت، امکانات و کیفیت ساخت.