Аккумуляторные батарейки литий ионные

Литий-ионные аккумуляторы и все, что нужно о них знать

Инженеры-разработчики электронного оборудования пристальное внимание уделяют аккумуляторам, которые бы обеспечивали долгое автономное питание. Литий-ионный аккумулятор – разновидность электрического элемента питания, широко применяемого в бытовой электронике, цифровой технике. Литиевые батареи (аккумуляторы) устанавливаются в ноутбуках, смартфонах, камерах, фотоаппаратах, электромобилях.

Описание элементов питания

В состав литий-ионного аккумулятора входят электроды, поделенные пропитанными электролитным раствором пористыми сепараторами. Пакет с ними помещается в полностью герметичный корпус, аноды с катодами подключаются к токосъемным клеммам. На корпусе предусмотрен клапан для защиты от повышенного давления – он сбрасывает чрезмерное напряжение при авариях, проблемах с условиями эксплуатации.

Каждый li ion аккумулятор имеет значимые преимущества перед другими элементами питания.

  • высокая энергоемкость;
  • низкие саморазряды (снижение емкости);
  • внушительный набор циклов зарядов и разрядов.

К недостаткам АКБ данного типа первого поколения можно было отнести подверженность взрывам. В итоге проблема была решена, а именно полностью устранена за счет замены анодного взрывного материала на графитный.

Проблемы естественного старения, деградации при некорректном применении актуальны и сегодня. Литий-ионные батареи утрачивают нормальную эффективность, могут полностью выходить из строя в случае полной разрядки.

Также они чувствительны к температурным режимам эксплуатации. Наиболее благоприятными условиями среды является диапазон 0–10 °C, остаток заряда должен быть не меньше 40 %.

Спустя пару лет интенсивного использования уйдет не менее 20 % емкости батареи, теряется она даже тогда, когда АКБ просто лежит и не используется.

История и перспективы

Первый элемент питания увидел свет в 1912 году, а в бытовых приборах стал использоваться ближе к 70-м. Литий-ионные аккумуляторы не сразу получили успех хотя бы потому, что было немало проблем с безопасностью их применения.

Исследователи новинкой заинтересовались и стали более активно заниматься разработкой литиевых неметаллических элементов питания.

Плотность энергии элементов вдвое превышает показатели NiCd стандартных батарей. В будущем за счет применения передовых активных материалов она должна быть дополнительно увеличена с достижением трехкратного превосходства над привычными NiCd.

Сегодня видов Li-ion аккумуляторов существует довольно много, каждый имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы и минусы

Литий-ионные батареи имеют такие преимущества:

  • значительная емкость при стандартных габаритах (если говорить о никелевых элементах);
  • низкие саморазряды;
  • большое напряжение отдельно взятого (единичного) элемента.

Для сотовых зачастую используются именно такие АКБ. Для достижения заданных параметров мощности важно, чтобы элемент давал значительный ток. Возможно это только при условии отсутствующего внутреннего сопротивления батареи.

Стоимость обслуживания невысокая, поскольку эффекта памяти нет, а периодические циклы зарядов-разрядов не требуются – емкость в процессе эксплуатации практически не меняется.

Минусы у li-ion аккумуляторов тоже есть:

  1. Потребность в применении встроенной защитной схемы (это повышает цену) – для ограничения максимальных параметров напряжения на каждом участки АКБ в ходе зарядки.
  2. Подверженность старению, даже при полном покое – батарея лежит на полке, а ее ресурс снижается. При активной эксплуатации процесс протекает в ускоренном режиме, спустя несколько лет элемент обычно полностью утрачивает эксплуатационную пригодность.
  3. Достаточно высокая цена, если сравнивать с NiCd-батареями.

В плане удельных технических параметров Li-ion батареи занимают лидирующее место среди электрохимических решений. Они имеют значительную удельную энергию, хорошее разрядное напряжение и сравнительно небольшой саморазряд.

Срок службы хоть и не вечный, но приемлемый. Особых требований к условиям эксплуатации нет – температурные показатели среды составляют от -40 до +80 °C.

Особенности конструкции

Рассмотрим особенности строения литиевого аккумулятора. Он может быть мощным, емким или промежуточным. Данную классификацию можно считать условной, но применяется она повсеместно.

Суть деления состоит в том, что с учетом особенностей протекания электрохимических реакций элемент питания может иметь определенные производственные особенности.

Пример – токопроводящая основа электрода может быть толще либо тоньше электродной массы.

При этом, чем меньше толщина фольги из меди, тем ниже окажется ее токопроводящая способность без дополнительного нагрева. Есть и обратная зависимость. То есть выходит, что батарея с тонкой токопроводящей основой, толстым слоем электродов будет иметь максимальные параметры энергии, которая запасается, при сниженной мощности, и наоборот.

Чтобы дополнительно уменьшить сопротивление, используйте активные материалы с мелкими частичками. Варьируя толщины электродов, фольгированного покрытия, сепаратора, а также материала положительных и отрицательных электродов, размеры частичек, производители могут изготавливать аккумуляторы с любыми нужными токами, емкостью в заданных типоразмерах конечных изделий.

Батареи увеличенной мощности при этом должны иметь массивные выводы для силы тока – это защитит АКБ от чрезмерного нагрева.

У аккумуляторов повышенной емкости токосъемники или борны обычно мелкие – в сравнении с объемами самого корпуса. Борны изначально рассчитываются на низкие разрядные токи.

Задачи с применением таких АКБ могут решаться разные, сферы применения тоже широкие – от стартерных пусков до запитывания аппаратуры слаботочной категории.

Порядок зарядки

Li-ion аккумуляторы заряжаются в несколько шагов. Рассмотрим их.

Подготовка

Нужна, если напряжение на АКБ ниже некоторых запрограммированных параметров. И длительное хранение в бездействии, и активная эксплуатация приводят к саморазрядам.

Малые зарядные токи создают условия для постепенного выхода электродов повышенной активности на оптимальные в плане показателей напряжения уровни.

Подготовительный режим продлевает сроки службы элемента питания. Его рекомендуют применять для зарядки при низких температурах среды.

Первичный малотоковый заряд также гарантирует максимальную безопасность для АКБ. Если внутри батареи случилось микрозамыкание, напряжение в течение некоторого времени будет только увеличиваться.

Сразу большой ток не пускают, чтобы не было чрезмерного разогрева и разгерметизации. Это опасно для всей системы, несмотря на наличие датчика температур, – он срабатывает не так оперативно, как резко прыгают температурные значения.

Функция малотокового заряда обычно возлагается не на зарядку, а на батарею СОФ. В схемах СОФов предусматривается резервный транзистор MOSFET, который управляет зарядом, ограничивает подключенный к АКБ ток.

Первый этап

Тут зарядка идет с номинальными значениями силы тока, зависящими от заданной емкости батареи. Потребители часто экономят время, делая ускоренную зарядку.

Соответствующие значения, предельно допустимые параметры вы найдете в технической документации. Учитывайте, что чем больше зарядный ток, тем меньше батарея «наберет» емкость и тем пристальнее придется отслеживать разогрев для предотвращения перегревов.

При значительном токе заряда увеличивается время второго этапа (о нем мы расскажем далее), ток начинает падать до заданных значений.

У каждого элемента питания существует определенное сопротивление: если текущий показатель упадет ниже допустимого, конечное зарядное напряжение будет достигнуто быстрее.

По мере достижения конечного напряжения заряд перейдет на следующий этап – падение силы тока. Аккумулятор начнет «набирать» и терять емкость.

При номинальных показателях тока увеличивается длительность заряда. Продление продолжительности процедуры обеспечивает оптимальную балансировку АКБ.

Чем больше будет значение времени балансировки, тем лучших значений достигнут показатели емкости элементов питания. В результате батарея начнет отдавать близкую к номинальной при разрядке емкость.

Второй этап

Осуществляется при стабильных значениях напряжения, постоянно падающем токе. Процесс будет считаться завершенным в случае установления зарядного тока на отметках в 0.1-0.05 Сн.

Период зарядки падающими токами определяется с учетом времени работы, числа циклов по полной зарядке и разрядке. По завершении процесса номинальный ток упадет, достигнув равновесных значений.

Производство литий-ионных аккумуляторов может сразу осуществляться с учетом указанных параметров. Бренды выпускают на рынок полностью готовые к применению решения по схемотехнике, реализуют прописанные алгоритмы зарядки, помещая микросхемы в единый корпус. Самой часто используемой микросхемой является MC34063 на 12–24 В.

Финальный стэнд-бай этап

Применяется в тех случаях, когда АКБ должен быть в зарядном и находиться в состоянии полной эксплуатационной готовности.

Кратковременные подзаряды нужны для компенсации незначительных и неизбежных саморазрядов. Зарядка сработает тогда, когда показатель напряжения в сети резко упадет до отметки в 4,05 В на батарею, выключение произойдет при 4,20 В.

Зарядки, предназначенные для эксплуатации в режиме постоянной готовности либо ожидания, позволяют напряжению падать вплоть до 4,0 В из расчета на одну батарею, а уровень заряда повышать строго до 4,05, а не 4,20.

Соблюдение всех указанных выше этапов способствует продлению срока службы АКБ.

Тенденции развития в будущем

Литий-ионные технологии хоть и появились не вчера, но объективно находятся в точке старта в плане реализации имеющегося потенциала, сфер промышленного внедрения, доступных на данный день.

Li-ion элементы устанавливают в автомобилях, на водных суднах, в самолетах. Корпорация Boeing постоянно дорабатывала производственные технологии по изготовлению, выпуску аккумуляторов таким образом, чтобы предотвратить прорывы отдельных элементов в случае повышения рабочих температур, изменила конструкцию и снизила параметры выделения тепла.

Отдельно проводилось совершенствование зарядной системы. В конечном счете мастера компании выпустили новую доработанную конструкцию отсека для батареи, которая бы защитила самолет на случай отказа.

Прорывом элементы питания стали в электромобилях. Лидером по вопросам разработки в данном сегменте является марка Tesla Motors. Она, чтобы обеспечить автомобили источниками питания, неоднократно заявляла о планах строительства завода по производству литиевых и ионных батарей полного цикла.

Норвежцы пошли дальше и создали проект электропарома с применением рассматриваемой категории элементов питания. Судна Siemens (Германия) и Fjellstrand (Норвегия) решено было оснастить парой электрических двигателей, работа которых идет от литий-ионных АКБ. Производительность и мощность новинки – 360 пассажиров, 120 машин.

Еще один интересный пример – электрический вертолет от хиросимской корпорации Hirobo. Модель рассчитана на одного пассажира, максимально в час может развивать 100 км. Двигатель бесшумен в работе, заряда батареи хватает в среднем на 30 минут полета без перерывов – да, немного, но уже лучше, чем ничего.

Развитие Li-ion АКБ в будущем направлено на повышение мощности, расширение емкости при малых размерах. Использование кремниевых нанопроводников вместо графита в анодах должно повысить емкость минимум втрое и сделать даже стандартную зарядку очень быстрой – до 15 минут.

Заключение

Li-ion аккумуляторы считают оптимальными в плане электрохимических показателей источниками питания для устройств разных категорий. За счет сравнительно небольшой массы и значительной удельной емкости именно их устанавливают в мобильных устройствах.

Благодаря активному развитию научной и технической мысли, Li-ion аккумуляторы были избавлены от их главных недостатков – стабильность работы стала лучше, разрядные токи нормализовались. Именно за счет этого элементы питания вытеснили АКБ Ni-MH и Ni-Cd типов.

Читать еще:  8 В двоичной системе 5 раз

В будущем планируется повышение эффективности аккумуляторов минимум в 2 раза. Ведутся активные инженерные работы, направленные на совершенствование технических параметров устройств.

Так появились Li-polymer элементы, еще более надежные и емкие, чем Li-ion. В 2014-м французские ученые разработали Na-ion элементы – наиболее эффективные из всех. Пока что они дорабатываются и тестируются.

Как устроены литиевые аккумуляторы?

Об аккумуляторах литий-ионного класса сегодня слышали, пожалуй, все. Они представляют собой универсальный тип батарей, которые нашли свое применение в портативной электронике, специнструменте, электротранспорте.

Чтобы понять, как устроен Li-ion аккумулятор, предлагается последовательно изучить его структуру:

  • в основе системы находятся электроды (катод которых из оксида лития на алюминиевой фольге, анод – из пористого углерода на медной фольге);
  • между электродами расположен сепаратор с пористой структурой, хорошо прописанный электролитом – проводником;
  • набор электродов забран в специальный герметичный корпус, причем, катоды и аноды этих элементов подключены к токосъемникам;
  • дополнительно в конструкцию может включаться клапан-предохранитель, главная задача которого – сброс внутреннего давления в экстренных ситуациях.

В зависимости от формы корпуса изделия, выделяют цилиндрический и призматический виды литий-ионных аккумуляторов. Принцип устройства призматических моделей заключается в составлении друг на друга прямоугольных пластин, в то время как цилиндрические конструкции представлены рулонообразным пакетом электродов с сепаратором, которые закрыты в герметический корпус из металла (сталь, алюминий).

Разработчики аккумуляторных батарей сегодня часто экспериментируют с составом катода, стараясь добиться совершенствования параметров элемента питания без ущерба для его функциональности и долговечности.

Суть работы батареи на литии состоит в обеспечении оптимальных условий для перемещения ионов металла внутри системы (а точнее – между разнозаряженными электродами).

Вот как работает литий-ионный аккумулятор в стандартной ситуации:

  • когда на электроды подается напряжение определенной величины, это стимулирует ионы Li переходить из литиевого катода в угольный анод. Этот процесс сопровождается окислительной реакцией.
  • когда же в систему подается нагрузка, это заставляет ионы металла передвигаться в обратном направлении.

Однако, ввиду того, что при разряжении батареи, отрицательный электрод возвращается в норму не до конца, а параллельно с этим еще и накапливаются продукты окисления, то АКБ медленно, но уверенно лишается части своей емкости. В момент, когда фиксируется потеря 30 % объема батареи, говорят о завершении ее жизненного цикла.

Разновидности литиевых аккумуляторов

В современном мире существует огромное число модификаций литиевых аккумуляторных батарей. На данный момент наибольшее распространение в производстве получили только некоторые из них:

  • литий-железо-фосфатные, славящиеся износоустойчивостью, высокой термостабильностью, эксплуатационной безопасностью и длительным периодом работы;
  • литий-кобальтовые, выделяющиеся на фоне аналогов показательной удельной энергоемкостью, но малой термостабильностью и непродолжительным жизненным циклом;
  • литий-марганцевые, чье главное преимущество заключается в умеренной удельной энергоемкости, хотя и при низком сопротивлении;
  • литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с хорошей плотностью и энергоемкостью, многообещающей продолжительностью функционирования;
  • литий-титанатные, обеспечивающие быструю зарядку, хорошую производительность, способность не терять свою емкость при критических температурах;
  • литий-никель-марганец-кобальт-оксидные дают низкое внутреннее сопротивление, высокую удельную емкость.

Применяются аккумуляторы при создании разной продукции: Li-Co – в ноутбуках, смартфонах, видео- и фотокамерах, Li-Mn – в медтехнике и специнструментах, LiNiMnCoO2 – в электромобилях, электровелосипедах, телекоммуникациях, электростанциях, системах безопасности; LiFePO4 – в оборудовании, рассчитанном на большой ток нагрузки, LiTi – в уличном освещении, источниках бесперебойного питания, электротранспорте; LiNiCoAlO2 – в силовых агрегатах, медразработках.

Усовершенствованной версией литиевых батарей считаются полимерные АКБ, использующие гелеобразный, сухой или выполненный из полимерной матрицы, электролит. В таких устройствах электролит помещается на полимерную пленку, обеспечивающую хороший обмен ионами. Подобная конструкция обуславливает микроразмеры ячеек, безопасность их эксплуатации и простоту изготовления, что позволяет многим экспертам утверждать: за полимерными АКБ – будущее!

Как заряжаются Li-ion аккумуляторы

Разные аккумуляторы могут заряжаться неодинаковое количество времени. На этот параметр влияет не только их емкость, но и типы контроллеров, применяемых для восстановления заряда. Производители размещают контроллеры либо в зарядном блоке (тогда говорят об АКБ без защиты), либо внутри батареи (с защитой). В отдельных разработках контроллер даже встраивают внутрь аккумулятора.

Классический алгоритм восстановления заряда батареи Li ion выглядит следующим образом:

  • на первом этапе контроллер передает ток, величина которого составляет 10 % от номинального, за счет этого напряжение поднимается до 2,8 вольт;
  • далее ток заряда вырастает до номинального, что обуславливает рост напряжения до 4,2 вольта;
  • в конце процесса зарядки ток постепенно снижается при фиксированном напряжении 4,2 вольта.

Стоит иметь в виду, что оптимальным током зарядки для решения Li ion будет тот, который составляет 50 % от номинальной емкости батареи. Например, для аккумуляторной батареи с емкостью 2000 миллиампер-часов идеальным током будет ток, равный 1 Амперу.

Работая с элементами питания литиевого типа, рекомендуется придерживаться нескольких рекомендаций по зарядке:

  • после приобретения батареи и до начала ее эксплуатации требуется зарядить ее до 100 %;
  • стараться избегать зарядки и хранения аккумулятора при слишком высоких температурах;
  • заряжать устройство необходимо только с помощью оригинального блока питания и кабеля (оптимально – с индикацией заряда, чтобы не возникало перезарядки), соблюдая временные рамки, установленные производителем;
  • с целью сохранения ресурса АКБ нужно стараться не допускать полной ее разрядки;
  • если батарея использовалась на морозе или холоде, ее нельзя сразу ставить на зарядку, правильным будет подождать, пока она немного прогреется.

Аккумуляторные батарейки литий ионные

Литий-ионный ( Li-ion) аккумулятор AAA на 1.5 В — тест и обзор

Предисловие. Батарейки и аккумуляторы типоразмера ААА — какие они бывают?

Все мы знаем, что при длительной эксплуатации использовать аккумуляторы выгоднее, чем батарейки. Когда-то даже некоторые мобильные телефоны работали на батарейках, но потом стало окончательно ясно: такие мобильники будут слишком дорогими в эксплуатации.

Аккумуляторы в типоразмере AAA («мизинчиковые») появились довольно давно. Сначала это были никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы. Они не совсем полноценно могли заменить обычные батарейки из-за своего более низкого напряжения (номинальное напряжение батарейки — 1.5 Вольт, а аккумулятора — 1.25 Вольт). В некоторых случаях это было критично.

Наиболее перспективные аккумуляторы ( Li-ion, литий-ионные) долго не выпускались в этом типоразмере из-за своего слишком высокого напряжения (3.7 Вольт), которым они могли просто сжечь аппаратуру, если их вставить вместо батарейки.

Для использования литий-ионного аккумулятора вместо батарейки он должен дополнительно содержать контроллер заряда/разряда и миниатюрный понижающий преобразователь (снизить напряжение с 3.7 В до 1.5 В).

Преобразователь тоже должен отвечать определённым строгим требованиям: иметь миниатюрные размеры (чтобы занять в корпусе AAA не слишком много места), должен иметь высокий КПД; и при этом потреблять для собственной работы ток, близкий к нулю (чтобы не происходило быстрого саморазряда аккумулятора).

Возможность удовлетворить одновременно все эти условия создалась лишь в последние годы, и вот литий-ионные аккумуляторы типоразмера AAA с напряжением 1.5 Вольт наконец-то поступили в продажу.

Один из них мы сейчас и протестируем!

Он производится под не слишком известным, но растущим брендом ZNTER.

Основные технические характеристики Li-ion аккумулятора ZNTER AAA 1.5 В:

Средняя цена на дату обзора на AliExpress — 322 российских рублей ($4.84) .

В перечисленных характеристиках надо обратить внимание на то, что указана именно ёмкость аккумулятора, а не ёмкость, отдаваемая в нагрузку. Работа в аккумуляторе понижающего преобразователя (с 3.7 Вольт до 1.5 Вольт) может привести к повышению отдаваемой в нагрузку ёмкости, если её исчислять по току, а не по мощности (этот вопрос ещё будет рассмотрен в процессе теста).

Внешний вид и конструкция литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

Внешний вид аккумулятора похож на батарейки и никель-металлогидридные аккумуляторы аналогичного типоразмера ( AAA ).

На этой фотографии — слева направо: «обычная» одноразовая батарейка на 1.5 В, никель-металлогидридный аккумулятор на 1.25 В, литий-ионный аккумулятор ZNTER на 1.5 В.

Все представленные на фото выше источники питания очень похожи, и лишь у литий-ионного аккумулятора в корпусе есть необычная деталь: разъём micro-USB для его зарядки.

Посмотрим на героя обзора с разных сторон:

Разъём микро- USB — не глубокий (видимо, ограничено место). Вставлять его ответную часть («папу») надо аккуратно с некоторым усилием.

Тем не менее, разъём фиксируется прочно и с очень надёжным контактом.

Ещё одна интересная деталь аккумулятора — светодиод на его верхнем торце (рядом с положительным выводом).

Во время зарядки он светится красным цветом, а по её окончании переключается на зелёный:

Как можете видеть, конструкция этого небольшого изделия оказалась очень непроста. Это — не просто «аккумулятор в банке», это — целый радиоэлектронный комплекс!

Испытания литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

Теперь пора проверить, каков этот аккумулятор в деле.

Сначала надо сказать, что пришел аккумулятор в разряженном виде. Замер напряжения мультиметром показал ровно 0 (ноль) Вольт.

Конечно, на самом деле на собственно аккумуляторе ноля не было, а просто при низком заряде контроллер полностью отключил выход (во избежание переразряда аккумулятора).

В итоге испытания пришлось начать с зарядки аккумулятора.

После нескольких минут зарядки на аккумуляторе появилось напряжение, составившее 1.53 Вольта; что соответствует номиналу с очень высокой точностью.

Итоги зарядки оказались такими:

Итоги оказались не вполне ожидаемыми.

В аккумулятор «залилось» 268 мА*ч при заявленных производителем 400 мА*ч ёмкости аккумулятора.

Причин этого может быть две: либо здесь ёмкость аккумулятора оказалась меньше заявленной; либо контроллер не позволяет аккумулятору полностью зарядиться от зарядного устройства, или, наоборот, не позволяет полностью разрядиться на нагрузку. Впрочем, для потребителя всё это, в сущности, одно и то же. 🙂

Время зарядки составило 46 минут — очень хороший результат.

На старте ток зарядки составил 0.38 А; это — хорошая величина в том смысле, что такой ток может отдать зарядное устройство от любого мобильника.

Далее — испытания на разряд.

К сожалению, подключить для измерения параметров разряда тот же USB- тестер, что и для проверки на заряд, было невозможно: он работает только при напряжениях от 3 В и выше.

В связи с этим пришлось использовать старый дедовский способ: переменный резистор, миллиамперметр и часы.

Ток разряда был установлен в 150 мА, исходя из предположения, что батарейками такого типоразмера запитываются, как правило, не слишком мощные устройства.

Читать еще:  141011 Г мытищи ул коммунистическая д 1

Время разряда составило 4 часа и несколько минут. Соответственно, в нагрузку был отдан заряд в 600 мА*ч (150 мА * 4 ч.), что значительно выше «залитых» в аккумулятор 268 мА*ч.

Секрет этого явления очень прост и законам физики не противоречит. Это означает, что выходной понижающий преобразователь работает по принципу трансформатора: понижает напряжение, но увеличивает ток. Так что с законом сохранения энергии всё в порядке. 🙂

Характеристика разряда оказалась почти идеально прямоугольной: почти в течение всего времени разряда напряжение на выходе аккумулятора было стабильным около 1.5 вольт, а в последние секунды буквально рухнуло до нуля с полным отключением аккумулятора.

В этом есть и «плюс», и «минус».

«Плюс» — в стабильности выходного напряжения, это «понравится» питаемой аппаратуре. Да и в теории электрохимических источников питания считается, что, чем более прямоугольная характеристика источника — тем лучше.

А «минус» состоит в том, что из-за стабильного выходного напряжения аккумулятор никак не «предупреждает» питаемое устройство о скором окончании работы. Обычно электронные устройства по падению напряжения на элементе питания обнаруживают его истощение; и тем или иным способом предупреждают об этом пользователя. Здесь такой возможности не будет.

В результате, если аккумулятор не был вовремя подзаряжен, то прекращение работы питаемого устройства может быть неожиданным для пользователя. Так что с периодичностью зарядки аккумулятора пользователю «лучше перебдеть, чем недобдеть». 🙂

Теперь — о предельных параметрах аккумулятора.

При выходном токе 1 Ампер напряжение на выходе составило 1.45 Вольт; при токе 1.5 А напряжение упало до 1.4 В.

Использование аккумулятора при токах выше 1 А не желательно, так как это превысит максимально-допустимый ток, указанный производителем.

При токе 1.55 А аккумулятор уходил в «автогенерацию» — периодическое падение напряжения до нуля (срабатывала защита от короткого замыкания), а затем — кратковременное подъём до 1.4 В (попытка самовосстановления), и так далее до бесконечности. У разных экземпляров аккумулятора порог срабатывания этого процесса может быть разным.

На этом считаем консилиум врачей завершенным и переходим к итогам.

Окончательный диагноз литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора т ипоразмера AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

Итак, хотя мы тестировали аккумулятор; но в итоге оказалось, что мы протестировали повер-банк ( power bank) в обличье обычной батарейки (да, именно таков принцип работы протестированного устройства).

Но, с точки зрения потребителя, это — аккумулятор, и именно с этой точки зрения мы его будем оценивать.

Аккумулятор показал свою полную пригодность в качестве перезаряжаемого источника тока, хотя и не без замечаний.

— выходное напряжение равно стандарту для бытовых одноэлементных батареек (1.5 В);

— высокая стабильность выходного напряжения;

— высокий максимальный ток, отдаваемый в нагрузку;

— наличие защиты от перегрузки и короткого замыкания;

— наличие индикации процесса зарядки и его окончания;

— возможность использования для зарядки протестированного аккумулятора любого зарядного устройства от мобильного телефона;

— большое число циклов заряда/разряда (для Li-Ion аккумуляторов составляет 500 — 1000).

— реальная ёмкость аккумулятора ниже заявленной.

Итоговая оценка — хорошо.

— устройство, в котором будет работать аккумулятор, не будет выдавать предупреждение о малом оставшемся заряде (из-за очень высокой стабильности выходного напряжения аккумулятора);

— не пытайтесь заряжать аккумулятор в зарядном устройстве от никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов (таким способом эти аккумуляторы не заряжаются).

Область применения — замена батареек в устройствах со средним и высоким потребляемым током: мелкий электроинструмент, фонарики, плееры, радиоприемники, портативные звуковые колонки, игрушки с электропитанием и т.п.

Где нет смысла применять аккумуляторы протестированного типа? Это — устройства с очень малым потреблением тока: пульты дистанционного управления, настенные часы и другие устройства, работающие несколько месяцев и более от одной батарейки (или от одного комплекта батареек). Работать от этого аккумулятора они смогут, но срок окупаемости может составить 10 лет и более. 🙂

Этим же производителем выпускаются аналогичные Li-Ion аккумуляторы других типоразмеров: AA («пальчиковые»), C (R14), D (R20 , элемент 373 в СССР ) , «Крона» (9 Вольт). Зарядка этих аккумуляторов также производится через порт micro-USB.

Где купить: официальный магазин бренда ZNTER на площадке AliExpress. Там же можно найти аккумуляторы других типоразмеров, совместимых со стандартными батарейками.

Если у других продавцов на AliExpress этот же товар будет дешевле (за счёт скидок, акций и т.п.), то тоже можно брать — товар одинаковый.

Ваш Доктор.
03 октября 2019 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

Li-Ion аккумуляторы — правда и мифы.

2.5 В Li-Ion аккумулятор начинает очень быстро деградировать, и даже одна такая разрядка может существенно (до 10%!) уменьшить его емкость. К тому же при разряде до такого напряжение штатным зарядником зарядить его уже не получится — при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже

3 В «умный» контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все — аккумулятор можно нести на помойку.
Но тут есть одно очень важное но, о котором все забывают: в телефонах, планшетах и других мобильных устройствах рабочий диапазон напряжений на аккумуляторе это 3.5-4.2 В. При опускании напряжения ниже 3.5 В индикатор показывает ноль процентов заряда и аппарат выключается, но до «критических» 2.5 В еще очень далеко. Это подтверждается тем что если подсоединить к такому «разряженному» аккумулятору светодиод то он может гореть еще долгое время (может кто-то помнит что раньше продавались телефоны с фонариками, которые включались кнопкой независимо от системы. Так вот там лампочка продолжала гореть и после разрядки и выключения телефона). То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать акум до нуля процентов вполне можно.

Миф второй. При повреждении Li-Ion аккумуляторы взрываются.
Все мы помним «взрывной» Samsung Galaxy Note 7. Однако это скорее исключение из правил — да, литий очень активный металл, и взорвать его в воздухе нетрудно ( а в воде он и сам очень ярко горит). Однако в современных аккумуляторах используется не литий, а его ионы, которые куда менее активны. Так что чтобы произошел взрыв нужно сильно постараться — или повредить заряжающийся аккумулятор физически (устроить короткое замыкание), или заряжать очень высоким напряжением (тогда он сам повредится, однако скорее всего контроллер банально сгорит сам и не даст заряжать аккумулятор). Поэтому если у вас вдруг в руках оказался поврежденный или дымящийся аккумулятор — не стоит бросать его на стол и убегать из комнаты с криками «мы все умрем» — просто положите его в металлическую тару и вынесите на балкон (чтобы не дышать химией) — аккумулятор будет тлеть какое-то время и потом потухнет. Главное — не заливать водой, ионы конечно менее активные чем литий, но все же какое-то количество водорода при реакции с водой так же выделится (а он любит взрываться).

Миф третий. При достижении на Li-Ion аккумуляторе 300(500/700/1000/100500) циклов он становится небезопасен и его нужно срочно менять.
Миф, к счастью все меньше и меньше гуляющий по форумам и не имеющий под собой вообще никакого физического или химического объяснения. Да, во время эксплуатации электроды окисляются и коррозируют, что уменьшает емкость аккумулятора, но ничем кроме меньшего времени автономной работы и нестабильного поведения на 10-20% заряда это вам не грозит.

Миф четвертый. С Li-Ion аккумуляторами нельзя работать на морозе.
Это скорее рекомендация, чем запрет. Многие производители запрещают использовать телефоны при отрицательное температуре, да и многие сталкивались с быстрым разрядом и вообще отключением телефонов на холоде. Объяснение этому очень простое: электролит — это водосодержащий гель, а что происходит с водой при отрицательных температурах все знают (да, она замерзает если что), тем самым выводя некоторую область аккумулятора из работы. Это приводит к падениею напряжения, а контроллер начинает считать это разрядкой. Аккумулятору это не полезно, но и не смертельно (после нагрева емкость вернется), так что если вам позарез нужно пользоваться телефоном в мороз (именно пользоваться — достать из теплого кармана, посмотреть время и спрятать назад не считается) то лучше зарядите его на 100% и включите любой процесс, нагружающий процессор — так охлаждение будет происходить медленнее.

Миф пятый. Вздувшийся Li-Ion аккумулятор опасен, его нужно срочно выкинуть.
Это не совсем миф, скорее предосторожность — вздувшийся аккумулятор может банально лопнуть. С химической точки зрения все просто: при процессе интеркаляции происходит разложение электродов и электролита, в результате чего выделяется газ(так же он может выделяться и при перезарядке, но об этом чуть ниже). Но его выделяется крайне мало, и чтобы аккумулятор казался вздутым должно пройти несколько тсотен (если не тысяч) циклов перезарядки (если конечно он не бракованный). Проблем избавиться от газа нет — достаточно проткнуть клапан (в некоторых аккумуляторах он сам открывается при избыточном давлении) и стравить его (дышать им не рекомендую), после чего можно замазать дырку эпоксидной смолой. Конечно былую емкость это аккумулятору не вернет, но хотя бы теперь он точно не лопнет.

Миф шестой. Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд.
А вот это уже не миф, а суровая реальность — при перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится — поверьте, мало удовольствия быть забрызганным кипящим электролитом. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, банально не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора — контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить, а фейерверк из телефона в 3 часа ночи думаю вас не обрадует. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют весь телефон. Обычно этот миф порождает следующий:

Миф седьмой. При достижении 100% нужно снимать телефон с зарядки.
Из шестого мифа это кажется разумным, но на деле нет смысла вставать посреди ночи и снимать устройство с зарядки: во-первых сбои контроллера крайне редки, а во-вторых даже при достижении 100% на индикаторе аккумулятор еще некоторое время дозаряжается до самого-самого максимума низкими токами, что добавляет еще 1-3% емкости. Так что на деле не стоит так сильно перестраховываться.

  • Миф восемь. Заряжать устройство можно только оригинальным зарядником.
    Миф имеет место быть по причине некачественности китайских зарядников — при нормальном напряжении в 5 +- 5% вольт они могут выдавать и 6, и 7 — контроллер, конечно, какое-то время будет сглаживать такое напряжение, однако в будущем оно в лучшем случае приведет к сгоранию контроллера, в худшем — к взрыву и (или) выходу из строя материнской платы. Бывает и обратное — под нагрузкой китайский зарядник выдает 3-4 вольта: это приведет к тому что аккумулятор не сможет зарядиться полностью.
  • Читать еще:  Htc desire 500 dual sim не включается

    Как видно из целой кучи заблуждений далеко не все имеют под собой научное объяснение, и еще меньше реально ухудшают характеристики аккумуляторов. Но это не значит что после прочтения моей статьи нужно бежать сломя голову и покупать дешевые китайские аккумуляторы за пару баксов — все-же для долговечности лучше взять или оригинальные, или качественные копии оригинальных.

    Аккумуляторные батарейки литий ионные

    Литий-ионный ( Li-ion) аккумулятор AAA на 1.5 В — тест и обзор

    Предисловие. Батарейки и аккумуляторы типоразмера ААА — какие они бывают?

    Все мы знаем, что при длительной эксплуатации использовать аккумуляторы выгоднее, чем батарейки. Когда-то даже некоторые мобильные телефоны работали на батарейках, но потом стало окончательно ясно: такие мобильники будут слишком дорогими в эксплуатации.

    Аккумуляторы в типоразмере AAA («мизинчиковые») появились довольно давно. Сначала это были никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы. Они не совсем полноценно могли заменить обычные батарейки из-за своего более низкого напряжения (номинальное напряжение батарейки — 1.5 Вольт, а аккумулятора — 1.25 Вольт). В некоторых случаях это было критично.

    Наиболее перспективные аккумуляторы ( Li-ion, литий-ионные) долго не выпускались в этом типоразмере из-за своего слишком высокого напряжения (3.7 Вольт), которым они могли просто сжечь аппаратуру, если их вставить вместо батарейки.

    Для использования литий-ионного аккумулятора вместо батарейки он должен дополнительно содержать контроллер заряда/разряда и миниатюрный понижающий преобразователь (снизить напряжение с 3.7 В до 1.5 В).

    Преобразователь тоже должен отвечать определённым строгим требованиям: иметь миниатюрные размеры (чтобы занять в корпусе AAA не слишком много места), должен иметь высокий КПД; и при этом потреблять для собственной работы ток, близкий к нулю (чтобы не происходило быстрого саморазряда аккумулятора).

    Возможность удовлетворить одновременно все эти условия создалась лишь в последние годы, и вот литий-ионные аккумуляторы типоразмера AAA с напряжением 1.5 Вольт наконец-то поступили в продажу.

    Один из них мы сейчас и протестируем!

    Он производится под не слишком известным, но растущим брендом ZNTER.

    Основные технические характеристики Li-ion аккумулятора ZNTER AAA 1.5 В:

    Средняя цена на дату обзора на AliExpress — 322 российских рублей ($4.84) .

    В перечисленных характеристиках надо обратить внимание на то, что указана именно ёмкость аккумулятора, а не ёмкость, отдаваемая в нагрузку. Работа в аккумуляторе понижающего преобразователя (с 3.7 Вольт до 1.5 Вольт) может привести к повышению отдаваемой в нагрузку ёмкости, если её исчислять по току, а не по мощности (этот вопрос ещё будет рассмотрен в процессе теста).

    Внешний вид и конструкция литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

    Внешний вид аккумулятора похож на батарейки и никель-металлогидридные аккумуляторы аналогичного типоразмера ( AAA ).

    На этой фотографии — слева направо: «обычная» одноразовая батарейка на 1.5 В, никель-металлогидридный аккумулятор на 1.25 В, литий-ионный аккумулятор ZNTER на 1.5 В.

    Все представленные на фото выше источники питания очень похожи, и лишь у литий-ионного аккумулятора в корпусе есть необычная деталь: разъём micro-USB для его зарядки.

    Посмотрим на героя обзора с разных сторон:

    Разъём микро- USB — не глубокий (видимо, ограничено место). Вставлять его ответную часть («папу») надо аккуратно с некоторым усилием.

    Тем не менее, разъём фиксируется прочно и с очень надёжным контактом.

    Ещё одна интересная деталь аккумулятора — светодиод на его верхнем торце (рядом с положительным выводом).

    Во время зарядки он светится красным цветом, а по её окончании переключается на зелёный:

    Как можете видеть, конструкция этого небольшого изделия оказалась очень непроста. Это — не просто «аккумулятор в банке», это — целый радиоэлектронный комплекс!

    Испытания литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

    Теперь пора проверить, каков этот аккумулятор в деле.

    Сначала надо сказать, что пришел аккумулятор в разряженном виде. Замер напряжения мультиметром показал ровно 0 (ноль) Вольт.

    Конечно, на самом деле на собственно аккумуляторе ноля не было, а просто при низком заряде контроллер полностью отключил выход (во избежание переразряда аккумулятора).

    В итоге испытания пришлось начать с зарядки аккумулятора.

    После нескольких минут зарядки на аккумуляторе появилось напряжение, составившее 1.53 Вольта; что соответствует номиналу с очень высокой точностью.

    Итоги зарядки оказались такими:

    Итоги оказались не вполне ожидаемыми.

    В аккумулятор «залилось» 268 мА*ч при заявленных производителем 400 мА*ч ёмкости аккумулятора.

    Причин этого может быть две: либо здесь ёмкость аккумулятора оказалась меньше заявленной; либо контроллер не позволяет аккумулятору полностью зарядиться от зарядного устройства, или, наоборот, не позволяет полностью разрядиться на нагрузку. Впрочем, для потребителя всё это, в сущности, одно и то же. 🙂

    Время зарядки составило 46 минут — очень хороший результат.

    На старте ток зарядки составил 0.38 А; это — хорошая величина в том смысле, что такой ток может отдать зарядное устройство от любого мобильника.

    Далее — испытания на разряд.

    К сожалению, подключить для измерения параметров разряда тот же USB- тестер, что и для проверки на заряд, было невозможно: он работает только при напряжениях от 3 В и выше.

    В связи с этим пришлось использовать старый дедовский способ: переменный резистор, миллиамперметр и часы.

    Ток разряда был установлен в 150 мА, исходя из предположения, что батарейками такого типоразмера запитываются, как правило, не слишком мощные устройства.

    Время разряда составило 4 часа и несколько минут. Соответственно, в нагрузку был отдан заряд в 600 мА*ч (150 мА * 4 ч.), что значительно выше «залитых» в аккумулятор 268 мА*ч.

    Секрет этого явления очень прост и законам физики не противоречит. Это означает, что выходной понижающий преобразователь работает по принципу трансформатора: понижает напряжение, но увеличивает ток. Так что с законом сохранения энергии всё в порядке. 🙂

    Характеристика разряда оказалась почти идеально прямоугольной: почти в течение всего времени разряда напряжение на выходе аккумулятора было стабильным около 1.5 вольт, а в последние секунды буквально рухнуло до нуля с полным отключением аккумулятора.

    В этом есть и «плюс», и «минус».

    «Плюс» — в стабильности выходного напряжения, это «понравится» питаемой аппаратуре. Да и в теории электрохимических источников питания считается, что, чем более прямоугольная характеристика источника — тем лучше.

    А «минус» состоит в том, что из-за стабильного выходного напряжения аккумулятор никак не «предупреждает» питаемое устройство о скором окончании работы. Обычно электронные устройства по падению напряжения на элементе питания обнаруживают его истощение; и тем или иным способом предупреждают об этом пользователя. Здесь такой возможности не будет.

    В результате, если аккумулятор не был вовремя подзаряжен, то прекращение работы питаемого устройства может быть неожиданным для пользователя. Так что с периодичностью зарядки аккумулятора пользователю «лучше перебдеть, чем недобдеть». 🙂

    Теперь — о предельных параметрах аккумулятора.

    При выходном токе 1 Ампер напряжение на выходе составило 1.45 Вольт; при токе 1.5 А напряжение упало до 1.4 В.

    Использование аккумулятора при токах выше 1 А не желательно, так как это превысит максимально-допустимый ток, указанный производителем.

    При токе 1.55 А аккумулятор уходил в «автогенерацию» — периодическое падение напряжения до нуля (срабатывала защита от короткого замыкания), а затем — кратковременное подъём до 1.4 В (попытка самовосстановления), и так далее до бесконечности. У разных экземпляров аккумулятора порог срабатывания этого процесса может быть разным.

    На этом считаем консилиум врачей завершенным и переходим к итогам.

    Окончательный диагноз литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора т ипоразмера AAA на 1.5 В (бренд ZNTER)

    Итак, хотя мы тестировали аккумулятор; но в итоге оказалось, что мы протестировали повер-банк ( power bank) в обличье обычной батарейки (да, именно таков принцип работы протестированного устройства).

    Но, с точки зрения потребителя, это — аккумулятор, и именно с этой точки зрения мы его будем оценивать.

    Аккумулятор показал свою полную пригодность в качестве перезаряжаемого источника тока, хотя и не без замечаний.

    — выходное напряжение равно стандарту для бытовых одноэлементных батареек (1.5 В);

    — высокая стабильность выходного напряжения;

    — высокий максимальный ток, отдаваемый в нагрузку;

    — наличие защиты от перегрузки и короткого замыкания;

    — наличие индикации процесса зарядки и его окончания;

    — возможность использования для зарядки протестированного аккумулятора любого зарядного устройства от мобильного телефона;

    — большое число циклов заряда/разряда (для Li-Ion аккумуляторов составляет 500 — 1000).

    — реальная ёмкость аккумулятора ниже заявленной.

    Итоговая оценка — хорошо.

    — устройство, в котором будет работать аккумулятор, не будет выдавать предупреждение о малом оставшемся заряде (из-за очень высокой стабильности выходного напряжения аккумулятора);

    — не пытайтесь заряжать аккумулятор в зарядном устройстве от никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов (таким способом эти аккумуляторы не заряжаются).

    Область применения — замена батареек в устройствах со средним и высоким потребляемым током: мелкий электроинструмент, фонарики, плееры, радиоприемники, портативные звуковые колонки, игрушки с электропитанием и т.п.

    Где нет смысла применять аккумуляторы протестированного типа? Это — устройства с очень малым потреблением тока: пульты дистанционного управления, настенные часы и другие устройства, работающие несколько месяцев и более от одной батарейки (или от одного комплекта батареек). Работать от этого аккумулятора они смогут, но срок окупаемости может составить 10 лет и более. 🙂

    Этим же производителем выпускаются аналогичные Li-Ion аккумуляторы других типоразмеров: AA («пальчиковые»), C (R14), D (R20 , элемент 373 в СССР ) , «Крона» (9 Вольт). Зарядка этих аккумуляторов также производится через порт micro-USB.

    Где купить: официальный магазин бренда ZNTER на площадке AliExpress. Там же можно найти аккумуляторы других типоразмеров, совместимых со стандартными батарейками.

    Если у других продавцов на AliExpress этот же товар будет дешевле (за счёт скидок, акций и т.п.), то тоже можно брать — товар одинаковый.

    Ваш Доктор.
    03 октября 2019 г.

    Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

    Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector