Батарея ли пол как заряжать

Обновлено: 01.05.2024

Современные устройства питаются от литиевых аккумуляторов, а за их зарядом и разрядом следит контроллер заряда и плата защиты. Для заряда аккумуляторов используют зарядные устройства, которые зачастую представляют собой блок питания с постоянным выходным напряжением. Давайте разбираться, как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор, какое зарядное выбрать и возможно ли его сделать без лишних трудозатрат.

Общие сведения о литийионных аккумуляторах

Литиевые аккумуляторы появились относительно недавно, но уже прочно заняли ведущие позиции в электропитании автономных устройств. Конструктивно такой источник питания представляет собой два электрода — катод и анод. Первый выполнен из того или иного соединения лития (обычно кобальт-литий или литий-феррофосфат), второй — из графита. Электроды погружены в безводный раствор электролита. Бывают разные форм-факторы и типоразмеры батареек этого типа. Наиболее распространённые форм-факторы литийионных аккумуляторов — цилиндрический и прямоугольный.

Прямоугольные элементы можно увидеть в устройствах малой толщины — мобильных телефонах, смартфонах, планшетах и т. п. Обычно в батареях такой формы в качестве электролита используют полимерный материал, а сами аккумуляторы называют литий-полимерными.

Выходное напряжение всех литиевых аккумуляторов меняется от 4,2 до 2,5 В в зависимости от степени зарядки и в среднем составляет 3,7 В. Электрическая ёмкость же бывает разной – от десятков миллиампер в час (мА·ч) до десятков ампер в час (А·ч). Зависит от назначения источника питания и его размеров.

Важно! Речь идёт о единичных аккумуляторах. Батареи, составленные из нескольких элементов, могут иметь любое напряжение и любую ёмкость. Например, батареи электромобилей имеют напряжение до 380 В при ёмкости в сотни киловатт-час, а батарея ноутбука выдает 12,6 В.

Срок службы литиевого аккумулятора зависит от условий эксплуатации и обычно составляет 2–3 года при количестве циклов заряд/разряд до 600 у литийионных и до 900 у литий-полимерных батарей. Основные качества аккумуляторов этого типа:

большая плотность энергии на единицу массы;
низкий саморазряд;
отсутствие эффекта памяти;
не требуют обслуживания;
теряют работоспособность при перезарядке и глубоком разряде;
взрывоопасность при перегреве.

Что такое PCB, BMS и PCM

Прежде чем выяснить, как правильно заряжать литийионные аккумуляторы, разберёмся с аббревиатурами PCB, BMS и PCM, которые неразрывно связаны с источниками тока этого типа.

Как мы выяснили, литиевые источники не терпят глубокой разрядки и перезаряда. И в том, и в другом случае они катастрофически теряют электрическую ёмкость и выходят из строя. А в случае перезаряда могут даже загореться.

Для контроля за состоянием батареи в неё нередко встраивается модуль PCB — Power Control Board. Его задача — не допустить глубокой разрядки и перезаряда аккумулятора.

Принцип работы такого модуля достаточно прост. Помещённый на небольшой плате контроллер мониторит напряжение на клеммах аккумулятора. Как только оно упадёт ниже 2,8 В, микросхема закрывает соответствующий ключ, отключая элемент питания от нагрузки. При этом зарядка этого элемента разрешена.

Если напряжение на клеммах элемента становится выше 4,2 В (заряжен полностью), эта же схема другим ключом отключает элемент от зарядного устройства, но питание нагрузки разрешено. Таким образом, аккумулятор невозможно ни перезарядить, ни разрядить до критического значения.

Такие платы защиты встраиваются в большинство литиевых батарей. Исключение составляют лишь элементы, предназначенные для устройств с собственными системами контроля за состоянием аккумуляторов. В качестве примера можно взять батарею ноутбука, собранную из шести аккумуляторов 18650 без встроенной защиты.

Важно! Прежде чем покупать аккумулятор, необходимо выяснить, оснащён ли он модулем PCB. Если нет, то за состоянием элемента придётся следить самостоятельно. Большинство элементов с модулем PCB имеют на корпусе соответствующую маркировку.

Модуль PCM (Power Charge Module) обычно встраивается не в элемент, а в устройство, в котором элемент работает. К примеру, в смартфон. Если плата PCB следит только за уровнем зарядки аккумулятора, то блок PCM полностью управляет процессом зарядки — обеспечивает необходимый ток, контролирует температуру элемента, напряжение на нём.

Это как раз тот узел, который мы называем контроллером зарядки. Он является основным «управляющим» — отключает зарядку, когда батарея зарядилась, принудительно отключает мобильное устройство, если величина напряжения на аккумуляторе критически низкая. В этом случае модуль PCB будет только дополнительной защитой — практически никогда не срабатывает. Впрочем, существуют модули PCM, которые отвечают лишь за правильную зарядку, но не контролируют разряд. В этом случае в работу включается модуль PCB — встроенный в элемент или дополнительный.

Важно! Не следует путать контроллер зарядки с зарядным устройством (адаптером) для того же смартфона. Зарядное устройство — это обычный пятивольтовый источник питания. Управляет же процессом зарядки батареи схема, встроенная в сам смартфон. Исключение составляют лишь интеллектуальные зарядные устройства, предназначенные именно для зарядки литиевых батарей (в том числе и без модуля контроля).

Блок BMS (Battery Monitoring System) можно найти в аккумуляторах, составленных из батарей, включённых последовательно. Он есть, например, в АКБ любого ноутбука. Задача узла — контроль за состоянием каждой отдельной батареи и организация слаженной их работы. Разберём задачу, которую он выполняет, подробно. Итак, мы имеем аккумулятор, составленный из четырёх последовательно соединённых батарей.

Предположим, все элементы полностью заряжены. Напряжение на каждом из них — 4,2 В, на всей батарее 16,8 В. Начинаем разрядку. Через все элементы течёт одинаковый разрядный ток, а значит, разряжаются они одинаково. Но это только в теории. При эксплуатации аккумуляторы теряют ёмкость по-разному, то есть даже при одинаковом токе один элемент разрядится быстрее, другой медленнее. В результате какой-то из аккумуляторов будет уже глубоко разряжен, тогда как остальные ещё «тянут» и выходное напряжение всей батареи вроде ещё в норме.

То же самое произойдёт и во время зарядки. Элемент с наименьшей ёмкостью зарядится быстрее и, пока остальные набирают нужную ёмкость, перезарядится и выйдет из строя. Задача модуля BMS — контроль за состоянием каждого элемента и принятием тех или иных мер, если напряжение на каком-либо из них станет критическим. Если оно ниже, вся батарея отключается от нагрузки. Если выше, то соответствующий элемент отключается от зарядного устройства, когда остальные продолжают заряжаться.

Полезно! Нередко блок BMS называют балансиром, а выполняемая им задача балансировкой. При последовательном соединении аккумуляторов в батарею схема балансировки должна быть обязательно. В противном случае элементы питания быстро выйдут из строя, а возможно, и загорятся.

Как правильно заряжать Li-ion аккумулятор

А теперь перейдём непосредственно к особенностям зарядки литийионных аккумуляторов. Начнём с единичных элементов. Как мы выяснили, напряжение на полностью заряженном аккумуляторе составляет 4,15–4,2 В, на полностью разряженном — 2,5–2,8 В. Но, кроме напряжения, нужно знать и зарядный ток. Каким током, к примеру, заряжать Li-ion аккумулятор 18650?

В отличие от других типов аккумуляторов литиевые источники могут заряжаться достаточно высоким током, достигающим 1 С (C — ёмкость элемента). Но оптимальным принято значение, не превышающее 0,5 С. Получается, что оптимальный ток заряда для элемента 18650 будет составлять от трети до половины его ёмкости. Значение же ёмкости аккумулятора можно прочесть в сопроводительной документации или прямо на корпусе прибора.

Таким образом, для простой зарядки на аккумулятор достаточно подать нужный ток и дождаться, пока напряжение на его клеммах не достигнет значения 4,2 В. Многие простые зарядные устройства так и делают, автоматически оканчивая зарядку в нужный момент.

Но существует и ещё один, более правильный, многоступенчатый метод, который используется в подавляющем большинстве более-менее качественных мобильных гаджетов и зарядных устройств. Если мы хотим, чтобы наша литийионная батарея «жила» долго и счастливо, лучше применить способ многоступенчатой зарядки.

Многоступенчатая зарядка

Метод состоит из трёх этапов:

После подключения зарядного устройства контроллер измеряет напряжение на батарее. Если оно ниже 2,5 В, то производится зарядка малым (около 0,02–0,1 С) током до тех пор, пока напряжение не поднимется до 2,8 В. Если оно изначально было выше, этап пропускается.
Зарядный ток увеличивается до значения 0,5 С (нормальный заряд) или 1 С (ускоренный заряд). Как только напряжение на элементе повышается до 4,1–4,2 В, этап заканчивается.
На элементе устанавливается стабильное напряжение 4,15–4,25 В, подзарядка производится небольшим током. Как только значение тока уменьшается до 0,05 С, этап заканчивается, аккумулятор заряжен.

Полезно. Третий этап занимает достаточно много (десятки минут) времени и не является обязательным. Если времени ждать нет, хватит второго этапа, в процессе которого батарея набирает практически всю ёмкость (90–95 %).

Можно ли таким же образом зарядить аккумулятор со встроенным контроллером защиты PCB? Вполне, но перед тем, как начать зарядку, нужно убедиться, что напряжение холостого хода зарядного устройства (измеряется при отключенном аккумуляторе) не превышает 6–7 В. В противном случае при срабатывании защиты от перезаряда на модуле PCB установится критически высокое напряжение, которое выведет из строя его силовые ключи.

И пару слов о последовательной сборке на 12 В. Можно ли её как-то зарядить своими силами? В принципе, можно и не одним методом.

Используем модуль BMS на соответствующее количество ячеек (см. выше).
Рассоединяем батарею и заряжаем каждый аккумулятор отдельно.
Рассоединяем батарею и собираем из аккумуляторов другую, соединив все элементы параллельно. Заряжаем полученную батарею обычным образом, учитывая, что её полная ёмкость будет равняться сумме ёмкостей всех аккумуляторов.

Все этапы заряда литийионного аккумулятора (включая предзаряд) схематично изображены на этом графике:

Чем измерять ёмкость аккумуляторов

В процессе эксплуатации, как мы выяснили, ёмкость литиевой батарейки постепенно уменьшается и со временем значение, указанное на корпусе, не будет соответствовать реальному положению вещей. Как определить реальную ёмкость аккумулятора в домашних условиях? Один из вариантов — использовать специальный универсальный прибор «Аймак», вмещающий интеллектуальное зарядно-разрядное устройство, тестер, вольтметр, амперметр и многое другое.

Вариант неплохой, но его не назовешь бюджетным. Прибор дорогой, а нужен он относительно редко. Гораздо проще для этих целей воспользоваться USB-тестером. Стоит он намного меньше, а точность измерения у устройства вполне приличная.

Чтобы измерить реальную ёмкость батарейки, её необходимо полностью зарядить, а затем разрядить через ту или иную нагрузку, включив между элементом и нагрузкой тестер. При этом вход прибора подключают к элементу питания, а выход — к нагрузке, в качестве которой можно использовать полуваттный резистор сопротивлением 8–16 Ом.

USB-тестер для своего питания требует напряжение величиной 5 В (на то он и USB), но отлично работает и при напряжении до 2,5 В. Так что использовать его для измерения ёмкости одной литиевой ячейки будет возможно.

Что такое плата зарядки TP4056 и как ею пользоваться

Как правильно заряжать литийионные батарейки, мы узнали. Но чем это сделать? Можно воспользоваться покупным зарядным устройством, но если есть желание, то реально собрать зарядку для литиевых аккумуляторов самостоятельно. Для этого достаточно будет купить готовый модуль TP4056 и собрать несложную схему.

Прелесть такого решения ещё и в том, что стоит всё удовольствие на том же Aliexpress около 30 рублей. Чтобы на базе этого модуля собрать готовое устройство, необходимо собрать следующую несложную схему.

По умолчанию, такой модуль выдаёт ток зарядки 1 А и подойдёт для зарядки аккумуляторов ёмкостью 2 000—3 000 мА·ч. Если нам нужен меньший ток, то достаточно изменить номинал резистора R3 в соответствии с таблицей:

Человека в современной жизни окружает множество электронных помощников. В быту мы используем планшеты, мобильные телефоны, ноутбуки и т. п. На работе используются шуруповёрты, портативные дрели, фонарики, power bank и пуско-зарядные аккумуляторы для автомобиля. Во всех этих устройствах используются разные типы аккумуляторных батарей. Но больше всего распространены литий─ионные аккумуляторы. Они стали популярными благодаря небольшим размерам и массе в сочетании с высокой энергоёмкостью. При разумной стоимости они имеют приличный срок эксплуатации (300─400 циклов заряд-разряд). Поскольку эти АКБ широко используются в разных устройствах, которые нас окружают, надо понимать, как их правильно заряжать. Поэтому сегодняшний материал посвящён зарядке Li─Ion аккумуляторов.

Что представляет собой литий─ионный аккумулятор?

Поскольку многие пользователи имеют смутное представление о том, что такое литий─ионная аккумуляторная батарея, скажем пару слов о её устройстве. Если смотреть на примере аккумулятора мобильного телефона, то аккумулятор там имеет следующую конструкцию.

Конструкция литий─ионного аккумулятора

АКБ мобильного телефона в абсолютном большинстве случаев имеет в своей конструкции один аккумуляторный элемент, который часто называют банкой. Номинальное напряжение банки обычно составляет 3,7 вольта. В АКБ ноутбуков таких элементов может быть от 2 до 12. Но там они не прямоугольной, а цилиндрической формы (тип 18650). Также в составе аккумулятора есть контроллер, который представляет собой плату с распаянной на ней управляющей микросхемой. Она управляет процессом заряда и разряда банки, не допуская её перезаряда или глубокого разряда.

Таким образом, производители аккумуляторов уже позаботились о том, чтобы избежать внештатных ситуаций при зарядке и разрядке батареи. А пользователю остаётся только соблюдать некоторые правила эксплуатации, о которых будет сказано ниже.
Если вам интересно, то можете прочитать подробный материал про литий-ионный аккумулятор в статье по ссылке.

Как правильно заряжать литий─ионный аккумулятор?

При зарядке Li─Ion аккумулятора нужно помнить о том, что лучше всего поддерживать заряд батареи на уровне 20─80% от полной ёмкости. Литий─ионные АКБ не любят перезаряд. Как говорилось выше, контроллер контролирует степень заряженности аккумуляторного элемента или элементов, если их несколько. Он не допустит их перезарядки. Но это не значит, что аккумулятор можно сутками держать на зарядке. Это совершенно ни к чему.

Телефон и зарядное устройство

Почему для литий─ионного аккумулятора критичен перезаряд и глубокий разряд? Дело в том, что ток в таких аккумуляторах обеспечивается движением ионов лития от одного электрода к другому. Состав этих электродов может быть разным. В этом случае эти подробности не важны. Важно то, что ионы лития внедряются в кристаллическую решётку вещества электродов. В результате происходят постепенные изменения объёма и состава электродов. Чем больше заряжена или разряжена аккумуляторная батарея, тем больше ионов лития находится в одном из электродов. Такая эксплуатация приводит к тому, что срок службы аккумулятора значительно сокращается. Поэтому лучше не создавать такие пограничные состояния и держать заряд на уровне 20─80% от номинала.

В любом случае контроллер не допускает перезаряда и глубокого разряда банки. Он просто отключает банку от внешнего мира. Кроме того, во многих литий─ионных аккумуляторных батареях имеется встроенная защита от перегрева.

Теперь перечислим несколько вариантов, как заряжать Li─Ion аккумулятор.

Штатное зарядное устройство. Это самый лучший и рекомендуемый вариант. С помощью штатной зарядки рекомендуется заряжать Li─Ion аккумулятор. Это безопасно и максимально быстро;
От USB разъёма компьютера. Вариант также безопасный, но довольно длительный. Дело в том, что в случае порта USB ток ограничен значением 0,5 ампера;
От прикуривателя в автомобиле. Если это стандартный переходник на USB, то процесс также может затянуться. Но сейчас в продаже довольно устройств, имеющий набор портов USB с различной силой тока. Есть даже модели, которые позволяют заряжать аккумуляторы ноутбуков с номинальным напряжением 19 вольт током 4 ампера. Узнать максимально допустимый ток для зарядки аккумуляторной батареи своего устройства можно узнать из документации или посмотреть на штатной зарядке. Для АКБ смартфонов обычно 1, а для планшетов – 2 ампера;
«Лягушка». Так называют универсальные зарядные устройства. Обычно они используются для зарядки литиевых АКБ для мобильных телефонов. Одна из таких «лягушек» показана на изображении ниже. Конструкция включает в себя док для установки батареи и контакты, регулируемые по ширине для различных моделей. Для информирования об окончании зарядки имеется светодиодная индикация.

Зарядное устройство «лягушка»

Как видите, заряжать литий─ионный аккумулятор можно различными способами. Но рекомендуется заряжать АКБ штатной зарядкой, а остальные методы использовать только в случае необходимости. Сразу после покупки гаджета привыкайте к его корректной зарядке. О том, как правильно заряжать новый аккумулятор смартфона, можно прочитать по указанной ссылке.
Вернуться к содержанию

Эксплуатация Li─Ion батарей

Теперь коротко расскажем об основных правилах эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.

Калибровка

Эту процедуру следует проводить раз в 3 месяца. Она заключается в полной разрядке и последующей полной зарядке АКБ. Это необходимо делать, чтобы контроллер аккумулятора «откалибровал» границы заряда и разряда батареи.

Калибровка литий─ионного аккумулятора

При ручной калибровке вам нужно дождаться выключения телефона, планшета или другого гаджета. Потом в выключенном состоянии ставите устройство на зарядку. Продолжительность до полной зарядки вы можете посмотреть по паспорту. После вынимаете и вставляете аккумуляторную батарею, включаете устройство и смотрите уровень заряда. Если он меньше 100%, то выключаете устройство и снова заряжаете. Так нужно делать до тех пор, пока при включении не будет показан полный уровень заряда.

Для калибровки также можно использовать утилиты, которые существуют для iOS и Андроид.

Если вам интересна переделка шуруповёрта на литиевые аккумуляторы 18650, можете прочитать статью по ссылке.

Хранение

При длительном хранении раз в три месяца проводите полный заряд-разряд аккумулятора и снова заряжайте его до 50%.

В современных гаджетах используется всё больше литий─полимерных аккумуляторов. Этот тип батарей появился не так давно. Их конструкция и используемые материалы постепенно совершенствуются. Li─Pol аккумуляторы можно встретить в планшетах, некоторых моделях смартфонов и ноутбуков. Также они широко используются в игрушках и моделях на радиоуправлении. К нам приходит довольно много вопросов о том, как заряжать такие аккумуляторы. Об этом уже упоминалось в некоторых статьях. Поскольку эта тема пользуется большим спросом, мы решили вынести её в отдельную заметку.

Особенности литий─полимерных аккумуляторов

Этот вид литиевых батарей был разработан в результате совершенствования конструкции и функционирования литий─ионных АКБ. В последних используется жидкий электролит, из-за чего возникает ряд проблем при их эксплуатации. В результате специалисты разработали литий─полимерные аккумуляторы, которые имеют аналогичный принцип действия, но несколько иную конструкцию и другой электролит.

В Li─Pol аккумуляторах был использован сухой электролит, представляющий собой твёрдый полимера. Выглядит он как пластиковая плёнка. Структура полимера такова, что ток он не проводит. Однако не мешает обмену ионами, подразумевающему передвижение через него заряженных ионов. То есть, этот полимерный материал выступает как в роли электролита, так и непроводящего тока сепаратора между электродами. Кроме того, в современных образцах литий─полимерных аккумуляторах добавлен гелеобразный электролит с ионами лития.

Остаётся только добавить, что литий─полимерные аккумуляторы могут выполняться малой толщины (до 1 мм) и практически любой формы. Кроме того, вместо стального или алюминиевого корпуса, как в Li─Ion, в них используется фольга. В большинстве из них обязательно присутствует контроллер заряда и разряда аккумуляторного элемента.

Как правильно заряжать и эксплуатировать Li─Pol аккумуляторы?

Теперь непосредственно о том, как заряжать литий─полимерные АКБ и об их правильной эксплуатации. Для начала нужно понять, что литий─полимерная аккумуляторная батарея должна весь срок эксплуатации иметь напряжение в определённых рамках. Эти границы в большинстве случаев от 2,7 до 4,2 вольта. Эти значения соответствуют минимальному заряду и максимальному.

Li─Pol аккумуляторная батарея

Стоит также понять, что ёмкость аккумулятора представляет собой количество запасённой энергии, которое он отдает, полностью разряжаясь со стопроцентной зарядки. Часто у этих аккумуляторных батарей верхний порог по напряжению ограничивается значением 4,1 В. При этом немного снижается ёмкость, но увеличивается срок службы батареи. Ведь для Li─Pol аккумуляторов вредны пограничные состояния (полного заряда и разряда). Это объясняется тем, что в таком состоянии ионы лития максимально внедрены в кристаллическую решётку катода или анода. Нахождение в таких пограничных состояниях даже непродолжительное время отрицательно сказывается на сроке его службы.

Так, что добиться максимального срока эксплуатации литий─полимерного аккумулятора можно, поддерживая уровень его заряда на уровне 40─60 процентов. Часто аккумуляторные батареи в продаже имеют примерно такой уровень заряда. Эти границы могут быть проконтролированы самим пользователем, а минимум и максимум заряда АКБ контролирует специальная плата. Она называется контроллером заряда-разряда.

Пользователям можно дать совет заряжать аккумулятор, не дожидаясь полного разряда. Также не следует заряжать его «под завязку». При 80% заряда вполне можно его отключать от адаптера. Остаётся только добавить, что в электронике (планшеты, ноутбука, смартфоны) работа платы-контроллера часто дополнена схемой питания в самом устройстве.
Вернуться к содержанию

О чём нужно помнить пользователям при зарядке АКБ?

Для пользователя можно назвать ряд простых правил при эксплуатации Li─Pol аккумуляторов:

Литий─полимерный аккумулятор представляет собой модифицированный вариант литий─ионных батарей. Главное отличие заключается в применении полимерного материала, исполняющего роль электролита. В этот полимер добавляются токопроводящие включения с соединениями лития. Подобные аккумуляторы в последние годы активно развиваются и используются в мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках, радиоуправляемых моделях и другой технике. Несмотря на то что литиевые аккумуляторы неспособны обеспечивать высокие токи разрядки, некоторые специальные разновидности полимерных АКБ могут отдавать ток, значительно превышающий их ёмкость. Поскольку литий─полимерные аккумуляторы быстро распространяются на рынке, нужно иметь представление об их устройстве, правилах эксплуатации и технике безопасности при обращении с ними. Об этом речь пойдёт в нашем сегодняшнем материале.

Устройство и основные особенности Li─Pol аккумуляторов

Преимуществом замены жидкого органического электролита в литий─ионных аккумуляторах на полимерный является повышение безопасности эксплуатации АКБ. Это очень важно для аккумуляторов литиевого типа. Именно безопасное использование в коммерческих целях с самого начала сдерживало их развитие. Кроме того, полимерный электролит даёт значительно больше свободы при выборе формы аккумуляторной батареи.

В основу устройства Li─Pol аккумуляторных батарей был положен процесс перехода ряда полимеров в полупроводниковое состояние при внедрении ионов электролита в них. При этом проводимость возрастает в несколько раз. Исследователи в основном были заняты подбором полимерного электролита для АКБ с металлическим литием и Li─Ion моделей. В теории допускается увеличение энергетической плотности батарей с полимером в несколько раз по сравнению с литий─ионными. На сегодняшний день можно выделить несколько групп Li─Pol аккумуляторов, отличающихся по составу электролита:

С гелеобразным гомогенным электролитом. Он получается в результате внедрения в структуру полимера солей лития;
С сухим полимерным электролитом. Этот тип изготавливается на основе полиэтиленоксида с разными солями лития;
Электролит в виде микропористой полимерной матрицы, в которой сорбированы неводные растворы литиевых солей.

Если сравнивать полимерный и жидкий электролит, то стоит отметить меньшую ионную проводимость первого. Она существенно снижается при отрицательных температурах. Так, что одна проблема была в том, чтобы подобрать состав для электролита с высокой проводимостью. А вторая важная задача была в расширении диапазона рабочих температур полимерных АКБ. Модели литий─полимерных аккумуляторов, используемых в современной технике, по своим характеристикам не уступают Li─Ion.

Поскольку в полимерной батарее отсутствует жидкий электролит, их безопасность при эксплуатации значительно выше. Кроме того, они могут выполняться практически любой формы и конфигурации.

Контейнеры некоторых моделей, в которых находится сама банка, выполнены из металлизированных полимер. Из-за кристаллизации полимерного электролита параметры этих АКБ значительно снижаются при отрицательных температурах.

Есть разработки полимерных АКБ с металлическим анодом. Учёным удалось добиться высокой плотности тока и значительного расширения рабочего интервала температур. Эти разновидности аккумуляторов также могут использоваться в различной портативной электронике и бытовой технике. Выпуском подобных аккумуляторов уже занимаются многие ведущие компании.

Причём у разных производителей могут отличаться материалы электродов, состав электролита и сама технология сборки. По этой причине сильно отличаются и параметры этих АКБ. Однако все производители сходятся в том, что стабильность работы Li─Pol сильное влияние оказывает однородность полимерного электролита. А она зависит от температуры полимеризации и соотношения компонентов.

Сейчас уже есть множество проведённых экспериментов, которые доказывают более высокий уровень безопасности полимерных АКБ по сравнению с ионными. Это касается перезаряда, ускоренного разряд, вибрации, сжатия, короткого замыкания, прокалывания литий─полимерных батарей. Так, что этот вид аккумуляторов имеет самые хорошие перспективы развития. Ниже приведены результаты тестов на безопасную эксплуатацию Li─Pol аккумуляторов.

Вид испытаний	Аккумулятор с гель-полимерным электролитом	Аккумулятор с жидким электролитом
Прокол иглой	Не было изменений	Взрыв, дым, протечка электролита, повышение температуры до 250°С
Нагрев до 200°С	Не было изменений	Взрыв, протечка электролита
Ток короткого замыкания	Не было изменений	Протечка электролита, повышение температуры на 100°С
Перезаряд (600%)	Вздутие	Взрыв, протечка электролита, повышение температуры на 100°С
Вид испытаний	Аккумулятор с гель-полимерным электролитом	Аккумулятор с жидким электролитом

Есть примеры литий─полимерных аккумуляторов, которые имеют толщину 1 миллиметр. Такие модели позволяют конструкторам мобильных устройств создавать очень компактную аппаратуру. Это открывает новые возможности по уменьшению размеров электронных устройств. Для уменьшения внутреннего сопротивления Li-Pol аккумуляторов добавляется гелевый электролит. В батареях, которые используются в мобильных телефонах, применяется такая разновидность электролита. Они сочетают в себе черты полимерных и ионных батарей.

В чём же разница между Li─Ion и Li─Pol аккумуляторными батареями. Они относятся к литиевым аккумуляторам и близки по своим электрическим характеристикам. Но полимерные модели используют твёрдый электролит. Гелевая составляющая вносится в электролит для снижения внутреннего сопротивления батареи и стимуляции ионообменных процессов.
Вернуться к содержанию

Характеристики Li─Pol аккумуляторных батарей

По своей энергоёмкости литий─полимерные аккумуляторные батареи имеют удельную энергоёмкость в 4─5 раз больше никель─кадмиевых и в 3─4 раза выше никель─металлогидридных. Оба этих типа относятся к щелочным АКБ. Сравнение производится именно с ними, поскольку в основном литиевые батареи заменили щелочные в мобильной электронике.

Li─Pol батареи имеют ресурс в 500─600 циклов заряд-разряд (при токе разряда 2С). По этому показателю они проигрывают кадмиевым (1 тысяча циклов) и примерно соответствуют металлогидридным. Технология производства и конструкция постоянно совершенствуется и в будущем, возможно, характеристики улучшаться. Стоит также отметить, что за 1─2 года полимерная АКБ теряет примерно 20% от своей ёмкости. По этому параметру они соответствуют ионным аккумуляторам.

Следует отметить, что среди полимерных батарей для коммерческого использования есть 2 крупные категории. Это обычные и быстроразрядные. Последние ещё часто называют Hi discharge. Различие между этими группами заключается в максимально допустимом разрядном токе. Он может указываться в абсолютной величине или кратно номинальной ёмкости.

Например, 3С. Для обычных аккумуляторных батарей максимальный ток разряда не более 3─5С. Быстроразрядные модели имеют максимальный ток разряда 8─10С. Масса быстроразрядных АКБ приблизительно на 20 процентов выше, чем у стандартных моделей. В маркировке таких батарей присутствуют символы HC или HD.

KKM2500 обозначает обычную модель ёмкостью 2500 мАч, а маркировка KKM2000HD расшифровывается, как быстроразрядный аккумулятор ёмкостью 2000 мАч. Быстроразрядные модели не используются в бытовой технике и потребительской электронике. АКБ из сотовых телефонов и планшетов не выдерживают высоких разрядных токов, и поэтому оснащены защитой от таких режимов эксплуатации.
Вернуться к содержанию

Сферы применения литий─полимерных АКБ

Области применения литий─полимерных аккумуляторов вытекают из задач, которые ставились при их разработке. Это увеличение времени работы устройства и уменьшение его веса. Стандартные Li─Pol модели работают в разной электронике, имеющей невысокие токи потребления. Это ноутбуки, смартфоны, электронные книги, планшеты.

Модели, предусматривающие быстрый разряд, ещё называются «силовыми». Они используются в тех устройствах, где необходимо высокое потребление тока. Наиболее известная сфера применения «силовых» аккумуляторов – это модели на радиоуправлении. Этот рынок является наиболее привлекательным для производителей полимерных АКБ. В сфере работы устройств с очень высокими разрядными токами (до 50 С) литий─полимерные аккумуляторы проигрывают щелочным. Возможно, в будущем литиевые модели преодолеют это ограничение. По цене они примерно соответствуют никель─металлогидридным.
Вернуться к содержанию

Эксплуатация литий─полимерных аккумуляторных батарей

Безопасность

Аккумуляторы литиевого типа в целом, и полимерные в частности, требуют довольно деликатного обращения при эксплуатации. Что требуется запомнить при эксплуатации Li─Pol аккумуляторных батарей:

Вреден излишний заряд аккумулятора (выше 4,2 вольта на один аккумуляторный элемент);
Нельзя допускать короткого замыкания;
Недопустим разряд токами, которые приводят к нагреву аккумулятора более 60 градусов Цельсия;
Нельзя разгерметизировать АКБ;
Нельзя разряжать аккумулятор ниже 3 вольт;
Недопустим нагрев выше 60 градусов;
Не допускается хранение в разряженном виде.

Если не соблюдать эти правила, то это может привести к пожару в худшем, и значительной потере ёмкости в лучшем случае.

В связи с этим можно дать несколько рекомендаций по безопасному использованию литий─полимерных аккумуляторов. Для начала следует приобрести качественное зарядное устройство и выставлять на нём корректные настройки. Кроме того, рекомендуется применять разъёмы, которые не допускают короткое замыкание. Обязательно контролируйте ток, который потребляется устройством.

Стоит также отметить, что нужно соблюдать температурный режим и не допускать перегрева полимерной батареи. Это слабое место всех аккумуляторов литиевого типа. Если аккумулятор нагреется до 70 градусов, то в нём начинается самопроизвольная реакция, которая энергию превращает в тепло. В результате воспламенение, а иногда и взрыв. Если есть возможность контролировать напряжение аккумулятора, то за ним особенно пристально нужно следить в конце разрядки.

Ещё одной причиной выхода литиевых АКБ из строя, является разгерметизация. Внутрь полимерной аккумуляторной банки ни в коем случае не должен проникнуть воздух. Изначально корпус герметичен и его не следует подвергать ударам, ронять. Если вы занимаетесь пайкой выводов, то делать это нужно крайне аккуратно.

Зарядка

Процесс зарядки полимерных аккумуляторов аналогичен зарядке ионных и выполняется достаточно просто. Это делается при постоянном напряжении 4,2 вольта на один элемент с верхним порогом по току 1C. Некоторые «силовые» модели АКБ можно заряжать током до 5C. Зарядка завершается после падения тока до 0,2С. При токе 1C набирается около 80 процентов ёмкости батареи. На полную зарядку Li─Pol аккумулятора требуется примерно 2 часа. Зарядное устройство должно обеспечивать высокую точность поддерживаемого напряжения в конце процесса зарядки. Допуск не более 0,01 вольта. На рынке зарядных устройств (ЗУ) имеется две категории. Простые зарядки по цене 20─50$, которые заряжают только литиевые АКБ. И универсальные ЗУ по цене 80─400$, с помощью которых можно заряжать несколько типов аккумуляторов.

Недорогие ЗУ имеют индикацию на светодиодах. Число банок и ток заряда ставится при помощи переключателей или установки аккумуляторов в разные разъёмы. Их несомненным плюсом является цена. К главным недостаткам следует отнести проблемы с корректным определением завершения зарядки. Такие устройства только отличают переход от стадии заряда постоянным током к заряду постоянным напряжением.

Более дорогие устройства имеют расширенные возможности. Они отслеживают и выводят на информационный дисплей ток, напряжение, ёмкость, набранную аккумулятором.

Это позволяет им более точно отслеживать стадии процесса зарядки и его завершение. Пользователю остаётся только установить число банок и ток заряда. Остальное ЗУ сделает самостоятельно.

Большинство мобильных устройств сегодня работают на литий-полимерных (Li-Pol) аккумуляторах, которые постепенно заменяют литий-ионные (Li-ion) образцы. Их основными особенностями стали компактные габариты, низкий уровень саморазряда, высокая плотность батареи, а также отсутствие эффекта памяти. Несмотря на довольно внушительный список преимуществ, срок службы у Li-Pol аккумуляторов все же ограничен.

Чтобы надолго сохранить изначальное время автономной работы смартфонов, рекомендуем соблюдать несколько простых правил по зарядке полимерного аккумулятора.

Заряжать качественным блоком питания

Ввиду особенностей двухфазного процесса подзарядки у литий-полимерных АКБ выполнять данную процедуру можно лишь с помощью подходящего по техническим параметрам устройства. Если оригинальное устройство вышло из строя или по каким-либо причинам недоступно, нужно подобрать качественный аналог .

Чтобы сделать это правильно, необходимо ознакомиться с допустимым для Li-Pol батареи уровнем входного напряжения. Само оборудование должно быть исправным, ведь поврежденная вилка или шнур способны привести к внезапному самовозгоранию.

Не доводить до максимальной разрядки

Чтобы со временем эксплуатации литий-полимерная батарея не теряла емкость слишком быстро, рекомендуем не разряжать ее полностью . Пользуясь телефоном, лучше всего удерживать запас его АКБ в пределах 30-80%. С одной стороны, это позволит предотвратить вредоносное истощение батареи, с другой — не даст ей получать избыточное количество энергии.

По этой причине часто рекомендуется не оставлять подключенный к розетке смартфон на ночь, хотя на самом деле в этом нет ничего страшного . Бояться слишком частых подзарядок не стоит, так как они никак не влияют на жизненный цикл Li-Pol батареи.

Поддерживать подходящую температуру

Литий-полимерные аккумуляторы довольно чувствительны к условиям окружающей среды, особенно в процессе зарядки. Действие как слишком низких, так и очень высоких температур негативно сказывается на «здоровье» АКБ. Важно не нагружать заряжающийся смартфон слишком тяжелыми задачами, предотвращая тем самым излишний нагрев батареи. Также не следует оставлять телефон около источников дополнительного тепла или под прямыми солнечными лучами. Если по причине плотного чехла телефон перегревается во время зарядки, его лучше снять.

Это были базовые рекомендации, позволяющие значительно продлить срок службы Li-Pol батареи. Несмотря на то, что обычно аккумулятор смартфона рассчитан только на 2-3 года безотказной работы, соблюдение вышеописанных правил и этих советов позволит заметно увеличить данный период, а также предотвратит раннее снижение общей емкости АКБ.

Читайте также: