Стадии заряда Li-Ion аккумуляторов
последние дополнения 26.03.2003
Для информации:
Зарядное устройство для Li-Ion аккумуляторов подобно зарядному устройству для свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA) в части ограничения напряжения на аккумуляторе. Основные различия между ними заключаются в том, что у зарядного устройства для Li-Ion аккумуляторов - выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3,6V против 2V для SLA), более жесткий допуск на это напряжение и отсутствие тонкоструйного или плавающего подзаряда по окончании полного заряда.
В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, то для Li-Ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-Ion аккумуляторов с графитовым электродом - 4,1V, с коксовым электродом - 4,2V, допуск на установку для обоих типов ±0,05 V на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-Ion аккумуляторов, вероятно, будут другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.
Более высокое значение порога напряжения обеспечивает большее значение емкости, поэтому в интересах изготовителя выбрать максимально возможный порог напряжения без нарушения безопасности. Однако на величину этого порога влияет температура аккумулятора, и его устанавливают достаточно низким для того, чтобы допустить повышенную температуру при заряде. Вмешательство потребителя в любое Li-Ion зарядное устройство не рекомендуется.
В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять порог напряжения, правильная установка этого порога должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-Ion типа. Однако большинство изготовителей не обозначают тип Li-Ion аккумулятора. И если напряжение установлено неправильно, то коксовый аккумулятор выдаст более низкое значение емкости, а графитовый будет немного перезаряжен. При умеренной температуре, никакого повреждения не происходит, и более низкое напряжение разряда не повредит графитовому аккумулятору. Ниже приведена таблица, позволяющая сравнить варианты исполнения элементов аккумуляторов с коксовым и графитовым электродами.
| Параметры | Технология изготовления | ||
| Коксовая | Графитовая-1 | Графитовая -2 | |
| Максимальное напряжение заряда | 4,2 V | 4,1 V | 4,2 V |
| Напряжение окончания разряда | 2,5 V | 3 V | 2,5 V |
| Рекомендуемый ток заряда | 0,2C | 0,2C...0,5C | 0,2C...0,5C |
| Повышение температуры при заряде | На 5°C...8°C | От 2°C до 3°C | От 2°C до 3°C |
| Основные изготовители | Sony, Asahi-Toshiba | Sanyo, Panasonic, Hitachi Maxell, Saft | Asahi-Toshiba, Panasonic, Moli, Sony |
Время заряда Li-Ion аккумуляторов приблизительно 3 часа и аккумулятор остается прохладным во время заряда. Полный заряд достигается после того, как напряжение достигнет верхнего порога напряжения, и (and the current has dropped and leveled off to a low plateau ) ток уменьшится до некоторого низкого уровня.
Увеличение зарядного тока в Li-Ion зарядном устройстве не намного сокращает время заряда, особенно для коксового исполнения. Хотя и пик напряжения достигается быстрее, все же лучше более длительный заряд. На рисунке приведены стадии заряда Li-Ion аккумулятора. Наблюдайте сходство с SLA зарядным устройством.
Стадии заряда Li-Ion аккумуляторов
При основном методе заряд оканчивается, как только уровень напряжения достигнут. Такое зарядное устройство более быстрое и простое, чем зарядное устройство с двумя стадиями, но оно может зарядить аккумулятор только до 70% емкости.
Тонкоструйный заряд не применяется, потому что Li-Ion аккумулятор не терпит перезаряда. Тонкоструйный заряд может вызвать металлизацию лития, что приводит к нестабильности элемента. Вместо этого, время от времени для компенсации маленького саморазряда аккумулятора из-за небольшого тока потребления устройством защиты, может применяться кратковременный заряд.
Коммерческие Li-Ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты. Обычно, плавкий предохранитель срабатывает, если напряжение заряда любого элемента достигает 4,3V или температура элемента достигает 100°C (212°F). Переключатель давления в каждом элементе прекращает заряд, если превышен некоторый порог давления; а внутренняя схема управления отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения.
Большинство изготовителей продают Li-Ion элементы только в составе аккумулятора вместе с устройством защиты. Эта предупредительная процедура вызвана возможной опасностью взрыва и воспламенения в случае, если аккумулятор заряжается и разряжается вне безопасных ограничений.
Потенциально может возникнуть проблема, если корпуса аккумуляторов, зарезервированные для NiCd и NiMH аккумуляторов, приспособлены к Li-Ion элементам. Такие аккумуляторы могут заряжаться на не предназначенных для них зарядных устройствах и могут быть причиной опасности, если нет защиты против заряда на таком зарядном устройстве. Рекомендуется изготавливать выводы Li-Ion аккумуляторов несовместимыми с выводами NiCd и NiMH аккумуляторов.
Незаряжаемые литиевые аккумуляторы занимают значительную долю рынка среди таких приложений как видеокамеры, часы и маленькие электронные устройства. Из-за их длительного периода работоспособности и высокой плотности энергии, литиевые аккумуляторы также используются для военных приложений и аварийных устройств.
Меры предосторожности: Никогда не пытайтесь заряжать незаряжаемый литиевый аккумулятор! Попытка зарядить эти аккумуляторы может вызывать взрыв и воспламенение, которые распространяют ядовитые вещества и могут причинить повреждения оборудованию.
Меры безопасности: В случае разрушения, утечки электролита и попадания его на кожу или глаза, немедленно промойте эти места проточной водой. Если электролит попал в глаза, промойте их проточной водой в течение 15 минут и обратитесь к врачу.
Эта информация - отрывок из книги “Batteries in a Portable World “by Isidor Buchmann.
Перевод и техническая редакция Владимира Васильева
Дополнительная информация:
Заряд Li-Ion (Li-polymer) аккумуляторов первоначально осуществляется постоянным током до момента достижения напряжения на аккумуляторе 4,2V, а затем при постоянном напряжении до момента уменьшения тока до величины, равной 0,05С. После этого заряд полностью прекращается. Типовые характеристики быстрого заряда Li-Ion и Li-polymer аккумуляторов в зависимости от тока заряда приведены на рисунке.
Типовые характеристики быстрого заряда Li-Ion (Li-polymer) аккумуляторов