Устройство и характеристики Li-Ion аккумуляторов на примере элементов 18650

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы — относительно новый продукт, но быстро завоевывающий признание среди пользователей. Это связано с заметным преимуществом их характеристик по сравнению с ранее использовавшимися Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторами.

Характеристики и особенности Li-Ion аккумуляторов

Одним из важнейших преимуществ литий-ионных аккумуляторов является высокая плотность энергии, которая связана с массой батареи. Например, этот параметр для ячеек Ni-Cd обычно составляет 45…80 Вт-ч/кг, для Ni-MH элементов 60…120 Вт-ч/кг, а для Li-Ion — 110…160 Вт-ч/кг.

Высокая плотность энергии аккумуляторов позволяют существенно снизить вес устройств, питающихся от них, что особенно важно в случае ноутбуков, мобильных телефонов и прочих носимых устройств. Еще одна очень важная особенность литий-ионных аккумуляторов — это полное отсутствие эффекта памяти и так называемых «ленивых элементов», с которыми сталкиваются владельцы Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов.

Напомним, что речь идет об уменьшении мощности элемента, если он недостаточно разряжен перед следующей зарядкой. Можно использовать литий-ионные аккумуляторы, не опасаясь ухудшения параметров, подзаряжая их при необходимости – в дальнейшем не потребуется пройти полный цикл зарядки.

Напряжение литий-ионного элемента значительно выше, чем в элементах Ni-Cd и Ni-MH. Это связано с его внутренним устройством и происходящими в аккумуляторе электрохимическими явлениями. Электролитом здесь являются соли лития, растворенные в органических соединениях.

Ионы лития движутся между катодом из оксидов металлов и анода из пористого углерода (графита). Среднее выходное напряжение литий-ионного элемента составляет примерно 3,6 В, которое снижается постепенно по мере разрядки от допустимого максимального значения до минимума. С практической точки зрения это полезная функция, поскольку позволяет постоянно контролировать уровень разряда аккумулятора по его напряжению.

Напряжение в Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторах остается почти постоянным в течение длительного времени (на уровне примерно 1,2 В), а затем резко уменьшается при возникновении разряда (см. разрядные характеристики на графике). Отследить состояние заряда таких элементов крайне затруднительно, поэтому они могут неожиданно прекратить питание гаджета во время его работы.

Еще лучшие характеристики демонстрируют литий-полимерные аккумуляторы, которые являются усовершенствованными литий-ионными элементами. Отличием является применение сухого полимерного материала вместо жидкого электролита. Это существенная разница, которая обеспечивает более высокий уровень безопасности и допускает большие токи нагрузки батарей на основе лития. Новая технология позволяет создавать элементы питания любой формы и размеров.

Хранение и эксплуатация литий-ионных модулей

Пользователи всех типов аккумуляторов должны учитывать саморазряд, т.е. падение напряжения на неиспользуемых элементах с течением времени. У литий-ионных аккумуляторов он намного меньше, чем у Ni-Cd и Ni-MH. Минимальное напряжение литий-ионных элементов, которое нельзя допускать, составляет 2,4 В. Более глубокий разряд аккумулятора может привести к его необратимому повреждению.

При эксплуатации литий-ионных аккумуляторов необходимо также следить за перезагрузкой. Превышение предельного значения напряжения на 10…15% также может вызвать необратимое повреждение элемента, или, в лучшем случае, потерю его работоспособности. У прежних типов аккумуляторов иногда происходили опасные взрывы. Современные аккумуляторы оснащены эффективными средствами защиты от таких случаев.

Под выступом положительного электрода размещена проводящая шайба ПТК (положительного температурного коэффициента). Когда верх элемента перегревается, электрическое сопротивление ПТК значительно увеличивается. При остывании аккумулятора сопротивление шайбы вновь становится минимальным.

Ниже ПТК находится УПТ или устройство прерывания тока. Конструктивно это еще один металлический диск с углублением по центру. При возникновении опасного давления внутри элемента диск изгибается и размыкает электрический контакт. После этого давление газа, вызванного высокой температурой, исчезнет, однако работоспособность элемента уже не восстановится.

К сожалению, системы защиты вносят дополнительное внутреннее сопротивление элемента порядка 0,1 Ом. В итоге общее внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора составляет приблизительно 0,5 Ом. Для бережного обращения с аккумуляторами рекомендуется использовать зарядные устройства, предназначенные для определенных типов батарей.

Примером современных литий-ионных аккумуляторов является серия CGR18650 компании Panasonic. Эти аккумуляторы производятся в виде отдельных элементов и батарей, состоящих из нескольких штук. Устройство литий-ионных аккумуляторов данной серии представлено на рисунках выше.

Стандартные конфигурации были выбраны для удовлетворения типичных потребностей пользователя, включая номинальное напряжение , мощность и максимальный ток нагрузки. Второстепенный параметр – размеры модулей. Стандартные варианты батарей на базе элементов 18650 представлены в таблице.

Стандартные варианты батарей на базе элементов 18650
МаркировкаНомин. напряж., ВЕмкость, мА-ЧМакс. ток, АКофигур.Размеры
CGR18650CG/1S1P3,6250021×120×66×23
CGR18650CG/1S2P3,6440021×238×67×21
CGR18650CG/1S3P3,6660061×357×67×21
CGR18650CG/1S4P3,6880061×475×67×21
CGR18650CG/2S1P7,2220022×138×68×21
CGR18650CG/2S2P7,2440032×238×68×40
CGR18650CG/2S3P7,2660062×358×68×38
CGR18650CG/2S4P7,2880082×477×68×38
CGR18650CG/3S2P10,8440043×256×67×41
CGR18650CG/3S1P10,8220023×156×67×23
CGR18650CG/3S3P10,8660063×356×67×60
CGR18650CG/3S4P10,8880083×479×67×56
CGR18650CG/4S1P14,04220024×175×67×23
CGR18650CG/4S2P14,04440044×275×67×42
CGR18650CG/4S3P14,04660064×375×67×60
CGR18650CG/4S4P14,04880084×475×67×79

В ячейках содержится от 1 до 16 штук. Зачастую по заказу потребителя производятся нестандартные блоки. Аккумуляторы серии 18650 имеют следующие плюсы:

  • большую емкость и малый вес (один элемент — около 45 г);
  • длительный срок службы (3…5 лет);
  • защиту от перегрузки и выделения вредных веществ.

Хранить литий-ионные элементы и блоки рекомендуется при пониженной температуре с периодическим контролем их состояния. Хотите узнать, что там внутри? Смотрите видео!

Оцените статью:
1 балл из 52 балла из 53 балла из 54 балла из 55 баллов из 5
Loading...Loading...
Поделитесь с друьями!
Своими руками: от поделок в саду до строительства дома
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: