Правила зарядки литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи не так привередливы, как никель-металл-гибридные, но и они нуждаются в уходе и аккуратной эксплуатации. Причём, соблюдение всех правил приведёт не только к увеличению жизненного цикла устройств, но и позволит существенно сэкономить на этом деньги.

Особенности Li-ion батарей

В подобной батарее основа отрицательного электрода представлена углеродсодержащими веществами со структурой, упорядоченной полностью, либо частично. Исходя из материала будет изменяться процесс интерполяции Li в C. Положительный электрод, как правило, выполнен из кобальта или оксида никеля.

Аккумуляторы (АКБ) Li-ion не позволяют безгранично превышать уровень заряда.

АКБ имеют достаточно высокие характеристики, отличные у разных изготовителей. Номинальное напряжение 3,7−3,8 В при максимуме 4,4 В. Внутреннее сопротивление от 5 до 15 мОм/1Ач. Энергетическая плотность 110−230 Вт*ч/кг.

Зарядка проходит в 2 стадии:

1. До конкретного момента течёт предельно высокий зарядный ток.
2. Как только достигнуты рабочие характеристики, ток постепенно понижается до 3% от наибольшей величины.

Достоинства:

• большая плотность разрядных токов и накопившейся энергии;
• выдача более высокого напряжения;
• наименьший саморазряд – 4–6% за мес., 10–20% за год;
• полная зарядка, а затем разрядка до конца после приобретения новой батареи не требуются;
• рабочий ресурс около 10 лет;
• возможна регулярная небольшая подзарядка;
• большой разброс рабочих температур – от -20 до + 50 °С;
• эффективно сохраняет энергию, потеря не больше 5% накопленной ёмкости в мес.;
• можно долго хранить в рекомендуемых изготовителем условиях;
• возможно создавать Li-Ion батареи разных форм и габаритов;
• малая масса;
• большой запас рабочих циклов разряда-заряда (более 1000);
• лёгкость в применении и уходе.

Минусы:

• повышенная восприимчивость к режиму разряд-заряд, в связи с чем нужны встроенные элементы для обеспечения безопасности;
• период эксплуатации значительно понижается при неконтролируемой разрядке;
• полный разряд сильно уменьшает время службы;
• при различных температурах разрядка проходит с разной скоростью. Чем она выше, тем больше потеря ёмкости;
• на катоде при неполной зарядке не все ионы успевают преодолевать барьер высвобождения, оставшись в пограничном положении. При разряде они при попытке возвратиться на свою позицию встречаются с подобными частичками. Это негативно влияет на структуру электрода.
• при неполном заряде при разрядке АКБ будут создаваться «микроэффекты» памяти. Это обусловлено динамикой ионов, которая сильно ухудшится.

Правила использования и зарядки литий-ионных аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы следует заряжать правильно, для этого следует соблюдать несколько правил.

Не допускайте полного разряда

Старайтесь сохранять заряд на уровне 20─80% от полной ёмкости.

Если уровень заряда не будет ниже 80%, то аккумулятор будет работоспособным намного дольше, и число циклов разряда может достичь даже 5000. Соответственно, при постоянной разрядке, число циклов может не превысить и 500.

Но, полную разрядку надо делать 1 раз в месяц.

Использование оригинальных аккумуляторов и зарядного устройства

Приобретать очень дешёвые литий-ионные батареи нельзя, ведь это может негативно влиять на смартфон.

Причина этого – малое выходное напряжение таких устройств. Поэтому необходимо использовать оригинальные брендовые аккумуляторы.

Это же касается и зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Дешевые китайские копии могут не выдавать стабильного напряжения или выходное напряжение не будет соответствовать указанному на упаковке зарядки. Это чревато не только быстрым выходом из строя батареи, но и полной поломкой контроллера заряда или устройства в которое установлена батарея.

Способ хранения

Хранить Li-ion АКБ следует:

1. В прохладном и сухом месте (извлечёнными из смартфона или другого устройства).
2. Оптимальная температура +1-+25°С, допустимые показатели 0-+40°С.
3. Запрещено замораживать батареи.
4. В заряженном состоянии (наилучший показатель уровня заряда – 30%) для предотвращения падения напряжения при саморазрядке меньше 2,5 В.

Перегрев и переохлаждение

Недопустимо нагревание выше +50ºC. Батареи подобного вида плохо переносят очень низкие температуры. За ночь при -40ºC заряд может упасть до нулевой отметки, да и ёмкость снизится на 5-10%.

Производители аккумуляторов

Основные отечественные производители:

• НПО ССК;
• ОАО «НИАИ «Источник»;
• НИИХИТ-2;
• АК Ригель.

Зарубежные изготовители:

• Altair Nanotechnologies;
• A123 Systems;
• Ener1 Battery Company;
• Saft Batteries;
• Samsung SDI.

Число циклов заряда

Период службы подобных батарей определяется числом циклов полного разряда. Тем не менее, продолжительность работы АКБ возможно повысить.

Степень саморазряда у таких батарей 3-5% в мес., что даёт возможность долго хранить устройства. Это можно объяснить тем, что Li-ion батареи в отличие от серебряно-кадмиевых не подвергаются сульфатации. При длительном хранении (больше 1 года) необходимо регулярно их подзаряжать. Но, если верно их хранить, АКБ будут в рабочем состоянии и спустя несколько лет.

При долгой поддержке большого заряда на батарее (70-80%) и регулярной подзарядке, период службы может быть увеличен до 5 тыс. циклов.

Время зарядки

Время зарядки определено процессом восстановления ёмкости. Есть полный и частичный заряд.

Рассчитать время зарядки можно по формуле: Х (час.) = 1,4 * Y (мА*ч) / Z (мА), где 1, 4 – коэффициент («скидка» на тепловую отдачу).

Так, если ёмкость 2400 мАч, при этом зарядный ток 150, то получится: 1,4*2400/150 = 22,4 часа.

Единица ёмкости – ампер-часы. Следовательно, при подаче заряда, который будет численно равен ёмкости, за 1 час на клеммах образуется необходимое напряжение, а энергозапас составит 70-80%. Для быстрой зарядки (примерно час) нужно подать ток 1С-2С.

На графике видно, как зависит скорость зарядки от тока и напряжения:

Первая зарядка

Подобные аккумуляторы продают с зарядом на 2/3 от ёмкости. Нельзя полностью их разряжать, тем самым сразу забирая половину периода службы. Достаточно просто зарядить до максимума.

«Раскачивать» (несколько циклов полного разряда-заряда) новую батарею тоже нет необходимости, поскольку у них практически отсутствует эффект памяти. Раньше, когда использовались батареи другого типа, «раскачка» действительно помогала увеличить емкость. Но с Li-ion аккумуляторами это уже не актуально.