Чего боятся li ion аккумуляторы

Полный разряд Li-Ion (литий-ионных) аккумуляторов и полный заряд — правда и мифы

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) широко распространен в современной бытовой электронной технике. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили.

У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов. Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете свой телефон. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить телефон на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100.

Данный процесс специалисты описывают таким показателем как Глубина Разряда (Depth Of Discharge). Если ваш телефон разряжен до 20%, то Глубина Разряда составляет 80%. В следующей таблице показана зависимость количества циклов разряда литий-ионного аккумулятора от глубины разряда:

Считается, что Li-Ion аккумулятор в устройстве нельзя разряжать до нуля процентов. При разрядке до

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 зарядными устройствами зарядить его уже не получится — при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже

3 В контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все — аккумулятор можно нести на помойку. Но тут есть одно очень важное но: 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. То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать аккумулятор до нуля процентов вполне можно.

Полный заряд на протяжении длительного времени также же вреден для литий-ионных аккумуляторов, как и постоянная разрядка до нуля. Из-за крайне нестабильного процесса заряда (мы часто заряжаем телефон как придется, и где получится, от USB, от розетки, от внешнего аккумулятора) специалисты рекомендуют раз в 3 месяца полностью разряжать аккумулятор и после этот заряжать до 100% и подержать на зарядке 8 — 12 часов. Это помогает сбросить так называемый верхний и нижний флаги заряда аккумулятора.

Считается, что Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд. При перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора — контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют испорченное устройство.

Источник

Литиевый аккумулятор на морозе

Статья обновлена: 2020-08-21

Пользователи литиевых батарей не понаслышке знают, что на холоде заряд исчерпывается быстрее. Это характерно не только для аккумуляторов смартфонов. Любая литиевая батарея на морозе теряет свою емкость, а насколько – зависит от химического состава используемого электролита. Наиболее подходящими для эксплуатации в холодный период считаются батареи типа LiFePO4 – литий-железо-фосфатные. Литиевые элементы питания другого химического состава также используются зимой, но по сравнению с эксплуатацией в теплый сезон эффективность их работы падает.

Что происходит с Li-ion аккумуляторами на морозе?

Из-за снижения температуры электролита уменьшается скорость движения ионов и интенсивность прохождения химических реакций. На практике это выглядит так: при комнатной температуре аккум имеет заряд 100%, а после попадания на улицу и дальнейшего пребывания на холоде падает до 80% и ниже, не считая расходования энергии на питание устройства. Но потеря емкости литий-ионных аккумуляторов на морозе – временное явление. При последующем прогреве до комнатной температуры характеристики накопителей энергии полностью восстанавливаются.

Необратимое повреждение происходит только при охлаждении ниже допустимого уровня в -40 °С. Во избежание негативных последствий для большинства литий-ионных АКБ рекомендуется не превышать нижнюю температурную границу в -20 °С, для литий-железо-фосфатных – минус 30 °С. В целом литиевые аккумуляторы и мороз вполне совместимы. Главное – помнить, что на холоде АКБ разряжаются быстрее, а долгое хранение при глубоком разряде ведет к неминуемой смерти батареи.

Можно ли хранить Li-Ion аккумуляторы на морозе?

В отличие от эксплуатации, длительное хранение литиевых аккумов на морозе недопустимо. При низких температурах временно снижается токоотдача, и увеличивается скорость саморазряда источников питания. Это некритично, если после использования АКБ снова окажется в помещении с плюсовой температурой и после нагрева будет заряжена.

Но при долгом хранении на холоде быстрый саморазряд может спровоцировать критическую разрядку источника питания. А при хранении Li-Ion аккумуляторов на протяжении 3-х месяцев или более длительного срока с напряжением ниже 2,5 В емкость теряется необратимо – АКБ утрачивает способность к восполнению заряда. Поэтому заморозка литий-ионным аккумуляторам противопоказана. Оптимальная температура для их хранения– от +1 до +25 °С, допустимая – от 0 до +40 °С.

Хранить литиевые АКБ нужно в сухом месте, извлеченными из оборудования, с уровнем заряда порядка 40%. Это поможет не допустить критического снижения напряжения при саморазряде. Если же напряжение упадет ниже значения 2,5 В на элемент, последующее хранение АКБ в течение 3-х месяцев или более длительного срока приведет к невосстанавливаемому падению емкости. Может произойти и коррозия элементов. При хранении аккумуляторов более 7 дней с напряжением до2 В на элемент происходит критическое изменение их химической структуры. Такие элементы питания подлежат утилизации.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на холоде?

Зарядка литиевых АКБ на морозе недопустима. Более того – после использования при низкой температуре аккумуляторную батарею нужно выдержать в помещении, чтобы она прогрелась. Прогрев должен быть естественным и постепенным, без использования близко расположенных источников тепла.

Оптимальный температурный диапазон для подзарядки литий-ионных АКБ – от +10 до +25 °С. Если зарядить литиевый аккумулятор на холоде, при последующем нагреве накопитель энергии окажется перезаряженным. А перезаряд, как и критический разряд, губительно сказывается на работоспособности батарей и их ресурсе.

Простые правила для сохранения работоспособности АКБ

Уберечь литий-ионные батареи от преждевременного выхода из строя поможет соблюдение нижеприведенных правил:

1. Заряжайте АКБ, не дожидаясь ее глубокого разряда, при положительных температурах.
2. Не заряжайте переохлажденные источники питания. Вначале прогрейте их до комнатной температуры.
3. Используйте оригинальные зарядные устройства, рекомендованные для данной модели АКБ ее производителем.
4. Не храните литиевые батареи на морозе и при температуре выше 30 °С.
5. На длительное хранение отправляйте АКБ с уровнем заряда 35–50%.
6. Не допускайте продолжительного хранения накопителей энергии в состоянии глубокого разряда, иначе они быстро деградируют.
7. Избегайте перезаряда источника питания. Он неизбежен, если полностью зарядить АКБ в прохладе, а затем внести в более теплое помещение.

Морозоустойчивость литиевых аккумуляторов разных типов

​К эксплуатации в холода наиболее адаптированы аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата и литий-титаната (LiFePO4 и Li4Ti5O12). Но для оснащения персонального электротранспорта модели на основе литий-титаната практически не используются из-за высокой цены и низкой удельной энергоемкости. Другое дело – батареи LiFePO4. Они считаются лучшим вариантом для использования в холодное время года, т.к.:

1. способны работать в широком температурном диапазоне – от -30 до +55°C;
2. отличаются малым сопротивлением;
3. долговечны;
4. термически стабильны;
5. терпимы к высокому заряду;
6. могут храниться при высоком напряжении;
7. максимально безопасны в применении, даже при 100% заряде.

Более чувствительны к низким температурам Li-Ion аккумуляторы типа LiCoO2 (литий-кобальтовые), LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель), LiNiMnCoO2 (литий-никель-марганец-кобальт-оксидные, сокращенно NMC).

Способы защиты литиевых АКБ от холода

Чтобы уберечь аккумуляторную батарею от воздействия отрицательных температур, не оставляйте ее надолго на морозе – по возможности снимайте АКБ и заносите в помещение. Защитить батарею от переохлаждения во время работы позволяет использование термокейса. Для его изготовления можно использовать изолон, пенопласт и другие термоизоляционные материалы. В процессе работы АКБ нагреется, а термокейс не даст ей быстро остыть во время непродолжительной стоянки.

Выводы

Боятся ли литиевые аккумуляторы мороза – зависит от химического состава используемого накопителя энергии и соблюдения правил его эксплуатации. Наиболее устойчивы к воздействию отрицательных температур батареи типа LiFePO4. Остальные литий-ионные АКБ также допустимо использовать зимой (до -20 °С), но желательно поместить их в термокейс из теплоизоляционных материалов.

Дальность хода на одном заряде у одной и той же батареи зимой будет ниже, чем в теплое время года, поскольку при снижении температуры временно уменьшается и емкость АКБ. Заряжать и хранить литиевые АКБ нужно исключительно при положительных температурах. После использования в холодных условиях аккумулятор нужно внести в помещение и выдержать 2–3 часа при комнатной температуре, а затем зарядить.

Источник

Как избежать взрыва Li-Ion аккумулятора: советы от Роскачества

Эксперты некоммерческой организации «Роскачество» опубликовали краткую памятку, как избежать возгорания или взрыва литий-ионного аккумулятора в смартфоне или ноутбуке.

В целом, это довольно простые советы, которые помогут избежать перегрева или механического повреждения. Например:

• не оставлять телефон под подушкой (перегрев);
• не запускать игры и другие «тяжёлые» приложения во время зарядки (сильный перегрев), при этом обычное использование на зарядке ничем не грозит;
• не носить смартфон в заднем кармане штанов (если забыть про телефон и сесть на твёрдую поверхность, есть риск взрыва аккумулятора от механического повреждения, что фактически превращает человека с телефоном в заднем кармане в «ходячую бомбу»).

Самый общий совет — не совершать действий, не рекомендованных изготовителем. А если аккумулятор вздулся — не использовать его.

«Всегда найдутся люди, которые несмотря на запрещающие надписи, будут разбирать аккумуляторы, снимать с них „мешающие” защитные схемы или пробовать усовершенствовать их, — говорит директор Национальной ассоциации производителей источников тока „РУСБАТ”, председатель технического комитета Росстандарта ТК044 „Аккумуляторы и батареи” Сергей Орлов, — бросать в огонь, пытаться, сняв защиту, заряжать вне допустимых диапазонов температур, или непредусмотренными изготовителями зарядными устройствами, встроить „самые хай-топовские” аккумуляторы в старые устройства, надеясь увеличить длительность работы устройства или мощность электроинструмента или всякого рода скутеров. Подобные случаи зачастую приводят к фатальным последствиям и даже у самых-самых „продвинутых” разработчиков нет заранее ответов на „что будет если…”,».

Эксперты обращают внимание, что перегрев в любом случае сокращает срок службы аккумулятора.

«Роскачество» пишет, что литий-ионным аккумуляторам жить осталось недолго: «Десятки компаний пытаются создать новый тип аккумулятора: улучшить его энергоёмкость, срок службы и сделать его безопасным. На смену уже «традиционным» литий-ионным аккумуляторам в обозримом будущем (в течение 2–5 лет) придет новое поколение литиевых аккумуляторов, в которых удалось совместить резкое повышение удельных характеристик (в 1,5–2 раза по сравнению с наиболее выдающимися традиционными по энергоемкости и в 10 раз по мощности) с существенным повышением безопасности, так как в них можно практически полностью отказаться от горючих органических веществ, в первую очередь жидкого электролита».

Наконец, что делать в случае возгорания электролита:

• Не прикасаясь к гаджету, выдерните из розетки зарядное устройство, а по возможности — обесточьте все помещение.
• Перекройте доступ к устройству с помощью подручных средств — бросьте гаджет в воду или накройте его чем-то, что плохо горит.
• Если уже началась химическая реакция, остановить её в бытовых условиях не представляется возможным. Необходимо быстро бросить устройство в место, взрыв в котором не причинит ущерба.

Источник

Dacha.news

Часто люди пишут в отзывах к новому инструменту, что «сам инструмент хорош, а вот аккумулятор приказал долго жить уже через полгода», или «пользовался им всего два раза, а аккумулятор сдох».

Список подобных сообщений можно продолжить, но основной смысл в том, что люди инструментом толком не успели попользоваться, как случилось непоправимое. Притом, зачастую, приобретение нового аккумулятора либо вовсе невозможно (поди, найди их для какого-нибудь китайца), либо его цена оказывается сопоставимой с покупкой нового инструмента. Винят, разумеется, сразу производителя инструмента. Однако его вины тут лишь малая доля.

Эта короткая статья поможет вам не пополнить ряды «обманутых покупателей», а также подскажет что делать, если уже все случилось.

Начнем с главного – в большинстве случаев, производитель инструмента не имеет никакого отношения к производителям аккумуляторных элементов, находящихся в его аккумуляторных блоках. Он просто их покупает у тех, кто, по его мнению, предлагает хорошее соотношение цены и качества. Другими словами, аккумуляторные элементы в батареях к инструменту Bosch и какому-нибудь безымянному «китайцу», скорее всего, окажутся от одного и того же производителя, например, японской компании Sanyo или Samsung.

Чаще всего используются аккумуляторные элементы типоразмера 18650 с типичным напряжением 3,6-3,7 В. Эти элементы универсальные и используются везде, где только можно: от батарей ноутбуков до электромобилей. Если речь идет о 10,8-вольтовом аккумуляторе у инструмента, то это значит, что в нем размещено три таких элемента. В 14,4-вольтовом – четыре. В 18-вольтовом – пять. В 22-вольтовом уже шесть, и так далее.

Вот фото 14,4-вольтового аккумулятора Hitachi BCL без крышки. Видно, что в базовой части размещаются четыре аккумуляторных элемента (кстати, производства Sanyo), а в «ноге» – схема управления.

Если Li-ion аккумулятор приказал долго жить

Итак, если беда уже случилась, и ваш аккумуляторный блок не подает признаков жизни, то необходимо всего лишь купить нужное количество аккумуляторных элементов аналогичного типа и самостоятельно установить их в блок.
Пара замечаний: в России все они редкость, но можно заказать из Китая или Штатов (Aliexpress.com и Ebay.com вам в помощь) с бесплатной доставкой по цене 4-5 долларов за штуку; а также придется вспомнить навыки пайки. Вдобавок, нельзя менять аккумуляторные элементы выборочно. Только все сразу. Ведь контроллер заряда будет считать их все одинаковыми, что приведет к перегреву старых, которые могут даже загореться или взорваться.

И еще: в аккумуляторном блоке также может повредиться электроника, потому перед покупкой новых «банок» сначала «прозвоните» старые. Вдруг с ними все в порядке, и виноваты вовсе не они.

Что надо сделать, чтобы Li-ion аккумулятор прослужил дольше двух месяцев

Другими словами: чего бояться литий-ионные аккумуляторы. В бытовом применении в электроинструментах им страшно только одно – длительное хранение при глубоком разряде. Когда заряда остается менее 10%, аккумулятор начинает быстро деградировать. Если вы разрядили аккумулятор полностью и забыли его поставить на зарядку, а вспомнили о нем через пару месяцев – не обессудьте. Скорее всего придется купить новый.

Ситуация усугубляется тем, что многие производители электроинструмента из соображений экономии не делают двух вещей. Первая – в самом дешевом инструменте может отсутствовать система защиты аккумулятора от глубокого разряда. Вторая – если эта система присутствует, она частенько допускает более глубокий разряд, чем регламентирует производитель аккумуляторных элементов. Делается это чтобы выжать все до капли и с таким расчетом, что пользователь не будет долго тянуть с установкой аккумулятора на зарядку. Другими словами, если вы закончили работу и считаете, что аккумулятор разряжен более чем на две трети – ставьте его на зарядку.

Вот и все премудрости для тех, кто не хочет вникать в детали. Если вы относитесь к таким, то дальше можно не читать.

Но если интересны подробности или если вы используете инструмент регулярно, то тут еще есть что рассказать.

Часть 2

Для тех, кто использует инструмент регулярно

Есть еще несколько рекомендаций, которые помогут вам продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.

1. Как было уже сказано выше, всегда старайтесь сразу поставить на зарядку аккумулятор, если он разряжен полностью или почти полностью. Попутно избегайте циклов глубокой разрядки-зарядки. Данная таблица покажет, какое количество циклов заряда-разряда последует до потери 50% емкости в зависимости от глубины разряда аккумулятора:

2. Не заряжайте аккумуляторы при отрицательных температурах. Они будут терять емкость.

3. Не храните аккумуляторы при температуре выше 30 градусов. Эта табличка показывает, насколько снизится емкость в зависимости от температуры хранения и степени заряженности аккумулятора:

4. Если аккумулятору предстоит долгое хранение, не заряжайте его полностью. Оптимальным будет уровень заряда в 35-50%.

Что нужно знать о зарядке литий-ионных аккумуляторов

Это сложный процесс. Для каждого типа аккумуляторов существует своя стратегия, но в общих чертах она именуется CC-CV и состоит из двух основных стадий – зарядки постоянным током и растущим напряжением, затем дозарядки с постоянным напряжением. Также могут быть и дополнительные стадии, например, весь процесс может выглядеть так:

1. сначала батарея проверяется электроникой, чтобы узнать ее текущее состояние и степень заряда, а также пригодность к быстрому циклу зарядки. В первые минуты подается небольшое напряжение и невысокий ток. Если напряжение на батарее не растет (т.е. она хорошо принимает заряд), значит все в порядке, можно заряжать в быстром режиме;

2. затем идет основная фаза заряда, которая длится около часа, где постепенно повышается напряжение при неизменно высоком токе;

3. потом начинается завершающая фаза (дозарядка), где напряжение держится на максимально допустимом уровне (обычно 4,2 В), а ток постепенно снижается. Она может длится около двух часов.

Крайне важно для литий-ионных аккумуляторов – не допустить перезаряда. Он также негативно сказывается на ресурсе батареи, как и ее хранение в разряженном состоянии. Кроме того аккумулятор может банально перегреться и взорваться. Поэтому контроллер строго следит за этим процессом и прекращает заряд в соответствующий момент.

Но недобросовестные производители могут немного схитрить. Если незначительно повысить напряжение заряда (на 0,1 В, до 4,3 В), это чуть-чуть ускорит процесс, а главное – увеличит на 10% количество запасенной аккумулятором энергии. Последствия такого подхода отражает вот этот график:

Обратите внимание, что шкала ординат нелинейная, а сам график отражает лишь количество циклов перезаряда, при котором емкость аккумулятора снизится вдвое. И тут мы видим, что при напряжении 4,2 В аккумулятор деградирует крайне медленно, и количество циклов до момента «уполовинивания» емкости может быть около 1000. Но если напряжение повысить всего на 0,1 В, скорость деградации увеличится аж в четыре раза.

Ультрабыстрая зарядка

Обычно производитель рекомендует заряжать аккумуляторные элементы токами, равными 0,7 или 1 от емкости деленной на время (т.е. для аккумуляторного элемента 1500 мА·ч рекомендуемый ток заряда составляет 1,5 А). Некоторые производители допускают зарядку значительно большими токами, что в разы ускоряет процесс. Однако это приводит к ускоренной деградации батареи, плюс попутно приходится следить за ее температурой и останавливать процесс, если батарея нагрелась до 40 градусов (точное значение определяется производителем батареи). Ранний перегрев обычно характерен для стареющих батарей.

Вот график потери емкости литий-ионных аккумуляторов в зависимости от величины токов заряда и разряда:

Синяя линия – зарядка и разрядка токами, равными емкости/время (для аккумуляторов 1500 мА·ч – это 1,5 А). Зеленая – удвоенный ток заряда и разряда относительно емкости (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 3 А). Красная – утроенный ток (для аккумуляторов 1500 мА·ч – 4,5 А).

Другими словами, режимы быстрой зарядки будут приводить к ускоренной деградации батареи.

Параметры типичных аккумуляторных элементов

Напоследок в качестве справочной информации приведем официальные характеристики тех же популярных аккумуляторных элементов Sanyo UR18650W2, которые упоминались выше:

емкость минимальная / типичная, мА·ч	1500 / 1600
номинальное напряжение, В	3,7
минимальное напряжение, В	2,75
метод зарядки	CC-CV (постоянный ток, затем постоянное напряжение)
максимальное напряжение зарядки, В	4,2
ток зарядки, А	1,5
время зарядки, ч	2,5
максимальный продолжительный ток разряда, А	15
температура при зарядке, град.	0 — +40
рабочая температура	-20 — +60
температура хранения	-20 — +50

Нижняя оранжевая линия – работа при температуре -20°C.

Ну а чтобы быть уверенными, что Sanyo UR18650W2 не являются каким-то исключением из общего правила, выложим их график разряда током 10 А в сравнении с двумя другими аккумуляторами производства Samsung и AW:

Подготовлено по материалам BatteryUniversity

Источник