هل يمكن تفريغ بطارية ليثيوم أيون بالكامل. شاحن بطارية ليثيوم أيون. طريقة الشحن العكسي

تم استخدام بطاريات Li-ion على نطاق واسع مؤخرًا في معظم الأحيان أجهزة مختلفة- من السيارات الكهربائية إلى الهواتف الذكية والألعاب. بالنظر إلى أن هذه البطاريات متطلبة للغاية على مستوى الجهد عند الشحن ، فمن المهم استخدام أجهزة الشحن القياسية. إذا كنت تريد أن يقوم أي شخص بخدمتك لأطول فترة ممكنة ، فعليك الالتزام ببعض القواعد البسيطة عند تحصيل الرسوم. ما هي هذه القواعد لبطاريات الليثيوم أيون ، سنقول في هذا المقال.

بادئ ذي بدء ، من المهم أن نفهم أن بطاريات الليثيوم أيون الحديثة تختلف اختلافًا كبيرًا عن بطاريات الكادميوم أو بطاريات هيدريد الليثيوم المعدنية الأكثر شيوعًا - سواء في الفروق الدقيقة لعملية إعادة الشحن نفسها ، أو في ميزات التشغيل والتخزين. هذا يعني أنه يجب عليك نسيان التوصيات التي تعلمتها سابقًا بشأن أسلاف بطاريات Li-ion ، وتعلم بطاريات جديدة.

الشحن الصحيح لبطاريات الليثيوم أيون.

إذا كنا نتحدث عن بطارية جديدة ، فيجب شحنها قبل استخدامها في أي جهاز. أما بالنسبة للبطاريات من هذا النوع للدراجات الكهربائية والمركبات الكهربائية الأخرى ، فإن الخطأ الأكثر شيوعًا عند استخدام البطاريات لأول مرة هو استخدامها فور الشراء. غالبًا ما يفترض السائقون المبتدئون أن البطاريات تُباع مشحونة. هذا صحيح - يقوم المصنعون بشحن البطاريات ، ولكن نصفها فقط ، وبدون الشحن الكامل الأول ، تقل سعة البطارية وعمرها التشغيلي.

نقطة أخرى مهمة هي أنه لا ينصح بإحضار البطارية إلى التفريغ الكامل. يجب إعادة شحن البطارية بعد كل رحلة حتى لأقصر رحلة على سكوتر إلكتروني أو دراجة إلكترونية. إذا تعلمت هذه القاعدة ، يمكنك زيادة عمر البطارية بشكل كبير. لذلك ، فور تفريغ بطارية الليثيوم أيون ، يجب إعادة شحنها.

لسوء الحظ ، غالبًا ما يوصي البائعون غير المؤهلين بأن يقوم المشترون بإحضار البطارية إلى التفريغ الكامل بعد الشحن الأول. لا نوصي بشدة بالقيام بذلك - لذا فإنك تخاطر بمواجهة انهيار مفاجئ لبطارية جديدة. ربما يقدم البائعون المهملون مثل هذه التوصية بدوافع المرتزقة - بعد كل شيء ، عندما تفشل البطارية ، ستحتاج إلى شراء واحدة جديدة.

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون شديدة الحساسية لدرجات الحرارة المرتفعة ، لذا احرص على عدم زيادة سخونتها. عند تشغيل البطارية في درجات حرارة في حدود +25 درجة ، يتم تحقيق أقصى قدر من الموارد وأكبر ناتج حالي. لذلك ، تأكد من عدم تعرض البطارية للشمس لفترة طويلة وتجنب تخزين البطارية في غرفة تكون درجة الحرارة فيها أعلى من الحد الأقصى المحدد.

في حالة أن الليثيوم بطارية أيونكان في البرد لفترة طويلة ، قبل الشحن يجب تسخينه إلى درجة حرارة الغرفة. لا يمكنك شحن البطارية فور تعرضك للبرد. يمكن أن تتسبب هذه التقلبات المفاجئة في درجات الحرارة في حدوث تلف لا يمكن إصلاحه للبطارية.

عملية شحن بطارية Li-ion نفسها ليست صعبة - يجب عليك أولاً توصيلها بجهاز شحن قياسي ، ثم توصيل الجهاز بالشبكة الكهربائية. بعد استلام الشحن الكامل ، ما عليك سوى فصل البطارية عن الشاحن.

بطاريات الليثيوم أيون ليست صعبة الإرضاء مثل نظيراتها من هيدريد معدن النيكل ، لكنها لا تزال بحاجة إلى بعض الصيانة. الانضمام إلى خمس قواعد بسيطة، لا يمكنك فقط إطالة دورة حياة بطاريات الليثيوم أيون ، ولكن يمكنك أيضًا زيادة وقت تشغيل الأجهزة المحمولة دون إعادة الشحن.

لا تسمح بتفريغ كامل.لا تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على ما يسمى بتأثير الذاكرة ، لذا فهي تستطيع ، وعلاوة على ذلك ، تحتاج إلى الشحن دون انتظار التفريغ إلى الصفر. يحسب العديد من المصنّعين عمر بطارية ليثيوم أيون على هيئة عدد من دورات التفريغ الكامل (تصل إلى 0٪). بالنسبة للبطاريات عالية الجودة ، هذا هو 400-600 دورة... لإطالة عمر بطارية الليثيوم أيون ، اشحن هاتفك كثيرًا. على النحو الأمثل ، بمجرد انخفاض شحن البطارية عن علامة 10-20 بالمائة ، يمكنك شحن الهاتف. سيؤدي هذا إلى زيادة عدد دورات التفريغ إلى 1000-1100 .
يصف الخبراء هذه العملية بمؤشر مثل عمق التفريغ. إذا كان هاتفك فارغًا بنسبة تصل إلى 20٪ ، فإن عمق التفريغ يكون 80٪. يوضح الجدول أدناه العلاقة بين عدد دورات تفريغ بطارية ليثيوم أيون وعمق التفريغ:

تفريغ كل 3 أشهر.يعتبر الشحن الكامل لفترة طويلة ضارًا لبطاريات الليثيوم أيون مثل تفريغها باستمرار إلى الصفر.
نظرًا لعملية الشحن غير المستقرة للغاية (غالبًا ما نقوم بشحن الهاتف حسب الحاجة وأين يعمل ، من USB ومن المنفذ ومن بطارية خارجيةوما إلى ذلك.) يوصي الخبراء بتفريغ البطارية تمامًا مرة واحدة كل 3 أشهر ثم شحنها بنسبة 100٪ وتثبيتها لمدة 8-12 ساعة. يساعد هذا في إعادة تعيين ما يسمى بأعلام شحن البطارية المرتفعة والمنخفضة. يمكنك قراءة المزيد عن هذا.

مخزن مشحون جزئيا... أفضل حالة للتخزين طويل الأمد لبطارية ليثيوم أيون هي شحن ما بين 30 و 50 بالمائة عند 15 درجة مئوية. إذا تُركت البطارية مشحونة بالكامل ، فسوف تنخفض قدرتها بشكل ملحوظ بمرور الوقت. لكن البطارية ، التي كانت تجمع الغبار على الرف لفترة طويلة ويتم تفريغها إلى الصفر ، على الأرجح لم تعد مستأجرًا - لقد حان الوقت لإرسالها لإعادة التدوير.
يوضح الجدول أدناه مقدار السعة المتبقية في بطارية ليثيوم أيون اعتمادًا على درجة حرارة التخزين ومستوى الشحن عند تخزينها لمدة عام واحد.

استخدم الشاحن الأصلي.قلة من الناس يعرفون أنه في معظم الحالات يكون الشاحن مدمجًا مباشرة في الأجهزة المحمولة والخارجية محول الشبكةيخفض الجهد فقط ويصحح تيار مصدر الطاقة المنزلي ، أي أنه لا يؤثر بشكل مباشر على البطارية. لا تحتوي بعض الأدوات ، مثل الكاميرات الرقمية ، على شاحن مدمج ، وبالتالي يتم إدخال بطاريات الليثيوم أيون في "شاحن" خارجي. هذا هو المكان الذي يمكن أن يؤثر فيه استخدام شاحن خارجي بجودة مشكوك فيها بدلاً من الشاحن الأصلي سلبًا على أداء البطارية.

لا تسخن.حسنًا ، إن أسوأ عدو لبطاريات الليثيوم أيون هو ارتفاع درجة الحرارة - فهي لا تتحمل ارتفاع درجة الحرارة على الإطلاق. لذلك ، لا تسمح بالاتصال بـ أجهزة محمولةأشعة الشمس المباشرة ، ولا تتركها في المنطقة المجاورة مباشرة لمصادر الحرارة مثل السخانات الكهربائية. درجات الحرارة القصوى المسموح بها لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون: من -40 درجة مئوية إلى + 50 درجة مئوية

أيضا ، يمكنك أن ترى

عند قراءة "نصائح تشغيل" البطاريات في المنتديات ، تتساءل بشكل لا إرادي - إما أن الأشخاص قد تخطوا الفيزياء والكيمياء في المدرسة ، أو يعتقدون أن قواعد تشغيل الرصاص والبطاريات الأيونية هي نفسها.
لنبدأ بمبادئ بطارية Li-Ion. على الأصابع ، كل شيء بسيط للغاية - يوجد قطب سالب (عادة ما يكون مصنوعًا من النحاس) ، وهناك قطب موجب (مصنوع من الألومنيوم) ، يوجد بينهما مادة مسامية (فاصل) مشبعة بالكهرباء (تمنع " الانتقال غير المصرح به لأيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية):

يعتمد مبدأ التشغيل على قدرة أيونات الليثيوم على الاندماج في الشبكة البلورية لمواد مختلفة - عادة الجرافيت أو أكسيد السيليكون - مع تكوين روابط كيميائية: وفقًا لذلك ، عند الشحن ، يتم دمج الأيونات في الشبكة البلورية ، وبالتالي تتراكم شحنة على قطب كهربائي واحد ، عند التفريغ ، على التوالي ، يعودون إلى قطب كهربائي آخر ، ويعطون الإلكترون الذي نحتاجه (من يهتم بشرح أكثر دقة للعمليات الجارية - إقحام google). المحلول الكهربائي المستخدم عبارة عن محاليل تحتوي على الماء ولا تحتوي على بروتون حر وتكون ثابتة على نطاق واسع من الفولتية. كما ترون ، في البطاريات الحديثة يتم كل شيء بأمان تام - لا يوجد معدن الليثيوم ، ولا يوجد شيء ينفجر ، فقط الأيونات تمر عبر الفاصل.
الآن بعد أن أصبح كل شيء أكثر أو أقل وضوحًا مع مبدأ التشغيل ، دعنا ننتقل إلى الأساطير الأكثر شيوعًا حول بطاريات Li-Ion:

1. الأسطورة الأولى. لا يمكن تفريغ بطارية Li-Ion في الجهاز بنسبة صفر بالمائة.
   في الواقع ، يبدو كل شيء صحيحًا ويتفق مع الفيزياء - عند تفريغها إلى ~ 2.5 فولت ، تبدأ بطارية Li-Ion في التدهور بسرعة كبيرة ، وحتى تفريغ واحد من هذا القبيل يمكن أن يقلل بشكل كبير (حتى 10٪!) من سعتها. بالإضافة إلى ذلك ، عند التفريغ لمثل هذا الجهد ، لن يكون من الممكن شحنه بشاحن قياسي - إذا انخفض جهد خلية البطارية إلى أقل من 3 فولت تقريبًا ، فستقوم وحدة التحكم "الذكية" بإيقاف تشغيلها على أنها تالفة ، وإذا كان هناك هي كل هذه الخلايا ، يمكن حمل البطارية إلى كومة القمامة.
   ولكن هناك شيء واحد مهم للغاية ، لكن الجميع ينسى: في الهواتف والأجهزة اللوحية وغيرها من الأجهزة المحمولة ، فإن نطاق جهد التشغيل على البطارية هو 3.5-4.2 فولت.عندما ينخفض ​​الجهد عن 3.5 فولت ، يظهر المؤشر صفر بالمائة من الشحن وينطفئ الجهاز ، ولكن حتى 2.5 "الحرجة" لا يزال بعيدًا جدًا. يتم تأكيد ذلك من خلال حقيقة أنه إذا قمت بتوصيل مصباح LED ببطارية "فارغة" ، فيمكن أن يحترق لفترة طويلة (ربما يتذكر شخص ما أنه تم بيع الهواتف السابقة بمصابيح تم تشغيلها بواسطة زر بغض النظر عن النظام . أوقف تشغيل الهاتف). هذا ، كما ترون ، أثناء الاستخدام العادي ، لا يحدث التفريغ إلى 2.5 فولت ، مما يعني أنه من الممكن تمامًا تفريغ Akum إلى صفر بالمائة.
2. الأسطورة الثانية. في حالة تلف Li-Ion ، ستنفجر البطاريات.
   كلنا نتذكر "المتفجرة" سامسونج جالاكسيملاحظة 7. ومع ذلك ، هذا استثناء للقاعدة - نعم ، الليثيوم معدن نشط للغاية ، وليس من الصعب تفجيره في الهواء (وفي الماء نفسه يحترق بشدة). ومع ذلك ، فإن البطاريات الحديثة لا تستخدم الليثيوم ، ولكن أيوناتها أقل نشاطًا بكثير. لذلك من أجل حدوث انفجار ، تحتاج إلى المحاولة الجادة - إما إتلاف بطارية الشحن جسديًا (ترتيب دائرة كهربائية قصيرة) ، أو شحنها بجهد عالي جدًا (عندها ستتلف نفسها ، ولكن على الأرجح ستفعل وحدة التحكم ببساطة احرق نفسها ولن تسمح بشحن البطارية). لذلك ، إذا كان لديك بطارية تالفة أو مدخنة فجأة في يديك ، فلا ترميها على الطاولة وتهرب من الغرفة وتصرخ "كلنا نموت" - فقط ضعها في حاوية معدنية وأخرجها على الشرفة (حتى لا تتنفس الكيمياء) - ستظل البطارية مشتعلة لفترة من الوقت ثم تنطفئ. الشيء الرئيسي هو عدم إغراقه بالماء ، فالأيونات بالتأكيد أقل نشاطًا من الليثيوم ، ولكن مع ذلك ، سيتم إطلاق بعض كمية الهيدروجين أيضًا أثناء التفاعل مع الماء (وهو يحب أن ينفجر).
3. الأسطورة الثالثة. عندما تصل بطارية Li-Ion إلى 300 (500/700/1000/100500) دورة ، تصبح غير آمنة وتحتاج إلى التغيير بشكل عاجل.
   خرافة ، لحسن الحظ ، يتنقلون أقل فأكثر في المنتديات وليس لها تفسير فيزيائي أو كيميائي على الإطلاق. نعم ، أثناء التشغيل ، تتأكسد الأقطاب وتتآكل ، مما يقلل من سعة البطارية ، ولكن لا شيء سوى وقت أقل العمل المستقلوالسلوك غير المستقر بنسبة 10-20٪ من الشحن ، فهذا لا يهددك.
4. الأسطورة الرابعة. لا تعمل مع بطاريات Li-Ion في الطقس البارد.
   هذه توصية أكثر من حظر. يحظر العديد من الشركات المصنعة استخدام الهواتف في درجات الحرارة المنخفضة ، وقد عانى الكثير منهم من تفريغ سريع وفصل عام للهواتف في البرد. تفسير ذلك بسيط للغاية: الإلكتروليت عبارة عن مادة هلامية تحتوي على الماء ، والجميع يعرف ماذا يحدث للماء عند درجات حرارة سالبة (نعم ، يتجمد إذا كان ذلك) ، وبالتالي إزالة بعض مساحة البطارية من العمل. يؤدي هذا إلى انخفاض الجهد ، ويبدأ جهاز التحكم في اعتبار ذلك بمثابة تفريغ. هذا ليس مفيدًا للبطارية ، ولكنه ليس مميتًا (بعد التسخين ، ستعود السعة) ، لذلك إذا كنت بحاجة ماسة إلى استخدام الهاتف في الطقس البارد (فقط استخدمه - أخرجه من الجيب الدافئ ، شاهد الوقت و إخفاءه مرة أخرى لا يحسب) ، فمن الأفضل شحنه بنسبة 100٪ وتشغيل أي عملية تقوم بتحميل المعالج - سيبرد هذا ببطء أكثر.
5. الأسطورة الخامسة. تشكل بطارية Li-Ion المنتفخة خطورة ويجب التخلص منها على وجه السرعة.
   هذه ليست خرافة بالكامل ، بل هي إجراء احترازي - البطارية المنتفخة يمكن أن تنفجر مبتذلة. من وجهة نظر كيميائية ، كل شيء بسيط: أثناء عملية الإقحام ، تتحلل الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الغاز (يمكن أيضًا إطلاقه أثناء إعادة الشحن ، ولكن المزيد عن ذلك أدناه). لكنها تبرز قليلاً جدًا ، ولكي تبدو البطارية منتفخة ، يجب أن تمر عدة مئات (إن لم يكن الآلاف) من دورات إعادة الشحن (ما لم تكن ، بالطبع ، معيبة). لا توجد مشاكل في التخلص من الغاز - فقط اخترق الصمام (في بعض البطاريات ، يفتح نفسه عند الضغط الزائد) وقم بإفراغه (لا أوصي بالتنفس) ، وبعد ذلك يمكنك تغطية الفتحة براتنج الإيبوكسي. بالطبع ، هذا لن يعيد البطارية إلى سعتها السابقة ، لكن على الأقل الآن لن تنفجر بالتأكيد.
6. الأسطورة السادسة. بطاريات Li-Ion ضارة بالشحن الزائد.
   لكن هذه لم تعد أسطورة ، لكنها حقيقة قاسية - عند إعادة الشحن ، هناك فرصة كبيرة لأن تنتفخ البطارية وتنفجر وتشتعل فيها النيران - صدقني ، هناك القليل من المتعة في أن يتم رشها بالكهرباء المغلي. لذلك ، تحتوي جميع البطاريات على وحدات تحكم لا تسمح ببساطة بشحن البطارية فوق جهد معين. ولكن هنا يجب أن تكون حذرًا للغاية في اختيار بطارية - غالبًا ما تفشل أدوات التحكم في الحرف الصينية ، وأعتقد أنك لن تكون مسرورًا بالألعاب النارية من الهاتف في الساعة 3 صباحًا. بالطبع ، توجد نفس المشكلة في البطاريات ذات العلامات التجارية ، ولكن أولاً ، يحدث هذا كثيرًا هناك ، وثانيًا ، سيتم استبدال الهاتف بالكامل بموجب الضمان. عادة ما تؤدي هذه الأسطورة إلى ما يلي:
7. الأسطورة السابعة. عندما تصل إلى 100٪ ، تحتاج إلى إزالة الهاتف من الشحن.
   من الأسطورة السادسة ، يبدو هذا معقولًا ، لكن في الحقيقة لا جدوى من الاستيقاظ في منتصف الليل وإخراج الجهاز من الشحن: أولاً ، أعطال وحدة التحكم نادرة للغاية ، وثانيًا ، حتى عند 100٪ على المؤشر عند الوصول إلى البطارية ، يتم إعادة شحن البطارية لبعض الوقت بأقصى تيارات منخفضة للغاية ، مما يضيف 1-3٪ أخرى من السعة. لذا ، في الواقع ، لا يجب أن تُفرط في إعادة التأمين عليك.
8. الأسطورة الثامنة. يمكنك شحن الجهاز فقط بالشاحن الأصلي.
   تحدث الأسطورة بسبب الجودة الرديئة لأجهزة الشحن الصينية - بجهد عادي 5 + - 5 ٪ فولت ، يمكنهم إعطاء كل من 6 و 7 - ستعمل وحدة التحكم ، بالطبع ، على تخفيف مثل هذا الجهد لبعض الوقت ، ولكن في المستقبل سيؤدي في أحسن الأحوال إلى احتراق وحدة التحكم ، في أسوأ الأحوال - إلى انفجار و (أو) فشل اللوحة الأم... يحدث العكس أيضًا - تحت الحمل ، يعطي الشاحن الصيني 3-4 فولت: سيؤدي ذلك إلى حقيقة أن البطارية لا يمكن شحنها بالكامل.

كما ترون من مجموعة كاملة من المفاهيم الخاطئة ، ليس كلهم ​​لديهم تفسير علمي ، وحتى أقل في الواقع تزيد من سوء خصائص البطاريات. لكن هذا لا يعني أنه بعد قراءة مقالتي ، تحتاج إلى الجري بسرعة وشراء بطاريات صينية رخيصة مقابل بضعة دولارات - ومع ذلك ، من أجل المتانة ، من الأفضل أن تأخذ النسخ الأصلية أو عالية الجودة من النسخ الأصلية.

تتم عمليات شحن وتفريغ أي بطاريات قابلة لإعادة الشحن في شكل تفاعل كيميائي. ومع ذلك ، يعد شحن بطاريات الليثيوم أيون استثناءً للقاعدة. يُظهر البحث العلمي طاقة البطاريات مثل الحركة الفوضوية للأيونات. تصريحات النقاد تستحق الاهتمام. إذا تم شحن بطاريات الليثيوم أيون بطريقة علمية بشكل صحيح ، فيجب أن تدوم هذه الأجهزة إلى الأبد.

يرى العلماء حقائق فقدان السعة المفيدة للبطارية ، التي تؤكدها الممارسة ، في الأيونات المحجوبة بواسطة ما يسمى بالفخاخ.

لذلك ، كما هو الحال مع الآخرين أنظمة مماثلة، أجهزة الليثيوم أيون ليست محصنة ضد العيوب في عملية استخدامها في الممارسة العملية.

تحمل شواحن تصميمات Li-ion بعض التشابه مع تلك المصممة لأنظمة حمض الرصاص.

لكن الاختلافات الرئيسية بين أجهزة الشحن هذه تظهر في إمداد الخلايا بجهد زائد. بالإضافة إلى ذلك ، لوحظ وجود تفاوتات تيار أشد ، بالإضافة إلى استبعاد الشحن المتقطع أو العائم عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل.

جهاز إمداد طاقة قوي نسبيًا يمكن استخدامه كأداة لتخزين الطاقة لتصميمات مصادر الطاقة البديلة

إذا كان لديهم بعض المرونة فيما يتعلق بتوصيلات / فصل الجهد ، فإن الشركات المصنعة لأنظمة الليثيوم أيون ترفض بشدة هذا النهج.

لا تسمح بطاريات Li-ion وقواعد تشغيل هذه الأجهزة بإمكانية الشحن الزائد غير المحدود.

لذلك ، لا يوجد ما يسمى شاحن "معجزة" لبطاريات الليثيوم أيون التي يمكنها إطالة عمر الخدمة لفترة طويلة.

لا يمكن الحصول على سعة Li-ion إضافية من خلال الشحن النبضي أو الحيل الأخرى المعروفة. تعد طاقة أيونات الليثيوم نوعًا من الأنظمة "النظيفة" التي تقبل كمية محدودة للغاية من الطاقة.

شحن البطاريات المخلوطة بالكوبالت

تم تجهيز التصميمات الكلاسيكية لبطاريات الليثيوم أيون بكاثودات ، يتكون هيكلها من مواد:

• الكوبالت
• النيكل
• المنغنيز ،
• الألومنيوم.

عادة ما يتم شحن كل منهم بجهد كهربائي يصل إلى 4.20 فولت / أنا. الانحراف المسموح به لا يزيد عن +/- 50 mV / I. ولكن هناك أيضًا أنواع معينة من بطاريات الليثيوم أيون القائمة على النيكل والتي يمكن شحنها حتى 4.10 فولت / لتر.

تم تجهيز بطاريات الليثيوم أيون المخلوطة بالكوبالت بدوائر واقية داخلية ، ولكن هذه اللحظة نادرًا ما تنقذ من انفجار البطارية في وضع الشحن الزائد

هناك أيضًا تطورات لبطاريات الليثيوم أيون ، حيث يتم زيادة نسبة الليثيوم. بالنسبة لهم ، يمكن أن يصل جهد الشحن إلى 4.30V / I وأعلى.

حسنًا ، تؤدي زيادة الجهد إلى زيادة السعة ، لكن الجهد الذي يتجاوز المواصفات محفوف بتدمير هيكل البطارية.

لذلك ، بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن بطاريات الليثيوم أيون مجهزة بدوائر واقية ، والغرض منها هو الحفاظ على المعدل المحدد.

الشحن الكامل أو الجزئي

ومع ذلك ، تظهر الممارسة: يمكن أن تستغرق معظم بطاريات الليثيوم أيون أكثر من مستوى عالالفولتية بشرط توريدها على المدى القصير.

باستخدام هذا الخيار ، تبلغ كفاءة الشحن حوالي 99٪ ، وتظل الخلية باردة خلال فترة الشحن بالكامل. صحيح أن بعض بطاريات الليثيوم أيون تسخن بنسبة 4-5 درجة مئوية عند الشحن الكامل.

ربما يكون هذا بسبب الحماية أو بسبب المقاومة الداخلية العالية. بالنسبة لمثل هذه البطاريات ، يجب إيقاف الشحن عندما تزيد درجة الحرارة عن 10 درجات مئوية بمعدل شحن معتدل.

بطاريات الليثيوم أيون في الشاحن عند الشحن. يظهر المؤشر عندما تكون البطاريات مشحونة بالكامل. تهدد عملية أخرى بإتلاف البطاريات

الأنظمة المخلوطة بالكوبالت مشحونة بالكامل عند عتبة الجهد. في هذه الحالة ، ينخفض ​​التيار بنسبة تصل إلى 3-5٪ من القيمة الاسمية.

ستظهر البطارية شحنة كاملة حتى عند الوصول إلى مستوى معين من السعة ، والذي يظل دون تغيير لفترة طويلة. قد يكون السبب في ذلك هو زيادة التفريغ الذاتي للبطارية.

زيادة في الشحن الحالي وتشبع الشحن

وتجدر الإشارة إلى أن زيادة تيار الشحن لا يسرع من تحقيق حالة الشحن الكامل. سيصل الليثيوم إلى ذروة جهده بشكل أسرع ، لكنه يستغرق وقتًا أطول للشحن حتى تصبح السعة مشبعة بالكامل. ومع ذلك ، فإن شحن البطارية بتيار عالٍ يزيد بسرعة من سعة البطارية إلى حوالي 70٪.

لا يلزم شحن بطاريات الليثيوم أيون بالكامل ، كما هو الحال مع أجهزة حمض الرصاص. علاوة على ذلك ، يعد خيار الشحن هذا غير مرغوب فيه بالنسبة لـ Li-ion. في الواقع ، من الأفضل عدم شحن البطارية بالكامل لأن الجهد العالي "يجهد" البطارية.

اختيار عتبة أعلى جهد منخفضأو تساعد الإزالة الكاملة لشحنة التشبع على إطالة عمر بطارية الليثيوم أيون. صحيح أن هذا النهج يرافقه انخفاض في وقت إطلاق الطاقة من البطارية.

وتجدر الإشارة هنا: أجهزة الشحن للاستخدام المنزلي ، كقاعدة عامة ، تعمل بأقصى طاقة ولا تدعم تنظيم تيار الشحن (الجهد).

يعتبر مصنعو شواحن بطاريات الليثيوم أيون المنزلية أن عمر البطارية الطويل أقل أهمية من تكلفة تعقيد الدوائر.

شواحن بطارية ليثيوم أيون

غالبًا ما تتبع بعض أجهزة الشحن المنزلية الرخيصة طريقة مبسطة. اشحن بطارية الليثيوم أيون لمدة ساعة واحدة أو أقل ، دون الانتقال إلى شحن التشبع.

سيضيء مؤشر الاستعداد على هذه الأجهزة عندما تصل البطارية إلى عتبة الجهد في المرحلة الأولى. في الوقت نفسه ، تبلغ حالة الشحن حوالي 85٪ ، وهو ما يرضي كثيرًا من المستخدمين.

يتم تقديم هذا الشاحن المحلي للعمل معه بطاريات مختلفة، بما في ذلك بطاريات الليثيوم أيون. يحتوي الجهاز على نظام تنظيم الجهد والتيار ، وهو أمر جيد بالفعل

تتميز أجهزة الشحن الاحترافية (باهظة الثمن) بحقيقة أنها تحدد عتبة جهد الشحن أقل ، مما يطيل من عمر بطارية الليثيوم أيون.

يوضح الجدول القوى المحسوبة عند الشحن بهذه الأجهزة عند عتبات جهد مختلفة ، مع وبدون شحن التشبع:

جهد الشحن ، V / خلية	قدرة قطع عالية الجهد ،٪	وقت الشحن ، دقيقة	السعة عند التشبع الكامل ،٪
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

بمجرد أن تبدأ بطارية الليثيوم أيون في الشحن ، يرتفع الجهد بسرعة. هذا السلوك يمكن مقارنته برفع الحمل بشريط مطاطي عندما يكون هناك تأثير تأخر.

سيتم الوصول إلى السعة في النهاية عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل. خاصية الشحن هذه نموذجية لجميع البطاريات.

كلما زاد تيار الشحن ، كان تأثير الشريط المطاطي أكثر إشراقًا. درجة الحرارة المنخفضة أو وجود خلية ذات مقاومة داخلية عالية يعزز التأثير فقط.

هيكل بطارية تخزين الليثيوم أيون في أبسط أشكالها: 1- ناقص النحاس ؛ 2 - حافلة ألمنيوم موجبة ؛ 3 - أنود أكسيد الكوبالت ؛ 4- كاثود الجرافيت. 5 - المنحل بالكهرباء

لا يعد تقييم حالة الشحن من خلال قراءة جهد البطارية المشحونة أمرًا عمليًا. يعد قياس جهد الدائرة المفتوحة (بدون حمل) بعد أن تكون البطارية في حالة راحة لعدة ساعات هو أفضل مؤشر تحكم.

كما هو الحال مع البطاريات الأخرى ، تؤثر درجة الحرارة على الخمول بنفس الطريقة التي تؤثر بها على المادة النشطة لبطارية ليثيوم أيون. ، يتم تقدير أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الأخرى عن طريق عد المعلقات.

بطارية ليثيوم أيون: عتبة التشبع

بطارية الليثيوم أيون غير قادرة على امتصاص الشحنات الزائدة. لذلك ، عندما تكون البطارية مشبعة بالكامل ، يجب إزالة تيار الشحن على الفور.

يمكن أن تؤدي الشحنات الحالية الثابتة إلى تعدين خلايا الليثيوم ، مما ينتهك مبدأ ضمان التشغيل الآمن لهذه البطاريات.

لتقليل تكوّن العيوب ، افصل بطارية الليثيوم أيون في أسرع وقت ممكن عندما تصل إلى ذروة شحنتها.

لن تستهلك هذه البطارية بعد الآن نفس القدر من الشحن كما ينبغي. بسبب الشحن غير المناسب ، فقد خصائص تخزين الطاقة الرئيسية.

بمجرد انتهاء الشحن ، يبدأ جهد بطارية الليثيوم أيون في الانخفاض. يتجلى تأثير الحد من الإجهاد البدني.

لبعض الوقت ، سيتم توزيع جهد الدائرة المفتوحة بين الخلايا المشحونة بشكل غير متساو بجهد 3.70 فولت و 3.90 فولت.

هنا ، يتم لفت الانتباه أيضًا إلى العملية عندما تبدأ بطارية ليثيوم أيون ، بعد أن تلقت شحنة مشبعة بالكامل ، في شحن بطارية مجاورة (إذا كانت مدرجة في الدائرة) ، والتي لم تتلق شحنة التشبع.

عند الحاجة إلى الاحتفاظ ببطاريات الليثيوم أيون في الشاحن في جميع الأوقات للتأكد من أنها جاهزة ، اعتمد على أجهزة الشحن التي تحتوي على وظيفة الشحن البطيء.

الشاحنمع وظيفة الشحن الهزيلة على المدى القصير ، يتم تشغيلها إذا انخفض جهد الدائرة المفتوحة إلى 4.05 فولت / I وانطفأ عندما يصل الجهد إلى 4.20 فولت / 1.

غالبًا ما تقلل أجهزة الشحن المصممة للاستعداد عبر الإنترنت أو التشغيل الاحتياطي من جهد البطارية إلى 4.00 فولت / I وشحن بطاريات الليثيوم أيون فقط إلى 4.05 فولت / I ، مما يمنعها من الوصول إلى مستوى 4.20 فولت / I الكامل.

تقلل هذه التقنية من الجهد الفيزيائي ، المرتبط بطبيعتها بالجهد التقني ، وتساعد على إطالة عمر البطارية.

شحن البطاريات الخالية من الكوبالت

البطاريات التقليدية لها جهد خلية اسمي يبلغ 3.60 فولت. ومع ذلك ، بالنسبة للأجهزة التي لا تحتوي على الكوبالت ، يختلف التصنيف.

لذلك ، بطاريات فوسفات الليثيوم لها قيمة اسمية تبلغ 3.20 فولت (جهد الشحن 3.65 فولت). وبطاريات الليثيوم تيتانات الجديدة (المصنوعة في روسيا) لها جهد خلية اسمي يبلغ 2.40 فولت (شحن 2.85).

بطاريات فوسفات الليثيوم هي أجهزة لتخزين الطاقة لا تحتوي على الكوبالت في بنيتها. هذه الحقيقة تغير إلى حد ما شروط شحن هذه البطاريات.

أجهزة الشحن التقليدية غير مناسبة لمثل هذه البطاريات ، لأنها تفرط في تحميل البطارية مع خطر حدوث انفجار. على العكس من ذلك ، لن يوفر نظام الشحن للبطاريات الخالية من الكوبالت شحنة كافية 3.60 فولت لبطارية الليثيوم أيون التقليدية.

تجاوز شحنة بطارية الليثيوم أيون

تعمل بطارية الليثيوم أيون بأمان ضمن جهد تشغيل محدد. ومع ذلك ، يصبح أداء البطارية غير مستقر إذا تم شحنها فوق حدود التشغيل.

الشحن طويل الأمد لبطارية ليثيوم أيون بجهد أعلى من 4.30 فولت ، مصممة لتصنيف تشغيل يبلغ 4.20 فولت ، محفوف بمعدن الليثيوم في الأنود.

تكتسب مادة الكاثود بدورها خصائص عامل مؤكسد وتفقد ثباتها وتطلق ثاني أكسيد الكربون.

يزداد ضغط خلية البطارية ، وإذا استمر الشحن ، فسوف ينتقل جهاز الحماية الداخلية عند ضغوط تتراوح بين 1000 كيلو باسكال و 3180 كيلو باسكال.

إذا استمر الضغط في الارتفاع ، يفتح الغشاء الواقي عند ضغط 3450 كيلو باسكال. في هذه الحالة ، تكون خلية بطارية ليثيوم أيون على وشك الانفجار ، وهذا ما يحدث بالضبط في النهاية.

الهيكل: 1 - الغطاء العلوي ؛ 2 - عازل علوي ؛ 3 - علبة فولاذية 4 - عازل سفلي ؛ 5 - علامة التبويب الأنود ؛ 6 - الكاثود. 7 - فاصل 8 - الأنود 9 - علامة تبويب الكاثود ؛ 10 - تنفيس 11 - المؤسسة العامة للاتصالات ؛ 12 - حشية

ترتبط عملية الحماية داخل بطارية الليثيوم أيون بزيادة درجة حرارة المحتويات الداخلية. تتمتع البطارية المشحونة بالكامل بدرجة حرارة داخلية أعلى من درجة حرارة البطارية المشحونة جزئيًا.

لذلك ، تبدو بطاريات الليثيوم أيون أكثر أمانًا عند شحنها بمستويات منخفضة. هذا هو السبب في أن سلطات بعض الدول تطلب استخدام بطاريات Li-ion في الطائرات ، المشبعة بطاقة لا تتجاوز 30 ٪ من طاقتها الكاملة.

عتبة درجة الحرارة الداخلية للبطاريات عند التحميل الكامل هي:

• 130-150 درجة مئوية (للكوبالت الليثيوم) ؛
• 170-180 درجة مئوية (للنيكل والمنغنيز والكوبالت) ؛
• 230-250 درجة مئوية (الليثيوم والمنغنيز).

وتجدر الإشارة إلى أن بطاريات فوسفات الليثيوم تتمتع بدرجة حرارة أفضل من بطاريات الليثيوم والمنغنيز. بطاريات الليثيوم أيون ليست هي الوحيدة التي تشكل خطرًا في حالة زيادة الطاقة.

على سبيل المثال ، تكون بطاريات الرصاص والنيكل عرضة أيضًا للذوبان والاشتعال اللاحق إذا تم إجراء تشبع للطاقة بشكل ينتهك نظام جواز السفر.

لذلك ، فإن استخدام أجهزة الشحن التي تتناسب تمامًا مع البطارية أمر بالغ الأهمية لجميع بطاريات الليثيوم أيون.

بعض الاستنتاجات من التحليل

يتم تبسيط شحن بطاريات الليثيوم أيون مقارنة بأنظمة النيكل. دائرة الشحن عبارة عن خط مستقيم ، مع قيود على الجهد والتيار.

هذه الدائرة أبسط بكثير من الدائرة التي تحلل تواقيع الجهد المعقدة التي تتغير مع استخدام البطارية.

تسمح عملية تنشيط بطاريات الليثيوم أيون بالانقطاع ، ولا تحتاج هذه البطاريات إلى أن تكون مشبعة بالكامل ، كما هو الحال مع بطاريات الرصاص الحمضية.

دائرة تحكم لبطاريات الليثيوم أيون منخفضة الطاقة. حل بسيط بأقل قدر من التفاصيل. لكن الدائرة لا توفر شروط دورة تحافظ على عمر خدمة طويل.

تعد خصائص بطاريات الليثيوم أيون بمزايا في تشغيل مصادر الطاقة المتجددة (الألواح الشمسية وتوربينات الرياح). عادةً ، نادرًا ما توفر توربينات الرياح أو المولد شحنًا كاملاً للبطارية.

بالنسبة إلى الليثيوم أيون ، فإن عدم وجود متطلبات الشحنة الهزيلة يبسط دائرة التحكم في الشحن. لا تتطلب بطارية الليثيوم أيون وحدة تحكم في الجهد والتيار مثل بطاريات الرصاص الحمضية.

ستقوم جميع شواحن الليثيوم أيون المنزلية ومعظم أجهزة الشحن الصناعية بشحن البطارية بالكامل. ومع ذلك ، لا توفر شواحن بطاريات الليثيوم أيون الحالية تنظيمًا للجهد في نهاية الدورة.

ليثيوم أيون ، أو لي — أيون ، البطارية ضرورية للحفاظ على التشغيل السلس لمجموعة متنوعة من المعدات. تعمل هذه البطاريات القابلة لإعادة الشحن على تشغيل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمثاقب والمصابيح الكهربائية وبطاريات بدء الشحن. يرجع هذا التوزيع الواسع لهذه النماذج إلى ارتفاع استهلاك الطاقة وصغر حجم هذه العناصر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيف بطاريات Li-Ion لـ 300-400 دورة. في الأجهزة الحديثة ، يصل هذا الرقم إلى 600 دورة من هذا القبيل.

لكن في بعض الحالات ، تفشل البطاريات بشكل أسرع ، والسبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو وضع الاستخدام الخاطئ. لذلك ، من المهم جدًا معرفة كيفية شحن بطارية ليثيوم أيون بشكل صحيح وما هو هذا الجهاز.

ميزات العمل

عادةً ما تكون بطارية Li-Ion عبارة عن جسم موشوري أو أسطواني مصنوع من الألومنيوم أو الفولاذ. يوجد بالداخل مجموعة من الأقطاب الكهربائية ، وتوجد فواصل. الكاثود هو أي من أكاسيد الليثيوم: نيكل الليثيوم (LiNiO2) أو الكوبالتات (LiCoO2). لهذه الأغراض ، يمكن استخدام الليثيوم الفوسفات (iFePO4) والليثيوم المنغنيز الإسبنيل (LiMn2O4). يتكون الأنود من الجرافيت والجرافين والمركبات الكربونية الأخرى.

تتبع عملية شحن البطارية وتفريغها مبدأ الكرسي الهزاز. أثناء العمل ، يتم نقل أيونات الليثيوم من قطب كهربائي إلى آخر. أثناء التفريغ ، يُستخرج الليثيوم أو يُفصل من مادة الكربون عند القطب السالب ويقحم في الأكسيد عند القطب الموجب. عندما يتم شحن البطاريات ، يحدث كل شيء بترتيب عكسي. في الجسم المنشوري ، يتم طي الأقطاب الكهربائية والفواصل على شكل ألواح مستطيلة ، مما يوفر كثافة تعبئة متزايدة. في البطاريات الأسطوانية ، يتم لف المحتويات. خيار آخر هو أن تتدحرج إلى دوامة بيضاوية الشكل. هذا يجعل من الممكن الجمع بين كلا التعديلين.

على الرغم من أن العديد من البطاريات يمكن أن تعمل في نطاق -40 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية ، ضع في اعتبارك أن السعة والأداء سيختلفان اعتمادًا على درجة الحرارة المحيطة. في الطقس البارد ، تنخفض السعة وقد يتم تفريغ البطارية. تؤدي زيادة درجات الحرارة إلى انخفاض موارد الجهاز وخصائصه. لذلك ، لا تقم بتخزين البطاريات في الشمس ، بالقرب من السخانات الكهربائية أو مصادر الحرارة الأخرى.

ملحوظة!جميع بطاريات الليثيوم لا تحتوي على نظام مشتركالتوحيد. قد تختلف النماذج مع نفس المواصفات. لذلك ، قد يؤدي استخدام البطاريات الأيونية الخاصة بطرف ثالث بواسطة الأجهزة إلى تلف البطارية نفسها وجميع المعدات.

قد يعمل شاحن البطارية بشكل مختلف. في بعض المعدات ، يتم تضمين العنصر الذي يوفر شحن بطاريات ليثيوم أيون في البطارية ، في الآخر - لا يحتوي الجهاز على مثل هذه الأداة. في الحالة الأولى ، يلزم توفر محول التيار الكهربائي لخفض الجهد وتصحيح التيار. يتم شحن العديد من الأجهزة المحمولة بهذه الطريقة. إذا كنا نتحدث عن الكاميرات الرقمية ، فإن بطارية الليثيوم يتم تشغيلها بواسطة شاحن خارجي. إن استخدام المحول الخاطئ لن يؤدي في أحسن الأحوال إلى شحن البطارية ، وفي أسوأ الأحوال سيؤدي إلى إتلاف كل من الكاميرا والبطارية.

على ماذا يعتمد شحن البطارية؟

تم تجهيز بعض خيارات البطارية بعناصر تحكم لا تسمح بتجاوز القيم الحرجة للشحن. إذا كانت القيمة أعلى ، فسيقوم العنصر بقطع تدفق التيار ، وإذا كان أقل ، فسيتوقف عن تزويد المعدات. هذا يتجنب التسخين المفرط والدوائر القصيرة. إذا كانت قوة الهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي تظهر من 10 إلى 20 بالمائة ، فيجب شحن الجهاز. بعد أن تصل المؤشرات إلى الحد الأقصى مائة بالمائة ، تحتاج إلى ترك الجهاز في وضع التشغيل لمدة ساعة ونصف أو حتى ساعتين. خلاف ذلك ، سيتم بالفعل شحن الجهاز بنسبة 70-80 بالمائة فقط.

لكن القواعد تنص على أنه لا يجب شحن البطاريات إلى أقصى حد في كل وقت. حدد المصنعون عن علم معدلات قصوى عند 80 بالمائة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه أثناء إعادة الشحن ، يتطور الأكسجين بشكل أكثر نشاطًا عند الكاثود ، ويتم تكوين ترسب مطحلب من معدن الليثيوم بسعة إلكتروليت عالية على الجزء الكربوني. هذا يزيد من احتمال الهروب الحراري ، وزيادة لاحقة في الضغط ، ونتيجة لذلك ، تدمير وحتى نشوب حريق للبطارية.

بالطبع ، نادرًا ما يحدث هذا الأخير ، لكن انخفاض عمر البطارية مع الشحن الزائد المستمر أمر لا مفر منه. إذا لم تقم بإحضار المعدات إلى التفريغ الكامل ، يمكن أن يزيد عدد دورات العمل إلى ألف ونصف.

ملحوظة! الخيار الوحيد، التي لا يحدث فيها انخفاض في عمر الخدمة عند الشحن الأقصى ، هي بطاريات Li-ion القابلة لإعادة الشحن مع المنغنيز. تؤدي إضافة المنجنيز إلى تباطؤ كبير في تفاعل تطور الأكسجين ومعادن الأنود. في مثل هذه الأجهزة ، لا يتم توفير وحدات التحكم.

من ناحية أخرى ، من أجل إطالة عمر البطارية ، من الضروري أحيانًا إحضار البطارية إلى التفريغ الكامل. هذا يرجع إلى حقيقة أنه من الصعب للغاية مراقبة حالة الشحن باستمرار. يؤدي عدم تواتر الشحن إلى حقيقة أن قراءات الحد الأدنى والأقصى للشحن ، والتي تم وضعها في الأصل في وحدة التحكم ، تضيع. تدريجيا ، يبدأ الجهاز في تلقي بيانات غير دقيقة حول مقدار الشحن. سيؤدي شحن البطارية إلى التفريغ الكامل إلى صفر من وحدات التحكم وتحديد القيمة الدنيا. الخطوة التالية هي شحن الجهاز لأطول فترة ممكنة ، حوالي 8 إلى 12 ساعة. خلال هذا الوقت ، ستقوم وحدة التحكم بتحديث القيمة القصوى وستستقر البطارية.

إذا كنت تخطط لعدم استخدام البطارية لفترة طويلة ، فعليك:

• شحن الجهاز بنسبة 30-50٪ ؛
• توفير درجة حرارة تخزين تبلغ حوالي 150 درجة مئوية ؛
• ضع الجهاز في مكان جاف.

تفقد البطاريات التي تم تفريغها بالكامل أدائها أثناء فترات عدم النشاط الطويلة وتتوقف عن العمل. إذا وضعت بطارية مشحونة بنسبة 100٪ في التخزين ، فسيتم فقد جزء كبير من السعة أثناء هذه العملية.

انتباه!يعتبر الكوبالت خطيرًا على البيئة والبشر ، لذلك يجب التخلص من البطاريات القديمة.

قواعد الشحن العامة

إذا كنت بحاجة إلى شحن البطارية في السيارة ، فأنت بحاجة إلى استخدام أجهزة شحن خاصة. الزائد متصل بالطرف الموجب ، والناقص متصل بالسالب. تم ضبط المنظم على الحد الأدنى وتركه لعدة ساعات. الشحن الكامل يتوافق مع المؤشرات "0" أو المؤشر الأخضر.

دعنا نسلط الضوء على المبادئ الأساسية لكيفية شحن واستخدام بطاريات الليثيوم أيون بشكل صحيح وغير ضار:

1. يجب ألا تنتظر باستمرار التفريغ الكامل للبطارية ؛
2. في الوضع العادي ، اشحن بطارية Li-ion بشحن 10-20٪ ؛
3. من الضروري استخدام الشاحن القياسي فقط ؛
4. يجب تنفيذ الدورة من الشحن الكامل إلى الحد الأقصى مرة كل شهرين إلى ثلاثة أشهر ؛
5. احتفظ بالبطاريات مشحونة جزئيًا ؛
6. يجب تجنب السخونة الزائدة والتبريد الكبير للمعدات.

دعونا نفكر في كيفية الشحن عبر كبل USB من جهاز كمبيوتر ، لأن محول USB غالبًا ما يكون مزودًا بهاتف ذكي. من المهم مراعاة أن سرعة الشحن ستختلف عن السرعة المعتادة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الشحن عبر منفذ الكمبيوتر الشخصي يقتصر على 0.5 أمبير.

إذا تم الشحن من خلال محول من ولاعة السجائر في السيارة ، فيجب عليك مقارنة خصائص المحول القياسي والمحول الجديد بعناية. عادةً ما تكون القيمة للهواتف الذكية 1 أمبير ، وبالنسبة للأجهزة اللوحية ، يلزم 2 أمبير.

فيديو