Loodzuur- of lithium-ionbatterij? Wie zal winnen? Wat zijn de soorten lithiumbatterijen en hun ontwerpkenmerken.

Lithium-ionbatterijen (Li-ion) die in de meeste moderne tablets, smartphones en laptops worden gebruikt, vereisen ander onderhoud en werking dan nikkel-cadmium- (Ni-Cd) en nikkel-metaalhydride-batterijen (Ni-MH) die in eerdere apparaten werden gebruikt.

Een goed onderhoud van uw lithium-ionbatterij kan de levensduur zelfs vijftien keer verlengen in vergelijking met verkeerd gebruik. Dit artikel geeft tips over hoe u de levenscyclus van dure lithium-ionbatterijen in al uw draagbare apparaten kunt maximaliseren.

Onlangs moest Fred Langa, journalist voor het internetportaal Windows Secrets, een beschadigde smartphone vervangen - en dat was zijn fout.

Het belangrijkste symptoom voorspelde niet veel goeds: de telefoonhoes was vervormd omdat de behuizing van het apparaat zelf begon te buigen.

Bij demontage en gedetailleerd onderzoek bleek dat de batterij van de smartphone opgezwollen was.

Aanvankelijk merkte Fred geen veranderingen op: de batterij zag er min of meer normaal uit als je hem van voren bekeek (Figuur 1). Toen de batterij echter op een vlakke ondergrond werd geplaatst, werd het duidelijk dat de boven- en onderrand niet langer vlak en evenwijdig aan elkaar waren. Er zat een ernstige bobbel aan één kant van de batterij (Figuur 2). Deze uitstulping zorgde ervoor dat de telefoon verbogen en vervormd raakte.

Het uitpuilen van de batterij duidde op een ernstig probleem: de ophoping van giftige gassen onder hoge druk in de batterij.

De batterijhouder deed zijn werk perfect, maar door de giftige gassen leek de batterij op een kleine snelkookpanbom die wachtte om te ontploffen.

In het geval van Fred waren zowel de telefoon als de batterij beschadigd - het werd tijd om een ​​nieuwe smartphone te kopen.

Het meest trieste is dat dit probleem gemakkelijk voorkomen had kunnen worden. In het laatste deel van het artikel worden de fouten van Fred belicht.

Om te voorkomen dat de fouten uit het verleden worden herhaald met de nieuwe smartphone en andere lithium-ion-apparaten zoals tablets en laptops, begon Fred serieus onderzoek te doen naar de goede werking en het onderhoud van lithium-ion-batterijen.

Fred was niet geïnteresseerd in het verlengen van de levensduur van de batterij; deze technieken zijn bekend. De meeste apparaten bieden handmatige of automatische energiebesparende modi en methoden voor het aanpassen van de schermhelderheid, het vertragen van de processorprestaties en het verminderen van het aantal actieve apps.

Fred concentreerde zich liever op problemen met het verlengen van de levensduur van de batterij - manieren om de batterij in goede staat te houden en de levensduur van de batterij tot het maximale niveau te verlengen.

Dit artikel bevat een korte scriptieverklaring gebaseerd op Fred's onderzoek. Volg deze vijf tips om ervoor te zorgen dat uw lithium-ionbatterijen goed, duurzaam en veilig presteren in al uw draagbare apparaten.

Tip 1: Houd de temperatuur in de gaten en oververhit de batterij niet

Verrassend genoeg is hitte een van de belangrijkste vijanden van lithium-ionbatterijen. Oorzaken voor oververhitting van de batterij kunnen onder meer misbruikfactoren zijn, zoals de snelheid en duur van de laad- en ontlaadcycli van de batterij.

Ook de externe fysieke omgeving is van belang. Het simpelweg achterlaten van een apparaat met een lithium-ionbatterij in de zon of in een gesloten auto kan het vermogen van de batterij om een ​​lading op te nemen en vast te houden aanzienlijk verminderen.

De ideale temperatuuromstandigheden voor lithium-ionbatterijen zijn een kamertemperatuur van 20 graden Celsius. Als het apparaat tot 30 graden Celsius opwarmt, wordt het vermogen om een ​​lading te dragen met 20 procent verminderd. Als het apparaat wordt gebruikt bij 45C, wat gemakkelijk haalbaar is in de zon of wanneer het apparaat intensief wordt gebruikt door toepassingen die veel hulpbronnen verbruiken, wordt de batterijcapaciteit met ongeveer de helft verminderd.

Als uw apparaat of batterij tijdens gebruik merkbaar warm wordt, probeer dan naar een koelere locatie te gaan. Als dit geen optie is, probeer dan de hoeveelheid stroom die uw apparaat gebruikt te verminderen door onnodige apps, services en functies uit te schakelen, de helderheid van het scherm te verlagen of de energiebesparende modus van het apparaat te activeren.

Als dit nog steeds niet helpt, schakelt u het apparaat volledig uit totdat de temperatuur weer normaal is. Voor nog snellere koeling verwijdert u de batterij (uiteraard als het ontwerp van het apparaat dit toelaat) - op deze manier koelt het apparaat sneller af vanwege de fysieke scheiding van de stroombron.

Hoewel hoge temperaturen het grootste probleem zijn bij lithium-ionbatterijen, zijn de bedrijfsomstandigheden bij lage temperaturen overigens geen reden tot ernstige bezorgdheid. Koude temperaturen veroorzaken geen langdurige schade aan de accu, hoewel een koude accu niet alle energie kan produceren die hij bij de optimale temperatuur zou kunnen produceren. De vermogensdaling wordt zeer merkbaar bij temperaturen onder de 4C. De meeste lithium-ionbatterijen van consumentenkwaliteit worden in wezen onbruikbaar bij temperaturen rond of onder het vriespunt.

Als een apparaat met een lithium-ion-voeding om welke reden dan ook extreem koud wordt, probeer het dan niet te gebruiken. Laat de stekker uit het stopcontact en verplaats hem naar een warme plaats (zak of verwarmde kamer) totdat het apparaat de normale temperatuur heeft bereikt. Net als bij oververhitting moet u de batterij fysiek verwijderen; afzonderlijke verwarming versnelt het opwarmproces. Nadat de batterij is opgewarmd tot de normale temperatuur, worden de elektrolytische eigenschappen hersteld.

Tip 2: Koppel de oplader los om de batterij te sparen

Opladen - d.w.z. Als u de accu te lang aansluit op een hoogspanningsbron, kan dit ook het vermogen van de accu om een ​​lading vast te houden verminderen, de levensduur ervan verkorten, of wat ook wel ‘ronduit doden’ wordt genoemd.

De meeste lithium-ionbatterijen van consumentenkwaliteit zijn ontworpen om te werken op een spanningsniveau van 3,6 V per cel, maar werken op een hogere 4,2 V tijdens het opladen. Als de lader te lang hoge spanning levert, kan de interne batterij beschadigd raken.

In ernstige gevallen kan overbelasting leiden tot wat ingenieurs ‘catastrofale’ gevolgen noemen. Zelfs in gematigde gevallen zal de overtollige warmte die tijdens het opladen wordt gegenereerd het negatieve temperatuureffect veroorzaken dat in de eerste tip wordt beschreven.

Opladers van hoge kwaliteit kunnen samenwerken met de circuits van moderne lithium-ionbatterijen, waardoor het gevaar van overladen wordt verminderd door de laadstroom te verminderen in verhouding tot de lading van de batterij.

Deze eigenschappen variëren aanzienlijk, afhankelijk van het type technologie dat in de batterij wordt gebruikt. Wanneer u bijvoorbeeld nikkel-cadmium (Ni-Cd) en nikkel-metaalhydride (Ni-MH) batterijen gebruikt, probeer deze dan zo lang mogelijk aangesloten te laten op de oplader. Dit komt door het feit dat oudere typen batterijen een hoge zelfontlading hebben, d.w.z. ze beginnen een aanzienlijke hoeveelheid opgeslagen energie te verliezen onmiddellijk nadat ze zijn losgekoppeld van de oplader, zelfs als het draagbare apparaat zelf is uitgeschakeld.

In feite kan een nikkel-cadmium-batterij in de eerste 24 uur na het opladen tot 10 procent van zijn lading verliezen. Na deze periode begint de zelfontladingscurve af te vlakken, maar de nikkel-cadmiumbatterij verliest nog steeds 10-20 procent per maand.

De situatie met nikkel-metaalhydridebatterijen is zelfs nog erger. Hun zelfontladingssnelheid is 30 procent hoger dan die van hun nikkel-cadmium-tegenhangers.

Lithium-ionbatterijen hebben echter een zeer lage zelfontlading. Een goed werkende batterij verliest in de eerste 24 uur na het opladen slechts 5 procent van zijn lading en in de eerste maand daarna nog eens 2 procent.

Het is dus niet nodig om het apparaat tot het laatste moment met een lithium-ionbatterij aangesloten op de oplader te laten. Voor de beste resultaten en een langere levensduur van de batterij dient u de oplader los te koppelen wanneer een volledige lading wordt aangegeven.

Nieuwe apparaten met lithium-ionbatterijen hoeven voor het eerste gebruik niet uitgebreid te worden opgeladen (8 tot 24 uur opladen wordt aanbevolen voor apparaten met nikkel-cadmium- en nikkel-metaalhydridebatterijen). Lithium-ionbatterijen zijn maximaal opgeladen wanneer ze een lading van 100 procent aangeven. Langdurig opladen is niet nodig.

Niet alle ontlaadcycli hebben hetzelfde effect op de toestand van de batterij. Langdurig en intensief gebruik genereert meer warmte, waardoor de batterij ernstig wordt belast, en kortere, frequentere ontlaadcycli verlengen integendeel de levensduur van de batterij.

Je zou kunnen denken dat het vergroten van kleine ontlaad-/laadcycli de levensduur van de voeding ernstig kan verkorten. Dit was alleen maar normaal voor verouderde technologieën, maar is niet van toepassing op moderne lithium-ionbatterijen.

Batterijspecificaties kunnen misleidend zijn omdat... Veel fabrikanten beschouwen de oplaadcyclus als de tijd die nodig is om een ​​oplaadniveau van 100 procent te bereiken. Twee keer opladen van 50 tot 100 procent komt bijvoorbeeld overeen met één volledige oplaadcyclus. Op dezelfde manier zijn drie cycli van 33 procent of vijf cycli van 20 procent ook gelijk aan één volledige cyclus.

Kortom, een groot aantal kleine laad-ontlaadcycli verkort de totale laadcycli van een lithiumbatterij niet.

Nogmaals, de hitte en de hoge belasting van zware ontladingen verkorten de levensduur van de batterij. Probeer daarom het aantal diepe ontladingen tot een minimum te beperken. Zorg ervoor dat het laadniveau van de batterij niet daalt tot waarden dichtbij nul (wanneer het apparaat zichzelf uitschakelt). Beschouw in plaats daarvan de onderste 15 tot 20 procent van uw batterijlading als reserve voor noodgevallen, alleen voor noodgevallen. Wen er indien mogelijk aan om de batterij te vervangen of het apparaat op een externe voedingsbron aan te sluiten voordat de batterij helemaal leeg is.

Zoals u weet, gaat snel ontladen en snel opladen gepaard met het vrijkomen van overtollige warmte en heeft dit een negatieve invloed op de levensduur van de batterij.

Als u het apparaat intensief onder hoge belasting heeft gebruikt, laat de accu's dan afkoelen tot kamertemperatuur voordat u deze aansluit op de oplader. De batterij kan niet volledig worden opgeladen als deze wordt verwarmd.

Houd tijdens het opladen van het apparaat de temperatuur van de batterij in de gaten; deze mag niet te veel oververhitten. Een hete batterij tijdens het opladen geeft meestal aan dat er snel te veel stroom vloeit.

Overladen komt hoogstwaarschijnlijk voor bij goedkope, merkloze laders die gebruik maken van snellaadcircuits of bij draadloze (inductieve) laders.

Een goedkope oplader kan een gewone transformator zijn waar draden aan verbonden zijn. Dergelijke "stille ladingen" verdelen eenvoudigweg de stroom en ontvangen praktisch geen feedback van het apparaat dat wordt opgeladen. Oververhitting en overspanning komen zeer vaak voor bij het gebruik van dit soort opladers, waardoor de batterij langzaam kapot gaat.

“Snelle” oplaadbeurten zijn ontworpen om in één minuut op te laden, niet voor langdurig opladen van een uur. Er zijn verschillende benaderingen van snellaadtechnologie, en ze zijn niet allemaal compatibel met lithium-ionbatterijen. Als de oplader en de accu niet zijn ontworpen om samen te werken, kan snel opladen overspanning en oververhitting veroorzaken. Over het algemeen kunt u het beste niet de oplader van het ene merk gebruiken om het draagbare apparaat van een ander merk op te laden.

Draadloze (inductieve) laders gebruiken een speciaal laadoppervlak om de batterij weer op te laden. Op het eerste gezicht is dit erg handig, maar feit is dat dergelijke ladingen zelfs bij normaal gebruik overtollige warmte afgeven (sommige keukenfornuizen gebruiken inductie om potten en pannen te verwarmen).

Lithiumbatterijen hebben niet alleen last van hitte, maar verspillen ook energie bij het draadloos opladen. Door zijn aard is de efficiëntie van een inductieve lader altijd lager dan die van zijn conventionele tegenhanger. Hier is iedereen vrij om zijn eigen keuze te maken, maar voor Fred zijn verhoogde verwarming en een lager rendement voldoende factoren om dergelijke apparaten te weigeren.

In ieder geval is de veiligste aanpak het gebruik van de meegeleverde oplader, aanbevolen door de fabrikant. Dit is de enige gegarandeerde manier om de temperatuur en spanning binnen normale grenzen te houden.

Als er geen OEM-lader beschikbaar is, gebruik dan een lader met een lage uitgangsstroom om de kans op schade aan de batterij te verkleinen doordat snel een hoog vermogen wordt toegepast.

Eén uitgangsstroombron met lage stroomsterkte is de USB-poort op een gewone computer. Een standaard USB 2.0-poort levert 500 mA (0,5 A) stroom per poort, terwijl USB 3.0 900 mA (0,9 A) per poort levert. Ter vergelijking: sommige speciale opladers kunnen 3000-4000 mA (3-4A) leveren. De lage stroomsterkte van USB-poorten zorgt over het algemeen voor veilig opladen bij normale temperatuur voor de meeste moderne lithium-ionbatterijen.

Tip 5: Gebruik indien mogelijk een reservebatterij

Als uw apparaat een snelle vervanging van de batterij mogelijk maakt, is het hebben van een reservebatterij een goede verzekering. Dit verdubbelt niet alleen de gebruiksduur van het apparaat, maar elimineert ook de noodzaak om de batterij volledig te ontladen of snel op te laden. Wanneer de batterijlading 15-20 procent bereikt, vervangt u eenvoudigweg de lege batterij door een reservebatterij, waarna u het apparaat onmiddellijk volledig kunt opladen zonder problemen met oververhitting.

Een reservebatterij heeft nog meer voordelen. Als u zich bijvoorbeeld in een situatie bevindt waarin de geïnstalleerde batterij oververhit raakt (bijvoorbeeld door intensief gebruik van het apparaat of hoge omgevingstemperaturen), kunt u de hete batterij vervangen om deze sneller af te koelen terwijl u het apparaat kunt blijven gebruiken.

Met twee batterijen is snel opladen niet meer nodig: u kunt het apparaat veilig gebruiken terwijl de batterij langzaam wordt opgeladen via een veilige stroombron.

De fatale fouten van Fred

Fred suggereerde dat hij tijdens een roadtrip de batterij van zijn smartphone mogelijk had beschadigd. Hij gebruikte de GPS-functie van het apparaat om te navigeren tijdens een heldere, zonnige dag. De smartphone werd lange tijd in de zon gelaten in een houder bij het dashboard van de auto en de helderheid van de smartphone werd op maximaal gezet om de kaart te onderscheiden tussen de heldere zonnestralen.

Bovendien zijn alle standaard achtergrondtoepassingen - e-mail, instant messenger, enz. werden gelanceerd. Het apparaat gebruikte een 4G-module om muzieknummers te downloaden en een draadloze Bluetooth-module om geluid naar de hoofdunit van de auto te verzenden. De telefoon werkte zeker onder stress.

Om de telefoon van stroom te voorzien, werd deze aangesloten op een 12V-adapter, aangeschaft op basis van de criteria van lage prijs en beschikbaarheid van de juiste connector.

De combinatie van direct zonlicht, hoge processorbelasting, het scherm ingeschakeld op maximale helderheid en de twijfelachtige kwaliteit van de adapter leidden tot overmatige oververhitting van de smartphone. Fred herinnert zich met afgrijzen hoe heet het apparaat was toen het uit de houder werd getrokken. Deze ernstige oververhitting was precies de katalysator voor het overlijden van de batterij.

Blijkbaar werd het probleem 's nachts erger toen Fred het apparaat de hele nacht aangesloten liet met behulp van een oplader van een derde partij, zonder te controleren of de batterij volledig was opgeladen.

Fred gebruikt bij zijn nieuwe smartphone alleen de meegeleverde oplader en reservebatterij. Fred hoopt op een lang en veilig leven voor zowel de batterij als de telefoon, wat hij wil bereiken met behulp van de genoemde tips.

Een typefout gevonden? Druk op Ctrl+Enter

Lithium-ionbatterijen zijn niet zo kieskeurig als hun nikkel-metaalhydride-tegenhangers, maar ze vereisen nog steeds enige zorg. Vasthouden aan vijf eenvoudige regels kunt u niet alleen de levensduur van lithium-ionbatterijen verlengen, maar ook de gebruiksduur van mobiele apparaten verlengen zonder op te laden.

Sta geen volledige ontlading toe. Lithium-ionbatterijen kennen niet het zogenaamde geheugeneffect, waardoor ze kunnen en bovendien moeten worden opgeladen zonder te wachten tot ze tot nul zijn ontladen. Veel fabrikanten berekenen de levensduur van een lithium-ionbatterij aan de hand van het aantal volledige ontladingscycli (tot 0%). Voor kwaliteitsbatterijen dit 400-600 cycli. Laad uw telefoon vaker op om de levensduur van uw lithium-ionbatterij te verlengen. Optimaal, zodra de batterijlading onder de 10-20 procent daalt, kunt u de telefoon opladen. Hierdoor zal het aantal ontladingscycli toenemen 1000-1100 .
Deskundigen beschrijven dit proces met een indicator als Depth Of Discharge. Als uw telefoon tot 20% is ontladen, is de ontladingsdiepte 80%. De onderstaande tabel toont de afhankelijkheid van het aantal ontladingscycli van een lithium-ionbatterij en de ontladingsdiepte:

Eén keer per 3 maanden ontslag. Langdurig volledig opladen is net zo schadelijk voor lithium-ionbatterijen als voortdurend ontladen tot nul.
Vanwege het uiterst onstabiele oplaadproces (we laden de telefoon vaak op als dat nodig is, en waar mogelijk, via USB, via een stopcontact, vanaf een externe batterij, enz.), raden experts aan om de batterij eens in de 3 maanden volledig te ontladen en vervolgens op te laden tot 100% en houd hem 8-12 uur opgeladen. Dit helpt bij het resetten van de zogenaamde hoge en lage batterijvlaggen. Hier kunt u meer over lezen.

Gedeeltelijk opgeladen opbergen. De optimale conditie voor langdurige opslag van een lithium-ionbatterij is een lading tussen 30 en 50 procent bij 15°C. Als u de batterij volledig opgeladen laat, zal de capaciteit ervan na verloop van tijd aanzienlijk afnemen. Maar de batterij, die al heel lang stof op een plank heeft liggen verzamelen en tot nul is ontladen, leeft hoogstwaarschijnlijk niet meer - het is tijd om hem voor recycling te sturen.
Onderstaande tabel laat zien hoeveel capaciteit er nog over is in een lithium-ion accu, afhankelijk van de opslagtemperatuur en het laadniveau bij opslag gedurende 1 jaar.

Gebruik de originele oplader. Weinig mensen weten dat de oplader in de meeste gevallen rechtstreeks in mobiele apparaten is ingebouwd en dat de externe netwerkadapter alleen de spanning verlaagt en de stroom van het elektrische netwerk in huis corrigeert, dat wil zeggen dat deze geen directe invloed heeft op de batterij. Sommige gadgets, zoals digitale camera's, hebben geen ingebouwde oplader en daarom worden hun lithium-ionbatterijen in een externe "oplader" geplaatst. Dit is waar het gebruik van een externe oplader van twijfelachtige kwaliteit in plaats van de originele de prestaties van de batterij negatief kan beïnvloeden.

Vermijd oververhitting. Welnu, de ergste vijand van lithium-ionbatterijen is hoge temperaturen: ze kunnen absoluut niet tegen oververhitting. Stel uw mobiele apparaten daarom niet bloot aan direct zonlicht en plaats ze niet in de buurt van warmtebronnen zoals elektrische verwarmingstoestellen. Maximaal toegestane temperaturen waarbij lithium-ionbatterijen kunnen worden gebruikt: van –40°C tot +50°C

Je kunt ook kijken

Onder de modernste batterijen nemen lithiumbatterijen een speciale plaats in. In de chemie is lithium het meest actieve metaal.

Het beschikt over een enorme energieopslagbron. In 1 kg lithium kan 3860 ampère-uur opgeslagen worden. Het bekende zink blijft ver achter. Zijn cijfer is 820 ampère-uur.

Op lithium gebaseerde cellen kunnen spanningen tot 3,7 V produceren. Maar laboratoriummonsters kunnen een spanning van ongeveer 4,5 V produceren.

Moderne lithiumbatterijen gebruiken geen puur lithium.

Er zijn momenteel 3 veelvoorkomende typen lithiumbatterijen:

Lithium-ion ( Li-ion). Nominale spanning (U nom.) - 3,6 V;

Lithium-polymeer ( Li-Po, Li-polymeer of "lipo"). U nom. - 3,7V;

Lithium-ijzerfosfaat ( Leven of LFP ). U nom. - 3,3V.

Al deze typen lithiumbatterijen verschillen in het kathode- of elektrolytmateriaal. Li-ion maakt gebruik van een lithiumkobaltaatkathode LiCoO2 Li-Po gebruikt een gelpolymeerelektrolyt en Li-Fe gebruikt een lithiumferrofosfaatkathode LiFePO 4.

Elke lithiumbatterij (of het apparaat waarin deze werkt) is uitgerust met een klein elektronisch circuit: een laad-/ontlaadcontroller. Omdat lithiumbatterijen erg gevoelig zijn voor overladen en diepontladen, is dit noodzakelijk. Als je een lithiumbatterij uit een mobiele telefoon 'uit elkaar haalt', kun je er een klein elektronisch circuit in vinden - dit is de beschermende controller ( Bescherming IC ).

Als er geen ingebouwde controller (of laadsupervisor) in een lithiumbatterij zit, wordt zo'n batterij onbeschermd genoemd. In dit geval is de controller in het apparaat ingebouwd, dat wordt aangedreven door een dergelijke batterij, en opladen is alleen mogelijk vanaf het apparaat of via een speciale oplader.

De foto toont een onbeschermde Li-Po-batterij Turnigy 2200 mAh 3C 25C Lipo-pakket. Deze accu bestaat uit 3 in serie geschakelde cellen (3C - 3 cell) van elk 3,7V en beschikt daarom over een balanceringsconnector. De continue ontlaadstroom kan 25C bereiken, d.w.z. 25 * 2200 mA = 55000 mA = 55 A! En de ontlaadstroom op korte termijn (10 sec.) is 35C!

Lithiumbatterijen, die uit meerdere in serie geschakelde cellen bestaan, vereisen een complexe lader uitgerust met een balancer. Deze functionaliteit is bijvoorbeeld geïmplementeerd in universele laders als Turnigy Accucell 6 en IMAX B6.

Er is een balancer nodig om de spanning over individuele cellen gelijk te maken tijdens het opladen van een composietlithiumbatterij. Vanwege de verschillen tussen de cellen kunnen sommige cellen sneller opladen en andere langzamer. Daarom wordt een speciaal circuit gebruikt voor het overbruggen van de laadstroom.

Dit is de bedrading voor de balancerings- en stroomkabels van een 11,1V LiPo-accu.

Zoals bekend kan het overladen van een lithiumbatterijcel (vooral Li-Polymeer) boven 4,2 V leiden tot een explosie of zelfontbranding. Daarom is het tijdens het opladen noodzakelijk om de spanning te regelen op elke cel samengestelde accu!

Correct opladen van lithiumbatterijen.

Lithiumbatterijen (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) worden opgeladen volgens de CC/CV-methode (“constante stroom/constante spanning”). De methode is dat wanneer de spanning op het element laag is, het eerst wordt opgeladen met een constante stroom van een bepaalde waarde. Wanneer de spanning op de cel bereikt (bijvoorbeeld tot 4,2 V - afhankelijk van het type batterij), handhaaft de laadregelaar een constante spanning erover.

Eerste fase lithiumbatterij opladen - CC- geïmplementeerd via feedback. De controller selecteert de spanning op het element zo dat de laadstroom strikt constant is.

Tijdens de eerste oplaadfase verzamelt de lithiumbatterij het grootste deel van het vermogen (60 - 80%).

Tweede fase aanval - CV- begint wanneer de spanning op het element een bepaald drempelniveau bereikt (bijvoorbeeld 4,2V). Hierna houdt de controller eenvoudigweg een constante spanning op het element en geeft het de stroom die het nodig heeft. Tegen het einde van het opladen neemt de stroom af tot 30 - 10 mA. Bij deze stroom wordt het element als geladen beschouwd.

Tijdens de tweede fase verzamelt de batterij de resterende 40 - 20% van het vermogen.

Het is vermeldenswaard dat het overschrijden van de drempelspanning op een lithiumbatterij ervoor kan zorgen dat deze oververhit raakt en zelfs explodeert!

Bij het opladen van lithiumbatterijen wordt aanbevolen deze in een vuurvaste zak te plaatsen. Dit geldt vooral voor batterijen die geen speciale doos hebben. Bijvoorbeeld degenen die worden gebruikt in radiografisch bestuurbare modellen (auto-, vliegtuigmodellering).

Nadelen van lithium-ionbatterijen.

Het belangrijkste en meest angstaanjagende nadeel van op lithium gebaseerde batterijen is het brandgevaar als de bedrijfsspanning wordt overschreden, oververhitting, onjuist opladen en ongeletterde bediening. Er zijn vooral veel klachten over lithium-polymeer (Li-Polymeer) batterijen. Lithium-ijzerfosfaat (Li-Fe) -batterijen hebben echter niet zo'n negatief kenmerk: ze zijn brandveilig.

Bovendien zijn lithiumbatterijen erg bang voor de kou: ze verliezen snel hun capaciteit en stoppen met opladen. Dit geldt voor Li-ion- en Li-Po-accu's. Lithium-ijzerfosfaat (Li-Fe) accu’s zijn beter bestand tegen vorst. Eigenlijk is dit een van de positieve eigenschappen van Li-Fe-batterijen.

Het nadeel van lithiumbatterijen is dat ze een speciale laadregelaar nodig hebben: een elektronisch circuit. En in het geval van een composiet accu en balancer.

Bij diepe ontlading verliezen lithiumbatterijen hun oorspronkelijke eigenschappen. Li-ion- en Li-Po-batterijen zijn bijzonder gevoelig voor diepe ontlading. Ook na restauratie zal zo’n accu een lagere capaciteit hebben.

Als een lithiumbatterij lange tijd niet "werkt", zal de spanning erop eerst dalen tot een drempelniveau (meestal 3,2-3,3V). Het elektronische circuit schakelt de batterijcel volledig uit, waarna een diepe ontlading begint. Als de spanning op de cel daalt tot 2,5 V, kan dit tot uitval leiden.

Daarom is het de moeite waard om de batterijen van laptops, mobiele telefoons en mp3-spelers van tijd tot tijd op te laden tijdens lange perioden van inactiviteit.

Normaal gesproken is de levensduur van een gewone lithiumbatterij 3 - 5 jaar. Na 3 jaar begint de batterijcapaciteit behoorlijk merkbaar af te nemen.

Als je 'tips voor het bedienen' van batterijen op forums leest, kun je niet anders dan denken: ofwel hebben mensen natuurkunde en scheikunde op school overgeslagen, ofwel denken ze dat de regels voor het gebruik van loodzuur- en ionenbatterijen hetzelfde zijn.
Laten we beginnen met de werkingsprincipes van een Li-Ion-batterij. Op de vingers is alles uiterst eenvoudig: er is een negatieve elektrode (meestal gemaakt van koper), er is een positieve (gemaakt van aluminium), daartussen zit een poreuze substantie (separator) geïmpregneerd met elektrolyt (het voorkomt de “ ongeoorloofde” overdracht van lithiumionen tussen de elektroden):

Het werkingsprincipe is gebaseerd op het vermogen van lithiumionen om te worden geïntegreerd in het kristalrooster van verschillende materialen - meestal grafiet of siliciumoxide - onder vorming van chemische bindingen: dienovereenkomstig worden de ionen tijdens het opladen in het kristalrooster ingebouwd, daardoor accumuleren ze een lading op de ene elektrode, en bij het ontladen gaan ze respectievelijk terug naar de andere elektrode, waardoor het elektron wordt weggegeven dat we nodig hebben (wie is geïnteresseerd in een nauwkeurigere uitleg van de processen die plaatsvinden - google intercalation). Als elektrolyten worden waterhoudende oplossingen gebruikt die geen vrij proton bevatten en stabiel zijn over een breed spanningsbereik. Zoals je kunt zien, gebeurt alles in moderne batterijen vrij veilig: er is geen lithiummetaal, er valt niets te ontploffen, alleen ionen stromen door de afscheider.
Nu alles min of meer duidelijk is geworden over het werkingsprincipe, gaan we verder met de meest voorkomende mythen over Li-Ion-batterijen:

1. Mythe één. De Li-Ion-accu in het apparaat kan niet tot nul procent worden ontladen.
   In feite klinkt alles correct en komt het overeen met de natuurkunde: bij ontlading tot ~2,5 V begint de Li-Ion-batterij zeer snel achteruit te gaan, en zelfs één dergelijke ontlading kan de capaciteit aanzienlijk (tot 10%) verminderen. Als de spanning met een standaardlader tot een dergelijke spanning wordt ontladen, is het bovendien niet langer mogelijk om deze op te laden - als de spanning van de batterijcel onder ~3 V daalt, zal de "slimme" controller deze uitschakelen als beschadigd, en als er al dergelijke cellen zijn, kan de batterij naar de prullenbak worden gebracht.
   Maar er is één heel belangrijk ding dat iedereen vergeet: in telefoons, tablets en andere mobiele apparaten is het bedrijfsspanningsbereik van de batterij 3,5-4,2 V. Wanneer de spanning onder de 3,5 V daalt, geeft de indicator een lading van nul procent aan en het apparaat schakelt uit, maar voordat "kritiek" 2,5 V nog steeds erg ver weg is. Dit wordt bevestigd door het feit dat als je een LED op zo'n "lege" batterij aansluit, deze lange tijd kan blijven branden (misschien herinnert iemand zich dat ze vroeger telefoons verkochten met zaklampen die met een knop werden aangezet, ongeacht de systeem Dus het licht daar bleef branden, zelfs na het ontladen en uitschakelen van de telefoon). Dat wil zeggen dat, zoals u kunt zien, bij normaal gebruik geen ontlading tot 2,5 V plaatsvindt, wat betekent dat het heel goed mogelijk is om de batterij tot nul procent te ontladen.
2. Mythe twee. Als Li-Ion-batterijen beschadigd raken, exploderen ze.
   We herinneren ons allemaal de "explosieve" Samsung Galaxy Note 7. Dit is echter eerder een uitzondering op de regel - ja, lithium is een zeer actief metaal en het is niet moeilijk om het in de lucht te laten ontploffen (en het brandt heel helder in de lucht). water). Moderne batterijen gebruiken echter geen lithium, maar de ionen ervan, die veel minder actief zijn. Dus om een ​​explosie te laten plaatsvinden, moet je heel hard je best doen - óf de oplaadbatterij fysiek beschadigen (kortsluiting veroorzaken), óf hem opladen met een zeer hoge spanning (dan zal hij beschadigd raken, maar hoogstwaarschijnlijk zal de controller gewoon doorbranden zichzelf uit en laat de batterij niet opladen). Daarom, als u plotseling een beschadigde of rokende batterij in uw handen heeft, gooi deze dan niet op tafel en ren weg uit de kamer terwijl u roept: "we gaan allemaal dood" - stop hem gewoon in een metalen container en neem hem mee naar het balkon (om de chemicaliën niet in te ademen) - de batterij zal een tijdje smeulen en dan uitgaan. Het belangrijkste is om hem niet met water te vullen, de ionen zijn uiteraard minder actief dan lithium, maar toch komt er bij de reactie met water ook een bepaalde hoeveelheid waterstof vrij (en hij explodeert graag).
3. Mythe drie. Wanneer een Li-Ion-batterij 300 (500/700/1000/100.500) cycli bereikt, wordt deze onveilig en moet deze dringend worden vervangen.
   Een mythe die gelukkig steeds minder op forums circuleert en helemaal geen fysische of chemische verklaring heeft. Ja, tijdens gebruik oxideren en corroderen de elektroden, waardoor de batterijcapaciteit afneemt, maar dit bedreigt u niet met iets anders dan een kortere levensduur van de batterij en onstabiel gedrag bij een lading van 10-20%.
4. Mythe vier. Li-Ion-accu's kunnen niet in de kou worden gebruikt.
   Dit is meer een aanbeveling dan een verbod. Veel fabrikanten verbieden het gebruik van telefoons bij temperaturen onder het vriespunt, en velen hebben te maken gehad met snelle ontlading en zelfs uitschakeling van telefoons in de kou. De verklaring hiervoor is heel eenvoudig: de elektrolyt is een waterhoudende gel en iedereen weet wat er met water gebeurt bij temperaturen onder het vriespunt (ja, het bevriest, als er iets is), waardoor een deel van de batterij onbruikbaar wordt. Dit leidt tot een spanningsval en de controller begint dit als een ontlading te beschouwen. Dit is niet goed voor de batterij, maar ook niet dodelijk (na verwarming keert de capaciteit terug), dus als je de telefoon dringend in de kou moet gebruiken (om hem te gebruiken - haal hem uit een warme zak, controleer dan de tijd en het terugplaatsen telt niet mee), dan is het beter om hem 100% op te laden en elk proces aan te zetten dat de processor laadt - dit zal hem langzamer afkoelen.
5. Mythe vijfde. Een gezwollen Li-Ion-accu is gevaarlijk en moet onmiddellijk worden weggegooid.
   Dit is niet bepaald een mythe, maar eerder een voorzorgsmaatregel: een gezwollen batterij kan eenvoudig barsten. Vanuit chemisch oogpunt is alles eenvoudig: tijdens het intercalatieproces vallen de elektroden en de elektrolyt uiteen, waardoor gas vrijkomt (het kan ook vrijkomen tijdens het opladen, maar daarover hieronder meer). Maar er komt heel weinig van vrij, en om de batterij er opgezwollen uit te laten zien, moeten er enkele honderden (zo niet duizenden) oplaadcycli plaatsvinden (tenzij deze uiteraard defect is). Er zijn geen problemen om gas kwijt te raken - doorboor gewoon de klep (bij sommige batterijen gaat deze open als er sprake is van overdruk) en laat hem leeglopen (ik raad het af om ermee te ademen), waarna je het gat kunt bedekken met epoxy hars. Dit zal de batterij natuurlijk niet terugbrengen naar zijn vroegere capaciteit, maar nu zal hij in ieder geval zeker niet barsten.
6. Mythe zes. Overladen is schadelijk voor Li-Ion-batterijen.
   Maar dit is niet langer een mythe, maar een harde realiteit - bij het opladen is de kans groot dat de batterij opzwelt, barst en vlam vat - geloof me, het is weinig plezierig om bespat te worden met kokende elektrolyt. Daarom hebben alle accu's controllers die eenvoudigweg voorkomen dat de accu boven een bepaalde spanning wordt opgeladen. Maar hier moet je uiterst voorzichtig zijn bij het kiezen van een batterij - Chinese handwerkcontrollers kunnen vaak defect raken, en ik denk niet dat vuurwerk vanaf je telefoon om 3 uur 's nachts je gelukkig zal maken. Natuurlijk bestaat hetzelfde probleem bij merkbatterijen, maar ten eerste gebeurt dit daar veel minder vaak, en ten tweede zullen ze je hele telefoon onder garantie vervangen. Deze mythe geeft meestal aanleiding tot het volgende:
7. Mythe zevende. Wanneer u 100% bereikt, moet u de telefoon niet meer opladen.
   Vanuit de zesde mythe lijkt dit redelijk, maar in werkelijkheid heeft het geen zin om midden in de nacht op te staan ​​en het apparaat los te koppelen: ten eerste zijn controllerstoringen uiterst zeldzaam, en ten tweede, zelfs als de indicator 100% bereikt, is het de batterij laadt nog enige tijd op tot de zeer, zeer maximale lage stroomsterkte, wat nog eens 1-3% capaciteit toevoegt. Dus eigenlijk moet je niet op veilig spelen.
8. Mythe acht. U kunt het apparaat alleen opladen met de originele oplader.
   De mythe bestaat vanwege de slechte kwaliteit van Chinese opladers - bij een normale spanning van 5 +- 5% volt kunnen ze zowel 6 als 7 produceren - de controller zal deze spanning uiteraard een tijdje gladstrijken, maar in de toekomst het zal in het beste geval leiden tot het doorbranden van de controller, in het slechtste geval tot een explosie en (of) falen van het moederbord. Het tegenovergestelde gebeurt ook: onder belasting produceert de Chinese oplader 3-4 volt: dit zal ertoe leiden dat de batterij niet volledig kan opladen.

Lithium-batterijen

Lithium- of lithium-ionbatterijen (Li-ion) worden voornamelijk aangetroffen in mobiele telefoons, laptops en videocamera's. De producten zijn duur, net als de batterijen, dus je moet er nog competenter mee omgaan dan welke andere batterij dan ook. Dus wat is de kracht van Li-Ion? Er zijn hier waarschijnlijk nog meer geruchten en mythen. Ten eerste begint het vanzelf te verschijnen, al was het maar omdat verkopers van apparatuur met Li-ion-batterijen geen speciale instructies geven en zeggen dat de batterij "slim" is en alles zal doen zoals het hoort. Maar zijzelf niet. Er zijn immers zoveel gevallen waarin eigenaren van nieuwe laptops de batterij binnen een maand onbruikbaar maakten en vervolgens goed geld betaalden voor een nieuwe batterij. Natuurlijk zijn lithiumbatterijen duur omdat ze boordevol elektronica zitten, maar helaas behoeden ze je er niet voor om voor gek te staan.

Overmatige ontlading

Net als nikkelbatterijen zijn lithiumbatterijen ook erg gevoelig voor overladen en te diep ontladen. Maar aangezien deze batterijen worden gebruikt in slimme apparaten en worden geleverd met hun eigen opladers, staat hun elektronica niet toe dat ze worden overladen. je hoeft niet bang voor hem te zijn. Maar te veel ontlading is moeilijker onder controle te houden, en daarom is dit de meest voorkomende oorzaak van voortijdig falen van de batterij. Bij dure en complexe apparaten, zoals laptops, vindt het uitschakelen uiteraard plaats voordat de spanning een kritische waarde bereikt. Maar precedenten geven aan dat deze noodstop het beste kan worden gezien als een noodmaatregel, die, indien mogelijk, het beste kan worden vermeden. Het is de belangrijkste regel om volledige ontlading te voorkomen, omdat een lage spanning het noodbeveiligingscircuit kan uitschakelen. Het komt voor dat mensen hun batterijen ‘doden’ als ze zich laten meeslepen door training. Trainen is een goede zaak, maar voor lithiumbatterijen zijn 2-3 volledige cycli voldoende.

Lithium accu’s hebben geen geheugeneffect en kunnen dus worden opgeladen wanneer je maar wilt. Je kunt de accu’s dus beter niet volledig ontladen na het trainen. De aanbevolen ondergrens is 5-10%. De kritische ondergrens bedraagt ​​3%.

Veel onvolledige cycli of één voltooid

Lithiumbatterijen hebben een levensduur van ongeveer 300 cycli. Een volledige cyclus wordt beschouwd als een cyclus van volledig opladen en volledig ontladen (dat wil zeggen tot ongeveer 3% van de capaciteit), of omgekeerd. Als u de batterij tot 50% ontlaadt en vervolgens oplaadt, duurt het een halve cyclus, als u de batterij tot 75% oplaadt, duurt het een kwart cyclus, enz. Voor telefoons en laptops is het verschil in voordelen tussen volledige en onvolledige cycli dus anders. Op internet wordt hardnekkig beweerd dat veel mensen hun telefoons oplaadden terwijl deze niet volledig ontladen waren (dat wil zeggen, ze laadden de telefoon elke dag op) en deze uiteindelijk kapot maakten. Tegelijkertijd is het voor laptops betrouwbaar bekend dat volledige cycli de batterij sneller verslijten dan onvolledige. De situatie wordt duidelijker met een gedetailleerd onderzoek van de structuur van Li-ion-batterijen (zie aanvullende materialen). Het blijkt dat veel afhangt van de controller. Hij is het die de laadstroom regelt, de toestand van de batterij bewaakt, enz. Bij laptops bevindt de controller zich dus in de batterij zelf en wordt deze aangepast door systeemhulpprogramma's, zoals kalibratie. Bij mobiele telefoons bevindt de controller zich in de telefoon zelf en kan niet eenvoudig worden aangepast. Hoewel er bij lithiumbatterijen geen sprake is van een geheugeneffect, is er wel sprake van een zogenaamd ‘digitaal geheugen’-effect. Het is een feit dat de elektronica voor het regelen van het laden en ontladen in de batterij zelf onafhankelijk werkt van het apparaat dat de batterij gebruikt. Interne elektronica bewaakt het spanningsniveau van het element, onderbreekt het laden wanneer de ingestelde maximale waarde is bereikt (rekening houdend met de verandering in spanning als gevolg van de laadstroom en accutemperatuur), onderbreekt de ontlading wanneer een kritische waarde wordt bereikt en rapporteert dit “upstream” (voor deze doeleinden een groot aantal gespecialiseerde microschakelingen). Het accumonitoringsysteem “bovenaan” berekent het laadniveau op basis van informatie over de momenten van het uitschakelen van het laden en ontladen van de accu en de meetwaarden van het huidige meetsysteem. Maar als de bedrijfsomstandigheden zodanig zijn dat volledige ontlading niet plaatsvindt voordat de hardware wordt uitgeschakeld of volledig wordt opgeladen, zijn deze berekeningen na verschillende cycli mogelijk niet helemaal correct: de batterijcapaciteit neemt in de loop van de tijd af en de huidige meterstanden komen mogelijk niet altijd overeen met de werkelijkheid. Normaal gesproken bedragen de afwijkingen niet meer dan één procent per cyclus, tenzij er tijdens de werking ernstige veranderingen optreden, die bijvoorbeeld verband houden met het falen van een van de batterijcellen. Het monitoringsysteem heeft de mogelijkheid om te “leren”, dat wil zeggen de waarde van de volledige capaciteit van de batterij opnieuw te berekenen, maar hiervoor is het noodzakelijk om ten minste één volledige laad-ontlaadcyclus uit te voeren voordat de hardwarecircuits van de batterij zelf worden uitgeschakeld. geactiveerd. Het blijkt dus dat bij zeer frequente cycli de controller in de war raakt en daarom de batterijlading verkeerd berekent en verkeerd oplaadt, waardoor de batterij verslechtert. In tegenstelling tot een laptop kan een telefoon niet opnieuw worden gekalibreerd. Het enige dat in dit geval overblijft, is een paar volledige cycli uitvoeren om de controller op orde te krijgen. Ik raad idealiter aan om volledige en onvolledige cycli te combineren, waarbij ik me aan het ‘gulden middenweg’-principe houd. Persoonlijk deed ik dit met mijn mobiele telefoon - als resultaat was de capaciteitsdaling na 2 jaar gebruik niet meer dan 40%, wat de norm is. Gedeeltelijk is de tijd ook niet goed voor lithiumbatterijen: ze verslijten na verloop van tijd, ongeacht het gebruik; Hun levensduur is kort en het is redelijk om de batterijen elke 2-3 jaar te vervangen.

Opslag

Wanneer de batterij niet in gebruik is, wordt aanbevolen om deze met een capaciteit van 40% op een koele plaats te bewaren. De onderste temperatuurgrens voor opslag en gebruik is 00 C. Over het algemeen worden lithiumbatterijen graag opgeladen, d.w.z. Ze kunnen beter in geladen toestand worden bewaard en bewaard, in tegenstelling tot nikkel. Maar tijdens langdurige opslag verslijt de maximale lading de batterij nog steeds meer, dus de optimale toestand wordt beschouwd als een lading van 40%.

Reanimatie van de batterij

Als de batterij leeg is, is het over het algemeen beter om een ​​nieuwe te kopen; dit is de meest logische optie, ook al is deze duur. Ik heb geen betrouwbare recepten gezien voor het reanimeren van batterijen. Er zijn hier echte legendes, vooral over laptops, dat mensen hun kapotte laptopbatterij nieuw leven hebben ingeblazen en dat alles in orde is met hen. Een daarvan klinkt als volgt: “Je moet de batterij volledig ontladen, de laptop een week laten staan; laad vervolgens de batterij volledig op en laat deze ook een week staan; over twee maanden moet de capaciteit hersteld zijn.”

Voor mobiele telefoons: combineer volledige en onvolledige cycli (in de “XZ”-verhouding).
Voor laptops: zo min mogelijk volledige cycli (na de training).
Voor iedereen: het wordt aanbevolen om 80% cycli te doen; sta geen volledige ontlading toe (minder dan 3%).