Как восстановить литий полимерный аккумулятор

radiohlam.ru

Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 24 июл 2014, 10:18

Доброе утро.
Предлагаю в этой теме делиться опытом восстановления и повторного исполбзования литиевых аккумов.
В нете много материала на эту тему, но реально рабочие методики восстановления можно на пальцах пересчитать!
Я опробовал несколько методик и считаю нужным заняться этим вопросом более плотно!
Из того, что я опробовал:
— Замораживание;
— «перемотка»;
— воздействие импульсным биполярным током;
— экстремальная зарядка/разрядка;
— длительная зарядка малым током и быстрая разрядка;
— параллельная и последовательная зарядка с использованием соотв. контроллеров и т.д.
Более подробно буду выкладывать по мере обсуждения.
Я сам химик-технолог. В химии отлично разбираюсь, да и в электронике не плохо!
Прошу поделиться опытом данной тематики!
Заранее благодарен!

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 25 июл 2014, 10:23

Доброе утро всем!
Решил я как-то восстановить свою убитую батарею от ноута Acer Aspire 5230, ёмкостью 4400 мАч. Она состоит из шести li-ion элементов (последовательно три секции по два элемента в паралель). Ёмкость каждого отдельного элемента 2200 мАч. В нете много разной противоречивой инфы на тему реанимации данных аккумов. Решил выбрать наиболее правдоподобную и немного её доработал. Суть заключается в зарядке аккума импульсным током (через мощный контроллер. ) в «экстремальном» режиме, т.е. величиной тока в 1.5 — 2С (С — ёмкость аккума) при принудительном охлаждении! Я обдувал холодным воздухом (Т= 5*С). Зарядку продолжал до тех пор, пока контроллер сам не отключит питание. Затем следует выполнить быструю разрядку аккума. Ток разряда — 1-1.2С.
Данные процедуры я проводил по 4 раза с каждым элементом и в итоге ёмкость четырех элементов возросла в среднем на 40 — 50%
Остальные два элемента напрочь отказывались брать ток. И напряжения на них соответственно не было. Благо, что сразу не выбросил! Потом через пару дней наткнулся на статейку в инете, где рассказывается о подобных случаях. Дело в том, что в 90% таких случаев сработала защита внутри элемента. Защита представляет собой алюминиевую мембрану, которая при увеличении температуры и соответственно давления внутри аккума деформируется и размыкает цепь!
Для «оживления» этих двух элементов пришлось спилить выступ на положительном электроде. Через полученное отверстие с помощью спички очень аккуратно надавливаем на мембрану (чтобы не повредить её). Проверяем напряжение. У меня сразу тестер показал 3.9В. Если напряжение отсутствует — повторяем процедуру со спичкой. После вышеописанной зарядки/разрядки этих двух элементов, их емкость стала выше процентов на 10-15 остальных четырех элементов.
Вывод: Литиевые батареи (даже те, которые не показывают напряжения) все-же можно частично восстановить!

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение БАРС » 26 июл 2014, 02:04

Право не знаю, литиевые элементы очень здорово самовоспламеняются, и тушить их бесполезно. Стоит ли рисковать? Не зря там защиты установлены

Сотрудничаю с НАСА, Роскосмос, Газпром, РЖД, Интер РАО ЕЭС, Роснано и др. (конкретно уточняйте у самой организации) ©.

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 26 июл 2014, 03:21

БАРС писал(а): Право не знаю, литиевые элементы очень здорово самовоспламеняются, и тушить их бесполезно. Стоит ли рисковать? Не зря там защиты установлены

Если честно, то я не представляю что с этими батареями делать нужно, чтобы они воспламенились! Разве что гвоздем пробить! Я с ними работаю довольно длительное время и успел поставить множество экспериментов (скорее краш-тестов) над ними. Ну если Вы накоротко замкнете пару батарей (литиевых), ёмкостью ампер-часов так 10-15, то скорее всего ничего хорошего с этого не выйдет!
А если с умом с ними работать, то можете не беспокоиться!
У меня один раз замкнуло 4х1800 мАч и в таком состоянии простояло несколько минут. То кроме раскаленного до красна провода и убитых аккумов ничегострашного не произошло..

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение БАРС » 26 июл 2014, 13:37

Тут только на свой страх и риск.

Сотрудничаю с НАСА, Роскосмос, Газпром, РЖД, Интер РАО ЕЭС, Роснано и др. (конкретно уточняйте у самой организации) ©.

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 01 авг 2014, 10:16

Доброе утро. Вчера подфартило достать 3 ли-пол аккума в идеальном состоянии (2 на 2800 мАч и 1 на 2000 мАч.) Было бы все отлично, но часто встречал статейки, в которых категорически запрещается параллельное включение разных по ёмкости литиевых аккумов. Облазил несколько сайтов производителей и выяснил, что при наличии в каждой АКБ родного контроллера — параллельное подключение допустимо! Только сперва потенциалы выровнять нужно.
Теперь собственно вопрос: На какой шимке можно сделать повышающий (или понижающий) преобразователь с максимальным КПД?

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 01 авг 2014, 10:23

Сори. Чуть не забыл.
Выходное напряжение — 5В ( Регул.);
Выходной ток — 3А.
Входное напряжение — до 15В.

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение БАРС » 01 авг 2014, 15:39

лм 2576 около 80%

Сотрудничаю с НАСА, Роскосмос, Газпром, РЖД, Интер РАО ЕЭС, Роснано и др. (конкретно уточняйте у самой организации) ©.

Pajalkin Читатель
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 13 июл 2014, 11:38

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение Pajalkin » 01 авг 2014, 16:50

Пробовал. Но я слыхал о шимках с КПД свыше 95% . Можно шимка + мосфет.
Заранее благодарен!

rhf-admin администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3059 Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19 Откуда: Уфа Контактная информация:

Re: Восстановление и вторичное использование li-ion и li-pol акк

Сообщение rhf-admin » 01 авг 2014, 20:20

Тут дело даже не столько в конкретной микрухе, сколько в технологии. Микруху лучше брать на полевиках (CMOS) — меньше собственное потребление, и лучше синхронник.
Из тех, с которыми я ковырялся, можно взять HIP6004.
А LM2576 — она же древняя вроде, как и MC-шка. Щас вместо неё есть 2596.

С уважением, администрация сайта.

• Микроконтроллеры и всё, что программируется
• ↳ Программаторы
• ↳ Устройства на микроконтроллерах
• ↳ Интерфейсы / Протоколы / Периферия
• ↳ LCD
• ↳ Общие вопросы
• ↳ Среды разработки
• Питание
• ↳ Блоки питания
• ↳ Преобразователи / стабилизаторы / регуляторы
• ↳ Аккумуляторы и зарядные устройства
• ↳ Другие вопросы по питанию
• Разное
• ↳ Электродвигатели
• ↳ Свет
• ↳ Авто
• ↳ Всё остальное
• В помощь разработчику
• ↳ Технологии
• ↳ Измерения / проверки
• ↳ Ищу даташит / схему / мануал. Не могу опознать
• ↳ Полезное ПО
• Магазин сайта Radiohlam.ru
• ↳ Покупка
• ↳ Эксплуатация
• Туча
• ↳ Подарю / Приму в дар / Обменяю / Куплю / Продам
• ↳ Ищу/предлагаю работу
• Отдых мозгам и рукам
• ↳ Поболтать
• ↳ Посмеяться
• ↳ Поностальгировать
• Связь с администрацией
• ↳ Вопросы
• ↳ Советы

• Список форумов
• Часовой пояс: UTC+05:00
• Удалить cookies
• Связаться с администрацией

Создано на основе phpBB® Forum Software © phpBB Limited

Как восстановить литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимерные аккумуляторы отличаются от Li-ion моделей использованием в роли электролита полимерного материала. Такие источники питания применяются для радиоуправляемых моделей, цифровой техники, портативного электроинструмента, современных гаджетов.

LiPo аккумуляторы бывают толщиной от 1 мм и всевозможных форм. Благодаря высокой удельной энергоемкости они широко используются для оснащения квадрокоптеров и других устройств, которым нужны легкие и компактные источники питания.

Как продлить срок службы Li-Polymer батарей?

При нарушении правил эксплуатации Li-Pol аккумуляторы теряют емкость, выходят из строя, а в случае перезаряда или перегрева способны возгораться. Для профилактики опасных состояний они снабжаются встроенной платой защиты – электронной схемой, предотвращающей перезаряд элементов, их перегрев и токовые перегрузки. Не менее важно использовать для зарядки Li-Pol аккумуляторов подходящие зарядные устройства.

Для долгой и стабильной работы LiPo элементов нужно соблюдать 5 основных правил:

1. Не допускать глубокого разряда.
2. Хранить с уровнем заряда около 50%.
3. Использовать предназначенные для них зарядные устройства.
4. Избегать перегрева.
5. Беречь от повреждений.

Возможности восстановления литий-полимерных аккумуляторов

К выходу элементов питания из строя могут привести разные факторы, но чаще всего причиной неисправности становится глубокий разряд или механическое повреждение. Перед тем, как восстанавливать литий-полимерный аккумулятор, нужно оценить его состояние и возможные риски в процессе «реанимации».

Если есть подозрение, что между пластинами произошло замыкание, или наблюдается вытекание из элементов питания жидкости, их нужно утилизировать. При нарушении целостности микросхемы и зарядке АКБ кустарным способом возникает риск перегрева и возгорания. Но в некоторых случаях можно восстановить работоспособность Li-Pol элементов, не рискуя спровоцировать пожар.

Диапазон напряжений

Номинальное напряжение Li-Pol аккумулятора составляет 3,7 В. При полном заряде элементов напряжение на них достигает 4,2 В, а при разряженном состоянии – 3 В. Нижним пределом напряжения на ячейке считается 2,8 В, но лучше не разряжать Li-Pol аккумуляторы ниже уровня 3,3 В. При использовании литий-полимерной АКБ на борту квадрокоптера нежелательно допускать снижения напряжения ниже 3,5 В на элемент, а при минусовых температурах – ниже 3,7 В.

В состоянии глубокого разряда литиевые элементы деградируют, внутри у них протекают необратимые химические процессы. В результате уменьшается емкость, сокращается срок службы аккумуляторов, и постепенно они приходят в негодность. После длительного пребывания в разряженном состоянии восстановление литиевых аккумуляторов может оказаться проблематичным.

Реанимация LiPo аккумуляторов после глубокого разряда

При падении напряжения ниже 3 В на элемент контроллер блокирует их дальнейшую зарядку. Но если аккумуляторы находились в разряженном состоянии всего несколько дней, можно рискнуть и обмануть контроллер. Для этого достаточно:

1. Взять универсальное зарядное устройство, настраиваемое на разные режимы работы.
2. Подключить к нему севшую LiPo батарею и выбрать режим зарядки для NiCd или NiMH.
3. В этом режиме зарядку проводить до тех пор, пока напряжение превысит 3 В на ячейку, т.е. составит 6 В для батарей типа 2S, 9 В для 3S, 12 В для 4S и т.д.
4. По достижению напряжения 3 В на ячейку процесс зарядки уже не блокируется защитной схемой. После этого нужно перенастроить зарядное устройство на режим LiPo и довести процесс зарядки до конца.

Как устранить помятость?

Помятый или изогнутый Li-Pol аккумулятор в мягкой герметизирующей оболочке достаточно аккуратно распрямить в обратную сторону. Главное – чтобы ячейки не имели повреждений. После такой реанимации проблем с дальнейшей зарядкой или снижением токоотдачи обычно не наблюдается.

Как восстановить пробитую LiPo батарею?

При прокалывании литий-полимерного аккумулятора гвоздем или другим острым предметом идет «белый дым». При контакте с водой дым усиливается, и может произойти его возгорание от малейшей искры. Взорваться пробитая батарея не может в принципе. Взрыв возможен только при перезаряде (напряжении выше 4,2 В на элемент). Если проколоть аккумулятор в процессе заряда и тем самым замкнуть его пластины между собой, произойдет возгорание.

Для восстановления батареи с пробитой ячейкой нужно разобрать АКБ, убрать из нее поврежденное звено и вместо него установить исправный элемент с идентичными характеристиками. Альтернативный вариант – собрать батарею из оставшихся исправных ячеек, но ее напряжение будет ниже на 3,7 В.

Что делать со вздутыми LiPo аккумуляторами?

Ячейки Li-Polymer вздуваются не просто так, а из-за длительного пребывания в разряженном состоянии. В результате в их структуре протекают необратимые химические реакции, и образуется газ. Зазоры между пластинами увеличиваются, емкость уменьшается, и использовать такие элементы питания крайне нежелательно. При зарядке вздутые аккумуляторы сильно греются, происходит дополнительное образование газа, а корпус может не выдержать давления и разорваться.

Поэтому перед тем, как восстанавливать Li-Pol аккумуляторы после вздутия, нужно основательно взвесить все «за» и «против». При желании, убрать вздутость можно, но процессы деградации в аккумуляторе никуда не денутся, что неизбежно отразится на его характеристиках. В дальнейшем такие элементы питания снова вздуваются и все слабее держат заряд. Поэтому проще и надежнее купить новые элементы питания.

Алгоритм восстановления вздутых ячеек

Если же очень хочется реанимировать вздутые элементы Li-Polymer, можно действовать по следующему алгоритму:

1. Тонкой иглой проделать в центральной части аккумулятора или внизу с торца небольшое отверстие и через него выпустить наружу скопившийся под оболочкой газ. Главное при этом – прокалывать только отстающую от пластин герметизирующую оболочку, не затрагивая пластины. Поэтому прокол делается миниатюрный, а иголка держится под небольшим углом.
2. Без промедлений сжать аккумулятор, придать его корпусу исходную форму, заклеить выполненное отверстие скотчем или герметиком и обмотать скотчем все изделие. Эти действия необходимо выполнять быстро, чтобы минимизировать контакт электродов и электролита с содержащимся в воздухе кислородом и парами воды.

Альтернативный вариант восстановления вздувшихся Li-Pol элементов – их оснащение жестким корпусом. Как подтверждают пользователи, аккумы в жестком корпусе реже вздуваются, лучше отдают токи на больших оборотах и отличаются живучестью. Причем оснастить жестким корпусом можно и новые элементы питания – для профилактики дальнейшего вздутия.

Резюме

Восстанавливать ли вышедшие из строя элементы питания или утилизировать их – каждый решает сам, сопоставляя возможные риски и их обоснованность. С точки зрения безопасности правильно в каждой сомнительной ситуации утилизировать проблемные аккумуляторы и покупать новые. С точки зрения экономии есть смысл в восстановлении ячеек, если они еще не сильно подверглись разрушительным процессам.

• 24 сентября 2020 г.
• 2994 просмотра
• 0 комментариев

Как восстановить аккумулятор 18650

Есть 2 распространенные ситуации, при которых постает вопрос о возможности или невозможности восстановления аккумулятора 18650. В 1-м случае он быстро разряжается под нагрузкой, т.к. исчерпал свой ресурс, и произошла естественная потеря емкости. Во 2-м случае аккумулятор не воспринимает заряд, потому что находится в критически разряженном состоянии.

В химической структуре элементов питания на основе лития со временем происходят необратимые изменения. Поэтому вернуть исходную емкость Li-ion аккумулятора, честно отработавшего свой ресурс (около 1000 циклов), не удастся. Более того, емкость литиевых элементов постепенно уменьшается не только в процессе их заряда-разряда, но даже при хранении – ежегодно приблизительно на 4–5%.

Снижение емкости аккумуляторов может произойти и до исчерпания рабочего ресурса. Эта проблема часто наблюдается из-за нарушения правил эксплуатации, избыточного заряда или чрезмерного разряда ячеек. Чтобы Li-ion аккумуляторы служили дольше, нужно применять совместимые с ними зарядные устройства с корректным ограничением уровня заряда, не допускать критического разряда и хранения в севшем состоянии.

Восстановление 18650 аккумуляторов после глубокого разряда

Если аккумулятор 18650 не заряжается, возможно, он долго находился в севшем состоянии или хранился на морозе. У большинства литиевых «банок » есть защитный модуль, находящийся между аккумом и внешними клеммами. В случае критического уменьшения напряжения именно он отключает элемент питания от клемм. На практике это наблюдается как отсутствие выходного напряжения. Но фактически напряжение на «севшей в ноль» ячейке есть, и обычно оно равно 2,4–2,8 В.

Обычно платы защиты поддерживают зарядку севшего аккумулятора за счет паразитного диода, присутствующего в ключе на полевом транзисторе. При уменьшении напряжения ниже установленного минимума происходит блокировка 1-го транзистора, но ток заряда свободно проходит от «плюса » к «минусу » через 2-й открытый транзистор. Схожая ситуация наблюдается при перегрузке: защитная плата блокирует 1-й транзистор, но оставляет 2-й открытым.

В подобных случаях есть шансы вернуть литиевый аккумулятор в рабочий режим. Просто многие ЗУ расценивают малое напряжение на ячейке как определенный риск и для безопасности блокируют процесс зарядки. Но важно понимать, что утраченная аккумулятором 18650 емкость восстановлению не подлежит. Речь идет только о возможности зарядки и дальнейшего использования элементов питания.

Как восстановить Li-ion аккумулятор 18650?

Чтобы «оживить » глубоко разряженный элемент питания, нужно «обмануть » умное зарядное устройство – подзарядить аккум выше уровня в 3,1–3,2 В другим способом. После этого любое ЗУ даст добро на дальнейшую подзарядку аккума. Увеличить напряжение до границы в 3,1–3,2 В можно с применением простенького зарядного устройства, не блокирующего подзарядку севшего аккумулятора.

Можно взять зарядное устройство для мобильника, которое выдает 5 вольт и имеет USB выход. Ток заряда нужно ограничить с использованием резистора, а его сопротивление определить по закону Ома. Обычно для безопасной подзарядки севшего аккумулятора форм-фактора 18650 применяется токоограничивающий резистор сопротивлением 62 Ом, выдерживающий мощность 0,5 Вт.

Опишем тезисно, как восстановить аккумулятор 18650, если он разрядился и ушел в защиту:

1. Взять любой блок питания на 5 В и резистор на 62 Ом (0 ,5 Вт).
2. Подсоединить блок питания к клеммам ячейки. Для временного соединения легко применять крошечные неодимовые магниты.
3. Ограничить допустимый ток заряда.

Что делать, если «банка » не берет заряд?

Если аккум не берет заряд (резистор прохладный), причина может заключаться во внутреннем обрыве, неисправности защитной схемы или ее уходе в глубокую защиту. В подобной ситуации можно попробовать убрать выполненную из полимера наружную оболочку ячейки и подсоединить ЗУ напрямую к аккуму. Если этот способ не поможет, можно отправлять «банку » на утилизацию. Если же процесс заряда пойдет, нужно подождать, пока напряжение повысится до 3,1–3,2 В, и после этого продолжить подзарядку обычным зарядным устройством.

Но если резистор горячий, а напряжения на заряжаемом аккумуляторе нет, это симптомы короткого замыкания в элементе. Можно попытаться снять с аккума защитную оболочку, убрать защитную плату и подзарядить сам аккум. Если получится, значит, были неполадки с защитной платой, и следует ее поменять. Еще один способ восстановления литий-ионного аккумулятора приведен на видео.

Как продлить жизнь литиевым аккумуляторам

Исследователи батарей настолько фокусируются на литиевых аккумуляторах, что кто-то может вообразить, что будущее исключительно за ними. Для оптимизма, действительно, есть веские причины, поскольку литий-ионные аккумуляторы во многих отношениях превосходят другие типы. Количество устройств растет, и они вторгаются на рынки, которые ранее прочно удерживались свинцово-кислотными аккумуляторами. Многие спутники в качестве источника питания также используют литий-ионные аккумуляторы.

Литий-ионные аккумуляторы еще не достигли полной зрелости, и работы по улучшению их характеристик продолжаются. Очевиден значительный прогресс в долговечности и безопасности, в то время как емкость растет постепенно. Сегодня литий-ионный аккумуляторы соответствуют ожиданиям большинства потребительских устройств, однако аккумуляторы для электротранспорта нуждаются в дальнейшем совершенствовании, прежде чем этот источник питания станет общепринятой нормой.

Каковы причины старения литий-ионного аккумулятора?

Принцип работы литий-ионного аккумулятора основан на перемещении ионов между положительным и отрицательным электродами. В теории такой механизм должен работать вечно, но циклы заряда-разряда, повышенная температура и старение со временем ухудшают рабочие характеристики. Производители придерживаются осторожного подхода и для большинства потребительских продуктов указывают срок службы литий-ионных аккумуляторов между 300 и 500 циклами заряда/разряда.

Однако оценку срока службы аккумулятора на основании подсчета циклов нельзя считать бесспорной, поскольку глубина разряда может варьироваться, и четких стандартов, определяющих, что представляет собой цикл, не существует (см. [1]). Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств предлагают заменять аккумулятор, ориентируясь на маркировку даты выпуска, но этот метод не принимает во внимание интенсивность его использования. Аккумулятор может выйти из строя раньше отведенного времени из-за активного использования или неблагоприятных температурных условий. Тем не менее, большинство аккумуляторов служит значительно дольше, чем показывает маркировка даты.

Характеристики аккумулятора определяются емкостью – основным показателем его здоровья. Внутреннее сопротивление и саморазряд тоже играют роль, но не столь значимую для предсказания конца срока службы современного литий-ионного аккумулятора.

Рисунок 1.

Снижение емкости как следствие циклической работы. Одиннадцать новых литий-ионных аккумуляторов были протестированы анализатором аккумуляторов Cadex C7400. Начальная емкость всех батарей составляла 88–94%, и уменьшилась до 73–84% после 250 циклов полного разряда.

Рисунок 1 иллюстрирует снижение емкости 11 литий-ионных аккумуляторов, протестированных в лаборатории Cadex. Пакетные элементы для мобильных телефонов емкостью 1500 мА×ч первоначально были заряжены током 1500 мА (1C) до напряжения 4.2 В на элемент, после чего подзаряжались до полного насыщения током 75 мА (0.05C). Затем током 1500 мА аккумуляторы были разряжены до 3 В на элемент, и цикл повторялся. Потеря емкости происходила равномерно на протяжении всех 250 циклов, и поведение аккумуляторов соответствовало ожиданиям.

Несмотря на то, что в течение первого года службы аккумулятор должен обеспечивать 100-процентную емкость, совершенно обычной является ситуация, когда фактическая емкость оказывается ниже указанной, и время хранения на складе может вносить в эту потерю свой вклад. В дополнение, производители склонны давать завышенную оценку своим аккумуляторам, заведомо зная, что очень немногие потребители будут делать выборочные проверки и предъявлять претензии, если емкость окажется низкой. Не обладающие потребительским опытом пользователи могут приобрести аккумуляторы с пониженной емкостью.

Аналогично тому, как механическое устройство изнашивается быстрее при интенсивном использовании, глубина разряда определяет количество циклов перезаряда аккумулятора. Чем меньше глубина разряда, тем дольше прослужит аккумулятор. По возможности следует избегать полных разрядок и чаще заряжать аккумулятор между использованиями. Неполный разряд полезен для литий-ионного аккумулятора. У него отсутствует эффект памяти, поэтому циклы полного разряда для продления жизни аккумулятору не нужны. Исключением может быть периодическая калибровка измерителя уровня заряда на «умной батарее» или интеллектуальном устройстве.

В Таблице 1 показана зависимость от глубины разряда количества циклов перезаряда, за которые емкость аккумулятора упадет до 70 процентов. Все остальные параметры, такие как напряжение заряда, температура и общие токи по умолчанию установлены в средние значения.

Глубина разряда		Циклы разряда
100%	300 … 500
50%	1,200 … 1,500
25%	2,000 … 2,500
10%	3,750 … 4,700

Высокая температура, так же как и высокое напряжение заряда, оказывают неблагоприятное воздействие на состояние литий-ионного аккумулятора. Для большинства литий-ионных аккумуляторов температура окружающей среды считается повышенной начиная с 30 °C, а напряжение более 4.1 В на элемент рассматривается как высокое. Воздействие на аккумулятор высокой температуры и длительное хранение в полностью разряженном состоянии могут иметь более губительные последствия, чем циклы заряда и разряда. Таблица 2 иллюстрирует зависимость потери емкости от температуры и уровня заряда.

Температура	Заряд 40%	Заряд 100%
0 °C	98%	94%
25 °C	96%	80%
40 °C	85%	65%
60 °C	75%	60% (после 3-х мес.)

Большинство литий-ионных аккумуляторов заряжается до 4.2 В на элемент, и каждое снижение этого напряжения на 0.1 В удваивает их ресурс. Например, литий-ионный элемент, заряжаемый до 4.2 В, обычно выдерживает 300…500 циклов перезаряда. Если же он заряжается только до 4.1 В, срок службы может быть продлен до 600…1000 циклов, 4.0 В должны обеспечить 1200…2000, а 3.9 В – 2400…4000 циклов.

Негативной стороной такого подхода является уменьшение количества заряда, запасаемого в аккумуляторе. Снижение напряжения заряда на 70 мВ уменьшает общую емкость на 10%. Последующая зарядка до предельного напряжения восстанавливает полную емкость.

С точки зрения долговечности оптимальным напряжением заряда является 3.92 В на элемент. Эксперты считают, что при таком уровне порога исключаются все неблагоприятные факторы, связанные с напряжением аккумулятора. Дальнейшее снижение порога не даст дополнительного выигрыша, зато может привести к другим негативным последствиям (см. [3]). В Таблице 3 приведена зависимость емкости от уровня заряда. (Все значения оценочные; параметры элементов с более высокими пороговыми напряжениями могут отличаться от истинных).

Уровень заряда (В/элемент)	Циклы разряда	Емкость при полном заряде
[4.30]	[150 … 250]	~[114%]
4.20	300 … 500	100%
4.10	600 … 1,000	~86%
4.00	1,200 … 2,000	~72%
3.92	2,400 … 4,000	~58%

Большинство зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и цифровых камер заряжают литий-ионный аккумулятор до напряжения 4.2 В на элемент. Это позволяет закачать максимальный заряд, поскольку потребителю не нужно ничего, кроме оптимального времени работы. С другой стороны, промышленность, больше заинтересована в долговечности устройств и может выбирать более низкие пороги напряжений. Такими примерами могут служить cпутники и электротранспорт.

Для многих литий-ионных аккумуляторов соображения безопасности не позволяют превышать напряжение 4.2 В на элемент. (Исключением являются некоторые литий-никель-кобальт-марганцевые аккумуляторы). С одной стороны более высокое напряжение увеличивает емкость, но с другой – сокращает срок службы и снижает уровень эксплуатационной безопасности. Рисунок 2 демонстрирует зависимость количества циклов от напряжения заряда. При напряжении 4.35 В количество циклов обычного литий-ионного аккумулятора сокращается вдвое.

Рисунок 2.

Влияние повышенного напряжения заряда на срок службы. Более высокое напряжение заряда увеличивает емкость, но сокращает срок службы и снижает уровень безопасности.

Помимо того, что для каждого конкретного приложения требуется подбор наиболее подходящих порогов напряжения, обычный литий-ионный аккумулятор нельзя оставлять надолго под высоким напряжением 4.2 В. Поэтому зарядное устройство отключает зарядный ток, позволяя напряжению аккумулятора вернуться к более естественному уровню. Это напоминает расслабление мышц после напряженной тренировки [4].

Что может сделать пользователь?

На долговечность литий-ионных аккумуляторов влияют не только циклы перезаряда, но и условия окружающей среды. Наихудшей ситуацией является хранение полностью заряженного аккумулятора при повышенных температурах. Аккумуляторы не умирают внезапно, но их ресурс сокращается постепенно, по мере снижения емкости.

Более низкие напряжения заряда продлевают срок службы аккумулятора, что учитывают разработчики электротранспорта и спутников. Аналогичный подход мог бы использоваться и в отношении потребительских устройств, но такое бывает нечасто, и обычно заменяется учетом планируемого старения.

Срок службы аккумулятора ноутбука можно продлить, снизив напряжения заряда, когда он подключен к сети переменного тока. Чтобы сделать такую функцию дружественной для пользователя, устройство должно иметь режим «Долгая Жизнь», который будет поддерживать напряжение аккумулятора равным 4.05 В на элемент, обеспечивая емкость порядка 80 процентов. За час до путешествия пользователь включает режим «Полная Емкость», чтобы довести заряд до 4.2 В на элемент.

Нередко можно услышать вопрос: «Должен ли я отключать свой ноутбук от электрической сети, когда он не используется?» В обычных условиях это необязательно, поскольку по достижении литий-ионным аккумулятором полного заряда его зарядка прекращается. Подзарядка возобновляется только тогда, когда напряжение аккумулятора снижается до определенного уровня. Большинство пользователей не отключают блок питания, и такая практика безопасна.

Современные ноутбуки греются меньше, чем старые модели, и сообщения о возгораниях поступают реже. Если работающие электрические устройства с воздушным охлаждением находятся на постели или подушке, всегда следите за тем, чтобы вентиляционные отверстия не были закрыты. Прохладный ноутбук продлевает срок службы аккумулятора и внутренних компонентов. Элементы большинства потребительских устройств должны заряжаться током 1C или меньше. Избегайте так называемых сверхбыстрых зарядных устройств, которые, по утверждению производителей, способны полностью зарядить аккумулятор быстрее чем за час.

Ссылки

1. BU-501: Basics About Discharging
2. BU-701a: How to Calibrate Batteries
3. BU-808b: What causes Li-ion to die?
4. BU-409: Charging Lithium-ion

Перевод: Семен Воробьев по заказу РадиоЛоцман