Литиево-йонните батерии са изключително популярни на пазара заради много доброто си съотношение капацитет/тегло и способността им да отдават сравнително голям ток. Те са перфектния избор за портативна техника (телефони, таблети), за моделизъм и др. Осигуряват много голям брой цикли разряд-заряд, което ги прави предпочитани пред оловните и в доста стационарни приложения, когато стойността на обслужването по смяна на батерия надхвърля стойността на батерията.

Наред с тези предимства идват и „недостатъците“ на литиево-йонните батерии. Те са далеч по-чувствителни от оловните по отношение на заряд и разряд и изискват по-специална електроника, която да поддържа нормалната им работа. Презареждането на такава батерия или свързването й „на късо“ освен че значително съкращава живота на елемента, би могло и да предизвика пожар.

Зареждане

Продиктувано от нуждата за бързо зареждане на батериите на мобилни устройства са разработени множество сложни методи за ускорен заряд, които предотвратяват износването на батерията, причинено от по-големия заряден ток. Обикновено се използват температурни сензори, с които се следи загряването на клетките и ако те превишат определена температура се прекъсва зареждането или се намалява зарядния ток. Съществуват специализирани интегрални схеми, които управляват режима на зареждане.

По-прост метод за заряд на литиево-йонните клетки е зареждане с постоянен ток до достигане на максималното напрежение на клетка. Този ток трябва да е съобразен с препоръчания от производителя на батерията. Методът е по-бавен от зареждане със специализирана интегрална схема, но е значително по-прост и е предпочитан в любителските изпълнения, както и в системи, в които времето за заряд не е критично, но се цели ниска цена на устройството.

Зарядно напрежение и заряден ток

В любителската техника най-масово използваните Li-Ion клетки са размер 18650 с капацитет в диапазона 2200mAh – 2800mAh. Препоръчва се максималното напрежение,  до което се зарежда клетката, да бъде 4.20-4.25V. Някои проучвания показват че за буферна работа (режим на подзаряд, в който батерията ще стои неограничено дълго време) за осигуряване на по-дълъг експлоатационен период е удачно клетките да се поддържат на напрежение 4.10V. Това намалява износването на клетката в следствие на вътрешните химични процеси в нея, но следва да се има предвид, че в този случай  батерията е заредена до 85-90% от пълния си капацитет.

Масовите клетки с размер 18650 поддържат безопасно постоянен заряден ток до около 1A (консултирайте се с данните, предоставени от производителя на Вашата литиево-йонна батерия, може да има отклонение при различните модели!) В тези граници те могат да бъдат зареждани в опростения режим с константен ток до достигане на максималното напрежение и без необходимост от следене на температурата.

Ток на разреждане

Една от основните класификации на литиево-йонните е клетки е по допустимия ток на разреждане. Обикновено той се дава от производителя във вида:

2C, 10C, 20C …

където C замества стойността на капацитета. Т.е. ако имате клетка с капацитет 2200mAh и допустим ток 2C това означава, че можете безопасно да черпите от нея:

2*2200m = 4400mA = 4.4A

За клетка 2200mAh и 10C разряден ток, допустимата консумация е:

10*2200m = 22A

Такъв тип клетки са предвидени за тежко натоварване при работа с електромотори. Много разпространено тяхно приложение е в батериите на портативните инструменти – винтоверти, бормашини, прободни триони (зеге) и др. Тези инструменти в зависимост от мощността си при натоварване консумират 15-20-25A и повече и инсталирането на батерия, която не е съобразена с този ток прави уреда практически неизползваем, а същевременно живота на батерията може да бъде съкратен от няколкостотин цикъла до едноцифрено число.

Фиг. 1. Криви на разреждане на примерна батерия с капацитет 2000mAh при различни токове на разряд.

Напрежение на батерията

Масовите Li-Ion батерии са с номинално напрежение на единичната клетка 3.7V. Това е номиналното напрежение на елемента, но то не е постоянно в режима му на експлоатация. Когато батерията е заредена, тя е с напрежение в диапазона 4.10V – 4.25V, според степента си на заряд. В процеса на разреждане (консумация) напрежението постоянно спада, като най-дълго време се задържа около номиналното за клетката напрежение 3.7V. Минималното напрежение, до което е допустимо да се разрежда батерията е в диапазона 2.5V – 2.9V според модела на батерията. При достигане на това напрежение консуматорът следва да се изключи, за да предотврати износване на литиево-йонния елемент. При това измерване следва да се отчете и вътрешното съпротивление на батерията. Когато консумираният ток е значителен (съизмерим с допустимия максимален ток на клетката), той оказва голямо влияние на напрежението, което се измерва на клемите на батерията. Това се изразява по следния начин:

U = Eo – (Ri * I)

където:

U – напрежение на клемите на батерията

Eo – електродвижещо напрежение (ЕДН) на химическия източник

Ri – вътрешно съпротивление на батерията

I – консумиран ток

Видно е че колкото е по-голям консумирания ток, толкова повече измерваното на клемите напрежение ще е по-малко от ЕДН на клетката, което определя степента й на заряд. Точно измерване на ЕДН (и съответно степента на заряд) може да се постигне при нулева или много малка консумация, което не винаги е възможно. Затова при определяне на праговете на изключване трябва да се има предвид консумирания ток по вътрешното съпротивление.

Вътрешното съпротивление на батерията обикновено е в сложна зависимост от тока и се дава от производителя на батерията при една или няколко конкретни стойности на тока или с графика във функция от него.

• Батериите с по-малък капацитет имат по-голямо вътрешно съпротивление от същия клас по-големи батерии;
• Батериите, които позволяват голям разряден ток имат по-малко вътрешно съпротивление от батерии със същия капацитет, но предназначени за малък разряден ток;
• Разредена батерия има по-голямо вътрешно съпротивление от заредена батерия със същите параметри и степен на използване;
• Износена батерия има по-голямо вътрешно съпротивление спрямо същата нова батерия.

Зарядни и защитни модули за литиево-йонни (Li-Ion) батерии можете да намерите в категорията Зарядни устройства и батерийни аксесоари в магазина на „Захранване Ком“.

Очаквайте в следващи публикации детайлни насоки при избора на компоненти, съпътстващи литиево-йонните батерии.