🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ База знаний
Что останавливает зарядку литий-ионного аккумулятора, и как инженеры определяют, где у него 100%, а где уже отсечка 101%? Почему производители так решительно стремятся этого избежать?
Электроника на литий-ионных аккумуляторах (от смартфонов до шуруповёртов) получает заряд 100 процентов, после чего останавливается подача питания. Процесс автоматизирован и зависит от напряжения на батарее. Управляет им BMS-контроллер.
Но почему бы не дать заряд больше 100%? Ведь сегодня любой вам скажет, что смартфон или фитнес-браслет, что едва доживает до конца рабочего дня — это бесполезная игрушка.
Гаджет что — взорвётся? В самом деле риски повреждения аккумулятора велики. А повреждённый или неисправный аккумулятор — это микроскопическая бомба.
Взгляните, какие особенности технологии Li-Ion должны учитывать инженеры при проектировании зарядки.
Что значит зарядка 100%? И как она останавливается?
Литий-ионные батареи отличаются по химическому составу, конструкции, размерам. Их характеристики зависят от запитываемого устройства.
Например, в смартфонах из-за массовости требуется максимальная безопасность. В них применяется сложная схема с программированием управления скоростью и уровнем отсечки зарядки. Тоже самое касается и электромобилей.
Аккумуляторы любого типа имеют физический (или, вернее, химический) предельный уровень, сколько заряда они могут «забрать» и удержать. Следует ограничивать заряд литий-ионных аккумуляторов до уровня ниже их общей ёмкости, чтобы дольше служили и были безопаснее.
Итак, для чего ограничивают заряд батареи?
- Аккумуляторы физически способны удерживать ограниченный уровень заряда;
- превышение физических возможностей дестабилизирует химические реакции;
- значительно падает уровень безопасности и уменьшается срок службы изделия.
Компоненты BMS (системы управления батареей) представляют собой контроллер. Он устанавливает соответствие стопроцентного заряда уровню отсечки.
💡 Этот уровень всегда немного ниже химического предела реакции на перезаряд.
Проще говоря, если вы видите на своем устройстве заряд 100 процентов, то реально это ~90% от физической способности аккумулятора полностью зарядиться. То есть он не заряжается выше 100% по индикатору, диктуемому BMS-контроллером, и выше ~90% по реальным химическим параметрам элемента.
Как инженеры определяют момент, когда показывать заряд 100% и запускать отсечку зарядки аккумулятора?
Зайдём в дебри теории и начнём с «Древнего Рима». Мы с вами знаем, ионы лития при зарядке аккумулятора перемещаются от катода к аноду. Катод выполнен из материала, который включает смешанный оксид лития и переходного металла (LMO, LiMn2O4). Он способен отдавать литий пока кристалл не потеряет целостность.
❌ Потеря лития может привести к соразмерной потере кислорода в кристалле.
Катод залит легковоспламеняющейся жидкостью. Потеря кислорода на катоде приводит к реакциям, которые сопровождаются опасным нагревом и тепловым разгоном.
Если инженер допустит полное отделение лития от катода, то возникает риск быстрого износа и даже самовоспламенения батареи.
Это основная причина, почему инженеры должны находить критическую точку и ограничивать заряд ниже её отметки. Но как узнать, где тот самый момент?
Определение критической точки заряда
- Предельный уровень заряда определяется конструкцией по балансу массы катода и анода.
- Контроль ведётся по напряжению (с отключением по отсечке) или по потребляемому току (кулоновский счёт).
- Они выполняют роль защиты от перезаряда аккумулятора выше заданного предела (по напряжению или ёмкости), поскольку это запрещено соответствующей схемой.
Некоторые устройства (новые модели смартфонов, планшетов, многие даже старые ноутбуки) делают «паузу» до тех пор, пока элемент питания не разрядится ниже 95%-98% — то есть не дают образовываться вредным для срока службы микроциклам.
В большинстве случаев всё обстоит условно проще. Когда достигается заряд 100 процентов на литий-ионном аккумуляторе:
- его питание прекратится,
- внутренние сопротивления уменьшатся,
- напряжение упадёт до номинального уровня в соответствии с удерживаемым зарядом.
После этого даже если аккумулятор останется подключённым к заряднику, он продолжит разряжаться от заданной отсечки и подзаряжаться до её уровня.
Затронутые темы: Характеристики | База знаний производство | Li-Ion | Li-Poly | Научно-популярное
