Характеристики Li-ion аккумуляторов.

Современные Li-ion аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики: 100–180 Вт·ч/кг и 250–400 Вт·ч/л [24]. Рабочее напряжение 3,5–3,7 В, нижний порог напряжения 2,5–2 В [5]. Современные малогабаритные аккумуляторы работоспособны при токах разряда до 2С, мощные до (10–20)С. Интервал рабочих температур от –20 до +60°С. Однако многие производители разработали аккумуляторы, работоспособные при –40°С. Возможно также расширение температурного интервала в область более высоких температур.

Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет 4–6% за первый месяц, а затем существенно снижается: до 10–20% в год. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс 500–1000 циклов.

Разрядные кривые. Типичный вид разрядных характеристик Li-ion аккумуляторов изображен на рисунках 4 и 5. Из рисунков видно, что с ростом тока разряда разрядная емкость аккумулятора снижается незначительно, но уменьшается рабочее напряжение. Такой же эффект появляется при разряде при температуре ниже 10°С. Кроме этого, при низких температурах имеет место начальный провал напряжения.

Рис. 4. Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора PANASONIC типа CGR 18650H при разных токах разряда при температуре 25°С

Рис. 5. Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора PANASONIC типа CGR 18650H при различных температурах током 0,2 С

Вольт-амперная кривая литий-ионного аккумулятора представлена на рис. 6.

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика литий-ионного аккумулятора

LENMAR типа DCL1LH емкостью 1000 мА·ч.

Заряд. Li-ion аккумуляторы заряжаются в комбинированном режиме: вначале при постоянном токе в диапазоне от 0,2 до 1С (чаще всего 0,7С) до напряжения 4,1–4,3 В (в зависимости от рекомендаций производителя), при этом аккумулятор получает 70–80% номинальной емкости. Затем заряд продолжают при постоянном напряжении, ток при этом снижается до 3% от начального значения. Первая стадия заряда может длиться около 40 мин, вторая стадия до 2 часов.

В некоторых типах зарядных устройств через каждые 500 часов или 20 дней при снижении напряжения разомкнутой цепи до 4,05 В на элемент предусматривается подзарядка аккумуляторов, которая завершается при достижении напряжения 4,20 В на элемент. При напряжении заряда 4,3 В начинается металлизация отрицательного электрода литием, а на положительном начинает выделяться кислород, температура батареи при этом быстро растет [5].

Под крышкой аккумулятора имеется устройство, реагирующее на положительный температурный коэффициент увеличением сопротивления, и устройство, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела.

Для повышения безопасности эксплуатации литиевых и Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется встроенная система электронной защиты, цель которой не допустить возможности перезаряда каждого аккумулятора, короткого замыкания и чрезмерного разогрева. Существует также и схема защиты от глубокого разряда, которая следит за напряжением батареи и разрывает цепь нагрузки, если оно снизится до 2,5 В на элемент.

Типичные зарядные характеристики литий-ионных аккумуляторов представлены на рисунке 7.

Рис. 7. Зарядные характеристики литий-ионного аккумулятора PANASONIC типа CGR 18650H при максимальном токе заряда и постоянном напряжении 4,2 В

Заряд полностью разряженных литий-ионных аккумуляторных батарей. При длительном хранении аккумулятора без подзарядки напряжение разомкнутой цепи может упасть ниже 2,5 В на элемент. Большинство зарядных устройств начинает работать от 2,5 В на элемент. В этом случае для перевода батареи в рабочее состояние, а также возможности заряда батареи в зарядном устройстве, рекомендуется проводить трехступенчатый восстановительный заряд [5].

1 этап. Заряд батареи током 0,02С до напряжения 2,8 В.

2 этап. Заряд током 0,05С до напряжения 3,2 В.

3 этап. Нормальный заряд до напряжения 4,2 В.