Baterii bazate pe Litiu.

by donpedro

Care este diferența dintre Bateriile cu Litiu, Bateriile Litiu-ion și Bateriile Litiu-polimer?
Există câteva diferențe importante. O baterie cu litiu este o baterie primară, deci nu trebuie niciodată încărcată, în timp ce bateriile cu litiu-ion (Li-ion) sunt baterii secundare fiind proiectate pentru a fi reîncărcate de sute de ori. Din punct de vedere chimic, bateriile de litiu folosesc litiu în forma sa metalică pură. Bateriile Li-ion folosesc compuși de litiu care sunt mult mai stabili decât litiul elementar utilizat în bateriile cu litiu. Bateria cu litiu-polimer sau mai corect bateria cu polimer litiu-ion (prescurtată ca LiPo, LIP, Li-poly, lithium-poly), este o baterie reîncărcabilă din tehnologia litiu-ion folosind un electrolit polimeric în loc de un electrolit lichid. Acest electrolit formează un polimer semisolid (gel) cu conductivitate ridicată. Aceste baterii oferă o energie specifică mai mare decât alte tipuri de baterii cu litiu și sunt utilizate în aplicațiile în care greutatea este o caracteristică critică, cum ar fi dispozitivele mobile. Bateriile Li-polimer se utilizează din ce în ce mai mult. Pot fi proiectate pentru a fi extrem de mici, plate, ușoare și realizate în aproape orice formă. Carcasa lor este realizată din folie de aluminiu laminată. Acești factori acordă o mare libertate în proiectarea produsului final. Dacă i se oferă informațiile necesare, un furnizor competent, cum ar fi Jauch, poate veni rapid cu soluția adecvată: forma de montare, designul celulei și capacitatea. Cu toate acestea, din cauza densității energetice ridicate, tehnologia Li-ion / polimer prezintă și riscuri potențiale. Acest lucru se aplică în principal la fabricarea și transportul bateriilor sau al produsului final care include bateriile, precum și la utilizarea ulterioară.

Jauch: Pachet de 2 baterii Li-ion reîncărcabile (secundare), 3.6V, 6700 mAh, cu PCM. Certificări de siguranță: UN38.3 la transport și UL1642 la utilizare. Tensiune de blocare la descărcare (cut-off) 2.5V. Curent descărcare: standard 1.34A, max 4.5A. Terminale: cablu 70mm.

Care sunt avantajele bateriilor cu Li-ion în comparație cu alte baterii reîncărcabile?
Bateriile cu ioni de litiu au avantaje evidente: (1) Au o densitate energetică mai mare decât majoritatea celorlalte tipuri de reîncărcabile. Aceasta înseamnă că pentru dimensiunea sau greutatea lor pot stoca mai multă energie decât alte baterii reîncărcabile. De asemenea, funcționează la tensiuni mai mari decât alte baterii reîncărcabile, de obicei aproximativ 3.7V pentru litiu-ion față de 1.2V pentru NiMH sau NiCd. Aceasta înseamnă că o singură celulă poate fi utilizată în loc de mai multe celule NiMH sau NiCd. (2) Bateriile cu ioni de litiu au o rată de auto-descărcare mai mică decât alte tipuri de baterii reîncărcabile. Aceasta înseamnă că, după încărcare, își vor păstra energia disponibilă mai mult timp decât alte tipuri de baterii reîncărcabile. Bateriile NiMH și NiCd pot pierde 1-5% din încărcarea lor pe zi (în funcție de temperatura de stocare) chiar dacă nu sunt instalate într-un dispozitiv. Bateriile cu ioni de litiu își vor păstra cea mai mare parte a încărcării chiar și după luni de depozitare.

În rezumat: Bateriile cu ioni de litiu pot fi mai mici, mai ușoare, au o tensiune mai mare, energie mai mare per volum și dețin o încărcare pe durată mult mai lungă decât alte tipuri de baterii.

Care sunt dezavantajele bateriilor cu Li-ion în comparație cu alte baterii reîncărcabile?
(1) Bateriile cu ioni de litiu sunt mai scumpe decât bateriile NiMH sau NiCd de capacitate similară. Acest lucru se datorează faptului că sunt mult mai complex de fabricat. Bateriile Li-ion includ, de fapt, circuite speciale pentru a proteja bateria de daunele cauzate de supraîncărcare sau subîncăr­care. Bateriile Li-ion devin mai puțin costisitoare fiindcă sunt fabricate în număr din ce în ce mai mare și, în timp, vedem că prețurile lor scad semnificativ. (2) Bateriile cu ioni de litiu nu sunt disponibile în dimensiunile standard ale celulelor (AA, C și D), cum ar fi bateriile NiMH și NiCd. (3) Bateriile cu ioni de litiu necesită, de asemenea, încărcătoare sofisticate care pot monitoriza cu atenție procesul de încărcare. Și datorită diferitelor forme și dimensiuni, fiecare tip de baterie Li-ion necesită un încărcător conceput pentru a se adapta dimensiunilor sale. Aceasta înseamnă că încărcătoarele pentru baterii cu ioni de litiu sunt mai scumpe și mai dificil de găsit decât încărcătoarele NiMH și NiCd.

Ce criterii aplic la alegerea bateriei cu Li-ion?
1. condițiile de mediu în stocare și funcționare (temperatură, umiditate, acțiuni mecanice)
2. parametrii electrici (nivel de tensiune, cerere de curent relativ constant sau cu variații mari, capacitate) și criterii de siguranță
3. formatul și construcția carcasei în care se montează bateria
4. manipularea în timpul transportului și producției

Toate aceste criterii sunt importate în dezvoltarea produsului. Pentru a clarifica condițiile cadru, producătorii de dispozitive alimentate cu baterii și fabricanții de baterii ar trebui să coopereze de la început. În primul rând, proiectanții de produse ar trebui să creeze o listă de specificații detaliate pentru bateria dorită la stocarea energiei.
În mod ideal, dezvoltatorii/furnizorii de baterii au nevoie de aceste informații la începutul proiectului. Aceste informații permit selectarea corectă a celulelor și stabilirea precisă a formatului bateriilor. Fabricanții cu experiență, cum ar fi Jauch, pot ajuta în selectarea și proiectarea bateriilor chiar și în fazele avansate ale proiectului.

1. Tensiune: Tensiunea nominală cu o singură celulă pentru celulele Li-polimer este în medie de 3.6V; tensiunea de întrerupere a descărcării (cut-off) este de 3.0V, iar tensiunea maximă de încărcare este de 4.20V. Pe piață există și celule cu tensiuni maxime de încărcare de 4.35V și 4.40V. Dacă este necesară o tensiune mai mare, este posibilă o conexi­une în serie. Tensiunile medii pot fi apoi reprezentate de factorul N × 3.6V. Aceste informații sunt necesare pentru proiectarea sigură a părții electro­nice atașată la baterie. Pentru capacități mai mari, celulele pot fi conectate în paralel. În ceea ce privește longevitatea, tensiunea de încărcare optimă este de 3.92V/celulă.

https://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries

2. Curenți: La descărcare, trebuie livrat continuu, curent cu nivele variabile. Trebuie să specificați curenții maximi de impuls și durata impulsului. În aplicații, trebuie să se țină seama de nivelul și de durata curentului cerut la pornirea dispozitivului ali­mentat (inrush currents). În mod normal, ar trebui prezentat nivelul de putere solicitată în aplicație, ținând cont și de temperaturi. Domeniul de aplicare și temperaturile predominante în mediul de lucru joacă un rol important. Temperaturile scăzute și curenții mai mari scad nivelul tensiunii.

Relația dintre curenții de încărcare și curenții solicitați de consumator trebuie luată în conside­rare. De exemplu, telefonul pe durata încărcării bateriei sale funcționează normal consumând curenți variabili. Încărcarea se realizează după principiul tehnic CC/CV (curent constant/tensiune constantă), adică se injectează curent constant în baterie până la depășirea tensiunii de 4V, apoi se scade curentul păstrând tensiunea constantă.

3. Temperatură: trebuie estimate condițiile de temperatură în zona de aplicare, precum și în timpul încărcării și descărcării. Acest lucru este necesar pentru selecția celulelor și pentru ajustări posibile. În mod implicit, bateriile Li-polimer de astăzi îndeplinesc specificațiile pentru următoarele intervale de temperatură:
a. Încărcare: 0°C la +45°C
b. Descărcare: -20°C la +60°C

Temperaturile ridicate și cele joase afectează capacitatea, deci acest lucru trebuie, de asemenea, luat în considerare. Pentru o gamă de temperatură extinsă, sunt disponibile celule speciale pentru temperaturi ridicate. În mod similar, unele celule au fost dezvoltate pentru temperaturi mai scăzute sau pentru curenți mai mari.

4. Dimensiuni: Furnizorul trebuie să cunoască dimensiunile maxime ale spațiului de instalare. Trebuie menționat faptul că celulele Li-ion și Li-polimer se umflă ușor în timp. De-a lungul vieții lor, acestea pot deveni până la 10% mai groase. Cauza este legată de degradarea chimică.
Chiar și gradul de încărcare (30% sau 60% la livrare și 100% după o încărcare completă) afectează gro­simea celulei și, prin urmare, dimensiunile spațiului de instalare. Când se specifică grosimea maximă după cicluri de lucru, se presupune că gradul de încărcare este întotdeauna complet.

Jauch: Baterii Li-ion cu protecție (PCM) la supraîncărcare. Ieșire: 850 mAh … 6500 mAh, certificări de siguranță: UN38.3 la transport și UL1642 la utilizare. Aplicații: IoT, înlocuire baterii cu Pb VRLA, Industrial, Medical.

5. Capacitate: Cunoscând datele de la punctele 1-4, furnizorul poate apoi să definească o celulă și să determine astfel capacitatea bateriei. Experiența arată că atunci când sunt proiectate dispozitive noi, sursa de alimentare sau bateria este adesea neglijată la început. În unele circumstanțe, acest lucru poate duce la situația ca bateriile solicitate, ulterior nu sunt disponibile sau chiar imposibil de executat. Se recomandă ca cerințele cu privire la tensiune, curent și capacitate să fie determinate sau specificate cât mai devreme. Timpul de funcționare al dispozitivului depinde de condițiile de temperatură și de sarcina curentă. Prin urmare, furnizorul de baterii trebuie contactat în faza de proiectare. Furnizorul vă poate ajuta să găsiți bateria de alimentare potrivită și să o prevadă în planul de fabricație.

Jauch: Se folosesc tăvi adecvate pentru transportul celulelor Litiu-polimer în siguranță.

Jauch: Baterie primară (ne-reîncărcabilă) LitMnO2. Ieșire: 240 mAh / 3V, max. curent continuu 3mA, pulsuri 15mA, Forma: moneda (20.0mm × 3.2mm). Alimentare CMOS.

6. Securitate: Parametrii pentru proiectarea electronicelor de protecție sau a circuitului de siguranță. Sistemul de gestionare a bateriei = BMS (Battery Management System) și Modulul de protecție = PCM (Protection Circuit Modules) au o importanță deosebită. Trebuie evitate descărcarea profundă, scurtcircuite și curenți excesivi, dar și supraîncărcarea. În acest context, furnizorul are nevoie de informații despre profilul variației de curent și tensiunile dorite în timpul opririi bateriei (cut-off). Trebuie cunoscută rezistența internă a bateriei. Pentru bateriile cu mai multe celule, este recomandat un BMS cu calibrare, echilibrare și comunicare prin SMBus și I²C. Astfel se creează o “baterie inteligentă”. Informații despre acest lucru pot fi oferite de Jauch prin comunicare directă cu experții firmei.
Ce standarde, aprobări și certificări trebuie respectate (a se vedea mai jos) și trebuie verificate.

7. Alte informații: Pentru softpack-urile care au module de circuit de protecție (PCM), cabluri și mufe, parametrii PCM trebuie definiți cu precizie. (Vezi punctul 6.) În mod alternativ, poate fi selectat un PCM standard. De asemenea, trebuie specificat dacă trebuie să se țină seama de un coeficient de temperatură negativ (NTC). Parametrii standard pentru rezistență și temperatură sunt: 10kOhm ±1%, valoarea beta 3435 ±1%. De asemenea, pot fi specificate alternative. Informații despre cabluri (AWG, UL) și conectori (tip, producător) sunt, de asemenea, necesare. Pentru pachetele cu carcase din plastic, dimensiunile, poziția contactelor etc., trebuie livrate fabricantului desene (date CAD tridimensionale).

Jauch: Baterii LiPo. Flexibile și ușoare (conțin film de Al), ieșire: 35 mAh … 6000 mAh, protecție PCM, certificări: UN38.3 la transport și UL1642 la utilizare. Aplicații: IoT, Senzori și contorizări, Industrial, Medical, Dispozitive portabile.

Care este cel mai bun mod de a stoca bateriile Li-ion?
Bateriile cu ioni de litiu pot reține o încărcare timp de mai multe luni. Cel mai bine este să stocați o baterie cu litiu-ion cu încărcare parțială sau completă. Ocazional, o baterie litiu-ion cu o încărcare foarte redusă este stocată o perioadă lungă de timp (multe luni), iar tensiunea sa scade încet până sub nivelul la care mecanismul său de siguranță încorporat permite încărcarea din nou. Dacă bateria va fi păstrată timp de câteva luni, este bine să o scoateți și să o reîncărcați după câteva luni. Mai bine ar fi să folosiți efectiv bateria la fiecare câteva luni și apoi să fie lăsată parțial sau complet încărcată. Din fericire, auto-descărcarea celulelor de litiu reîncărcabile este foarte mică. Bateriile cu ioni de litiu sunt păstrate cel mai bine la o stare parțială de încărcare (30-50%) și se auto-descarcă în jur de 2-4% pe lună. Pentru a întârzia procesul de îmbătrânire, se recomandă depozitarea la temperatura camerei și la nivel mediu de încărcare.

Cum ar trebui să arunc bateriile cu ioni de litiu?
Bateriile cu ioni de litiu, la fel ca toate bateriile reîncărcabile, sunt reciclabile și ar trebui reciclate. Nu ar trebui niciodată să fie incinerate, deoarece ar putea exploda. Majoritatea firmelor care vând baterii reîncărcabile le vor accepta și pentru reciclare.

Cum proiectez compartimentul bateriilor?
Considerente de proiectare a carcasei dispozitivului și a compartimentului bateriei:

1. Montaj fix: pachetele moi trebuie utilizate, în principiu, numai ca baterii instalate permanent (baterii ce nu pot fi înlocuite de client). Există riscul ca, membrana carcasei să fie deteriorată în timpul instalării sau îndepărtării.

2. Toleranță: compartimentul bateriei trebuie să fie suficient de mare pentru a permite instalarea fără eforturi mecanice sau deteriorare.

3. Umflarea: expansiunea menționată trebuie să fie întotdeauna luată în considerare. Pentru aceasta, un spațiu liber corespunzător trebuie prevăzut în compartimentul bateriei.

4. Netezime: Trebuie evitate sau netezite margi­nile ascuțite sau bavurile. Capacul bateriei nu trebuie deteriorat.

5. Izolare: Piesele metalice trebuie separate de baterie prin pelicule de izolare. Filmele de izolație ar trebui să fie, de asemenea, introduse între PCB și componentele dispozitivului.

6. Fixare: Pentru aplicațiile cu solicitări mecanice mari (accelerații, vibrații, șocuri) bateria trebuie să fie fixată pe loc. Componentele pachetului trebuie împiedicate să se miște.

7. Puncte fierbinți: Celulele Li-polimer sunt sensibile la temperatură din cauza materialului din care sunt fabricate. Compartimentul bateriei nu trebuie să se afle în contact sau în apro­piere de puncte fierbinți în timpul funcționării aplicațiilor.

Performanță înaltă: Baterii cu litiu extrem de sigure, seriile CR123 și CR2. Jauch: Baterie primară (ne-reîncărcabilă) LitMnO2. Ieșire: 35 mAh … 1550 mAh. Certificări: UN38.3 la transport și UL1642 la utilizare. Forma: cilindrică. Aplicații: Alimentare CMOS, Senzori și contorizări la distanță, Medical, Camere și Dispozitive portabile.

Cum se manipulează bateriile Li-ion?
Manipularea atentă este una dintre cele mai importante probleme în transportul și instalarea bateriilor cu litiu-polimer. Instrucțiuni de a proteja bateriile și echipamentele în care sunt instalate:
1. Bateriile trebuie transportate în tăvi sigure și stabile. De obicei, asamblatorul le oferă ca parte a livrării.
2. Bateriile ar trebui să fie transportate și în tavi în timp ce dispozitivele sunt produse sau până când acestea sunt puse la dispoziție pe linia de
producție.
3. Bateriile Li-polimer nu trebuie amplasate sau depozitate pe suprafețe metalice.
4. Trebuie evitate scurtcircuitele și temperaturile excesive de depozitare.
5. De asemenea, trebuie evitate daunele cauzate de scule în timpul instalării.
6. Bateriile deteriorate mecanic nu trebuie utilizate.

Ce subiecte importante de conformitate sunt pentru baterii Li-ion?
1. Test de transport: Testul de transport UN38.3 este testul de securitate obligatoriu pentru bateriile Li-ion. Un produs poate fi transportat pe cale rutieră, feroviară, navă sau aeriană doar cu dovezi documentare adecvate. În acest test, sunt verificate pericolele potențiale generate de baterie.
2. Reglementări privind transportul: Alte standarde precum ADR, IATA, RID, IMDG reglementează transportul prin diferite moduri de transport. Standardele conțin reglementări pentru transportul și ambalarea bateriilor.
3. Certificare UL: Se recomandă utilizarea celulelor care sunt supuse sau vor fi supuse testării UL1642. Testul trebuie să fie efectuat conform
instrucțiunilor Laboratoarelor Underwriter (UL). UL 2054 poate fi prevăzut și pentru baterii.
4. Certificarea IEC: Testul IEC62133 este o procedură de certificare a Comisiei Electronice Internaționale (IEC). Ca și în cazul UL1642, aceste
teste depășesc cerințele testului de transport UN38.3, pentru a asigura siguranța bateriei.

Pe baza standardelor IEC, se poate efectua și o procedură CB (Certification Body) și se poate crea un raport CB. Sigiliul CB facilitează accesul pe piață în multe țări. Poate fi utilizat direct sau rescris în mărci de testare naționale fără alte teste. Procedura CB se bazează pe testele globale de conformitate și certificarea vehiculelor electrice.

https://www.icharger.co.nz/buying/resources-faq/lipo-lithium-battery-safety-guide/

Note importante
Stocarea bateriei pentru perioade lungi de timp
Dacă utilizați bateria numai pentru activități de sezon și trebuie să o depozitați pentru perioade îndelungate de timp, este recomandat un întreținător de baterii. Un întreținător este un încărcător controlat electronic și nu va supra încărca bateria atunci când este conectat pentru perioade îndelungate de timp. Bateria va fi gata de utilizare atunci când e nevoie și va dura mai mult.
Întreținerea este excelentă și pentru pornirea la frig. O baterie complet încărcată are o putere maximă de pornire!

1. Încărcați bateria până când este complet încărcată.
2. Depozitați-o cât mai rece, dar nu acolo unde va scădea constant sub 0°C. Toate bateriile pierd o anumită încărcare atunci când sunt stocate, dar cu cât temperatura este mai scăzută, cu atât auto descărcarea este mai mică.
3. Verificați bateria la fiecare două luni și reîncărcați-o dacă este necesar.

Maximizarea performanțelor bateriei
Puteți face mai mulți pași pentru a vă asigura că obțineți performanțe maxime de la baterie:
Încărcare completă înainte de utilizare
Bateriile noi sunt într-o stare parțial descărcată și trebuie încărcate complet înainte de utilizare. Se recomandă să încărcați complet și să descărcați noua baterie de 2- 4 ori pentru a-i putea atinge capacitatea maximă.
Împiedicați efectul de memorie
Mențineți bateria sănătoasă încărcând complet și apoi descărcând-o complet cel puțin o dată la două-trei săptămâni. Excepție de la regulă sunt bateriile Li-Ion care nu suferă de efectul de memorie.
Păstrați bateriile curate
Curățați contactele murdare ale bateriei cu un tampon de bumbac și alcool. Acest lucru ajută la menținerea unei conexiuni bune între baterie și dispozitivul portabil.
Exersați bateria
Nu lăsați bateria în stare de repaus timp îndelungat. Vă recomandăm să utilizați bateria cel puțin o dată la două-trei săptămâni. Dacă o baterie nu a fost utilizată o perioadă lungă de timp, efectuați o nouă încărcare a bateriei în procedura descrisă mai sus.

Depozitarea bateriei
Dacă nu intenționați să folosiți bateria timp de o lună sau mai mult, vă recomandăm să o păstrați într-un loc curat, uscat, răcoros, departe de căldură și obiecte metalice. Bateriile NiCd, NiMH și Li-Ion se vor auto-descărca în timpul depozitării;
amintiți-vă să le întrerupeți consumatorul înainte de depozitare. Bateriile cu plumb sigilate (SLA) trebuie păstrate la încărcare completă în timpul depozitării. Acest lucru se obține de obicei folosind încărcătoare speciale. Dacă nu aveți un încărcător de menținere, nu încercați să stocați bateriile SLA mai mult de trei luni.

Pentru utilizatorii de Notebook
Pentru a obține performanțe maxime de la baterie, optimizați complet funcțiile de gestionare a energiei dispozitivului înainte de utilizare. Gestio­narea energiei este un compromis: o mai bună conservare a energiei în schimbul unei perfor­manțe mai reduse a computerului. Sistemul de gestionare a energiei economisește energia bateriei prin setarea procesorului să funcționeze cu o viteză mai lentă, întunecând ecranul, oprind hard disk-ul atunci când nu este utilizat și determinând dispozitivul să intre în modul de repaus atunci când este inactiv. Ghidul de utilizare al notebook-ului va oferi informații referitoare la anumite caracteristici de gestionare a puterii.

Important pentru bateria din PC
Bateriile NiCd sunt reîncărcabile, în timp ce bateriile cu litiu și alcaline NU sunt. Prin urmare, bateriile cu litiu și cele alcaline trebuie înlocuite cu baterii echivalente de același tip. Încercarea de a înlocui aceste baterii neîncărcabile cu un NiCd va duce la o baterie nefuncțională, deoarece computerul nu are circuitul de încărcare corespun­zător pentru a încărca bateria NiCd.
Bateria NiCd de pe o placă trebuie să fie dezlipită și înlocuită NUMAI cu o baterie NiCd. Încercarea de a utiliza o baterie alcalină sau cu litiu în locul NiCd pe o astfel de placă poate fi periculoasă. Aceste baterii nu sunt proiectate pentru a fi reîncărcate și o încercare de a face acest lucru poate determina bateria să “se umfle” sau să explodeze.
Bateriile pentru CMOS durează, în general, de doi până la trei ani, cu toate că unele (în special tipul de litiu) sunt cunoscute că durează mult mai mult. În mod ironic, cu cât computerul este utilizat mai puțin, cu atât mai rapid se va descărca bateria CMOS. Acest lucru se datorează faptului că atunci când computerul este oprit, bateria începe să alimenteze. Se recomandă să înlocuiți bateria CMOS aproximativ o dată la doi ani sau când întrețineți computerul. Dacă computerul a fost inactiv pentru o lungă perioadă de timp, este bine să schimbați bateria. Schimbarea bateriei este o sarcină relativ ușoară și ieftină, așa cum în mod sigur mulți știu, în comparație cu încercarea de a reporni și configura un computer care și-a pierdut setările BIOS.

Informații tehnice despre bateriile Jauch: https://www.jauch.com/en-INT/products/battery_ technology/getPrm/ank/Technical%20Info/

Constantin Savu
Director General
Ecas Electro

ECAS Electro   |   www.ecas.ro

ECAS Electro este distribuitor autorizat al al produselor Jauch.

Detalii și comenzi: birou.vanzari@ecas.ro
Detalii tehnice:  Ing. Emil Floroiu    |    emil@floroiu.ro

S-ar putea să vă placă și

Adaugă un comentariu