Літій іонні акумулятори як їх захистити

Захищені та незахищені літій іонні акумулятори – в чому їх різниця? Чим відрізняється пристрій літій іонного акумулятора з захистом? Чи можна використовувати незахищені акумулятори? На ці та інші питання Ви знайдете відповіді в нашій статті.

Вже давно відомо, що для надійної і довгострокової роботи акумуляторним батареям потрібен захист. Забезпечити її можна двома способами – або всередині самого акумулятора, або за допомогою пристроїв, які з акумуляторами працюють (в нашому випадку – це світлодіодні ліхтарі і зарядні пристрої). І з цілком зрозумілих причин – оскільки зробити захист для акумулятора значно простіше, ніж “навчити” ліхтар працювати з незахищеним акумулятором – багато виробників пішли по шляху найменшого опору і переклали тягар додаткової вартості захисту акумулятора на гаманець покупця. Але не всі компанії вибрали цей шлях – і в даний момент на ринку вже з’явилися нові високотехнологічні ліхтарі з вбудованим захистом акумуляторів. А це значить, у нас з’явилася можливість безпечно використовувати і незахищені батареї. Які переваги це нам дає? Давайте спробуємо відповісти на це питання.

Навіщо акумуляторів взагалі потрібен захист?

Всім відомо, що літій-іонні акумулятори потрібно берегти від повної розрядки і надмірної зарядки. Робиться це для того, щоб не допустити виникнення всередині акумулятора хімічної реакції, яка може привести до дуже неприємних наслідків. Простіше кажучи, якщо акумуляторні батареї часто «висаджувати в нуль» або надмірно заряджати, – це їх вб’є: ємність сильно знизиться, а в деяких випадках хімічні реакції можуть привести і до займання. Тому на ринку елементів живлення вже давно з’явилися «захищені» акумулятори, в яких встановлена ​​спеціальна плата, яка відключає їх від пристрою в наступних ситуаціях:

• якщо акумуляторна батарея надмірно розряджена (менш 2,8-3В) або, навпаки, заряджена (більш 4,2-4,3В)
• якщо на нього подається занадто високий струм (понад 1-8А)
• якщо літій-іонні акумулятори неправильно встановлені
• в разі короткого замикання.

Акумулятор 18650Устройство літій-іонного акумулятора

Тут слід зробити застереження – часто смуга захисту, яка оберігає від КЗ, виконаний не дуже якісно і з часом стирається, а це значить, що і захист втрачається. Тому і повної гарантії, що таким акумуляторів коротке замикання не загрожує, немає. На наступній фотографії чітко видно, що смуга захисту згодом потемніла, і на батареї з’явилося чорна пляма – це підтверджує той факт, що при перетирання смуги може статися коротке замикання.

І все ж, переваги захищених акумулятора особливо полегшили завдання виробникам ліхтарів і позбавили їх від необхідності модернізувати свою продукцію. Захищені акумулятори затьмарили своїх незахищених «братів» і відсунули їх на задній план. Вони стали і залишаються досі найкращим варіантом харчування для ліхтарів, які не мають схем захисту.

Але сучасні якісні ліхтарі виробництва найбільш просунутих і відповідальних брендів здатні забезпечити захист і звичайним незахищеним акумуляторів. А це дає нам можливість вибору, що саме по собі не може не радувати.

Навіщо нам можливість використання незахищених акумуляторів?

У ліхтарі з вбудованою системою захисту акумуляторів ми можемо використовувати як захищені, так і незахищені елементи живлення. Щоб отримати повне уявлення про два типи літій-іонних акумуляторів, давайте порівняємо їх за такими основними параметрами:

Плата захисту оберігає літій-іонні акумулятори від надмірного заряду і розрядки. Що, відповідно, забезпечує їх безпечну експлуатацію і продовжує термін служби. Саме тому з моменту появи у продажу даного типу літій-іонних акумуляторів, виробники стали висувати їх на перший план і розписувати їх переваги. Адже набагато простіше давати рекомендації – з якими батареями їх ліхтарі будуть працювати краще, – ніж збільшити витрати на виробництво і гарантувати однакову ефективність роботи з усіма доступними видами харчування.

Але зараз ситуація трохи змінилася. З одного боку, сучасні зарядні пристрої для літій-іонних батарей забезпечені власним захистом від перезаряду і коротких замикань. З іншого, нові високотехнологічні світлодіодні ліхтарі мають вбудований захист від переразряда. Коли заряд падає до 2,5-2,8В система сигналізує про це (зазвичай миготінням), яскравість падає, і через деякий час ліхтар відключається. Такий захист дає нам можливість з повною упевненістю використовувати для їх харчування і незахищені акумулятори. А це значить, що всі ті переваги, якими спочатку володіли захищені акумулятори, вже не мають такого великого значення. Адже захист тепер забезпечується «ззовні», мікросхемами пристроїв, для яких тип харчування вже не має ніякого значення.

Теж важливий фактор при порівнянні будь-яких акумуляторних батарей. Тут все просто – ціна на захищені літієві батареї вище (електронна плата теж коштує грошей). До того ж, використання захисної плати трохи зменшує заявлену ємність. По суті, за одну і ту ж суму ми можемо купити або незахищений акумулятор високої ємності, або захищений, але з ємністю відчутно нижче. Тут уже кожен вибирає сам, що йому важливіше. Звичайно, якщо ліхтар і зарядний пристрій у Вас старого зразка, і Ви боїтеся «прогавити» небезпечний момент, краще все ж убезпечитися і вибрати захищені акумулятори. Але якщо Ви давно вже обзавелися новими «іграшками», які самі захистять ваші батареї, різниці в безпеці для Вас немає. Тому, перефразовуючи відомий слоган, можна сказати – «А якщо немає різниці – навіщо платити більше і втрачати ємність?»

Тут, в першу чергу, хотілося б згадати про чисто технологічної стороні. А саме – про розмір. Про розміри можна судити по номенклатурі, наприклад 18650 – це значить, що його діаметр – 18 мм, довжина – 65 мм. Остання цифра (0) вказує на те, що акумулятор циліндричний. За цим цифрам можна зрозуміти, що захищені акумулятори довше звичайних на 2-3 мм – через розмір плати, а іноді ще й трохи ширше – в залежності від товщини смуги захисту.

Літієвий акумулятор – плата захисту

А тепер про найбільш важливому – про експлуатацію. Чи є якісь переваги у використанні ліхтаря з незахищеними акумуляторами? Давайте уявимо найпростішу ситуацію – батарейки розрядилися. Що відбувається, якщо в ліхтарі встановлені захищені батареї? Захист спрацює, і ліхтар відразу вимкнеться, причому, як часто буває, статися це може в самий незручний момент. А якщо в цей момент ви знаходитесь в будь-якої екстремальної або небезпечної ситуації? Таке різке виключення може виявитися критичним. До того ж, Ви вже не зможете використовувати свої акумулятори до того, як хоча б ненадовго не поставив їх в зарядний – плата спрацювала і більше не «дасть» Вам скористатися акумуляторами, так як це для них небезпечно. Зате якщо Ви користуєтеся ліхтарем з вбудованим захистом і звичайними акумуляторами, Ви заздалегідь будете попереджені про те, що харчування закінчується. Ліхтар не вимкнеться відразу, а переключиться в слабкий режим. Це дасть Вам час «підготуватися» або замінити акумулятори. В крайньому випадку, коли можливості замінити харчування немає, Ви зможете дати незахищеним акумуляторів «відпочити» – частина заряду відновиться, і Ви зможете використовувати їх ще якийсь час. До того ж, Ваш ліхтар пропрацює без перезарядки довше – оскільки немає захисту, на якій втрачається додаткова ємність. Звичайно, час роботи не збільшиться набагато, але в екстремальних ситуаціях навіть кілька хвилин можуть зіграти вирішальну роль.

І що ж у підсумку?

А в результаті ми маємо таку ситуацію. Якщо ми набуваємо ліхтар, обладнаний системою захисту акумуляторів, ми отримуємо можливість використовувати для харчування незахищені літієві батареї. А це дає нам певні переваги:

– Економія грошей на елементах живлення

– Більш тривалий час роботи

– Можливість заздалегідь дізнатися про швидке виключенні ліхтаря

– Використання акумуляторів стандартного розміру, які підійдуть до будь-якого ліхтаря і зарядного пристрою

І при всіх цих перевагах, наші акумулятори повністю захищені і безпечні у використанні. Тобто різниця між «внутрішньої» і «зовнішньої» захистом акумуляторів все-таки не так вже й мала. І, мабуть, не дарма виробники світлодіодних ліхтарів надали нам можливість вибирати спосіб захисту самостійно.

Поширені типи акумуляторів, які найчастіше використовуються для накопичення електроенергії

За останні роки технології стрімко пішли в гору. Галузь енергонакопичення теж не залишається осторонь і налічує величезний асортимент безперебійних систем живлення (ДБЖ) та акумуляторних батарей, однак через величезну кількість типів, доволі складно розібратись, що собою представляє акумулятор і які його переваги та недоліки. В цій статті ми підготували декілька поширених типів акумуляторів, які використовуються для накопичення електроенергії в комплектах сонячних електростанцій автономного типу.

Акумулятори WET типу (свинцево-кислотні автомобільні акумулятори)

WET – це свинцево-кислотні акумулятори, які найчастіше використовуються в автомобілях. Даний тип акумуляторів існував ще з кінця 19 століття і широко використовувався до початку 21 століття, поки їх не почали витісняти літій іонні акумулятори. Свинцево-кислотні акумулятори складаються з електродних пластин, виготовлених зі свинцю, діоксиду свинцю та електроліту – розчину сірчаної кислоти (H₂SO₄). Принцип роботи даного акумулятора полягає в перетворенні електричної енергії в хімічну (коли акумулятор заряджається) і навпаки з хімічної в електричну енергію (при розряджанні).

Будова свинцево-кислотного акумулятора

Переваги свинцево-кислотних акумуляторів

Недоліки свинцево-кислотних акумуляторів

• Великі габарити та вага
• Чутливі до глибоких розрядів
• Високі ризики перегріву при неправильному заряджанні
• Чутливі до мінусових температур
• Невелика кількість циклів заряд-розряд
• Низький рівень безпеки
• У перевернутому положенні велика ймовірність розливу електроліту

Акумулятори типу VRLA (SLA)

VRLA (SLA) – по суті, це удосконалена технологія свинцево-кислотних батарей. Даний тип батарей має герметичний корпус зі спеціальним клапаном для стравлювання надлишкових тисків. Замість рідкого електроліту в акумуляторах використовують абсорбуючий скляний мат (AGM), або гелевий елемент (GEL). На відміну від свинцево-кислотних акумуляторів – технологія VRLA (SLA) не потребує регулярного обслуговування та доливання електроліту, крім цього AGM та GEL акумулятори можуть встановлюватись в будь-якій орієнтації, в той час, коли кислотні акумулятори повинні бути строго у вертикальному положенні задля уникнення проливу електроліту.

Акумулятори AGM типу

AGM (Absorbent Glass Mat) – як вже зазначалось, даний тип акумуляторів надзвичайно схожий з WET типом, основна відмінність полягає в тому, що електроліт знаходиться не в рідкому, а в абсорбуючому скляному маті, завдяки такому рішенню, акумулятори можна використовувати навіть лежачи. Між позитивною та негативною пластинами знаходиться свого роду губка просякнута електролітом, яка утримує електроліт в своїх порах. Усі дрібні пори абсорбуючого скляного мату заповнені електролітом, а великі пори слугують для рециркуляції газів, які утворюються в наслідок тривалої роботи акумулятора

Будова акумуляторів AGM типу

Переваги AGM акумуляторів

• Не потребують постійного обслуговування
• Герметична конструкція
• При перевертанні електроліт не витікає, а знаходиться абсорбуючому скляному маті
• Тривалий термін служби (5-12 років)
• Тривалий термін зберігання (до 3-х років) без великої втрати ємності
• Високий струм віддачі (в 1,5 разів більший звичайних кислотних) і швидка зарядка
• Стійкі до глибоких розрядів
• 200 повних розрядів; 500 розрядів при розряджанні на 50%; близько 1 000 циклів при розряджанні на 20-30%

Недоліки AGM акумуляторів

• Висока вартість в порівнянні з свинцево-кислотними акумуляторами
• Великі габарити та вага
• Потребують спеціальних зарядних пристроїв
• Чутливі до перезарядів та коротких замикань

Топ продажів серед AGM акумуляторів