18650 Οι μπαταρίες Li-ion γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς τελευταία. Σύμφωνα με τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά, προηγούνται των γνωστών μπαταριών τύπου δακτύλου. Οι έννοιες «δάχτυλο» και «μικρό δάχτυλο», που χρησιμοποιούνται για τα γνωστά μεγέθη μπαταριών, είναι εσφαλμένες από την άποψη της σωστής ορολογίας. Όλες οι μπαταρίες, ανεξαρτήτως μεγέθους, έχουν τους δικούς τους κωδικούς που υποδεικνύουν το μέγεθός τους. Άρα και το 18650 είναι κωδικός. Αυτό είναι όλο το μυστικό.
Μέγεθος μπαταρίας 18650
Αυτός ο πενταψήφιος κωδικός εκφράζει το πλάτος και το μήκος της μπαταρίας, όπου τα δύο πρώτα ψηφία είναι το πλάτος (διάμετρος) σε mm και τα τρία τελευταία είναι το μήκος σε mm με δέκατα. Υπάρχει μια εσφαλμένη άποψη ότι το μηδέν στο τέλος αυτού του κωδικού υποδηλώνει το κυλινδρικό σχήμα της μπαταρίας (υπάρχουν μπαταρίες διαφορετικών σχημάτων). Δεν είναι απαραίτητος ένας τέτοιος ακριβής προσδιορισμός του μήκους της μπαταρίας. Όταν προσδιορίζεται το μέγεθός του, συχνά περιορίζεται στα πρώτα τέσσερα ψηφία (1865). Παρεμπιπτόντως, οι μπαταρίες δακτύλου και μικρού δακτύλου έχουν επίσης τον δικό τους κωδικό - 14500 και 10440. Εκτός από τον ψηφιακό κωδικό,Το μέγεθος μπορεί επίσης να υποδειχθεί με γράμματα. Για παράδειγμα, τα δύο παραπάνω μεγέθη μπαταριών έχουν εναλλακτικούς κωδικούς γραμμάτων - AA (δάχτυλο) και AAA (μικρό δάχτυλο). Υπάρχουν πολλοί αλφαβητικοί και αριθμητικοί κωδικοί που υποδεικνύουν το μέγεθος των διαφόρων μπαταριών: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670) κ.λπ.
Για μπαταρίες 18650, αυτός ο χαρακτηρισμός μεγέθους είναι ανακριβής. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη και άλλες παράμετροι. Το μέγεθος μιας μπαταρίας 18650 μπορεί να επηρεαστεί, για παράδειγμα, από την παρουσία μιας ενσωματωμένης ειδικής πλακέτας (ελεγκτής φόρτισης). Ορισμένες μπαταρίες μπορεί να έχουν λίγο μεγαλύτερο μήκος σε αυτήν την περίπτωση. Δεν είναι ασυνήθιστο για μια μπαταρία απλά να μην χωράει στη θήκη της συσκευής όπου θέλουν να τη χρησιμοποιήσουν, παρά το γεγονός ότι αυτή η συσκευή (για παράδειγμα, μια μπαταρία ηλεκτρονικού τσιγάρου) έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με αυτόν τον τύπο μπαταρίας.
Διάρκεια μπαταρίας Li-ion 18650
Το χρονικό διάστημα που μπορεί να διαρκέσει μια δεδομένη μπαταρία εξαρτάται από την έννοια των "milliamps ανά ώρα" (mAh). Για μεγάλες μπαταρίες, όπως τα αυτοκίνητα, χρησιμοποιείται ο όρος "αμπέρ ανά ώρα". Για μια μπαταρία 18650 mAh, αυτή είναι μια προκύπτουσα τιμή. Ένα αμπέρ ισούται με 1000 milliamps. Ένα milliamp ανά ώρα είναι το ρεύμα που μπορεί να παράγει μια μπαταρία κατά τη διάρκεια μιας συμβατικής ώρας χρήσης. Με άλλα λόγια, εάν διαιρέσετε αυτήν την τιμή με έναν ορισμένο αριθμό ωρών, μπορείτε να μάθετε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Για παράδειγμα, η μπαταρία έχει χωρητικότητα 3000 mAh. Αυτό σημαίνει ότι για δύο ώρεςδουλεύει, θα βγάζει 1500 milliamps. Τέσσερα - 750. Η μπαταρία από το παραπάνω παράδειγμα θα αποφορτιστεί πλήρως μετά από 10 ώρες λειτουργίας, όταν η χωρητικότητά της φτάσει τα 300 milliamps (όριο βαθιάς εκφόρτισης).
Αυτοί οι υπολογισμοί δίνουν μόνο μια κατά προσέγγιση ιδέα της διάρκειας ζωής της μπαταρίας. Ο πραγματικός χρόνος λειτουργίας του εξαρτάται από το φορτίο που πρέπει να αντιμετωπίσει, δηλαδή από τη συσκευή που πρέπει να παρέχει ρεύμα.
Ρεύμα, τάση και ισχύς
Προτού σταθούμε στη γενική περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών των μπαταριών ιόντων λιθίου 18650 και στις προφυλάξεις κατά την εργασία με αυτές, θα ορίσουμε εν συντομία τις παραπάνω έννοιες. Το ρεύμα (μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης, έξοδος ρεύματος) εκφράζεται σε αμπέρ και επισημαίνεται στην μπαταρία με το γράμμα "A". Η τάση εκφράζεται σε βολτ και συμβολίζεται με το γράμμα "V". Σε πολλές μπαταρίες μπορείτε να βρείτε τέτοιες ονομασίες. Για μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η τάση είναι πάντα 3,7 βολτ και το ρεύμα μπορεί να είναι διαφορετικό. Η ισχύς της μπαταρίας ως κυρίαρχη παράμετρος της ισχύος της εκφράζεται ως το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος (τα βολτ πρέπει να πολλαπλασιάζονται με αμπέρ).
Περιγραφή των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου
Το κύριο μειονέκτημα των μπαταριών Li-Ion 18650 είναι ότι έχουν μικρό εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Η κανονική λειτουργία μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι δυνατή μόνο στην περιοχή από -20 έως +20 βαθμούς Κελσίου. Εάν χρησιμοποιείται ή φορτίζεται σε θερμοκρασίες κάτω ή υψηλότερεςσημαδεμένο, το χαλάει. Για σύγκριση, οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου και νικελίου-υδριδίου μετάλλου έχουν ευρύτερο εύρος θερμοκρασίας - από -40 έως +40. Όμως, σε αντίθεση με τις τελευταίες, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν υψηλότερη ονομαστική τάση - 3,7 βολτ έναντι 1,2 βολτ για τις μπαταρίες νικελίου.
Επίσης, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου πρακτικά δεν επηρεάζονται από την αυτοεκφόρτιση και τα φαινόμενα μνήμης που είναι κοινά σε πολλούς τύπους μπαταριών. Η αυτοεκφόρτιση είναι η απώλεια φορτισμένης ενέργειας όταν είναι σε αδράνεια. Το φαινόμενο μνήμης εμφανίζεται σε ορισμένους τύπους μπαταριών ως αποτέλεσμα συστηματικής φόρτισης μετά από ατελή εκφόρτιση. Αναπτύσσεται δηλαδή σε μπαταρίες που δεν είναι πλήρως αποφορτισμένες.
Με το εφέ μνήμης, η μπαταρία «θυμάται» τον βαθμό αποφόρτισης μετά τον οποίο άρχισε να φορτίζεται και αποφορτίζεται, έχοντας φτάσει σε αυτό το όριο στον επόμενο κύκλο. Η πραγματική του χωρητικότητα εκείνη την εποχή είναι στην πραγματικότητα μεγαλύτερη. Εάν υπάρχει μια πλακέτα που εμφανίζει τη στάθμη της μπαταρίας, τότε θα δείχνει και την αποφόρτιση. Αυτή η επίδραση δεν αναπτύσσεται αμέσως, αλλά σταδιακά. Μπορεί επίσης να αναπτυχθεί σε συνθήκες όπου η μπαταρία λειτουργεί συνεχώς από το δίκτυο, δηλαδή φορτίζει συνεχώς.
Η αυτοεκφόρτιση και το φαινόμενο μνήμης είναι εξαιρετικά χαμηλά στις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Υπάρχει ένα ακόμη πράγμα που πρέπει να προσέξετε: τέτοιες μπαταρίες δεν μπορούν να αποθηκευτούν σε αποφορτισμένη κατάσταση, διαφορετικά θα αποτύχουν γρήγορα.
Προφυλάξεις για μπαταρία ιόντων λιθίου
Πολλοί τύποι μπαταριών είναι εύφλεκτες καιεκρήξεις. Εξαρτάται από τη χημική σύνθεση της εσωτερικής δομής της μπαταρίας. Για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου 18650, αυτό το πρόβλημα είναι αρκετά οξύ. Δεν είναι ασυνήθιστο οι χρήστες ηλεκτρονικών τσιγάρων να υφίστανται σοβαρά εγκαύματα στα χέρια και το πρόσωπο ή ακόμη πιο σοβαρούς τραυματισμούς. Δεδομένου ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται σε φορητούς υπολογιστές, tablet και κινητά τηλέφωνα, δεν είναι ασυνήθιστο να αναφλεγούν.
Στην πρώτη θέση μεταξύ των αιτιών τέτοιων περιστατικών είναι φυσικά η χαμηλής ποιότητας (φθηνή) συναρμολόγηση μπαταριών. Ωστόσο, στην περίπτωση των ηλεκτρονικών τσιγάρων, είναι εύκολο να προκαλέσετε μόνοι σας μια έκρηξη μπαταρίας ιόντων λιθίου, ακόμα κι αν η μπαταρία δεν είναι φθηνή. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να καταλάβετε λίγο τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση.
Αν εξηγήσουμε αυτήν την έννοια με την απλούστερη γλώσσα, τότε αυτή είναι μια παράμετρος που καθορίζει τις απαιτήσεις του αγωγού προς την μπαταρία. Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση του αγωγού, τόσο περισσότερο ρεύμα (αμπέρ) πρέπει να δίνει η μπαταρία. Εάν η αντίσταση είναι πολύ χαμηλή, τότε η μπαταρία θα λειτουργήσει με έναν τέτοιο αγωγό σε μεγάλο φορτίο. Η αντίσταση μπορεί να είναι τόσο χαμηλή που θα προκαλέσει υπερβολικό φορτίο στην μπαταρία και την επακόλουθη έκρηξη ή ανάφλεξή της. Θα είναι δηλαδή βραχυκύκλωμα. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρονικά τσιγάρα λειτουργούν με βάση την αρχή της εξάτμισης, η οποία απαιτεί ένα στοιχείο θέρμανσης (πηνίο νήματος), οι ανίκανοι χρήστες ενδέχεται να αναγκάσουν κατά λάθος την μπαταρία να λειτουργήσει με ένα στοιχείο θέρμανσης μεεξαιρετικά χαμηλή αντίσταση. Γνωρίζοντας την έξοδο ρεύματος μιας συγκεκριμένης μπαταρίας και την αντίσταση του αγωγού, χρησιμοποιώντας απλούς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας τον τύπο του νόμου του Ohm, μπορείτε να προσδιορίσετε εάν αυτή η μπαταρία μπορεί να χειριστεί έναν συγκεκριμένο αγωγό.
Αυτοί οι κίνδυνοι δεν εμφανίζονται πάντα σε όλες τις περιπτώσεις. Οι τεχνολογίες προστασίας μπαταριών εξελίσσονται συνεχώς. Πολλές μπαταρίες έχουν ένα ειδικό ελεγκτή φόρτισης στο εσωτερικό του που μπορεί να απενεργοποιήσει την μπαταρία εγκαίρως όταν συμβεί βραχυκύκλωμα. Αυτές είναι προστατευμένες μπαταρίες.
Συσκευή μπαταρίας Li-ion
Στην καρδιά της μπαταρίας 18650 βρίσκεται ένας ηλεκτρολύτης, ένα ειδικό υγρό στο οποίο λαμβάνουν χώρα χημικές αντιδράσεις.
Αυτές οι χημικές αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες. Αυτή είναι η αρχή λειτουργίας οποιασδήποτε μπαταρίας. Με απλά λόγια, ο τύπος για τέτοιες αντιδράσεις μπορεί να προχωρήσει τόσο από αριστερά προς τα δεξιά (εκφόρτιση) όσο και από δεξιά προς τα αριστερά (φόρτιση). Τέτοιες αντιδράσεις συμβαίνουν μεταξύ της καθόδου και της ανόδου του κυττάρου. Η κάθοδος είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο (μείον), η άνοδος είναι το θετικό ηλεκτρόδιο (συν) της πηγής ισχύος. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης σχηματίζεται ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ τους. Οι χημικές αντιδράσεις εκφόρτισης και φορτίου μεταξύ καθόδου και ανόδου είναι διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής, αλλά αυτό είναι μια άλλη ιστορία. Δεν θα εμβαθύνουμε στη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης. Το ρεύμα σχηματίζεται τη στιγμή που η κάθοδος και η άνοδος αρχίζουν να αλληλεπιδρούν, δηλαδή κάτι συνδέεται με το συν και το πλην της μπαταρίας. Η κάθοδος και η άνοδος πρέπει να είναι ηλεκτρικά αγώγιμα.
Κατά την παράβαση των όρωνΚατά τη λειτουργία, στον ηλεκτρολύτη εμφανίζονται μόρια χημικών στοιχείων, τα οποία κλείνουν την κάθοδο και την άνοδο, γεγονός που οδηγεί σε εσωτερικά βραχυκυκλώματα. Ως αποτέλεσμα αυτού, η θερμοκρασία της μπαταρίας αυξάνεται και εμφανίζονται περισσότερα μόρια, κλείνοντας τα συν και τα πλην. Όλη αυτή η διαδικασία, σαν χιονόμπαλα, αποκτά ταχύτητα εκθετικά. Χωρίς τη δυνατότητα αφαίρεσης του ηλεκτρολύτη (η θήκη της μπαταρίας είναι σφραγισμένη), εμφανίζεται θερμική διαστολή, η οποία αυξάνει την εσωτερική πίεση. Το τι θα συμβεί στη συνέχεια μπορεί να γίνει κατανοητό χωρίς σχόλια.
Φόρτιση της μπαταρίας ιόντων λιθίου
Ως φορτιστής για μια μπαταρία 18650, κάθε συσκευή που έχει σχεδιαστεί για μπαταρίες αυτής της μορφής είναι κατάλληλη. Το κύριο πράγμα δεν είναι να αλλάξετε τη σωστή πολικότητα κατά τη φόρτιση. Τοποθετήστε τις μπαταρίες στις υποδοχές του φορτιστή ακριβώς σύμφωνα με τα σημάδια συν και μείον. Είναι καλή ιδέα να διαβάσετε τις άλλες προφυλάξεις για τη χρήση του φορτιστή μπαταρίας 18650, οι οποίες αναγράφονται πάντα στη θήκη της μπαταρίας.
Η καλύτερη επιλογή για τη φόρτιση μπαταριών ιόντων λιθίου είναι η χρήση πιο ακριβών φορτιστών με βελτιωμένη διαδικασία φόρτισης. Πολλά από αυτά έχουν τη λειτουργία φόρτισης μπαταριών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CC / CV, η οποία σημαίνει σταθερό ρεύμα, σταθερή τάση. Αυτή η μέθοδος είναι καλή γιατί μπορεί να φορτίσει την μπαταρία περισσότερο από τους συμβατικούς φορτιστές. Αυτό οφείλεται σε μια ιδέα όπως η υπερφόρτιση.
Κατά τη φόρτιση ή αποφόρτιση της μπαταρίας, η τάση τηςαλλάζει. Αυξάνεται κατά τη φόρτιση, μειώνεται κατά την αποφόρτιση. Τα ονομαστικά 3,7 βολτ είναι μια μέση τιμή.
Υπάρχουν δύο επιδράσεις που επηρεάζουν αρνητικά την μπαταρία - υπερφόρτιση και υπερφόρτιση. Υπάρχουν όρια για φόρτιση και αποφόρτιση της μπαταρίας. Εάν η τάση της μπαταρίας υπερβαίνει αυτά τα όρια, τότε η μπαταρία υπερφορτίζεται ή υπερφορτίζεται, ανάλογα με το αν φορτίζει ή αποφορτίζεται. Στην κανονική λειτουργία φόρτισης για 18650 Li-ion, ο φορτιστής και ο ελεγκτής φόρτισης μέσα στην ίδια την μπαταρία (αν υπάρχει) διαβάζουν την τάση της μπαταρίας και διακόπτουν τη φόρτιση όταν φτάσει στο όριο για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση. Σε αυτήν την περίπτωση, η μπαταρία δεν είναι πραγματικά πλήρως φορτισμένη. Η χωρητικότητά του μπορεί να του επιτρέπει να φορτίζει περισσότερο, αλλά το όριο δεν του επιτρέπει να το κάνει.
Η αρχή της φόρτισης με τη μέθοδο CC / CV έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το ρεύμα που παρέχεται στη φόρτιση να μην διακόπτεται, αλλά να μειώνεται απότομα, εμποδίζοντας την εσωτερική τάση της μπαταρίας να υπερβεί την τιμή κατωφλίου. Έτσι, η μπαταρία φορτίζεται πλήρως χωρίς να επαναφορτίζεται.
Τύποι μπαταριών ιόντων λιθίου
Τύποι μπαταριών Li-ion 18650:
- φωσφορικός σίδηρος λιθίου (LFP);
- λίθιο-μαγγάνιο (IMR);
- λίθιο-κοβάλτιο (ICR);
- πολυμερές λιθίου (LiPo).
Όλοι οι τύποι εκτός από τον τελευταίο είναι κυλινδρικοί και μπορούν να κατασκευαστούν σε μορφή 18650. Οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου διαφέρουν ως προς το ότι δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι έχουν ένα στερεόηλεκτρολύτη (πολυμερές). Λόγω αυτής της ασυνήθιστης ιδιότητας του ηλεκτρολύτη, αυτές οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται συχνά σε tablet και κινητά τηλέφωνα.
Εφαρμογή μπαταριών ιόντων λιθίου
Όπως ήδη αναφέρθηκε, οι μπαταρίες Li-ion μεγέθους 18650 χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά τσιγάρα. Μπορούν να ενσωματωθούν στην μπαταρία ή να αφαιρεθούν, δηλαδή να εγκατασταθούν ξεχωριστά σε αυτήν. Μπορεί επίσης να υπάρχουν πολλά συνδεδεμένα παράλληλα ή σε σειρά.
Μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό στην κατασκευή διαφόρων μπαταριών, όπως μπαταρίες φορητών υπολογιστών. Τέτοιες μπαταρίες είναι μια αλυσίδα πολλών διασυνδεδεμένων μπαταριών 18650 μέσα σε μια θήκη. Τέτοιες μπαταρίες μπορούν επίσης να βρεθούν ως μεγάλα power banks - φορητοί φορτιστές.
Το πεδίο εφαρμογής των ίδιων των μπαταριών είναι πολύ ευρύ: από τους ονομαζόμενους φορτιστές έως τα συστατικά στοιχεία των σύγχρονων μεγάλων μηχανισμών (αυτοκίνητο ή αεροσκάφος). Ταυτόχρονα, ο αριθμός των 18650 μπαταριών ιόντων λιθίου που αποτελούν μία μπαταρία μπορεί να ποικίλλει από μερικές έως εκατοντάδες. Αξίζει να αναφέρουμε τις μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς. Αν και δεν είναι διαθέσιμα σε μορφή Li-ion 18650, είναι τα πιο κοινά, καθώς χρησιμοποιούνται σε tablet και κινητά τηλέφωνα.
