ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Li-Ion аккумуляторы EEMB серии LIR выпускаются в двух типах корпусов: таблеточный (кнопочный) и цилиндрический. Основные параметры и внешний вид аккумуляторов этой серии приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Параметры Li-Ion аккумуляторов EEMB в корпусах таблеточного типа  

Наимено- вание	Uном., В	Номин. eмкость, мА•ч•	Рекомендуемый ток заряда, мА		Размеры, мм		Вес, г	Изображение
			Постоянный	Импульсный	Диаметр	Высота
LIR2016	3,6	20±5	1C (мА)	2С (мА)	20,0	1,6	1,9
LIR2025		25±5			20,0	2,5	2,5
LIR2032		45±5			20,0	3,2	3,1
LIR2450		120±10			24,0	5,0	5,2
LIR3048		200±10			30,0	4,8	7,3

Таблица 2. Параметры Li-Ion аккумуляторов EEMB в корпусах цилиндрического типа

Наименование	Uном.,В	Номинальная eмкость, мА•ч •	Импеданс, мОм	Размеры, мм		Вес, г	Изображение
				Диаметр	Длина
LIR14500	3,7	800	≤80	14,1	48,5	20,0
LIR17500		1100		16,8	49,5	29,0
LIR18500		1300; 1400		18,2	48,5	33,0
LIR18650		1800; 2000; 2100; 2200		18,2	64,5	45,0

Емкость Li-Ion аккумуляторов таблеточного типа достигает 200мАч при диаметре корпуса 30мм и высоте 4,8мм. Максимальную емкость 2100мАч при весе около 45,0г среди цилиндрических Li-Ion аккумуляторов EEMB имеют популярные LIR18650. Номинальное напряжение цилиндрических Li-Ion аккумуляторов имеет значение 3,7 В.

ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol) - самые новые в литиевой технологии. Имея примерно такую же плотность энергии, что и традиционные Li-Ion, они допускают производство в различных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, достаточно тонких и способных заполнять любое свободное пространство. При этом эффективность использования пространства для Li-Pol аккумуляторов повышается примерно на 20% по сравнению с литиево-ионными.

Li-Pol аккумулятор конструктивно подобен Li-Ion, но имеет гелеобразный электролит. В результате стало возможным упрощение конструкции элемента, поскольку утечка такого электролита практически невозможна.

Еще одно очень важное преимущество заключается в том, что при одинаковой емкости литий-полимерный аккумулятор будет легче, чем литий-ионный.

С целью оптимизации затрат на производство компания подразделяет всю номенклатуру литий-полимерных аккумуляторов на три группы: 1) популярные, 2) стандартные и 3) заказные. Параметры популярных Li-Pol аккумуляторов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры Li-Pol аккумуляторов EEMB  

Несмотря на небольшое различие в электрохимических системах, метод заряда литий-ионного и литий-полимерного аккумуляторов одинаков. Для достижения их оптимальной работы необходимо использовать специальный алгоритм заряда. Один из рекомендуемых способов заряда представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Рекомендуемые режимы заряда Li-Ion или Li-Pol аккумуляторов

Согласно приведенному на рисунке 1 графику весь цикл делится на три части: предварительный заряд, ограничение тока и ограничение напряжения. Красным цветом показано напряжение на аккумуляторе при заряде, синим цветом - ток заряда. Первый этап характерен тем, что позволяет плавно начать заряжать глубоко разряженные аккумуляторы. Второй этап заряда с ограничением тока - основной. Заряд максимальным током происходит до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет 4,2 В на один элемент. При завершении второго этапа аккумулятор будет заряжен всего лишь на 70%. На третьем этапе заряд производится при стабилизированном напряжении 4,2 В (режим ограничения напряжения). Так как напряжение на аккумуляторе в процессе заряда зафиксировано на уровне 4,2 В, ток заряда постепенно уменьшается. Когда зарядный ток достигает около 3% от номинального значения, считается, что аккумулятор полностью заряжен. Не стоит забывать, что литиевые элементы питания чувствительны к температуре окружающей среды, поэтому при их заряде необходимо помнить и о температурном режиме. В документации производитель указывает, что заряд Li-Pol аккумуляторов можно производить при температуре окружающей среды 0...45°С. Разряд допускается в диапазоне рабочих температур -20...60°С. Необходимо отметить, что разрядные кривые довольно сильно зависят от температуры окружающей среды.

На рисунке 2 приведены графики, иллюстрирующие процентное уменьшение емкости аккумулятораLP103450 при токе разряда 0,2С для температур окружающей среды 25°С и -20°С. При снижении температуры до -20°С напряжение на аккумуляторе при отсутствии нагрузки уменьшается до 3,8 В. Из графиков видно, что при пониженной температуре резко снижается количество энергии, отдаваемой в нагрузку. Это необходимо учитывать, если изделие планируется использовать при отрицательных температурах, но не ниже минимально допустимых -20°С.

Рис. 2. Разрядные кривые LP103450 при температурах 25 и -20°С

На сегодняшний день у компании EEMB имеется очень большой перечень выпускаемых Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов. Среди Li-Pol аккумуляторов большой популярностью пользуются LP052030-PCB-LD(емкость 230 мА/ч) и LP383454-PCB-LD (емкость 750 мА/ч). Они имеют не самые предельные характеристики среди выпускаемых Li-Pol аккумуляторов. Однако сочетание их параметров оказалось наиболее востребованным для отечественного рынка. Для аккумуляторов LP052030-PCB-LD гарантируется более 400 циклов заряд/разряд, для LP383454-PCB-LD - более 500 циклов. Количество циклов приведено при условии заряда током 1С и разряда при комнатной температуре.

Аккумуляторы EEMB, имеющие в окончании наименования «-PCB-LD», содержат встроенную печатную плату для защиты от перезаряда и недопустимого разряда, а также от короткого замыкания. Типовая схема защиты Li-Pol аккумуляторов на микросхеме R5402N101KD компании RICOH приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Типовая схема защиты Li-Pol аккумуляторов на микросхеме R5402N101KD фирмы RICOH

Схема отключает аккумулятор от зарядного устройства при достижении напряжения от 4,255 до 4,275 В (типовое значение 4,250 В). Этим обеспечивается защита аккумулятора от перезаряда. Если при снижении напряжения на аккумуляторе оно оказывается в диапазоне от 2,437 до 2,563 В (номинальное значение 2,500 В), то схема защиты отключает аккумулятор от нагрузки, предотвращая его недопустимый разряд. При расчете продолжительности работы аккумулятора с подключенной нагрузкой необходимо учитывать, что схема защиты постоянно потребляет ток около 4 мкА в активном режиме и около 1,2 мкА в режиме Standby. Типовое сопротивление двух последовательно включенных транзисторов MOSFET схемы защиты находится в диапазоне 30...60 мОм (типовое значение около 30 мОм). Диапазон рабочих температур микросхемы R5402N101KD находится в пределах от -40 до 85°С. Более подробную информацию можно найти на сайте производителя http://www.ricoh.com/.

Аккумуляторы подвержены старению, даже если они не используются и просто лежат на полке. Процесс старения характерен и для Li-ion/Li-Pol аккумуляторов. Небольшое уменьшение емкости заметно уже после одного года эксплуатации или хранения вне зависимости от того, использовался аккумулятор или нет. Через два или три года аккумулятор часто становится непригодным к эксплуатации (срок эксплуатации также сильно зависит от температурных режимов и правильного алгоритма заряда). Литиевые аккумуляторы очень не любят низких температур, которые резко уменьшают срок их активной жизни.

Впрочем, и аккумуляторы других электрохимических систем также подвержены возрастным изменениям с ухудшением параметров (это особенно справедливо для NiMH аккумуляторов, подвергающихся воздействию высокой температуры окружающей среды). Для уменьшения процесса старения литиевый аккумулятор рекомендуется хранить заряженным примерно до 40...50% от номинальной емкости в прохладном месте отдельно от прибора, для которого он предназначен.

Если оставить литиевые аккумуляторы на длительный срок без подзарядки, то напряжение на них может понизиться до уровня ниже 2,5 В. В некоторых случаях это может привести к отключению внутренней схемы управления и защиты, и далеко не все зарядные устройства после этого смогут заряжать такие аккумуляторы. Кроме того, глубокий разряд отрицательно сказывается и на внутренней структуре самого аккумулятора, поэтому литиевые аккумуляторы предпочтительнее хранить в заряженном состоянии, чем в состоянии почти полного разряда.