Akumuliatorių įkrauti paprasta, tačiau sudėtingumas didėja, kai įkrovimo metu atsiranda parazitinė apkrova. Priklausomai nuo akumuliatoriaus cheminės sudėties, įkrovimo procesas vyksta keliais etapais, o naudojant ličio jonų 1 etapą sudaro nuolatinės srovės (CC) įkrovimas, dėl kurio akumuliatorius pasiekia maždaug 7 0 proc. įkrovos būseną (SoC). . Elementas pasiekia 4,20 V / elementą, bendrą ličio jonų įtampos ribą, o po to tęsiamas 2 etapas, taikant pastovios įtampos (CV) įkrovą. Srovė pradeda mažėti, kai baterija prisotinama. Visiškas įkrovimas pasiekiamas, kai srovė paprastai sumažėja iki 0,05 C, o tai yra viena dvidešimtoji vardinės ampervalandės. Ličio jonai negali sugerti perkrovos ir 3 etape įkrovimas netaikomas. 1 paveiksle pavaizduoti tipiški CCCV įkrovimo įtampos, srovės ir talpos ženklai.
CCCV metodas taip pat naudojamas įkrauti švino rūgštį, tačiau 3 etape taikomas plūduriuojantis įkrovimas, kad akumuliatorius būtų visiškai įkrautas ir būtų išvengta sulfatacijos. Nikelio baterijos įkraunamos, kai visiškai įkraunamos, kad kompensuotų savaiminį išsikrovimą. Ličio jonų sistema yra tokia efektyvi, kad energijos perteklius neturi kur dingti, kai baterija visiškai įkrauta. Išjungus įkrovimo srovę, akumuliatorius išlieka stabilus ir įtampa neutralizuojama. Nuolatinis plūduriuojantis įkrovimas, taip pat žinomas kaip aukštos įtampos laikymas, padidina ličio jonų akumuliatorių, kad jis viršytų nurodytą viršutinį ribinį potencialą. Taip gali susidaryti dujos; gali sukelti elementų komponentų gedimą ir sutrumpinti baterijos veikimo laiką bei pakenkti saugai.
Baterijos naudojimo tipas
Baterijos naudojimą galima suskirstyti į tris grupes. Pats paprasčiausias yra nuimamas režimas, kai akumuliatorius įkraunamas už įrenginio ribų, nepaveikiamas parazitinės apkrovos. Taikymas apima mobiliuosius radijo imtuvus, elektrinius įrankius, dronus ir bendruosius prietaisus. Šis atskirtas režimas įgalina paprasčiausią įkrovimo būdą, nes baterija nepriklauso nuo įrenginio. Dauguma komercinių įkrovimo lustų yra skirti veikti šiuo režimu.
Didėjantis naudojimo modelis yra ribotas režimas, kai akumuliatorius įkraunamas įrenginyje. Pavyzdžiui, išmanusis telefonas, nešiojamieji kompiuteriai ir kai kurie medicinos prietaisai. Akumuliatorius įrenginyje įkraunamas prijungus prie tinklo. Turima kintamosios srovės energija yra padalinta į akumuliatoriaus įkrovimą ir įrenginio valdymą. Visiškai įkrautas akumuliatorius atsijungia nuo įkroviklio, bet kartais gali būti įkrautas. Paprastai tai atsitinka, kai įkrovos būsena nukrenta iki 93 proc.
Trečioji grupė yra prijungtas režimas, kai įrenginyje įdedama baterija. Įprastos taikymas yra transporto priemonės, gabenančios viešbučio krovinį ir paleidžiančios variklį. Prijungtu režimu akumuliatorius tampa integruotos sistemos dalimi, kuri įkraunama veikimo metu. Kai kurie medicinos, kariniai ir pramoniniai prietaisai taip pat veikia prijungtu režimu ir atlieka gyvybiškai svarbias funkcijas. 2 lentelėje apibendrinamas akumuliatoriaus naudojimas įvairiose įkrovimo aplinkose.
Parazitinė apkrova
Nuolatinė parazitinė akumuliatoriaus apkrova apsunkina įkrovimo procesą. Reikėtų pažymėti, kad dauguma įrenginių patiria tam tikrą parazitinę apkrovą, tačiau srovė yra maža ir gali būti sudaryta iš ličio jonų akumuliatoriaus apsaugos grandinės, atsarginės atminties kopijos arba laikrodžio veikimo. Tai neiškraipo įkrovimo rutinos ir daugeliu atvejų gali būti ignoruojama. Tačiau parazitinė apkrova prijungtuoju režimu gali būti didelė ir iškraipyti prisotinimo parašą 2 etape. Tokiems įkrovimo režimo trukdžiams reikalingas alternatyvus viso įkrovimo aptikimo mechanizmas.
Galimi sprendimai yra tam tikrą laiką sumažinti įkrovimo srovę 2 etape, tada išjungti įkrovimą ir pritaikyti papildomą įkrovimą, kai įkrovos būsena nukrenta iki 93 proc. Kitas būdas yra išlaikyti elementą 4,20 V / elemento lygiu. Tai būtų paprasčiausias būdas, tačiau dauguma ličio jonų gamintojų nepatvirtina šio metodo dėl saugumo ir ilgaamžiškumo priežasčių. Kitas variantas yra sumažinti įkrovimą nuo įprasto 4,20 V / elemento iki 4,10 V / elemento. Tai sumažina pajėgumą, o elementų gamintojai mano, kad tai perspektyvu, bet nėra visiškai patogu.
Mokslininkai tiria ličio jonų elgseną įvairiose aukštos įtampos laikymo vietose, kaip elektrolitų priedų ir aktyvių medžiagų pasirinkimo funkciją. Neoficialios išvados rodo, kad pailgintos 4,20 V/ląstelės laikymo trukmės dviračiai nesukelia ličio padengimo kokybiškomis ląstelėmis. Tačiau žemesnio laipsnio elementai gali sukurti didelę varžą, o tai gali sukelti ličio padengimą, kai jie ilgą laiką laikomi 4,20 V/ląstelėje aukštesnėje 40 laipsnių temperatūroje.
Ličio jonų laikymas esant aukštai įtampai yra opi problema. Paskelbta nedaug techninių straipsnių, kuriuose siūloma, kaip teisingai įkrauti akumuliatorių esant parazitinei apkrovai, taip pat akumuliatorių gamintojai nesidalija geriausia praktika. Yra žinoma, kad plūduriuojantis įkrovimas aukštesnėje temperatūroje gali sukelti elementų komponentų gedimą, o tai gali sukelti elektros trumpąjį elementą. Išvados rodo, kad šis defektas nebūtinai yra susijęs su ličio dengimu, kuris atsiranda viršijant įkrovimo įtampą arba įkraunant žemiau užšalimo. Yra ir kitų žalingų poveikių, kuriuos reikia toliau tirti.
Komponentų gedimą galima sumažinti naudojant elektrolitų priedus. Kiekvienas baterijų gamintojas turi savo slaptą padažą ir nesiryžta skelbti ingredientų. Rūkymas ir judėjimo trūkumas kiekvieno žmogaus sveikatą veikia skirtingai, todėl nėra nuoseklios informacijos įkraunant konkrečią ličio jonų sistemą parazitine apkrova. Atrodo, kad trūksta informacijos apie aukštos įtampos palaikymo poveikį ličio jonams, ypač kai veikia aukštesnėje temperatūroje ir kai įkraunamas greitai.
Pažvelkime į švino rūgštį – sistemą, kuri panaši į ličio jonų įkrovimą, bet yra atlaidesnė dėl perkrovimo. 1 etape švino rūgštis įkrauna iki 2,40 V / elementą. Norint išvengti sulfatacijos, 2 etape svarbu pritaikyti visiškai prisotintą įkrovą. Užuot sumažinę įkrovimo srovę iki nulio, kai pasiruošę, 3 pakopa sumažina įtampą nuo 2,40 V / elementą iki 2,25 V / elementą, kad išlaikytų visą įkrovą. Laikant švino rūgštį aukštoje 2,40 V / elemento įtampoje, susidarytų dujos ir padidėtų plokščių korozija. Įtampos sumažinimas yra svarbus, ypač stacionariuose įrenginiuose, kai akumuliatorius nuolat kraunamas.
Transporto priemonės įkrovimo sistema paprastai pakelia akumuliatoriaus įtampą iki 14,40 V (2,40 V vienam elementui), nesumažinant įtampos, kai visiškai įkraunama. Pageidautina sumažinti įtampą iki 13,50 V (2,25 V / elementui) ilgoje kelionėje, tačiau švino rūgštis yra atlaidi ir toleruoja šią būseną, kai ilsisi, kai transporto priemonė stovi.
Starterio akumuliatoriai dažnai pakeičiami LiFePO (Li-Phosphate), veikiančiais ta pačia įkrovimo sistema. Keturi nuosekliai sujungti elementai gamina 12,80 V įtampą, panašią į šešių serijinių 2 V švino rūgšties elementų įtampą. Kiekvienoje iš keturių ličio fosfato elementų įtampa yra 3,60 V, o tai yra tinkama viso įkrovimo įtampa. Šiuo metu įkrovimas turėtų būti atjungtas, tačiau transporto priemonės įkroviklio papildomas įkrovimas tęsiasi vairuojant.
Li-fosfatas toleruoja kai kuriuos perkrovimus; tačiau ilgą laiką laikant 14,40 V įtampą, akumuliatorius gali būti įtemptas. Laikas parodys, koks bus patvarus Li-Phosphate, kai bus naudojama įprasta įkrovimo sistema, užprogramuota švino rūgščiai. Li-fosfato baterijos taip pat montuojamos į neįgaliųjų vežimėlius, paspirtukus, golfo automobilius ir kompiuterius ant ratų ligoninėse. Pakeitus švino rūgštį ličio fosfatu, protinga užtikrinti įkroviklio suderinamumą.
Orlaivis turi panašumų su transporto priemone tuo, kad abi sistemos veikia prijungtu režimu. Kaip ir transporto priemonėje, orlaivio akumuliatorius gali būti atjungtas, kai pagalbinis generatorius tiekia energiją. Incidentas įvyko, kai „Boeing 777“ lėktuve skrydžio viduryje perkaito nikelio ir kadmio (NiCd) baterija. Grandinės pertraukiklis buvo ištrauktas be incidentų, kad akumuliatorius būtų atskirtas nuo sistemos.
Pilotai reikalauja, kad akumuliatorius visą laiką būtų visiškai įkrautas. Naudojant NiCd, įprastą keleivinių lėktuvų laivuose esančią bateriją, tai nėra problema, tačiau „Boeing 787 Dreamliner“ turi ličio jonų, veikiančių prijungtu režimu. 2013 m. šis akumuliatorius iš tikrųjų sukėlė problemų, tačiau ekspertai teigia, kad akumuliatoriaus gaisrą sukėlė ne netinkamas įkrovimas, o akumuliatoriaus trūkumai. Didžiųjų gamintojų gaminamų kokybiškų ličio jonų akumuliatorių gedimų dažnis yra maždaug 1 iš 10 mln., o ankstyvųjų „Boeing 787“ baterijų gedimų dažnis buvo 3 iš 800.
Aštuntojo dešimtmečio pradžioje Nacionalinė transporto saugos valdyba pranešė apie kelis akumuliatorių incidentus per metus, susijusius su tuo metu naujuoju NiCd, tačiau nė vienas nepatyrė aukų. Pertvarkytas dizainas galiausiai tapo saugus NiCd ir panašūs patobulinimai taip pat bus atlikti naudojant ličio jonus orlaivyje.
Vienas didelis ličio jonų privalumas, neskaitant didesnės specifinės energijos, yra maža priežiūra. Tačiau „Boeing“ inžinieriai susisiekė su automobilių sektoriumi, norėdami sužinoti, kaip didelės ličio jonų baterijos valdomos elektrinėse transporto priemonėse. Jie išsiaiškino, kad EV baterija turi apie 50 jutiklių taškų, skirtų saugai; Boeing 787 turėjo mažiau nei dešimt. Šis trūkumas dabar ištaisytas.
Santrauka
Kaip reikėtų įkrauti ličio jonų akumuliatorių esant parazitinei apkrovai? Išeitis yra aukštos įtampos palaikymas pritaikius slankųjį įkrovimą prijungtuoju režimu, tačiau tai pašalina vieną saugos dubliavimo lygį, kuris yra susijęs su baterijų gamintojais. Jei plūduriuojantis įkrovimas taps nevaldomas, elementas perkraunamas ir įvyks ličio dengimas. Taip pat žinoma, kad aukštos įtampos laikymas aukštoje temperatūroje sukelia elementų komponentų suskaidymą. Ilgalaikis poveikis praktiškai dar gali būti nevisiškai suprantamas.
Atsakymas, kaip saugiai naudoti ličio jonus prijungtuoju režimu, gali slypėti pasirenkant elektrolitų priedus ir sumažinant pilno įkrovimo būseną. Ličio jonų įtempio lygis yra žemiausias tarp 30 ir 80 procentų įkrovos būsenos. EV naudoja šį pageidaujamą SoC pralaidumą, kad baterijos tarnautų ypač ilgai, tačiau pakuotės turi būti per didelės, kad kompensuotų sumažėjusią talpą.
Li-ion yra optimizuotas įvairioms programoms, pradedant nuo didelės energijos vienetų elementų, skirtų plataus vartojimo produktams, iki tvirtos kelių elementų konfigūracijos, skirtos naudoti medicinoje, karinėje ir mobilumo srityje, iki didelės galios elementų, skirtų elektriniams įrankiams. Ličio jonų naudojimas prijungtu režimu yra auganti rinka, todėl baterijų gamintojai turės atkreipti dėmesį ir pristatyti produktą, kuris bus naudojamas šiai naujai programai.