Батареи можно условно разделить на «первичные» и «вторичные». "Первичные батареи" - это одноразовые батареи, которые можно утилизировать после их использования, а батареи, которые можно многократно заряжать и перерабатывать, называются "вторичными батареями“ или „аккумуляторными батареями“.
Литий-ионные аккумуляторы
Основу вторичных аккумуляторов составляют литий-ионные батареи. В их конструкции используется оксид металла лития для положительного электрода и углерод для отрицательного, а между ними заливается электролит. Благодаря небольшим размерам, малому весу, высокой плотности энергии и простоте получения высокого напряжения, эти батареи чаще всего используются в качестве элементов питания для небольших электронных устройств, например, мобильных.
Преимущества
- Большая емкость и более высокая энергоотдача по сравнению с никель-металлогидридными и свинцово-кислотными аккумуляторами
- Не теряют фактическую емкость при зарядке
Недостатки
- Не рекомендуется заряжать вне температурного диапазона от 0 до 45°C.
- Опасность возгорания при слишком высокой температуре и быстрое ухудшение характеристик при слишком низкой температуре
Полностью твердотельные и полутвердотельные батареи
Разработка новых типов вторичных батарей, таких как полностью твердотельные и полутвердотельные батареи, в которых используются новые материалы для электролитической части, ускоряется по мере роста спроса на более безопасные и плотные вторичные батареи в ответ на движение к более компактным и тонким устройствам. В литий-ионных батареях используется защитный каркас, а в полностью твердотельных -сам компонент батареи твердый , поэтому нет необходимости беспокоиться о таких проблемах, как утечка. Также нет необходимости в диафрагме для отделения электродов от электролита, а напряжение батареи в основном составляет от 2 до 3 В, что ниже, чем у литий-ионных батарей (от 3 до 5 В), что делает их более эффективными.
- Полностью твердотельная батарея (вместо электролита используется твердый электролит)
- Полутвердый аккумулятор (в качестве электролита используется органический электролит)
Преимущества
- Можно заряжать зарядным током, превышающим 1С* от номинального значения емкости батареи. (Множитель ※C: Величина тока для полной зарядки и разрядки номинальной емкости аккумулятора за 1 час определяется как «1C».)
- Широкий диапазон рабочих температур (рекомендуемый диапазон рабочих температур для некоторых продуктов составляет от -40°C до 105°C)
Недостатки
- Элементы общего списка обычно имеют меньшую плотность энергии, чем литий-ионные батареи при том же объеме, и, следовательно, меньшую емкость
Ключевые термины аккумуляторов
Метод зарядки
ИС управления зарядом - это ИС, которая заряжает «вторичный аккумулятор» и выполняет следующие функции:
- Управление зарядным током, напряжением и мощностью
- Защита от нештатных состояний
- Мониторинг соответствующих параметров
ИС управления зарядом контролирует три элемента: напряжение, ток и температуру, и выполняет управление зарядом, соответствующее вторичной батарее с точки зрения безопасности и продления срока службы вторичной батареи.
Основные методы зарядки вторичных батарей
- Зарядка постоянным током (CC:Constant Current)
Зарядка постоянным током - это метод зарядки вторичных аккумуляторов постоянным током для предотвращения перегрузки по току. (Для предотвращения перенапряжения вторичной батареи также используется зарядка малым постоянным током или поэтапное изменение тока).
- Зарядка постоянным напряжением (CV:Constant Voltage)
Зарядка постоянным напряжением - это метод зарядки, при котором зарядка осуществляется при постоянном напряжении для предотвращения перезарядки. В начале зарядки ток большой и постепенно уменьшается. (Существует также метод зарядки, при котором начальное напряжение уменьшается, а затем постепенно увеличивается, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев вторичной батареи).
- Зарядка с постоянной мощностью (CP:Constant Power)
Это метод зарядки с постоянной мощностью, при котором в начале зарядки, когда напряжение низкое, используется большой ток, а затем, по мере постепенного увеличения напряжения, ток зарядки постепенно снижается.
- Зарядка постоянным током и постоянным напряжением (CCCV:Constant Current , Constant Voltage)
Зарядка постоянным током и постоянным напряжением - типичный метод зарядки вторичных аккумуляторов, таких как литий-ионные батареи. Это метод зарядки, при котором в зависимости от напряжения батареи происходит переключение между CC-зарядкой, которая заряжает при постоянном токе, и CV-зарядкой, которая заряжает при постоянном напряжении. Это один из методов, который также используется в ИС управления зарядкой ROHM.
Пример характеристик ИС управления зарядкой GoGadget
Далее разъясним детали процесса управления зарядом:
Пример характеристик ИС зарядки GoGadget (зарядный кабель остается подключенным)
Напряжение вторичных батарей постепенно увеличивается во время зарядки. Однако если напряжение слишком велико, это может привести к повреждению. Зарядка CCCV переключается между режимом зарядки CC, который предотвращает перегрузку по току, и режимом зарядки CV, который предотвращает перенапряжение, в зависимости от состояния напряжения батареи, что продлевает срок службы батареи и повышает безопасность.
-
Зарядка с постоянной мощностью и постоянным напряжением (CPCV: Constant Power, Constant Voltage)
Этот метод зарядки использует режим зарядки с постоянной мощностью в начале зарядки, когда напряжение батареи низкое, и переключается в режим зарядки CV, который предотвращает зарядку с повышенным напряжением, когда батарея почти полностью заряжена. В отличие от зарядки CC, зарядка CP позволяет заряжать аккумулятор большим током, соответствующим мощности, что обеспечивает более эффективную зарядку.
-
Импульсная зарядка
Метод зарядки, который предотвращает сульфатацию путем подачи крошечных импульсов (частота) зарядного тока. При использовании свинцово-кислотных батарей возникает проблема, известная как «сульфатация», при которой часть электролита превращается в непроводящие кристаллы сульфата свинца и накапливается на отрицательной стороне. Если это происходит, эффективность снижается (например, потеря емкости, увеличение внутреннего сопротивления и т. д.). В этом случае импульсный заряд хорошо разрушает такие твердые кристаллы, что делает импульсный заряд эффективным методом зарядки свинцово-кислотных батарей.
-
Проточная зарядка
Метод непрерывной зарядки слабым током, подобно струйке (Trickle). Несмотря на длительное время зарядки, его преимущество в том, что он не влияет на аккумулятор даже при непрерывной подаче слабого тока в полностью заряженном состоянии. Этот метод зарядки идеально подходит для зарядки свинцово-кислотных батарей с большим количеством саморазряда, батарей для аварийного резервного оборудования, которые используются нечасто, и так далее.
Кроме основного метода, описанного выше, существуют различные способы зарядки вторичных батарей и их комбинации. ИС управления зарядкой обеспечивает метод зарядки, подходящий для каждого типа вторичных батарей, путем установки и управления токами, напряжениями и мощностями зарядки.
