18650 размеры: Литиевые аккумуляторы. Размер и химический состав

Руководство по использованию литиевых или литий-ионных аккумуляторов в качестве источника питания

Когда-то считавшееся «экзотической химией», только для тех, кто в курсе, литий-металлический или литий-ионный клетки теперь являются основным источником энергии. Многие бытовые электрические или электронные устройства будут использовать литий-металлические или литий-ионные батареи. Это связано с их высокой плотностью энергии и выходной мощностью. Конечно, это именно те характеристики, которые вам нужны в источнике питания для ваших требований к портативному освещению, поэтому читайте дальше, чтобы узнать больше.

Примечание: Это руководство защищено авторским правом © Torch Direct Limited. Руководство не касается особого случая литиевых батарей AAA, AA и 9 В PP3, которые предназначены для прямой замены стандартных щелочных элементов. В этих литиевых элементах в качестве материала катода используется дисульфид железа, который обеспечивает выходное напряжение от 1,5 до 1,7 В.

Что такое металлический литий-элемент?

Литий-металлический элемент — это неперезаряжаемый элемент, в котором в качестве анода используется металлический литий или соединение лития. В наиболее распространенном типе литий-металлического элемента, используемого в потребительских целях, используется металлический литий в качестве анода и диоксид марганца в качестве катода с солью лития, растворенной в органическом растворителе.

Литий-металлические элементы питания Torch Direct очень высокого качества, производства Panasonic или Duracell и имеют встроенную тепловую защиту, выходное напряжение этих элементов составляет 3 В.

Что такое литий-ионный элемент?

Литий-ионный элемент (также известный как литий-ионный элемент или батарея) относится к семейству типов перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разрядки и обратно при зарядке. В литий-ионных элементах в качестве материала электрода используется интеркалированное соединение лития по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемой литий-металлической батарее.

Литий-ионные элементы питания Torch Direct представляют собой высококачественные «защищенные элементы» с номинальным напряжением 3,6/3,7 В и заряжаются примерно при 4,2 В на элемент.

Какой тип ячейки следует использовать и что означают характеристики?

Первичные элементы

Литий-металлические элементы являются одноразовыми (неперезаряжаемыми) и называются «первичными». НИКОГДА не пытайтесь перезарядить первичный элемент!

Первичные литий-металлические элементы рассчитаны на номинальное напряжение 3 В и имеют ряд характеристик, делающих их хорошим выбором для определенных применений. У них длительный срок годности, то есть они могут храниться до 10 лет и при этом хорошо работать. Первичные элементы также будут работать при гораздо более низких и более высоких температурах, чем перезаряжаемые элементы, обычно от -40°C до +85°C. Наиболее распространенным первичным литий-металлическим элементом является CR123A благодаря его широкому использованию в фотографическом оборудовании.

Основные недостатки первичных элементов заключаются в том, что они относительно дороги и не могут обеспечивать очень высокие токи.

Литий-ионные перезаряжаемые элементы

Литий-ионные аккумуляторы (или li-ion) предоставляют пользователю еще один вариант и множество преимуществ по сравнению с первичными элементами. Более высокая выходная мощность (более высокий ток и напряжение), более высокая емкость и дешевизна в использовании (более дорогая покупка, но стоимость цикла зарядки намного ниже). Их нельзя использовать при экстремальных температурах, и при их использовании требуется определенная осторожность, но в остальном они обеспечивают отличные характеристики для большинства пользователей.

Перезаряжаемые литий-ионные элементы могут быть одного из нескольких различных химических элементов, каждый из которых имеет различные характеристики. Это, начиная с наиболее распространенных, ICR (LiCoO2), заряженный до 4,2 В, IMR (LiMn), также заряженный до 4,2 В, и IFR (LiFePO4), являющийся исключением, заряженный только до 3,6 В.

Литий -ионно-защищенные элементы

Из-за особых требований к литий-ионным перезаряжаемым элементам в отношении безопасности и условий эксплуатации большинство литий-ионных элементов снабжены защитными схемами. Torch Direct поставляет только «защищенные» ячейки.

Схема защиты предотвращает повреждение элемента, ограничивая минимальное и максимальное напряжение элемента (защита от переразряда и перезаряда), а также максимальное потребление тока/защита от короткого замыкания. Незащищенные ячейки могут обеспечить немного более высокую производительность, но вам необходимо самостоятельно тщательно следить за ячейками и обеспечивать безопасное использование незащищенных ячеек. Защита устраняет сомнения в безопасности литий-ионных аккумуляторов и помогает предотвратить несчастные случаи.

Литий-металлический и литий-ионный общие меры предосторожности

Всегда используйте батареи одного типа, емкости и марки. Никогда не смешивайте первичные батареи (литий-металлические неперезаряжаемые элементы) с перезаряжаемыми батареями (литий-ионными элементами). Не устанавливайте полностью заряженные/заряженные батареи и разряженные/разряженные батареи в одном фонаре или устройстве.

Размеры литий-ионных элементов

Наиболее распространенным литий-ионным элементом является 18650 (числа определяют физические размеры и форму следующим образом: 18 мм в диаметре, 65 мм в длину и 0 означает, что он имеет круглое поперечное сечение), который Это связано с его широким использованием в аккумуляторных батареях для ноутбуков. Как оказалось, один 18650 — это хороший размер для фонарика, который по размеру аналогичен двум литий-металлическим элементам CR123A, но имеет больший запас энергии.

Другими распространенными размерами являются 16340 (также известный как RCR123), 14500 (размер AA, но 4,2 В), 17670 (часто используется вместо двух элементов CR123A) и 10440 (размер AAA, но 4,2 В).

При поиске подходящей ячейки первое, что вам нужно учитывать, это выбор правильного размера. Ознакомьтесь с инструкциями к горелке, которую вы хотите использовать, и проверьте, что она может использовать. Например, фонарь обычно может использовать 1 x 18650 (литий-ионный аккумулятор 4,2 В) или 2 x CR123A (первичный 3,0 В), но будьте осторожны, поскольку в нем указано, что вы не можете использовать 2 x RCR123 (поскольку это дает 8,4 В), так что в данном случае единственным выбором литий-ионной аккумуляторной батареи является 1 x 18650.

Технические характеристики литий-ионного элемента и что они означают для вас

«Номинальное напряжение», «Емкость / мАч», «Энергия / Втч», «Мощность / Вт», химический состав, максимальная скорость заряда/разряда «C-скорость» , с плоским верхом, с пуговицами, защитой, саморазрядом, старением и внутренним сопротивлением; Все это жизненно важная статистика литий-ионного аккумулятора, но реальность такова, что в большинстве случаев вам не о чем беспокоиться.

Давайте пробежимся по ним один за другим:

Номинальное напряжение: Чтобы рассчитать номинальное напряжение, мы берем полностью заряженную ячейку с напряжением 4,20 В, а затем полностью разряжаем ее до 3 В со скоростью 0,5°C, нанося на график среднее напряжение. Для ячеек, которые мы поставляем, среднее напряжение составляет 3,6 В на ячейку.

Защита: Если вы читаете это руководство, купите защищенные ячейки. Защита снижает подверженность клетки потенциально опасным условиям (и, следовательно, вам тоже). Тем не менее, вы должны рассматривать защиту ячейки как дополнительную функцию безопасности, а не как замену осторожному и ответственному использованию ячейки. Это всего лишь страховочная сетка, а страховочные сетки тоже могут дать сбой.

Плоский верх/Пуговицы: Для лучшей совместимости выберите ячейки с пуговицами. Это тип, в котором короткий металлический штифт выступает из положительной клеммы (так же, как вы видите на обычных элементах AA). Ячейки с плоской вершиной не имеют этого выступа, и положительный и отрицательный выводы ячейки могут выглядеть очень похоже.

Емкость / мАч (миллиампер-часы): Относится к тому, сколько заряда удерживает элемент. Это буквально относится к ячейке, которая теоретически способна обеспечить, например, 3400 мА в течение одного часа (или 1700 мА в течение 2 часов и т. д.). Чем выше число, тем дольше ячейка будет питать свет. Например, обычный 18650 будет иметь емкость 2600 мАч, а новый дизайн может иметь емкость 3400 мАч. Аккумулятор емкостью 3400 мАч сможет работать примерно на 30% дольше.

Мощность/Вт (Ватт): Это рабочая скорость, на которую способна ячейка, и рассчитывается как Напряжение x Ток. Ячейки обычно не указываются в зависимости от мощности, поскольку она меняется в зависимости от цикла разрядки.

Энергия / Втч (Ватт-час): Энергия может быть выражена как мощность, затрачиваемая в течение одного часа, с использованием Втч. Ранее редко упоминавшийся, теперь он является частью критериев UN38. 3 для литий-ионных элементов, поэтому его все чаще включают в спецификацию элементов. Это лучший показатель накопленной энергии, чем емкость ячейки.

Химия: ICR является наиболее распространенным типом и представляет собой «нормальную» литий-ионную химию. IMR часто называют «безопасной» литий-ионной химией, поскольку она гораздо более устойчива к переразряду и может поддерживать очень высокое потребление тока благодаря своему низкому внутреннему сопротивлению. IMR, как правило, не защищен из-за своего «безопасного» химического состава, но имеет гораздо меньшую емкость по сравнению с ячейками ICR. IFR или LiFePO4 — это специальный литий-ионный аккумулятор с более низким номинальным напряжением, который требует других зарядных устройств и встречается гораздо реже.

C-rate (или Charge rate): Используется для выражения зарядного или разрядного тока (в Кл) относительно емкости элемента (в Ач). Скорость 1C относится к току заряда или разряда, равному номинальной емкости элемента в ампер-часах, поэтому для элемента емкостью 3400 мАч скорость C 1C соответствует току 3400 мА или 3,4 А. Ток в амперах, представленный 1C индивидуален для каждой ячейки, поэтому 1C для элемента емкостью 2600 мАч составляет 2,6 А, а для элемента емкостью 3400 мАч — 3,4 А. C может быть выражен как кратное или дробное значение 1C. Для элемента емкостью 3400 мАч 1C = 3,4 A, 2C = 6,8 A, 3C = 10,2 A и т. д. и аналогично C/2 или 0,5C = 1,7 A, C/5 или 0,2C = 0,68 A, C/10 или 0,1C. = 0,34 A и т. д. Общее эмпирическое правило для литий-ионных аккумуляторов: максимум 2C при разрядке и 0,5–1C при зарядке, но вы должны проверить это для покупаемых аккумуляторов.

Саморазряд: Все элементы постепенно теряют энергию, это нормально и называется саморазрядом. Думайте об этом как о ведре с водой с маленькой дыркой, из которой медленно вытекает вода. Если вы используете аккумулятор быстро после его зарядки, вы получите почти всю его емкость, но если вы оставите его надолго, вы можете даже обнаружить, что он пуст. Обычно литий-ионные аккумуляторы теряют 5% в первые 24 часа, затем 1-2% в месяц при хранении при 21°C. Схемы защиты увеличивают скорость саморазряда примерно на 3% в месяц. Саморазряд существенно увеличивается с повышением температуры, удваиваясь на каждые 10°C повышения температуры.

Старение ячеек: Литий-ионные ячейки со временем деградируют. Это ухудшение приводит к уменьшению емкости и вызывается старением клеток. Клетки стареют просто при обычном использовании, но на старение также влияют условия хранения. Аккумуляторы имеют ограниченный срок службы в 300-500 циклов (цикл — это один теоретический полный разряд и заряд), после чего их емкость снижается до такой степени, что становится непригодной для использования. В зависимости от уровня разряда меняется количество теоретических циклов, которые может обеспечить элемент. Например, элемент, доведенный до 100% глубины разряда (DoD), должен работать в течение 300-500 циклов, но элемент, доведенный только до 50% глубины разряда, сможет обеспечить 1200-1500 циклов. Старение элемента увеличивается при высоком уровне защиты, хранении и использовании при высоких температурах, а также при хранении элемента при высоком уровне заряда.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

Неправильная зарядка может привести к чему угодно: от простого сокращения срока службы до таких опасностей, как возгорание или даже взрыв аккумуляторов, поэтому очень важно использовать правильный тип зарядного устройства для перезаряжаемых аккумуляторов. Существует множество различных зарядных устройств с различными характеристиками и скоростью зарядки. Для вашей собственной безопасности вы должны следовать инструкциям, прилагаемым к зарядному устройству, в отношении подходящих размеров элементов питания и скоростей заряда. Если элементы используются регулярно, то на самом деле не стоит слишком беспокоиться о состоянии заряда, а просто хранить их полностью заряженными и готовыми к работе, однако, если элементы должны храниться в течение более длительного времени и не используются регулярно, тогда вы можете уменьшить деградацию клеток, храня их только частично заряженными. Аккумуляторы также следует заряжать при комнатной температуре или при более низкой температуре (но не в морозильной камере). Избегайте дешевых зарядных устройств без названия и используйте только одобренные зарядные устройства от проверенных брендов, таких как те, которые продаются Torch Direct, и вы не ошибетесь.

Использование литий-ионных элементов

При использовании литий-ионных элементов важно учитывать факторы, упомянутые ранее в отношении старения элементов и правильной зарядки. В дополнение к этому вы также должны понимать, что при работе со светильниками, использующими несколько ячеек, это требует дополнительной подготовки и соображений.

Одноэлементные фонари проще всего запитать, и вы можете использовать любой элемент независимо от уровня заряда. Однако, если вы перейдете к области многоэлементного освещения, вам необходимо знать конфигурацию ячеек (последовательная или параллельная) и согласование/балансировка ячеек (состояние заряда и емкость).

Конфигурация ячейки задается с использованием соглашения, чтобы четко показать, как ячейки связаны. Возьмем источник света, в котором используются четыре ячейки, их можно соединить разными способами. 4S — все четыре элемента последовательно (4,2 В x 4 = 16,8 В; 3400 мАч x 1 = 3400 мАч), 4P — все четыре элемента параллельно (4,2 В x 1 = 4,2 В; 3400 мАч x 4 = 13600 мАч), 2S2P – два набора «2 последовательно соединенных элемента» параллельно (4,2 В x 2 = 8,4 В; 3400 мАч x 2 = 6800 мАч). «P» умножает емкость, а «S» умножает напряжение.

Критическим фактором является то, что несколько элементов должны работать вместе, поэтому при последовательном использовании элементы должны быть согласованы по емкости и напряжению/состоянию заряда. Если этого не сделать, одна ячейка разрядится первой и может быть «обратно заряжена», если защита не сработает. При параллельном использовании элементы могут иметь разную емкость, но должны иметь одинаковое начальное напряжение/состояние заряда. Самое простое правило, которому нужно следовать при использовании нескольких аккумуляторов, — убедиться, что они одного возраста, марки, емкости, состояния и уровня заряда, и никогда не смешивать аккумуляторы, в которых вы не уверены.

Меры предосторожности при обращении с литий-металлическими и ионно-литиевыми элементами

Первичные литиевые элементы содержат металлический литий, а также накопленный электрический заряд, поэтому их следует хранить вдали от воды. Металлический литий чрезвычайно опасен и горит при контакте с водой. Как литий-металлические, так и литий-ионные элементы следует считать хрупкими, их нельзя разбивать, подвергать воздействию пламени или чрезмерного нагрева. Они могут быть повреждены при падении и могут протекать или страдать от «теплового разгона», если повреждение вызывает внутреннее короткое замыкание. Никогда не используйте поврежденные клетки.

Хранение литий-металлических и литий-ионных элементов

При хранении элементов необходимо учитывать несколько аспектов, а именно предотвращение короткого замыкания, деградации элементов и саморазряда. Если при переноске аккумуляторов вы поместите их свободно в карман с монетами или ключами, существует высокая вероятность того, что монеты или ключи создадут короткое замыкание.

Автор: alexxlab