4.5. Заряд литий-полимерных батарей

Процесс заряда литий-полимерных батарей подобен заряду литий-ионных батарей. В литий-полимерных батареях использу­ется сухой электролит. Время их заряда составляет 3...5 ч. Ли­тий-полимерные батареи с гелевым электролитом чаще всего классифицируют как литий-ионные, и их процессы заряда ана­логичны.

Большинство зарядных устройств предназначены для заряд­ки как литий-ионных, так и литий-полимерных батарей. Так что потребителю нет необходимости задумываться, какую батарею он использует.

В настоящее время большинство литий-ионных батарей ком­мерческого назначения на самом деле представляет собой ли­тий-полимерные батареи с гелевым электролитом, и недорогие литий-полимерные батареи с сухим электролитом через несколь­ко лет будут ими вытеснены.

4.6. Устройства защиты литий-ионных аккумуляторных батарей

Литий-ионные батареи коммерческого назначения имеют наиболее совершенную защиту среди всех типов батарей. Такой уровень защиты обусловлен тем, что, будучи подключенными к какому-либо электронному устройству, они постоянно находят­ся в руках человека. Обычно в схеме защиты литий-ионных ба­тарей используется ключ на полевом транзисторе, который при достижении на элементе батареи напряжения 4,30 В открывается

и тем самым прекращает процесс заряда. Кроме того, имеющий­ся термопредохранитель при нагреве батареи до 90 °С отключает цепь ее нагрузки, обеспечивая таким образом ее термальную за­щиту. Но и это не все! Каждый элемент имеет выключатель, ко­торый срабатывает при достижении порогового уровня давления внутри ее корпуса, равного 1034 кПа (10,5 кг/м²), и разрывает цепь нагрузки. Есть и схема защиты от глубокого разряда, кото­рая следит за напряжением батареи и разрывает цепь нагрузки, если оно снизится до уровня 2,5 В на элемент.

Внутреннее сопротивление схемы защиты аккумуляторной батареи мобильного телефона во включенном состоянии состав­ляет 50... 100 мОм (0,05...0,1 Ом). Конструктивно она состоит из двух ключей, соединенных последовательно. Один из них сраба­тывает при достижении верхнего, а другой — нижнего порога на­пряжения на батарее. Общее сопротивление этих ключей факти­чески обеспечивает удвоение ее внутреннего сопротивления, осо­бенно если она состоит всего лишь из одного элемента. Батареи питания мобильных телефонов должны обеспечивать высокие токи нагрузки, что возможно при максимально низком внутрен­нем сопротивлении батарей. Таким образом, схема защиты пред­ставляет собой препятствие, ограничивающее ее рабочий ток.

В некоторых типах литий-ионных батарей, использующих в своем химическом составе марганец и состоящих из 1—2 эле­ментов, схема защиты не используется. Вместо этого в них уста­новлен всего лишь один предохранитель. И такие батареи явля­ются безопасными из-за их малых габаритов и низкой емкости. Кроме того, марганец довольно терпим к нарушениям правил эксплуатации батареи. Отсутствие схемы защиты снижает стои­мость литий-ионной батареи, но привносит новые проблемы.

В частности, пользователи мобильных телефонов могут ис­пользовать для подзарядки их батарей нештатные зарядные устройства. При таких недорогих зарядных устройствах, пред­назначенных для подзарядки от сети или от бортовой сети авто­мобиля, можно быть уверенным, что при наличии в батарее схе­мы защиты, она отключит ее по достижении напряжения конца заряда. Если же схема защиты отсутствует, произойдет перезаряд батареи и, как это часто бывает, ее необратимый выход из строя. Этот процесс обычно сопровождается повышенным нагревом и раздутием корпуса батареи. Конечно, таких ситуаций допускать нельзя. Кроме того, при выходе батареи по причине использова-

106

Литий-ионные и литий-полимерные батареи

Литий-ионные и литий-полимерные батареи

107

ния нештатного зарядного устройства замене по гарантии она не подлежит.

Другое, литий-ионные батареи с электродами из кобальта, например, требуют полной защиты. Разряд статического элект­ричества или неисправность зарядного устройства могут повлечь выход из строя схемы защиты батареи. Это значит, что в резуль­тате твердотельный ключ схемы защиты постоянно находится во включенном состоянии, а пользователь об этом не подозревает. При этом аккумуляторная батарея может функционировать нор­мально, но требованиям безопасности она отвечать не будет. В процессе заряда могут произойти ее перегрев, раздутие корпу­са и в некоторых случаях выход газов с воспламенением («венти­ляция с пламенем») со всеми вытекающими последствиями. Ко­роткое замыкание выводов батареи также опасно.

Производители литий-ионных батарей в их технических ха­рактеристиках стараются не упоминать об их взрывоопасности. Вместо этого они используют термин «вентиляция с пламенем». И хотя эта реакция протекает медленнее взрыва, она настолько интенсивна, что приводит к сильному удару на небольшом рас­стоянии от батареи и может вывести из строя электронное устройство, которое питается от этой батареи.

Большинство производителей литий-ионных аккумуляторов не продают их отдельно в качестве элементов аккумуляторных батарей. Вместо этого они выпускают и продают литий-ионные аккумуляторные батареи со встроенными схемами защиты, по­скольку понимают опасность, исходящую от неумелого их при­менения, и в интересах потребителя стараются минимизировать возможные негативные последствия, которые могут возникнуть при их эксплуатации. Этим же целям служит и жесткая сертифи­кация продукции компаний, предшествующая появлению новых типов литий-ионных аккумуляторных батарей на рынке.