Защищенный или незащищенный литий-ионный аккумулятор – что выбрать?

• Устройства защиты Li-ion аккумуляторов
• Как убрать защитную плату?
• Что выбрать: Li-ion аккумулятор с защитой или без?

Литий-ионные аккумуляторы широко применяются для питания различных устройств, причем использоваться они могут по-отдельности или в составе аккумуляторных батарей. По своим характеристикам Li-ion аккумуляторы выигрывают у ранее популярных никель-кадмиевых (Ni-Cd) и никель-металлгидридных (Ni-MH) моделей.

Литий-ионные ячейки имеют:

1. легкий вес и компактные размеры – по сравнению с аналогами другого химического состава при той же емкости;
2. ресурс порядка 1000 полных циклов заряд-разряд;
3. высокую удельную емкость (энергетическую плотность);
4. рабочее напряжение 3,5–3,7 В;
5. разрядные токи до 2С, а у высокомощных моделей – до 10–20С;
6. диапазон допустимых температур для эксплуатации от -20 до +60 °С, а у некоторых моделей – от 40 °С;
7. малый саморазряд – около 5% за первый месяц и далее меньше, за год около 10–20%;
8. способность быстро восполнять заряд – 1 стадия подзарядки протекает при постоянном токе до нужного напряжения и длится около 40 минут, 2 стадия идет при постоянном напряжении и длится дольше.

Слабой стороной литиевых элементов питания считается их чувствительность к глубоким разрядам и избыточным зарядам. Из-за этой особенности Li-ion аккумуляторы оснащаются специальными устройствами защиты.

Устройства защиты Li-ion аккумуляторов

Литиевые АКБ коммерческого типа имеют самую усовершенствованную защиту среди всех аналогов. Обычно в схеме защиты литий-ионных АКБ применяется ключ на полевом транзисторе. Когда на элементе АКБ достигается предельное напряжение 4,3 В, этот ключ открывается, и процесс подзарядки останавливается.

Помимо ключа, в схеме есть термопредохранитель, разрывающий цепь нагрузки при нагреве АКБ до 90 °С. Предусмотрена и защита элементов питания от глубокого разряда. При падении напряжения до критически низкого значения 2,5 В на элемент она разрывает цепь нагрузки и прекращает питание устройства.

Защищенные литий-ионные аккумуляторы формата 18650 имеют плату, которая оберегает их от следующих опасных состояний:

1. короткое замыкание;
2. избыточный заряд – с напряжением более 4,2 В;
3. глубокий разряд – с падением напряжения ниже 2,75 В.

Находится защитная плата на нижней поверхности элемента питания, на катоде. Если плата защиты вышла из строя, она не позволяет полноценно использовать аккум. Для решения проблемы можно изъять плату, превратив защищенный Li-ion аккумулятор в незащищенный.

Как убрать защитную плату?

Чтобы снять плату с защищенной Li-ion ячейки, нужно вначале освободить ее от наружной оболочки, стараясь не задеть находящуюся под ней пластину. Под снятой этикеткой виден проводник, идущий от» +» контакта к защитной плате. Остается отделить от ячейки плату, которая присоединена точечной сваркой, обрезать выступающую часть внутренней оболочки и обернуть аккумулятор новой наружной пленкой.

При удалении плоского проводника важно не замкнуть полюса элемента питания, иначе произойдет короткое замыкание. Оно сопровождается токами в десятки ампер, стремительным нагревом и риском возгорания аккумулятора.

При желании, можно установить на незащищенный элемент новую плату защиты. Размеры защищенных ячеек чуть больше, чем у незащищенных – на 3–5 мм по высоте и на 0,5 мм в диаметре.

Что выбрать: Li-ion аккумулятор с защитой или без?

Выбор между защищенными и незащищенными Li-ion аккумуляторами зависит от их назначения. Например, для сборки литиевых аккумуляторных батарей применяются элементы питания без защитных плат. Из них можно собрать АКБ нужной емкости и напряжения, чтобы использовать их для питания мощных электроприборов, двигателей персонального электротранспорта или в других целях. Таким образом можно получить и дополнительный источник питания.

Для сборки аккумуляторов в АКБ используется контактная сварка и сварочная лента. Дополнительно к батарее присоединяется контроллер, отслеживающий параметры на всех элементах в сборке. Паять литиевые ячейки не рекомендуется, т.к. они боятся перегрева и при пайке контактов легко выходят из строя из-за превышения температур. Аккумуляторная батарея, собранная из незащищенных элементов питания, обязательно дополняется своей защитой от перегрева, избыточного напряжения и короткого замыкания. Эти функции в АКБ выполняет плата контроллера.

Защищенные литиевые аккумуляторы оснащены собственными платами защиты, поэтому им не нужен дополнительный контроллер процесса заряда и разряда. Такие модели используются для замены аналогичных элементов питания во всевозможных приборах. Если же аккумуляторы нужны для сборки батареи или замены неисправных элементов в готовой АКБ, покупайте незащищенные модели.

В нашей предыдущей статье приведено 10 схем индикаторов разряда литий-ионных аккумуляторов.