Морозостойкие литиевые аккумуляторы от компании EEMB
18 июня 2015
Литий-полимерный аккумулятор с возможностью заряда при температуре окружающей среды -10°С, а работы – при температуре до -40°С? Легко! Это стало возможным с новой серией аккумуляторов производства компании EEMB. Их можно отличить по аббревиатуре LC в серийном обозначении.
Первый литиевый аккумулятор, – а именно литий-ионный (Li-Ion), – был продемонстрирован в 1991 году, и в этом же году началось серийное производство. С того момента прошла уже четверть века, и в течение этого времени технические характеристики аккумуляторов развивались и совершенствовались. В основном внимание уделялось увеличению удельной энергоемкости и срока службы, снижению массогабаритных характеристик и стоимости, повышению экологичности и безопасности. Время не было потрачено впустую – в результате развития появились новые разновидности аккумуляторов, например литий-полимерные (Li-Pol) и литий-железофосфатные (Li-FePO4).
Сравнивая указанные типы аккумуляторов по основным параметрам (таблица 1), видим, что каждый из них обладает как преимуществами, так и недостатками. Литий-ионные обладают самой высокой удельной энергоемкостью, средней стоимостью ватт-часа и меньшим количеством циклов «заряд/разряд». Литий-полимерные аккумуляторы обладают наименьшей стоимостью ватт-часа, немного меньшей удельной энергоемкостью и средним значением циклов «заряд/разряд». Литий-железофосфатные имеют максимальную стоимость ватт-часа, меньшую энергоемкость среди литиевых аккумуляторов, но самый длительный срок службы и срок хранения.
Таблица 1. Основные параметры литиевых аккумуляторов
Параметры | Тип аккумулятора | ||
Li-Ion | Li-Polymer | LiFePO4 | |
Номинальное напряжение на ячейку, В | 3,7 | 3,2 | |
Число циклов заряд/разряд до потери 20% емкости | 300…500 | 500…800 | Более 2000 |
Срок хранения до потери 20% емкости, лет | 1,5 (тип.) | 5…10 | |
Температурный диапазон разряда тип., °С | -20…60 | -10…60 | -20…50 |
Удельная энергоемкость, Вт час/кг (тип.) | 210…230 | 130…160 | 120…130 |
Стоимость за ватт-час тип., $ | 0,6…1,1 | 0,4…0,6 | 0,8…2,3 |
Учитывая комплекс указанных параметров, можно считать, что на сегодняшний день для подавляющего большинства применений оптимальным типом аккумулятора является литий-полимерный, а литий-железофосфатный аккумулятор имеет очень хорошие перспективы, особенно при снижении стоимости ватт-часа.
Отрицательной потребительской характеристикой всех литиевых аккумуляторов является то, что они весьма плохо приспособлены к минусовым температурам. Как правило, они допускают разряд при температуре не ниже -10…-20°С (с уменьшением емкости и отдаваемого тока), а заряд – только при положительной температуре. Конечно, есть литиевые аккумуляторы, которые можно разряжать при температуре -50°С, а также и заряжать вплоть до -30°С, но это специально разработанные достаточно дорогостоящие аккумуляторы, например, продукция французской компании SAFT. Подобная продукция востребована в авиации, нефтегазовой отрасли, военной технике и там, где требуется повышенная надежность и безопасность.
Во многих приложениях коммерческого и бытового назначения не всегда требуются превосходные характеристики, но важной является приемлемая стоимость проекта, то есть желательно иметь аккумулятор с оптимальным соотношением «цена-качество». Есть ряд приложений, в которых необязательно иметь аккумулятор с возможностью заряда при отрицательной температуре, например, носимая аппаратура, которую можно зарядить в нормальных условиях, но она обязана работать и на улице в зимний период. Это могут быть средства радиосвязи, контрольно-измерительная и контрольно-диагностическая аппаратура, устройства индивидуальной сигнализации (электронный маяк спасателя) и так далее.
Для таких приложений оптимальным образом подходит продукция компании EEMB, которая производит литиевые источники тока промышленного назначения уже с 1995 года. В настоящий момент компания разработала и серийно производит литий-полимерные аккумуляторы с возможностью разряда при температуре до -40°С.
На российском рынке компания известна уже более 10 лет и за это время заработала статус производителя качественной продукции среднего ценового диапазона. Головной офис компании и производство находятся в Китае.
Компания обладает современным оборудованием и необходимыми специалистами в области разработки и производства литиевых элементов питания, что подтверждается наличием сертификата на производство по стандарту ISO9001 и имеющимися собственными патентами. В частности, новая серия литий-полимерных аккумуляторов (рисунок 1) обладает тремя патентами, один из которых – на изобретение, и характеризуется улучшенными характеристиками при низких температурах. Аккумуляторы обладают повышенной стабильностью емкости, повышенной безопасностью и увеличенным жизненным циклом. Отличить новую серию от существующей стандартной можно по символам «LC» в конце наименования, например LP385590LC, где:
- LP – тип аккумулятора (Li-Pol);
- 38 – толщина аккумулятора (3,8 мм);
- 50 – ширина аккумулятора (55 мм);
- 90 – длина аккумулятора (90 мм);
- LC – низкотемпературная версия.
Выше упоминалось, что литиевые аккумуляторы плохо приспособлены к отрицательным температурам, и это подтверждается рисунком 2. На нем приведены графики значений емкости и напряжения при температуре -10 и -20°С для стандартной версии аккумулятора (синий и красный цвет), а также для низкотемпературной версии аккумулятора (черный цвет). Приведенные зависимости снимались при разрядном токе 0,2С (C – емкость аккумулятора) до напряжения отсечки 2,75 В. В таблице 2 приведены значения емкости в явном виде при тех же условиях разряда.
Таблица 2. Емкость Li-Pol-аккумуляторов в зависимости от температуры
Версия аккумулятора | Емкость аккумулятора/рабочая температура | |||
60°С | 25°С | -20°С | -40°С | |
Стандартная | 98% | 83% | нет | |
Низкотемпературная | 98% | 85% | 72% |
На рисунке 3 приведена обобщенная типовая кривая зависимости только для низкотемпературной версии аккумулятора, снятая при температуре уже -40°С.
Из графиков и таблицы видно, что стандартная версия допускает возможность разряда только до -20°С и при этом потеря емкости составляет 17%. Потеря емкости небольшая, но и предельная температура (-20°С) невелика, особенно для нашего климата.
У новой серии аккумуляторов также снижается емкость при отрицательной температуре, и снижение составляет 25…30%, но уже при температуре -40°С, что является неплохим показателем. Принимая во внимание, что стоимость ватт-часа новой серии аккумуляторов находится на уровне стандартной версии плюс 18…25%, можно утверждать, что у компании EEMB имеется очень интересный продукт для применения в российском климате.
Новая серия аккумуляторов допускает не только разряд при отрицательной температуре, но и возможность заряда. Аккумулятор можно заряжать при температуре не ниже -10°С током 0,2C. Однако зарядить в таких условиях его можно только до 70% от номинальной емкости. Следует оговориться, что в листе данных такая информация отсутствует – это недокументированные данные.
Обычно, выбирая аккумулятор, определяют его емкость, исходя из предполагаемого времени работы устройства. При выборе низкотемпературной версии аккумулятора в случае, если устройство потребляет повышенный ток, следует руководствоваться не только необходимой емкостью, но и возможностью получить требуемый ток при пониженной температуре (имеется ограничение на ток разряда при -40°С не более 0,2С). Может оказаться так, что главным фактором будет выступать уже не емкость, а именно возможность получить нужный ток. Требуемое значение тока всегда можно получить, но за счет увеличения емкости аккумулятора.
Традиционно литиевые аккумуляторы считаются потенциально опасными. В принципе это так, если принимать во внимание первые их образцы. Однако за время развития аккумуляторов их производители существенно повысили их безопасность. Опасность может возникнуть при физическом повреждении, а если аккумуляторы используются в соответствии с техническими условиями – они безопасны. Компания EEMB очень строго относится к этому аспекту и предусматривает различные меры, повышающие безопасность.
Процесс заряда-разряда литиевых аккумуляторов должен контролироваться. При разряде нельзя допускать снижения напряжения до значений менее 2,75 В, а при заряде – превышения значения 4,20 В. При этом необходимо контролировать ток, а в некоторых случаях – и температуру. Контроль можно возложить на специальную схему в составе конечного устройства, но удобнее заказать исполнение со встроенной в сам аккумулятор схемой. Например, если аккумулятор производителя EEMB содержит такую схему (или она входит в его конструкцию согласно условиям заказа), то в обозначении присутствуют дополнительные символы PCM; если требуется иметь аккумулятор с дополнительно установленными проводами (LD) и разъемом (/), то обозначение будет таким: LP385590LC-PCM-LD/.
Компания EEMB изготавливает аккумуляторы новой серии со стандартными или требуемыми параметрами (емкость/напряжение) и размерами. При определении собственных параметров следует руководствоваться величиной удельной энергоплотности, которая не должна превышать значения 100…110 Ач/дм³, если требуются аккумуляторы с индексом LC. Для стандартной версии аккумуляторов допускается несколько более высокая величина энергоплотности (зависит от емкости аккумулятора).
Литиевые аккумуляторы чувствительны к режиму заряда. Для полного и правильного заряда этого типа аккумуляторов используется комбинированный режим CC-CV (Constant Current – Constant Voltage) (см. рисунок 4).
На начальном этапе продолжительностью два часа аккумулятор заряжается постоянным током, равным 0,5С, до достижения напряжения 4,2 В. Иногда допускается на первом этапе заряд током 1С в течении одного часа. Затем начинается второй этап длительностью 1 час, в течение которого контроллер при постоянном напряжении 4,2 В снижает зарядный ток до величины 0,02С или ниже, и на этом режим заряда считается законченным.
Компания EEMB кроме Li-Pol-аккумуляторов выпускает также Li-Ion, LiFePO4 и Ni-MH. В линейке продукции имеется широкий ряд первичных источников тока (батареек) наиболее популярных электрохимических систем и типоразмеров.
В мире достаточно много производителей литиевых химических источников тока, и подавляющее большинство сосредоточено в Китае. Это объясняется тем, что именно в этой стране находятся основные запасы лития. Однако не все производители имеют в линейке аккумуляторы с возможностью работы при -40°С. Выпустив низкотемпературную версию литий-полимерных аккумуляторов, компания EEMB существенно расширяет возможные области применения и подтверждает статус производителя качественной продукции.
Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.
Наши информационные каналы