Foto tehnica

Cauta in Foto-Magazin:
 


Aparitii editoriale


Expunerea
[click]  

Compozitia
[click]  

Lumina si iluminarea
[click]  


O varza fotogenica
[click]  

Bill Jay Confesiuni
fotografice
[click]  

 

 

Bateriile de acumulatori Litiu-ion

1. Introducere
Puterea unui acumulator reprezinta cantitatea de energie stocata intr-un element sau intr-o baterie de acumulatori si se exprima in Watt-ore (Wh). Un watt-ora se calculeaza in functie de voltajul de la borne, amperajul si timpul in ore: V*A*t, de ex. 10Wh. Deoarece voltajul la borne este in general fix pentru un anumit tip de element, in functie de principiul sau de functionare, multi producatori utilizeaza marcarea in amperi-ora (Ah) sau miliamperi-ora (mAh), de ex 2 Ah sau 1.000 mAh.
Puterea disponibila in exploatare este insa mai mica, deoarece drenajul de curenti mari poate duce la supraincalzirea bateriei. Puterea disponibila in sarcina este notata cu C si se masoara, la fel, neglijind tensiunea, in Amperi (A), impartind capacitatea in amperi-ora la 1 ora. Cu cat valoarea C este mai mare, cu atat consumatorul poate drena mai mult curent dintr-o baterie, fara ca aceasta din urma sa se supraincalzeasca. De exemplu, dintr-un acumulator cu plumb, se pot extrage curenti de 10C, in schimb, dintr-o baterie-buton cu litiu: 0,01 C.


Tabel comparativ al acumulatorilor in uz


liion_04_comparatie_acumulatori.jpg


2. Principii de functionare
In timpul incarcarii, incarcatorul injecteaza curent in baterie la o tensiune mai mare decat cea nominala. Ionii de litiu (Li+) pleaca din electrodul negativ in cel pozitiv, printr-un electrolit ne-apos. Acest transfer se realizeaza prin intermediul oxidului de cobalt, care este oxidat de la Co+3 la Co+4 .


In timpul descarcarii (utilizarii in sarcina), ionii de litiu migreaza inapoi, in electrodul negativ, tot cu ajutorul carausului, oxidul de cobalt, cobaltul reducindu-se de la Co+4 la Co+3.


Ambii electrozi, atat anodul cat si catodul, au o structura poroasa, iar ionii de litiu sunt capturati in acesti pori printr-un proces denumit intercalare.


Anodul este realizat din carbon. Catodul este realizat din oxid de litiu-cobalt, fosfat litiu-feric sau oxid de magneziu-litiu. Electrolitul este constituit din lichide ne-apoase (litiu reactioneaza violent cu apa si degaja hidrogen) precum esterii carbonat de etilen sau carbonat de etanol si saruri de litiu precum hexafluorofosfati, hexafluoroarsenati, perclorat, fluoroborat, tetrafluoroborati, etc.


In functie de materialele alese pentru constructia anodului, catodului si a electrolitului unui element, se obtin tensiuni la borne intre 3,5 si 4,2 V si capacitati intre 150 Wh/kg si 250 Wh/kg.


liion_02_regulator_tensiune.jpg
Schema regulatorului de tensiune al unui acumulator Li-ion


Datorita conditiilor foarte riguroase de functionare, incarcare si descarcare, acumulatorul este prevazut din fabricatie cu un circuit de control incorporat. Asocierea in serie sau in paralel (baterie) a doi sau a mai multi acumulatori se realizeaza doar in conditii industriale, pentru a imperechea acumulatori cu rezistenta interna identica si a evita incarcarea excesiva a unuia in dauna altuia, sau descarcarea celui mai bine incarcat in cel descarcat (balansare). Bateriile de acumulatori Li-ion dispun de un circuit electronic incorporat, care guverneaza incarcarea si descarcarea balansata a fiecarui element.


liion_01_incarcare_descarcare.jpg

Schema regulatorului incarcare / descarcare


Aceste circuite electronice functioneaza permanent, chiar si cand acumulatorul este decuplat de la consumator, si consuma energie. Acest consum se adauga autodescarcarii realizate prin reversibilitatea reactiilor chimice din acumulator. Cu toate acestea, acumulatorii Li-ion au o rata de autodescarcare de numai 5%, una dintre cele mai mici din gama acumulatorilor disponibili pe piata.


liion_07_Canon_BP_511.jpg

Bateria de acumulatori Canon BP 511


Inainte de comercializare, toti acumulatorii sunt incarcati si formatati in fabrica, in conditii foarte bine controlate de temperatura, tensiune si curent. Tot acum se realizeaza stratul Solid Electrolyte Interface/Interphase (SEI), proces care contribuie la stabilitatea in functionare a anodului de carbon.


liion_06_incarcator_universal_hahnel.jpg

Incarcator universal Hahnel


3. Functionare in conditii extreme
Supraincarcarea produce dioxid de cobalt care este scos ireversibil din ciclul reactiv si scade performantele acumulatorului. Totodata, excesul de ioni de litiu nu mai poate fi preluat prin intercalare si se depune pe anod, ireversibil, sub forma de litiu metalic, scazind capacitatea acumulatorului. Supraincarcarea duce, de asemena, la supraincalzire si expune la riscul de explozie.


Supradescarcarea conduce la suprasaturarea oxidului de cobalt cu oxid de litiu, ce are drept consecinta generarea de oxid de litiu liber care este scos ireversibil din ciclul reactiv si scade performantele acumulatorului. Supradescarcarea conduce, in timp, la dizolvarea anodului in electrolit si la generarea de oxigen din oxizii de litiu, cobalt si magneziu, cu scaderea ireversibila a capacitatii.


Operarea la temperaturi scazute determina incetinirea reactiilor chimice si fizice, cu scaderea puterii furnizate consumatorului. Scaderea temperaturii conduce, de asemenea, la incetinirea procesului fizic de intercalare, ceea ce are drept consecinta acumularea in exces de ioni de litiu in jurul anodului si chiar la reducerea lui ireversibila la litiu metalic. Daca la temperaturi obisnuite (0 - 40°C) un acumulator Li-ion are, in medie peste 1.000 ciclii incarcare-descarcare, la - 30°C ciclul de viata este scurtat la doar cateva zeci de incarcari-descarcari.


liion_05_ciclii_de_viata.jpg

Ciclii de viata, in functie de temperatura de utilizare


Operarea la temperaturi ridicate, din contra, accelereaza reactiile chimice. Acumulatorii Li-ion sunt supusi unei prime incarcari inca din fabrica, pentru a realiza o formatare controlata si pentru a realiza stratul Solid Electrolyte Interface/Interphase (SEI), proces care contribuie la stabilitatea in functionare a anodului de carbon. La o temperatura interna de circa 80°C, in stratul SEI apar brese, iar electrolitul incepe sa reactioneze cu anodul, producind, pe de o parte, scaderea capacitatii acumulatorului, pe de alta parte, o reactie exotermica, ce accelereaza procesul de interactiune. Pe masura ce temperatura anodului creste, incepe formarea de hidrocarburi (metan, etan), care cresc presiunea interna. Elementele de acumulatori sunt prevazute cu supape de siguranta dar acestea nu pot limita intotdeauna amplificarea procesului. La circa 130°C separatorul dintre electrozi se topeste, ceea ce provoaca un scurtcircuit intre acestia; temperatura interna continua sa creasca, incepe generarea de oxigen care, in prezenta hidrocarburilor poate duce la explozii.


Pentru a evita astfel de evenimente, acumulatorii Li-ion sunt livrati impreuna cu un circuit electronic incapsulat, care controleaza atat procesul de incarcare / descarcare, cat si temperatura in timpul acestor faze. Acest circuit controleaza si opreste incarcarea, respectiv descarcarea acumulatorilor Li-ion, la nivele care sa nu permita aparitia de evenimente nedorite, precum exploziile, desi au fost semnalate astfel de situatii. Datorita acestor riscuri, Lenovo a schimbat circa 200.000 baterii, Sony circa 10 milioane iar Nokia circa 46 milioane de acumulatori!


liion_03_balansare_elemente.jpg

Schema de balansare a bateriilor de acumulatori


Riscul de incendiu al acestor acumulatori au impus unele restrictii de transport pe liniile aeriene sau prin posta.


4. Recomandari de folosire:
- acumulatorii care nu se folosesc pot fi pastrati in frigider, pentru o autodescarcare minima;
- evitati descarcarile complete, incercati sa-i incarcati cat mai des; cu cat amploarea descarcarii este mai mica, cu atat durata de utilizare este mai mare;
- evitati expunerea la temperaturi ridicate, de exemplu in autoturisme parcate in plin soare, vara, cand temperatura interioara poate depasi 50°C;
- evitati stocarea bateriilor in stare descarcata; deoarece circuitele de control consuma permanent curent, exista riscul de a scadea tensiunea sub 2,4 - 2,9 V (in functie de model), valoare sub care bateria nu mai poate fi re-incarcata si devine inutilizabila;
- folositi pentru incarcare doar incarcatoarele dedicate; in functie de materialele constructive, unii acumulatori pot avea tensiune mai mica de incarcare, iar utilizarea unui incarcator ce furnizeaza o tensiune mai mare poate produce incendii sau explozii;
- nu lasati bateriile in medii cu umezeala ridicata;
- nu folositi bateriile in apropierea surselor de caldura;
- folositi incarcatorul compatibil cu acumulatorul / bateria dvs. si care dispune de circuite de control pentru tensiune, amperaj si temperatura;
- nu montati acumulatorul / bateria cu polaritatea inversata;
- nu instalati acumulatorul / bateria in consumatori incompatibili;
- nu aruncati acumulatorul / bateria in foc;
- nu scurtcircuitati polii acumulatorului sau bateriei;
- nu transportati acumulatorul / bateria neprotejata, impreuna cu obiecte metalice, precum ace de par, lantisoare metalice, sau alte obiecte metalice;
- nu loviti, nu intepati nu dezasamblati acumulatorul / bateria;
- daca bateria se deformeaza in timpul incarcarii / descarcarii, degaja caldura sau gaze, indepartati-o imediat si scoteti-o din folosire;
- nu realizati acasa baterii de acumulatori prin punerea lor in serie sau in paralel; incarcarea si descarcarea fiecarui element trebuie controlate electronic (balansare), prin circuite dedicate, dificil de realizat de amatori;
- daca terminalele de contact sunt murdare, curatati-le numai cu o carpa uscata; utilizarea de solutii de curatare poate produce scurtcircuite si poate genera incendii sau explozii.

 



Calin-Stefan Ragalie
martie, 2012
© Foto-Magazin.ro

 

Bookmark and Share

Comentarii:

Foto Stefan - 19 Mar 2012, ora 10:40
Interesant articolul si trebuie sa marturisesc ca m-a surprins sfatul doi:"evitati descarcarile complete, incercati sa-i incarcati cat mai des; cu cat amploarea descarcarii este mai mica, cu atat durata de utilizare este mai mare" pentru ca altii recomanda sa facem exact invers! :)

Adrian D. - 20 Mar 2012, ora 22:53
Cred ca in prima fraza primul cuvant trebuie inlocuit. Altfel identificam puterea cu energia. Energie=Putere x Timp. Se poate spune capacitatea (energetica) a unui acumulator.

Ciprian Brasov - 27 Mar 2012, ora 08:54
Deci, pana la urma, in cazul acumulatorilor de la Canon, este mai bine sa-in incarcam inainte sa se descarce complet? Pentru ca unii zic intr-un fel iar altii in altfe. Oricum tindem sa avem incredere in Dl. Calin-Stefan. Multumim anticipat.

Costy Gavril - 22 Mar 2016, ora 00:23
Nu am avut rabdare sa citesc pana la capat. Se confunda denumiri de marimi, capacitatea este exprimata in Ah (mAh), ceea ce se exprima in Wh/kg, se numeste densitate de energie.....

Lasa un comentariu:

nume*:
Nu sunt permise decat mesaje cu continut relevant si in tema cu subiectul articolului.
NOTA: Campurile marcate cu * sunt obligatorii.

e-mail (nu va fi facut public)*:

website (fara http://):

comentariu*:

trimite


Aveti un articol interesant? Il asteptam pe adresa office@foto-magazin.ro. Redactia evalueaza articolele primite si premiaza cel mai bun articol publicat in luna precedenta cu suma de 50 RON.
Ultimele 5 subiecte din forum care au primit raspunsuri:

Procesare prin
Lightroom »

   de csr
   ieri, la ora 13:47
Picuri mici »
   de Vali.P
   acum 2 zile, la ora 18:23
Caut surub trepied »
   de Pandy
   acum 2 zile, la ora 10:05
Rumoare la Nikon »
   de csr
   acum 3 zile, la ora 14:42
Cele mai dorite
filme argentice »

   de Dorian
   acum 5 zile, la ora 19:39

Pana acum, cei 9631 de utilizatori au scris 127167 mesaje.

 

 


Site-ul include cookie-uri. Detalii aici

Politica de confidentialitate