Литиевый аккумулятор - как его правильно готовить?

Всем доброго, - в нашей группе не редко появляются вопросы о литий ионных аккумуляторах, - попробую одной темой рассказать о некоторых особенностях этих источников питания.
Аккумулятор это устройство которое накапливает (аккумулирует) энергию от внешнего источника и отдаёт её в последствии внешнему потребителю. Интересно то, что ни один аккумулятор начиная с 1803г (аккумулятор Риттера) не является непосредственно накопителем электричества в прямом смысле слова, все аккумуляторы при зарядке изменяют химический состав компонентов системы, а при разряде эти состояния возвращаются к исходным значениям - фактически все аккумуляторы можно назвать "преобразователями" электрической энергии в энергию химических процессов и обратно.
Существует множество типов аккумуляторов отличающихся конструкцией и химическим составом электролита, что в свою очередь определяет их применение в тех или иных сферах деятельности человека. Например - на подводных лодках использовались свинцовые аккумуляторы по тому, что во времена первых серийных субмарин этот тип обладал максимальной энергетической плотностью в сравнении с остальными. Были судна и с щелочными аккумуляторами, в частности образцы Российской Империи, однако ввиду большого выделения водорода такие источники не "прижились".
Вообще тема очень обширна и для тщательного разбора не хватит ни терпения у Вас мои уважаемые, ни времени у меня, по этому в этой заметке разберем только литий-ионные аккумуляторы.
И так, при выборе батареи для устройства нужно знать следующее:
1. Какой максимальный (суммарный) ток оно требует для нормальной работы всех её узлов.
2. Как долго будет требоваться параметр из пункта 1., - сколько времени устройство должно отработать на одном заряде.
3. Напряжение требующееся для работы устройства.
Первые два требования напрямую определяют параметры требуемой батареи, третье иногда варьируется в небольших пределах и разбирать его не будем.
В паспорте (Datasheet) есть данные о емкости, максимальной токоотдаче и максимальном/номинальном токе заряда.
ЕМКОСТЬ. - Емкость это так сказать вместимость аккумулятора, - измеряется она в амперчасах - Ач или миллиамперчасах - мАч.
Токоотдача это максимальный/номинальный ток который можно брать с этого аккумулятора не опасаясь за его здоровье. указывается как соотношение емкости ко времени - к примеру 1С - значит, что с этого элемента можно получить ток равный его номинальной емкости в течении одного часа, или к примеру 6С - это значит, что с этого источника можно брать ток в шесть раз больший чем его номинальная емкость но всего десять минут, то есть аккумулятор с емкостью 1Ач и токоотдачей 6С можно разряжать током в 6А и заряда теоретически должно хватить на десять минут.
Время разряда напрямую зависит от силы тока в цепи, если к такой батарее 1Ач подключить лампочку которая потребляет 100мА или 0,1А то она будет светить 10 часов и наоборот - если подключить скажем мотор который потребляет 6А то этого аккумулятора хватит всего на 10минут работы такого мотора.
Время работы можно вычислить разделив емкость на ток нагрузки, из примера выше; мы имеем батарею 1Ач и нагрузку 1А - 1Ач делим на 1А= 1час,T=C/I, Т время разряда, С ёмкость аккумулятора, I ток нагрузки. пример с лампочкой 1Ач делим на 0,1А=10ч и с мотором 1Ач делим на 6А =0,16ч - 10 минут. Сразу же хочу обратить внимание на то, что не любой аккумулятор способен разряжаться с такой скоростью как с мотором из примера (6А), некоторые батареи при таком быстром разряде выйдут из строя!!! Для того, что бы такого не случилось изучаем паспорт изделия.
Иногда спрашивают про параллельное или последовательное соединение аккумуляторов в батареи.
Последовательно можно соединять элементы ТОЛЬКО с одинаковой емкостью и одинаковой токоотдачей.
Параллельно же можно соединять любые элементы с одинаковым напряжением полностью заряженного элемента - главное условие это максимальный ток нагрузки не должен превышать максимально допустимый ток самой "малоемкой" батарейки в составе сборки - то есть, мы можем собрать одну батарею общей емкостью 20Ач из трех элементов с емкостями 10Ач и двух "банок" по 5Ач. При этом максимальный ток с этой батареи мы можем брать не больше того который указан на пяти амперном аккумуляторе - допустим он у нас с токоотдачей 5С 5А*5С=25А при таком разрядном токе вся сборка разрядится чуть меньше чем за час, при этом ни один из элементов в составе пакета не будет перегружен.
С зарядом дела обстоят точно так же как и с разрядом. В паспорте указан максимальный ток заряда и указывается он все в тех же "С" - то есть аккумулятор с емкостью 1Ач и показателем заряда 2С смело можно заряжать током 2А - время заряда так же уменьшится в два раза и займет пол часа.
В последнее время на рынке все больше аккумуляторов с более высоким показателем "С" на заряд - к примеру силовые аккумуляторы для электроинструмента без проблем заряжаются значениям 4С и более - современный шуруповерт с емкостью батареи 3Ач заряжается за 15 минут - при этом ток заряда составляет аж 12А!!!
Батареи составленные из последовательных элементов крайне не желательно заряжать самодельными устройствами как обычную свинцовую или кадмиевую батарею - литиевые сборки нужно заряжать балансирующим устройством, то есть - контролировать напряжение на каждой ячейке индивидуально и не допускать превышения напряжения указанного производителем. Вручную это сделать очень сложно и по этому придумали множество технических решений для автоматического контроля - последние не сложно собрать самостоятельно или купить готовые модули.
Ну и техника безопасности.
Ни КОГДА не оставляйте на зарядке литий ионные и тем более литий полимерные аккумуляторы без присмотра - каким бы умным устройством Вы это не делали - сгоревшую хату Вам ни производитель аккумулятора ни производитель зарядного устройства не возместит, а как известно литий весьма коварен - за примерами далеко ходить не нужно, Ютюб в помощь!!
Так же не стоит разряжать сборку аккумуляторов от старой Нокии мотором от шуруповерта или пихать их в мощный Powerbank. Аккумуляторы тех лет изначально не были рассчитаны на такие токи, так еще и годы берут свое.
Кстати - покупать Li-Ion аккумуляторы про запас не стоит - у оных имеет место "естественное" старение - и аккумулятор не бывший в употреблении через два-три года теряет 20-40% емкости.
Надеюсь кому-то это чтиво было полезным!