Acumulatorii cu Li-Ion

Acumulatorii cu Li-Ion

In ultimii ani, odata cu dezvoltarea de noi tehnologii ce pot integra pe acelasi chip de siliciu mai multe milioane de tranzistoare si cu un consum mult mai mic de energie, a inceput sa fie interesant un nou aspect ce caracterizeaza produsele electronice - portabilitatea. Tot in acest sens s-a pus accent pe latura dezvoltarii acumulatorilor, foarte important in ceea ce priveste noile produse ce au domenii de utilizare din ce in ce mai variate.

In ultimul deceniu s-a impus tot mai des pe piata de produse electronice acumulatorul cu Litiu-Ion. Aceasta este o varianta a celulei de baza cu litiu inventata in anul 1912 de G.N. Lewis. Dezavantajul major al acestei celule era faptul ca era foarte instabila.

In urma cercetarilor din ultimii ani s-a ajuns la dezvoltarea acumulatorilor cu Li-Ion si Li-Polimer cu rezultate ce dau un castig net in favoarea acestora in ceea ce priveste stabilitatea chimica si performantele in exploatare. Acumulatorul Li-Ion are cea mai mare densitate de stocare a energiei pe unitatea de volum sau greutate si este folosit in domenii in care are o mare importanta greutatea mica si volumul mic ocupat de acesta, cum ar fi: camere video, laptop-uri si notebook-uri, telefoane celulare, aparate medicale portabile. O limitare in ceea ce priveste pretul actual al acumulatorilor cu Li-Ion este costul mare al catodului fabricat din LiCoO₂ care intra in componenta acestui acumulator.




Printre caracteristicile acumulatorului cu Li-Ion putem enumera:

. Densitate mare de stocare a energiei

. Tensiunea celulei de baza este de aprox. 3.6V. Practic poate inlocui trei elemente de tip Ni-Cd sau Ni-MH. Este mult mai usor de realizat un pachet ce trebuie sa debiteze o tensiune de 12÷14V prin faptul ca sunt necesare numai 4 elemente fata de 10 in cazul in care se folosesc acumulatoare Ni-Cd sau Ni-MH.

. Durata de viata mare, aproximativ 500-1000 cicluri complete de incarcare - descarcare (in functie de producator si de versiunile constructive). In practica se apreciaza durata de viata a unui acumulator ca fiind de la momentul initial pana cand acesta mai poate livra numai 50% din puterea pe care a avut-o cand era nou.


Cicluri de incarcare


. Nu prezinta efect de memorie (efectul de memorie = capacitatea de pierdere a puterii de stocare a energiei ca urmare a descarcarii incomplete a acumulatorului inainte de fiecare ciclu de incarcare).

. Comportare buna in gama de temperatura, practic se poate folosi in gama -20°C ÷ 60°C cu mentiunea ca la -20°C acumulatorul are 70 % din capacitatea lui la temperatura de 20°C.
Deci trebuie acordata atentie in estimarea timpului de functionare in conditii de frig extreme.


Capacitarea de descarcare in functie de temeratura pt. un element de 5.2A/h


. Rata de descarcare proprie (fara consummator) foarte mica
 

. Protectie foarte buna in cazul suprasarcinilor sau in cazul defectarii incarcatorului. Pachetele de acumulatori ce se comercializeaza pentru diferite aplicatii au in componenta lor circuite de protectie active sau pasive, cel mai des este intalnita situatia cand sunt prezente ambele tipuri de protectie. Acestea actioneaza in momentul in care unul sau mai multi parametri ai acumulatorului ies din valorile nominale.



Un alt parametru ce este monitorizat in timpul incarcarii este temperatura pachetului de acumulatori. In momentul in care aceasta creste prea mult, se limiteaza curentul de incarcare sau chiar se decupleaza. Deasemenea, in situatia in care sesizeaza o temperatura prea mica a pachetului de acumulatori, incarcarea este oprita. Incarcarea unui acumulator Li-Ion se face in intervalul 0°C ÷ 45°C.

. Nu este toxic pentru utilizator sau mediu, nu contine plumb sau cadmiu



Exista si dezavantaje in ceea ce priveste folosirea acumulatorilor Li-Ion:

. Foarte important in alegerea unui acumulator este factorul C - rata de descarcare la care se poate folosi acesta, unde C este definita ca fiind capacitatea acumulatorului in A/h. Dupa cum se poate observa in graficul de mai jos, acumulatorul Li-Ion nu este indicat pentru o rata de descarcare mai mare decat 1C. Pentru rate de descarcare mai mari curba de descarcare nu mai este asa de plata. Daca un element Li-Ion de 4A este folosit la o rata de descarcare 1C, se poate utiliza timp de 1 ora. La o rata de descarcare de 2C (curent de sarcina de 8A ) acesta se poate folosi numai aproximativ 20 minute. Pentru astfel de aplicatii in care este necesara o rata de descarcare mai mare de 1C este indicata folosirea altor tipuri de acumulatori, cum ar fi Ni-Cd,  Ni-MH care se comporta foarte bine si la rate de descarcare de 5C



. Alt aspect ce poate conta in alegerea unui acumulator poate fi rezistenta interna pentru un element de baza sau a unui pachet de acumulatori. Este bine de stiut ca la un pachet de acumulatori format din elemente Li-Ion, pe langa rezistenta interna a fiecarui element se adauga si rezistentele protectiilor active si pasive introduse in pachetul format.

. O alta problema in folosirea acumulatorilor Li-Ion este diferenta mare de tensiune intre starea incarcat complet si descarcat complet, care este aproximativ 2,0V. Situatia impune folosirea stabilizatoarelor in comutatie pentru obtinerea unui randament bun in conversia energiei obtinuta de la acumulator. Aceasta nu mai este o problema foarte mare in conditiile actuale cand se pot realiza surse in comutatie cu randament foarte bun. Deasemenea intr-un aparat complex cum ar fi o camera video se folosesc foarte multe tensiuni pentru alimentarea mai multor etaje ce intra in componenta acesteia, lucru foarte usor de realizat prin folosirea surselor in comutatie.


Precautii in utilizarea acumulatorilor Li-Ion

Tensiunea admisa de o celula Li-Ion se incadreaza in intervalul 2,3V - 4,3V. Orice depasire a acestor valori duce la reactii chimice ce afecteaza ireversibil capacitatea de stocare a acestuia.



In tabelul de mai jos sunt prezentate valorile minime si maxime admisibile ale tensiunii pentru cateva modele uzuale de acumulatori Li-Ion utilizati la camere video:

Consecinte:
. utilizarea unor incarcatoare specializate pentru incarcarea acumulatorilor Li-Ion
. pentru evitarea fenomenului de supraincarcare este bine sa lasati acumulatorii la incarcat numai pana cand este semnalizata incarcarea completa a acestora
. in cazul in care se foloseste un incarcator rapid este bine de stiut ca acesta incarca acumulatorul numai pana la 90% din capacitatea acestuia si este recomandat ca periodic sa se faca si o incarcare normala pentru o incarcare completa
. evitarea descarcarii excesive sub limita minima admisa
. acumulatorii Li-Ion se pot stoca "pe raft" timp de un an cu conditia sa fie incarcati la 50% din capacitatea lor
Domeniul de temperatura in care poate functiona un acumulator Li-Ion este -20°C ÷ 60°C, iar incarcarea se face in intervalul 0°C ÷ 45°C

Concluzii:
. nu lasati pachetele de acumulatori langa surse de caldura (radiatoare, calorifere) si evitati expunerea acestora la soare in masina pe timpul verii
. nu lasati acumulatorii peste noapte in autoturism pe timp de iarna
. iarna este indicat ca acumulatorii care i-ati folosit pe teren sa-i incarcati dupa ce acestia au ajuns la o temperatura de peste 0°C
. timpul de functionare cu un pachet de acumulatori pe timp de iarna este mai mic decat cel de functionare in conditii normale
. nu este eficient sa folositi acumulatorii peste durata de viata a acestora (aproximativ 500 cicluri complete de incarcare-descarcare), deoarece energia consumata pentru incarcarea acestora nu se mai reflecta in timpul de functionare a acestora.