Современная электроника на литий-ионных аккумуляторах получает заряд 100 процентов, после чего останавливается подача питания. Процесс автоматизирован и зависит от напряжения на батарее. Управляет им BMS-контроллер.
Но что заставляет инженеров так решительно программировать электронику, почему нельзя дать заряд больше 100%?
Гаджет что — взорвётся? В самом деле риски повреждения аккумулятора велики. А повреждённый или неисправный аккумулятор — это микроскопическая бомба. Сейчас вы узнаете, какие особенности технологии Li-Ion должны учитывать инженеры при проектировании зарядки.
Что значит зарядка 100%? И как она останавливается?
Литий-ионные батареи отличаются по химическому составу, конструкции, размерам. Их характеристики зависят от запитываемого устройства. Например, в смартфонах из-за массовости требуется максимальная безопасность. В них применяется сложная схема с программированием управления скоростью и уровнем отсечки зарядки. Тоже самое касается и электромобилей.
Аккумуляторы любого типа имеют физический (или, вернее, химический) предельный уровень того, сколько заряда они могут «забрать» и удержать. С точки зрения эксплуатационных характеристик (чтобы дольше служили) и безопасности (минимизировать риск дестабилизации химических реакций) следует ограничивать заряд литий-ионных аккумуляторов до уровня ниже их общей ёмкости.
Компоненты BMS (системы управления батареей) представляют собой контроллер. Он устанавливает соответствие стопроцентного заряда уровню отсечки. И этот уровень всегда немного ниже химического предела реакции на перезаряд.
Проще говоря, если вы видите на своем устройстве заряд 100 процентов, то реально это ~90% от физической способности аккумулятора полностью зарядиться. То есть он не заряжается выше 100% по индикатору, диктуемому BMS-контроллером, и выше ~90% по реальным химическим параметрам элемента.
Как инженеры определяют момент, когда показывать заряд 100% и запускать отсечку зарядки аккумулятора?
Зайдём в дебри теории и начнём с «Древнего Рима». Мы с вами знаем, ионы лития при зарядке аккумулятора перемещаются от катода к аноду. Катод выполнен из материала, который включает смешанный оксид лития и переходного металла (LMO, LiMn2O4). Он может отдавать литий пока кристалл не потеряет целостность. Потеря лития может привести к соразмерной потере кислорода в кристалле.
Катод залит легковоспламеняющейся жидкостью. Потеря кислорода на катоде приводит к реакциям, которые сопровождаются опасным нагревом и тепловым разгоном. Если инженер допустит полное отделение лития от катода, то возникает риск быстрого износа и даже самовоспламенения батареи.
Это основная причина, почему инженеры должны находить критическую точку и ограничивать заряд ниже её отметки. Но как узнать, где тот самый момент?
Но в большинстве случаев всё обстоит условно проще. Когда достигается заряд 100 процентов на литий-ионном аккумуляторе, его питание прекратится. Внутренние сопротивления уменьшатся. Напряжение упадёт до номинального уровня в соответствии с удерживаемым зарядом. После этого даже если аккумулятор останется подключённым к заряднику, он продолжит разряжаться от заданной отсечки и подзаряжаться до её уровня.
