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

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.

Рис. 1. Li-Pol-аккумулятор: внешний вид

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.

Рис. 2. Зависимость емкости Li-Pol-аккумуляторов при температуре -10/-20°C

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

На рисунке 3 приведена обобщенная типовая кривая зависимости только для низкотемпературной версии аккумулятора, снятая при температуре уже -40°С.

Рис. 3. Зависимость емкости низкотемператорной версии Li-Pol-аккумулятора при температуре -40°C

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).

Рис. 4. Режим заряда литиевых аккумуляторов

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.