Főoldal
Untitled Document  
A lítium-ion akkuk töltése

A Li-ion töltők hasonlóak a feszültséghatárolás elvén működő zselésakku-töltőkhöz. A különbség a nagyobb cellafeszültségben, a szigorúbb feszültségtűrésben, valamint a teljes feltöltődés után alkalmazott csepp- és lebegőtöltés elhagyásában mutatkozik meg. Amíg a zselés akkumulátorok megengednek némi rugalmasságot a terhelés alatti feszültségesés szempontjából, addig a Li-ion cellák gyártói nagyon szigorúan írják elő a pontos feszültséget.

Amikor az Li-ion akkumulátort elkezdték gyártani, a grafitrendszer 4,1 V/cella feszültséget határozott meg. A magasabb feszültségek nagyobb energiasűrűséget biztosítanak, de a cella oxidációja erősen behatárolta a kezdeti, 4,1 V/cella fölé feltöltött Li-ion cellák élettartamát. Ezt a hatást kémiai adalékanyagokkal küszöbölték ki. A legtöbb, kereskedelemben kapható Li-ion cella 4,2 V feszültségű, és a tűrése minden esetben szigorúan 0,05 V.

Az ipari és katonai Li-ion akkukat maximális ciklusélettartamra tervezték, és a töltési végfeszültségük körülbelül 3,9 V/cella. Ezek az akkumulátorok alacsonyabban helyezkednek el a wattóra/kilogramm skálán, de hosszú életutat ígér a magas energiasűrűségük és kis méretük. Minden Li-ion akku töltési ideje 3 óra körül alakul, 1 C kezdeti töltőárammal töltve. A cella a töltés alatt hideg marad. A teljes feltöltöttséget jelzi, ha a feszültség a felső, tartási határértéken marad, miközben a töltőáram a kezdeti érték 3%-a alá csökken. A töltőáram növelése a Li-ion töltőnél nem sokkal rövidíti le a töltési időt. Bár hamarabb érjük el a feszültségcsúcsot, az utána következő záró töltés hosszabb lesz.

Az alábbi ábra mutatja a töltő feszültség és áramgörbéit, amikor a Li-ion cella a töltés első, majd második fázisába lép.


Egyes gyorstöltők egy óra, vagy még rövidebb idő alatt töltik fel a Li-ion akkut. Az ilyen töltő kihagyja a második fázist és rögtön készet jelez, miután először éri el a feszültség a maximális értéket az első fázis végén. Ekkor a tényleges töltöttségi fok 70%. A záró töltés tipikusan kétszer addig kell tartson, mint a kezdeti töltés! Csepptöltést fölösleges alkalmazni, mert a Li-ion cella képtelen elviselni a túltöltést. A csepptöltés egy olyan, fémes líthium réteget képezne a felületen, amely a cellát labilis állapotba hozná. Ehelyett, egy korrekt záró töltés pótolja az akku kismértékű önkisülését és védőáramkörének fogyasztását. A töltő minőségétől, valamint a telep önkisülésétől függően célszerű minden 500 óránként vagy 20 naponként záró töltést végezni. Jellemzően a töltés akkor kapcsol be, ha az üresjárási nyitott kapocsfeszültség 4,05 V és akkor áll le, ha a feszültség újra 4,2 V/cella.

Mi történik, ha egy akkut túltöltenek? A Li-ion akkuk felépítése biztosítja, hogy normál üzemi feszültségen biztonságosan működjenek, de mindinkább bizonytalanná válnak, ha magasabb feszültségre töltjük őket. Egy több mint 4,30 V-ra feltöltött cellában líthium csapódik ki az anódra, a katódról elindul egy oxidációs folyamat, melynek folyamán a cella elveszti stabilitását, és oxigén képződik. A túltöltés a cella felmelegedését okozza.

A Li-ion akkuk biztonságára sok figyelmet fordítottak. A kereskedelemben kapható Li-ion akkuk tartalmaznak egy védőáramkört, ami megakadályozza, hogy a cellafeszültség a töltés során túl nagy értéket vegyen föl. A megadott feszültséghatár 4,3 V/cella.

A hőmérsékletérzékelő lekapcsolja a töltést, ha a belső hőmérséklet megközelíti a 90°C-ot. Sok cella egy mechanikai nyomáskapcsolót is tartalmaz, ami végérvényesen megszakítja a töltőáramot, ha a nyomás meghaladja a biztonsági határértéket. A belső feszültségfigyelő áramkörök kiiktatják a telepet az alsó és a felső feszültség-határértékeknél.

Kivételt képeznek ez alól az egy vagy két kis cellát tartalmazó mangánoxid alapú akkuk. Ezek a kémiai anyagok a túltöltés során minimális líthiumkicsapódást okoznak az anódon, mert a legtöbb líthium leválik a katódról a normál töltés alatt. A katód anyaga stabil marad, és nem fejlődik oxigén, hacsak nincs kitéve a cella magas hőhatásnak.

VISSZA

Contact us