- Sejarah Bateri Lithium-Ion
- Kimia Bateri Li-ion dan berfungsi
- Pengenalan Bateri Ion Lithium
- Cara termudah untuk menggunakan sel 18650
- Pek Bateri Li-ion (sel dalam siri dan selari)
Kecuali beberapa langkah Tony Stark masuk dan mencipta reaktor Arc atau penyelidikan di Solar Power Satellites (SPS) untuk pemindahan Tenaga tanpa wayar selesai, kita manusia harus bergantung pada Bateri untuk menghidupkan peranti elektronik mudah alih atau jauh kita. Jenis bateri boleh dicas semula yang paling biasa yang anda dapati dalam elektronik pengguna ialah jenis Lithium ion atau Lithium Polymer. Dalam artikel ini, minat kita akan melebihi Bateri Li-ion kerana ia cenderung lebih berguna daripada semua jenis lain. Baik bank kuasa kecil atau Laptop atau sesuatu yang sebesar Model 3 baru Tesla semuanya dikuasakan oleh bateri Lithium-ion.
Apa yang menjadikan bateri ini istimewa? Apa yang harus anda ketahui sebelum anda menggunakannya dalam projek / reka bentuk anda? Bagaimana anda akan mengecas atau melepaskan bateri ini dengan selamat? Sekiranya anda ingin tahu jawapan untuk semua soalan ini, maka anda telah membaca artikel yang betul, hanya duduk dan baca selagi saya akan berusaha memastikan ini semenarik mungkin.
Sejarah Bateri Lithium-Ion
Idea bateri Lithium Ion pertama kali diciptakan oleh GN Lewis pada tahun 1912, tetapi ia hanya dapat dilaksanakan pada tahun 1970-an dan bateri lithium yang tidak boleh dicas pertama dimasukkan ke pasaran komersial. Kemudian pada tahun 1980 para jurutera berusaha menjadikan bateri yang boleh dicas semula yang pertama menggunakan litium sebagai bahan anod dan sebahagiannya berjaya. Mereka gagal menyedari bahawa jenis bateri lithium ini tidak stabil semasa proses pengisian dan ia akan menyebabkan kekurangan dalam bateri yang meningkatkan suhu dan menyebabkan pelarian termal.
Pada tahun 1991, satu bateri lithium yang digunakan dalam telefon bimbit meletup di wajah lelaki di Jepun. Hanya selepas kejadian ini, bateri Li-ion dapat dikendalikan dengan sangat berhati-hati. Sebilangan besar jenis bateri ini yang masuk ke pasaran kemudian dipanggil oleh pengeluar mengenai masalah keselamatan. Kemudian setelah banyak kajian, Sony memperkenalkan bateri Li-ion canggih dengan kimia baru yang digunakan hingga kini. Mari kita selesaikan pelajaran sejarah di sini dan melihat kimia bateri Lithium Ion.
Kimia Bateri Li-ion dan berfungsi
Seperti namanya jelas, bateri Lithium Ion menggunakan ion Lithium untuk menyelesaikan tugas. Lithium adalah logam yang sangat ringan dengan ketumpatan tenaga yang tinggi, sifat ini membolehkan bateri ringan dan memberikan arus tinggi dengan faktor bentuk yang kecil. Ketumpatan tenaga adalah jumlah tenaga yang dapat disimpan dalam satuan isi padu bateri, semakin tinggi ketumpatan tenaga semakin kecil bateri. Walaupun sifat logam litium yang luar biasa, ia tidak dapat digunakan sebagai elektrod secara langsung di dalam bateri kerana litium sangat tidak stabil kerana sifat logamnya. Oleh itu, kita menggunakan ion litium yang lebih kurang mempunyai sifat yang sama dengan logam litium tetapi ia bukan logam dan relatif lebih selamat digunakan.
Biasanya Anode bateri Lithium terbuat dari Karbon dan katod bateri dibuat menggunakan oksida kobalt atau beberapa oksida logam lain. Elektrolit yang digunakan untuk menghubungkan kedua-dua elektrod ini akan menjadi larutan garam sederhana yang mengandungi ion litium. Semasa melepaskan ion litium yang bermuatan positif bergerak ke arah katod dan mengebomnya sehingga terisi positif. Sekarang kerana katod dicas positif, ia menarik elektron bercas negatif ke arahnya. Elektron-elektron ini dibuat untuk mengalir melalui litar kita dengan itu menggerakkan litar.
Begitu juga semasa mengecas, sebaliknya berlaku. Elektron dari cas mengalir ke dalam bateri dan oleh itu ion litium bergerak ke arah anod menjadikan katod kehilangan cas positifnya.
Pengenalan Bateri Ion Lithium
Cukup banyak teori mengenai Bateri Ion Lithium, sekarang mari kita praktikkan mengenali sel-sel ini sehingga kita boleh yakin tentang penggunaannya dalam projek kita. Bateri Lithium Ion yang paling biasa digunakan ialah 18650 Sel, jadi akan membincangkan perkara yang sama dalam artikel ini. Sel 18650 biasa ditunjukkan dalam gambar di bawah
Seperti semua bateri, bateri Li-ion juga mempunyai peringkat voltan dan kapasiti. Peringkat voltan nominal untuk semua sel litium adalah 3.6V, jadi anda memerlukan spesifikasi voltan yang lebih tinggi, anda mesti menggabungkan dua atau lebih sel secara bersiri untuk mencapainya. Secara lalai semua sel ion litium akan mempunyai voltan nominal hanya ~ 3.6V. Voltan ini boleh dibenarkan turun hingga 3.2V apabila habis sepenuhnya dan naik setinggi 4.2V apabila dicas sepenuhnya. Sentiasa ingat bahawa melepaskan bateri di bawah 3.2V atau mengecasnya di atas 4.2V akan merosakkan bateri secara kekal dan mungkin juga menjadi resipi bunga api. Mari kita pecahkan terminologi yang terlibat dalam bateri 18650 supaya kita dapat memahami dengan lebih baik. Perlu diingat bahawa penjelasan ini hanya berlaku untuk satu sel 18650, kami akan memasukkan lebih banyak ke dalam pek bateri Li-ion kemudian, di mana lebih daripada satu sel disambungkan secara bersiri atau selari untuk mendapatkan penilaian voltan dan arus yang jauh lebih tinggi.
Voltan Nominal: Voltan nominal adalah penarafan voltan sebenar Sel 18650. Secara lalai ia adalah 3.6V dan akan tetap sama untuk semua 18650 sel walaupun pembuatannya.
Voltan pelepasan penuh: Sel 18650 tidak boleh dibiarkan habis di bawah 3.2V, jika tidak berbuat demikian akan mengubah rintangan dalaman bateri yang akan merosakkan bateri secara kekal dan mungkin juga menyebabkan letupan
Voltan cas penuh: Voltan pengecasan untuk sel ion litium ialah 4.2V. Perlu diberi perhatian bahawa voltan sel tidak meningkat 4.2V pada masa tertentu.
Peringkat mAh: Kapasiti sel biasanya diberikan dari segi penilaian mAh (Milli Ampere hour). Nilai ini akan berbeza-beza berdasarkan jenis sel yang telah anda beli. Sebagai contoh mari kita anggap sel kita di sini adalah 2000mAh yang tidak lain adalah 2Ah (Ampere / jam). Ini bermaksud bahawa jika kita menarik 2A dari bateri ini, ia akan bertahan selama 1 jam dan sama juga jika kita menarik 1A dari bateri ini, ia akan bertahan selama 2 jam. Oleh itu, jika anda ingin mengetahui berapa lama bateri akan memberi kuasa kepada projek anda (Masa Larian) maka anda harus mengira dengan menggunakan Penilaian mAh.
Masa Jalankan (dalam jam) = Peringkat yang diambil / mAh semasa
Di mana, arus yang diambil mesti berada dalam had penilaian C.
Penilaian C: Sekiranya anda pernah tertanya-tanya berapakah jumlah arus maksimum yang dapat anda peroleh dari bateri, maka jawapan anda boleh didapati dari peringkat C bateri. Peringkat C bateri sekali lagi berubah untuk setiap bateri, mari kita anggap bahawa bateri yang kita miliki adalah bateri 2Ah dengan penarafan 3C. Nilai 3C bermaksud bahawa bateri dapat mengeluarkan 3 kali ganda penilaian Ah sebagai arus maksimumnya. Dalam kes ini, ia dapat membekalkan hingga 6A (3 * 2 = 6) sebagai arus maksimum. Biasanya 18650 sel mempunyai penilaian 1C sahaja.
Arus maksimum diambil dari bateri = Penilaian C * Penilaian Ah
Mengecas Arus: Satu lagi spesifikasi penting bateri yang perlu diperhatikan adalah arus pengecasannya. Hanya kerana bateri dapat membekalkan arus maksimum 6A tidak bermakna ia boleh dicas dengan 6A. Arus pengisian maksimum bateri akan disebutkan dalam lembar data bateri kerana ia berbeza-beza berdasarkan bateri. Biasanya ia akan menjadi 0.5C, yang bermaksud separuh nilai penilaian Ah. Untuk bateri berkadar 2Ah, arus pengecasan adalah 1A (0.5 * 2 = 1).
Masa pengecasan: Masa pengecasan minimum yang diperlukan untuk satu sel 18650 untuk dicas dapat dikira dengan menggunakan nilai arus cas dan penarafan Ah bateri. Contohnya pengecasan bateri 2Ah dengan arus pengecasan 1A akan mengambil masa 2 jam untuk dicas, dengan anggapan pengecas hanya menggunakan kaedah CC untuk mengecas sel.
Daya Tahan Dalaman (IR): Kesihatan dan kapasiti bateri dapat diramalkan dengan mengukur rintangan dalaman bateri. Ini hanyalah nilai rintangan antara terminal anod (positif) dan katod (negatif) bateri. Nilai tipikal IR sel akan disebut dalam lembar data. Semakin jauh dari nilai sebenar, bateri akan kurang cekap. Nilai IR untuk sel 18650 akan berada dalam jarak mili ohm dan ada instrumen khusus untuk mengukur nilai IR.
Kaedah pengecasan: Terdapat banyak kaedah yang diamalkan untuk mengecas sel li-ion. Tetapi yang paling biasa digunakan adalah topologi 3 langkah. Tiga langkahnya adalah pengecasan CC, CV dan trickle. Dalam mod CC (Arus malar) sel diisi dengan arus pengecasan tetap dengan mengubah voltan masukan. Mod ini akan aktif sehingga bateri terisi ke tahap tertentu, kemudian CV (Voltan Konstan)mod bermula di mana voltan pengisian dikekalkan biasanya pada 4.2V. Mod terakhir adalah pengisian nadi atau pengecasan tetesan di mana denyutan arus yang kecil disalurkan ke bateri untuk meningkatkan kitaran hidup bateri. Terdapat juga pengecas jauh lebih kompleks yang melibatkan pengecasan 7 langkah. Kami tidak akan mendalami topik ini kerana ia jauh dari ruang lingkup artikel ini. Tetapi jika anda berminat untuk mengetahui sebutan di bahagian komen dan bolehkah saya menulis artikel tersendiri mengenai pengisian sel Li-ion.
State Of Charge (SOC)%: Keadaan pengecasan hanyalah kapasiti bateri, sama seperti yang ditunjukkan dalam telefon bimbit kami. Kapasiti bateri tidak dapat dihitung dengan jelas dengan injap voltannya, biasanya dihitung menggunakan integrasi semasa untuk menentukan perubahan kapasiti bateri dari masa ke masa.
Depth Of Discharge (DOD)%: Sejauh mana bateri boleh habis diberikan oleh DOD. Tidak ada bateri yang akan habis 100% kerana seperti yang kita tahu ia akan merosakkan bateri. Biasanya 80% kedalaman pelepasan ditetapkan untuk semua bateri.
Dimensi sel: Satu lagi ciri unik dan menarik dari sel 18650 adalah dimensinya. Setiap sel akan mempunyai diameter 18mm dan tinggi 650mm yang menjadikan sel ini mendapat namanya 18650.
Sekiranya anda mahukan lebih banyak definisi terminologi, maka periksa dokumentasi terminologi Bateri MIT, di mana anda pasti akan menemui lebih banyak parameter teknikal yang berkaitan dengan bateri.
Cara termudah untuk menggunakan sel 18650
Sekiranya anda seorang pemula yang lengkap dan baru memulakan dengan 18650 sel untuk menggerakkan projek anda, maka cara termudah adalah menggunakan modul readymade yang dapat mengecas dan melepaskan sel 18650 anda dengan selamat. Hanya modul tersebut yang merupakan modul TP4056 yang dapat menangani satu sel 18650.
Sekiranya projek anda memerlukan lebih daripada 3.6V sebagai voltan masukan, maka anda mungkin ingin menggabungkan dua sel 18650 secara bersiri untuk mendapatkan voltan 7.4V. Dalam kes seperti ini, gunakan modul seperti modul bateri Li-ion 2S 3A yang berguna dalam mengecas dan melepaskan bateri dengan selamat.
Untuk menggabungkan dua atau lebih 18650 sel kita tidak dapat menggunakan teknik pematerian konvensional untuk membuat hubungan antara keduanya sebaliknya proses yang disebut pengelasan tempat digunakan. Juga semasa menggabungkan 18650 sel secara bersiri atau selari, lebih banyak perhatian harus diambil yang dibincangkan dalam perenggan berikut.
Pek Bateri Li-ion (sel dalam siri dan selari)
Untuk menghidupkan elektronik mudah alih kecil atau peranti kecil satu sel 18650 tunggal atau paling banyak sepasang daripadanya akan melakukan silap mata. Dalam jenis aplikasi ini, kerumitannya kurang kerana bilangan bateri yang terlibat kurang. Tetapi untuk aplikasi yang lebih besar seperti Electric Cycle / Moped atau kereta Tesla, kita perlu menghubungkan banyak sel ini secara bersiri dan selari untuk mencapai voltan dan kapasiti output yang diinginkan. Contohnya kereta Tesla mengandungi lebih dari 6800 sel litium masing-masing dengan rating 3.7V dan 3.1Ah. Gambar di bawah menunjukkan bagaimana ia disusun di dalam casis kereta.
Dengan jumlah sel yang banyak untuk dipantau, kita memerlukan litar khusus yang dapat mengecas, memantau dan melepaskan sel-sel ini dengan selamat. Sistem khusus ini disebut Sistem Pemantauan Bateri (BMS). Tugas BMS adalah untuk memantau voltan sel individu setiap sel ion litium dan juga memeriksa suhunya. Selain itu, beberapa BMS juga memantau arus pengisian dan pengosongan sistem.
Semasa menggabungkan lebih dari dua sel untuk membentuk pek, perlu diperhatikan bahawa mereka mempunyai kimia, voltan, penilaian Ah dan rintangan Dalaman yang sama. Semasa mengecas sel, BMS memastikan bahawa ia diisi secara merata dan habis secara merata sehingga pada waktu tertentu semua bateri mengekalkan voltan yang sama, ini disebut Cell Balancing. Selain itu, pereka juga perlu risau untuk menyejukkan bateri ini semasa mengecas dan mengosongkan kerana mereka tidak bertindak balas dengan baik semasa suhu tinggi.
Harap artikel ini memberi anda maklumat yang cukup untuk anda yakin dengan sel Li-ion. Sekiranya anda mempunyai keraguan khusus, sila tinggalkan di ruangan komen dan saya akan berusaha sebaik mungkin untuk membalasnya. Sehingga itu senang bermain-main.