Если вы читаете это, скорее всего, вы либо разработчик продукта, подыскивающий надежные литий-ионные полимерные (LiPo) элементы, либо любитель, создающий нестандартную электронику, либо кто-то, кто гуглит «напряжение для хранения LiPo-аккумулятора 3,7 В, 500 мАч», потому что вы не хотите испортить элементы, в которые вы вложили средства. Как команда ведущего поставщика LiPo-аккумуляторов, мы получаем этот вопрос каждый божий день — и не без причины. Неправильное хранение этих батарей — одна из самых распространенных (и самых дорогостоящих) ошибок, которые, как мы видим, совершают клиенты; к нам приходили клиенты с разряженными аккумуляторами 3,7 В, 500 мАч, которые никогда не использовались, и все потому, что они хранили их полностью заряженными или полностью разряжали за долгие выходные.
Во-первых, давайте отбросим жаргон и обосновам это в реальном контексте. Номинальное напряжение 3,7 В здесь представляет собой номинальное напряжение, а не фиксированное рабочее напряжение элемента. LiPo-аккумуляторы имеют окно зарядки примерно от 3,0 В (конечное напряжение разряженного аккумулятора) до 4,2 В (полный заряд). Этот разрыв имеет решающее значение: хранение клетки в любом крайнем положении в течение длительного периода времени запускает химические реакции, которые со временем разрушают ее емкость. Для устройства с напряжением 3,7 В и емкостью 500 мАч — достаточно маленького для носимых устройств, Bluetooth-трекеров или небольших датчиков Интернета вещей — потеря емкости — это не просто незначительное неудобство; это может сделать ваше устройство неэффективным еще до того, как оно появится на рынке, или лишить вас возможности запустить прототип в середине проекта.
За 8 лет работы с LiPo-элементами я видел слишком много людей, которые по умолчанию придерживались идеи, что «вы храните батарею там, где ее заряжаете», но это не так. Химический состав LiPo гораздо более чувствителен к длительному высокому или низкому напряжению, чем старые NiMH или свинцово-кислотные батареи. Когда вы заряжаете аккумулятор 3,7 В емкостью 500 мАч до напряжения 4,2 В и оставляете его там на несколько месяцев, высокое напряжение разрушает межфазный слой твердого электролита (SEI) на аноде. Этот слой SEI похож на защитную мембрану: если он сломается, ионы лития попадут в бесполезные отложения, и ваша батарея навсегда потеряет емкость. С другой стороны, разрядка элемента до напряжения 3,0 В (или ниже) для хранения заставляет катод выделять слишком много ионов лития, что создает структурные повреждения, которые резко сокращают срок службы.
Так в чем же преимущество напряжения хранения? После тестирования тысяч элементов и работы с химиками-батарейщиками для проверки лучших практик Международной электротехнической комиссии (МЭК) и производителей литиевых элементов, рекомендуемое напряжение хранения для любой LiPo-батареи с номинальным напряжением 3,7 В составляет от 3,8 В до 3,9 В на элемент. Это именно то, что наша команда инженеров определяет для всех наших стандартных линеек LiPo, включая наше основное предложение: литий-ионно-полимерный аккумулятор 3,7 В, 500 мАч. Мы создаем каждое устройство так, чтобы оно сохраняло это напряжение в течение года с потерей мощности менее 5 % — этого мы достигаем только путем калибровки наших производственных линий для поддержания точного диапазона напряжения во время окончательного тестирования и упаковки.
Давайте разберемся, почему напряжение 3,8–3,9 В не подлежит обсуждению для небольших LiPo-элементов, таких как модель емкостью 500 мАч. Для LiPo аккумуляторов большей емкости, таких как литий-полимерная батарея 3,7 В, 6000 мАч, используемая в электроинструментах или портативных солнечных батареях, напряжение хранения находится примерно в одном и том же диапазоне на ячейку, поскольку химический состав масштабируется независимо от емкости. Даже устройство гораздо меньшего размера, такое как литий-ионно-полимерный аккумулятор 3,7 В, 100 мАч для слуховых аппаратов или фитнес-трекеров, следует тому же правилу, потому что в его основе лежит тот же химический состав оксида лития-кобальта. Единственная разница — срок годности; Элементы меньшего размера саморазряжаются быстрее, чем более крупные, поэтому им требуется быстрое повышение напряжения хранения, если они простаивают более шести месяцев.
Я знаю, что некоторые из вас думают: «У меня нет модного зарядного устройства, которое могло бы выдерживать напряжение 3,8 В, так что мне делать?» Это справедливый вопрос, и именно поэтому мы создаем наши элементы питания 3,7 В, 500 мАч с напряжением хранения «по умолчанию» прямо с нашего склада. Мы предварительно заряжаем каждое устройство до 3,85 В перед отправкой, поэтому, если вы распаковываете новую партию, вам не нужно сразу прикасаться к ней — вы можете хранить ее на полке до 10 месяцев, не заряжая, что является огромной победой для команд разработчиков, которые держат запасы под рукой. Если вам нужно пополнить или разрядить аккумулятор, чтобы получить напряжение хранения, большинство современных зарядных устройств LiPo (даже доступных для любителей) имеют настройку «режима хранения», которая делает это автоматически. Просто убедитесь, что вы следуете инструкциям производителя для вашего конкретного зарядного устройства — никогда не оставляйте заряжающуюся или разряжающуюся батарею без присмотра, независимо от напряжения.
Еще один распространенный миф: температура хранения имеет такое же значение, как и напряжение хранения. Даже если вы правильно подберете напряжение, хранение LiPo 3,7 В, 500 мАч в жарком гараже (выше 25°C/77°F) или холодном подвале (ниже 10°C/50°F) ускорит потерю емкости. Мы всегда рекомендуем хранить эти элементы в прохладном, сухом месте при температуре около 15–20 °C (59–68 °F) в сочетании с диапазоном напряжения 3,8–3,9 В для максимально длительного срока хранения. Если у вас есть более крупная партия, например, литий-ионная аккумуляторная батарея 3,7 В, 2000 мАч, которую мы предлагаем для устройств среднего размера, вы можете хранить ее в шкафу с регулируемой температурой, если у вас есть запасы для запуска продукта, но применяются те же правила напряжения.
Давайте поговорим о реальном примере, чтобы представить это в перспективе. В прошлом году клиент, производящий портативные трекеры для собак, заказал 5000 наших литий-ионно-полимерных аккумуляторов 3,7 В, 500 мАч для новой линейки. Половину из них они хранили в полной заряженности (4,2В) на своем складе всю зиму, а вторую половину — при рекомендованном нами 3,85В. Когда шесть месяцев спустя они протестировали элементы, те, которые хранились при напряжении 4,2 В, имели потерю емкости в среднем на 18% — это означает, что их трекеры проработали без подзарядки всего 24 часа вместо номинальных 30 часов. Ячейки, хранившиеся под напряжением 3,85 В, имели потерю емкости в среднем на 4,7%, что вполне соответствовало допустимому диапазону для данного продукта. Именно такую разницу дает соблюдение рекомендаций по напряжению хранения для реального бизнеса.
Что делать, если у вас уже есть аккумулятор LiPo 3,7 В, 500 мАч, который хранился неправильно? Не паникуйте — если прошло всего несколько месяцев, обычно вы можете восстановить его. Сначала медленно зарядите его низким током (0,1C или 50 мА для аккумулятора емкостью 500 мАч) до полного напряжения 4,2 В, затем разрядите его до 3,8 В и повторите цикл пару раз. Это может помочь откалибровать уровень SEI и восстановить некоторую пропускную способность. Если элемент пролежал год или больше при плохом напряжении, он может вообще не держать заряд, но именно поэтому так важно заранее обеспечить хранилище.
Тем, кто заказывает нестандартные элементы LiPo, стоит отметить, что некоторые производители снижают конечное напряжение хранения, чтобы ускорить производство. Они могут отправлять аккумуляторы полностью заряженными, чтобы избежать необходимости заряжать их во время сборки, что сокращает срок хранения. Вот почему выбор поставщика, который отдает приоритет калибровке напряжения хранения, имеет решающее значение. Наши литий-полимерные аккумуляторы 601944 емкостью 500 мАч (популярный форм-фактор для умных часов и небольших носимых устройств) перед упаковкой проходят три отдельные проверки напряжения, чтобы убедиться, что напряжение каждого отдельного блока соответствует диапазону 3,8–3,9 В. Мы даже проверяем случайную выборку каждой партии после 12 месяцев хранения, чтобы подтвердить сохранение емкости, поэтому нашим клиентам не придется беспокоиться о получении неисправных элементов.
Я также хочу ответить на вопрос, который мне задают любители и студенты, которые создают проекты с использованием небольших LiPo-элементов. Если вы используете аккумулятор 3,7 В, 500 мАч для дрона или портативного Bluetooth-динамика, вы, вероятно, будете регулярно заряжать и разряжать его, но если вы тестируете прототип и вам нужно хранить его в течение нескольких недель между сеансами, убедитесь, что вы повысили его до 3,8 В, прежде чем убирать. Например, никогда не оставляйте аккумулятор дрона полностью заряженным на ночь — мы видели, как слишком много любителей взрывали аккумуляторы, делая это, и этого вполне можно избежать с помощью зарядного устройства LiPo за 20 долларов, которое имеет режим хранения.
В конце концов, цель получения правильного напряжения хранения проста: сохранить емкость вашей LiPo-батареи до тех пор, пока она вам понадобится. Для элемента 3,7 В, 500 мАч этот диапазон 3,8–3,9 В — это не просто произвольное число — это золотая середина, где вы сохраняете работоспособность слоя SEI, избегаете захвата ионов лития и гарантируете, что ваша батарея будет работать должным образом в течение многих лет. Независимо от того, заказываете ли вы один прототип ячейки или оптовую партию коммерческого продукта, следование этому руководству сэкономит вам деньги, сократит отходы и предотвратит головную боль в будущем.
Если вы готовы разместить заказ на нашу литий-ионно-полимерную батарею 3,7 В, 500 мАч или у вас есть вопросы о хранении, форм-факторах или индивидуальных решениях для LiPo-элементов, мы здесь, чтобы помочь. Наша команда инженеров имеет многолетний опыт работы с дизайнерами и инженерами, чтобы найти подходящую батарею для каждого проекта, поэтому не стесняйтесь обращаться к нам.
Ссылки:
- Международная электротехническая комиссия. (2020). МЭК 60086-4: Первичные и вторичные батареи. Часть 4: Литиевые батареи.
- Ли, Дж. и др. (2019). «Хранение литий-ионных полимерных аккумуляторов: влияние напряжения и температуры на сохранение емкости». Журнал источников энергии, том. 421, стр. 124-132.
- Самсунг СДИ. (2021). Рекомендации по применению и хранению LiPo-батарей для бытовой электроники.
- Батарейный университет. (2022). «Понимание напряжения хранения литиевых батарей». Доступно на сайте Batteryuniversity.com (по состоянию на март 2024 г.).
