CC BY
49
Недоступ Леотд Абрамович, доктор техтчних наук, профе-сор, кафедра теоретичноt радютехтки та рад1ови^1рювань, Нащональний утверситет «Львiвська полтехтка», Украта, e-mail: [email protected].
Шселичник Мирослав Дмитрович, кандидат техтчних наук, професор кафедри теоретичноt радютехтки та радiовимiрювань, Нащональний утверситет «Львiвська полтехтка», Украта, e-mail: [email protected].
Заярнюк Павло Михайлович, астрант, кафедра теоретичноt радютехтки та радiовимiрювань, Нащональний утверситет «Львв-ська полтехтка», Украта, e-mail: [email protected].
Бобало Юрий Ярославович, доктор технических наук, профессор, кафедра теоретической радиотехники и радиоизмерений, Национальный университет «Львовская политехника», Украина. Бондарев Андрей Петрович, доктор технических наук, профессор, кафедра теоретической радиотехники и радиоизмерений, Национальный университет «Львовская политехника», Украина. Недоступ Леонид Аврамович, доктор технических наук, профессор, кафедра теоретической радиотехники и радиоизмерений, Национальный университет «Львовская политехника», Украина.
Киселичник Мирослав Дмитриевич, кандидат технических наук, профессор кафедры теоретической радиотехники и радиоизмерений, Национальный университет «Львовская политехника», Украина.
Заярнюк Павел Михайлович, аспирант, кафедра теоретической радиотехники и радиоизмерений, Национальный университет «Львовская политехника», Украина.
Bobalo Yuriy, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected].
Bondarev Andriy, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected].
Nedostup Leonid, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected].
Kiselychnyk Myroslav, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected]. Zayarnyuk Pavlo, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 621.317.7 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.42517
ПРИНЦИПИ РОБОТИ ТА ОСОБЛИВОСТ1 ВИКОРИСТАННЯ ЛГГШ-ПОЛ1МЕРНИХ АКУМУЛЯТОР1В
В статтг розглянутг основт принципы побудови портативних джерел живлення, зокрема акумуляторгв на основг лтю. Приведет шюстрацп хгмгчних процесгв, що проходять в них. Також описанг конструктивы особливостг ргзних вид\в акумуляторгв на основг лтю, а саме л1тш-1он-них та лгтгй-полгмерних акумуляторгв, особливой! гх використання та режими заряджання.
Клпчов1 слова: хгмгчне джерело струму, лгтгй-полгмерний акумулятор, ефект пам'ятг, система балансування.
Щербань А. П., Ларж В. Ю.
1. Вступ
Акумулятори е електрохiмiчними системами, в яких реалiзуються функцп накопичувачiв електрично! енергп. Акумулятори, як джерело електрично! енергп застосо-вують в пристроях, апаратах або системах, дiя яких заснована на автономному принцит функщонування, тобто незалежно вщ наявност у безпосередньо! близь-кост електрично! мереж!
В акумуляторах тд час зарядки електрична енерпя перетворюеться в хiмiчну i система знаходиться в рiв-новазi доти, доки мiж електродами протжае навггь дуже малий струм. При тдключенш контакпв акумулятора до споживача електрично! енергп (елементу з кшцевим електричним опором) вщбуваеться зворотний процес: хiмiчна енерпя перетворюеться в електричну — при цьому частина !! перетворюеться в тепло [1, 2].
Мiрою заряду, який акумулятор може накопичити в процеа зарядки, е емшсть (це поняття слщ вiдрiзняти вiд електрично! емностi конденсаторiв), яка вимiрюеться в ампер-годинах. Корисний заряд, що вщдае акумулятор, зале-жить вiд струму розрядки i початкового ступеня заряду На сьогоднiшнiй день поширенi акумулятори п'яти рiзних електрохiмiчних схем: — нiкель-кадмiевi (Ni-Cd);
— нiкель-металгiдриднi (Ni-MH);
— свинцево-кислотш (Sealed Lead Acid, SLA);
— лтй-юнш (Li-Ion);
— лiтш-полiмернi (Li-Polymer).
Визначальним фактором для Bcix перерахованих
елементiв живлення е не тшьки портативнiсть (тобто невеликий об'ем i вага), але i висока надшшсть, а також велика тривалшть роботи.
Актуальнiсть цiеi теми обумовлена особливостями нашого часу, а саме використанням портативних при-строiв у рiзних сферах життя, починаючи вiд мобшь-них телефонiв та планшепв i закiнчуючи безпiлотними повггряними суднами. У будь-якому з цих пристроiв необхiдне портативне джерело живлення (акумулятор). А вщ вибору типу акумулятора будуть залежати особ-ливост використання таких приладiв.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
За даною темою iснуе багато публжацш в шозем-них виданнях. Але бiльшiсть i3 них придшяе особливу увагу хiмiчним тонкощам побудови лтевих акумуля-торiв, натомiсть оминаючи конструктивнi особливостi. Наприклад, в статт [3] пропонуеться використовувати
лiтiй-йодид як основу батарей додаючи до нього поль мерний електролiт. А в робот [4] автори пропонують використовувати обпалення кристалiчноi структури полiмеру для покращення внутрiшньоi i зовнiшньоi мiкроструктури полiмеру, що в свою чергу буде сти-мулювати покращення електропровщносп i стабiльностi заряду/розряду акумулятора.
Дослщження, якi описанi в статп [5], включае деталь-ну шформащю про передовi розробки в област твердих полiмерних електролiтiв i гель полiмерних електролiтiв, що використовуються в лтевих акумуляторах, включае в себе поглиблений аналiз характеристик батареi на основi цих полiмерних електролiтiв.
Загальний аналiз джерел живлення в залежност вiд використовуваного електролiту приведений в статт [6]. Автор цiеi роботи намагаеться узагальнити знання про деяк окремi мембрани в лiтiй-iонних батареях. Розгля-даеться це на принцит типових батарей з викорис-танням керамiчного скла, полiмерних твердих юнних провiдникiв i полiмерного гелю в якост електролiту. Але i в цш роботi недостатньо придiлена увага саме конструктивним особливостям та принципам викори-стання батарей на основi лтю.
3. 06'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ект до^дження — акумуляторш батареi на основi лтю.
Мета дослгдження — систематизу-вати знання про конструктивш тон-кошд побудови лiтiевих акумуляторiв, принципи IX використання, особливосп медный
заряду/розряду та переваги й недоль отрицательный ки певних р1зновид1в акумулятор1в на токосъемник
основi лiтiю.
Для досягнення поставленоi мети необхiдно виконати так задачг.
1. Дослiдити i класифiкувати рiзнi види лiтiевих акумуляторiв в залежност вiд допомiжних речовин та принцитв побудови.
2. Проаналiзувати переваги та не-долiки кожного з представлених видiв лiтiевих акумуляторiв.
3. Описати принципи заряду лтевих акумуляторiв та особливосп '¿х роз-ряджання.
4. Зробити вибiр найбiльш перспективного виду акумуляторiв на основi лiтiю та обгрунтувати його.
живлення. Чим актившшими е окислювач i вiдновник, тим ефектившша робота 6aTapeï.
Лiтiй використовують в якостi анода, bîh володiе найбiльшим електродним потенцiалом (-3 V). Як вь домо, лiтiй — найактившший з металiв. Вiн володiе величезним ресурсом зберiгання енергiï. 1 kg здатний збертти 3860 3860 A/h. Наприклад, для цинку цей показник складае 820 3860 A/h. Елементи на основi лтю можуть виробляти напругу до 3,7 V. А лаборатор-ш зразки здатш виробляти навггь бiльшу напругу — близько 4,5 V.
Лтй — найлегший метал, тому його використання зменшуе вагу акумулятора. Катод в лтевих акумуляторах роблять iз сильних окислювачiв. Коли в хо-дi реакцiï вiд атомiв лтю ввд'еднуються електрони, утворюються позитивнi юни (Li- > Li+ + е-). Вони про-ходять через електроли i осiдають на позитивному електрод! Коли весь лiтiй у виглядi iонiв осiв на катода акумулятор розряджений. При заряджаннi процес йде у зворотному напрямку — електрони рухаються ввд катода до анода, юни лтю освдають на анодi, де насичуються електронами i стають нейтральними атомами (рис. 1).
Рис. 1. Схема рабати лтЕвага акумулятора на приклада лтй-шннага акумулятора [7]
4. Результаты дослщження лтЕвих акумулятор1в
4.1. Акумуляторш батаре'1 з використанням лтм.
Лiтieвi акумулятори працюють за рахунок окислю-вально-вiдновноï реакцiï. У батареях анод складаеться з окислювальноï речовини — ввдновника, катод — з ре-човини-окислювача, мiж ними знаходиться електроли — рiдина. Окислювач забирае у атомiв вiдновника електрони. 1они, що утворилися, проходять через електроли i приеднуються до окислювача, електрони ж по зов-нiшньому ланцюзi подаються на пристрiй, що вимагае
У сучасних лтевих акумуляторах чистий лтй не застосовуеться. На цей час поширеш 3 типи лтевих акумуляторiв:
— Лтй-юнш (Li-Ion). Номшальна напруга (ином) =
= -3,6 V.
— Лiтш-полiмерш (Li-Pol, Li-Polymer або «лшо»).
ином = -3,7 V.
— Лiтiй-залiзо фосфатнi (Li-Fe або LFP). ином = -3,3 V.
Вс цi типи лтевих акумуляторiв розрiзняють за
матерiалом катода або типом електролггу. В Li-Ion вико-ристовуеться катод з кобальтата лтю LiCoO2, в Li-Po застосовуеться електроли з гелеподiбного полiмерy а в Li-Fe використовуеться катод з лтй-феро-фос-фату LiFePO4.
J
4.2. Li-Ion-акумулятори. TaKi акумулятори були розро-бленi ще в 1940 рощ, але промисловий випуск почався лише в 1991 р. 1х вважають одними з нaйперспективнiших джерел автономного живлення, але при цьому вони доа залишаються одними з найдорожчих (рис. 2). Вони мають високу енергетичну щшьшсть, порядку 100 Wt * h/kg, i забезпечують приблизно 300-500 ци^в заряд/розряд.
Рис. 2. Схема конструкци Ü-Ion-акумулятара
Акумулятори мають дуже низь-ку швидкiсть саморозряду (приблизно 3-5 % в перший мкяць, попм зменшення до 1-3 % в мкяць, додатково близько 3 % споживае схема управлшня). Крiм того, при однакових габаритах, лiтiевi джерела живлення працюють втричi довше, у по-рiвняннi з Ni-Cd-акумуляторами, i у них абсолютно вщсутнш ефект пaм'ятi. Що стосуеться недолЫв — насамперед, це висока щна. Taкi батаре! необхщно зберь гати в зарядженому стaнi, i у них е ефект старшня, нaвiть якщо акумулятор не ви-користовуеться. Цей ефект проявляеться в тому, що через рш тсля виготовлення знижуеться його емнiсть, а через два роки вш iнодi виходить з ладу [8-10].
4.3. Li-Polymer-акумулятори. Це одна з остaннiх розробок в лiтiевiй технологи. Потенцшно тaкi акумулятори дешевш^ нiж Li-Ion-акумулятори, але на сьогодш все ж залишаються найдорожчими джерелами живлення. Виробляють цей тип aкумуляторiв лише кiлькa вiдомих виробникiв. По конструкцп вони подiбнi до сво1х попередникiв, але використовують гелiевий електролгг, тому можуть мати нетрaдицiйну форму Щ джерела мають ще бшьш високу енергетичну щiльнiсть (до 160 Wt * h/kg) i малий струм розряду, причому нишшш зразки здатш витримати дуже велику кшьюсть циклiв заряд/розряд — близько 1000. Ще одшею перевагою цих aкумуляторiв е те що вони досить компактш i легкi.
Полiмерно-лiтiевi акумулятори складаються з сек-цiй або стеюв. Кожна з секцiй мютить три електрода i сепаратор з полiмером, який дiе як електроли i як зв'язуюча речовина. Негативний електрод розташований мiж двома позитивними i за допомогою термального впливу в« компоненти об'еднують у стек. Товщина однiеi секцii близько 0,6 мм. Залежно ввд кiлькостi стеюв можна отримати акумулятор тiеi чи iншоi ем-ностi (рис. 3). Зовш джерело живлення загортають в полiмерно-алюмiнiеву плiвку (рис. 4). Принципово iонно-лiтiевi i полiмерно-лiтiевi акумулятори не розр!з-няються, але останнi мають одну важливу перевагу. Але осюльки iх робочою речовиною е гель, що складаеться з сумiшi полiмеру i електролiтy то витiк рщини стае просто неможливим.
Можливiсть замiни рiдкого оргашчного електролiту на полiмерний (при зниженш ймовiрностi його витокiв) i збшьшення безпеки роботи лiтiй-iонного акумулятора вивчалися з самого початку комерцiалiзацii цих джерел струму.
В основi iдеi лiтiй-полiмерного акумулятора (Li-Pol або Li-Polymer) лежить вщкрите явище переходу дея-ких полiмерiв в напiвпровiдниковий стан в результат! впровадження в них юшв електролиу.
Лiтiй-полiмернi акумуляторнi батаре'! — це одна з най-бшьш досконалих конструкцш акумуляторних джерел живлення.
Провщшсть полiмерiв при цьому зростае бшьш шж на порядок. До тепершнього часу розробленi i серiйно виготовляються лiтiевi джерела струму з електролиами, як! можуть бути подiленi на три групи:
— сух! полiмернi електролии (найчастiше на базi полiетиленоксидy в який вводяться р!зш сол! Li);
Рис. 3. Схема внутршньт структури Li-P□l-акумулят□ра
Рис. 4. Зовшшшй вигляд рiзних Li-Pol акумулят□рiв
— гель-полiмернi гомогеннi електролiти, якi утво-рюються при впровадженнi в полiмер (або сумш полiмерiв) солей Li з пластифжатором-розчинником;
— неводнi розчини солей Li, сорбоваш в мжропо-ристш полiмернiй матрицi.
У порiвняннi з рвдкими електролiтами в лiтiй-iонних акумуляторах, полiмернi електролiти мають меншу юнну провiднiсть, яка до того ж додатково знижуеться при температурi нижче нуля. Тому проблема розробок Li-Pol акумуляторiв складаеться не тшьки в пошуку iммобi-лiзованого електролiту з досить високою провiднiстю, сумiсного з електродними матерiалами, а й у розширен-нi температурного дiапазону Li-Pol акумуляторiв. Уже в першому поколшш лiтiй-полiмерних акумуляторiв пiдбором спiвполiмерiв вдалося домогтися високо' мщ-ностi електродiв, а iонну провiднiсть електролiту батарей збшьшити практично втричi. Якщо на самому початку своеi iсторii дана група акумуляторiв використовувалася лише для живлення портативних пристро'в, то в наш час вона перетворилася на одш з найбшьш потужних джерел струму, яю застосовують для забезпечення роботи сучасних електричних транспортних засобiв. Наприкiнцi XX ст. канадським вченим вдалося створити емшсну лiтiй-полiмерну батарею для електромобшя.
Сучаснi лiтiй-полiмернi акумулятори забезпечують не гiршi питомi характеристики, шж у лiтiй-iонних акумуляторiв. Завдяки вщсутносп рiдкого електролiту вони бшьш безпечнi у використаннi. Li-Pol акумулятори компактш i можуть бути виконаш в будь-якiй конфiгурацii. 1х контейнер може бути виконаний з ме-талiзованого полiмеру [8-10].
Сучасш Li-Pol акумуляторнi батаре' володiють хорошими питомими характеристиками. Кшьюсть 'х робо-чих циклiв заряду/розряду — 500 i бiльше. Вiдсутнiсть рвдкого електролiту робить цi акумуляторнi джерела струму бшьш безпечними в експлуатацп, шж лiтiй-iоннi акумулятори попереднiх поколшь.
Суттевих обмежень в конструктивному виконан-нi цi акумулятори не мають, i можуть виготовлятися в будь-якш конфiгурацii. Як правило, зовнiшня кор-пусна частина лiтiй-полiмерних батарей виконуеться з металiзованого полiмеру
Однак, робочi щiльностi струму i електричнi характеристики Li-Pol акумуляторiв незначнi та помино погiршуються при зниженнi температури через криста-лiзацiю полiмерy Вс розробники вiдзначають, що на яюсть Li-Pol акумуляторiв i стабiльнiсть 'х роботи сильно впливае однорiднiсть полiмеру, на яку впли-вають як сшввщношення компонентiв електролiту, так i температура полiмеризацii.
4.4. Ефект пам'ятт Серед особливих переваг роз-глянутих акумуляторiв варто вiдзначити вiдсутнiсть в них ефекту пам'ят!
Ефект пам'ят — це оборотний ефект втрати емност акумулятора, який притаманний NiCd (Нiкель-кадмiе-вим) i Ni-Mh (Шкель-металпдридним) акумуляторам. Тобто джерело живлення вщдае тiльки заряд, отрима-ний в ходi останньо' пiдзарядки. Такий ефект розви-ваеться при багаторазовому зарядi недорозряджених батарей на основi шкелю i найсильнiше проявляеться в нiкель-кадмiевих акумуляторах. Робоча речовина нового акумулятора мае однорвдну структуру з мжрочас-тинок i найбiльшу площу активно' поверхнi. Протягом експлуатацп робоча речовина поступово змшюе свою
структуру в бж зменшення площi активно' поверхш i збiльшення часток робочо' речовини (рис. 5).
А0% 10% 20%
Рис. 5. Вщабраження ефекту пам'яп акумулятар1в [11]
В момент, з якого починаеться зарядка акумулятора, в сепaрaторi акумулятора утворюеться хiмiчна сполука, яка заважае подальшому, глибокому розрядженню. Ниш ця проблема устшно виршуеться шляхом оснащення зарядного пристрою функщею Refresh, дiя яко' зводиться до попереднього розряду батаре' до деяко' мiнiмaльно допустимо' величини емностi i подальшо' зарядки. Таким чином, при використанш цiеi функц!' акумулятор всякий раз заряджаеться практично «з нуля».
Усувають цей ефект повною глибокою розрядкою i зарядкою батаре' кшька рaзiв. Така процедура при-зводить практично до вщновлення емностi акумулятора, або наближенню до не'.
4.5. Особливосп заряду/розряду Li-Pol акумулятор1в. Лiтiй-полiмернi акумулятори вимагають особливого режиму заряду: на вщмшу вiд свинцево-кислотних батарей, при зaрядi яких допускаеться досить гнучкий дiaпaзон напруги кшця пiдзaрядки, до величини напруги при зaрядi зазначених aкумуляторiв пред'являються значно жорсткiшi вимоги (рис. 6).
Рис. 6. Заряджання Li-Pol акумулятар1в [8]
Шд час ''х заряджання використовуеться метод CC-CV. Тобто, спочатку батарея заряджаеться деяким фжсова-ним струмом (constant current — CC), при цьому напруга на стеках батаре' зростае. По досягненш напругою 4,2 V на кожнш банщ батарея вже заряджена приблизно на 95 %. Дaлi зарядний пристрш переходить до друго' фа-зи алгоритму заряду CV (constant voltage — постшна напруга). При цьому струм поступово знижуеться так, щоб напруга на кожному стещ не перевищила 4,2 V.
Ця величина визначаеться х!м!чним складом Li-Pol батаре'. Перевищення ii допустимо не бшьше, шж до 4,25 V, а досягнення значення 4,3 V i вище загрожуе вибуховим самозайманням.
Фазою заряду CV в польових умовах можна знехту-вати: вона додае тшьки останш 5 % емностi, але займае вщ третини до половини загального часу заряду при зарядi струмом 1 C. Тому можна припиняти заряд по досягненш батареею максимального значення напруги, заощаджуючи час [12, 13].
При розряд! в процес експлуатацп неприпустимо зниження напруги на кожному з стеюв нижче 3 V. До-статньо один раз розрядити LiPo батарею до 2,5 V на стек, i вона вийде з ладу. Шсля такого розряду батарея може «роздутися», вона втрачае бшьше половини емност i перестае вiддавати номiнальний струм розряду. Протягом деякого часу батарея втрачае емшсть практично повшстю.
Звщси виникае проблема експлуатацп Li-Pol-аку-мулятор!в, яка полягае в тому, що при заряджаннi не-обхщно контролювати напругу на кожному з стеюв, щоб не вивести акумулятор з ладу, а при подальшому розряджанш вс стеки розряджалися однаково, але не нижче допустимого мшмуму. Звичайний зарядний при-стрш може контролювати напругу на батареi в цшому, але при великому д!апазош напруг на стеках цшком можливий вар!ант, коли напруга на одному з них ще 4,05 V, а на другому вже 4,3 V. Контрольний модуль зарядного пристрою вим!рюе тшьки сумарну напругу 8,35 V i продовжуе заряджати батарею до 8,4 V (4,2 * 2). При цьому напруга на другому стеку перевищуе 4,3 V, що з великою ймов!ршстю призведе до займання. При розряд! незбалансованоi батареi ця ж проблема здатна привести до перерозряду окремо взятого стека, незва-жаючи на те, що сумарна напруга ще вище, шж 3 V помножене на юльюсть стеюв.
Для виршення ц!е1 проблеми використовуеться спе-щальний пристрш, який називаеться балансир. Шд час заряду вш стежить за напругою на кожному !з стеюв i вир!внюе значення 'х напруг м!ж собою. При цьому зарядний пристрш припинить процес заряду вчасно, не виводячи акумулятор з ладу. При розрядженш зба-лансовано' батаре' на споживач! ва стеки також роз-ряджаються бшьш-менш р!вном!рно, i при зниженш сумарно' напруги до 3 В на стек повинно спрацювати вщачення регулятора, що запобнатиме виходу батаре' з ладу. Багато сучасних зарядних пристро'в вже мають вбудований балансир, яким обов'язково слщ користу-ватися, тдключаючи окремий балансувальний роз'ем батаре' поряд з силовим i вибираючи вщповщний режим заряду. Для пристро'в, що не мають вбудованого балансиру, слщ застосовувати окремий зовшшнш пристрш.
Струм заряджання Li-Pol-акумулятора не повинен перевищувати емност акумулятора, тобто максимальний струм заряджання дор!внюе 1 С. Наприклад, для заряджання акумулятора емшстю 2200 mA/h струм заряду не повинен перевищувати 2,2 А. У той же час не слщ ставити струм заряду менше, шж 0,5 С.
Примусово розряджати або циклювати лтевий акумулятор немае шякого сенсу, так як щ батаре' не мають ефекту пам'ят i повинш збернатися в зарядженому стан! (найбшьш оптимальний режим збер^ання — 60 % заряду). Струм розряду акумулятора може бути будь-яким, але не бшьше його номшалу, зазначеного
на етикетщ також в одиницях величини емносп С. Наприклад, 20 С на акумуляторi 1000 тЛ/Ь означае, що максимальний безперервний струм розряду дорiвнюе 20 * 1000 = 20000 тА = 20 А. Слвд зауважити, що якщо не використовувати акумулятор на межi його можливостей, то вш функцiонуватиме протягом набагато 6шьшо' кiль-костi циклiв. Скажiмо, для одного з Li-Pol-акумуляторiв з номшальним струмом 30 С наводяться таю типовi данi: при зарядi i розрядi струмами в 1 С виробник гарантуе 500 циклiв без ютотно' втрати емностi. При зарядi струмом 1 С, але розрядi максимальним допу-стимим струмом в 30 С юльюсть циклiв складе всього 50 (впаде в 10 разiв). Це дае хороший приклад того, чому бажано мати запас по струму батаре' при пiдборi силово' установки.
Акумулятори працездатш при температурi вiд мi-нус 20 до +60 °С. При температурi вище за 0 °С емшсть батарей при струмi розряду 0,5 С практично не падае, але при мшусових температурах помiчаеться значне п зниження.
5. Обговорення результат1в дослщження л1т1свих акумулятор1в
В цьому дослщженш була проведена робота по уза-гальненню та аналiзу iснуючих даних про акумулятори на основi лтю. Було встановлено, що найбiльш перспек-тивним типом останнiх е лiтiй-полiмернi акумулятори. Хоча вони мають досить високу варпсть, але мають ряд переваг, зокрема безпека використання, простота виготовлення потрiбноi конфiгурацii та ввдсутшсть ефекту старiння.
Серед недолiкiв ще' роботи можна зазначити не-велике придшення уваги математичним розрахункам параметрiв рiзних типiв акумуляторiв, але проведеного дослщження досить для того, щоб робити судження про перевагу лiтiй-полiмерних акумуляторiв над iншими.
Результати цього дослщження будуть корисними для вибору титв акумуляторiв для тих чи шших приладiв, для виконання порiвняльних аналiзiв та iн. Надалi пла-нуеться використати отриманi результати для розроб-ки математично' моделi системи контролю параметрiв використання енергГ! безпшотного повiтряного судна, живлення систем якого буде здшснюватися саме зав-дяки лiтiй-полiмерному акумулятору.
6. Висновки
В результат проведених дослiджень:
1. Описаш рiзнi види акумуляторiв на основi лi-тiю, проiлюстрованi '¿х конструктивш особливостi та зовнiшнiй вигляд, пояснеш принципи роботи.
2. На основi наведених даних про параметри лте-вих акумуляторiв здiйснений вибiр на користь лтй-полiмерних акумуляторiв.
3. Описаш принципи заряду лiтiй-полiмерних аку-муляторiв та особливостi '¿х експлуатацп.
Таким чином, лiтiй-полiмернi акумулятори посщають провiдне мiсце в портативних джерелах струму. Особли-востi '¿х конструкцп дозволяють попередити протiкання та займання. Використання лтевих акумуляторiв надае можливкть значною мiрою продовжити роботу портативних пристро'в та розширити '¿х можливостi. Але при цьому треба бути дуже уважним до умов експлуатацп
таких aкумуляторiв, а також до процесу 'х заряджання. Необхщно використовувати тшьки спещальш зaряднi пристро'. В цьому полягае один з недолЫв таких джерел живлення. 1ншою 'х вадою можна вважати залежшсть емностi акумулятора вщ температури навколишнього середовища. Але й ця проблема виршуеться використан-ням спещальних iзолюючих мaтерiaлiв, якi тдтримують необхiдний рiвень температури.
Лiтература
1. Опра, Д. П. Органические полимерные катодные материалы для первичных литиевых источников тока: физико-химические исследования [Текст]: автореферат дис. ... кандидата хим. наук: 02.00.04 / Д. П. Опра; Институт химии Дальневосточного отделения РАН. — В., 2004. — 9 с.
2. Багоцкий, В. С. Химические источники тока [Текст] / В. С. Ба-гоцкий, А. М. Скундин. — М.: Энергоиздат, 1981. — 360 с.
3. Zhao, Y. An Aqueous Lithium-Iodine Battery with Solid Polymer Electrolyte-Coated Metallic Lithium Anode [Text] / Y. Zhao, N. B. Mercier, H. R. Byon // ChemPlusChem. — 2014. — Vol. 80, № 2. — P. 344-348. doi:10.1002/cplu.201402038
4. Bin, W. Summary of Lithium-Ion Battery Polymer Electrolytes [Text] / W. Bin, F. Chun // Advanced Materials Research. — 2012. — Vol. 535-537. — P. 2092-2099. doi:10.4028/ www.scientific.net/amr.535-537.2092
5. Zhao, Y. Polymer Electrolytes for Lithium/Sulfur Batteries [Text] / Y. Zhao, Y. Zhang, D. Gosselink, T. N. L. Doan, M. Sadhu, H.-J. Cheang, P. Chen // Membranes. — 2012. — Vol. 2, № 4. — P. 553-564. doi:10.3390/membranes2030553
6. Yang, M. Membranes in Lithium Ion Batteries [Text] / M. Yang, J. Hou // Membranes. — 2012. — Vol. 2, № 4. — P. 367-383. doi:10.3390/membranes2030367
7. Ефимов, О. Н. Новые материалы для литиевых аккумуляторов [Текст] / О. Н. Ефимов, Д. Г. Белов, Г. П. Белов и др. // Машиностроитель. — 1995. — № 3. — С. 24-28.
8. Скундин, А. М. Современное состояние и перспективы развития и исследований литиевых аккумуляторов [Текст] / А. М. Скундин, О. Н. Ефимов, О. В. Ярмоленко // Успехи химии. — 2002. — Т. 71, № 4. — С. 378-398.
9. Хоменко, В. Г. Електрохiмiчнi конденсатори на основi електро-провщних полiмерiв [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.17.03 / В. Г. Хоменко; НТУУ «КП1». — К., 2011. — C. 14.
10. Потупчик, С. Литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы [Электронный ресурс] / С. Потупчик // RCDesign. — Режим доступа: \www/URL: http://www.rcdesign.ru/articles/engines/ lipol. — 10.02.2015.
11. Кедринский, И. А. Химические источники тока с литиевым электродом [Текст] / И. А. Кедринский, В. Е. Дмитриенко, Ю. М. Поваров и др. — Красноярск: Изд. Краснояр. ун-та, 1983. — 247 с.
12. Ярмоленко, О. В. Новые полимерные электролиты, модифицированные краун-эфирами, для литиевых источников тока [Текст]: автореферат дис. ... доктора химических наук: 02.00.05 / О. В. Ярмоленко; Институт физической химии и электрохимии РАН им. А. Н. Фрумкина. — М., 2012. — С. 7-9.
13. Вайлов, А. М. Автоматизация контроля и обслуживания аккумуляторных батарей [Текст] / А. М. Вайлов, Ф. И. Эй-гель. — М.: Связь, 1985. — 156 с.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
В статье рассмотрены основные принципы построения портативных источников питания, в частности аккумуляторов на основе лития. Приведены иллюстрации химических процессов, проходящих в них. Также описаны конструктивные особенности различных видов аккумуляторов на основе лития, а именно литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, тонкости их использования и режимы подзарядки.
Ключевые слова: химический источник тока, литий-полимерный аккумулятор, эффект памяти, система балансировки.
Щербань АнастаЫя Павлiвна, асшрант, кафедра тформацшно-вимiрювальноi техтки, Нащональний техтчний утверситет Украти «Ктвський полтехтчний iнститут», Украта, e-mail: [email protected].
Ларт Вталт Юршович, доктор техтчних наук, професор, кафедра iнформацiйно-вимiрювальноi техтки, Нащональний техтчний утверситет Украти «Ктвський полтехтчний т-ститут», Украта, e-mail: [email protected].
Щербань Анастасия Павловна, аспирант, кафедра информационно-измерительной техники, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина.
Ларин Виталий Юрьевич, доктор технических наук, профессор, кафедра информационно-измерительной техники, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина.
Shcherban Anastasia, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: [email protected]. Larin Vitaliy, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: [email protected]
