Akumulatory Litowo-Jonowe słyną z wysokiej gęstości ładunku, oraz z wysokiej ceny. Oferują nam lekkie przenośne źródło zasilania urządzeń mobilnych oraz długą pracę i żywotność w porównaniu z innymi akumulatorami dostępnymi na rynku.
W tym artykule postaram się powiedzieć parę słów na temat akumulatorów Li-Ion a w szczególności opowiem o najpopularniejszym typie – 18650. Postaram się podzielić ten artykuł na 2 części – wstęp do baterii oraz informacje dla bardziej wtajemniczonych.
Skąd wzięła się nazwa 18650 ?
Jest to tak na prawdę model baterii lub jak kto woli unikalny symbol, z którego możemy odczytać średnice – 18mm oraz wysokość – 65mm, zero w tym wypadku informuje nas, że mamy do czynienia z akumulatorem cylindrycznym.
Dlaczego ten model jest tak popularny ?
Jest to główny model używany w bateriach laptopowych, samochodach elektrycznych, rowerach można się spotkać również z tymi akumulatorami w sztucznych sercach i aparaturze podtrzymującej życie. Zaufanie do tego modelu jest tak duże, że względu na jego… kształt. Producenci całego świata są zgodni że 18mm średnicy to idealny wymiar akumulatora z bardzo praktycznych przyczyn. Możemy je bardzo gęsto upakować na małej powierzchni zostawiając bardzo małe przerwy pomiędzy kolejnymi ogniwami. Struktura plastra miodu daje możliwości najgęstszego upakowania.
Czy jedno duże ogniwo nie byłoby lepsze ?
Niestety nie. Każda z baterii ma swoje limity jednym i kluczowym w tym wypadku limitem jest napięcie. Baterie Li-Ion generują napięcia nominalne zaczynające się od 3.2-3.85V / ogniwo. Są to najbardziej standardowe i najczęściej używane rodzaje akumulatorów (Ich strukturą chemiczną chciałbym zająć się w następnej części artykułu). W celu dostarczenia tej samej mocy przy niższych stratach, konieczne jest zwiększenie napięcia i zmniejszenie prądu. Z powodu ograniczenia napięciowego dla pojedynczego ogniwa musieliśmy wyjść na przeciw i łączyć je szeregowo aby uzyskać wyższe napięcia, redukując prąd (Zapraszam również do wpisu podstawy Fizyki baterii). Odpowiedz zatem brzmi – nie.
Dodatkowe aspekty korzystania z wielu ogniw.
Chłodzenie ! Tak te akumulatory potrafią się podgrzać przy dużych prądach rozładowania ale to nie jest jedyny powód dla którego duża ilość ogniw jest korzystna. Ogniwa na bazie litu mają ograniczoną tolerancję na temperatury. Zapewne wielu z was zauważyło jak telefony rozładowują się w oczach zimą na mrozie. Co zrobić aby temu zapobiegać ? TESLA jako producent samochodów elektrycznych zastosowała panele chłodzące w swoich akumulatorach. Można to przedstawić jako termofor który włożyła pomiędzy poszczególne ogniwa. Możliwość regulacji temperatury dała bateriom optymalne 20’C zarówno zimą jak i latem.
Tutaj widzimy jedno ze zdjęć w patentach producenta pojazdów elektrycznych. Dokładne przyleganie ogniw w strukturze heksagonalnej do przewodów chłodzących można zobaczyć na zdjęciu poniżej :
Kolejnym z aspektów dotyczących rozmiaru 18650 jest jego powszechność. Małe “klocki lego”, dają możliwość budowania rzeczy dużych, takich jak pakiety Tesli po 444 ogniwa na pakiet, oraz 16 pakietów na samochód w wersji P100D co daje łączną ilość 7104 ogniw 18650 w samochodzie elektrycznym. Z tych samych ogniw używając 3 sztuk możemy stworzyć pakiet 11.1V do wkrętarki lub używając 4 ogniw, pakiet 14,8V do laptopa. Daje to olbrzymią różnorodność i możliwości, wykorzystania jednego produktu w wielu miejscach.
Dopracowanie tej technologii poprzez zabezpieczenia, montowane przez producentów w akumulatorach np. niezmiernie rozbudowane CID(ang Current Interrupt Device) oraz PTC (Pressure, Temperature, Current) Switch czy nawet sposoby umieszczania tych ogniw w specjalnie zaprojektowanych koszykach wykonanych z ABSu, sprawiło, że producenci chętniej sięgają po ogniwa cylindryczne niż po pryzmatyczne odpowiedniki (tzw. Pouch cells)
Magazynowanie i przenoszenie ogniw również jest łatwiejsze, ze względu na ich twardą w porównaniu do ogniw workowych obudową. Niesie to za sobą niestety ich większą masę co przekłada się na fakt, iż rzadziej używane są w modelarstwie w konstrukcjach latających.
Są to podstawowe informacje na temat ogniw 18650. Zapraszam do innych artykułów na temat :
Struktury chemicznej akumulatorów Li-Ion 18650