Lithium Iontové baterie – letem světem katalogem

Lithium iontové baterie jsou na trhu k dostání v mnoha různých variantách a provedeních. Dnes se podíváme na jeden konkrétní typ válcové Li-Ion baterie, který se hodí například pro použití s výpočetní technikou. Rozebereme si nejdůležitější parametry bateriového článku, které nás zajímají pro návrh baterie pro určitou aplikaci.

Co je to datasheet?

Datasheet neboli datový list je dokument, který výrobce dané věci dodává prodejci nebo zákazníkovi pro potřeby dimenzování a konstrukčního návrhu zařízení pro danou aplikaci, kde je daná věc použita. U baterií jsou často součástí datového listu i charakteristiky v grafickém podání. Ty nám pomohou lépe porozumět tomu, jak se daná baterie chová za různých podmínek. Například při měnící se okolní teplotě a podobně.

INR18650F1L

Zkoumat dnes budeme tento datový list od akumulátoru INR18650F1L, který vyrábí firma LG. Vybrán byl tento konkrétní akumulátor z důvodu toho, že nabízí vysokou energetickou hustotu při relativně výhodné ceně. Čerpáno bylo z obchodu TME.EU.

Na první pohled

Hned v hlavičce je vidět, že datasheet byl publikován v poslední verzi 30. června 2016. Na další stránce se pak nachází provedené změny a jejich odpovídající revize datového listu. Následuje obsah dokumentu, ten napomáhá ke snadné orientaci čtenáře v dokumentu. Nás ale nejvíce zajímá další část, a to jsou obecné specifikace.

General specifications INR18650F1L

Tabulka s nominálními údaji

V této sekci nalezneme tabulku, která shrnuje nejdůležitější vlastnosti daného bateriového článku. Nejprve je zmíněna kapacita, a to ve dvou variantách, ta první popisuje typickou kapacitu, kterou lze očekávat, a pod ní je údaj o minimální kapacitě. Očekáváme, že baterie bude mít typicky 3 350 mAh a minimálně 3 250 mAh.

Následuje údaj o průměrném vybíjecím napětí baterie, které činí 3,63 V. Toto napětí je úzce spjato s chemickým složením a nalezneme baterie, které mají pouze třeba 3,2 V (Lithium železo fosfát) nebo až 3,82 V. Baterie s takto vysokým napětím se často pyšní i vyšším nabíjecím napětím, které může dosahovat až hodnot okolo 4,4 V.

Následně se dozvíme o standardním nabíjení. Výrobce doporučuje proud 0,3 C, maximální napětí 4,2 V a nabíjení ukončit v momentě kdy nabíjecí proud poklesne na hodnotu 50 mA. Rychlé nabíjení je dovoleno maximálním proudem odpovídající polovině kapacity (0,5 C) 1 625 mA. Další řádek nás informuje o standardním vybíjecím proudu, který je 0,2 C (650 mA) a odpojovacím napětí, při kterém je nutno ukončit vybíjení, aby nedošlo k poškození akumulátoru. To pro většinu typů (mimo LTO) Li-Ion činí 2,5 V na článek.

V další části tabulky jsou uvedeny hodnoty vybíjecího dovoleného proudu pro různé teploty. Zde je vidět, že baterii nesvědčí vybíjení velkým proudem za nízkých teplot. Je vidno, že díky maximálnímu dovolenému proudu 1,5 C (4,8 A => 17,6 W na článek) se tento článek nehodí pro použití s akumulátorovým nářadím. Tam by se hodila například baterie Sony VTC5A, která dokáže dodat proud 30 A (cca 100 W) na článek.

Další položka je maximální váha článku, ta by neměla překročit 49 gramů. Následuje provozní teplota. Pro vybíjení se bavíme o rozsahu -20 až +50 stupňů Celsia, pro nabíjení je rozsah menší 0 až 45 stupňů Celsia. Jako poslední položka jsou skladovací teploty. Čím je doba skladování delší, tím je rozsah teplot menší.

Vzhled a rozměry

V další části datového listu následuje popis fyzikálních rozměrů, jejich tolerance a vzhledu. Následně jsou rozebírány podrobnosti ke standardním metodám nabíjení a vybíjení. Například při jaké teplotě má testování probíhat.

INR18650F1L Electrical + Environmental characteristics

Elektrické vlastnosti

V následující tabulce se dozvíme, jaká je impedance článku a za jakých podmínek se měří. V tomto případě naměříme menší nebo rovnou hodnotu 70 mW při frekvenci 1 kHz při plném nabití.

Z této sekce je ale nejzajímavější údaj životnost. V tomto případě je udávána cyklická životnost. Zde pro tento konkrétní model vychází to, že po 300 provedených nabíjecích/vybíjecích cyklech by měl článek mít 75 % původní kapacity nebo více.

Vliv prostředí

Rozlišujeme ještě kalendářní (časovou) životnost. Vidíme, že po měsíci skladování plně nabité baterie při teplotě 24 stupňů Celsia bychom měli naměřit více jak 90 % původní kapacity.

Pokud baterii budeme skladovat ve zvýšené teplotě 60 stupňů Celsia po dobu jednoho týdne, měli bychom naměřit ještě 80 % původní minimální kapacity. Ta samá hranice platí pro test se stejnou teplotou a vysokou vzdušnou vlhkostí 95 % RH.

Závěr

Typický datový list obsahuje mnoho dalších položek, testů a informací, na konci nechybí zřeknutí se odpovědnosti a vymezení poskytovaných záruk. Ale hlavně popisuje normy, postupy a kritéria, které musí baterie splnit, aby se mohla používat a prodávat.