1. Пристрій і принцип дії літієвих батарей
2. Пристрій і принцип дії літієвих акумуляторів
3. Літієві акумулятори загального призначення
4. Літієві акумулятори з розширеним діапазоном робочих температур
5. Літій-тіонілхлорідние батареї Saft
6. Літій-діоксідмарганцевие батареї Saft
7. Висновок
8. література
9. Про компанію SAFT

Літієві джерела живлення широко застосовуються в найрізноманітніших додатках, від стільникових телефонів до джерел безперебійного живлення. При цьому існують області, де їх використання обмежене: обладнання для нафтогазової галузі, військова техніка, морська і корабельна електроніка. Саме в цих та їм подібних областях пред'являються наджорсткі вимоги до робочого діапазону температур. Однак це не перешкода для акумуляторів від французької компанії Saft, які можуть працювати при температурах до -60 ° С!

Будь-який житель середньої і північної смуги Росії знає, що на морозі термін служби акумуляторів і батарей зменшується. Здавалося б, тільки що заряджений акумулятор може розрядитися за лічені години. Тому життєва мудрість привчила тримати мобільні телефони, фотоапарати та інші гаджети «ближче до тіла», і діставати їх тільки під час використання.

Не всі в курсі, що крім нижнього температурного порогу використання літієвих елементів живлення, існує також і нижня температурна межа для їх заряду. При цьому допустима температура заряду буде вищою, ніж допустима температура розряду. Для більшості додатків на зразок стільникових телефонів цей факт виявляється некритичним. Як правило, портативні прилади заряджаються будинку в «тепличних» умовах. Однак існують і такі додатки, які вимагають не тільки розрядки при низьких температурах, а й зарядки.

Для військової, космічної, нафтогазової, автомобільної галузей поріг негативних робочих температур використовуваного обладнання сягає -40 ° С і нижче. Це саме можна сказати і до джерел струму. Чи є це критичним обмеженням для літієвих батарей і акумуляторів? Зовсім недавно на це питання можна було відповісти ствердно, але зараз існують продукти, які можуть функціонувати навіть в таких важких умовах. До цієї групи можна віднести і хімічні джерела струму (ХДС) виробництва компанії Saft. Для їх роботи наднизькі температури - не перешкода (рисунок 1).

Saft - іменитий французький виробник елементів живлення. Номенклатура компанії досить різноманітна:

Мал. 1. Акумулятори Saft з надшироким діапазоном робочих температур

• літієві батареї серій LS і LSH на основі системи літій-тіонілхлорид (Li-SOCl2) з напругою 3,6 В і діапазоном робочих температур -60 ... 85 ° C (-40 ... 150 ° C);
• літієві батареї серій LO / G на основі системи літій-діоксид сірки (Li-SO2) з напругою 2,8 В і діапазоном робочих температур -60 ... 70 ° C;
• літієві батареї серій LM і M на основі системи літій-діоксид марганцю (Li-MnO2) з напругою 3,0 В і діапазоном робочих температур -40 ... 70 ° C;
• літій-іонні акумулятори загального призначення серій VL, MP144350, MP174565 Integration і MP176065 Integration з діапазоном температур розряду -50 ... 60 ° C і заряду -20 ... 60 ° C;
• літій-іонні акумулятори серій MP174565 Integration xtd і MP176065 Integration xtd зі збільшеним терміном служби, діапазоном температур розряду -40 ... 85 ° C і розширеним діапазоном заряду -30 ... 85 ° C;
• літій-іонні акумулятори серії MP176065 Integration xс для екстремально низьких температур з робочим діапазоном розряду -50 ... 60 ° C і діапазоном заряду -30 ... 60 ° C.

Нескладно помітити, що однією з особливостей кожної з перерахованих серій є широкий робочий діапазон температур. При цьому є елементи живлення як з надвисокою робочої кордоном до 150 ° C, так і з наднизькою - до -60 ° C. Цей факт дозволяє вибрати з номенклатури Saft елемент живлення практично для будь-якої програми (таблиця 1).

Таблиця 1. Області застосування літієвих елементів живлення Saft

Сфера застосування Літієві елементи первинного харчування Літієві акумулятори LS / LSH LO / G LM / M MP Small VL Військове обладнання + + + + + Лічильники енергії й прилади обліку + - + + + Нафтогазова галузь + - + + + Системи безпеки та сигналізації + - + + - Медичне обладнання - + + + - Професійна електроніка + - + + + Системи навігації та маршрутизації транспортних засобів + + + + - Корабельне і морське обладнання + + + + + Системи автоматичного управління + - + + -

Пристрій і принцип дії літієвих батарей

На сьогоднішній день існує кілька основних типів літієвих гальванічних елементів на основі наступних систем: літій-тіонілхлорид (Li-SOCl2), літій-діоксид сірки (Li-SO2), літій-діоксид марганцю (Li-MnO2).

Існує два основних конструктивних виконання літієвих гальванічних елементів: бобіни і рулонне (малюнок 2). У разі Бобін конструкції в центрі поміщений вугільний катод, а літієвий анод запресований на периферії. У рулонної конструкції використовується «згортка» анода і катода. Зазвичай бобінний конструкцію застосовують для створення гальванічних елементів з великим терміном служби (від 5 і більше років), малими постійними струмами розряду і періодичними імпульсами до декількох сотень міліампер. Рулонні елементи відрізняються більш високими струмами розряду аж до декількох десятків ампер і дещо меншою ємністю.

Мал. 2. Конструкція літієвих батарей

При протіканні бурхливих хімічних реакцій за участю літію може виникати значний перегрів, що призводить до зростання тиску, а іноді - до займання та вибуху. Для забезпечення безпеки в конструкції літієвих елементів передбачений захисний клапан.

На жаль, потенційна вибухонебезпечність - не єдиний недолік літієвих батарей. Існує і таке явище як пассивация. Фізично вона полягає в утворенні соляної плівки на поверхні активного речовини, що призводить до ізоляції електродів, падіння напруги. Літій - надактивний метал, тіонілхлорид - сильний окислювач. Реакція між ними буде протікати, навіть якщо батарейка не використовується або використовується з малої струмовим навантаженням. В результаті утворюється плівка хлориду літію (LiCl). Анод виявляється ізольований від катода. Цю плівку можна зруйнувати за допомогою короткочасного пропускання підвищеного струму. Однак є тонкий момент. Більшість малопотребляющіх пристроїв в принципі працює з малими струмами. Таким чином, вибір елемента живлення з великим вихідним струмом для малопотужного портативного пристрою - не зовсім вірний шлях. Необхідно вибирати батарейку з номінальним струмом, близьким до струму споживання пристрою. Крім того, краще використовувати гальванічні елементи тих виробників, які змогли домогтися зменшення пассивации конструктивним шляхом. Наприклад, у елементів живлення Saft вона практично відсутня.

Говорячи про елементи виробництва компанії Saft, варто відзначити і їх стабільність при роботі з струмами і температурами, близькими до максимальних значень, заявленим в документації. Це гарантує, що ваш пристрій не відключиться від раптової просадки напруги, як це може відбуватися при використанні елементів живлення менш відповідальних виконавців.

Пристрій і принцип дії літієвих акумуляторів

Конструкція літієвий акумулятор багато в чому схожа з конструкцією літієвих гальванічних елементів (рисунок 3). У герметичному корпусі розміщені електроди, розділені пористим сепаратором. Електроди підключені до зовнішніх висновків. Для захисту від перевантаження по струму часто застосовують вбудовані запобіжники, а для захисту від вибухів при аварійних ситуаціях або порушеннях умов експлуатації використовується запобіжний клапан.

Зараз в якості активної речовини в літієвих акумуляторах виступають різні матеріали (графіт, солі і оксиди металів). Для отримання літієвих акумуляторів з низькими робочими температурами застосовують кобальт літію.

Основними параметрами акумуляторів є:

Мал. 3. Конструкція літієвий акумулятор

• форма (як правило, циліндрична або призматична);
• типорозмір (якщо відповідає стандарту);
• Номінальну напругу;
• номінальна ємність;
• максимальний постійний струм розряду;
• максимальний імпульсний струм розряду;
• максимальний струм заряду;
• термін служби або кількість циклів «заряд-розряд»;
• температурний діапазон розряду;
• температурний діапазон заряду.

Діапазони температур заряду і розряду можуть істотно відрізнятися. Температура заряду, як правило, вище. Це надзвичайно важливо в цілому ряді випадків. Якщо комерційну портативну електроніку можна заряджати будинку в теплі, а користуватися на вулиці, то військове, космічне і промислове обладнання не завжди має таку можливість. Проте, розвиток технологій дозволяє створювати літієві акумулятори з дуже широкими діапазонами робочих температур і температур заряду. Яскравим прикладом цього є продукція компанії Saft.

Літієві акумулятори загального призначення

Компанія Saft випускає чотири типи акумуляторів загального призначення: VL34570 , MP144350, MP174565 Integration ™ і MP176065 Integration ™ (рисунок 4, таблиця 2). Це літій-кобальтові акумулятори. Їх загальними відмітними рисами є: широкий діапазон температур розряду і заряду, висока енергоємність (до 178 Вт • год / кг), тривалий термін служби, малу вагу. Всі представлені елементи мають вбудований захист від таких негативних явищ як вибух при перегріванні, коротке замикання, перезаряду, глибокий розряд.

Мал. 4. Зовнішній вигляд літієвих акумуляторів загального призначення

Таблиця 2. Області застосування літій-кобальтових акумуляторів Saft

параметр Найменування VL 34570 MP 144 350 MP 174565 Integration ™ MP 176065 Integration ™ Форма Циліндр Призма Типорозмір D - - - Номінальна напруга, В 3,7 3,75 Номінальна ємність, А • год 5,4 2,6 4,8 6,8 Максимальний постійний струм розряду, А 11 5 10 14 Максимальний імпульсний струм розряду , А 21 10 20 30 Максимальний струм заряду, А 5,4 2,6 5 7 Термін служби при глибині розрядки 100%
і температурі 20 ° C, циклів 500 600 Зовнішній діаметр, мм 34,2 - - - Товщина, мм - 14,6 18,1 18,6 Ширина, мм - 43,9 45,5 60,5 Висота, мм 59, 43 54,5 68,7 68,7 Стандартний вага, г 125 68 103 143 Температурний діапазон розряду, ° C -50 ... 60 Температурний діапазон заряду, ° C -20 ... 60 ° C

Дана група елементів живлення використовується, в основному, в комерційному і спеціальному обладнанні з підвищеними вимогами до надійності: в системах навігації, малопотужних системах резервного живлення, портативних радіопередавачах, портативних газоаналізаторах і навіть електровелосипед.

Якщо ж діапазон робочих температур представлених елементів недостатній, то варто звернутися до унікальних пропозицій від компанії Saft: серіям XC, XTD, VL 25500-12 і VL 32600-125 .

Літієві акумулятори з розширеним діапазоном робочих температур

Літієві акумулятори серій MP 176065 Integration ™ xc , MP 174565 Integration ™ xtd, MP 176065 Integration ™ xtd, VL 25500-12 і VL 32600-125 - унікальні продукти Saft (рисунок 5, таблиця 3). Вони дозволяють розробникам застосовувати акумуляторне харчування в найширших температурних діапазонах і навіть при екстремально низьких температурах.

Мал. 5. Зовнішній вигляд акумуляторів, призначених для роботи при низьких температурах

Таблиця 3. Літієві акумулятори з розширеним діапазоном робочих температур

Параметр Екстремальний холод Збільшений діапазон температур і термін служби Висока температура MP 176065 Integration ™ xc MP 174565 Integration ™ xtd MP 176065 Integration ™ xtd VL 25500-12 VL 32600-125 Форма Призма Циліндр Типорозмір - - - CD Номінальна напруга, В 3,65 3,6 Номінальна ємність, А • год 6,4 4 5,6 2 4,5 Максимальний постійний струм розряду, А 13 8 11,2 1 2,3 Максимальний імпульсний струм розряду, А 26 16 22,4 1,5 3,4 Максимальний струм заряду, А 6,5 4 5,6 0,5 0,9 Термін служби при глибині розрядки 100%
і температурі 20 ° C, циклів 450 1000 30 Зовнішній діаметр, мм - - - 24,34 32,05 Товщина, мм 18,6 18,1 18,6 - - Ширина, мм 60,5 45,5 60,5 - - Висота, мм 68,7 68,7 68,7 49,2 61,85 Стандартний вага, г 134 97 136 59 139 Температурний діапазон розряду, ° C -50 ... 60 -40 ... 85 0 ... 125 Температурний діапазон заряду, ° C -30 ... 60 -30 ... 85 0 ... 125

У серій MP 174565 Integration ™ xtd і MP 176065 Integration ™ xtd є три ключові особливості:

• діапазон температур заряду досягає -30 ... 85 ° C. При цьому робочий діапазон температур розряду (-40 ... 85 ° C) дещо менше, ніж у розглянутих вище стандартних MP-акумуляторів (-50 ... 60 ° C);
• максимальний термін служби серед всіх акумуляторів Saft - до 1000 циклів заряду-розряду;
• відповідність вимогам МЕК 60079-11 для вибухонебезпечних середовищ.

Основними областями застосування даних елементів живлення стали системи резервного живлення для промислового застосування, медична техніка, системи навігації, нафтогазове обладнання, «Інтернет речей» (IoT), автомобільні додатки.

MP 176065 Integration ™ xc використовуються в різних областях, таких як військові і корабельні системи, нафтогазове обладнання, професійна електроніка.

VL 25500-12 і VL 32600-125 - літієві циліндричні акумулятори, орієнтовані на роботу в умовах підвищених температур. Головною областю застосування цих акумуляторів стала нафтогазова сфера і різні системи термічної стерилізації.

Варто відзначити, що широким робочим діапазоном відрізняються не тільки акумулятори Saft. У лінійці компанії присутній широкий вибір гальванічних елементів (батарей), що дозволяють працювати з ще більш широким діапазоном температур до -60 і до 150 ° C!

Літій-тіонілхлорідние батареї Saft

Компанія Saft пропонує три серії літій-тіонілхлорідних батареq: базова серія LS, серія LSH з підвищеним струмом розряду і серія LSH20-150 для підвищених температур (рисунок 6, таблиці 4 і 5).

Таблиця 4. Стандартні літій-тіонілхлорідних батареї серії LS

параметр Найменування LS 14250 LS 14500 LS 17330 LS 17330 LS 17500 LS 26500 LS 33600 Типорозмір 1/2 AA AA 2/3 A 2/3 AACD Конструкція Бобін Номінальна напруга, В 3,6 Номінальна ємність, А • год 1,2 2,6 2,1 2,1 3,6 7,7 17 Максимальний постійний ток, мА 35 50 25 25 100 150 250 Максимальний розрядний імпульсний струм, А 0,1 0,25 0,12 0,12 0,25 0,3 0,4 Максимальний зовнішній діаметр, мм 14,55 14,55 16, 5 16,5 17,13 26 33,4 Максимальна висота, мм 25,15 50,3 33,4 33,4 50,9 50,4 61,6 Вага, г 8,9 16,7 14,4 14, 4 21,9 48 90 Температурний діапазон, ° C -60 ... 85

Таблиця 5. Літій-тіонілхлорідние батареї для потужних навантажень і широких діапазонів робочих температур

Параметр Максимальний струм Висока температура LSH 14 Light LSH 14 LSH 20 LSH 20-HTS LSH 20-150 Типорозмір CCDDD Конструкція Рулонний Номінальна напруга, В 3,6 Номінальна ємність, А * год 3,6 5,8 13 11 14 Максимальний постійний струм, А 1,3 1,3 1,8 1 0,3 Максимальний розрядний імпульсний струм, А 2 2 4 3 0,5 Максимальний зовнішній діаметр, мм 26 26 33,4 33,4 32,05 Максимальна висота, мм 50,4 50,4 61,6 61,6 61,7 Вага, г 51 51 100 100 104 , 5 Температурний діапазон, ° C -60 ... 85 -60 ... 85 -40 ... 150

Мал. 6. Зовнішній вигляд літій-тіонілхлорідних
батарей Saft

Батареї серії LS мають бобінний структуру і призначені для довгострокової служби при невеликих розрядних токах від десятків до декількох сотень мікроампер. Їх слід вибирати для малопотужних споживачів, щоб убезпечити себе від негативного ефекту пасивації.

Існує широкий вибір типорозмірів від 1/2 AA з ємністю 1,2 А • год ( LS14250 ), До D з ємністю 17 А • год ( LS33600 )

Батареї LSH відрізняються рулонної конструкцією і підвищеним максимальним розрядним струмом. Наприклад, для LSH-20 постійний струм досягає 1,8 А, а короткочасний - 4,0 А.

Батареї LSH 20-150 призначені для роботи в розширеному діапазоні температур -40 ... 150 ° C в складі малопотребляющіх пристроїв (постійний струм розряду - до 300 мА).

Важливою перевагою літій-тіонілхлорідних батарей виробництва компанії Saft є мінімальний саморозряд, незначна пассивация і високий рівень безпеки.

Літій-діоксідмарганцевие батареї Saft

Компанія Saft випускає літій-діоксідмарганцевие батареї, які можна розділити на чотири групи: базова група батарей серії M, батареї з підвищеним струмом M HR, батареї для вибухонебезпечних середовищ M EX, потужні батареї серії LM (малюнок 7, таблиці 6, 7, 8) . Для них характерні такі особливості:

• рулонний конструкція;
• номінальну напругу: 3 В;
• різні типорозміри від 1/3 А з ємністю 0,5 А • год (LM 17130) до типорозміру DD з ємністю 33 А • год (M 62);
• піковий струм: до 8 А (LM 33600);
• діапазон робочих температур: -40 ... 70 ° C;
• мінімальні саморазряд і втрата ємності протягом терміну служби;
• доступність моделей, які відповідають вимогам з вибухобезпеки МЕК 60079-11 ( M 52 Ex , M 20 Ex );
• мінімальний рівень пассивации.

Мал. 7. Літій-діоксідмарганцевие батареї Saft серії M

Таблиця 6. Літій-діоксідмарганцевие батареї серії M

Параметр Найменування M51 M52 M 56 M 19 M 20 M 62 Типорозмір 2/3 CC 5/4 C Short DD DD Конструкція Рулонний Номінальна напруга, В 3 Номінальна ємність, А • год 3,2 5,6 6,7 10,3 12 , 6 33 Максимальний постійний струм, А 1 2 2,5 3 3,5 6 ​​Максимальний розрядний імпульсний струм, А 2,5 4 6 7,5 8 12 Максимальний зовнішній діаметр, мм 26,2 26,2 26,2 33, 5 34,2 42,5 Максимальна висота, мм 35,3 51,5 61,5 58,5 61,5 133 Вага, г 38 58 70 105 117 355 Температурний діапазон, ° C -40 ... 70

Таблиця 7. Літій-діоксідмарганцевие батареї Saft серій M HR і M EX

Параметр Підвищений вихідний струм ATEX (вибухонебезпечне середовище) M 52 HR M 19 HR M 20 HR M 24 HR M 52 Ex M 20 Ex Типорозмір C Short DD Big DD CD Конструкція Рулонний Номінальна напруга, В 3 Номінальна ємність, А • год 4,8 10,3 11,5 20 5,6 12,4 Максимальний постійний струм, А 2 4 4 6 2 3,5 Максимальний розрядний імпульсний струм, А 5 10 10 12 4 8 Максимальний зовнішній діаметр, мм 26,2 33,5 34,2 33,5 26,2 34,2 Максимальна висота, мм 51,5 58,5 61,5 110,5 51,5 61,5 Вага, г 59 107 117 201 58 115 Температурний діапазон, ° C -40 ... 70

Таблиця 8. Літій-діоксідмарганцевие батареї Saft серії LM

Параметр Найменування LM 17130 LM 17500 LM 26500 LM 33600 Тіпорозмір 1/3 AACD Конструкція Рулонний Номінальна напряжение, В 3 Номінальна Ємність, А • год 0,5 3 7 13 Максимальний Постійний струм, А 0,3 1,5 2 4 Максимальний розрядно імпульсній ток, А 0,4 2 4 8 Максимальний Зовнішній діаметр, мм 16,7 17,5 26,2 34,2 Максимальна висота, мм 16,33 51,5 51,5 61,5 Вага, г 8 28 60 114 Температурний діапазон, ° C -40 ... 70

Основними областями застосування батарей цього сегмента стали радіопередавачі, лічильники споживання, системи безпеки, системи навігації та маршрутизації, GSM / GPRS-приймачі. Батареї M HR використовуються в тих же областях, але для більш потужних додатків.

Батареї серії M EX застосовують в надміру відповідальні додатках: в промислових лічильниках енергії, в нафтогазовій галузі, в тих додатках, які вимагають високого рівня безпеки.

Висновок

Компанія Saft випускає широкий спектр літій-тіонілхлорідних, літій-діоксид-марганцевих і літій-іонних акумуляторів.

Елементи живлення Saft характеризуються високою питомою ємністю і значними розрядними струмами. Крім того, їх відмінними рисами є широкий діапазон робочих температур, мінімальна пассивация батарей, найвища стабільність навіть при роботі з струмами і температурами, близькими до максимальних значень.

Окремо варто відзначити серії унікальних акумуляторів MP174565 Integration xtd и MP176065 Integration xtd з допустимим температурним діапазоном заряду -30 ... 85 ° C. А так же серію MP176065 Integration xс, призначену для екстремально низьких температур і здатну працювати в діапазоні -50 ... 60 ° C і заряджатися в діапазоні -30 ... 60 ° C.

Це дозволяє розробникам використовувати акумуляторне і батарейне харчування навіть у тих сферах, де раніше застосування ХІТ було обмежено: у військовій техніці, нафтогазовому обладнанні, енергетиці, корабельному і морському обладнанні та інших.

література

1. http://www.saftbatteries.com/.

Отримання технічної информации , замовлення зразків , замовлення и доставка .

Про компанію SAFT

Французька компанія SAFT є загальноприйнятим в світі провідним розробником і виробником батарей і акумуляторів на основі літію для промислового, військового і космічного застосування. Продукція компанії відповідає найжорсткішим вимогам по надійності, безпеки і екологічності. Історія існування компанії наближається до вікового юбілею- компанія була заснована в 1918 році. Перший міжнародний патент на літієві батареї був отриманий в 1965 році і з тих пір відбувається неухильне розв ... читати далі