Меню

Каким током можно заряжать литий ионные аккумуляторы

Каким током можно заряжать литий ионные аккумуляторы

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Практически любое современное электронное устройство с возможностью автономной работы имеет “на борту” литий ионный аккумулятор. Такие аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед предыдущим поколением Ni-Cd и Ni-MH элементов. Самое главное из них – не нужен полный цикл (заряд-разряд), что очень удобно для пользователя. Любое из таких бытовых устройств комплектуется зарядным устройством. Достаточно подключить его к сети, и через несколько часов устройство заряжено. Но бывают неприятные моменты, когда батарея категорически отказывается “брать заряд” или процесс проходит нормально, но устройство “мало держит”. Причины могут быть разные.

В статье пойдет речь о том, как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы.

  1. Конструкция литиевой батареи
  2. Как заряжать литий ионный аккумулятор
  3. Зарядные устройства начального уровня
  4. Продвинутые зарядные устройства
  5. Заряд батарейных блоков
  6. Блоки ноутбуков
  7. Разряд
  8. Причины “плохой” работы аккумулятора
  9. Меры безопасности

Конструкция литиевой батареи

По своему внешнему виду li-ion аккумуляторы бывают двух видов. Цилиндрические элементы (на фото, внешне напоминают обычную одноразовую батарейку) и призматические (плоский прямоугольник, например в любом мобильном телефоне).

Конструктивно батарея представляет собой два электрода (плюсовой на основе кобальтата лития и минусовой на основе графита) и пористого сепаратора, который пропитан электролитом.

Химической реакции в чистом виде не происходит. Переносчики заряда ионы лития, которые внедряются в кристаллическую решётку других материалов.

В зависимости от места использования, производители оснащают батарею защитным клапаном, пластиной термической защиты или электронной платой (или все эти устройства вместе).

Как заряжать литий ионный аккумулятор

Если действовать скрупулёзно и правильно заряжать li ion, заряд должен быть разбит на три этапа.

Первый этап (только в случае глубокого разряда аккумулятора ниже 2,9v) –заряд небольшим током. После выхода на номинальное напряжение выше 3,2v идёт второй основной этап зарядки. Этот этап продолжается до набора напряжения 4,2v. После чего третий этап. Зарядка при стабилизированном напряжении 4,2v минимальными токами.

Внимание! Максимальное напряжение заряда 4,2v. Подача на аккумулятор без защиты более высокого напряжения в течение длительного времени, приводит к его выходу из строя либо возгоранию.

Каким током заряжать li ion аккумулятор? Ток зарядки аккумулятора обозначают в количестве единиц “С”. В этом случае буква “С”- ёмкость батареи. Первый этап 0,1-0,2С, второй этап 0,2-1C, третий 0,1С. Бросается в глаза большой разброс тока при основном заряде аккумулятора-втором этапе. Единого мнения здесь нет. Общее правило — чем меньше, тем лучше. Ток заряда 0,2-0,5С считается номинальным режимом зарядки, ток 0,5-1С – ускоренным режимом.

Например: Ёмкость 2000mAh. Номинальный ток заряда на втором основном этапе 400-1000mA, ускоренный 1000-2000mA. Время заряда в первом случае составит 2-5 часов, во втором 1-2 часа.

Здесь указано фактическое время заряда. Ёмкость делим на ток заряда и добавляем 20% на потери. Так происходит потому, что первый этап занимает несколько минут, а третьим производители пренебрегают. Объяснение этому факту простое. Если заряжать аккумулятор на все 100%, срок его службы сокращается. Заканчивая же заряд вторым этапом, получаем приблизительно 85% от номинальной ёмкости и повышенный срок эксплуатации.

Важно! В процессе заряда температура аккумулятора повышается на 5-10 градусов. Сильный же нагрев батареи говорит о её неисправности и опасности дальнейшей эксплуатации.

Зарядные устройства начального уровня

Простейшее зарядное устройство для лития выглядит приблизительно так. Достаточно простой режим заряда позволил реализовать все необходимые функции в одной маленькой микросхеме. Это микросхема TP4056. Она автоматически включает первый этап заряда при сильно разряженном аккумуляторе. В случае же напряжения на выводах больше 2,9v, автоматически включается второй этап. После доведения аккумулятора до напряжения 4,2v происходит отсечка тока заряда. Светодиодная индикация сигнализирует о текущем состоянии (красный светодиод – заряд, зелёный – готово ).

Для удобства добавлены входные и выходные площадки для распайки, разъем micro USB для подачи входного напряжения от любого блока питания с таким разъёмом и сменный резистор, перепаяв который, можно ограничить ток зарядки.

Все остальные недорогие зарядные устройства устроены приблизительно так же. Независимо от того, насколько красив у них корпус или упаковка. Приблизительно такая же схема реализована в любом мобильном телефоне, планшете, смарт-часах и т.п. Для заряда таких устройств достаточно соблюдать простые правила:

  • заряжать только штатным (оригинальным) зарядным устройством. При подключении чужой зарядки, скорее всего ничего плохого не случится, но время заряда может быть резко больше или же аккумулятор просто откажется заряжаться;
  • подключать такую электронику для подзарядки не дожидаясь полного разряда. Это существенно увеличит срок службы батареи;
  • не заряжать при минусовых температурах. Диапазон температуры при заряде от 0 до +45 градусов Цельсия;
  • при предполагаемом длительном неиспользовании электронного устройства, аккумулятор необходимо зарядить;
  • при сильном нагреве корпуса (выше 50 градусов) прекратить заряд.

Обратите внимание! То, что мы в быту называем “зарядкой” для телефона, планшета, ноутбука и т.д. , на самом деле не является зарядным устройством. Это простой блок питания. Его задача заключается в том, чтобы подать на вход электронного устройства нужное напряжение. Зарядное устройство встроено в сам телефон, планшет и т.п.

Продвинутые зарядные устройства

Если аккумулятор является съёмным (фонарь, электронная сигарета и т.п. ) рекомендуется приобрести более продвинутое зарядное. Производителей много. Но все они используют одну и ту же электронику, так что функционал практически одинаковый. На фото дисплей такого зарядного. По каждому каналу оно выводит вот такую информацию.

Напряжение аккумулятора (как правило, по напряжению идёт автоматическое определение типа аккумулятора), ток заряда (можно выбрать 3-4 режима), режим заряда (можно выбрать заряд, тест и т.д.), время заряда, ёмкость аккумулятора и важный параметр – внутреннее сопротивление (на фото справа внизу 35 микроом).

Внутренне сопротивление — параметр, позволяющий за несколько секунд определить, насколько работоспособен аккумулятор. Если этот показатель выше 100, не стоит ждать стабильной работы. Такая банка сможет работать только при малых токах нагрузки и непродолжительное время.

Замер корректен только при первоначальной установке в зарядное устройство. При увеличении степени заряженности и температуры аккумулятора, показатель внутреннего сопротивления меняется в лучшую (меньшую) сторону.

Важно! Невозможно корректно измерить внутреннее сопротивление с помощью зарядных устройств, предполагающих подключение шлейфа. Кроме того, на любом зарядном не будет корректен показатель в случае, если дополнительно установлена плата защиты.

С точки зрения физики процесса, такие зарядные выполняют те же действия. Тот же первый-второй этап заряда. Но возможность выбора тока заряда, тестирования и хорошая визуализация результатов (ёмкость и внутреннее сопротивление) позволяют более комфортно и правильно заряжать литий ионные аккумуляторы.

Заряд батарейных блоков

Если в устройстве используется не один аккумулятор, а батарейный блок, схема заряда предполагает, что каждый элемент блока будет заряжаться отдельно. В этом случае в самой батарее установлена плата контроллера, обеспечивающая такую индивидуальную зарядку каждому элементу.

Случается, что производители откровенно игнорируют такую необходимость при зарядке батарейных блоков (например, почти все изделия “power bank”). Это существенно снижает общую ёмкость такой сборки и срок её службы.

Блоки ноутбуков

Почти все производители ноутбуков искусственно ограничивают срок службы батарей. Чаще всего используется электронный “счётчик циклов”. После достижения определённого значения, батарея блокируется. 1 цикл = 1 включение ноутбука. Если ноутбук используется по большей части в качестве настольного ПК, рекомендуется снять батарею и устанавливать её в отсек только по мере необходимости.

Разряд

По умолчанию максимальный разрядный ток составляет 2С. Но существует линейка Li ion с большой токоотдачей. В этом случае нагрузка может быть 10-30С. Маркируются такие банки, как правило, буквами “INR”, но у некоторых производителей маркировка иная. Так что, если есть планы сильно нагружать батарею, необходимо изучить “даташит”. Если эта модель такую нагрузку не допускает, от затеи лучше отказаться.

Разряжать Li-ion можно до состояния 10-20% заряда. В таком режиме батарея прослужит 1000 и более циклов. Если же разряжать аккумулятор полностью, количество циклов существенно снижается до 400-600.

Самое плохое, что можно сделать, полностью разрядить аккумулятор и оставить его хранится в таком виде на длительное время. С большой долей вероятности после такого хранения встанет вопрос о его замене. В заряженном состоянии литиевые аккумуляторы хранятся несколько лет. Потеря энергии за год в зависимости от температуры воздуха 10-20%.

Причины “плохой” работы аккумулятора

Не всегда уменьшение времени работы батареи связано с её деградацией. Существует ещё несколько причин, на которые нужно обратить внимание.

  1. Работа софта телефона, планшета и т.д. Необходимо проверить, не прописался ли в системе вирус или другой вредоносный софт. Включение-выключение геолокации тоже сильно влияет на время работы батареи.
  2. Зарядное устройство. Используется штатное или “аналог”. В последнем случае попробовать другое зарядное устройство.
  3. Соединительный шнур. Да, такая “мелочь” может привести к неполному заряду. Скрытые обрывы – это очень частое явление.
  4. Неисправность внутреннего контроллера батареи. Визуально это не определить. Поможет специалист.
  5. Деградация самой батареи.

Конечно, пункт 5 – это приблизительно 70% случаев. Но не забываем и об остальных 30%. Проверить большинство вариантов несложно.

Меры безопасности

Сами по себе элементы, собранные по технологиям ионов лития, достаточно безопасны. Времена, когда такой аккумулятор мог взорваться в руках при большой нагрузке, остались в прошлом. Исключение, недавние события, когда один известный производитель в маркетинговых целях продвигал систему сверхбыстрой зарядки своих телефонов. Но определённые меры безопасности соблюдать нужно.

  • категорически запрещается заряжать одноразовые литиевые элементы, т.е. первичные батарейки. Например, в форм-факторе 14500 (для обычной батарейки АА) выпускаются как аккумуляторы, так и батарейки системы Li-SOCl2. Они имеют очень похожую маркировку. Всегда следует убедится, что будет заряжаться именно аккумулятор;
  • не следует пытаться разобрать литиевую батарею или прокалывать и стравливать давление у “надувшегося” элемента (неисправен клапан давления). Возгорание маловероятно, но сильный нагрев и вытекание электролита почти наверняка;
  • при заряде многофункциональными зарядными устройствами с заданием параметров вручную, запрещено подавать на li ion без защитных плат (например, внутренние банки мобильных телефонов) напряжение более 5 вольт. Высокая вероятность возгорания батареи. При подобном заряде цилиндрического элемента (в любом из них есть защитная механическая пластина) он просто выйдет из строя;
  • при авиаперелётах не помешает уточнить правила провоза батарей. Сейчас обычно разрешён провоз исключительно в салоне (не в багаже) аккумуляторов внутри той или иной техники. Политику провоза сменных (запасных) батарей необходимо уточнять;
  • в случае попадания электролита на кожу, необходимо промыть этот участок под проточной водой.
Читайте также:  Аккумуляторы для микрофонов крона

При расчётных режимах работы, литий ионные аккумуляторы являются надёжным и долговечным источником энергии. Используя оригинальные зарядные устройства и отдавая предпочтение режиму заряда от 10-20% остаточного заряда, можно существенно продлить их срок службы. На “сегодня” это самый массовый тип автономного питания, как в бытовой электронике, так и в промышленных системах.

Источник



Как правильно заряжать аккумуляторный электроинструмент

Процесс зарядки аккумуляторного инструмента довольно тривиален и достаточно неинформативен: аккумулятор устанавливается в зарядное устройство, после чего последнее включается в розетку. Как только индикатор укажет на полный заряд — все, процесс можно считать завершенным.

Это видимая сторона медали. На самом деле, в зависимости от типа используемых источников питания, в паре «аккумулятор/зарядное устройство» протекают процессы, сильно разнящиеся друг от друга. Рассмотрим их более детально.

Как правильно заряжать NiCd аккумуляторы

Никель-кадмиевые источники питания до сих пор можно встретить во многих видах аккумуляторного инструмента. Они достаточно дешевы, неприхотливы и просты в использовании.

К сильным сторонам NiCd батарей можно смело отнести:

  • долговечность. Аккумуляторы этого типа способны без особых потерь выдержать порядка 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости, позволяя ей оставаться на уровне 80 %. Пик производительности NiCd элемента питания приходится на первые 300-400 циклов заряда/разряда;
  • высока нагрузочная способность. Источник питания выдает стабильный ток разряда практически во всем диапазоне своей емкости.

Из графика видно, что при токе разряда величиной 1С стабильность напряжения на клеммах аккумулятора сохраняется в диапазоне 80 % его емкости. Падение напряжения проявляется при расходе оставшихся 20 % заряда.

Здесь следует сделать одно очень важное отступление.

Ток заряда и ток разряда аккумулятора принято «привязывать» к емкости источника питания, которая обозначается символом «С». К примеру, у аккумулятора емкостью 1000 мА∙ч ток разряда, обозначенный как 1С, составит 1 А.

  • сохранение рабочих характеристик при отрицательных температурах. Пожалуй, это единственные представители аккумуляторных систем, которые без проблем могут как работать, так и заряжаться на морозе;
  • длительное хранения без потери рабочих характеристик. Только NiCd аккумуляторы позволительно хранить долгое время полностью разряженными;
  • невысокая стоимость аккумуляторных элементов.

К недостаткам никель-кадмиевых источников питания относятся:

  • необходимость в первоначальном обслуживании. Для «вывода» аккумулятора на номинальное значение его емкости потребуется произвести 5–7 полных циклов заряда/разряда;
  • наличие «эффекта памяти», существенно снижающего емкость аккумулятора. Источник питания не рекомендуется заряжать при его неполном разряде, поскольку это чревато деградацией элемента и существенной потерей эксплуатационных характеристик.

«Эффект памяти» — потеря емкости аккумулятора вследствие кристаллизации электролита, ведущей к уменьшению площади активной поверхности для протекания электрохимических реакций.

  • высокий саморазряд. Неиспользуемая аккумуляторная батарея теряет до 10 % заряда в первые сутки хранения, и до 20 % своей емкости в течение месяца;
  • необходимость технического обслуживания. Чтобы аккумуляторы долгое время сохраняли свои эксплуатационные характеристики, их нужно раз в три месяца подвергать циклу полного заряда/разряда, даже если они не используются;
  • рост давления при высокой температуре. При нагреве «банки» элемента до 70˚С в области электродов активно выделяется кислород. В конструкции элемента предусмотрен защитный клапан, стравливающий чрезмерное давление, но характеристики аккумулятора при его срабатывании безвозвратно снижаются;
  • токсичность кадмия. Элементы этого типа требуют соблюдения особых условий утилизации.

Для качественного заряда и использования имеющейся мощности NiCd аккумулятора по максимуму, его следует заряжать малым зарядным током, величина которого составляет порядка 0,1С. Да, подготовка аккумулятора к работе займет уйму времени (порядка 14–16 часов), но это исключит его нагрев и порчу.

Ускорить зарядку можно используя следующую схему:

  • первые 10 % емкости — зарядка током 2С;
  • с 10 % до 70 % — током 1,5С;
  • остаток до 100 % — током 0,5С.

Такая схема позволит получить полностью заряженный источник питания по прошествии 5–6 часов. Главное, чтобы зарядное устройство было качественным и обеспечивало такой алгоритм зарядки (умело отслеживать наполнение емкости банок аккумулятора по росту температуры и/или росту напряжения на выводах элемента) и своевременно меняло величины зарядных токов.

Как правильно заряжать NiMH аккумуляторы

Довольно схожи с NiCd источниками питания по параметрам и эксплуатационным характеристикам никель-металл гидридные аккумуляторы. Но они более экологичны, поскольку не содержат кадмия.

NiMH источники питания обладают практически теми же «плюсами», что и их предшественники. При этом «эффект памяти» у них менее выражен, им присуща большая емкость при тех же массогабаритных показателях.

Без нескольких ложек дегтя тоже не обошлось. Во-первых, NiMH аккумуляторы несколько дороже никель-кадмиевых собратьев. Во-вторых, жизненный цикл источников питания ограничен 500 циклами. В-третьих, у металл гидридных аккумуляторов больший саморазряд, достигающий 30 % потерь в месяц.

Чтобы сохранить работоспособность элементов, неиспользуемых длительное время, хранить их нужно в полностью заряженном состоянии, периодически устраивая им полный цикл разряда с последующим зарядом.

Методология зарядки NiMH аккумуляторов схожа с зарядкой никель-кадмиевых элементов, но имеет свои особенности. Во-первых, заряжать их малыми токами (0,1С–0,3С) довольно проблематично, поскольку зарядному устройству сложно «отследить» полный заряд батареи, а большие токи приводят к чрезмерному нагреву элемента и его ускоренной деградации. Оптимальным считается зарядка аккумуляторов токами 0,5С. Во-вторых, следует четко контролировать время заряда рекомендованное производителем. Дело в том, что никель-металл гидридные аккумуляторы очень любят перезаряд и возникающий вследствие него перегрев.

Нужно четко контролировать температуру аккумуляторов! При ее превышении значения в 45 ˚С зарядку следует прервать полностью или остановить на время, необходимое для остывания элементов. Это действие существенно продлит их срок службы.

Поскольку NiMH аккумуляторы более привередливы к режиму зарядки, категорически запрещается использовать для их пополнения энергией зарядное устройство, предназначенное для NiCd аккумуляторов. Его более «топорные» алгоритмы заряда гарантированно выведут металл-гидридный элемент из строя.

Обратная совместимость зарядок позволительна. Никель-кадмиевые источники питания без проблем заряжаются зарядными станциями от NiMH аккумуляторов.

Как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы

Новые модели электроинструмента, в большинстве своем оснащаются Li-Ion источниками питания. Сильными сторонами литиевых аккумуляторов являются:

  • малый вес. Это очень важное свойство, поскольку речь идет о ручном инструменте, который приходится держать в руках по несколько часов кряду;
  • высокая удельная емкость литиевых элементов. При одинаковых габаритных размерах с аккумуляторами предыдущих поколений, емкость Li-Ion батареи будет превышать их в 1,5–3 раза;
  • низкий саморазряд. При длительном хранении неиспользуемый аккумулятор разряжается ориентировочно на 5 % в месяц;
  • практически отсутствует «эффект памяти», что дает конечному пользователю возможность подзаряжать аккумулятор по мере необходимости, не особо заморачиваясь с контролем остатка заряда;
  • высокая энергоэффективность. Пиковые токи нагрузки могут превышать 30С, хотя наилучшие результаты в плане отдачи энергии достигаются при значениях, не превышающих 10С.

Недостатки тоже имеются:

  • крайне плохая переносимость низких температур. Емкость падает просто катастрофически;
  • высокая стоимость, обусловленная ценой материалов, используемых при изготовлении элементов и необходимостью наличия в схеме BMS-контроллера батареи (BMS — Battery Monitoring System), отслеживающего параметры «здоровья» аккумулятора;

BMS-контроллер отслеживает уровень напряжения на каждом элементе аккумуляторной сборки и принудительно отключает его при достижении значения 4,2 В. Превышение этого порога может привести к возгоранию аккумулятора.

  • ограниченный жизненный цикл. Li-Ion аккумулятор, как правило, может пережить 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости.

На длительное хранение литиевые аккумуляторы рекомендуется отправлять наполовину заряженными.

Для зарядки Li-Ion источников питания применяется так называемый алгоритм CC/CV (constant current/constant voltage), означающий сначала зарядку постоянным по величине током, а затем напряжением с постоянным значением.

На первом этапе поддерживается постоянное значение тока заряда, которое находится в диапазоне 0,5С-1С.

Производители Li-Ion аккумуляторов рекомендуют заряжать их изделия током 0,8С и ниже, для продления срока службы элементов.

На этом этапе напряжение на контактах довольно быстро растет. При достижении значения в 4,2 В на один элемент, что составляет порядка 80 % от полной емкости батареи, начинается второй этап зарядки, при котором напряжение поддерживается на достигнутом уровне, а ток постепенно снижается до значений 0,05С–0,1С. При их достижении зарядка считается оконченной.

Как правило, стандартное время зарядки Li-Ion аккумулятора составляет 2–3 часа, но оно во многом зависит от емкости используемой в электроинструменте батареи и имеющегося в арсенале мастера зарядного устройства.

Чтобы ориентировочно оценить время зарядки, нужно емкость аккумулятора разделить на ток заряда, выдаваемый зарядным устройством.

Быстрая зарядка аккумуляторного инструмента

Теоретически, возможность быстрой зарядки присутствует во всех рассмотренных типах аккумуляторов. В случае с NiCd и NiMH источниками питания, возможна быстрая зарядка большими токами (1С–3С) до 70 % от заявленной емкости, но краеугольным камнем является необходимость контроля температуры заряжаемых источников питания, поскольку существует огромная вероятность лавинообразного роста давления внутри элемента и его физического повреждения.

В лагере литиевых аккумуляторов ситуация несколько иная. В продаже можно встретить достаточное количество «быстрых зарядок», с номинальными значениями зарядных токов 8 А и даже 16 А.

Но здесь важно понимать, что их максимальные величины будут использоваться лишь на первом этапе зарядки, до достижения элементами порога в 4,2 В, а далее зарядка идет по обычному сценарию.

Читайте также:  Сколько может простоять аккумулятор без использования

Конечно, быстрые зарядки существенно экономят время, но производители крайне неохотно идут по пути увеличения тока, прекрасно понимая, что такие режимы (зарядные токи достигают 2С или даже 3С) существенно снижают жизненный цикл аккумулятора. Репутация дороже.

Внимательный читатель возразит, что, мол, в мобилках давно и повсеместно используются технологии быстрой зарядки, и они практически никак не сказываются на снижении жизненного цикла аккумулятора! И будет прав, но лишь отчасти. Здесь мы сталкиваемся с большой маркетинговой уловкой, которая под видом «быстрой зарядки» предлагает пользователю щадящую аккумулятор технологию с зарядными токами уровня 0,9С–1,1С (при стандартных 0,5С–0,8С). Когда как в настоящей «быстрой зарядке» речь идет о значениях зарядных токов, начиная от 2С.

Но пора остыть и вернуться к последнему графику, чтобы понять, что производителю просто невыгодно «убивать» аккумулятор смартфона, ставя под сомнение надежность своей марки.

Более наглядно о технологии быстрой зарядки рассказано в видеоблоге:

Хотя в ролике речь идет о мобильных устройствах, озвученные в нем тезисы, справедливы и для литий-ионных аккумуляторов для электроинструмента.

Источник

Как правильно заряжать аккумулятор 18650 — освещаем в общих чертах

Аккумулятор li ion 18650 представляет собой батарейку цилиндрической формы. Она мало чем отличается от обычных, элементов питания АА «пальчиковых», но имеют большие размеры. В длину они 66 мм, а в диаметре 18 мм.

Немного о литий-ионных батареях

Поскольку эта АКБ является разновидностью Li-Ion аккумуляторов, следует упомянуть о том, что срок службы этих элементов сейчас довольно высок. Для литиевых аккумуляторов 18650, так же, как и для других АКБ с литием в составе, характерен высокий уровень емкости и способность длительное время держать заряд.

Кстати, свое популярное в Интернете обозначение этот аккумулятор завоевал благодаря своим параметрам: диаметр его составляет 18 миллиметров, а высота — 65, что довольно удобно и компактно, учитывая его широкие возможности.

Раньше большая часть таких батареек отличалась повышенной взрывоопасностью, в буквальном смысле слова. Причиной были определенного вида химические реакции, протекавшие во время перегрева элементов в условиях высоких температур. Также имело место и механическое замыкание внутри одной или нескольких «банок», приводившее к воспламенению.

Сейчас все аккумуляторы такого типа снабжены специальными устройствами с контроллером в составе схемы, что не позволяет допустить критического перегревания и взрыва. Это устройство можно найти в любой батарейке 18650, если аккуратно вскрыть ее и посмотреть, что находится внутри.

Контроллер внутри

Если такие элементы долго не использовать и оставлять разряженными, они могут быстро терять свои свойства. Поэтому зарядка 18650 должна проводиться регулярно, при этом, должна обязательно соблюдаться определенная схема. Например, нужно знать, каким током заряжать Li-Ion, или же каким напряжением должна проводиться зарядка литий-ионных аккумуляторов 18650, чтобы не произошло их перегрева и преждевременного выхода из строя.

Описание батареи

Литий-ионный аккумулятор – это тип аккумулятора электрического тока, который с 1991 года, после того как на рынок его презентовала компания SONY, приобрел широчайшее распространение в современной бытовой и электронной технике. Как источник питания подобные батареи используются в сотовых телефонах, ноутбуках и видеокамерах, как источник тока для электронной сигареты и электромобиля.

Недостатки этого типа батарей начинаются с того, что литий-ионные батареи первого поколения были взрывом на рынке. Не только в прямом, но и в переносном смысле. Эти батареи взрывались.

Объяснялось это тем, что внутри использовался анод из металлического лития. В процессе многочисленных зарядок и разрядок такого аккумулятора, на аноде появлялись пространственные образования, которые приводили к замыканию электродов, а как следствие – к возгоранию или взрыву.

После того, как этот материал заменили графитом, от подобной проблемы удалось избавиться, но могли еще возникать проблем на катоде, который был выполнен из оксида кобальта. При нарушении условий эксплуатации, а точнее перезарядке проблема могла повториться. Исправлено это было с началом использования литий-ферро-фосфатных батарей.

Все современные литий-ионные батареи предотвращают перегрев и перезаряд, но остается проблема потери заряда при низких температурах пользования приборами.

Среди неоспоримых преимуществ литий-ионных батарей, хотелось бы отметить следующие:

  • высокая емкость батареи;
  • низкий саморазряд;
  • отсутствие необходимости обслуживания.

Четыре аккумулятора самсунг

Как заряжать АКБ 18650

Перед тем как перейти к теме зарядного устройства, нужно обозначить основные принципы зарядки для литиевых аккумуляторов 18650.

«Зарядников» продается всегда много, причем многие из них являются универсальными, однако основные правила для литий-ионных батарей должны быть такими:

  • Начало зарядки осуществляется с напряжением 0,05 В, а заканчиваться процесс должен при подъеме U до 4,2 В. Важно помнить о том, что это — допустимый максимум, безопасный для батарей.
  • Ток заряда: допускается заряжать аккумуляторпри показателях 0,5 А и 1 А. При 1 А процесс будет протекать гораздо быстрее, но, поскольку для любых батарей рекомендован более плавный ток заряда Li, лучший показатель — это 0,5 А. Конечно, если батарейки нужно зарядить срочно, уровень тока можно повысить до 1 А. Но в обычных случаях не следует без особой надобности ускорять ход зарядки.
  • Время, в течение которого заряжаетсябатарея, не должно превышать трех часов — чтобы не повредить внутреннюю химическую структуру АКБ, вызвав ее перегрев.
  • Если приобретенное устройство снабжено автоматической системой контроля зарядки, оно само «знает» о том, сколько времени следует заряжать аккумулятор.
  • На некоторых зарядниках(как покупных, так и самодельных) такого контроля нет, поэтому, в данном случае, придется контролировать весь процесс самостоятельно.

Аккумуляторы 18650 с защитой

Требования безопасности, предъявляемые к эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, гласят, что напряжение внутри элементов питания должно находиться в диапазоне 2,5-4,2 вольта. Самостоятельно очень сложно контролировать этот параметр, поэтому специально для этого придумана плата с защитой. Этот элемент предотвращает выход напряжения за указанный диапазон.

Производители припаивают эту плату к выводам, используя стальную или алюминиевую ленту. Крупные заводы питательных элементов редко выпускают подобные защиты. В устройствах, для которых они изготавливаются, имеются контроллеры заряда-разряда. Это батареи для ноутбуков, шуруповертов и других сложных блоков.

Больше всего защищенных литий-ионных батарей 18650 выпускают Китайские производители. На незащищенный аккумулятор припаивают защитную плату и оборачивают в специальный термозащитный материал. Их длина, из-за использования платы, на несколько миллиметров увеличивается.

18650 с защитой

Все устройства, на которых нет элемента для контроля состояния за батареей, лучше комплектовать защищенными аккумуляторами. В противном случае они могут выйти из строя, разрядившись в ноль или взорваться. При этом защита не сможет предотвратить перегрев элемента питания. Она контролирует состояние напряжения.

Зарядка – 5 нюансов

Как зарядить литий ионные аккумуляторы 18650

Зарядка

Посмотрите на картинке оригинальное зарядное устройство. Зарядное устройство, предназначающееся для литий-ионных аккумуляторов, очень похоже на свинцово-кислотный тип батареи. Разница заключается в том, что у литий-ионного аккумулятора имеется высокие напряжения на каждой банке и серьезные требования допусков по напряжению.

Это интересно! Аккумулятор называют «банкой» из-за схожести с алюминиевыми банками, в которых выпускают прохладительные напитки.

Как зарядить литий ионные аккумуляторы 18650

«Банки»

Самые популярные элементы питания с этой формой — 18650. Это название аккумулятор получил из-за размеров: диаметр — 18 мм, высота — 65 мм. Когда идёт зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов, допускаются небольшие неточности в указаниях напряжений. Но с литий-ионными устройствами всё намного конкретнее. Когда происходит зарядка, и напряжение увеличивается до 4,2 Вольт, напряжение на элемент нужно сразу же прекратить. Погрешность составляет всего 0,5 Вольт.

Как зарядить литий ионные аккумуляторы 18650

Китайская зарядка

На рынке встречается большое количество китайских зарядок, рассчитанных на элементы питания разных материалов. Без ущерба работоспособности ионные батареи заряжают током в 0,8 А. Но напряжение в банке придется предельно четко контролировать. Когда величина составит 4,2 Вольт, сразу же прекращаем зарядку. Но в том случае, если в банку встраивается контроллер, тогда не стоит беспокоиться об этом, поскольку аппарат всё сделает самостоятельно.

Зарядки 4,2 Вольт

В качестве зарядника для литий-ионной батареи используют стабилизатор напряжения, ограниченный ток в самом начале зарядки. Использовать необходимо исключительно стабильное напряжение, и ограничение тока в самом начале процесса зарядки. Зарядку следует заканчивать в тот момент, когда стабильное напряжение равняется 4,2 Вольт, отсутствует ток, или его величина очень маленькая — в районе 5-7 мА.

Как зарядить литий ионные аккумуляторы 18650

Окисление

Когда в аккумулятор помещают стержень из графита, то напряжение не должно превышать 4,1 В на один элемент. При пренебрежением этим правилом, энергетическая плотность сильно возрастет, начнутся процессы окисления устройства. В итоге аккумулятор выйдет из строя. Чтобы избежать окисления, современные модели оснащаются добавками — графита в чистом виде внутри нет. Но подобные модели все еще можно найти случайно.

Как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы. Параллельное соединение аккумуляторов.

Источник

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Практически любое современное электронное устройство с возможностью автономной работы имеет “на борту” литий ионный аккумулятор. Такие аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед предыдущим поколением Ni-Cd и Ni-MH элементов. Самое главное из них – не нужен полный цикл (заряд-разряд), что очень удобно для пользователя. Любое из таких бытовых устройств комплектуется зарядным устройством. Достаточно подключить его к сети, и через несколько часов устройство заряжено. Но бывают неприятные моменты, когда батарея категорически отказывается “брать заряд” или процесс проходит нормально, но устройство “мало держит”. Причины могут быть разные.

В статье пойдет речь о том, как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы.

  1. Конструкция литиевой батареи
  2. Как заряжать литий ионный аккумулятор
  3. Зарядные устройства начального уровня
  4. Продвинутые зарядные устройства
  5. Заряд батарейных блоков
  6. Блоки ноутбуков
  7. Разряд
  8. Причины “плохой” работы аккумулятора
  9. Меры безопасности

Конструкция литиевой батареи

По своему внешнему виду li-ion аккумуляторы бывают двух видов. Цилиндрические элементы (на фото, внешне напоминают обычную одноразовую батарейку) и призматические (плоский прямоугольник, например в любом мобильном телефоне).

Читайте также:  Глубокий разряд аккумулятора телефона это

Конструктивно батарея представляет собой два электрода (плюсовой на основе кобальтата лития и минусовой на основе графита) и пористого сепаратора, который пропитан электролитом.

Химической реакции в чистом виде не происходит. Переносчики заряда ионы лития, которые внедряются в кристаллическую решётку других материалов.

В зависимости от места использования, производители оснащают батарею защитным клапаном, пластиной термической защиты или электронной платой (или все эти устройства вместе).

Как заряжать литий ионный аккумулятор

Если действовать скрупулёзно и правильно заряжать li ion, заряд должен быть разбит на три этапа.

Первый этап (только в случае глубокого разряда аккумулятора ниже 2,9v) –заряд небольшим током. После выхода на номинальное напряжение выше 3,2v идёт второй основной этап зарядки. Этот этап продолжается до набора напряжения 4,2v. После чего третий этап. Зарядка при стабилизированном напряжении 4,2v минимальными токами.

Внимание! Максимальное напряжение заряда 4,2v. Подача на аккумулятор без защиты более высокого напряжения в течение длительного времени, приводит к его выходу из строя либо возгоранию.

Каким током заряжать li ion аккумулятор? Ток зарядки аккумулятора обозначают в количестве единиц “С”. В этом случае буква “С”- ёмкость батареи. Первый этап 0,1-0,2С, второй этап 0,2-1C, третий 0,1С. Бросается в глаза большой разброс тока при основном заряде аккумулятора-втором этапе. Единого мнения здесь нет. Общее правило — чем меньше, тем лучше. Ток заряда 0,2-0,5С считается номинальным режимом зарядки, ток 0,5-1С – ускоренным режимом.

Например: Ёмкость 2000mAh. Номинальный ток заряда на втором основном этапе 400-1000mA, ускоренный 1000-2000mA. Время заряда в первом случае составит 2-5 часов, во втором 1-2 часа.

Здесь указано фактическое время заряда. Ёмкость делим на ток заряда и добавляем 20% на потери. Так происходит потому, что первый этап занимает несколько минут, а третьим производители пренебрегают. Объяснение этому факту простое. Если заряжать аккумулятор на все 100%, срок его службы сокращается. Заканчивая же заряд вторым этапом, получаем приблизительно 85% от номинальной ёмкости и повышенный срок эксплуатации.

Важно! В процессе заряда температура аккумулятора повышается на 5-10 градусов. Сильный же нагрев батареи говорит о её неисправности и опасности дальнейшей эксплуатации.

Зарядные устройства начального уровня

Простейшее зарядное устройство для лития выглядит приблизительно так. Достаточно простой режим заряда позволил реализовать все необходимые функции в одной маленькой микросхеме. Это микросхема TP4056. Она автоматически включает первый этап заряда при сильно разряженном аккумуляторе. В случае же напряжения на выводах больше 2,9v, автоматически включается второй этап. После доведения аккумулятора до напряжения 4,2v происходит отсечка тока заряда. Светодиодная индикация сигнализирует о текущем состоянии (красный светодиод – заряд, зелёный – готово ).

Для удобства добавлены входные и выходные площадки для распайки, разъем micro USB для подачи входного напряжения от любого блока питания с таким разъёмом и сменный резистор, перепаяв который, можно ограничить ток зарядки.

Все остальные недорогие зарядные устройства устроены приблизительно так же. Независимо от того, насколько красив у них корпус или упаковка. Приблизительно такая же схема реализована в любом мобильном телефоне, планшете, смарт-часах и т.п. Для заряда таких устройств достаточно соблюдать простые правила:

  • заряжать только штатным (оригинальным) зарядным устройством. При подключении чужой зарядки, скорее всего ничего плохого не случится, но время заряда может быть резко больше или же аккумулятор просто откажется заряжаться;
  • подключать такую электронику для подзарядки не дожидаясь полного разряда. Это существенно увеличит срок службы батареи;
  • не заряжать при минусовых температурах. Диапазон температуры при заряде от 0 до +45 градусов Цельсия;
  • при предполагаемом длительном неиспользовании электронного устройства, аккумулятор необходимо зарядить;
  • при сильном нагреве корпуса (выше 50 градусов) прекратить заряд.

Обратите внимание! То, что мы в быту называем “зарядкой” для телефона, планшета, ноутбука и т.д. , на самом деле не является зарядным устройством. Это простой блок питания. Его задача заключается в том, чтобы подать на вход электронного устройства нужное напряжение. Зарядное устройство встроено в сам телефон, планшет и т.п.

Продвинутые зарядные устройства

Если аккумулятор является съёмным (фонарь, электронная сигарета и т.п. ) рекомендуется приобрести более продвинутое зарядное. Производителей много. Но все они используют одну и ту же электронику, так что функционал практически одинаковый. На фото дисплей такого зарядного. По каждому каналу оно выводит вот такую информацию.

Напряжение аккумулятора (как правило, по напряжению идёт автоматическое определение типа аккумулятора), ток заряда (можно выбрать 3-4 режима), режим заряда (можно выбрать заряд, тест и т.д.), время заряда, ёмкость аккумулятора и важный параметр – внутреннее сопротивление (на фото справа внизу 35 микроом).

Внутренне сопротивление — параметр, позволяющий за несколько секунд определить, насколько работоспособен аккумулятор. Если этот показатель выше 100, не стоит ждать стабильной работы. Такая банка сможет работать только при малых токах нагрузки и непродолжительное время.

Замер корректен только при первоначальной установке в зарядное устройство. При увеличении степени заряженности и температуры аккумулятора, показатель внутреннего сопротивления меняется в лучшую (меньшую) сторону.

Важно! Невозможно корректно измерить внутреннее сопротивление с помощью зарядных устройств, предполагающих подключение шлейфа. Кроме того, на любом зарядном не будет корректен показатель в случае, если дополнительно установлена плата защиты.

С точки зрения физики процесса, такие зарядные выполняют те же действия. Тот же первый-второй этап заряда. Но возможность выбора тока заряда, тестирования и хорошая визуализация результатов (ёмкость и внутреннее сопротивление) позволяют более комфортно и правильно заряжать литий ионные аккумуляторы.

Заряд батарейных блоков

Если в устройстве используется не один аккумулятор, а батарейный блок, схема заряда предполагает, что каждый элемент блока будет заряжаться отдельно. В этом случае в самой батарее установлена плата контроллера, обеспечивающая такую индивидуальную зарядку каждому элементу.

Случается, что производители откровенно игнорируют такую необходимость при зарядке батарейных блоков (например, почти все изделия “power bank”). Это существенно снижает общую ёмкость такой сборки и срок её службы.

Блоки ноутбуков

Почти все производители ноутбуков искусственно ограничивают срок службы батарей. Чаще всего используется электронный “счётчик циклов”. После достижения определённого значения, батарея блокируется. 1 цикл = 1 включение ноутбука. Если ноутбук используется по большей части в качестве настольного ПК, рекомендуется снять батарею и устанавливать её в отсек только по мере необходимости.

Разряд

По умолчанию максимальный разрядный ток составляет 2С. Но существует линейка Li ion с большой токоотдачей. В этом случае нагрузка может быть 10-30С. Маркируются такие банки, как правило, буквами “INR”, но у некоторых производителей маркировка иная. Так что, если есть планы сильно нагружать батарею, необходимо изучить “даташит”. Если эта модель такую нагрузку не допускает, от затеи лучше отказаться.

Разряжать Li-ion можно до состояния 10-20% заряда. В таком режиме батарея прослужит 1000 и более циклов. Если же разряжать аккумулятор полностью, количество циклов существенно снижается до 400-600.

Самое плохое, что можно сделать, полностью разрядить аккумулятор и оставить его хранится в таком виде на длительное время. С большой долей вероятности после такого хранения встанет вопрос о его замене. В заряженном состоянии литиевые аккумуляторы хранятся несколько лет. Потеря энергии за год в зависимости от температуры воздуха 10-20%.

Причины “плохой” работы аккумулятора

Не всегда уменьшение времени работы батареи связано с её деградацией. Существует ещё несколько причин, на которые нужно обратить внимание.

  1. Работа софта телефона, планшета и т.д. Необходимо проверить, не прописался ли в системе вирус или другой вредоносный софт. Включение-выключение геолокации тоже сильно влияет на время работы батареи.
  2. Зарядное устройство. Используется штатное или “аналог”. В последнем случае попробовать другое зарядное устройство.
  3. Соединительный шнур. Да, такая “мелочь” может привести к неполному заряду. Скрытые обрывы – это очень частое явление.
  4. Неисправность внутреннего контроллера батареи. Визуально это не определить. Поможет специалист.
  5. Деградация самой батареи.

Конечно, пункт 5 – это приблизительно 70% случаев. Но не забываем и об остальных 30%. Проверить большинство вариантов несложно.

Меры безопасности

Сами по себе элементы, собранные по технологиям ионов лития, достаточно безопасны. Времена, когда такой аккумулятор мог взорваться в руках при большой нагрузке, остались в прошлом. Исключение, недавние события, когда один известный производитель в маркетинговых целях продвигал систему сверхбыстрой зарядки своих телефонов. Но определённые меры безопасности соблюдать нужно.

  • категорически запрещается заряжать одноразовые литиевые элементы, т.е. первичные батарейки. Например, в форм-факторе 14500 (для обычной батарейки АА) выпускаются как аккумуляторы, так и батарейки системы Li-SOCl2. Они имеют очень похожую маркировку. Всегда следует убедится, что будет заряжаться именно аккумулятор;
  • не следует пытаться разобрать литиевую батарею или прокалывать и стравливать давление у “надувшегося” элемента (неисправен клапан давления). Возгорание маловероятно, но сильный нагрев и вытекание электролита почти наверняка;
  • при заряде многофункциональными зарядными устройствами с заданием параметров вручную, запрещено подавать на li ion без защитных плат (например, внутренние банки мобильных телефонов) напряжение более 5 вольт. Высокая вероятность возгорания батареи. При подобном заряде цилиндрического элемента (в любом из них есть защитная механическая пластина) он просто выйдет из строя;
  • при авиаперелётах не помешает уточнить правила провоза батарей. Сейчас обычно разрешён провоз исключительно в салоне (не в багаже) аккумуляторов внутри той или иной техники. Политику провоза сменных (запасных) батарей необходимо уточнять;
  • в случае попадания электролита на кожу, необходимо промыть этот участок под проточной водой.

При расчётных режимах работы, литий ионные аккумуляторы являются надёжным и долговечным источником энергии. Используя оригинальные зарядные устройства и отдавая предпочтение режиму заряда от 10-20% остаточного заряда, можно существенно продлить их срок службы. На “сегодня” это самый массовый тип автономного питания, как в бытовой электронике, так и в промышленных системах.

Источник