Меню

Циклы зарядки для литий ионных аккумуляторов

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Литиевые аккумуляторы представляют гальваническую пару, в которой катодом служат соли лития. Независимо, литий-ионный, литий-полимерный сухой или гибридный аккумулятор, зарядное устройство подходит всем. Изделия могут иметь форму цилиндра, или герметичную мягкую упаковку, способ зарядки для них общий, отвечающий особенностям электрохимической реакции. Как зарядить Li-ion АКБ?

Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы

Существует несколько схем зарядки литиевых аккумуляторов. Чаще используется двухэтапная зарядка, разработанная компанией SONY. Не применяются устройства с применением импульсного заряда и ступенчатой зарядки, как для кислотных АКБ.

Зарядка любых разновидностей ионно-литиевых или литий-полимерных аккумуляторов требует строгое соблюдение напряжения. На одном элементе заряженного литиевого аккумулятора должно быть не больше 4,2 В. Номинальным напряжением для них считается 3,7 В.

Литиевые аккумуляторы можно ли заряжать быстро, не полностью? Да. Их всегда можно дозарядить. Работа батареи на 40-80 % емкости удлинняет АКБ срок годности.

Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов

Принцип схемы CC/CV – постоянная сила зарядного тока/ постоянное напряжение. Как зарядить по этой схеме литиевый аккумулятор?

На схеме до 1 этапа зарядки изображен предэтап, для восстановления глубоко севшего литиевого аккумулятора, с напряжением на клеммах не менее 2,0 В. Первый этап должен восстановить 70-80 % емкости. Ток зарядки выбирают 0,2-0,5 С. Ускоренно заряжать можно, током 0,5-1,0 С. (С – емкость литиевых аккумуляторов, цифровое значение). Каким должно быть напряжение зарядки на первом этапе? Стабильным, 5 В. Когда достигнуто напряжение на клеммах аккумулятора 4,2 – это сигнал перехода на второй этап.

Теперь ЗУ поддерживает стабильное напряжение на клеммах, а зарядный ток по мере поднятия емкости снижается. При уменьшении его значения до 0,05-0,01 С зарядка закончится, устройство отключится, не допуская перезарядки. Общее время восстановления емкости для литиевого аккумулятора не превышает 3 часов.

Если литий-ионная батарея разряжена глубже 3,0 В, потребуется провести «толчок». Это заключается в зарядке малым током до тех пор, пока на клеммах не будет 3,1 В. Потом используется обычная схема.

Как контролируют параметры зарядки

Так как литиевые аккумуляторы работают в узком диапазоне изменения напряжения на клеммах, их нельзя перезаряжать выше 4,2 В и допускать разрядку ниже 3 В. Контроллер заряда установлен в ЗУ. Но каждый аккумулятор или батарея имеют собственные прерыватели, РСВ плату или РСМ модули защиты. В аккумуляторах установлена именно защита от того или иного фактора. В случае нарушения параметра, она должна отключить банку, разорвать цепь.

Контроллер – устройство, которое должно реализовать функции управления – переводить режимы CC/CV, контролировать количество энергии в банках, отключать зарядку. При этом сборка работает, нагревается.

Самодельные схемы зарядки, применяемые для литиевых аккумуляторов

  • LM317 – схема простого зарядного устройства с индикатором заряда. От USB порта не запитывается.
  • MAX1555, MAX1551- специально для Li Аккумуляторов, устанавливаются в адаптер питания от телефона в USB. Есть функция предварительного заряда.
  • LP2951- стабилизатор ограничивает ток, формирует стабильное напряжение 4,08-4,26В.
  • MCP73831- одна из простейших схем, подходит для зарядки ионных и полимерных устройств.

Если батарея состоит из нескольких банок, разряжаются они не всегда равномерно. При зарядке необходим балансир, распределяющий заряд и обеспечивающий равномерный заряд всех банок в батарее. Балансир может быть отдельным или встроенным в схему подключения АКБ. Устройство защиты батареи называется BMS. Зная как заряжать приборы, разбираясь в схемах, можно своими руками собрать схему защитного устройства для литиевого аккумулятора.

Как зарядить литиевый аккумулятор 12 вольт

Каждый литиевый аккумулятор представляет герметичное изделие цилиндрической, призматической формы, для Li-pol в мягкой упаковке. Все они имеют напряжение 3,6- 4,2 В и разную емкость, измеряемую в мА/ч. Если собрать последовательно 3 банки получится батарея с напряжением на клеммах 10,8 — 12,6 В. Емкость при последовательной зарядке, измеряется по самому слабому литиевому аккумулятору в связке.

Как правильно заряжать литиевый аккумулятор 18650 или Pol на 12 вольт, нужно знать. Для возвращения прибору емкости необходимо использовать ЗУ с контроллером. Важно иметь в сборке РСМ для каждой банки, защиту от недо- и перезаряда. Другая схема незащищенных литиево-ионных аккумуляторов – установка РСВ – управляющей платы, лучше с балансирами, для равномерной зарядки банок.

На зарядном устройстве необходимо задать напряжение, под которым работает батарея, 12,6 В. На приборной доске устанавливается количество банок и ток зарядки, равный 0,2- 0,5 С.

Как заряжать, предлагаем посмотреть видео, способ зарядки для 2, 3 литиевых аккумуляторов 18650, соединенных последовательно. Используется бюджетное зарядное устройство.

Варианты зарядки литий-ионных литиево-полимерных аккумуляторов:

  • Зарядное устройство приобретаемое в комплекте с прибором.
  • Использовать разъем USB от электронной техники – компьютера. Здесь можно получить ток 0,5 А, зарядка будет долгой.
  • От прикуривателя, купив переходник с набором портов. Выбрать тот, что соответствует параметрам батареи на 12 В.
  • Универсальное зарядное устройство «лягушка» с доком для установки гаджета. Как заряжать? Есть панель индикации заряда.
Читайте также:  Как восстановить необслуживаемый аккумулятор автомобиля своими руками

Специалисты советуют использовать для зарядки литиевых аккумуляторов штатное зарядное, остальные – только в форс-мажорных обстоятельствах. Однако, как зарядить литиевый аккумулятор без штатного зарядного устройства, нужно знать.

Как заряжать литиевые аккумуляторы шуруповерта

Шуруповерт на литиевых аккумуляторах почти всегда апгрейд. Если с Ni-Cd элементами были одни требования к зарядке, теперь они стали противоположными. В первую очередь нужно приобрести или собрать зарядник, именно для энергоемких литиевых аккумуляторов шуруповерта с форм фактором 18650. Схема зарядки применяется из двух этапов CC/CV.

Зарядка литиевого аккумулятора шуруповерта оптимальна, когда остается 20-50 % емкости – одна палочка на индикаторе. Чем чаще заряжать, тем стабильнее напряжение на клеммах и длиннее жизнь источника энергии. Чем ровнее напряжение на клеммах, тем больше циклов выдержит литиевый аккумулятор шуруповерта.

Глубина разряда, % Количество циклов заряда
100 500
50 1500
25 2500
10 4 700

Если в шуруповерте 2 аккумулятора, один снимите, зарядите на 50-60 % и держите в резерве. Но второй заряжайте всегда по окончании работы, даже на 10 %. Лучшая температура для заряда +15-25 0 С. При минусе батарея шуруповерта не зарядится, но работать до -10 0 может.

Как заряжать литиевый аккумулятор шуруповерта зарядным устройством, зависит от схемы сбора батареи из банок. В любом случае, напряжение на ЗУ должно быть равно заявленному для прибора, а сила тока 0,5 С на первом этапе. На втором, напряжение клеммное стабильно, а сила тока падает, вплоть до окончания процесса.

Сколько заряжать литиевый аккумулятор

Время зарядки аккумуляторов определяется процессом восстановления емкости. Различают полный и частичный заряд.

Емкость измеряется в ампер-часах. Это значит, если подать заряд, численно равный емкости, то за час на клеммах создастся нужное напряжение, а запас энергии будет 70-80 %. Если емкость измеряется в единицах С, при быстрой зарядке следует подавать ток 1С-2С. Время быстрой зарядки около часа.

Для полного цикла зарядки батарей из нескольких элементов, соединенных последовательно, используют 2 этапа – CC/CV. Этап СС длится, пока на клеммах не появится напряжение , равное рабочему, в вольтах. Второй этап: при стабильном напряжении подается в банку ток, но с увеличением емкости, он стремится к нулю. Время заряда занимает около 3 часов, независимо от емкости.

Можно ли заряжать литиевый аккумулятор обычной зарядкой

Две разных системы аккумуляторов – литиевые и свинцовые требуют разного подхода к восстановлению емкости. Свинцовый АКБ не настолько требовательны к параметрам зарядки, как литиевые. Да и критерии заряда другие.

Для зарядки на первом этапе Li-ion, Li-pol требуется постоянный ток, на втором этапе постоянное напряжение. Если не контролировать параметры на первом этапе, возможен перезаряд. Но если в батарее есть встроенная защита – BMS – она справится. Поэтому несколько добавить энергии можно даже зарядником от телефона.

В зарядном устройстве для свинцовых АКБ главный показатель – стабильное напряжение. Для литиевых зарядников на первом этапе важен стабильный ток.

Правда, появились универсальные ЗУ, которые можно перенастроить на тот или иной режим зарядки. Перед вами российская разработка «Кулон».

Источник

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.

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).

Читайте также:  Сроки хранения литий ионных аккумуляторов

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.

Читайте также:  Аккумуляторы makita 5 ампер

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