Как заряжать литий ионный аккумулятор

Как правильно заряжать и эксплуатировать литий─ионный (Li─Ion) аккумулятор?

Человека в современной жизни окружает множество электронных помощников. В быту мы используем планшеты, мобильные телефоны, ноутбуки и т. п. На работе используются шуруповёрты, портативные дрели, фонарики, power bank и пуско-зарядные аккумуляторы для автомобиля. Во всех этих устройствах используются разные типы аккумуляторных батарей. Но больше всего распространены литий─ионные аккумуляторы. Они стали популярными благодаря небольшим размерам и массе в сочетании с высокой энергоёмкостью. При разумной стоимости они имеют приличный срок эксплуатации (300─400 циклов заряд-разряд). Поскольку эти АКБ широко используются в разных устройствах, которые нас окружают, надо понимать, как их правильно заряжать. Поэтому сегодняшний материал посвящён зарядке Li─Ion аккумуляторов.

Что представляет собой литий─ионный аккумулятор?

Поскольку многие пользователи имеют смутное представление о том, что такое литий─ионная аккумуляторная батарея, скажем пару слов о её устройстве. Если смотреть на примере аккумулятора мобильного телефона, то аккумулятор там имеет следующую конструкцию.

Конструкция литий─ионного аккумулятора

АКБ мобильного телефона в абсолютном большинстве случаев имеет в своей конструкции один аккумуляторный элемент, который часто называют банкой. Номинальное напряжение банки обычно составляет 3,7 вольта. В АКБ ноутбуков таких элементов может быть от 2 до 12. Но там они не прямоугольной, а цилиндрической формы (тип 18650). Также в составе аккумулятора есть контроллер, который представляет собой плату с распаянной на ней управляющей микросхемой. Она управляет процессом заряда и разряда банки, не допуская её перезаряда или глубокого разряда.

Таким образом, производители аккумуляторов уже позаботились о том, чтобы избежать внештатных ситуаций при зарядке и разрядке батареи. А пользователю остаётся только соблюдать некоторые правила эксплуатации, о которых будет сказано ниже.
Если вам интересно, то можете прочитать подробный материал про литий-ионный аккумулятор в статье по ссылке.

Как правильно заряжать литий─ионный аккумулятор?

При зарядке Li─Ion аккумулятора нужно помнить о том, что лучше всего поддерживать заряд батареи на уровне 20─80% от полной ёмкости. Литий─ионные АКБ не любят перезаряд. Как говорилось выше, контроллер контролирует степень заряженности аккумуляторного элемента или элементов, если их несколько. Он не допустит их перезарядки. Но это не значит, что аккумулятор можно сутками держать на зарядке. Это совершенно ни к чему.

Телефон и зарядное устройство

В любом случае контроллер не допускает перезаряда и глубокого разряда банки. Он просто отключает банку от внешнего мира. Кроме того, во многих литий─ионных аккумуляторных батареях имеется встроенная защита от перегрева.

Теперь перечислим несколько вариантов, как заряжать Li─Ion аккумулятор.

  • Штатное зарядное устройство. Это самый лучший и рекомендуемый вариант. С помощью штатной зарядки рекомендуется заряжать Li─Ion аккумулятор. Это безопасно и максимально быстро;
  • От USB разъёма компьютера. Вариант также безопасный, но довольно длительный. Дело в том, что в случае порта USB ток ограничен значением 0,5 ампера;
  • От прикуривателя в автомобиле. Если это стандартный переходник на USB, то процесс также может затянуться. Но сейчас в продаже довольно устройств, имеющий набор портов USB с различной силой тока. Есть даже модели, которые позволяют заряжать аккумуляторы ноутбуков с номинальным напряжением 19 вольт током 4 ампера. Узнать максимально допустимый ток для зарядки аккумуляторной батареи своего устройства можно узнать из документации или посмотреть на штатной зарядке. Для АКБ смартфонов обычно 1, а для планшетов – 2 ампера;
  • «Лягушка». Так называют универсальные зарядные устройства. Обычно они используются для зарядки литиевых АКБ для мобильных телефонов. Одна из таких «лягушек» показана на изображении ниже. Конструкция включает в себя док для установки батареи и контакты, регулируемые по ширине для различных моделей. Для информирования об окончании зарядки имеется светодиодная индикация.

Зарядное устройство «лягушка»

Как видите, заряжать литий─ионный аккумулятор можно различными способами. Но рекомендуется заряжать АКБ штатной зарядкой, а остальные методы использовать только в случае необходимости. Сразу после покупки гаджета привыкайте к его корректной зарядке. О том, как правильно заряжать новый аккумулятор смартфона, можно прочитать по указанной ссылке.
Вернуться к содержанию

Эксплуатация Li─Ion батарей

Теперь коротко расскажем об основных правилах эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.

Калибровка

Эту процедуру следует проводить раз в 3 месяца. Она заключается в полной разрядке и последующей полной зарядке АКБ. Это необходимо делать, чтобы контроллер аккумулятора «откалибровал» границы заряда и разряда батареи.

Калибровка литий─ионного аккумулятора

При ручной калибровке вам нужно дождаться выключения телефона, планшета или другого гаджета. Потом в выключенном состоянии ставите устройство на зарядку. Продолжительность до полной зарядки вы можете посмотреть по паспорту. После вынимаете и вставляете аккумуляторную батарею, включаете устройство и смотрите уровень заряда. Если он меньше 100%, то выключаете устройство и снова заряжаете. Так нужно делать до тех пор, пока при включении не будет показан полный уровень заряда.

Для калибровки также можно использовать утилиты, которые существуют для iOS и Андроид.

Если вам интересна переделка шуруповёрта на литиевые аккумуляторы 18650, можете прочитать статью по ссылке.

Хранение

Перед тем как отправить литий─ионную АКБ на хранение, её также нужно заряжать. Но уровень заряда должен быть около 50 процентов. Это считается оптимальным значением. Температура хранения батареи в идеале должна составлять 15 градусов Цельсия. В таких условиях литиевый аккумулятор лучше всего сохраняет ёмкость. Чем выше температура хранения, тем больше будут потери ёмкости при хранении.

При длительном хранении раз в три месяца проводите полный заряд-разряд аккумулятора и снова заряжайте его до 50%.

Зарядка литиевых аккумуляторов китайскими модулями

Литиевые аккумуляторы, характеристики, особенности

Литиевые аккумулятор (Li-Io, Li-Po) являются самыми популярными на данный момент перезаряжаемыми источниками электрической энергии. Литиевый аккумулятор имеет номинальное напряжение 3.7 Вольт, именно оно указывается на корпусе. Однако, заряженный на 100% аккумулятор имеет напряжение 4.2 В, а разряженный “в ноль” – 2.5 В, вообще нет смысла разряжать аккумулятор ниже 3 В, во-первых, он от этого портится, во-вторых, в промежутке от 3 до 2.5 В аккумулятор отдаёт всего пару процентов энергии. Таким образом, рабочий диапазон напряжений принимаем 3 – 4.2 Вольта. Мою подборку советов по эксплуатации и хранению литиевых аккумуляторов вы можете посмотреть вот в этом видео

Последовательно или параллельно?

При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется BMS (Battery Monitoring System), она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки, об этом речь пойдёт ниже. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда, я напомню, литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково, иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно использовать аккумуляторы с разной емкостью. Единственное исключение – работа при больших токах. На разных аккумуляторах под нагрузкой по-разному просаживается напряжение, и между “сильным” и “слабым” акумом начнёт бежать ток, а этого нам совсем не нужно. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели, то есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать.

В обоих рассмотренных случаях нужно соблюдать ток зарядки и ток разрядки. Ток зарядки для Li-Io не должен превышать половины ёмкости аккумулятора в амперах (аккумулятор на 1000 mah – заряжаем 0.5 А, аккумулятор 2 Ah, заряжаем 1 А). Максимальный ток разрядки обычно указан в даташите (ТТХ) аккумулятора. Например: ноутбучные 18650 и аккумы от смартфонов нельзя грузить током, превышающим 2 ёмкости аккумулятора в Амперах (пример: акум на 2500 mah, значит максимум с него нужно брать 2.5*2 = 5 Ампер). Но существуют высокотоковые аккумуляторы, где ток разряда явно указан в характеристиках.

Промежуточным вариантом является переключение аккумуляторов из последовательного соединения в параллельное (для зарядки), что подробно рассмотрено в видеоролике ниже, а все схемы и ссылки на переключатели вы найдёте вот здесь https://alexgyver.ru/18650/

Особенности зарядки китайскими модулями

Стандартный покупной зарядно-защитный модуль за 20 рублей для литиевого аккумулятора (ссылка на aliexpress) позиционируется продавцом как модуль для одной банки 18650. Может и будет заряжать любой литиевый аккумулятор вне зависимости от формы, размера и емкости до правильного напряжения 4,2 вольта (напряжение полностью заряженного аккумулятора, под завязку). Даже если это огромный литиевый пакет на 8000mah (разумеется речь идет про одну ячейку на 3,6-3,7v). Модуль дает зарядный ток 1 ампер, это значит что им можно без опаски заряжать любой аккумулятор емкостью от 2000mah и выше (2Ah, значит зарядный ток – половина емкости, 1А) и соответственно время зарядки в часах будет равно емкости аккумулятора в амперах (на самом деле чуть больше, полтора-два часа на каждые 1000mah). Кстати аккумулятор можно подключать к нагрузке уже во время заряда.

Важно! Если вы хотите заряжать аккумулятор меньшей емкости (например одну старую банку на 900mah или крошечный литиевый пакетик на 230mah), то зарядный ток 1А это много, его следует уменьшить. Это делается заменой резистора R3 на модуле согласно приложенной таблице. Резистор необязательно smd, подойдет самый обычный. Напоминаю, что зарядный ток должен составлять половину от емкости аккумулятора (или меньше, не страшно).

Но если продавец говорит, что этот модуль для одной банки 18650, можно ли им заряжать две банки? Или три? Что если нужно собрать емкий пауэрбанк из нескольких аккумуляторов? МОЖНО! Все литиевые аккумуляторы можно подключать параллельно (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕМКОСТИ. Спаянные параллельно аккумуляторы сохраняют рабочее напряжение 4,2v а их емкость складывается. Даже если вы берете одну банку на 3400mah а вторую на 900 – получится 4300. Аккумуляторы будут работать как одно целое и разряжаться будут пропорциональной своей емкости.

Напряжение в ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ сборке ВСЕГДА ОДИНАКОВО НА ВСЕХ АККУМУЛЯТОРАХ! И ни один аккумулятор физически не может разрядиться в сборке раньше других, здесь работает принцип сообщающихся сосудов. Те, кто утверждают обратное и говорят что аккумуляторы с меньшей емкостью разрядятся быстрее и умрут – путают с ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ сборкой, плюйте им в лицо.

Важно! Перед подключением друг к другу все аккумуляторы должны иметь примерно одинаковое напряжение, чтобы в момент спаивания между ними не потекли уравнительные токи, они могут быть очень большими. Поэтому лучше всего перед сборкой просто зарядить каждый аккумулятор по отдельности. Разумеется время зарядки всей сборки будет увеличиваться, раз вы используете все тот же модуль на 1А. Но можно спараллелить два модуля, получив зарядный ток до 2А (если ваше зарядное устройство может столько дать). Для этого нужно соединить перемычками все аналогичные клеммы модулей (кроме Out- и B+, они продублированы на платах другими пятаками, уже и так окажутся соединенными). Либо можно купить модуль, на котором микросхемы уже стоят в параллель. Этот модуль способен заряжать током в 3 Ампера.

Простите за совсем очевидные вещи, но люди по-прежнему путают, поэтому придется обсудить разницу между параллельным и последовательным соединением.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ соединение (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) сохраняет напряжение аккумулятора 4,2 вольта, но увеличивает емкость, складывая все емкости вместе. Во всех пауэрбанках применяется параллельное соединение нескольких аккумуляторов. Такая сборка по-прежнему может заряжаться от USB и повышающим преобразователем напряжение поднимается до выходных 5v.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ соединение (каждый плюс к минусу последующего аккумулятора) дает кратное увеличение напряжения одной заряженной банки 4,2в (2s – 8,4в, 3s – 12,6в и так далее), но емкость остается прежняя. Если используются три аккумулятора на 2000mah, то емкость сборки – 2000mah.

Важно! Считается что для последовательной сборки священно обязательно нужно использовать только аккумуляторы одинаковой емкости. На самом деле это не так. Можно использовать разные, но тогда емкость батареи будет определяться НАИМЕНЬШЕЙ емкостью в сборке. Складываете 3000+3000+800 – получаете сборку на 800mah. Тогда спецы начинают кукарекать, что тогда менее емкий аккумулятор будет быстрее разряжаться и умрет. А это неважно! Главное и действительно священное правило – для последовательной сборки всегда и обязательно нужно использовать плату защиты BMS на нужное количество банок. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. В случае с банкой на 800 она и разрядится, БМС отключит нагрузку от батареи, разряд остановится и остаточный заряд по 2200mah на остальных банках уже не будет иметь значения – нужно заряжаться.

Плата BMS в отличии от одинарного зарядного модуля НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ последовательной сборки. Для зарядки нужен настроенный источник нужного напряжения и тока. Об этом Гайвер снял видео, поэтому не тратьте время, посмотрите его, там об этом максимально досконально.

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.

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.

Li ion аккумуляторы: правила зарядки и эксплуатации, что нельзя делать с литий-ионными батареями

Основная часть техники работает от Li-ion аккумуляторов, как правильно заряжать и эксплуатировать такие батареи, необходимо знать каждому пользователю. Устройства получили популярность за счет компактности и высокого уровня энергосбережения.

Что представляет собой литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор представляет собой вид элемента питания (АКБ), на основе которого работает электронная техника и электромобили. Литий – самый легкий металл. Его электрохимический потенциал обеспечивает оптимальную характеристику плотности на единицу массы.

В отличие от устройств другого типа, литиевые аккумуляторы содержат отрицательные пластины из металлического лития. За счет этого батареи обладают высоким напряжением на всех элементах. Современные батареи имеют длительный срок службы за счет способности выдерживать множество циклов заряд-разряд и отсутствия «эффекта памяти».

Название «литий-ионный» произошло от основных используемых элементов:

  • литий-феррофосфат;
  • кобальтат лития;
  • литий-марганцевая шпинель.

В качестве переносчика заряда выступают положительные ионы лития, которые свободно перемещаются в кристаллической решетке материала и провоцируют необходимую химическую реакцию.

Идентичными особенностями обладают литий-полимерные аккумуляторы. Главным отличием от Li-ion является отсутствие в составе жидкого электролита, а также высокая стоимость.

Как правильно заряжать Li-ion аккумулятор

При эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, необходимо правильно заряжать устройство и контролировать этот процесс. Зарядка осуществляется по специальной схеме, а контроль при помощи дополнительных плат или обычного сопротивления (резистора).

Двухступенчатая схема зарядки

Двухступенчатая схема заряда является оптимальным способом зарядки литиевых аккумуляторов. В этом случае контроллер заряда имеет повышенную нагрузку, однако это не сказывается на сроке службы устройства.

Выполнение первого этапа зависит от того, каким током будет насыщаться устройство. Номинальная величина тока равна 0,2-0,5 С (С – емкость аккумулятора), а мощность 12,6 вольт. Постоянный зарядный ток обеспечивается путем работы зарядного устройства (ЗУ), которое поднимает потенциалы на клеммах аккумулятора. При отметке в 4,2 В батарея набирает 70-80% заряда, и первый этап заканчивается.

Второй этап характеризуется постоянным напряжением и постепенно снижающимся током. Устройство поддерживает потенциал на отметке 4,15-4,25 В и контролирует параметры тока. Чем выше показатель, тем меньше становиться ток. Величина 0.05-0.01 С говорит об окончании процесса.

Как контролируют параметры зарядки

Литиевые аккумуляторы нуждаются в контроле, так как они работают в узком диапазоне изменения напряжения. Оптимальным значением считается 3 – 4,2 В. Контроллер установлен в зарядном устройстве, однако каждая батарея имеет свои прерыватели и модули защиты. В случае нарушения какого-либо параметра защитная функция отключает банку и разрывает цепь.

Контроллер обеспечивает различные функции управления:

  • переводит режимы CC/CV;
  • контролирует подачу энергии в банках;
  • подает ток, компенсирующий саморазряд;
  • измеряет температуру, предотвращая порчу батареи;
  • отключает зарядку.

Зарядить аккумулятор без контроллера можно, используя резистор, включенный последовательно с устройством. Собрать схему своими руками несложно, если предварительно будут рассчитаны сопротивление, мощность резистора и ток заряда.

Эксплуатация Li-ion батарей

Первую зарядку батареи после покупки новой техники необходимо выполнять после полного разряда. То есть заряжать его сразу не нужно, необходимо довести прибор до выключения, а потом зарядить полностью.

В первую очередь это касается телефонов и ноутбуков.

При эксплуатации устройств с литий-ионными батареями необходимо следить за местом их нахождения. В холодную и жаркую погоду важно контролировать температуру батареи, не допуская перегрева (переохлаждения). Для этого существуют специальные программы, с помощью которых отслеживаются показатели.

Работа при температуре выше 30°C сказывается на способности батареи держать емкость. Уровень падает с 100% до 80%. Когда устройство полностью зарядилось, следует отключать его от источника тока. В противном случае емкость аккумулятора со временем будет снижаться, и батарея выйдет из строя.

Современные блоки питания способны минимизировать поступающий ток после полного заряда. Однако такая функция не дает гарантии сохранности аккумулятора. Заряжать устройство необходимо при отметке 30-50%. Постоянная полная разрядка сопровождается выделением тепла в большем объеме, это негативно сказывается на состоянии батареи.

Не стоит подключать к питанию устройства, которые работали в стрессовом режиме и получили перегрев. В этом случае необходимо дождаться, пока температура снизится, и только после этого ставить заряжаться.

Чрезвычайно холодную батарею следует вытащить из техники и нагреть в руках, а затем вставить обратно.

Для устройств, которые допускают извлечение батареи, отличным решением является приобретение резервного аккумулятора. В этом случае время работы приспособления возрастает в 2 раза. Когда основной аккумулятор разряжается, в устройство помещается запасной элемент. Удобно решение для техники, которая быстро нагревается, так как сменное устройство дает время основному остыть.

Калибровка

Выделяют 2 метода калибрования:

  • ручной;
  • программный.

Калибровка производится по схеме: полный разряд-полный заряд аккумулятора. Необходима процедура для восстановления показателей и корректной работы контроллера.

Второй метод отображает больше информации и позволяет осуществить дополнительные программные манипуляции. В остальном оба способа различий не имеют.

Вначале необходимо в стандартном режиме разрядить технику до выключения. Затем подключить к заряднику. Во время процедуры печатная плата батареи определяет предельные рамки зарядки и разрядки, это необходимо для предотвращения сбоев в дальнейшей работе.

Проводят калибровку 1 раз в 3 месяца.

Заряжают аккумулятор оригинальным прибором, который шел в комплекте с техникой. Отключать от сети устройство можно, когда индикатор заряда покажет 100%. Для достижения максимальной рабочей емкости рекомендуется провести 2-3 повторных цикла «разряд-заряд».

Хранение

Для предотвращения негативных воздействий на литий-ионный аккумулятор со стороны внешних факторов необходимо придерживаться таких правил:

  • на время хранения батарею извлекать из устройства;
  • перед извлечением рекомендуется зарядить аккумулятор до 50%;
  • хранят источник в сухом и прохладном месте.

Норма температуры для содержания батареи +15…+17°С. Такие показатели обеспечивают максимальную сохранность элемента и его емкости.

Литий-ионные устройства имеют низкий показатель саморазряда, поэтому хранить их можно более 2 лет. Однако избежать потери емкости невозможно, даже выполняя правильные условия хранения. Независимо от того, сколько зарядное не будет использоваться, необходимо каждые 3 месяца делать калибровку, а после нее возвращать уровень заряда до 50%.

Чего не нужно делать с литий-ионными аккумуляторами

Предотвращение перегрева является залогом длительной работы батареи. Литий – активный щелочной металл, поэтому при нагреве в аккумуляторе может начаться реакция, приводящая к воспламенению. Запрещается держать литий-ионные батареи вблизи источников солнечных лучей, батарей и открытого огня. Особенно это касается смартфонов и ноутбуков.

Наряду с перегревом нельзя допускать и переохлаждения. Губительных последствий низкие температуры не вызовут, однако снизят емкость батареи.

Запрещено разбирать аккумуляторный элемент. Такая процедура приводит к воспламенению. Нельзя заряжать элемент в обход контроллера. Исключение делают лишь в случае, если аккумулятор необходимо вывести из состояния глубокого разряда.

Как нужно заряжать литий-ионные аккумуляторы: правила правильного использования и зарядки

Очень часто в мерах предосторожности многие люди задаются вопросом: «Как функционируют li-ion аккумуляторы, как правильно заряжать такие устройства?». Жизнь в современном мире практически невозможно представить без различных электронных приспособлений и техники — от простых фонариков, ставших незаменимыми практически для каждого человека смартфонов до массивных автомобилей и грузовиков. Каждое из этих устройств работает благодаря зарядным устройствам различных типов.

Самый распространенный вид аккумуляторов — литий-ионные, получившие популярность благодаря компактности и высокому уровню энергосбережения. Стоит отметить прекрасное соотношение цены и качества: аккумуляторы недешевы, но имеют более длительный срок службы. А поскольку такие зарядные устройства распространены особенно широко, то необходимо иметь понятие о том, как нужно заряжать литий, также стоит разобраться в схемах их конструкции. Разберемся во всем по порядку.

История создания и прототипы нынешних зарядных устройств

Впервые литиевые батареи начали производить в самом начале прошлого столетия — в далеком 1912 году. Тогда же были и созданы их первые схемы. Однако в бытовых приспособлениях они нашли свое место лишь спустя 60 лет. Стоит подчеркнуть, что это были именно батареи. Первые же попытки создания литиевых аккумуляторов оканчивались провалами в связи с появлением затруднений в осуществлении их безопасной эксплуатации.

Первые аккумуляторы данного типа действительно представляли существенную опасность, если не угрозу, человеческим жизням. Это вполне объяснимо по следующей причине: из всех существующих металлов литий признан наилегчайшим с максимальным электрохимическим потенциалом и обеспечением максимальной энергетической плотности.

Удивительно емкие зарядные устройства, работающие на литии, обеспечивают высокое напряжение, в то же время циклическая работа приборов, работающих на литии, способствует выходу тепловой кондиции за пределы. В таких случаях происходит возгорание исходящих газовых веществ, из-за чего, например, в 1991 году многие японцы пострадали от ожогов по вине воспламенения.

Безопасная альтернатива

Выяснив опасность чистого лития, исследователи решили обратить внимание на ионные аналоги. Разумеется, энергетическая плотность ионных аккумуляторов относительно уступала своим чисто литиевым аналогам, так же, как и никель-кадмиевым приспособлений с повышенным током заряда. Однако благодаря своей безвредности они получили определенное преимущество.

На этом преимущества ion-аккумуляторов не заканчиваются. Аккумуляторы, работающие на ионах лития, обладают пониженным саморазрядом и повышенным напряжением единичного элемента, что делает конструкцию заметно проще. А сравнительно небольшое количество расходов на использование и сервис избавляют от необходимости регулярных разрядных циклов для емкостного восстановления.

Однако здесь, пожалуй, и заканчиваются все достоинства аккумуляторов, работающих на ионах лития. В связи с этим стоит перейти к описанию недостатков аккумуляторов данного типа.

Слабые стороны ионных аналогов

Требуемая для ion-аккумуляторов встроенная протекционная система влечет за собой дополнительные расходы. Помимо этого, даже в случае нахождения в бездействий литий-ионные зарядные устройства обладают старением. Однако разработчики не разглашают сведений об этой проблеме по естественной причине.

Пытаясь найти решение для всех вышеперечисленных проблем, после долгих раздумий запустили в производство полимерные аккумуляторы.

Полимерные аналоги

Li-pol аккумулятор получил такое название не случайно. Дело в том, что здесь применяется сухой жесткий полимер, по своей форме напоминающий пластиковую пленку и пропускающий электрический ток.

Такой тип конструкции очень удобен в связи с тем, что делает производственный процесс проще и по сути несет меньше вреда за счет отсутствия риска воспламенения. При этом возможно создавать тонкие миллиметровые устройства какой угодно формы, которые можно внедрить практически во что угодно.

Слабые стороны

Однако pol-аккумуляторы имеют и слабую сторону. Негативный аспект, который бросается в глаза, — недостаточная электропроводимость при условии содержания в помещениях с комнатной температурой. Когда температура нагрева превосходит 60°С, происходит увеличение электропроводимости до нужной степени. Однако о массовой эксплуатации здесь не может идти и речи.

Как можно самостоятельно создать приспособление для зарядки

Многие люди считают, что создание аккумуляторов своими руками — это дело рук исключительно профессионалов. Отчасти они правы, поскольку не каждому возомнившему себя новым Николой Тесла человеку под силу это сделать, не нанеся при этом ущерба никому, включая себя.

Однако сконструировать такое подобие аккумулятора можно и своими руками следуя специальной схеме. Возможно, кто-то скажет, что только рабочие соответствующих профессий обладают этой нужной вещицей. На самом деле их можно легко найти — нужен всего лишь интернет для этого.

Правила зарядки аккумулятора с ионами лития

Сейчас же стоит, наконец, перейти к вопросу, задаваемому в начале статьи: какими правилами эксплуатации нужно руководствоваться, чтобы знать, как зарядить li-ion аккумулятор? Иными словами, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы, чтобы не совершить никаких ошибок и не навредить ни зарядному устройству, ни своему электронному помощнику, ни, что самое главное, самому себе?

Первое правило: Нет смысла в переразрядке

Для начала нужно помнить, что нет необходимости в тотальной разрядке аккумулятора в связи с отсутствием в них «эффекта запоминания».

Второе правило: Тотальная разрядка нужна раз в квартал

Необходимость в тотальной разрядке все-таки существует, но исключительно раз в 3 месяца. Это следует делать потому, что ошибка, совершаемая многими людьми, а именно — нестабильная зарядка с отсутствием регулярного цикла, может дать сбой зарядов контроллера. Одного раза тотальной разрядки будет вполне достаточно для продолжительной работы приспособления — ни больше, ни меньше этого.

Третье правило: Не нужен — не надо заряжать

В тех случаях, когда устройство не нужно для использования, его желательно зарядить на 30% либо же ровно до половины и отложить туда, где температура равна 15°С. Это поможет сохранить батарею надолго с отсутствием значимого урона.

Четвертое правило: Нужно заряжать оригинальными приспособлениями

Ни для кого не является секретом тот факт, что, например, у мобильных телефонов и планшетов зарядное устройство находится внутри. Однако аккумуляторы как фотоаппаратов, так и видеокамер требуют изъятия и зарядки во внешнем приспособлении, потому как сторонняя «зарядка» способна пагубно повлиять на их состояние и, как следствие, дальнейшую работу.

Пятое правило: Не перегревать ионные аккумуляторы

Аккумуляторы портятся под влиянием высоких температур. Холод, разумеется, также негативно влияет на них, однако это гораздо менее существенно. Данные аспекты нельзя оставлять без внимания при использовании батарей с ионами лития. Их ни в коем случае нельзя оставлять под прямыми лучами солнца и неподалеку от тепловых источников. Температурный диапазон, при котором можно хранить аккумулятор, находится между -40 и +50°С.

Шестое правило: Не использовать «лягушку» в качестве зарядного устройства

Многим известно, что применение несертифицированных приспособлений для зарядки рискованно и небезопасно. Это предупреждение касается и производимых в Китае «лягушек»: риск применения таких приспособлений заключается в их способности вспыхивать и возгораться во время процесса зарядки.

Поэтому если уж и применять «лягушку» в качестве зарядного устройства, то исключительно при крайней необходимости и с предельной осторожностью. В противном случае это может плохо окончиться — например, уничтожением аккумулятора смартфона или даже пожаром.

И, наконец, последний вопрос: каким током заряжать литий-ионные устройства? При данном процессе применяется способ «постоянного тока», что ограничивает аккумуляторное напряжение. Говоря о том, как нужно правильно заряжать li-pol аккумуляторы, необходимо понимать, что их желательно отсоединить от зарядного устройства при 80 процентах заряда — тотальные разрядка и первая зарядка не приведут к примечательной результативности. А чтобы устройство служило дольше, важно знать, как правильно заряжать аккумулятор еще нового телефона.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий