Все, что вы хотели знать о Li-Ion аккумуляторах, но боялись спросить (часть 1).
Сейчас на рынке представлено огромное разнообразие Li-Ion аккумуляторов различных марок, как с защитой, так и без. Взрывной рост их популярности пришелся на 2008-2010гг., когда на рынке появились большое количество мощных светодиодных фонарей в зарубежных интернет-магазинах.
Но, стоит признать, что, до сих пор, для большинства пользователей, этот тип элементов питания является достаточно новым и незнакомым. Чтобы не запутаться во всем этом многообразии мы хотим вам дать несколько советов, чтобы помочь определиться, какой именно литиевый аккумулятор вам необходим (защищенный-незащищенный) и как не купить откровенно некачественный товар.
Что нужно знать при использовании Li-Ion аккумуляторов.
В силу технологии Li-Ion аккумуляторы имеют ряд ограничений, которые необходимо соблюдать в процессе эксплуатации.
Это:
• максимальное напряжение (напряжение перезаряда) не должно превышать 4,25-4,35В
• минимальное напряжение (напряжение переразряда) не должно быть ниже 2,2-2,5В
• ток разряда не должен превышать 2ух-кратное значение емкости (2С): т.е. для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток разряда не должен быть выше 4400мА, а обладателя емкости в 3100мАч можно смело разряжать током до 6200мА. Есть особые типы высокомощных Li-Ion аккумуляторов, которые предназначены для работы с большими разрядными токами, превышающими величину их емкости в 5-10 раз.
• ток заряда не должен быть выше половины значения емкости аккумулятора (0,5С).
По аналогии с током разряда для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток заряда не должен быть выше 1100мА, а аккумулятор с емкостью 3100мАч можно зарядить током в 1550мА.
• Li-Ion аккумулятор НЕ ЗАРЯЖАЕТСЯ при минусовой температуре, но достаточно спокойно относится к работе на морозе с небольшой потерей емкости. Т.е. зарядили аккумулятор дома, пошли, — поработали на улице, потом, опять, принесли заряжать аккумулятор домой. Это утверждение вы можете проверить в действии на вашем смартфоне или фотоаппарате/видеокамере, — там стоит такой же литиевый аккумулятор, только в другом типоразмере.
• Незащищенные аккумуляторы нельзя паять. Если вы хотите собрать из отдельных аккумуляторов большую батарею,
то следует учитывать, что Li-Ion аккумуляторы очень не любят перегрева, а при попытке припаять провод к контакту аккумулятора вы, скорее всего, его перегреете.
Поэтому собирают аккумуляторные батареи с помощью контактной сварки и специальной ленты.
Опять же, для обслуживания такой батареи вам понадобится контроллер,
который будет следить за процессами заряда-разряда аккумуляторов.
Но, перейдем от теории к практике и попробуем дать ответы на самые распространенные вопросы, которые возникают у покупателей при выборе Li-Ion аккумулятора.
1. Защищенный или нет.
Как мы уже говорили, Li-Ion аккумуляторы должны работать в диапазоне напряжений 4,2-2,5В. Для того, чтобы в процессе работы напряжение на АКБ не выходило за пределы этого диапазона на минусовой контакт незащищенного Li-Ion АКБ (их еще называют «ячейка») ставят небольшую электронную плату защиты (зачастую, она именуется просто «защита»).
Именно эта плата обеспечивает работу ячейки в допустимом диапазоне напряжений, предохраняет от перегрузки по току и от короткого замыкания.
Плата защиты приваривается стальной лентой к контактам аккумулятора
и весь этот «бутерброд», упаковывается в термо-пленку с обозначение бренда и емкости (как реальной так и совершенно бредовой, в некоторых случаях).
Из-за платы защищенные аккумуляторы на пару миллиметров длиннее своих незащищенных сородичей и на 0,5 мм толще.
А, так как, качественная Li-Ion ячейка имеет длину 65мм, то защищенный Li-Ion АКБ вырастает в длине до 68-70мм. Такие аккумуляторы могут обозначаться типоразмером 18700 (где первые две цифры это диаметр в мм., а вторые две- длина). Это надо учитывать при выборе аккумулятора, — сможет ли такой аккумулятор влезть, к примеру, в ваш фонарь или зарядное устройство.
PS. На некоторых зарядных устройствах для Li-Ion аккумуляторах производители заранее указывают, что их продукт может заряжать аккумуляторы типоразмера вплоть до 18700.
Защищенные аккумуляторы можно применять в любых устройствах, которые расчитаны на работу с Li-Ion источниками питания и не имеют встроенного контроллера заряда-разряда. В настоящее время основными потребителями защищенных АКБ являются светодиодные фонари, так как именно такие аккумуляторы способны обеспечить питанием мощные светодиоды в течении продолжительного времени.
Так же, защищенные аккумуляторы находят все большее распространение в разнообразной маломощной бытовой электронике, которая работает от одного-двух АКБ.
При необходимости собрать более серьезный источник питания прибегают к изготовлению аккумуляторных батарей. Тут уже в ход идут только незащищенные аккумуляторы.
Такие батареи стоят в большинстве современных ноутбуках, в электроинструменте, фото-видео технике, электровелосипедах и т.д. Управляет такими батареями специальный контроллер, который следит за напряжением на каждом отдельном аккумуляторе в батарее и необходимости в индивидуальных платах защиты нет.
Подитог: если у вас светодиодный фонарь, с вероятностью 99% вам необходим защищенный аккумулятор. Если вы хотите отремонтировать батарею в ноутбуке или в шуруповерте или просто вам нужна БАТАРЕЯ из LI-Ion аккумуляторов, то вам необходимы именно незащищенные АКБ.
Часть 2
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
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:
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 |
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.
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».
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.
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%.
Можно ли заряжать LiFePO4 АКБ свинцовой зарядкой?
Статья обновлена: 2020-12-17
Вопрос на засыпку: можно ли заряжать аккумуляторные батареи LiFePO 4 зарядными устройствами, предназначенными для свинцово-кислотных аккумуляторов? Теоретически это возможно, но к каким последствиям приведет такой эксперимент, и стоит ли рисковать работоспособностью батареи?
Батарея типа LiFePO 4 с номинальным напряжением 12 В при 100% уровне заряда имеет напряжение 13,3–13,4 В, а ее свинцово-кислотный аналог – 12,6–12,7 В. При уровне заряда 20% литий-железо-фосфатная АКБ удерживает напряжение порядка 13 В, а свинцово-кислотная батарея идентичной емкости – около 11,8 В. Соответственно, диапазон напряжений на 80% емкости составляет менее 0,5 В.
Зарядные устройства для LiFePO 4 батарей ограничивают напряжение аналогично свинцовым зарядникам. Но литиевые ЗУ отличаются:
ЗУ для свинцово-кислотных аккумуляторов предоставляют определенную гибкость в плане отключения напряжения, а зарядники для батарей типа LiFePO 4 в отличие от них очень требовательны к правильной настройке. Это связано с тем, что литиевые батареи боятся перезаряда и восполняют только ту емкость, которую способны принять. Закачать в них избыточную емкость с применением импульсов или других методов невозможно.
Как работает ЗУ для литиевых аккумуляторов
По графику 2-этапного метода зарядки видно, что напряжение стремительно растет в конце 1 этапа. При этом зарядный ток резко снижается, и ЗУ переходит в режим питания.
Как работает ЗУ для свинцово-кислотных батарей
«Умные» зарядные устройства для свинцово-кислотных батарей обычно используют специальные 3-этапные алгоритмы зарядки, рекомендуемые для аккумуляторов Flooded / AGM / Gel:
Свинцово-кислотные ЗУ в подавляющем большинстве имеют режим выравнивания. У ряда моделей он автоматический, неотключаемый. Литиевым батареям режим выравнивания не нужен. Более того, применение к ним выравнивающего заряда 15 В приводит к невосстанавливаемому повреждению аккумуляторов.
Кроме того, ЗУ для свинцово-кислотных батарей имеют функцию перехода на 1 стадию при снижении напряжения в процессе зарядки. Напряжение свинцово-кислотных АКБ при полном заряде составляет 12,7 В. На 3 этапе процесса зарядки ЗУ поддерживает напряжение 13,3 –13,8 В и нагрузки, работающие в этот момент.
При увеличении нагрузок выше предельной выходной мощности ЗУ напряжение АКБ снижается. Когда оно достигает напряжения «возврата к 1 стадии» – 12,5–12,7 В, инициируется новый цикл зарядки. Для литиевых АКБ это напряжение очень низкое и соответствует уровню заряда 10–15%. Для них необходимы другие значения общего напряжения – 13,1–13,2 В.
Некоторые ЗУ для свинцовых батарей при запуске определяют напряжение АКБ и на основании этих данных начинают процесс подзарядки с определенного этапа. Литиевые АКБ удерживают напряжение более 13 В, воспринимаются такими ЗУ как почти заряженные и переходят сразу в 3 стадию зарядки.
Теоретически использовать свинцово-кислотные ЗУ для зарядки литиевых АКБ можно, если используемый зарядник позволяет отключить «режим выравнивания» и установить для зарядки напряжение не выше 14,6 В. Но! Таким ЗУ можно воспользоваться для обычной зарядки, а затем обязательно отключить. Нельзя оставлять его подключенным для обслуживания или хранения литиевой АКБ, т.к. подобные зарядники не способны поддерживать корректный алгоритм зарядки для аккумуляторов на основе лития. В противном случае батарея будет невозвратимо повреждена.
