Znamionowy prąd ładowania akumulatora litowo-jonowego. Dotting the Li: czy baterie litowe wymagają treningu? Czy można ładować akumulator litowo-jonowy bez kontrolera?
Przeczytaj także
Czytając na forach „wskazówki dotyczące eksploatacji” akumulatorów, mimowolnie zastanawiasz się, czy ludzie w szkole pomijali fizykę i chemię, czy też uważają, że zasady eksploatacji akumulatorów ołowiowych i jonowych są takie same.
Zacznijmy od zasad działania akumulatora Li-Ion. Na palcach wszystko jest niezwykle proste – jest elektroda ujemna (najczęściej miedziana), jest elektroda dodatnia (wykonana z aluminium), pomiędzy nimi znajduje się substancja porowata (separator) nasycona elektrolitem (zapobiega „nieuprawnionemu " przejście jonów litu między elektrodami):
Zasada działania opiera się na zdolności osadzania się jonów litu w sieci krystalicznej różnych materiałów - najczęściej grafitu lub tlenku krzemu - z wytworzeniem wiązań chemicznych: odpowiednio podczas ładowania jony osadzają się w sieci krystalicznej, w ten sposób kumulując ładunek na jednej elektrodzie, podczas rozładowywania odpowiednio wracają do innej elektrody, podając potrzebny nam elektron (dla tych, którzy są zainteresowani dokładniejszym wyjaśnieniem zachodzących procesów - interkalacja google). Jako elektrolit stosuje się roztwory zawierające wodę, które nie zawierają wolnego protonu i są stabilne w szerokim zakresie napięć. Jak widać, w nowoczesnych akumulatorach wszystko odbywa się w miarę bezpiecznie - nie ma litu metalicznego, nie ma nic do wybuchu, tylko jony przechodzą przez separator.
Teraz, gdy wszystko stało się mniej więcej jasne z zasadą działania, przejdźmy do najczęstszych mitów dotyczących akumulatorów Li-Ion:
- Mit pierwszy. Akumulator Li-Ion w urządzeniu nie może być rozładowany do zera procent.
W zasadzie wszystko brzmi dobrze i jest zgodne z fizyką – przy rozładowaniu do ~2,5 V Li-Ion akumulator zaczyna się bardzo szybko degradować, a nawet jedno takie rozładowanie może znacząco (nawet o 10%!) zmniejszyć jego pojemność. Dodatkowo po rozładowaniu do takiego napięcia nie będzie już można go ładować zwykłą ładowarką - jeśli napięcie ogniwa akumulatora spadnie poniżej ~3 V, "inteligentny" sterownik wyłączy go jako uszkodzony, a jeśli będzie są wszystkie takie ogniwa, baterię można wyrzucić do kosza.
Ale jest jeden bardzo ważny, o którym wszyscy zapominają: w telefonach, tabletach i innych urządzeniach mobilnych zakres napięcia pracy na baterii wynosi 3,5-4,2 V. Gdy napięcie spadnie poniżej 3,5 V, wskaźnik pokazuje zero procent naładowania i urządzenie wyłącza się, ale do " krytycznego " 2,5 V jest nadal bardzo daleko. Potwierdza to fakt, że jeśli do takiego „rozładowanego” akumulatora podłączy się diodę, to może się długo palić (może ktoś pamięta, że kiedyś sprzedawano telefony z latarkami, które były włączane przyciskiem niezależnie od system.Więc tam kontrolka nadal się paliła po rozładowaniu i wyłączeniu telefonu). Czyli, jak widać, podczas normalnego użytkowania nie dochodzi do rozładowania do 2,5 V, co oznacza, że całkiem możliwe jest rozładowanie Akum do zera procent. - Mit drugi. Uszkodzone akumulatory litowo-jonowe eksplodują.
Wszyscy pamiętamy „wybuchowego” Samsunga Galaxy Note 7. Jest to jednak raczej wyjątek od reguły – tak, lit to bardzo aktywny metal i nietrudno go wysadzić w powietrze (a pali się bardzo jasno w wodzie). Jednak nowoczesne baterie nie wykorzystują litu, ale jego jony, które są znacznie mniej aktywne. Aby więc doszło do wybuchu, trzeba się bardzo postarać - albo fizycznie uszkodzić ładowany akumulator (załatwić zwarcie), albo naładować go bardzo wysokim napięciem (wtedy ulegnie uszkodzeniu, ale najprawdopodobniej kontroler po prostu wypala się i nie pozwala na naładowanie akumulatora). Dlatego jeśli nagle masz w rękach uszkodzoną lub dymiącą baterię – nie rzucaj jej na stół i uciekaj z pokoju krzycząc „wszyscy zginiemy” – po prostu włóż ją do metalowego pojemnika i wynieś na balkon (aby nie wdychać chemikaliów) – bateria przez chwilę się tli, a potem zgaśnie. Najważniejsze, żeby nie napełniać go wodą, jony są oczywiście mniej aktywne niż lit, ale i tak podczas reakcji z wodą uwolni się też pewna ilość wodoru (a on lubi wybuchać). - Mit trzeci. Gdy akumulator litowo-jonowy osiągnie 300 (500/700/1000/100500) cykli, staje się niebezpieczny i wymaga pilnej wymiany.
Mit, na szczęście coraz mniej chodzący po forach i nie mający żadnego fizycznego ani chemicznego wyjaśnienia. Tak, podczas pracy elektrody utleniają się i korodują, co zmniejsza pojemność baterii, ale nie zagraża to niczym innym niż skróceniem żywotności baterii i niestabilnym zachowaniem przy 10-20% naładowania. - Mit czwarty. Z akumulatorami Li-Ion nie możesz pracować na mrozie.
To bardziej zalecenie niż zakaz. Wielu producentów zabrania używania telefonów w temperaturach poniżej zera, a wielu doświadczyło szybkiego rozładowania i generalnie wyłączania telefonów na zimno. Wyjaśnienie tego jest bardzo proste: elektrolit jest żelem zawierającym wodę i każdy wie, co dzieje się z wodą w ujemnych temperaturach (tak, zamarza, jeśli w ogóle), tym samym wyłączając pewien obszar akumulatora. Prowadzi to do spadku napięcia, a sterownik zaczyna uważać to za wyładowanie. Nie jest to przydatne dla baterii, ale też nie jest fatalne (po podgrzaniu pojemność powróci), więc jeśli rozpaczliwie potrzebujesz telefonu na mrozie (po prostu go użyj - wyjmij go z ciepłej kieszeni, spójrz na czas i schować z powrotem), wtedy lepiej naładować go w 100% i włączyć dowolny proces, który ładuje procesor - więc chłodzenie będzie wolniejsze. - Mit piąty. Spuchnięta bateria litowo-jonowa jest niebezpieczna i należy ją natychmiast wyrzucić.
To nie do końca mit, a raczej środek ostrożności – spuchnięta bateria może po prostu pęknąć. Z chemicznego punktu widzenia wszystko jest proste: podczas procesu interkalacji następuje rozkład elektrod i elektrolitu, w wyniku czego uwalniany jest gaz (można go również uwolnić podczas ładowania, ale o tym poniżej). Ale wyróżnia się bardzo niewiele, a aby bateria wydawała się spuchnięta, musi przejść kilkaset (jeśli nie tysiące) cykli ładowania (chyba że jest uszkodzona). Nie ma problemów z pozbyciem się gazu - wystarczy przebić zawór (w niektórych akumulatorach otwiera się samoistnie pod nadmiernym ciśnieniem) i odpowietrzyć (nie polecam oddychania), po czym otwór można zakryć żywicą epoksydową. Oczywiście nie przywróci to baterii do poprzedniej pojemności, ale przynajmniej teraz na pewno nie pęknie. - Mit szósty. Akumulatory litowo-jonowe są szkodliwe w przypadku przeładowania.
Ale to już nie mit, a twarda rzeczywistość - przy doładowywaniu jest duża szansa, że bateria puchnie, pęknie i zapali się - uwierz mi, nie ma przyjemności w ochlapaniu wrzącym elektrolitem. Dlatego we wszystkich akumulatorach znajdują się kontrolery, które po prostu nie pozwalają na ładowanie akumulatora powyżej określonego napięcia. Ale tutaj trzeba być niezwykle ostrożnym w doborze baterii – kontrolery chińskiego rękodzieła często potrafią zawieść, a myślę, że fajerwerki z telefonu o 3 nad ranem Wam się nie spodobają. Oczywiście ten sam problem występuje w markowych bateriach, ale po pierwsze zdarza się to tam znacznie rzadziej, a po drugie cały telefon zostanie wymieniony na gwarancji. Zwykle mit ten daje początek następującym: - Mit siódmy. Po osiągnięciu 100% musisz wyłączyć telefon z ładowania.
Z szóstego mitu wydaje się to rozsądne, ale w rzeczywistości nie ma sensu wstawać w środku nocy i wyjmować urządzenia z ładowania: po pierwsze awarie kontrolera zdarzają się niezwykle rzadko, a po drugie, nawet przy 100% na wskaźniku zostanie osiągnięty, akumulator ładuje się do bardzo, bardzo maksymalnego przez pewien czas niskich prądów, co dodaje kolejne 1-3% pojemności. Więc to naprawdę nie powinno być aż tak trudne. - Mit ósmy. Urządzenie można ładować tylko oryginalną ładowarką.
Mit ma miejsce ze względu na słabą jakość chińskich ładowarek - przy normalnym napięciu 5+- 5% woltów mogą dawać zarówno 6, jak i 7 - sterownik oczywiście przez jakiś czas wygładzi takie napięcie, ale w przyszłości doprowadzi to co najwyżej do spalenia sterownika, w najgorszym - do eksplozji i (lub) awarii płyty głównej. Dzieje się odwrotnie - pod obciążeniem chińska ładowarka wytwarza 3-4 wolty: doprowadzi to do tego, że bateria nie może zostać w pełni naładowana.
Akumulatory litowo-jonowe (li-ion) można ładować za pomocą ładowarek lub niezależnie. Nie będziemy rozważać urządzenia akumulatorów litowo-jonowych i polimerowych (li-pol), ale od razu przejdziemy do praktyki. Oba typy akumulatorów są ładowane w ten sam sposób, więc o litowo-jonowych omówimy dalej.
Zasady ładowania akumulatora Li-Ion:
- Akumulator można ładować tylko w temperaturach od 0 do +45 stopni. Dopóki bateria się nie nagrzeje, zwykle nie będzie ładowana;
- Minimalne napięcie dla akumulatora Li-Ion wynosi 2,5 lub 3 V, w zależności od składu chemicznego. Lepiej skupić się na 3V;
- Napięcie znamionowe 3,7 V;
- Maksymalne napięcie ładowania wynosi 4,2 V lub 4,3 V w zależności od składu chemicznego. Lepiej skupić się na 4.2V;
- Pojemność jest wskazana na baterii lub urządzeniu, nazwijmy ją C. Ponadto będzie jasne, dlaczego musisz ją znać do ładowania;
- Normalny tryb ładowania: prąd jest ograniczony do 0,5*C (tj. wartość jest równa połowie pojemności akumulatora), napięcie jest ograniczone do 4,2 V;
- Jeżeli akumulator jest rozładowany do 3V i poniżej: prąd należy ograniczyć do 0,1*C, aż napięcie przekroczy 3V;
- Akumulator jest ładowany do momentu, gdy prąd przestanie się zmniejszać lub w ogóle nie istnieje, jeśli jednocześnie ograniczyłeś napięcie do 4,2V. Jeśli nie ograniczysz napięcia - zanim napięcie wzrośnie do 4,2V;
- Nigdy nie podnoś napięcia powyżej 4,2 lub 4,3 wolta. Przy stabilnym nadmiarze napięcia na elektrodach następuje osadzanie. W najlepszym przypadku bateria straci pojemność na zawsze. Przy długim procesie osadzanie powoduje zamknięcie. Może się nagrzać, zniszczyć elektrody i zapalić się.
do tego
W przypadku samoładowania należy ograniczyć siłę napięcia i prądu. Idealny do tego zasilacza laboratoryjnego.
W akumulatorach litowo-jonowych o napięciu powyżej 3,7 V akumulatory są połączone równolegle. Dzieląc napięcie akumulatora przez 3,7, otrzymujesz liczbę akumulatorów połączonych szeregowo. Pomnożenie liczby baterii przez 3 daje minimalne napięcie baterii. Mnożąc przez 4,2 otrzymujemy maksymalne napięcie.
Akumulatory Li-Ion są praktycznie pozbawione „efektu pamięci” i dlatego nie wymagają szkolenia. Staraj się nie całkowicie rozładowywać baterii i nie utrzymuj jej w ciągłym naładowaniu.
Optymalne ładowanie baterii to 50-80%. Nie ma jednak sensu cierpieć i utrzymywać takich wartości podczas korzystania z laptopa, smartfona, a nawet latarki. Zwykle ładują się wtedy, gdy jest to wygodne i w razie potrzeby rozładowują się tak długo, jak to konieczne. Li-Ion został do tego stworzony, nie ma sensu się ograniczać.
Stosowanie powyższych metod ładowania akumulatorów wysokim napięciem lub prądem „do pchania” jest szkodliwe dla akumulatora. Lepiej pozostawić baterię na niskim prądzie na kilka godzin lub kilka dni. Jest to bardziej oszczędny sposób na ożywienie baterii. Umożliwi to pracę kontrolera zgodnie z oczekiwaniami i umożliwi ładowanie normalnymi prądami.
Być może to wszystko, udane ćwiczenia.
Trudno ocenić charakterystykę konkretnej ładowarki bez zrozumienia, jak w rzeczywistości powinien płynąć przykładowy ładunek akumulatora litowo-jonowego. Dlatego zanim przejdziemy bezpośrednio do obwodów, przypomnijmy sobie trochę teorii.
Co to są baterie litowe?
W zależności od materiału, z którego wykonana jest elektroda dodatnia baterii litowej, istnieje ich kilka odmian:
- z katodą kobaltowo-litową;
- z katodą na bazie litowanego fosforanu żelaza;
- na bazie niklowo-kobaltowo-aluminiowej;
- na bazie niklu-kobaltu-manganu.
Wszystkie te baterie mają swoje własne cechy, ale ponieważ te niuanse nie mają fundamentalnego znaczenia dla ogólnego konsumenta, nie zostaną uwzględnione w tym artykule.
Ponadto wszystkie akumulatory litowo-jonowe są produkowane w różnych rozmiarach i formach. Mogą występować w wersji etui (np. popularne dziś baterie 18650) lub laminowanej lub pryzmatycznej (akumulatory żelowo-polimerowe). Te ostatnie to hermetycznie zamknięte worki wykonane ze specjalnej folii, w których znajdują się elektrody i masa elektrodowa.
Najpopularniejsze rozmiary akumulatorów litowo-jonowych pokazano w poniższej tabeli (wszystkie mają napięcie nominalne 3,7 V):
| Przeznaczenie | Rozmiar | Podobny rozmiar |
|---|---|---|
| XXYY0, gdzie XX- wskazanie średnicy w mm, YY- wartość długości w mm, 0 - odzwierciedla wykonanie w formie walca |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø odpowiada AAA, ale połowa długości) | |
| 10280 | ||
| 10430 | AAA | |
| 10440 | AAA | |
| 14250 | 1/2AA | |
| 14270 | ØAA, długość CR2 | |
| 14430 | Ø 14 mm (jak AA), ale krótsze | |
| 14500 | AA | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (lub 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (lub 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (lub 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | Z | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Wewnętrzne procesy elektrochemiczne przebiegają w ten sam sposób i nie zależą od kształtu i wydajności baterii, więc wszystko, co powiedziano poniżej, dotyczy w równym stopniu wszystkich baterii litowych.
Jak prawidłowo ładować akumulatory litowo-jonowe?
Najbardziej prawidłowym sposobem ładowania baterii litowych jest ładowanie dwuetapowe. Właśnie tę metodę stosuje Sony we wszystkich swoich ładowarkach. Pomimo bardziej złożonego kontrolera ładowania zapewnia to pełniejsze ładowanie akumulatorów litowo-jonowych bez skracania ich żywotności.
Mówimy tutaj o dwustopniowym profilu ładowania baterii litowych, w skrócie CC/CV (stały prąd, stałe napięcie). Istnieją również opcje z prądami pulsacyjnymi i krokowymi, ale nie są one brane pod uwagę w tym artykule. Możesz przeczytać więcej o ładowaniu prądem pulsacyjnym.
Rozważmy więc bardziej szczegółowo oba etapy ładowania.
1. Na pierwszym etapie należy zapewnić stały prąd ładowania. Aktualna wartość to 0,2-0,5C. W przypadku ładowania przyspieszonego dozwolone jest zwiększenie prądu do 0,5-1,0C (gdzie C to pojemność akumulatora).
Np. dla akumulatora o pojemności 3000 mAh nominalny prąd ładowania w pierwszym stopniu wynosi 600-1500 mA, a przyspieszony prąd ładowania może mieścić się w zakresie 1,5-3A.
Aby zapewnić stały prąd ładowania o określonej wartości, obwód ładowarki (ładowarka) musi być w stanie podnieść napięcie na zaciskach akumulatora. W rzeczywistości na pierwszym etapie pamięć działa jak klasyczny stabilizator prądu.
Ważny: jeśli planujesz ładować akumulatory za pomocą wbudowanej płytki zabezpieczającej (PCB), to projektując obwód ładowarki, musisz upewnić się, że napięcie obwodu otwartego nigdy nie może przekroczyć 6-7 woltów. W przeciwnym razie płyta ochronna może ulec awarii.
W momencie, gdy napięcie na akumulatorze wzrośnie do wartości 4,2 V, akumulator zyska około 70-80% swojej pojemności (konkretna wartość pojemności będzie zależeć od prądu ładowania: przy ładowaniu przyspieszonym będzie nieco mniej , z opłatą nominalną - trochę więcej). Ten moment jest końcem pierwszego etapu ładowania i służy jako sygnał do przejścia do drugiego (i ostatniego) etapu.
2. Drugi etap ładowania- jest to ładowanie akumulatora stałym napięciem, ale stopniowo malejącym (opadającym) prądem.
Na tym etapie ładowarka utrzymuje napięcie 4,15-4,25 V na akumulatorze i kontroluje wartość prądu.
Wraz ze wzrostem pojemności prąd ładowania zmniejszy się. Gdy tylko jego wartość spadnie do 0,05-0,01С, proces ładowania uznaje się za zakończony.
Ważnym niuansem w działaniu prawidłowej ładowarki jest jej całkowite odłączenie od akumulatora po zakończeniu ładowania. Wynika to z faktu, że skrajnie niepożądane jest, aby baterie litowe były przez długi czas pod wysokim napięciem, które zwykle zapewnia ładowarka (tj. 4,18-4,24 V). Prowadzi to do przyspieszonej degradacji składu chemicznego baterii, a w konsekwencji do spadku jej pojemności. Długi pobyt to kilkadziesiąt godzin lub więcej.
Podczas drugiego etapu ładowania akumulatorowi udaje się uzyskać około 0,1-0,15 więcej swojej pojemności. Całkowite naładowanie baterii osiąga zatem 90-95%, co jest doskonałym wskaźnikiem.
Rozważyliśmy dwa główne etapy ładowania. Jednak omówienie kwestii ładowania akumulatorów litowych byłoby niepełne, gdyby nie wymieniono jeszcze jednego etapu ładowania – tzw. wstępne ładowanie.
Etap wstępnego ładowania (wstępne ładowanie)- ten etap służy tylko do akumulatorów głęboko rozładowanych (poniżej 2,5 V) w celu doprowadzenia ich do normalnego trybu pracy.
Na tym etapie ładowanie zapewnia zmniejszony prąd stały, aż napięcie na akumulatorze osiągnie 2,8 V.
Etap wstępny jest niezbędny, aby zapobiec pęcznieniu i rozprężeniu (a nawet wybuchowi z ogniem) uszkodzonych akumulatorów, które np. mają wewnętrzne zwarcie między elektrodami. Jeśli duży prąd ładowania zostanie natychmiast przepuszczony przez taką baterię, nieuchronnie doprowadzi to do jej nagrzania, a potem do szczęścia.
Kolejną zaletą wstępnego ładowania jest wstępne podgrzanie akumulatora, co jest ważne podczas ładowania w niskich temperaturach otoczenia (w nieogrzewanym pomieszczeniu w zimnych porach roku).
Inteligentne ładowanie powinno być w stanie monitorować napięcie na akumulatorze w początkowej fazie ładowania i, jeśli napięcie nie rośnie przez dłuższy czas, wywnioskować, że akumulator jest uszkodzony.
Na tym wykresie schematycznie przedstawiono wszystkie etapy ładowania akumulatora litowo-jonowego (w tym etap wstępnego ładowania): 
Przekroczenie znamionowego napięcia ładowania o 0,15 V może skrócić żywotność baterii o połowę. Zmniejszenie napięcia ładowania o 0,1 V zmniejsza pojemność ładowanego akumulatora o około 10%, ale znacznie wydłuża jego żywotność. Napięcie w pełni naładowanego akumulatora po wyjęciu go z ładowarki wynosi 4,1-4,15 wolta.
Podsumowując powyższe, zarysowujemy główne tezy:
1. Jakim prądem ładować akumulator litowo-jonowy (na przykład 18650 lub inny)?
Prąd będzie zależał od tego, jak szybko chcesz go ładować i może wynosić od 0,2C do 1C.
Np. dla akumulatora 18650 o pojemności 3400 mAh minimalny prąd ładowania to 680 mA, a maksymalny to 3400 mA.
2. Jak długo trwa ładowanie np. tych samych akumulatorów 18650?
Czas ładowania zależy bezpośrednio od prądu ładowania i jest obliczany według wzoru:
T \u003d C / I ładuje.
Przykładowo czas ładowania naszego akumulatora o pojemności 3400 mAh prądem 1A wyniesie około 3,5 godziny.
3. Jak prawidłowo naładować baterię litowo-polimerową?
Wszystkie baterie litowe ładują się w ten sam sposób. Nie ma znaczenia, czy to polimer litowy, czy litowo-jonowy. Dla nas konsumentów nie ma różnicy.
Co to jest płyta ochronna?
Płytka zabezpieczająca (lub PCB - tablica sterownicza zasilania) ma za zadanie chronić przed zwarciem, przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem baterii litowej. Z reguły w moduły ochronne wbudowane jest również zabezpieczenie przed przegrzaniem.
Ze względów bezpieczeństwa zabronione jest używanie baterii litowych w urządzeniach AGD, które nie posiadają wbudowanej płytki zabezpieczającej. Dlatego wszystkie baterie do telefonów komórkowych mają zawsze płytkę PCB. Zaciski wyjściowe akumulatora znajdują się bezpośrednio na płytce: 
Płyty te wykorzystują sześcionożny kontroler ładowania na specjalistycznym mikrukh (analogi JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 itp.). Zadaniem tego kontrolera jest odłączenie akumulatora od obciążenia, gdy akumulator jest całkowicie rozładowany oraz odłączenie akumulatora od ładowania, gdy osiągnie 4,25V.
Oto na przykład schemat płytki zabezpieczającej baterię BP-6M, która była dostarczana ze starymi telefonami Nokia: 
Jeśli mówimy o 18650, to można je produkować zarówno z płytą ochronną, jak i bez niej. Moduł ochronny znajduje się w obszarze ujemnego bieguna akumulatora. 
Płytka zwiększa długość baterii o 2-3 mm. 
Baterie bez modułu PCB są zwykle dostarczane z bateriami z własnymi obwodami zabezpieczającymi.
Każdą baterię z ochroną można łatwo przekształcić w baterię niezabezpieczoną, po prostu ją wypatrując. 
Do tej pory maksymalna pojemność baterii 18650 wynosi 3400 mAh. Baterie z ochroną muszą mieć odpowiednie oznaczenie na obudowie („Protected”). 
Nie pomyl płytki PCB z modułem PCM (PCM - moduł ładowania mocy). Jeśli te pierwsze służą tylko do ochrony akumulatora, to te drugie służą do kontroli procesu ładowania – ograniczają prąd ładowania na danym poziomie, kontrolują temperaturę i generalnie zapewniają cały proces. Płyta PCM jest tym, co nazywamy kontrolerem ładowania.
Mam nadzieję, że teraz nie ma już żadnych pytań, jak naładować baterię 18650 lub inną baterię litową? Następnie przechodzimy do małego wyboru gotowych rozwiązań obwodów do ładowarek (te same kontrolery ładowania).
Schematy ładowania akumulatorów litowo-jonowych
Wszystkie obwody nadają się do ładowania dowolnej baterii litowej, pozostaje tylko zdecydować o prądzie ładowania i podstawie elementu.
LM317
Schemat prostej ładowarki opartej na chipie LM317 ze wskaźnikiem naładowania: 
Układ jest prosty, całe ustawienie sprowadza się do ustawienia napięcia wyjściowego na 4,2 V za pomocą rezystora strojenia R8 (bez podłączonego akumulatora!) oraz ustawienia prądu ładowania poprzez dobór rezystorów R4, R6. Moc rezystora R1 wynosi co najmniej 1 wat.
Gdy tylko dioda zgaśnie, proces ładowania można uznać za zakończony (prąd ładowania nigdy nie spadnie do zera). Nie zaleca się utrzymywania baterii w tym stanie przez długi czas po pełnym naładowaniu.
Układ lm317 jest szeroko stosowany w różnych stabilizatorach napięcia i prądu (w zależności od obwodu przełączającego). Jest sprzedawany na każdym rogu i kosztuje ogólnie grosz (możesz wziąć 10 sztuk za jedyne 55 rubli).
LM317 występuje w różnych przypadkach: 
Przypisanie pinów (pinout): 
Analogi chipa LM317 to: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (dwa ostatnie to produkcja krajowa).
Prąd ładowania można zwiększyć do 3A, jeśli weźmiesz LM350 zamiast LM317. To prawda, będzie drożej - 11 rubli / sztukę.
Płytka drukowana i zespół obwodów pokazano poniżej: 
Stary radziecki tranzystor KT361 można zastąpić podobnym tranzystorem p-n-p (na przykład KT3107, KT3108 lub burżuazyjny 2N5086, 2SA733, BC308A). Można go całkowicie usunąć, jeśli wskaźnik ładowania nie jest potrzebny.
Wada obwodu: napięcie zasilania musi mieścić się w zakresie 8-12V. Wynika to z faktu, że dla normalnej pracy mikroukładu LM317 różnica między napięciem akumulatora a napięciem zasilania musi wynosić co najmniej 4,25 wolta. Tym samym nie będzie możliwe jego zasilanie z portu USB.
MAX1555 lub MAX1551
MAX1551/MAX1555 to specjalistyczne ładowarki do akumulatorów Li+, które mogą pracować z USB lub z osobnego zasilacza (np. ładowarki do telefonu).
Jedyną różnicą między tymi mikroukładami jest to, że MAX1555 daje sygnał dla wskaźnika postępu ładowania, a MAX1551 - sygnał, że zasilanie jest włączone. Tych. 1555 jest nadal preferowany w większości przypadków, więc 1551 jest teraz trudny do znalezienia w sprzedaży.
Szczegółowy opis tych chipów od producenta -.
Maksymalne napięcie wejściowe z zasilacza DC wynosi 7 V, przy zasilaniu z USB - 6 V. Gdy napięcie zasilania spadnie do 3,52 V, mikroukład wyłącza się i ładowanie zatrzymuje się.
Sam mikroukład wykrywa, na którym wejściu występuje napięcie zasilania i jest do niego podłączony. Jeżeli zasilanie jest dostarczane przez magistralę USB, to maksymalny prąd ładowania jest ograniczony do 100 mA - pozwala to podłączyć ładowarkę do portu USB dowolnego komputera bez obaw o spalenie mostka południowego.
Przy zasilaniu z oddzielnego zasilacza typowy prąd ładowania wynosi 280 mA.
Chipy mają wbudowaną ochronę przed przegrzaniem. Ale nawet w tym przypadku obwód nadal działa, zmniejszając prąd ładowania o 17mA na każdy stopień powyżej 110°C.
Istnieje funkcja wstępnego ładowania (patrz wyżej): dopóki napięcie akumulatora jest poniżej 3 V, mikroukład ogranicza prąd ładowania do 40 mA.
Mikroukład ma 5 pinów. Oto typowy schemat połączeń: 
Jeśli istnieje gwarancja, że napięcie na wyjściu twojego adaptera w żadnych okolicznościach nie może przekroczyć 7 woltów, możesz obejść się bez stabilizatora 7805.
Opcję ładowania USB można zamontować na przykład na tym. 
Mikroukład nie potrzebuje żadnych zewnętrznych diod ani zewnętrznych tranzystorów. Ogólnie rzecz biorąc, szykowna mikruhi! Tylko że są za małe, niewygodne w lutowaniu. I nadal są drogie ().
LP2951
Stabilizator LP2951 jest produkowany przez National Semiconductors (). Zapewnia realizację wbudowanej funkcji ograniczania prądu oraz pozwala na generowanie stabilnego poziomu napięcia ładowania dla akumulatora litowo-jonowego na wyjściu obwodu.
Wartość napięcia ładowania wynosi 4,08 - 4,26 V i jest ustawiana przez rezystor R3, gdy akumulator jest odłączony. Napięcie jest bardzo dokładne.
Prąd ładowania wynosi 150 - 300mA, wartość ta jest ograniczona przez wewnętrzne obwody układu LP2951 (w zależności od producenta).
Użyj diody o małym prądzie wstecznym. Na przykład może to być dowolna seria 1N400X, którą możesz zdobyć. Dioda jest używana jako dioda blokująca, aby zapobiec prądowi wstecznemu z akumulatora do układu LP2951, gdy napięcie wejściowe jest wyłączone. 
Ta ładowarka wytwarza dość niski prąd ładowania, więc każdą baterię 18650 można ładować przez całą noc.
Mikroukład można kupić zarówno w pakiecie DIP, jak iw pakiecie SOIC (koszt to około 10 rubli za sztukę).
MCP73831
Chip pozwala na tworzenie odpowiednich ładowarek, poza tym jest tańszy niż przereklamowany MAX1555. 
Typowy obwód przełączający pochodzi z: 
Ważną zaletą obwodu jest brak potężnych rezystorów o niskiej rezystancji, które ograniczają prąd ładowania. Tutaj prąd jest ustawiany przez rezystor podłączony do 5. wyjścia mikroukładu. Jego rezystancja powinna mieścić się w zakresie 2-10 kOhm.
Zespół ładowarki wygląda tak: 
Mikroukład nagrzewa się dość dobrze podczas pracy, ale wydaje się, że nie przeszkadza to w tym. Spełnia swoją funkcję.
Oto kolejny wariant PCB z diodą smd i złączem micro usb: 
LTC4054 (STC4054)
Bardzo prosty, świetny pomysł! Umożliwia ładowanie prądem do 800 mA (patrz). To prawda, że robi się bardzo gorąco, ale w tym przypadku wbudowana ochrona przed przegrzaniem zmniejsza prąd. 
Obwód można znacznie uprościć, wyrzucając jedną lub nawet obie diody LED z tranzystorem. Wtedy będzie to wyglądało tak (zgadzam się, nigdzie nie ma prostszego: para rezystorów i jeden conder): 
Jedna z opcji PCB jest dostępna pod adresem . Tablica przeznaczona na elementy o rozmiarze 0805.
I=1000/R. Nie powinieneś od razu ustawiać dużego prądu, najpierw zobacz, jak bardzo nagrzeje się mikroukład. Do swoich celów wziąłem rezystor 2,7 kOhm, podczas gdy prąd ładowania okazał się około 360 mA.
Jest mało prawdopodobne, aby grzejnik mógł być przystosowany do tego mikroukładu i nie jest faktem, że będzie skuteczny ze względu na wysoką odporność termiczną przejścia kryształu. Producent zaleca wykonanie radiatora „przez wyprowadzenia” – wykonanie możliwie jak najgrubszych ścieżek i pozostawienie folii pod obudową mikroukładu. I ogólnie im więcej folii „ziemnej” zostało, tym lepiej.
Swoją drogą, większość ciepła odprowadzana jest przez trzecią nogę, dzięki czemu można zrobić ten tor bardzo szeroki i gruby (wypełnić go nadmiarem lutowia). 
Pakiet chipów LTC4054 może być oznaczony jako LTH7 lub LTADY.
LTH7 różni się od LTADY tym, że pierwszy może podnieść bardzo rozładowany akumulator (na którym napięcie jest mniejsze niż 2,9 wolta), a drugi nie (trzeba nim poruszać osobno).
Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Przed użyciem któregokolwiek z analogów sprawdź arkusze danych.
TP4056
Mikroukład wykonany jest w pakiecie SOP-8 (patrz), ma na brzuchu metalowy radiator, który nie jest połączony ze stykami, co umożliwia bardziej efektywne odprowadzanie ciepła. Umożliwia ładowanie akumulatora prądem do 1A (prąd zależny od rezystora ustawiającego prąd). 
Schemat połączeń wymaga minimum załączników: 
Układ realizuje klasyczny proces ładowania - najpierw ładuj stałym prądem, następnie stałym napięciem i opadającym prądem. Wszystko jest naukowe. Jeśli krok po kroku zdemontujesz ładowanie, możesz wyróżnić kilka etapów:
- Monitorowanie napięcia podłączonego akumulatora (zdarza się to cały czas).
- Etap wstępnego ładowania (jeśli akumulator jest rozładowany poniżej 2,9 V). Prąd ładowania 1/10 od zaprogramowanego rezystora R prog (100mA przy R prog = 1,2 kOhm) do poziomu 2,9 V.
- Ładowanie maksymalnym stałym prądem (1000mA przy R prog = 1,2 kOhm);
- Gdy bateria osiągnie 4,2 V, napięcie baterii jest stałe na tym poziomie. Rozpoczyna się stopniowy spadek prądu ładowania.
- Gdy prąd osiągnie 1/10 progu R zaprogramowanego przez rezystor (100 mA przy progu R = 1,2 kOhm), ładowarka wyłączy się.
- Po zakończeniu ładowania sterownik kontynuuje monitorowanie napięcia akumulatora (patrz punkt 1). Prąd pobierany przez obwód monitorujący wynosi 2-3 μA. Po spadku napięcia do 4,0 V ładowanie włącza się ponownie. I tak w kręgu.
Prąd ładowania (w amperach) jest obliczany według wzoru I=1200/R prog. Dopuszczalne maksimum to 1000 mA.
Prawdziwy test ładowania akumulatorem 18650 o pojemności 3400 mAh przedstawia wykres: 
Zaletą mikroukładu jest to, że prąd ładowania jest ustawiany tylko przez jeden rezystor. Nie są wymagane potężne rezystory o niskiej rezystancji. Dodatkowo jest wskaźnik procesu ładowania, a także wskazanie zakończenia ładowania. Gdy bateria nie jest podłączona, wskaźnik miga co kilka sekund.
Napięcie zasilania obwodu musi mieścić się w zakresie 4,5 ... 8 woltów. Im bliżej 4,5V - tym lepiej (więc chip mniej się nagrzewa).
Pierwsza nóżka służy do podłączenia czujnika temperatury wbudowanego w baterię litowo-jonową (zazwyczaj środkowy zacisk baterii telefonu komórkowego). Jeżeli napięcie wyjściowe jest poniżej 45% lub powyżej 80% napięcia zasilania, ładowanie zostaje wstrzymane. Jeśli nie potrzebujesz kontroli temperatury, po prostu postaw stopę na ziemi.
Uwaga! Ten obwód ma jedną istotną wadę: brak obwodu zabezpieczającego przed odwróceniem akumulatora. W takim przypadku kontroler ma gwarancję wypalenia z powodu przekroczenia maksymalnego prądu. W takim przypadku napięcie zasilania obwodu spada bezpośrednio na akumulator, co jest bardzo niebezpieczne.
Pieczęć jest prosta, zrobiona w godzinę na kolanie. Jeśli czas ucierpi, możesz zamówić gotowe moduły. Niektórzy producenci gotowych modułów dodają ochronę przed przetężeniem i nadmiernym rozładowaniem (na przykład możesz wybrać, której płyty potrzebujesz - z ochroną lub bez, i z jakim złączem). 
Można również znaleźć gotowe tablice ze stykiem na czujnik temperatury. Lub nawet moduł ładujący z wieloma chipami TP4056 równolegle w celu zwiększenia prądu ładowania i z ochroną przed odwrotną polaryzacją (przykład).
LTC1734
To także bardzo prosta konstrukcja. Prąd ładowania jest ustawiany przez rezystor R prog (na przykład, jeśli umieścisz rezystor 3 kΩ, prąd wyniesie 500 mA).
Mikroukłady są zwykle oznaczone na obudowie: LTRG (często można je znaleźć w starych telefonach Samsunga). 
Tranzystor nadaje się ogólnie do każdego p-n-p, najważniejsze jest to, że jest zaprojektowany dla danego prądu ładowania.
Na tym schemacie nie ma wskaźnika naładowania, ale w LTC1734 jest powiedziane, że pin "4" (Prog) ma dwie funkcje - ustawianie prądu i monitorowanie końca ładowania akumulatora. Na przykład pokazano obwód z kontrolą końca ładowania za pomocą komparatora LT1716. 
Komparator LT1716 w tym przypadku można zastąpić tanim LM358.
TL431 + tranzystor
Prawdopodobnie trudno jest wymyślić obwód z bardziej dostępnych komponentów. Tutaj najtrudniej jest znaleźć źródło napięcia odniesienia TL431. Ale są tak powszechne, że można je znaleźć prawie wszędzie (rzadko jakie źródło zasilania robi bez tego mikroukładu). 
Otóż tranzystor TIP41 można zastąpić dowolnym innym z odpowiednim prądem kolektora. Nawet stary radziecki KT819, KT805 (lub słabszy KT815, KT817) wystarczy.
Konfiguracja układu sprowadza się do ustawienia napięcia wyjściowego (bez akumulatora!!!) za pomocą trymera na poziomie 4,2 wolta. Rezystor R1 ustawia maksymalną wartość prądu ładowania.
Schemat ten w pełni realizuje dwuetapowy proces ładowania akumulatorów litowych - najpierw ładowanie prądem stałym, następnie przejście do fazy stabilizacji napięcia i płynny spadek prądu prawie do zera. Jedyną wadą jest słaba powtarzalność obwodu (kapryśna w ustawieniu i wymagająca zastosowanych komponentów).
MCP73812
Jest jeszcze jeden niezasłużenie zaniedbany mikrochip firmy Microchip - MCP73812 (patrz). Na tej podstawie otrzymujesz bardzo budżetową opcję ładowania (i niedrogą!). Cały zestaw to tylko jeden rezystor!
Nawiasem mówiąc, mikroukład wykonany jest w etui dogodnym do lutowania - SOT23-5. 
Jedynym minusem jest to, że robi się bardzo gorąco i nie ma wskaźnika naładowania. To też jakoś nie działa bardzo niezawodnie, jeśli masz zasilacz o małej mocy (co daje spadek napięcia). 
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli wskaźnik naładowania nie jest dla Ciebie ważny, a prąd 500 mA Ci odpowiada, to MCP73812 jest bardzo dobrym rozwiązaniem.
NCP1835
Oferowane jest w pełni zintegrowane rozwiązanie NCP1835B, zapewniające wysoką stabilność napięcia ładowania (4,2 ± 0,05 V).
Być może jedyną wadą tego mikroukładu jest jego zbyt mały rozmiar (pakiet DFN-10, rozmiar 3x3 mm). Nie każdy jest w stanie zapewnić wysokiej jakości lutowanie tak miniaturowych elementów. 
Z niezaprzeczalnych zalet chciałbym zwrócić uwagę na następujące:
- Minimalna liczba części body kit.
- Możliwość ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora (prąd ładowania wstępnego 30mA);
- Definicja końca ładowania.
- Programowalny prąd ładowania - do 1000 mA.
- Sygnalizacja ładowania i błędu (zdolna do wykrywania baterii jednorazowych i sygnalizowania tego).
- Długotrwała ochrona ładowania (zmieniając pojemność kondensatora C t można ustawić maksymalny czas ładowania od 6,6 do 784 minut).
Koszt mikroukładu nie jest tak tani, ale nie tak duży (~ 1 USD), aby odmówić jego użycia. Jeśli jesteście przyjaciółmi z lutownicą, polecam zdecydować się na tę opcję.
Bardziej szczegółowy opis znajduje się w .
Czy można ładować akumulator litowo-jonowy bez kontrolera?
Tak, możesz. Będzie to jednak wymagało ścisłej kontroli prądu i napięcia ładowania.
Generalnie ładowanie baterii np. naszego 18650 bez ładowarki w ogóle nie zadziała. Nadal trzeba jakoś ograniczyć maksymalny prąd ładowania, a więc przynajmniej najbardziej prymitywną pamięć, ale nadal wymaganą.
Najprostszą ładowarką do dowolnej baterii litowej jest rezystor połączony szeregowo z baterią: 
Rezystancja i rozpraszanie mocy rezystora zależą od napięcia zasilacza, który będzie używany do ładowania.
Jako przykład obliczmy rezystor dla zasilacza 5 woltów. Naładujemy akumulator 18650 o pojemności 2400 mAh.
Tak więc na samym początku ładowania spadek napięcia na rezystorze będzie wynosił:
U r \u003d 5 - 2,8 \u003d 2,2 wolta
Załóżmy, że nasz zasilacz 5 V ma maksymalny prąd 1A. Obwód będzie pobierał największy prąd na samym początku ładowania, gdy napięcie na akumulatorze jest minimalne i wynosi 2,7-2,8 V.
Uwaga: obliczenia te nie uwzględniają możliwości, że akumulator może być bardzo głęboko rozładowany, a napięcie na nim może być znacznie niższe, do zera.
Zatem rezystancja rezystora wymagana do ograniczenia prądu na samym początku ładowania na poziomie 1 Ampera powinna wynosić:
R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 om
Moc rozpraszania rezystora:
P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2,2 \u003d 2,2 W
Na samym końcu ładowania akumulatora, gdy napięcie na nim zbliża się do 4,2 V, prąd ładowania będzie wynosił:
Ładuję \u003d (U un - 4,2) / R \u003d (5 - 4,2) / 2,2 \u003d 0,3 A
Oznacza to, że, jak widzimy, wszystkie wartości nie wykraczają poza dopuszczalny dla tego akumulatora: prąd początkowy nie przekracza maksymalnego dopuszczalnego prądu ładowania dla tego akumulatora (2,4 A), a prąd końcowy przekracza prąd, przy którym akumulator nie zyskuje już pojemności (0,24 A).
Główną wadą takiego ładowania jest konieczność ciągłego monitorowania napięcia na akumulatorze. I ręcznie wyłącz ładowanie, gdy tylko napięcie osiągnie 4,2 V. Faktem jest, że baterie litowe nie znoszą bardzo dobrze nawet krótkotrwałego przepięcia - masy elektrod zaczynają szybko się degradować, co nieuchronnie prowadzi do utraty pojemności. Jednocześnie powstają wszystkie warunki wstępne przegrzania i obniżenia ciśnienia.
Jeśli twoja bateria ma wbudowaną płytę ochronną, która została omówiona nieco wyżej, wszystko jest uproszczone. Po osiągnięciu określonego napięcia na akumulatorze, sama płyta odłączy go od ładowarki. Jednak ta metoda ładowania ma istotne wady, o których mówiliśmy w.
Zabezpieczenie wbudowane w akumulator nie pozwoli na jego ponowne ładowanie w żadnych okolicznościach. Pozostaje tylko kontrolować prąd ładowania, aby nie przekraczał dopuszczalnych wartości dla tego akumulatora (płyty zabezpieczające nie mogą niestety ograniczać prądu ładowania).
Ładowanie zasilaczem laboratoryjnym
Jeśli masz do dyspozycji zasilacz z zabezpieczeniem prądowym (ograniczeniem), to jesteś uratowany! Taki zasilacz to już pełnoprawna ładowarka realizująca prawidłowy profil ładowania, o którym pisaliśmy powyżej (CC/CV).
Wszystko, co musisz zrobić, aby naładować akumulator litowo-jonowy, to ustawić zasilanie na 4,2 V i ustawić żądany limit prądu. I możesz podłączyć baterię.
Początkowo, gdy akumulator jest nadal rozładowany, zasilacz laboratoryjny będzie działał w trybie zabezpieczenia prądowego (czyli ustabilizuje prąd wyjściowy na zadanym poziomie). Następnie, gdy napięcie na banku wzrośnie do ustawionego 4,2V, zasilacz przełączy się w tryb stabilizacji napięcia, a prąd zacznie spadać.
Gdy prąd spadnie do 0,05-0,1C, akumulator można uznać za w pełni naładowany.
Jak widać zasilacz laboratoryjny to niemal idealna ładowarka! Jedyne, czego nie może zrobić automatycznie, to podjąć decyzję o całkowitym naładowaniu baterii i wyłączeniu. Ale to drobnostka, na którą nawet nie warto zwracać uwagi.
Jak ładować baterie litowe?
A jeśli mówimy o baterii jednorazowej, która nie jest przeznaczona do ładowania, to prawidłowa (i jedyna poprawna) odpowiedź na to pytanie brzmi NIE.
Faktem jest, że każda bateria litowa (na przykład zwykła CR2032 w postaci płaskiej tabletki) charakteryzuje się obecnością wewnętrznej warstwy pasywującej, która pokrywa anodę litową. Warstwa ta zapobiega chemicznej reakcji anody z elektrolitem. A doprowadzenie prądu zewnętrznego niszczy powyższą warstwę ochronną, prowadząc do uszkodzenia akumulatora.
Nawiasem mówiąc, jeśli mówimy o baterii jednorazowej CR2032, to znaczy LIR2032, która jest do niej bardzo podobna, jest już pełnoprawną baterią. Może i powinien być ładowany. Tylko jej napięcie to nie 3, ale 3,6V.
Jak ładować baterie litowe (czy jest to bateria do telefonu, 18650 czy dowolna inna bateria litowo-jonowa) została omówiona na początku artykułu.
Baterie
Ile prądu należy naładować akumulator litowo-jonowy 18650? Jak prawidłowo korzystać z takiej baterii. Czego boją się źródła prądu litowo-jonowego i jak taki akumulator może przedłużyć jego żywotność? Podobne pytania mogą pojawiać się w różnych gałęziach elektroniki.
A jeśli zdecydujesz się złożyć swoją pierwszą latarkę lub elektronicznego papierosa własnymi rękami, zdecydowanie musisz zapoznać się z zasadami pracy z takimi źródłami prądu.
Akumulator litowo-jonowy to rodzaj akumulatora elektrycznego, który od 1991 roku, po wprowadzeniu na rynek przez firmę SONY, zyskał najszerszą dystrybucję we współczesnym sprzęcie AGD i elektronicznym. Jako źródło zasilania takie baterie są wykorzystywane w telefonach komórkowych, laptopach i kamerach, jako źródło zasilania elektronicznego papierosa i samochodu elektrycznego.
Wady tego typu baterii zaczynają się od tego, że baterie litowo-jonowe pierwszej generacji były eksplozją na rynku. Nie tylko dosłownie, ale także w przenośni. Te baterie eksplodowały.
Wyjaśniono to faktem, że wewnątrz zastosowano anodę wykonaną z metalicznego litu. W trakcie licznych ładowań i rozładowań takiego akumulatora na anodzie pojawiły się formacje przestrzenne, które doprowadziły do zwarcia elektrod, aw efekcie do pożaru lub wybuchu.
Po zastąpieniu tego materiału grafitem problem ten został wyeliminowany, ale nadal mogą występować problemy z katodą, która została wykonana z tlenku kobaltu. W przypadku naruszenia warunków pracy, a raczej ładowania, problem może się powtórzyć. Zostało to skorygowane wraz z rozpoczęciem stosowania akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych.
Wszystkie nowoczesne akumulatory litowo-jonowe zapobiegają przegrzaniu i przeładowaniu, ale problem utraty ładunku pozostaje przy niskich temperaturach użytkowania.
Wśród niezaprzeczalnych zalet akumulatorów litowo-jonowych chciałbym zwrócić uwagę na:
- duża pojemność baterii;
- niskie samorozładowanie;
- nie ma potrzeby konserwacji.
Oryginalne ładowarki
Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych jest bardzo podobna do ładowarki akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Jedyną różnicą jest to, że akumulator litowo-jonowy ma bardzo wysokie napięcia na ogniwo i bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące tolerancji napięcia.
Taka bateria nazywana jest puszką ze względu na jej zewnętrzne podobieństwo do aluminiowych puszek na napoje. Najpopularniejsza bateria w tej formie to 18650. Oznaczenie to otrzymała bateria ze względu na jej rozmiar: 18 milimetrów średnicy i 65 milimetrów wysokości.
O ile w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych pewne niedokładności w wskazywaniu napięć granicznych podczas ładowania są dopuszczalne, to przy ogniwach litowo-jonowych wszystko jest znacznie bardziej szczegółowe. Podczas procesu ładowania, gdy napięcie wzrośnie do 4,2 V, zasilanie ogniwa powinno zostać zatrzymane. Dopuszczalny błąd to tylko 0,05 wolta.
Chińskie ładowarki, które można znaleźć na rynku, można obliczyć na bateriach z różnych materiałów. Li-ion, bez uszczerbku dla jego wydajności, można ładować prądem 0,8 A. W takim przypadku należy dokładnie kontrolować napięcie na banku. Wskazane jest, aby nie dopuszczać do wartości wyższych niż 4,2 V. Jeśli w zestawie z baterią jest kontroler, to nie powinieneś się o nic martwić, kontroler zrobi wszystko za Ciebie.
Najbardziej idealną ładowarką do akumulatorów litowo-jonowych byłby stabilizator napięcia i ogranicznik prądu na początku ładowania.
Na początku ładowania lit należy ładować ze stabilnym ograniczeniem napięcia i prądu.
domowa ładowarka
Aby naładować 18650 można kupić uniwersalną ładowarkę i nie męczyć się pytaniem, jak sprawdzić za pomocą multimetru niezbędne parametry. Ale takie przejęcie będzie cię kosztować całkiem nieźle.
Cena takiego urządzenia oscyluje w granicach 45 dolarów. Ale nadal możesz spędzić 2-3 godziny i zmontować ładowarkę własnymi rękami. Co więcej, ta ładowarka będzie tania, niezawodna i automatycznie wyłączy baterię.
Każdy radioamator ma części, które dziś wykorzystamy do stworzenia naszej ładowarki. Jeśli radioamator z niezbędnymi szczegółami nie był pod ręką, to na rynku radiowym można kupić wszystkie szczegóły za nie więcej niż 2-4 dolary. Prawidłowo zmontowany i starannie zamontowany obwód zaczyna działać natychmiast i nie wymaga dodatkowego debugowania.
Schemat obwodu ładowania akumulatora 18650.
Dodatkowo montując stabilizator na odpowiednim radiatorze można bezpiecznie ładować akumulatory bez obawy, że ładowarka się przegrzeje i zapali. Czego nie można powiedzieć o chińskich ładowarkach.
Obwód działa po prostu. Najpierw akumulator musi być ładowany prądem stałym, który jest określany przez rezystancję rezystora R4. Po osiągnięciu przez akumulator napięcia 4,2 V rozpoczyna się ładowanie stałonapięciowe. Gdy prąd ładowania spadnie do bardzo małych wartości, dioda LED w obwodzie przestanie się palić.
Prądy zalecane do ładowania akumulatorów litowo-jonowych nie powinny przekraczać 10% pojemności akumulatora. Wydłuży to żywotność baterii. Przy wartości rezystora R4 - 11 omów prąd w obwodzie wyniesie 100 mA. Jeśli użyjesz rezystancji 5 omów, prąd ładowania będzie już wynosił 230 mA.
Jak przedłużyć żywotność swojego 18650
Zdemontowana bateria.
Jeśli musisz odstawić baterię litowo-jonową na jakiś czas, najlepiej przechowywać baterie oddzielnie od urządzenia, które zasilają. Całkowicie naładowana komórka z czasem straci część ładunku.
Element, który jest bardzo słabo naładowany lub całkowicie rozładowany, po długiej hibernacji może trwale utracić swoją wydajność. Optymalne byłoby przechowywanie 18650 przy około 50 procentach naładowania.
Nie dopuścić do całkowitego rozładowania i ponownego naładowania elementu. Akumulatory litowo-jonowe w ogóle nie mają efektu pamięci. Wskazane jest ładowanie takich akumulatorów do momentu całkowitego wyczerpania się ich ładunku. Może to również wydłużyć żywotność baterii.
Jony litu nie lubią ciepła ani zimna. Optymalne warunki temperaturowe dla tych akumulatorów to zakres od +10 do +25 stopni Celsjusza.
Zimno może nie tylko skrócić czas działania elementu, ale także zniszczyć jego układ chemiczny. Chyba każdy z nas zauważył, jak poziom naładowania telefonu komórkowego szybko spada na mrozie.
Wniosek
Podsumowując wszystkie powyższe, chciałbym zauważyć, że jeśli zamierzasz ładować akumulator litowo-jonowy za pomocą ładowarki sklepowej, zwróć uwagę na to, że nie jest ona produkowana w Chinach. Bardzo często ładowarki te są montowane z tanich materiałów i nie zawsze obserwuje się w nich niezbędną technologię, co może prowadzić do niepożądanych konsekwencji w postaci pożarów.
Jeśli chcesz samodzielnie zmontować urządzenie, musisz naładować akumulator litowo-jonowy prądem, który będzie wynosił 10% pojemności akumulatora. Maksymalna liczba może wynosić 20 procent, ale ta wartość jest już niepożądana.
Stosując takie baterie warto przestrzegać zasad eksploatacji i przechowywania, aby wykluczyć możliwość wybuchu np. w wyniku przegrzania, czy awarii.
Przestrzeganie warunków i zasad pracy wydłuży żywotność baterii litowo-jonowej, a co za tym idzie uchroni Cię przed niepotrzebnymi kosztami finansowymi. Bateria jest twoim przyjacielem. Zaopiekuj się nią!
Dziś specjalne baterie są używane do urządzeń mobilnych, AGD, narzędzi. Różnią się wydajnością. Aby bateria działała przez długi czas, bezawaryjnie, należy wziąć pod uwagę wymagania producentów prezentowanych produktów.
Jednym z najpopularniejszych obecnie typów są akumulatory Li-Ion. Sposób prawidłowego ładowania tego typu akumulatora, a także cechy jego działania, należy szczegółowo rozważyć przed rozpoczęciem użytkowania urządzenia.
ogólna charakterystyka
Jednym z najpopularniejszych obecnie typów baterii jest typ Li-Ion. Takie urządzenia są stosunkowo niedrogie. Jednocześnie są mało wymagające w warunkach pracy. W takim przypadku użytkownik rzadko ma pytanie, jak prawidłowo naładować cylindryczny akumulator Li-Ion 18650 lub innego typu.
Najczęściej prezentowane baterie instalowane są w smartfonach, laptopach, tabletach i innych podobnych urządzeniach. Prezentowane akumulatory charakteryzują się trwałością i niezawodnością. Nie boją się całkowitego rozładowania.
Jedną z głównych cech prezentowanych produktów jest brak „efektu pamięci”. Akumulatory te można ładować w niemal dowolnym dogodnym momencie. „Efekt pamięci” występuje, gdy bateria nie jest całkowicie rozładowana. Jeśli pozostanie w nim niewielka ilość ładunku, pojemność akumulatora z czasem się zmniejszy. Doprowadzi to do niewystarczająco długiej dostawy sprzętu. W akumulatorach litowo-jonowych „efekt pamięci” jest zminimalizowany.
Projekt
Konstrukcja baterii litowo-jonowej zależy od typu urządzenia, do którego jest przeznaczona. W przypadku telefonu komórkowego używana jest bateria, zwana „puszką”. Ma kształt prostokąta i zawiera jeden element konstrukcyjny. Jego napięcie nominalne to 3,7V.
Bateria prezentowanego typu do laptopa ma zupełnie inną konstrukcję. Może być w nim kilka pojedynczych ogniw (2-12 sztuk). Każdy z nich ma kształt cylindryczny. Są to akumulatory Li-Ion 18650. Producent sprzętu szczegółowo wskazuje, jak je prawidłowo ładować. Ta konstrukcja zawiera specjalny kontroler. Wygląda jak mikroczip. Sterownik zarządza procesem ładowania, nie dopuszcza do przekroczenia nominalnej wartości pojemności akumulatora.
Nowoczesne baterie do tabletów i smartfonów posiadają również funkcję kontroli ładowania. To znacznie wydłuża żywotność baterii. Jest chroniony przed różnymi niekorzystnymi czynnikami.
Funkcje ładowania
Zastanawiając się, jak prawidłowo ładować akumulatory Li-Ion telefonu, laptopa i innego sprzętu, należy zwrócić uwagę na cechy prezentowanego urządzenia. Należy powiedzieć, że akumulatory litowo-jonowe nie tolerują głębokiego rozładowania i przeładowania. Jest to kontrolowane przez specjalne urządzenie, które jest dodawane do projektu (kontroler).
Idealnie nadaje się do utrzymania naładowania prezentowanego typu baterii na poziomie od 20 do 80% pełnej pojemności. Dba o to kontroler. Eksperci nie zalecają jednak pozostawiania urządzenia podłączonego do ładowania przez cały czas. To znacznie skraca żywotność baterii. W takim przypadku sterownik jest poddawany stałemu obciążeniu. Z biegiem czasu jego funkcjonalność może się z tego powodu zmniejszyć.
W takim przypadku sterownik również nie pozwoli na głębokie rozładowanie. W pewnym momencie po prostu wyłączy baterię. Ta funkcja ochronna jest niezbędna. W przeciwnym razie użytkownik może przypadkowo przeładować lub nadmiernie rozładować baterię. Również w bateriach nowoczesnej próbki zapewniona jest wysokiej jakości ochrona przed przegrzaniem.
Jak działa bateria?
Aby zrozumieć, jak prawidłowo naładować akumulator Li-Ion (nowy lub używany), należy wziąć pod uwagę zasadę jego działania. Pozwoli to ocenić potrzebę kontrolowania poziomu rozładowania i naładowania urządzenia.
Jony litu w akumulatorze przedstawionego typu przemieszczają się z jednej elektrody na drugą. W takim przypadku pojawia się prąd elektryczny. Elektrody mogą być wykonane z różnych materiałów. Wskaźnik ten w mniejszym stopniu wpływa na wydajność urządzenia.
Jony litu rosną na sieci krystalicznej elektrod. Te z kolei zmieniają swoją objętość i kompozycję. Gdy akumulator jest ładowany lub rozładowywany, na jednej z elektrod znajduje się więcej jonów. Im większe obciążenie metalowych elementów konstrukcyjnych, jakie wywiera lit, tym krótsza będzie żywotność urządzenia. Dlatego lepiej nie dopuszczać do osadzania się wysokiego procentu jonów na jednej lub drugiej elektrodzie.
Opcje ładowania
Przed użyciem akumulatora należy zastanowić się, jak prawidłowo naładować akumulator litowo-jonowy smartfona, tabletu i innego sprzętu. Można to zrobić na kilka sposobów.
Jedną z najbardziej słusznych decyzji byłoby użycie ładowarki. Dostarczany jest wraz ze sprzętem elektronicznym przez każdego producenta.
Drugą opcją jest ładowanie baterii z komputera stacjonarnego podłączonego do sieci domowej. W tym celu używany jest kabel USB. W takim przypadku procedura ładowania będzie dłuższa niż przy użyciu pierwszej metody.
Możesz wykonać tę procedurę za pomocą zapalniczki w samochodzie. Innym mniej popularnym sposobem jest ładowanie akumulatora litowo-jonowego za pomocą uniwersalnego urządzenia. Jest również nazywany „żabą”. Najczęściej takie urządzenia służą do ładowania baterii smartfonów. Styki tego urządzenia można regulować na szerokość.
Ładowanie nowej baterii
Nowa bateria musi być prawidłowo uruchomiona. Aby to zrobić, telefon, tablet lub inny sprzęt musi być całkowicie rozładowany. Dopiero gdy urządzenie jest wyłączone, można je podłączyć do sieci. Kontroler nie pozwoli na zbyt duże rozładowanie baterii. To on wyłącza urządzenie, gdy bateria traci pojemność do z góry określonego poziomu.
Następnie musisz podłączyć sprzęt elektryczny do sieci za pomocą standardowej ładowarki. Procedurę prowadzi się do momentu, gdy wskaźnik zmieni kolor na zielony. Możesz pozostawić urządzenie w trybie online jeszcze przez kilka godzin. Ta procedura jest przeprowadzana kilka razy. Jednocześnie nie musisz specjalnie rozładowywać telefonu, tabletu czy laptopa.
Normalne ładowanie
Wiedza o tym, jak prawidłowo ładować akumulatory litowo-jonowe, może znacznie wydłużyć żywotność baterii. Eksperci zalecają przeprowadzenie prawidłowej procedury tego procesu dla nowej baterii. Po tym nie zaleca się całkowitego rozładowania baterii. Gdy wskaźnik pokazuje, że pojemność akumulatora wynosi tylko 14-15%, należy go podłączyć do sieci.
Jednocześnie nie zaleca się również używania innych urządzeń do uzupełniania pojemności baterii, poza standardowym. Ma maksymalny dopuszczalny prąd znamionowy dozwolony dla konkretnego modelu akumulatora. Inne opcje powinny być używane tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne.
Kalibrowanie
Jest jeszcze jeden niuans, który musisz znać, badając pytanie, jak prawidłowo ładować akumulatory Li-Ion. Eksperci zalecają okresową kalibrację tego urządzenia. Odbywa się co trzy miesiące.
Najpierw w trybie normalnym musisz rozładowywać sprzęt elektryczny, dopóki nie zostanie wyłączony. Następnie jest podłączony do sieci. Ładowanie trwa do momentu, gdy wskaźnik zmieni kolor na zielony (akumulator jest naładowany w 100%). Ta procedura musi być przestrzegana w celu prawidłowego działania sterownika.
Podczas przeprowadzania takiej procedury płytka obwodu akumulatora określa granice ładowania i rozładowania. Jest to konieczne, aby zapewnić normalne działanie sterownika, aby uniknąć awarii. W tym przypadku używana jest zwykła ładowarka, która jest dostarczana przez producenta wraz z telefonem, tabletem lub laptopem.
Składowanie
Aby akumulator działał tak długo i wydajnie, jak to możliwe, należy również zastanowić się, jak prawidłowo naładować akumulator Li-Ion do przechowywania. W niektórych przypadkach może dojść do sytuacji, gdy urządzenie do zasilania sprzętu chwilowo nie działa. W takim przypadku musi być odpowiednio przygotowany do przechowywania.
Akumulator jest naładowany do 50%. W tym stanie może być przechowywany przez długi czas. Jednak temperatura otoczenia powinna wynosić około 15°C. Jeśli wzrośnie, zwiększy się tempo, w jakim bateria traci swoją pojemność.
Jeżeli akumulator ma być przechowywany przez wystarczająco długi czas, raz w miesiącu należy go całkowicie rozładować i naładować. Akumulator zyskuje 100% swojej określonej pojemności. Następnie urządzenie jest ponownie rozładowywane i ładowane do 50%. Przy regularnym wykonywaniu tej procedury możesz przechowywać baterię przez bardzo długi czas. Po tym będzie całkowicie użyteczny.
Zastanawiając się, jak prawidłowo ładować akumulatory Li-Ion, można znacznie wydłużyć żywotność tego typu akumulatorów.