Svarkin-spb.ru

Как правильно заряжать 18650 аккумуляторы

Обзор зарядок для литиевых аккумуляторов типа 18650

Современному человеку помогает множество гаджетов. В частности, мы используем ноутбуки, смартфоны, фотоаппараты, планшеты и т. д. Большая часть этих устройств в автономном режиме работает от аккумуляторных батарей литиевого типа. Благодаря аккумуляторам эти устройства действительно мобильны. Одна из разновидностей литиевых АКБ – это 18650. По виду они напоминают пальчиковые батарейки, но по размерам они больше. Такие аккумуляторные элементы присутствуют в АКБ ноутбуков, фонарях, электронных сигаретах. Именно последние сделали этот тип батарей особенно востребованным. Для тех, у кого есть такие аккумуляторы важно знать, как их правильно заряжать. В этой статье мы поговорим о зарядных устройствах (ЗУ) для аккумуляторов 18650. Мы расскажем об общих требованиях к таким устройствам, а также рассмотрим несколько примеров таких зарядок.

Общие требования к зарядке для аккумуляторов 18650

Зарядка для литиевых аккумуляторов 18650 должна выдавать на выходе 5 В и ток от 0,5 до 1 от номинальной ёмкости АКБ. То есть, литиевый элемент, ёмкость которого 2600 мАч, должен заряжаться током 1,3─2,6 ампера. Производители зарядных устройств для батарей литиевого типа изготавливают зарядки, которые проводят процесс в несколько этапов.

Литиевый аккумулятор 18650

Если ваш Li─Ion аккумулятор имеет графитовый электрод, то напряжение должно быть не более 4,1 В на элемент. При использовании напряжения более 4,1 вольта энергетическая плотность элемента увеличивается, но запускаются окислительные процессы. Они уменьшают срок службы литиевого аккумулятора 18650. Но в современных моделях графитовых электродов в чистом виде нет. Проблема окисления частично была решена добавками. Так, что превышение напряжения 4,1 вольта для них не так критично, хотя и нежелательно.

Приспособление для зарядки 18650

Если заряжать аккумуляторы током 1*С, то полного заряда можно достичь где-то через два─три часа. После этого напряжение достигает определённой величины, и зарядное устройство резко уменьшает ток нескольких процентов от начальной величины. Если увеличивать ток заряда выше 1*С, то это практически не ускоряет время зарядки. Если первая стадия зарядки проходит при более высоком токе и быстрее, то вторая стадия будет длиться дольше.

Есть зарядки, которые заряжают литиевый аккумулятор 18650 примерно за 60 минут. В этих зарядных устройствах просто отсутствует второй этап. То есть, АКБ на первом этапе заряжается на 70─80 процентов и после этого эксплуатируется. Для аккумуляторов литиевого типа это не критично. Наоборот, их нежелательно заряжать «под завязку» и сильно разряжать.

На графике ниже можно посмотреть основные этапы зарядки Li батареи.

Стадии зарядки литиевого аккумулятора

  • Первый этап. На аккумулятор подаётся максимальный ток, равный 1*С. Окончание этого этапа наступает при достижении определённого порогового значения;
  • Второй этап. На этой стадии поддерживается максимальное напряжение (около 4,1 вольта), а ток зарядки уменьшается до минимального (3% от того, что был на первой стадии);
  • Третий. Компенсирующий заряд, который подаётся во время хранения аккумулятора (это делается 1 раз в 20 дней).

Струйная зарядка на последнем этапе недопустима, поскольку это приведёт к металлизации лития. Однако возможны кратковременные зарядки для компенсации саморазряда. Такой заряд рекомендуется делать 1 раз в 20 дней, если напряжение аккумулятора снизилось до 4,05 В. Когда напряжение достигает 4,2 вольта процесс должен быть остановлен.

Стоит также отметить высокую чувствительность литиевых АКБ к излишнему перезаряду. Даже небольшая перезарядка вызывает появление металлического лития на отрицательном электроде. Этот чрезвычайно активный металл сразу вступает в реакцию с электролитом. На катоде начинается выделение кислорода и внутри корпуса растёт давление. Из-за этого может произойти разгерметизация и воспламенение. В аккумуляторных элементах 18650 на этот случай устанавливается механический клапан, который сбрасывает давление при определённой критической величине.

Стоит также отметить, что если превышать напряжение при зарядке, то срок эксплуатации Li аккумуляторов будет уменьшаться. Чтобы это предотвратить, в литиевые батареи устанавливаются контроллеры. Это платы защиты, которые существуют для нескольких банок и для единичных элементов 18650.

Аккумуляторный элемент 18650 с платой защиты

Все вышеперечисленные факторы нужно иметь в виду при подборе зарядки для аккумуляторов 18650. Одно дело, если вы заряжаете 18650 в составе АКБ ноутбука, где за процессом следит контроллер и электроника лэптопа. И совсем другое, когда вы будете заряжать аккумулятор 18650 напрямую. Здесь всё будет зависеть от возможностей и функционала этой зарядки.

Примеры зарядных устройств для аккумуляторов 18650

Nitecore Digicharger D4

Зарядное устройство Nitecore Digicharger D4 рассчитано на зарядку максимум четырёх аккумуляторов. Бренд Nitecore успел зарекомендовать себя выпуском качественных устройств. D4 только подтверждает положительную репутацию.

Nitecore Digicharger D4

Зарядное устройство устанавливает скорость и время зарядки в автоматическом режиме. В этом есть плюсы, но есть и свои минусы. Ведь иногда может потребоваться более тонкая ручная настройка, но здесь в Nitecore D4 её нет. Среди возможностей имеется оптимизированный метод по зарядке IMR аккумуляторов. Кроме того, стоит отметить автоматическое прерывание зарядки по окончании процесса для всех поддерживаемых типов аккумуляторов. Это несомненный плюс в копилку этого устройства.

В целом, Nitecore D4 можно рекомендовать для ежедневного использования тем, кто имеет много мобильных устройств с разными типами аккумуляторов. В их числе, литиевые АКБ 18650. Функционал устройства довольно широкий, но для удобства новичков предусмотрена полностью автоматическая работа. Хорошее сочетание цены, возможностей и качества сборки.
Вернуться к содержанию

Efest LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger

Специалисты на рынке зарядных устройств считают, что Efest выпускают очень неплохие ЗУ. И модель LUC BLU6 OLED Bluetooth Intelligent Charger подтверждает это мнение. Они оснащают свои модели уникальными опциями, некоторые из которых рассмотрены ниже.

Читать еще:  Как полностью разрядить аккумулятор шуруповерта

Efest LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger

Есть такая интересная фишка, как функционал Bluetooth. Можно загрузить программу Efest на своё мобильное устройство и наблюдать за зарядкой аккумуляторных батарей. LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger даже предоставляет возможность выбора скорости зарядки в каждом отсеке. Это делает работу устройства очень гибкой. В двух ячейках можно установить ток зарядки 2 ампера, если требуется быстро зарядить АКБ.

Так, что Efest предложили хороший «комбайн» с развитым функционалом. Надёжность зарядки также находится на высоте. Имеется ряд уникальных функций, которых нет у конкурентов. Например, подключение Bluetooth с мобильного устройства. Его можно было бы рекомендовать абсолютно всем, но останавливает высокая цена.

Nitecore i2 Intellicharger

Ещё одна модель от Nitecore i2 под названием Intellicharger. Достаточно новая зарядка, которая будет интересна тем, кто часто заряжает различные типы АКБ. Модель i2 оснастили рядом новых возможностей и улучшили дизайн.

Nitecore i2 Intellicharger

Электроника выставляет время и скорость зарядки в автоматическом режиме. От пользователя требуется только поставить батареи на свои места. Зарядный ток здесь до 1 ампера на один элемент или 500 мА на два. Да, аккумулятора можно заряжать всего два. Это не очень впечатляет, но зато устройство компактное и подходит для того, чтобы брать его в дорогу.

Nitecore i2 умеет заряжать разные типы аккумуляторных батарей, включая 18650 и 26650. ЗУ поддерживает технологию активного распределения зарядного тока. Если сравнивать с предыдущим поколением зарядки, то скорость заряда i2 почти в два раза выше. Простое зарядное устройство хорошо выглядит и на фоне конкурентов.

ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Сейчас всё большую популярность набирают литиевые аккумуляторы. Особенно пальчиковые, типа 18650, на 3,7 В 3000 мА. Ни сколько не сомневаюсь, что ещё 3-5 лет, и они полностью вытеснят никель-кадмиевые. Правда остаётся открытым вопрос про их зарядку. Если со старыми АКБ всё понятно – собирай в батарею и через резистор к любому подходящему блоку питания, то тут такой фокус не проходит. Но как же тогда зарядить сразу несколько штук, не используя дорогие фирменные балансировочные ЗУ?

Теория

Для последовательного соединения аккумуляторов, обычно к плюсу электрической схемы подключают положительную клемму первого последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к минусу блока. Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Значит если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Энергия, накопленная в АКБ, равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы – параллельно или последовательно.

Литий-ионные батареи просто подключить к БП нельзя – нужно выравнивание зарядных токов на каждом элементе (банке). Балансировку проводят при зарядке аккумулятора, когда энергии много и её можно сильно не экономить и поэтому без особых потерь можно воспользоваться пассивным рассеиванием “лишнего” электричества.

Никель-кадмиевые АКБ не требуют дополнительных систем, поскольку каждое звено при достижении его максимального напряжения заряда перестает принимать энергию. Признаки полного заряда Ni-Cd – это увеличение напряжения до определенного значения, а затем его падение на несколько десятков милливольт, и повышение температуры – так что лишняя энергия сразу превращается в тепло.

У литиевых аккумуляторов наоборот. Разрядка до низких напряжений вызывает деградацию химии и необратимое повреждение элемнта, с ростом внутреннего сопротивления. В общем они не защищены от перезаряда, и можно потратить много лишней энергии, резко сокращая тем самым время их службы.

Если соединить несколько литиевых элементов в ряд и запитать через зажимы на обоих концах блока, то мы не можем контролировать заряд отдельных элементов. Достаточно того, что одно из них будет иметь несколько более высокое сопротивление или чуть меньшую емкость, и это звено гораздо быстрее достигнет напряжения заряда 4,2 В, в то время как остальные будут еще иметь 4,1 В. И когда напряжение всего пакета достигнет напряжение заряда, может оказаться, что эти слабые звенья заряжены до 4,3 Вольт или даже больше. С каждым таким циклом будет происходить ухудшение параметров. К тому же Li-Ion является неустойчивым и при перегрузке может достичь высокой температуры, а, следовательно, взорваться.

Чаще всего на выходе источника зарядного напряжения ставится устройство, называемое “балансиром”. Простейший тип балансира – это ограничитель напряжения. Он представляет из себя компаратор, сравнивающий напряжение на банке Li-Ion с пороговым значением 4,20 В. По достижении этого значения приоткрывается мощный ключ-транзистор, включенный параллельно элементу, пропускающий через себя большую часть тока заряда и превращающий энергию в тепло. На долю самой банки при этом достается крайне малая часть тока, что, практически, останавливает ее заряд, давая дозарядиться соседним. Выравнивание напряжений на элементах батареи с таким балансиром происходит только в конце заряда по достижении элементами порогового значения.

Упрощённая схема балансира для АКБ

Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

Читать еще:  Как восстановить емкость аккумулятора?

Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A – все они ведут себя одинаково.

Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

  • R1 + R2 = Vo
  • 22K + 33K = 4,166 В
  • 15К + 22K = 4,204 В
  • 47K + 68K = 4,227 В
  • 27K + 39K = 4,230 В
  • 39K + 56K = 4,241 В
  • 33K + 47K = 4,255 В

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2. D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания – смотрите далее.

Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора – надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Испытания

Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения – зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

Обсудить статью ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Правила эксплуатации литиевых аккумуляторов

Владельцы различных устройств иногда испытывают определённые трудности при поиске информации о правильной эксплуатации аккумуляторов. Этому вопросу и посвящена данная статья.

Все современные телефоны, смартфоны и КПК снабжены аккумуляторами на литиевой основе: литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них. Такие аккумуляторы имеют замечательную ёмкость и сроки службы, но требуют очень жёсткого следования определённым правилам эксплуатации. Эти правила можно разделить на две группы:

Не зависящие от пользователя

Зависящие от пользователя.

В первую группу входят основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером), а также иногда дополнительным контроллером, располагающимся в самом устройстве. Эти правила просты:

Аккумулятор всю свою жизнь должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда. Минимальное напряжение, указанное выше, применимо к аккумуляторам с электродами, выполненными из кокса, однако большинство современных аккумуляторов имеет электроды из графита. Для них минимальное напряжение равно 3 вольта.

Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0%, – это его ёмкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжение 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живёт подольше, но его ёмкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0-3.3 вольт, в зависимости от материала электродов, с такими же последствиями.

Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не значительно.

Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются заряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.

Контроллеры аккумуляторов, предназначенные для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи, могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде. Так, в аккумуляторе, предназначенном для, скажем, шуруповёрта или моторчика модели автомобиля, минимальное напряжение, скорее всего, будет действительно минимально допустимым, а для КПК или смартфона – повыше, ибо минимального напряжения в 2.7-3.0 вольт может просто не хватить для работы электроники девайса. Поэтому в сложных устройствах типа телефонов, КПК и т.п. работу контроллера, встроенного в сам аккумулятор, дополняет контроллер в самом устройстве.

Поговорим о процессе заряда литиевых аккумуляторов. Зарядное устройство любого литиевого аккумулятора представляет собой источник постоянного напряжения в 5 вольт, способный отдавать для заряда ток, равный примерно 0.5-1.0 емкости аккумулятора. Так, если емкость аккумулятора равна 1000 mA•h, зарядное устройство должно обеспечить ток заряда не менее 500 mA, а номинально – 1 ампер.
Существует несколько режимов заряда литиевых аккумуляторов.
Начнём с режима, являющегося стандартным в компании Sony. Этот режим требует длительного времени заряда, сложного контроллера, но обеспечивает наиболее полный заряд аккумулятора. На представленном графике синим цветом обозначен ток заряда, красным – напряжение на аккумуляторе, розовым – степень заряженности аккумулятора в процентах.

Читать еще:  ТОП-5 смазок для клемм аккумулятора

На первом этапе зарядки, длящемся приблизительно 1 час, аккумулятор заряжается током постоянной величины до достижения напряжения в 4.2 вольта на аккумуляторе. После этого начинается второй этап, длящийся также около часа, во время которого контроллер, поддерживая напряжение на аккумуляторе ровно в 4.2 вольта, постепенно уменьшает зарядный ток. При уменьшении зарядного тока до определённой величины (порядка 0.2 от ёмкости аккумулятора) начинается третий этап зарядки, в течение которого зарядный ток продолжает уменьшаться, а напряжение на клеммах аккумулятора сохраняется на прежнем уровне – 4.2 вольта. Третий этап, в отличие от первых двух, имеет строго определенную длительность, определяемую встроенным в контроллер таймером, – 1 час. По истечении третьего этапа контроллер полностью отключает аккумулятор от зарядного устройства.
Степень заряженности аккумулятора в конце первого этапа равна 70%, в конце второго – 90%, а в конце третьего – 100%.
Многие компании, стремясь к удешевлению своих устройств, используют упрощенные режимы заряда аккумуляторов, например, прекращая заряд при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2 вольта, то есть используя только первый этап зарядки. В этом случае аккумулятор заряжается быстро, но, увы, только до 70% своей реальной емкости. Определить, что в вашем устройстве именно такой, упрощенный контроллер нетрудно, – для полноценной зарядки требуется примерно 3 часа, не меньше.

Во вторую группу входят правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора. Эти правила следующие:

нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и, тем более, до состояния, когда машинка сама выключается, ну, а если так случилось, то нужно зарядить аккумулятор как можно скорее.

не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается – аккумулятору это не вредит.

вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению, перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер, конечно, ограничивает максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что ёмкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если, например, мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при эксплуатации машинки, длительное время находящейся в кредле. Во время работы температура девайса и вместе с ним аккумулятора повышается, а ведь заряд уже полный…
В связи с этим правило гласит: если Вам необходимо работать в кредле, сначала отсоедините машинку от зарядки, поработайте на ней, а когда она выйдет на “боевой” температурный режим, подключайте зарядку.
Кстати, это правило также касается владельцев ноутбуков и прочих гаджетов.

Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора – это нахождение вне девайса с зарядом примерно 50%. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).

И напоследок еще немного информации.
– Вопреки сложившемуся мнению, литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают “эффектом памяти”, поэтому, так называемая, “тренировка” нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор. Это нужно для калибровки дополнительного контроллера.
– Владельцы устройств знают, что можно заряжать батарею как от зарядного устройства, так и от USB. При этом зачастую вызывает недоумение невозможность зарядки от USB. Дело в том, что по “закону” USB-контроллер должен отдавать периферийным устройствам, подключенным к нему, ток около 500 mA. Однако бывают ситуации, когда либо сам контроллер не может обеспечить такой ток, либо устройство подключают к USB контроллеру, на котором уже висит какая-то периферия, потребляющая часть мощности. Вот и не хватает тока для зарядки, особенно если аккумулятор разряжен слишком сильно.
– Литийсодержащие аккумуляторы ОЧЕНЬ НЕ ЛЮБЯТ ЗАМОРАЖИВАНИЕ. Всегда старайтесь избегать пользования машинкой на сильном морозе – увлечетесь, и аккумулятор придётся менять. Конечно, если Вы достали машинку из тёплого внутреннего кармана куртки и сделали пару заметок или звонков, а потом положили зверька обратно, проблем не будет.
– Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою ёмкость при уменьшении атмосферного давления (в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, но знать об этом следует.
– Бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной ёмкости (скажем, 2200 mA•h вместо штатных 1100 mA•h) машинка через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора, вроде, происходит, но как-то странно, и т.п. Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на “родном” аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой ёмкости. Выход – приобретение зарядного устройства с большим отдаваемым током (скажем, 2 ампера вместо прежнего 1 ампера).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector