Как заряжать литий─ионный 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.
Содержание статьи
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.
Вернуться к содержанию
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
Почему для литий─ионного аккумулятора критичен перезаряд и глубокий разряд? Дело в том, что ток в таких аккумуляторах обеспечивается движением ионов лития от одного электрода к другому. Состав этих электродов может быть разным. В этом случае эти подробности не важны. Важно то, что ионы лития внедряются в кристаллическую решётку вещества электродов. В результате происходят постепенные изменения объёма и состава электродов. Чем больше заряжена или разряжена аккумуляторная батарея, тем больше ионов лития находится в одном из электродов. Такая эксплуатация приводит к тому, что срок службы аккумулятора значительно сокращается. Поэтому лучше не создавать такие пограничные состояния и держать заряд на уровне 20─80% от номинала.
Теперь перечислим несколько вариантов, как заряжать Li─Ion аккумулятор.
- Штатное зарядное устройство. Это самый лучший и рекомендуемый вариант. С помощью штатной зарядки рекомендуется заряжать Li─Ion аккумулятор. Это безопасно и максимально быстро;
- От USB разъёма компьютера. Вариант также безопасный, но довольно длительный. Дело в том, что в случае порта USB ток ограничен значением 0,5 ампера;
- От прикуривателя в автомобиле. Если это стандартный переходник на USB, то процесс также может затянуться. Но сейчас в продаже довольно устройств, имеющий набор портов USB с различной силой тока. Есть даже модели, которые позволяют заряжать аккумуляторы ноутбуков с номинальным напряжением 19 вольт током 4 ампера. Узнать максимально допустимый ток для зарядки аккумуляторной батареи своего устройства можно узнать из документации или посмотреть на штатной зарядке. Для АКБ смартфонов обычно 1, а для планшетов – 2 ампера;
- «Лягушка». Так называют универсальные зарядные устройства. Обычно они используются для зарядки литиевых АКБ для мобильных телефонов. Одна из таких «лягушек» показана на изображении ниже. Конструкция включает в себя док для установки батареи и контакты, регулируемые по ширине для различных моделей. Для информирования об окончании зарядки имеется светодиодная индикация.
Зарядное устройство «лягушка»
Как видите, заряжать литий─ионный аккумулятор можно различными способами. Но рекомендуется заряжать АКБ штатной зарядкой, а остальные методы использовать только в случае необходимости. Сразу после покупки гаджета привыкайте к его корректной зарядке. О том, как правильно заряжать новый аккумулятор смартфона, можно прочитать по указанной ссылке.
Вернуться к содержанию
Эксплуатация Li─Ion батарей
Теперь коротко расскажем об основных правилах эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.
Калибровка
Эту процедуру следует проводить раз в 3 месяца. Она заключается в полной разрядке и последующей полной зарядке АКБ. Это необходимо делать, чтобы контроллер аккумулятора «откалибровал» границы заряда и разряда батареи.
Калибровка литий─ионного аккумулятора
При ручной калибровке вам нужно дождаться выключения телефона, планшета или другого гаджета. Потом в выключенном состоянии ставите устройство на зарядку. Продолжительность до полной зарядки вы можете посмотреть по паспорту. После вынимаете и вставляете аккумуляторную батарею, включаете устройство и смотрите уровень заряда. Если он меньше 100%, то выключаете устройство и снова заряжаете. Так нужно делать до тех пор, пока при включении не будет показан полный уровень заряда.
Для калибровки также можно использовать утилиты, которые существуют для iOS и Андроид.
Если вам интересна переделка шуруповёрта на литиевые аккумуляторы 18650, можете прочитать статью по ссылке.
Хранение
Перед тем как отправить литий─ионную АКБ на хранение, её также нужно заряжать. Но уровень заряда должен быть около 50 процентов. Это считается оптимальным значением. Температура хранения батареи в идеале должна составлять 15 градусов Цельсия. В таких условиях литиевый аккумулятор лучше всего сохраняет ёмкость. Чем выше температура хранения, тем больше будут потери ёмкости при хранении.
При длительном хранении раз в три месяца проводите полный заряд-разряд аккумулятора и снова заряжайте его до 50%.
Чего не нужно делать с литий─ионными аккумуляторами?
- Первое, чего не переносят Li─Ion батареи, это нагрев. Литий является чрезвычайно активным металлом и при нагреве в аккумуляторе может начаться неуправляемая реакция. В результате батарея просто воспламениться. Поэтому не держите Li─Ion аккумулятор рядом с источниками тепла, под солнечными лучами и у открытого огня;
- Литий─ионные аккумуляторные батареи также чувствительны к отрицательным температурам, но таких плачевных последствий, как при нагреве, нет. Просто на холоде АКБ теряет заряд;
- Не следует разбирать аккумуляторный элемент. Разгерметизация банки аккумулятора может привести к воспламенению;
Теперь вы знаете, как заряжать литий─ионный аккумулятор, и правила его эксплуатации. Если статья была полезной для вас, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения по теме оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
akbinfo.ru
Как правильно заряжать аккумуляторы Li-ion: советы :: SYL.ru
Сегодня для мобильной, бытовой техники, инструментов применяют специальные аккумуляторы. Они отличаются эксплуатационными характеристиками. Чтобы батарея работала долго, без сбоев, нужно учитывать требования производителей представленных изделий.
Одним из самых популярных видов сегодня являются аккумуляторы Li-Ion. Как правильно заряжать этот вид батарей, а также особенности его эксплуатации следует подробно рассмотреть перед эксплуатацией прибора.
Общая характеристика
Одним из самых распространенных видов аккумуляторов сегодня является тип Li-Ion. Такие устройства отличаются относительно невысокой стоимостью. При этом они нетребовательны к условиям эксплуатации. В этом случае у пользователя редко возникает вопрос, как правильно заряжать аккумулятор Li-Ion 18650 цилиндрической формы или иной разновидности.
Чаще всего представленные батареи устанавливают в смартфоны, ноутбуки, планшеты и прочие подобные устройства. Представленные аккумуляторы характеризуются долговечностью и надежностью. Они не боятся полной разрядки.
Одной из главных особенностей представленных изделий является отсутствие «эффекта памяти». Такие батарейки можно заряжать практически в любой удобный момент. «Эффект памяти» возникает при неполном разряде аккумулятора. Если в нем оставалось небольшое количество заряда, со временем емкость аккумулятора станет падать. Это приведет к недостаточно продолжительному питанию техники. В литий-ионных батареях «эффект памяти» сведен к минимуму.
Конструкция
Конструкция аккумулятора литий-ионного типа зависит от типа прибора, для которого она предназначена. Для мобильного телефона применяется батарея, которая называется «банкой». Она имеет прямоугольную форму и включает в себя один конструкционный элемент. Его номинальное напряжение составляет 3,7 В.
Совсем иную конструкцию имеет батарея представленного типа для ноутбука. Отдельных аккумуляторных элементов в ней может быть несколько (2-12 штук). Каждый из них имеет цилиндрическую форму. Это аккумуляторы Li-Ion 18650. Как правильно зарядить их, подробно указывает производитель техники. Такая конструкция имеет в своем составе специальный контроллер. Он выглядит в виде микросхемы. Контроллер управляет процедурой зарядки, не допускает превышения номинального значения емкости батареи.
В современных аккумуляторах для планшетов, смартфонов также предусмотрена функция контроля заряда. Это значительно продлевает срок эксплуатации батареи. Она защищена от различных неблагоприятных факторов.
Особенности зарядки
Рассматривая, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы телефона, ноутбука и прочей техники, необходимо обратить внимание на особенности работы представленного устройства. Следует сказать, что литий-ионные батареи не терпят глубокого разряда и перезаряда. Этим управляет специальное устройство, которое добавляется в конструкцию (контроллер).
Идеально поддерживать заряд представленного типа батареи на уровне от 20 до 80% от полной емкости. За этим следит контроллер. Однако специалисты не рекомендуют оставлять устройство подключенным к зарядке постоянно. Это значительно сокращает срок эксплуатации батареи. На контроллер действует в этом случае постоянная нагрузка. Со временем его функциональность из-за этого может снижаться.
При этом контроллер также не допустит глубокого разряда. Он просто в определенный момент отключит батарею. Эта защитная функция крайне необходима. В противном случае пользователь мог бы случайно перезарядить или слишком сильно разрядить батарею. Также в аккумуляторах современного образца предусмотрена качественная защита от перегрева.
Принцип работы батареи
Чтобы понимать, как правильно заряжать Li-Ion аккумулятор (новый или бывший в употреблении), необходимо рассмотреть принцип его работы. Это позволит оценить необходимость контролировать уровень разряда и заряда устройства.
Ионы лития в аккумуляторе представленного типа перемещаются от одного электрода к другому. В этом случае появляется электрический ток. Электроды могут быть изготовлены из разных материалов. Этот показатель в меньшей степени влияет на эксплуатационные характеристики прибора.
Ионы лития нарастают на кристаллической решетке электродов. Последние, в свою очередь, меняют свой объем и состав. Когда батарея заряжена или разряжена, на одном из электродов ионов становится больше. Чем выше нагрузка на металлические элементы конструкции, которую оказывает литий, тем короче будет срок эксплуатации прибора. Поэтому лучше не допускать высокого процента оседания ионов на одном или другом электроде.
Варианты зарядки
Перед эксплуатацией батареи нужно рассмотреть, как правильно заряжать Li-Ion аккумулятор смартфона, планшета и прочей техники. Для этого существует несколько способов.
Одним из самых правильных решений будет применение зарядного устройства. Его поставляет в комплекте с электронной техникой каждый производитель.
Вторым вариантом является зарядка батареи от стационарного компьютера, подключенного к бытовой сети. Для этого применяется USB-кабель. В этом случае процедура зарядки будет более длительной, чем при использовании первого способа.
Можно выполнить эту процедуру при помощи прикуривателя в автомобиле. Еще одним менее популярным способом является зарядка литий-ионного аккумулятора при помощи универсального устройства. Его еще называют «лягушкой». Чаще всего такие приборы применяют для подзарядки батарей смартфонов. Контакты этого прибора можно отрегулировать по ширине.
Зарядка новой батареи
Существуют определенные рекомендации, как правильно зарядить новый аккумулятор Li-Ion. Для этого следует ознакомиться с инструкцией производителя. Этот процесс несложный, но рекомендациями специалистов пренебрегать не стоит.
Новый аккумулятор нужно правильно ввести в эксплуатацию. Для этого телефон, планшет или иное оборудование нужно полностью разрядить. Только когда устройство выключится, его можно будет подключить к сети. Контроллер не даст батарее слишком сильно разрядиться. Именно он отключает устройство, когда аккумулятор теряет емкость до заданного уровня.
Далее нужно подключить электротехнику к сети при помощи штатного зарядного устройства. Процедуру выполняют до того времени, пока индикатор не загорится зеленым светом. Можно оставить прибор в сети еще на несколько часов. Такую процедуру проводят несколько раз. При этом специально разряжать телефон, планшет или ноутбук не нужно.
Обычная зарядка
Зная, как правильно заряжать аккумуляторы Li-Ion, можно значительно продлить срок работы батареи. Специалисты рекомендуют провести правильную процедуру этого процесса для нового элемента питания. После этого не желательно разряжать аккумулятор полностью. Когда индикатор покажет, что емкость батареи имеет заряд всего на 14-15%, его нужно подключить к сети.
Также не рекомендуется заряжать аккумулятор до 100%. Когда индикатор покажет 80-90%, прибор можно отключить от сети. Это является идеальным принципом зарядки обычной литий-ионной батареи.
При этом также не рекомендуется применять иные устройства для наполнения емкости аккумулятора, кроме штатного. Оно имеет максимально приемлемые показатели тока, допустимые для конкретной модели батареи. Прочие варианты можно использовать только в случае крайней необходимости.
Калибровка
Существует еще один нюанс, который нужно узнать, изучая вопрос, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы. Эксперты рекомендуют периодически проводить калибровку этого устройства. Она проводится раз в три месяца.
Сначала в обычном режиме нужно разрядить электротехнику до ее выключения. Далее его подключают к сети. Зарядка продолжается до тех пор, пока индикатор не станет гореть зеленым светом (батарея заряжена на 100%). Эту процедуру нужно выполнять для правильной работы контроллера.
При проведении подобной процедуры печатная плата аккумулятора определяет предельные рамки зарядки и разрядки. Это необходимо для обеспечения нормальной работы контроллера, позволяет избежать сбоев. При этом применяется штатное зарядное устройство, которое поставляется производителем в комплекте с телефоном, планшетом или ноутбуком.
Хранение
Чтобы батарея проработала максимально долго и эффективно, нужно рассмотреть также вопрос, как правильно зарядить Li-Ion аккумулятор для хранения. В некоторых случаях может возникнуть ситуация, когда прибор для питания техники временно не эксплуатируется. В этом случае его нужно правильно подготовить для хранения.
Аккумулятор заряжают до 50%. В таком состоянии его можно хранить достаточно долго. Однако температура окружающей среды должна быть около 15 ºС. Если она повысится, скорость потери батареей своей емкости будет увеличиваться.
Если аккумулятор нужно хранить достаточно длительное время, его нужно раз в месяц полностью разряжать и заряжать. Батарея набирает 100% своей заданной емкости. Затем прибор снова разряжают и заряжают уже до 50%. При регулярном проведении такой процедуры можно хранить аккумулятор очень долго. После этого он будет полностью пригоден для эксплуатации.
Рассмотрев, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы, можно значительно продлить срок эксплуатации батареи этого типа.
www.syl.ru
Зарядка литий-ионных аккумуляторов
- Категория: Поддержка по зарядным устройствам
- Опубликовано 09.05.2016 14:27
- Автор: Abramova Olesya
Зарядные и разрядные процессы в электрических батареях являются химическими реакциями, но литий-ионная система имеет свои нюансы. Ученые говорят о движении энергии в батарее как о части ионного потока между анодом и катодом. Это утверждение в какой-то мере верно, но если ученые были бы абсолютно правы, то электрические батареи работали вечно. Падение емкости со временем объясняется потерей ионов, но и процессы внутренней коррозии вкупе с другими дегенеративными эффектами также играют определенную роль. (Смотрите BU-808: В чем причина конечного времени работы литий-ионных аккумуляторов).
Зарядное устройство для литий-ионной электрохимической системы представляет собой ограниченное по напряжению устройство, весьма похожее на зарядное для свинцово-кислотных аккумуляторов. Но есть и различия — более высокое напряжение на элемент, более жесткие допуски напряжения и отсутствие режима поддержания при полном заряде. В то время как свинцово-кислотная электрохимическая система имеет некоторую гибкость пороговых значений напряжения, литий-ионная требует очень строгой настройки зарядных устройств, так как перезаряд не может быть принят. Не может быть создано какое-либо «чудо» зарядное устройство, способное продлить срок службы или предоставить дополнительную емкость путем импульсного тока или других уловок. Литий-ионная является “чистой” системой и принимает ровно тот заряд, который она может аккумулировать.
Зарядные устройства Victron Energy (Голландия)
| Phoenix Charger | Skylla-i | Skylla-TG |
 |
 |
 |
| 12/24В, 16-200А | 24В, 80-500А | 24/48В, 30-500А |
| Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления. | ||
Литий-ионные аккумуляторы с такими традиционными катодными материалами как кобальт, никель, марганец и алюминий обычно имеют напряжение 4,20 В на элемент. Допустимым отклонением является +/- 50 мВ на элемент. Некоторые версии на основе никеля заряжаются до 4,10 В на элемент; существуют и специально оптимизированные под емкость модели с напряжением 4,30 В и выше на элемент. Повышение напряжения помогает увеличить емкость аккумулятора, но злоупотребление путем превышения значений спецификаций может повредить аккумулятор и даже создать угрозу безопасности. Встраиваемая в аккумулятор схема защиты [BU-304] защищает его от превышения заданного напряжения.
На рисунке 1 показаны графики тока и напряжения литий-ионного аккумулятора относительно этапов зарядки. Полный заряд достигается, когда ток уменьшается до показателя 3-5 процентов от значения номинальной емкости.
Рисунок 1: Этапы зарядки литий-ионного аккумулятора. Li-ion считается полностью заряженным, когда зарядный ток падает до заданного уровня. Вместо режима непрерывного поддержания заряда, некоторые зарядные устройства используют подзарядку только при падении напряжения аккумулятора.
Рекомендуемая скорость зарядки литий-ионных элементов, оптимизированных под емкость, составляет 0,5-1С, полное время заряда при такой скорости составит 2-3 часа. Производители рекомендуют использовать скорость зарядки 0,8С и меньше для продления срока службы аккумулятора. Элементы же, оптимизированные под мощностные показатели, могут использовать более “быстрое” зарядное устройство. Эффективность зарядки литий-ионной электрохимической системы составляет порядка 99 процентов, благодаря этому отсутствует тепловыделение и аккумулятор остается прохладным.
Некоторые аккумуляторы все же могут немного нагреться (примерно на 5°С) при достижении полного заряда. Это может быть вызвано работой схемы защиты и/или повышенным внутренним сопротивлением. Если же температура аккумулятора повысилась более чем на 10°С при умеренных скоростях зарядки, это может говорить о его неисправности, следовательно, необходимо прекратить дальнейшую зарядку и эксплуатацию.
Полная зарядка фиксируется при достижении аккумулятором порогового значения напряжения и падением зарядного тока до 3 процентов от номинального значения. Также аккумулятор считается заряженным, если напряжение и ток достигли некоторого значения и не могут более приблизиться к своим пороговым значениям. Причиной такого поведения может служить повышенный саморазряд [BU-802b].
Увеличение тока зарядки, как ни парадоксально, не ускорит процесс достижения полного заряда. Хотя аккумулятор и быстрее достигнет пикового значения напряжения, ему все еще будет необходим режим насыщения, который в нашем случае займет больше времени. Уменьшение времени первого этапа зарядки компенсируется увеличением времени второго. Высокий ток зарядки, тем не менее, довольно быстро заполнит аккумулятор энергией примерно до 70 процентов.
Литий-ионному аккумулятору не требуется полная зарядка, как в случае со свинцово-кислотным, даже наоборот — легкий недозаряд обеспечит лучшие показатели долговечности. Дело в том, что при полном заряде в аккумуляторе возникает довольно высокое напряжение, которое носит деградационный характер. Ограничение напряжения или устранение режима насыщения продлит срок службы аккумулятора, но, с другой стороны, приведет к уменьшению времени автономной работы. Большинство зарядных устройств оптимизированы как раз под емкость, длительность срока службы воспринимается менее важной.
Некоторые недорогие зарядные устройства вообще могут игнорировать режим насыщения, используя более упрощенный метод зарядки, который длится один час или даже меньше. Такая зарядка фиксирует свое окончание достижением аккумулятором определенного значения напряжения. Окончательный уровень заряда при таком методе составляет примерно 85 процентов от номинальной емкости, что для большинства потребителей является достаточным уровнем.
Промышленные же зарядные устройства часто используют несколько заниженное значение порогового напряжения для продления срока службы аккумулятора. В таблице 2 приведены расчетные значения емкости при зарядке до различных пороговых значений напряжения с и без использования режима насыщения. (Смотрите также BU-808: Как увеличить срок службы литий-ионного аккумулятора).
| Напряжение отсечки/на элемент | Возможная емкость | Время зарядки | Емкость с режимом насыщения |
| 3,80 | 60% | 120 минут | ~65% |
| 3,90 | 70% | 135 минут | ~75% |
| 4,00 | 75% | 150 минут | ~80% |
| 4,10 | 80% | 165 минут | ~90% |
| 4,20 | 85% | 180 минут | 100% |
Таблица 2: Стандартные зарядные характеристики литий-ионных аккумуляторов. Применение режима полного насыщения при заданном напряжении отсечки приводит к повышению емкости примерно на 10 процентов, но приводит к стрессу из-за высокого напряжения.
В самом начале зарядного процесса напряжение аккумулятора очень быстро поднимается. Такому поведению можно привести аналогию — подъем груза резинкой, когда в первый момент резинка натягивается, а груз все еще на своем месте. Показатель использования емкости в течение процесса зарядки стабилизируется относительно напряжения аккумулятора (рисунок 3). Такой эффект характерен для всех электрических батарей. Чем выше ток зарядки, тем эффект “резинки” будет ярче выражен. Холодная температура зарядки или высокое внутреннее сопротивление элемента могут усилить проявление этого эффекта.
Рисунок 3: Зависимость напряжения и емкости литий-ионного аккумулятора от времени зарядки. Эффект зависимости емкости от напряжения при зарядке похож на эффект подъема груза растягивающейся резинкой.
Оценка состояния заряда путем считывания напряжения заряжаемого аккумулятора непрактична, гораздо более точным индикатором служит напряжение разомкнутой цепи аккумулятора после нескольких часов покоя. На даже напряжение разомкнутой цепи не является 100-процентным показателем, так как оно зависимо от температуры. Уровень заряда смартфонов, ноутбуков и других устройств оценивается с помощью кулоновского подсчета. (Смотрите BU-903: Как измерить степень заряженности электрической батареи).
Литий-ионный аккумулятор не может поглотить перезаряд. При достижении полной степени заряда необходимо отсечь зарядный ток. Приложение непрерывного тока поддержания заряда может привести к металлизации лития, что чревато проблемами с безопасностью аккумулятора. Чтобы свести к минимуму стресс, желательно не оставлять заряженный литий-ионный аккумулятор подключенным к зарядному устройству.
После того, как процесс зарядки окончился, напряжение аккумулятора начинает падать. Со временем, напряжение холостого хода стабилизируется на уровне 3,70-3,90 В на элемент. Стоит обратить внимание, что литий-ионный аккумулятор, к которому применялась зарядка в режиме насыщения, будет держать напряжение высоким более длительное время, чем тот, к которому этот режим не применялся.
Когда возникает необходимость хранения литий-ионных аккумуляторов подключенными к зарядному устройству, некоторые из них могут иметь функцию капельного поддержания заряда, призванного компенсировать небольшой саморазряд самого аккумулятора и потребление энергии встроенной схемой защиты. Такое зарядное устройство срабатывает при понижении напряжения аккумулятора до 4,05 В на элемент и подзаряжает его снова до значения 4,20 В. Существует и другой режим зарядки, со срабатыванием при напряжении 4,00 В на элемент и подзарядкой до 4,05 В. Использование такого режима несет меньше вреда аккумулятору и продлевает срок его службы.
Некоторые портативные устройства могут оставаться включенными или даже эксплуатироваться во время зарядки. Потребление энергии устройством в этом случае называется паразитной нагрузкой и может вызвать искажения циклов зарядки. Производители аккумуляторов советуют избегать паразитных нагрузок, так как они приводят к возникновению множественных мини-циклов заряда/разряда. Этого не всегда можно избежать, к примеру, часто возникает необходимость эксплуатации того же ноутбука от электросети. Возникает ситуация, когда аккумулятор заряжается до 4,20 В на элемент и тут же подвергается разряду. Уровень стрессового воздействия на такой аккумулятор довольно высок, поскольку циклы возникают при высоком напряжении, а часто – и при повышенной температуре.
Портативное устройство должно быть отключено при зарядке. Это позволит аккумулятору беспрепятственно достичь порогового значения напряжения и точки насыщения. Паразитная нагрузка сбивает с толку зарядное устройство, воздействуя на напряжение аккумулятора и препятствуя току насыщения, возможны даже ситуации, когда аккумулятор уже полностью заряжен, но из-за воздействия паразитной нагрузки зарядное устройство продолжает зарядку, что конечно же приводит к повреждению аккумулятора.
2. Зарядка без-кобальтовых литий-ионных аккумуляторов
В то время как традиционные литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение элемента 3,60 В, литий-фосфатные (LiFePO) являются исключением с напряжением элемента 3,20 В и напряжением зарядки 3,65 В. Относительно новой технологией являются литий-титанатные модели с напряжением элемента 2,40 В и напряжением зарядки 2,85 В. (Смотрите BU-205: Виды литий-ионных аккумуляторов).
Зарядные устройства для этих безкобальтовых аккумуляторов несовместимы с обычными 3,60-вольтовыми. Необходимо предусматривать технологию изготовления аккумулятора и обеспечить его правильным зарядным напряжением. 3,60 В литий-ионный аккумулятор, подключенный к зарядному устройству, предназначенному для литий-фосфатной системы, просто не получит достаточного заряда, и, наоборот, воздействие повышенного зарядного напряжения на литий-фосфатный аккумулятор приведет к его повреждению.
3. Перезаряд литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы вполне безопасны в пределах определенного рабочего напряжения, но если по неосторожности превысить напряжение, это может привести к неустойчивости аккумулятора. Продолжительная зарядка напряжением выше 4,30 В аккумулятора, рассчитанного на напряжение 4,20 В, может привести к металлизации лития на аноде. На катоде начинают происходить окислительные процессы, он становится нестабильным и выделяет углекислый газ (CO2). Давление в элементе возрастает, и если зарядка будет продолжаться, может сработать устройство прерывания тока, которое ответственно за безопасность при повышении внутреннего давления элемента до 1,000-1,380 кПа. Если по каким-то причинам давление продолжает расти дальше, то при значении в 3,450 кПа может раскрыться мембрана безопасности. В любом случае, такие экстремальные значения давления небезопасны, и могут привести к возгоранию или даже взрыву аккумулятора. (Смотрите BU-304b: Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов).
Тепловой пробой, который и приводит к возгоранию или взрыву, непосредственно зависим от высокой температуры. Полностью заряженному аккумулятору нужно меньшее температурное воздействие для коллапса в сравнении с частично заряженным. Все аккумуляторы на основе лития являются более безопасными при низком уровне заряда, поэтому полностью заряженные аккумуляторы даже запрещено перевозить воздушным транспортом (регламентированный уровень заряда составляет 30 процентов). (Смотрите BU-704a: Перевозка аккумуляторов на основе лития воздушным транспортом).
Пороговой температурой для полностью заряженного литий-кобальтового аккумулятора является 130-150°С, для литий-никель-марганец-кобальтового (NMC) — 170-180°С, а для литий-марганцевого — около 250°С. Литий-фосфатный обладает температурной стабильностью, даже немного лучшей, чем у литий-марганцевого. (Смотрите BU-304a: Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов и BU-304b: Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов).
Не только литий-ионная электрохимическая система небезопасна при перезаряде. Аккумуляторы на основе свинца и никеля также могут расплавиться и привести к пожару при неправильной эксплуатации. Правильно спроектированное зарядное оборудование имеет первоочередное значение для всех аккумуляторных систем. Наличие функции контроля температуры поможет избежать многих проблем.
4. Итоги
Зарядка литий-ионных аккумуляторов намного проще зарядки аккумуляторов на основе никеля. Нет необходимости в сложном анализе зависимых от возраста аккумулятора изменений напряжения для определения полного заряда. Процесс зарядки может быть прерывистым, нет нужды в режиме насыщения, как в случае со свинцово-кислотными аккумуляторами. Эти нюансы дают большое преимущество для использования в сфере возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветряные турбины, которые не всегда могут полностью зарядить аккумулятор. Отсутствие необходимости в режиме поддержания заряда значительно упрощает и удешевляет зарядное устройство. Уравнительный заряд, который требуется для обслуживания тех же свинцово-кислотных аккумуляторов, не является необходимым для литий-ионных.
5. Рекомендации по зарядке литий-ионных аккумуляторов
-
Выключите заряжаемое устройство или отдельно заряжайте его аккумулятор, чтобы позволить зарядному току беспрепятственно достичь значения режима насыщения. Паразитная нагрузка сбивает с толку зарядное устройство.
-
Производите зарядку при умеренной температуре. Не заряжайте литий-ионный аккумулятор при температуре ниже 0°С (Смотрите BU-410: Зарядка аккумуляторных батарей в условиях высоких и низких температурах).
-
Литий-ионной электрохимической системе не обязателен полный заряд, частичный даже лучше, так как увеличивает срок службы аккумулятора.
-
Не все зарядные устройства имеют функцию капельной подзарядки, следовательно, на все 100 процентов аккумулятор при их помощи зарядиться не сможет.
-
Следует прекратить зарядку при обнаружении излишнего тепловыделения аккумулятора.
-
Перед длительным хранением аккумулятора зарядите его до 40-50 процентов. (Смотрите BU-702: Как правильно хранить электрические батареи).
Последнее обновление 2016-02-23
best-energy.com.ua