Зарядка литиевого аккумулятора: Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор телефона, ноутбука и других устройств

Содержание

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Большая часть бытовых электроприборов функционируют на основе li-ion аккумуляторов, поэтому как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы и как их использовать, надо знать всем ответственным владельцам. В наибольшей степени такие батарейки получили большую распространенность из-за своих маленьких габаритов и хорошего сбережения энергии.

В нашей статье мы подробно расскажем о том, как заряжать литий ионный аккумулятор правильно, какая имеется схема восстановления энергии, по каким правилам осуществляется контроль процедуры, каким током заряжать li ion аккумулятор, сколько времени выполняется зарядка литиевых аккумуляторов, а также можно ли заряжать АКБ обыкновенной зарядкой.

Как правильно заряжать Li-ion аккумулятор

Среди батареек, которые выполнены на основе ионов лития, наибольшую распространенность имеет тип 18650. Область его использования довольно большая: эти компоненты используются в АКБ шуруповертов, смартфонах, планшетах, стационарных телефонов, для питания электросигарет или обычных фонариков.

Кроме того, в настоящее время, набирает популярность преобразование никель кадмиевой батареи шуруповерта на литий ионные аккумуляторы. Используется этот тип во многом из-за того, что они функционируют намного дольше компонентов предыдущего поколения.

Чтобы работать с таким типом АКБ нужно знать, как заряжать литиевый аккумулятор правильно и как контролировать такую процедуру. Зарядка литий ионных аккумуляторов выполняется при помощи схемы, а осуществляют контроль над ней вспомогательные платы.

Двухступенчатая схема зарядки

Такая схема считается лучшим методом выполнения заряда li ion аккумуляторов. Здесь схема контроллера имеет большую нагрузку, но она никаким образом не влияет на эксплуатационный срок АКБ.

Выполнение 1-ой стадии зарядки для li-ion АКБ зависит от насыщения зарядного тока. Расчетное значение тока – от 0,2А до 0,5А, а мощность 12,6В. Стабильный ток заряда выполняется благодаря функционированию зарядника, который увеличивает потенциалы батареи. При достижении значения в 4,2В АКБ имеет степень заряженности в 70%. На этом 1-ая стадия зарядки литиевых батареек завершается.

Вторая стадия имеет постоянное напряжение и поэтапно уменьшающийся ток заряда. Прибор поддерживает вольтаж на уровне от 4,15В до 4,25В и контролирует параметр тока. Чем больше значение, тем меньше будет величина тока. Параметр от 0,05А до 0,01А говорит о завершении процедуры.

Как контролируют параметры зарядки

Чтобы узнать, как правильно заряжать ионные батареи, необходимо уметь контролировать показатели зарядки. Так как литий ионные АКБ функционируют в малом диапазоне изменения напряжения, то поэтому они нуждаются в контроле. Лучшим значением этого параметра является от 3В до 4,2В.

Схема контроллера устанавливается в ЗУ, но каждая батарейка обладает индивидуальным трамблером и системой защиты. Если возникнет какое-нибудь нарушение, то система защиты сразу же выполнит отключение неисправной банки.

Схема также предназначена для выполнения следующих операций:

  • перевод в режим CC/CV;
  • контроль подачи энергии в аккумуляторных батареях;
  • подача тока, предотвращающая саморазряд;
  • измерение температуры, что способствует недопущению перегрева АКБ;
  • отключение зарядки.

Подзарядить батарею без такой схемы возможно только при применении резистора, который необходимо подключить последовательно с прибором. Изготовить контроллер можно также самостоятельно, только необходимо заранее рассчитать ток заряда, сопротивление, а также мощность.

Как зарядить литиевый аккумулятор 12 вольт

Чтобы узнать, как зарядить АКБ с напряжением 12 вольт, необходимо для начала выяснить, что же из себя представляет это устройство, а также какие имеет особенности и характеристики. Все АКБ, выполненные на основе ионов лития, представляют собой непроницаемую конструкцию, изготовленную в форме цилиндра либо призмы. Каждая батарейка имеет напряжение от 3,6В до 4,2В и разную энергоемкость.

Однако имеется одна особенность, если соединить 3 батарейки друг за другом, то получится аккумулятор с напряжением от 10,8В до 12,6В. В этом случае энергоемкость измеряется по самой слабой литионной банке.

Для восстановления энергоемкости устройства нужно применять зарядное устройство, которое оснащено контроллером. Также нужно иметь модуль управление (РСМ) для всех батареек и систему защиты от пере- и недозаряда. Кроме того, имеется также другая система защиты аккумуляторов – РСВ. Ее лучше устанавливать с балансирами, чтобы зарядка батареек происходила равномерно.

На ЗУ нужно установить напряжение, на котором будет функционировать АКБ (12,6В). На заряднике необходимо также задать число батареек и ток, который будет использоваться.

Способы восстановления энергоемкости литиевых аккумуляторов:

  • Применять разъем USB от электроприборов или компьютера. В таком случае можно получить ток заряда, равный 0,5А, но так восстановление энергоемкости будет выполняться намного дольше.
  • От прикуривателя машины. Для выполнения этой процедуры надо приобрести специальный переходник, который может работать с 12В АКБ.

Эксперты рекомендуют применять для подзарядки литиевых АКБ только оригинальные ЗУ, поскольку использование внешнего зарядника сомнительного качества может плохо сказаться на функционировании аккумулятора.

Сколько заряжать литиевый аккумулятор

Продолжительность зарядки батареи, в том числе и в первый раз, определяется процедурой восстановления энергоемкости.

Энергоемкость измеряется в а/ч. Это означает то, что если дать заряд, соответствующий значению емкости, то за 1 час образуется необходимое значение напряжения, а степень заряженности будет равна 75%. Продолжительность подзарядки в быстром режиме займет 1 час.

Для полноценного цикла подзаряда аккумуляторов из нескольких компонентов, подключенных последовательно, применяют два режима – CC и CV. Первый режим продолжается, пока напряжение не достигнет рабочего параметра. Второй режим: при постоянном напряжении на батарею поступает ток, но с увеличением заряда, он приближается к 0. На выполнение восстановления энергии уходит 3 часа, вне зависимости от энергоемкости устройства.

Можно ли заряжать литиевый аккумулятор обычной зарядкой

Литий ионные и свинцово-кислотные АКБ нуждаются в особом подходе к заряду. Щелочные модели не столь требовательны к параметрам, как ионные.

Для подзарядки на 1-ой стадии литий ионные аккумуляторы нуждаются в стабильном зарядном токе, а на 2-ой стадии в стабильном напряжении. Если не выполнять контроль 1-го показателя, то может произойти перезаряд. Однако если в аккумуляторе имеется встроенная система защиты от перезаряда (BMS), то осуществлять контроль не обязательно.

В щелочных батареях основным параметром является постоянное напряжение.

В настоящее время начали изготавливать универсальные ЗУ, которые могут самостоятельно выбирать необходимый режим заряда.

Видео о том, как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Какое минимальное напряжение требуется для зарядки литий-ионной батареи 3,7 В?

Нет, батарея постоянно не дает 3.7V. Это значение напряжения при меньшей емкости. 3.7V не значит много. Это значение, при котором аккумулятор наиболее стабилен, но фактическое значение при полной зарядке составляет 4,2 В, поэтому зарядное устройство должно обеспечивать более высокое значение, чем это, если вы хотите полностью зарядить его.

При напряжении 3,3 В стандартные литий-ионные элементы считаются разряженными, поскольку они больше не могут обеспечивать достаточный постоянный ток для средних применений, для которых они предназначены.

Минимальное напряжение для зарядки стандартного Li-Ion составляет 4.201. Но, учитывая импедансы зарядного устройства и элемента, большинство зарядных устройств имеют напряжение 4,25 или даже 4,3 В, когда они работают вхолостую (не подключенные к элементу).

Хотя эти значения были выбраны таким образом, они не похожи на 10 заповедей. Вы можете разрядить элемент до 3,3 В, но он будет обеспечивать меньший ток, и вы можете зарядить его даже до 4,3 + В, и он будет иметь более высокую емкость, но обе практики сократят срок его службы.

Так что в экстренных случаях перезарядите их до 4,3 В, и у вас будет дополнительная емкость для работы, и если вы хотите иметь очень длительное время для элемента, дайте ему заряжаться только до 4 В, но это даст только ~ 80% заявленной вместимости.

Возвращаясь к зарядным устройствам, я бы разработал свое зарядное устройство так:

Вариант 1: 4,0 В — безопасный режим — для безопасной зарядки и длительного срока службы и восстановления избыточной / плохой батареи.

Вариант 2: 4,21 В — стандартный — нормальный режим зарядки (плохие элементы с пониженной емкостью будут перегреваться при зарядке на стандартном уровне)

Вариант 3: 4,32 В — избыточная мощность — режим перезарядки (меньший срок службы элементов, очень высокая опасность для элементов пониженной емкости)

Критерии зарядки литиевых аккумуляторных батареек, не зависящие от пользователя

Любое современное портативное (переносное) устройство, потребляющее сколько-нибудь значительный ток, с вероятностью 80% работает от литиевых аккумуляторных батарей (оставшиеся 20% мы отдадим тем случаям, когда применяют никель-металлогидридные или никель-кадмиевые элементы питания). На литиевых батарейках специфической формы сейчас работают:

— мобильные телефоны;
— фотоаппараты;
— видео-регистраторы;
— видеокамеры;
— фотовспышки;
— карманные компьютеры;
— планшеты и гаджеты;
— сетевые девайсы или адаптеры и вся прочая серьезная техника.

Следовательно, мы просто обязаны глубже понять внутренние процессы, происходящие в литий-ионных (Li-ion) и литий-полимерных (Li-pol) аккумуляторных батарейках, чтобы научиться их правильной эксплуатации. Кроме того, такие знания могут сэкономить наши деньги и продлить срок службы аккумулятора, который на сегодняшний день является наиболее дорогим вторичным источником тока в ряду своих солевых и щелочных аналогов.

Основные правила зарядки литиевых батареек

Весь свод правил по грамотной эксплуатации литиевых аккумуляторных батареек базируется на 2-х классах знаний и рекомендаций:

1-я группа никоим факторов никоим образом не зависит от пользователей;
2-я группа прямо связана с активными действиями или бездействием пользователя аккумулятора.

Факторы, не зависящие от пользователя

Первый класс рекомендаций касается общих принципов разрядки и зарядки аккумуляторных батареек Li-ion и Li-pol. Выполнение этих критериев возлагается на внутренние контроллеры и системы защиты, встроенные в аккумуляторы еще на этапах сборки их непосредственным производителем.

Такие компоненты скрыты корпусом, и влиять на них мы не можем. Они просто выполняют свои функции. Приведем примеры:

1.1. Пределы заряда

Литиевая аккумуляторная батарейка все время своей эксплуатации не должна покидать рабочих пределов от 2,7-3,0 Вольта (минимум) до 4,2 Вольта (максимум). Таким образом, 4,2 В — это 100% мощности батареи, а 2,7-3,0 В — это 0% емкости, характеризующие полный разряд источника тока.

Замечание №1: минимум в 2,7 Вольта характерен для батарей с коксовыми электродами, тогда как для прочих типов минимумом стоит считать 3,0 Вольта и даже 3,3 Вольта (читайте заводскую инструкцию производителя и его рекомендации).

Замечание №2: для отдельных моделей варьируется и верхний предел, опускаемый до 4,1 Вольта максимума. Таким путем изготовитель продлевает срок службы батарейки, но снижает ее емкостной ресурс на 10%.

Выход за верхний или нижний предел напряжения означает существенную или катастрофическую порчу аккумуляторной батарейки!

1.2. Емкость

Под емкостью батарейки на основе лития стоит понимать то количество энергии, которое вмещается в предел от 0 до 100% ресурса аккумулятора. Соответственно, этот же объем энергии аккумулятор может отдать при его полной разрядке, и не более того.

1.3. Оптимальный ресурс работы

Исследования показали, что максимально долгий срок эксплуатации выдерживает литиевый аккумулятор, работающий на 45% своего заряда. А уже при варьировании этого значения вверх или вниз ресурс (время фактической службы) понижается.


В любом случае о выходе за допустимые пределы и возникновении риска для литиевой аккумуляторной батарейки будут свидетельствовать данные ее контроллеров, которые регулярно передают информацию на дисплей мобильного устройства потребителя, будь то планшет, смартфон или фотоаппарат.

И здесь мы подходим к весьма важному выводу, который считается спорным в среде специалистов: «А боится ли литиевый аккумулятор перезаряда (превышения верхнего 100% предела)?». Оказывается, что ДА! И тем более это актуально для литиевых батарей с использованием контроллеров низкого качества.

Суть в том, что высококачественный внутренний контроллер никогда не допустит подъема напряжения выше верхнего предела 4,2 Вольта, что оказывается невозможным для недорогих или подделанных аккумуляторных батареек. Отсюда еще один вывод: лучше переплатить и купить фирменную батарейку от прямого производителя, а не ее аналог или дешевую подделку!

Не все так страшно!

Не стоит заранее так беспокоиться и ежеминутно проверять заряжаемый литиевый аккумулятор на предмет уровня энергии. Это сделает защитная система вашего мобильного гаджета.

В большинстве современных мобильных устройств, предусматривающих прямой заряд аккумуляторов без их извлечения, работают дополнительные контроллеры уровня заряда, обеспечивающие еще один защитный кордон. А значит, заряжая батарейку напрямую, мы обеспечиваем нормальный зарядный процесс, не зависящий от возможностей отдельного зарядного устройства непонятного производства и качества.

Зарядка литиевых аккумуляторов: основы

Аккумуляторы Battle Born 19 марта 2021 г.

При покупке в нашей компании процесс зарядки литиевых аккумуляторов становится повседневной частью рутины, и мы понимаем, что информации о нашей продукции очень много. Будь то о том, как технология принимает заряд, или о лучших методах зарядки, мы здесь, чтобы изложить основы. Наша команда всегда готова помочь, будь то передовые методы зарядки литиевых аккумуляторов, дополнительная информация о том, как они работают и могут ли они заряжаться, чтобы ваша аккумуляторная система работала эффективно.

Как зарядить аккумулятор LiFePO4?

Наша команда ежедневно получает этот вопрос, и у нас есть запись в блоге о зарядке аккумуляторов LiFePO4 , которая помогает решить эту тему. Существует три основных способа зарядки системы: солнечная батарея, генератор переменного тока и берег.

Battle Born Batteries продает аксессуары только тех брендов, которые, как мы знаем, производят качественную продукцию. Одной из таких компаний является Victron Energy. Battle Born является крупным дилером компонентов Victron, потому что они надежны и хорошо собраны.Они даже предлагают телефонное приложение Victron Connect, где вы можете просмотреть все детали своих устройств с поддержкой Bluetooth.

Наша команда также рекомендует компоненты от Progressive Dynamics и Magnum. У нас есть много для покупки, так что загляните в наш магазин, если вы ищете больше мощности!

Одним из компонентов, который мы часто рекомендуем, являются контроллеры заряда Victron Energy SmartSolar MPPT для систем, оснащенных солнечными батареями. Для контроллеров заряда от солнечных батарей мы рекомендуем следующие настройки:

.
  • объемный и абсорбционный: 14.2–14,6 В (рекомендуется стремиться к наилучшему напряжению 14,4 В) 
  • float: 13,6

Мы также часто рекомендуем смарт-зарядное устройство Victron IP-65 Blue Smart Charger, поскольку оно водонепроницаемо, совместимо с Bluetooth и имеет профиль зарядки для литиевых батарей и другой химический состав аккумуляторов. Это устройство подключается непосредственно к аккумулятору и предназначено для зарядки одного аккумулятора. Это отлично подходит для тех, кто работает с троллинговым двигателем или с аккумуляторными системами, соединенными последовательно.

Для зарядки от генератора мы часто рекомендуем использовать зарядное устройство постоянного тока или зарядное устройство от аккумулятора к аккумулятору.Изолированное зарядное устройство Victron Orion-TR Smart DC-DC представляет собой адаптивное трехступенчатое зарядное устройство с алгоритмами для объемного, абсорбционного и плавающего режимов.

С помощью этого устройства вы также можете безопасно смешивать аккумуляторные батареи, например, стартерную батарею AGM с литиевым аккумулятором. Стремитесь к диапазону между 14,2 В и 14,6 В для объемной и абсорбционной ступеней, а для поплавковой ступени лучше всего 13,6 В.

Хотя технически литиевые батареи не нуждаются в плавающем заряде, большинство устройств все еще имеют режим плавающего заряда.Батареи, естественно, плавают при 13,6 В, но достижение 14,6 В идеально и должно произойти, чтобы задействовать его балансировочные механизмы.

Нужно ли покупать специальное зарядное устройство для аккумуляторов LiFePO4?

Отвечая на этот вопрос, наш главный операционный директор Шон подчеркивает, что комплект модернизации от Progressive Dynamics с системой преобразователя имеет возможность зарядки литиевой батареи. Еще одно зарядное устройство, которое мы рекомендуем, – это Progressive Dynamics Inteli-Power 9100 из-за того, насколько легко их интегрировать и установить в вашу систему в дополнение к любому компоненту Victron.

Могу ли я заряжать свои литиевые батареи с помощью генератора переменного тока?

Зарядка от генератора является распространенным методом перезарядки литиевых аккумуляторов. Зарядка от вашего генератора — отличный вариант, однако вам понадобится дополнительное оборудование, например, менеджер изоляции батареи (BIM).

Хорошо известный промышленный инструмент, этот компонент запрограммирован специально для работы с нашими батареями. Он помогает одновременно контролировать дом и стартерную батарею и имеет высокое внутреннее сопротивление.Он, безусловно, может потреблять больше энергии от генератора по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

BIM обеспечивает дополнительный уровень безопасности, гарантирующий, что вы не повредите свою систему из трех или более литиевых батарей при зарядке от генератора во время длительной поездки. Если в вашей системе менее трех наших аккумуляторов, то BIM точно не требуется, и вместо этого вы можете использовать стандартный изолятор. Они могут регулировать силу тока до 220 ампер и предотвращают повреждение генератора во время длительной поездки.

Устройства защиты генератора переменного тока (APD)

Sterling также доступны в нашем магазине для предотвращения повреждений от скачков напряжения. Эти устройства включаются с небольшой резистивной нагрузкой в ​​миллиампер-часах, чтобы уменьшить возможное повышение напряжения из-за обрыва кабелей или любых других проблем. Если увеличение будет слишком грубым, это может привести к серьезному повреждению APD, но ваш генератор переменного тока, аккумуляторы и регуляторы будут защищены.

Цикл зарядки литиевой батареи: плавать или не плавать?

Наши литиевые батареи не нуждаются в подзарядке.

Когда дело доходит до цикла зарядки и наших аккумуляторов, им не нужно плавать. Когда вы полностью зарядите литиевые батареи, вы можете отключить зарядное устройство и оставить их на хранение. Обратите внимание, что батареи со временем немного теряют заряд, но это не повредит батарею. Возможно, их придется долить, когда вы вынесете из хранилища. Нет необходимости постоянно подзаряжать аккумуляторы Battle Born.

Однако, если у вас есть дом на колесах с аккумуляторной батареей, подключенной к берегу, вам следует избегать запуска ваших приборов от аккумуляторной батареи.Если вы не используете выключатель в своей системе, у вас нет выбора, откуда берется 12 В. Наша команда рекомендует, если у вас есть преобразователь с фиксированным выходным напряжением, лучше всего использовать разъединитель, чтобы отключить батареи от цепи и дать им отдохнуть.

Если у вас есть многоступенчатое зарядное устройство или преобразователь, вы можете удерживать батареи в цепи, потому что они смогут оставаться при приемлемом напряжении на заключительном этапе заряда.

 

При зарядке свинцово-кислотного аккумулятора три основных этапа: объемный, абсорбционный и плавающий.Иногда также проводятся этапы выравнивания и обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов. Это существенно отличается от зарядки литиевых аккумуляторов и их стадий постоянного тока и ступени постоянного напряжения. На этапе постоянного тока он будет поддерживать его стабильным, пока батарея берет на себя основную часть своего заряда. Как только будет достигнуто максимальное напряжение, зарядное устройство будет удерживать это напряжение, а ток начнет падать по мере разрядки аккумулятора.

Для свинцово-кислотных аккумуляторов эта стадия постоянного напряжения обычно называется абсорбцией, а поскольку свинцово-кислотная имеет более высокое сопротивление, зарядное устройство переходит на более высокую стадию абсорбции в середине цикла зарядки.Вы можете выполнять массовую зарядку максимальным током в течение нескольких часов, а затем вам придется ждать еще 2-3 часа в абсорбции, пока батарея будет дозаправлена. Напротив, наши аккумуляторы будут оставаться в состоянии постоянного тока или на стадии накопления почти на протяжении всего цикла зарядки.

Как только он достигает максимального напряжения, 14,4 В, аккумулятор в основном заряжен. Теперь мы просим вас удерживать это напряжение в течение 15-20 минут на каждую батарею. Батарея не обязательно должна быть полностью разряжена, но это помогает сбалансировать батарею.Напряжение ячейки начинает разделяться при максимальном напряжении. Как только происходит это разделение напряжений, мы можем сказать, какая ячейка заряжена больше, чем другие.

Как только мы это узнаем, система управления батареями (BMS) может инициировать цикл балансировки, в котором самые заряженные батареи прокачиваются через резистор, а затем все они могут вернуться к одинаковому состоянию заряда. Хотя для нашей батареи не требуется абсорбция, мы используем стадию абсорбции в обычных зарядных устройствах для балансировки элементов.

Все о многобанковской зарядке:

Многоканальная зарядка — отличный способ сбалансировать последовательно соединенные аккумуляторные системы. При подключении положительного к отрицательному для создания системы 24 В важно убедиться, что батареи находятся в равновесии. Первая разрядившаяся батарея перейдет в режим отключения по низкому напряжению, что также приведет к срабатыванию другой батареи. В итоге вы получите систему с меньшей емкостью, чем вы думаете.

Это также применимо, когда в вашей системе происходит отключение высокого напряжения, поэтому выполнение этих шагов защитит вашу систему в любой из этих экстремальных ситуаций.Если вы будете часто заряжать их, они с большей вероятностью останутся в равновесии, потому что BMS будет внутренне балансировать систему. В этом многоблочном зарядном устройстве выходные провода электрически изолированы и по-прежнему могут подключать каждый отдельный провод к каждой батарее, не прерывая заряд. Оба они будут готовы к разрядке и полностью заряжены.

Если вы хотите приобрести собственное зарядное устройство для нескольких аккумуляторов, мы предлагаем зарядное устройство Dual Pro Professional Series Battery для вашей системы.Это также популярный выбор среди любителей окуня. Он имеет специальный алгоритм для наших аккумуляторов и предлагается в 2-х или 4-х вариантах вывода.

Какое правильное напряжение зарядки для литиевых аккумуляторов 12 В, 24 В и 48 В?

Параметры зарядки нашего аккумулятора Battle Born состоят из следующих параметров: 

  • Объем/поглощение = 14,2–14,6 В.
  • Плавающее значение = 13,6 В или ниже.
  • Нет выравнивания (или установите его на 14,4 В, если это возможно).
  • Без температурной компенсации.
  • Время поглощения составляет примерно 20 минут на батарею, если это возможно.

Для системы на 12 В мы действительно хотим подчеркнуть достижение 14,2–14,6 В для объемного и абсорбционного, а плавающее значение должно быть 13,6 В или ниже.

Для системы на 24 В мы предлагаем скорость наполнения и поглощения 28,4–29,2 В и плавающее значение до 27,2 В или ниже. Выравнивание не требуется, но, если возможно, мы предлагаем 28,8 В. Температурная компенсация также не требуется, а время поглощения составляет примерно 20 минут на батарею, если это возможно.

Для системы на 48 В мы рекомендуем скорость наполнения и поглощения 57,4 В и плавающее значение от 56,5 В до 57 В. Иногда одна из батарей может вызвать отключение по высокому напряжению в вашей системе. Внутренняя BMS аккумулятора поможет справиться с отключением по высокому напряжению. Наша команда хочет подчеркнуть, что в целом нет ничего плохого в том, чтобы поиграть со ставками оплаты для оптимизации вашей системы.

Сколько времени требуется для зарядки литиевых батарей?

Один из наиболее часто задаваемых вопросов: «Сколько времени требуется для зарядки литиевых аккумуляторов?»

Наши эксперты отмечают, что время зарядки зависит от конкретного зарядного устройства в вашей системе.Литий-ионные аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивление, поэтому они потребляют весь ток от текущего цикла зарядки. Например, если у вас есть зарядное устройство на 50 ампер и одна батарея на 100 ампер-часов, разделите 100 ампер на 50 ампер, чтобы получить время зарядки 2 часа.

Другой пример: пять аккумуляторов по 100 Ач (ампер-час) на 500 Ач и зарядное устройство на 100 ампер. Зарядка от нуля до 100 процентов займет около 5 часов, при этом времени будет достаточно, чтобы сбалансировать цикл зарядки.Мы не рекомендуем превышать этот уровень заряда, так как это может привести к сокращению срока службы батареи. В экстренной ситуации аккумулятор можно зарядить быстрее, если это необходимо, но мы не рекомендуем делать это привычкой.

Если у вас есть дополнительные вопросы по зарядке литиевых аккумуляторов, наш канал YouTube и раздел часто задаваемых вопросов на нашем веб-сайте предлагают массу информации. Нужна дополнительная помощь? Пожалуйста, направляйте свои вопросы в нашу команду по продажам и техническим специалистам, позвонив им по телефону 855-292-2831 или отправив электронное письмо по адресу [email protected].

Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?

Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь. Наш отдел продаж и обслуживания клиентов из Рено, штат Невада, готов ответить на ваши вопросы по телефону (855) 292-2831!

Кроме того, присоединяйтесь к нам на Facebook, Instagram и YouTube, чтобы узнать больше о том, как системы с литиевыми батареями могут обеспечить ваш образ жизни, увидеть, как другие построили свои системы, и обрести уверенность, чтобы выйти и остаться там.

Присоединяйтесь к нашему списку контактов

Подпишитесь сейчас на новости и обновления на ваш почтовый ящик.

Как правильно зарядить литиевую батарею? Руководство по зарядке ECO-WORTH

Зарядка и разрядка аккумуляторов — это химическая реакция, но утверждается, что литий-ионные аккумуляторы являются исключением . На литий-ионные аккумуляторы влияют многочисленные характеристики, такие как перенапряжение, пониженное напряжение, ток перезарядки и разрядки, тепловой разгон и дисбаланс напряжения элемента.Одним из наиболее важных факторов является дисбаланс ячеек, который со временем меняет напряжение каждой ячейки в аккумуляторной батарее и, следовательно, быстро снижает емкость батареи.
Как зарядить литиевую батарею ECO-WORTHY (нажмите и купите)

Вы можете заряжать литий-железо-фосфатные аккумуляторы в любое время, как и мобильный телефон. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-железо-фосфатные аккумуляторы не повреждаются, если их оставить в частично заряженном состоянии, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, чтобы зарядить их сразу после использования.У них также нет эффекта памяти, поэтому вам не нужно полностью разряжать их перед зарядкой.

Существует два способа зарядки аккумулятора:

1. зарядное устройство (питание от сети)

2. Солнечная панель (питание постоянным током)

Самый идеальный способ зарядить аккумулятор LiFePO4 — это зарядное устройство для литий-железо-фосфатных аккумуляторов, так как оно будет запрограммировано с соответствующими ограничениями напряжения. Большинство зарядных устройств для свинцово-кислотных аккумуляторов прекрасно справятся с этой задачей.

Профили заряда

AGM и GEL обычно находятся в пределах напряжения литий-железо-фосфатной батареи. Зарядные устройства для влажных свинцово-кислотных аккумуляторов, как правило, имеют более высокий предел напряжения, что может привести к переходу системы управления батареями (BMS) в защитный режим. Это не повредит аккумулятор; однако это может привести к появлению кодов неисправности на дисплее зарядного устройства.

Li-ion Аккумулятор Переменные контроля уровня элемента и уровня упаковки необходимы для точного поддержания для безопасной работы. Эти управляющие переменные контролируются и защищаются системой управления батареями (BMS) .

BMS — это электронное устройство, которое действует как мозг аккумуляторной батареи , контролирует выходную мощность и защищает батарею от критических повреждений. Это включает в себя мониторинг температуры, напряжения и тока, прогнозирование или предотвращение отказов, а также сбор данных по протоколу связи для анализа параметров батареи. Уровень заряда батареи (SOC) — это процент энергии, запасенной в данный момент в батарее, по отношению к номинальной емкости батареи. Одной из важных ключевых функций BMS является балансировка ячеек.

Конечно, вы также можете использовать солнечную панель для зарядки своей ECO-WORTHY LiFePO4 батареи, но, пожалуйста, убедитесь, что вы выбрали правильный контроллер, как контроллер PWM, так и контроллер MPPT.

А поскольку 12-вольтовая панель, предназначенная для SLA, выдает около 18 В при полном солнечном свете и полной нагрузке, такая 12-вольтовая панель будет обеспечивать более чем достаточное напряжение при любых практических условиях освещения.

Если у вас нет контроллера, вы также можете подключить аккумулятор к солнечной панели. BMS внутри защитит аккумулятор в большинстве случаев.

Но если есть дефект батареи BMS, батарея будет повреждена.

Система управления батареями ECO-WORTHY (BMS) выполняет три основные функции:

1. Защищает аккумулятор от перезарядки (слишком высокое напряжение элемента) или чрезмерного разряда (слишком низкое напряжение элемента), продлевая тем самым срок службы аккумулятора. Он делает это, постоянно контролируя каждую ячейку в аккумуляторной батарее и точно вычисляя, какой ток может безопасно входить (источник, заряд) и выходить (нагрузка, разряд) аккумуляторной батареи, не повреждая ее.Эти расчетные пределы тока затем отправляются на источник (обычно зарядное устройство) и нагрузку (контроллер двигателя, преобразователь мощности и т. д.), которые отвечают за соблюдение этих пределов.

2. Он вычисляет состояние заряда (количество энергии, оставшееся в батарее), отслеживая, сколько энергии входит и выходит из аккумуляторной батареи, а также контролируя напряжение элементов. Это значение можно рассматривать как указатель уровня топлива, показывающий, сколько заряда батареи осталось в рюкзаке.

3.Он следит за состоянием и безопасностью аккумуляторной батареи, постоянно проверяя наличие коротких замыканий, ослабленных соединений, пробоев в изоляции проводов, а также ослабленных или неисправных аккумуляторных элементов, которые необходимо заменить.

Если вам не нравится жить на грани, НЕ ПОКУПАЙТЕ аккумулятор без BMS!

Как выбрать ЭКО-ДОСТУПНОЕ зарядное устройство для литиевых батарей? Могу ли я заряжать литиевую батарею с помощью свинцово-кислотного зарядного устройства?

Литиевые батареи

не похожи на свинцово-кислотные, и не все зарядные устройства одинаковы.Литиевая батарея 12 В, полностью заряженная до 100%, будет поддерживать напряжение около 13,3–13,4 В. Его свинцово-кислотный двоюродный брат будет примерно 12,6–12,7 В.

Литиевая батарея с емкостью 20 % будет поддерживать напряжение около 13 В, а ее свинцово-кислотная батарея будет иметь напряжение примерно 11,8 В при той же емкости.

Поэтому, если вы используете свинцово-кислотное зарядное устройство для зарядки литиевой батареи, она может быть заряжена не полностью.

Вы можете использовать свинцово-кислотное зарядное устройство переменного тока в постоянный, работающее от сети, поскольку эффективность и продолжительность зарядки не имеют большого значения, оно не должно иметь автоматических режимов десульфатации или выравнивания.Если это так, не используйте его, так как высока вероятность повреждения элементов или батареи. Это может привести к значительному сокращению срока службы батареи. Если он имеет простой профиль объемного/абсорбционного/плавающего заряда, то его можно использовать для подзарядки аккумулятора, но после зарядки его необходимо отсоединить, а не оставлять в режиме подзарядки/обслуживания. Он также должен иметь максимальное выходное напряжение 13В-14,5В. Когда дело доходит до зарядных устройств постоянного тока и солнечных контроллеров, вы должны заменить их на специальные модели LiFePO4.

Наши параметры зарядки аккумулятора ECO-WORTHY состоят из следующих параметров:

✹Объем/поглощение: 14.2В- 14,6В. ✹Поплавок: 14,6 В ✹Выравнивание: 13,6–14,0 В

Но было бы лучше, если бы вы выбрали конкретное зарядное устройство для литиевых батарей. В интернете много марок для сравнения: REDARC, Enerdrive, Victron, Projecta, Intervolt, и так далее. Мы провели исследование смарт-зарядного устройства Victron IP-65 Blue Smart Charger, которое водонепроницаемо, совместимо с Bluetooth и имеет профиль зарядки для литиевых батарей и других химических батарей.

Это устройство подключается непосредственно к аккумулятору и предназначено для зарядки одного аккумулятора.Это отлично подходит для тех, кто работает с троллинговым двигателем или с аккумуляторными системами, соединенными последовательно.

Как правильно пользоваться зарядным устройством?

Большинство зарядных устройств LiFePO4 имеют разные режимы зарядки, задайте их следующим образом:
тип батареи: LiFePO4
ячейки батареи: 4S
C (ток): 10A (например, 0,3C для батареи 30 А·ч)

Установите выходной ток зарядного устройства не более рейтинг батареи «0,7C». Рекомендуемый зарядный ток не более 0.5C поможет максимально продлить срок службы батареи LifePO4.

Зарядка блока батарей/ Отдельная зарядка

Аккумулятор

ECO-WORTHY имеет ограничение напряжения на модуле BMS аккумулятора, что позволяет 4 последовательно соединить 4 аккумулятора . И никаких ограничений для параллелизма.

Если вы заряжаете соединенные батареи вместе, это может привести к тому, что одна батарея будет полностью заряжена, а другая — нет, потому что BMS отключит ток при обнаружении одного высокого напряжения, когда один полностью заряжен.

напр. Аккумуляторы 2*30Ач не заряжены при поступлении к одному покупателю, емкость и практическое напряжение при утилизации на складе разнились, один 13,2В (70%), другой 12,9В (20%).

Клиент соединил их последовательно и использовал подходящее зарядное устройство для их совместной зарядки. Через некоторое время на дисплее отобразился статус полной емкости, когда он обнаружил, что одна из батарей получила напряжение 13,6 В, поэтому процесс зарядки был завершен, и зарядное устройство отключило ток от аккумулятора, чтобы избежать перезарядки.

Но на самом деле другая батарея 12,9 В не была полностью заряжена после отключения тока, поэтому, когда клиент использовал блок батарей, он обнаружил, что емкость не соответствует его ожиданиям, потому что общая выходная мощность ограничивается низким напряжением. один.

Поэтому мы рекомендуем вам приобрести один зарядный балансир. Или просто заряжайте их отдельно.

Если вы обнаружите, что общая емкость блока аккумуляторов не может достичь того, что должно быть после зарядки аккумулятора до полного напряжения, вы можете отключить аккумуляторы и проверить напряжение каждого, чтобы убедиться, что некоторые из них не зарядились полностью. в процессе.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на морозе?

Работа литиевых батарей

зависит от химических реакций, и холод может замедлить и даже остановить эти реакции. К сожалению, их зарядка при низких температурах не так эффективна, как при обычных погодных условиях, потому что ионы, обеспечивающие заряд, не двигаются должным образом в холодную погоду. Есть одно жесткое и быстрое правило: чтобы предотвратить необратимое повреждение батареи, не заряжайте ее, когда температура падает ниже точки замерзания (0°C или 32°F), не уменьшая зарядный ток.Поскольку литиевые батареи страдают от явления металлического литиевого покрытия на аноде, если они заряжаются с высокой скоростью при низких температурах. Это может привести к внутреннему короткому замыканию аккумулятора и отказу.

Пожалуйста, посмотрите на следующую таблицу, чтобы увидеть взаимосвязь между напряжением и температурой.

Могу ли я постоянно оставлять литиевую батарею ECO-WORTHY на зарядке?

Для литиевой батареи с малообслуживаемой процедурой зарядки и системой управления батареями это совершенно нормально и лучше, чем оставлять их разряженными в течение длительного периода времени.Независимо от того, является ли это специализированным зарядным устройством или обычным зарядным устройством, в нормальных условиях оно имеет напряжение отключения зарядки, что означает, что оно прекращает зарядку при достижении определенного вольта. То же самое верно и для контроллера солнечной панели, и контроллер также может быть настроен таким образом. Солнечная панель напрямую подключена для зарядки. Если есть проблема с BMS, она может быть перезаряжена.

Можно ли подзарядить литиевую батарею от автомобильного генератора?

Да, но не обязательно до полной зарядки, поскольку большинство генераторов переменного тока настроены на более низкие требования к напряжению свинцово-кислотной аккумуляторной батареи автомобиля (приблизительно 13.9В). Литиевые батареи требуют от 14,4 до 14,6 Вольт для полной зарядки. При этом вы можете получить заряд примерно до 70% , в зависимости от глубины разряда и пройденного расстояния при подзарядке от генератора вашего автомобиля.

Лучше всего использовать зарядное устройство постоянного тока, которое поможет защитить и продлить срок службы аккумулятора вашего автофургона и не перегрузит генератор вашего автомобиля. Большинство моделей зарядных устройств постоянного тока имеют одинаковые трехступенчатые режимы зарядки, и они безопасно заряжают аккумулятор и предотвращают повреждение генератора переменного тока.

Зарядка литиевых элементов

Зарядка литиевых элементов
 Эллиот Саунд Продактс Зарядка литиевых элементов 

Copyright © 2016 — Rod Elliott (ESP)
Страница создана в ноябре 2016 г., опубликована в феврале 2017 г.
Последнее обновление: февраль 2022 г.

Вершина
Главный указатель Указатель статей
Содержимое
Введение
1 — Система управления батареями (BMS)
2 — Профиль зарядки
3 — Источники питания постоянного напряжения и постоянного тока (зарядные устройства)
4 — Схема зарядки одного элемента IC
5 — Зарядка нескольких элементов
6 — Защита аккумулятора
7 — Мониторинг состояния заряда (SOC)
8 — Проекты с питанием от батарей
Выводы
Ссылки

Введение

Зарядка литиевых батарей или элементов (теоретически) проста, но может быть сопряжена с трудностями, как показали многочисленные серьезные сбои коммерческих продуктов.Они варьируются от портативных компьютеров, мобильных («сотовых») телефонов, так называемых «ховербордов» (иначе балансировочных досок) и даже самолетов. Балансировочные доски вызвали несколько пожаров в домах и разрушили или повредили множество объектов недвижимости по всему миру. Если элементы не заряжены должным образом, существует высокий риск утечки (выброса газов под высоким давлением), за которым часто следует пожар.

Литий — самый легкий из всех металлических элементов, он плавает на воде. Он очень мягкий, но быстро окисляется на воздухе.Воздействия водяного пара и кислорода часто бывает достаточно, чтобы вызвать возгорание, особенно если присутствует тепло (например, при перезарядке литиевого элемента). Воздействие влажного/влажного воздуха вызывает образование газообразного водорода (из водяного пара), который, конечно, легко воспламеняется. Литий плавится при 180°С. Большинство авиакомпаний настаивают на том, чтобы литиевые элементы и батареи перед транспортировкой заряжались не более чем на 30% из-за очень реального риска катастрофического пожара. Несмотря на ограничения, литиевые батареи теперь используются почти во всем новом оборудовании из-за очень высокой плотности энергии и легкого веса.

Аккумуляторы имеют скорость заряда и разряда, которая относится к «С» — емкости аккумулятора или элемента в Ач или мАч (ампер или миллиампер-час). Таким образом, аккумулятор емкостью 1,8 Ач (1800 мАч) имеет рейтинг «C» 1,8 ампер. Это означает, что (по крайней мере, теоретически) батарея может обеспечивать 180 мА в течение 10 часов (0,1°C), 1,8 А в течение 1 часа или 18 А в течение 6 минут (0,1 часа или 10°C). В зависимости от конструкции литиевые батареи могут обеспечивать температуру до 30°С и более, поэтому наша гипотетическая батарея емкостью 1800 мАч теоретически может обеспечивать ток 54 А в течение 2 минут.Мощность также может быть указана в Втч (ватт-часах), хотя эта цифра обычно бесполезна, кроме как в рекламных брошюрах.

В США и некоторых других странах рейтинг Wh требуется транспортным компаниям, чтобы они могли определить необходимый стандарт упаковки. В одной ячейке емкостью 1,8 Ач хранится энергия 6,7 Втч [ 4 ] . В качестве альтернативы может потребоваться указать содержание лития. В справке также показано, как это можно рассчитать, хотя любой сделанный расчет будет только оценочным, если только производитель батареи не укажет конкретно содержание лития.Причиной этого является риск возгорания — перевозчики не любят возгорания грузов, а содержание лития может определять способ доставки товаров. Когда батареи поставляются отдельно (не встроены в оборудование), они должны быть заряжены не более чем на 30% емкости.

В отличие от некоторых более старых аккумуляторных технологий, литиевые аккумуляторы не могут (и не должны) оставляться в режиме плавающего заряда, хотя это возможно, если напряжение поддерживается ниже максимального зарядного напряжения. Для большинства обычных используемых ячеек максимальное напряжение ячейки равно 4.2 В, называемое напряжением «заряда насыщения». Напряжение заряда следует поддерживать на этом уровне только до тех пор, пока ток заряда не упадет до 10% от начального значения или значения 1C. Однако это может быть предметом интерпретации, поскольку начальный зарядный ток может иметь широкий диапазон в зависимости от аккумулятора и зарядного устройства.

К сожалению, несмотря на бесчисленное количество статей о зарядке литиевых аккумуляторов, существует почти столько же различных предложений, рекомендаций и мнений, сколько и статей.Одна из основных вещей, которая необходима при зарядке литиевой батареи, заключается в том, чтобы напряжение на каждой ячейке никогда не превышало максимально допустимое, а это означает, что необходимо контролировать каждую ячейку в батарее. Существует множество доступных ИС, специально разработанных для балансовой зарядки литиевых батарей, при этом некоторые системы являются довольно сложными, но чрезвычайно всеобъемлющими с точки зрения обеспечения оптимальной производительности.

В то время как традиционный литий-ионный (Li-Ion) или литий-полимерный (Li-Po) аккумулятор имеет номинальное напряжение 3.70В, исключение составляет литий-железо-фосфатный (LiFePO 4 , он же LFP — феррофосфат лития) с номинальным напряжением элемента 3,20В и зарядкой до 3,65В. Многие коммерческие аккумуляторы LiFePO 4 имеют встроенные схемы балансировки и защиты, и их нужно только подключить к соответствующему зарядному устройству. Относительно новым дополнением является титанат лития (LTO) с номинальным напряжением элемента 2,40 В и зарядкой до 2,85 В.

Зарядные устройства для этих альтернативных литиевых химических элементов несовместимы с обычными 3.70-вольтовый литий-ионный. Необходимо предусмотреть идентификацию систем и обеспечить правильное зарядное напряжение. Литиевая батарея на 3,70 В в зарядном устройстве, предназначенном для LiFePO 4 , не получит достаточного заряда; LiFePO 4 в обычном зарядном устройстве может привести к перезарядке. В отличие от многих других химических элементов, литий-ионные элементы не могут поглощать перезаряд, поэтому необходимо знать химический состав конкретного аккумулятора и корректировать условия зарядки.

Литий-ионные элементы

безопасно работают в пределах установленных рабочих напряжений, но батарея (или элемент внутри батареи) становится нестабильной, если ее непреднамеренно заряжают до напряжения, превышающего указанное.Длительная зарядка выше 4,30 В на литий-ионном элементе, рассчитанном на 4,20 В, приведет к образованию металлического лития на аноде. Материал катода становится окислителем, теряет стабильность и производит углекислый газ (CO2). Давление в ячейке повышается, и если зарядка продолжается, устройство прерывания тока, отвечающее за безопасность ячейки, отключается при 1000–1380 кПа (145–200 фунтов на кв. дюйм). При дальнейшем росте давления защитная мембрана на некоторых литий-ионных элементах разрывается при давлении около 3450 кПа (500 фунтов на квадратный дюйм), и элемент может в конечном итоге выйти из строя — с пламенем!

Не все ячейки предназначены для того, чтобы выдерживать высокое внутреннее давление, и они будут показывать видимое вздутие задолго до того, как давление достигнет каких-либо значений, близких к указанным.Это верный признак того, что элемент (или батарея) поврежден, и его нельзя использовать снова. К сожалению, во многих статьях, которые вы найдете в Интернете, где обсуждаются балансировочные платы (в частности), говорится о качестве элементов питания (или их отсутствии) и/или качестве зарядного устройства (то же самое), но не упоминается обсуждаемая система управления батареями (BMS). следующий.

Это один из наиболее важных элементов зарядного устройства для литиевых аккумуляторов, но он редко упоминается в большинстве статей, посвященных возгоранию аккумуляторов.В общем, предполагается (или не известно автору), что аккумуляторная батарея включает в себя — или должен включать в себя — схему защиты, гарантирующую, что каждая ячейка контролируется и защищается от перезарядки. Вполне вероятно, что дешевые (или контрафактные) аккумуляторы вообще не включают в себя схему защиты, и вообще следует избегать любых аккумуляторов без этой важной схемы, если только у вас нет надлежащего внешнего балансного зарядного устройства с многоконтактным разъемом. Проблема в том, что продавцы редко раскрывают (или даже знают), есть у батареи защита или нет.


1 — Система управления батареями (BMS)

Это не особенно полезно, но многие продавцы аккумуляторов и зарядных устройств не видят различия между мониторингом аккумулятора и защитой аккумулятора . Это две отдельные функции, и, как правило, это отдельные части схемы. К сожалению, термин «BMS» может означать либо мониторинг, либо защиту, в значительной степени в зависимости от определения, используемого продавцом, и/или понимания того, что на самом деле продается.

Я буду использовать термин «балансировка» применительно к управлению процессом зарядки, а для аккумуляторов (в отличие от отдельных элементов) это процесс балансировки, который гарантирует, что каждый элемент тщательно контролируется во время зарядки для поддержания правильного максимального значения элемента. Напряжение. Цепи защиты обычно постоянно подключены к батарее и часто встроены в аккумуляторную батарею. Они рассматриваются ниже. В некоторых случаях защита и балансировка могут предоставляться как комплексное решение, и в этом случае оно действительно заслуживает термина «BMS» или «система управления батареями».

Для надлежащего контроля процесса заряда более чем одного элемента абсолютно необходима система балансировки батарей . Цепи баланса отвечают за то, чтобы напряжение на любом элементе никогда не превышало максимально допустимое, и часто интегрированы с зарядным устройством. Некоторые из них имеют дополнительные положения, такие как мониторинг температуры ячейки. В крупных установках контроллеры отдельных ячеек связываются с центральным «главным» контроллером, который подает сигнал питаемому устройству, указывая состояние заряда (поскольку этот параметр можно определить — это меньше, чем точная наука), наряду с любым другим. данные, которые можно считать важными.

Для сравнительно простых аккумуляторов с количеством ячеек от 2 до 5, дающих номинальное напряжение от 7,4В до 18,5В соответственно, балансировка ячеек не представляет особой сложности. Это становится проблемой, когда, возможно, 110 ячеек соединены последовательно, для выходного напряжения около 400 В (например, в электромобиле). Ячейки также могут быть соединены параллельно, чаще всего в виде последовательно-параллельной сети. Общая терминология (особенно для «любительских» батарей для моделей самолетов и т. п.) относится к батарее как к 5S (5 последовательных элементов) или 4S2P (4 последовательных элемента, каждый из которых состоит из 2 элементов, соединенных параллельно).

Параллельная работа ячеек не представляет проблемы, и возможно (хотя обычно это не рекомендуется), что они могут иметь разную емкость. Конечно, они должны использовать точно такую ​​же химию. При последовательном запуске ячейки должны быть максимально идентичными. Конечно, по мере старения звонков они будут делать это с разной скоростью — одни клетки всегда будут изнашиваться быстрее, чем другие. Именно здесь система баланса становится важной, потому что элемент(ы) с наименьшей емкостью будет заряжаться (и разряжаться) быстрее, чем другие элементы в аккумуляторе.Большинство балансных зарядных устройств используют регулятор для каждой ячейки, что гарантирует, что зарядное напряжение каждой отдельной ячейки никогда не превысит максимально допустимое значение.

В простейшей форме это можно сделать с помощью цепочки прецизионных стабилитронов, и это на самом деле довольно близко к обычно используемым системам. Напряжение должно быть очень точным, и в идеале должно быть в пределах 50 мВ от желаемого максимального напряжения заряда. Хотя напряжение заряда насыщения обычно составляет 4,2 В на элемент, срок службы батареи можно продлить, ограничив напряжение заряда, возможно, до 4.1 вольт. Естественно, это приводит к немного меньшему накоплению энергии.

Ниже будут отдельно рассмотрены два основных компонента BMS. Они могут быть дополнены мониторингом производительности (состояние заряда, оставшаяся емкость и т. д.), но в этой статье основное внимание уделяется важным элементам, которые обеспечивают максимальную безопасность и срок службы батареи. Так называемые «указатели уровня топлива» — отдельная тема, и здесь они затронуты лишь вскользь.


2 — профиль зарядки

На графике показаны основные элементы процесса зарядки.Первоначально зарядное устройство работает в режиме постоянного тока (ограничение тока), при этом максимальный ток в идеале не должен превышать 1С (1,8 А для элемента или аккумулятора емкостью 1,8 Ач). Часто это будет меньше, а иногда и намного меньше. Зарядка при 0,1C (180 мА) приведет к времени зарядки 30 часов, если применяется заряд полного насыщения. Однако, когда используется сравнительно медленный заряд (обычно менее 0,2C), зарядку можно прекратить, как только элемент(ы) достигнет 4,2В, и заряд насыщения не требуется.Например, на основе «нового» алгоритма зарядки ячейке, показанной на рис. 1, может потребоваться от 12 до 15 часов для зарядки при 0,1 °C, и цикл зарядки завершается, как только напряжение достигает 4,2 вольта. Это несколько мягче по отношению к литий-ионным элементам, а перенапряжение сведено к минимуму.


Рис. 1. Профиль зарядки литий-ионного аккумулятора (1 элемент)

Как наглядно показано на графике, быстрая зарядка означает, что емкость отстает от напряжения заряда, а 1С достаточно быстрая — особенно для аккумуляторов, предназначенных для устройств с низким энергопотреблением.Примерно через 35 минут напряжение (почти) достигло максимума 4,2 В, и ток заряда начинает падать, но аккумулятор заряжается только примерно до 65%. Более медленная скорость зарядки означает, что уровень заряда более тесно связан с напряжением. Как и во всех батареях, вы никогда не разряжаете столько, сколько вложили, и обычно вам нужно вкладывать примерно на 10-20% больше ампер-часов (или миллиампер-часов), чем вы получите обратно во время разрядки.

Некоторые зарядные устройства обеспечивают предварительную зарядку, если напряжение элемента меньше 2.5 вольт. Как правило, это постоянный ток, равный 1/10 номинального полного заряда постоянным током. Например, если ток заряда установлен на 180 мА, элемент будет заряжаться при 18 мА, пока напряжение на элементе не поднимется примерно до 3 В (это зависит от конструкции зарядного устройства). Тем не менее, большинству систем никогда не потребуется предварительное кондиционирование, потому что электроника отключится (или должна!) прежде, чем ячейка достигнет потенциально опасного уровня разряда.

При использовании литий-ионные аккумуляторы должны храниться в прохладном месте.Нормальная комнатная температура (между 20° и 25°C) идеальна. Не рекомендуется оставлять заряженные литиевые батареи в автомобилях на солнце, как и в любом другом месте, где температура может быть выше 30°C. Это вдвойне важно, когда аккумулятор заряжается. При разрядке требуются некоторые средства отключения, чтобы напряжение элемента (любого элемента в батарее) не падало ниже 2,5 вольт.

Обычно лучше не заряжать литиевые батареи полностью и не допускать глубокой разрядки.Срок службы батареи можно продлить, зарядив ее примерно до 80-90%, а не до 100%, поскольку это почти устраняет «стресс напряжения», возникающий, когда напряжение элемента достигает полных 4,2 вольта. Если батарея подлежит хранению, рекомендуется зарядить ее на 30–40 %, а не полностью. Есть много рекомендаций, и большинство людей игнорируют большинство из них. Однако это не вина пользователей — производители телефонов, планшетов и камер могут предложить вариант со сниженной платой — для этого имеется достаточно вычислительной мощности.Это особенно важно для предметов, у которых нет заменяемой пользователем батареи, потому что это часто означает, что в остальном совершенно хорошее оборудование выбрасывается только потому, что батарея устарела. Учитывая распространение вредоносных программ практически для каждой операционной системы, важно убедиться, что настройки заряда батареи никогда не могут быть установлены таким образом, что это может привести к повреждению.


3 — Источники постоянного напряжения и постоянного тока (зарядные устройства)

Во время начальной части цикла заряда питание зарядного устройства должно быть постоянным.Текущее регулирование не обязательно должно быть совершенным, но оно должно находиться в разумных пределах. Нас не очень волнует, действительно ли источник питания на 1 А выдает 1,1 А или 0,9 А, или оно немного меняется в зависимости от напряжения на стабилизаторе. Мы, очевидно, должны быть очень обеспокоены, если обнаружится, что максимальный ток составляет 10 А, но этого просто не произойдет даже с довольно грубым регулятором.

В чисто аналоговой схеме LM317 хорошо подходит для регулирования тока, а также идеально подходит для основного регулирования напряжения.Это уменьшает общую спецификацию (ведомость материалов), поскольку не требуется несколько разных частей. Конечно, это оба линейных устройства, поэтому КПД низкий, и им требуется напряжение питания, превышающее общее напряжение батареи как минимум на 5 вольт, а лучше несколько больше.

В качестве альтернативы использованию двух микросхем LM317 вы можете добавить пару транзисторов и резисторов для создания ограничителя тока. Однако это работает не так хорошо, площадь печатной платы будет больше, чем в показанной здесь версии, а экономия средств будет минимальной.Приведенная ниже схема не включает в себя возможность «предварительного кондиционирования» или «пробуждающего» заряда до подачи полного тока. Это не обязательно, если батарея никогда не разряжается ниже 3 В, и может даже не понадобиться для минимума 2,5 В. Все, что ниже напряжения разряженного элемента 2,5 В, потребует предварительной зарядки C/10. Если вы когда-либо взимаете плату только по тарифу C/10, более низкий тариф не требуется.


Рис. 2. Цепь заряда постоянным током/постоянным напряжением

Показанная схема ограничивает ток значением, определяемым резистором R1.При 12 Ом ток составляет 100 мА (достаточно близко — на самом деле 104 мА), задается сопротивлением и внутренним опорным напряжением LM317 1,25 В. Для 1 А используйте 1,2 Ом (рекомендуется 5 Вт), и значение может быть определено для любого необходимого тока вплоть до максимального значения 1,5 А, которое может обеспечить LM317. При более высоком токе регулятору потребуется радиатор, особенно на начальном этапе заряда, когда на U1 будет значительное напряжение. Диоды предотвращают подключение батареи к регулятору обратной полярности (U2), если батарея подключена до включения источника постоянного тока.D1 должен быть рассчитан как минимум на удвоенный максимальный ток и в идеале должен быть устройством Шоттки, чтобы свести к минимуму рассеяние и потери напряжения.

Это просто базовое зарядное устройство, которое может быть разработано с учетом требований, описанных выше. Однако это далеко не полная система, поскольку на данном этапе отсутствует система управления и схемы балансировки. Каждая система будет отличаться, но базовая схема достаточно гибкая, чтобы вместить большинство батарейных блоков из 2-4 элементов. Зарядку можно остановить, подключив вывод «Adj» U1 к земле с помощью транзистора, как показано на рисунке.Когда зарядка завершена, на конец R3 подается напряжение (допустимо 5 В), и ограничитель тока отключается. Имейте в виду, что батарея будет разряжаться комбинацией балансировочных цепей и тока, проходящего через R4, R5 и VR1 (последний составляет около 5,7 мА).


4 — Цепь зарядки IC с одной ячейкой

Зарядное устройство с одной ячейкой (или батареями с параллельными ячейками) концептуально довольно простое. Однако при рассмотрении всех требований становится очевидным, что простого прецизионного регулятора с ограниченным током, как показано выше, может быть недостаточно.Многие производители интегральных схем имеют полные зарядные устройства на литиевых элементах на кристалле, причем большинству из них не требуется ничего, кроме программирующего резистора, пары обходных конденсаторов и дополнительного светодиодного индикатора. Одним (из многих), который включает в себя все необходимое, является Microchip MCP73831, показанный ниже. Большинство крупных производителей ИС производят специализированные ИС, и их ассортимент огромен. TI (Texas Instruments) производит ряд устройств, предназначенных для полных приложений BMS, от одноэлементных до 400-вольтовых батарей, используемых в электромобилях.Другой простой микросхемой является LM3622, которая доступна в нескольких версиях, в зависимости от конечного напряжения. Также доступна версия для двухэлементной батареи, но в ней отсутствует схема балансировки, что делает ее довольно бессмысленной (IMO).


Рис. 3. Одноэлементное зарядное устройство с использованием микросхемы MCP73831

Доступны четыре предельных напряжения — 4,20 В, 4,35 В, 4,40 В и 4,50 В, поэтому важно получить правильную версию для типа батареи, которую вы будете заряжать. Режим постоянного тока контролируется резистором R2, который используется для «программирования» микросхемы.Если оставить контакт 5 (‘PROG’) разомкнутым, зарядка будет запрещена. ИС автоматически прекращает зарядку, когда напряжение достигает максимального значения, установленного ИС, и обеспечивает «дополнительную» зарядку, когда напряжение элемента падает примерно до 3,95 вольт. Дополнительный светодиод может использоваться для индикации заряда или окончания заряда, либо для того и другого с помощью трехцветного светодиода или отдельных светодиодов. Выход состояния имеет разомкнутую цепь, если микросхема отключена (например, из-за перегрева) или отсутствует батарея. Как только зарядка инициирована, выход состояния становится низким, а когда цикл зарядки завершен, он становится высоким.Обратите внимание, что эта ИС доступна только в корпусе SMD, версии со сквозным отверстием недоступны. То же самое относится и к большинству устройств других производителей.

Показанное зарядное устройство представляет собой линейный регулятор, поэтому при зарядке элемента мощность рассеивается. Если напряжение разряженной ячейки составляет 3 В, ИС будет рассеивать только 300 мВт при зарядном токе 100 мА. При увеличении до максимума, который может обеспечить ИС (500 мА), ИС будет рассеивать 1,5 Вт, а это означает, что она будет сильно нагреваться (в конце концов, это небольшое устройство SMD).Если напряжение элемента будет меньше 3 В (глубокий разряд из-за аварии или длительного хранения), рассеяние будет таким, что ИС почти наверняка отключится, так как она имеет внутренний датчик перегрева. Он будет включаться и выключаться до тех пор, пока напряжение на ячейке не поднимется настолько, чтобы уменьшить рассеяние и обеспечить непрерывную работу. Зарядные устройства Switchmode намного эффективнее, но они крупнее, сложнее и дороже в изготовлении.

Некоторые контроллеры включают датчик температуры или термистор для контроля температуры ячейки.ИС, такие как LTC4050, будут заряжаться только при температуре от 0°C до 50°C при использовании с указанным термистором NTC (отрицательный температурный коэффициент). Другие могут быть спроектированы таким образом, чтобы ИС сама контролировала температуру. Они предназначены для установки с ИС, находящейся в прямом тепловом контакте с ячейкой. Последовательный транзистор должен быть внешним по отношению к ИС, чтобы гарантировать, что его рассеяние не повлияет на температуру кристалла ИС.

Резистор программирования тока установлен на 10 кОм на приведенном выше рисунке, что устанавливает ток заряда примерно на 100 мА.В таблице данных для ИС есть график, показывающий ток заряда в зависимости от резистора программирования, и, похоже, не существует формулы, которую можно было бы применить. Резистор 2к дает максимальный номинальный зарядный ток 500мА. Как обсуждалось ранее, медленная зарядка, вероятно, является лучшим вариантом для максимального срока службы элемента, если только элемент не предназначен для быстрой зарядки. К сожалению, ИС имеет предустановленное максимальное напряжение, и его нельзя уменьшить, чтобы ограничить напряжение до немного более низкого значения, которое продлит срок службы элемента.R1 обеспечивает около 2,5 мА для светодиода, поэтому может потребоваться тип с высокой яркостью. R1 при желании можно уменьшить до 470 Ом.

Для зарядки с малым током, вероятно, нет причин не использовать точный источник питания 4,2 В и последовательный резистор. Процесс зарядки будет довольно медленным, но если его ограничить 0,1C или 100 мА (в зависимости от того, что меньше), цикл зарядки займет около 15 часов. Резистор должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить желаемый ток при напряжении 1,2 В на нем (12 Ом для 100 мА).Вероятность того, что слабый ток вызовет какое-либо повреждение элемента, очень мала или отсутствует, и хотя это довольно грубый способ зарядки, нет никаких причин, по которым он не должен работать идеально. Я пробовала, вроде никаких «противопоказаний» нет.


5 — Цепи балансировки батареи

В то время как зарядка одной ячейки (или батареи с параллельными ячейками) довольно проста с помощью правильной ИС, становится сложнее, когда есть две или более ячеек, соединенных последовательно, для создания батареи с более высоким напряжением.Поскольку напряжение на каждой ячейке должно контролироваться и ограничиваться, вы получите довольно сложную схему. Опять же, существует множество вариантов от большинства основных производителей ИС, и во многих случаях для управления отдельными схемами мониторинга ячеек требуется специальный микроконтроллер.

Несомненно, существуют продукты, которые не обеспечивают балансировку заряда в какой-либо форме, и именно они, скорее всего, вызовут проблемы при использовании, включая возгорание. Использование литиевых батарей без надлежащего балансировочного зарядного устройства вызывает проблемы, и этого не следует делать даже в самых дешевых продуктах.Вы можете себе представить, что в пакете из 2 ячеек нужно следить только за одной ячейкой, а другая сама о себе позаботится. Однако это не так. Если неотслеживаемая ячейка имеет меньшую емкость, она будет заряжаться быстрее, чем другая ячейка. Оно может достичь опасного напряжения до того, как контролируемая ячейка достигнет своего максимума.

Принцип многосотового мониторинга достаточно прост. Только когда вы понимаете, что к каждой клетке нужно применить довольно сложную и точную схему, это становится пугающим.Поскольку все ячейки находятся под разным напряжением, главному контроллеру необходимы схемы сдвига уровня для каждого монитора ячеек. При этом могут использоваться оптоизоляторы или более «обычные» схемы сдвига уровня, но последние обычно не подходят для высоковольтных аккумуляторных батарей.


Рис. 4. Упрощенные схемы балансировки нескольких ячеек

Примечание:   Показанные схемы являются концептуальными и предназначены для демонстрации основных принципов. Они не предназначены для строительства, и ИС, показанные в «А», не являются каким-либо конкретным устройством, поскольку используемые «настоящие» ИС часто управляются специальным микроконтроллером.Нет смысла отправлять мне электронное письмо с просьбой указать типы устройств, потому что они не существуют как отдельная микросхема. Идея состоит только в том, чтобы показать основы — это не проектная статья, она предназначена в первую очередь для освещения проблем, с которыми вы столкнетесь при работе с аккумуляторами серии LiPo.

Существует два класса схемы балансировки ячеек — активная и пассивная (оба показаны пассивными). Пассивные системы сравнительно просты и могут работать очень хорошо, но имеют низкую энергоэффективность.Это вряд ли будет проблемой для небольших пакетов (2-5 ячеек серии), оплачиваемых по относительно низким тарифам (1С или меньше). Тем не менее, это очень важно для больших аккумуляторов, используемых в электрических велосипедах или автомобилях, потому что их зарядка стоит значительных денег, поэтому неэффективность BMS приводит к более высокой стоимости одной зарядки и значительным потерям энергии.

Я даже не собираюсь показывать полную схему для балансировки нескольких ячеек, потому что большинство из них полагаются на очень специализированные ИС, и конечный результат одинаков независимо от того, кто производит микросхемы.Система, показанная в «А», использует управляющий сигнал для зарядного устройства, чтобы уменьшить его ток, как только первый элемент в блоке достигает своего максимального напряжения. Резистор, как показано, может пропускать максимальный ток 75 мА при напряжении 4,2 В, и зарядное устройство не должно обеспечивать больше этого, иначе разрядная цепь не сможет предотвратить перезаряд. Каждый резистор будет рассеивать только 315 мВт, но это быстро увеличивается для очень большой аккумуляторной батареи, и именно здесь становится важной активная балансировка.

Реализация сильно различается для устройств разных производителей и зависит от принятого подхода.Некоторые из них управляются микропроцессорами и предоставляют информацию о состоянии микроконтроллеру для регулировки скорости зарядки, в то время как другие являются автономными и часто в значительной степени аналоговыми. Устройство, показанное выше (‘B’), является упрощенным, но также вполне пригодным для использования, как показано. Три потенциометра по 20 кОм настроены так, чтобы точно давали 4,2 В на каждом регуляторе. Когда действует балансировка (в конце заряда), доступный ток от зарядного устройства должен быть меньше 50 мА, иначе шунтирующие регуляторы не смогут ограничить напряжение.У этого типа балансировщика есть важное ограничение: если одна ячейка выходит из строя (низкое напряжение или короткое замыкание), остальные ячейки будут серьезно перезаряжены!

Однако (и это важно), как и многие другие решения, он не может оставаться подключенным, когда аккумулятор не заряжается. На каждую ячейку постоянно уходит около 100 мкА, и если предположить, что ячейки емкостью 1,8 Ач, как и раньше, они будут полностью разряжены примерно через 2 года. Хотя это может показаться не проблемой, если оборудование не используется в течение некоторого времени, вполне возможно, что элементы разрядятся ниже точки невозврата.

Довольно много зарядных устройств, которые я тестировал, находятся в одном и том же положении. Их нельзя оставлять подключенными к аккумулятору, поэтому необходима дополнительная схема, обеспечивающая отключение балансных цепей при отсутствии питания от зарядного устройства. Одному продукту, который я разработал для клиента, требовалось внутреннее балансировочное зарядное устройство, поэтому была добавлена ​​схема реле для отключения балансировочных цепей, если на зарядное устройство не подается питание. См. Раздел 8 для более подробной информации об этом подходе.

Для любой системы с активным стабилитроном, как показано выше, жизненно важно, чтобы выходное напряжение зарядного устройства жестко регулировалось и имело температурное отслеживание, соответствующее напряжению эмиттер-база транзисторов (от Q1 до Q3).Зарядному устройству было бы легко продолжать обеспечивать свой максимальный выходной ток, но при этом весь он рассеивался бы в цепях байпаса элемента. Это также делает невозможным определение фактического тока батареи, поэтому он, вероятно, не выключится, когда должен.


6 — Схемы защиты аккумулятора

Защита аккумулятора и/или элемента важна для обеспечения того, чтобы ни один элемент не был заряжен сверх безопасного предела, а также для контроля батареи при разрядке, чтобы отключить батарею в случае неисправности (например, превышение тока или температуры) и выключить отключать аккумулятор, если его напряжение падает ниже допустимого минимума.В идеале каждая ячейка в аккумуляторе будет контролироваться, чтобы каждая была защищена от глубокого разряда. Для Li-Ion аккумуляторов их нельзя разряжать ниже 2,5В, а еще лучше, если минимальное напряжение аккумулятора будет ограничено 3-мя вольтами. Потеря емкости из-за более высокого напряжения отсечки невелика, потому что напряжение литиевого элемента очень быстро падает, когда достигает предела разрядки.

Поскольку эти цепи обычно встроены в батарейный блок и постоянно подключены, важно, чтобы они потребляли минимально возможный ток.Все, что потребляет больше нескольких микроампер, разряжает батарею, особенно если это относительно низкая емкость. Ячейка (или батарея) на 500 мА/ч будет полностью разряжена за 500 часов (20 дней), если цепь потребляет 1 мА, но это продлится почти до 3 лет, если потребляемый ток можно уменьшить до 20 мкА.

Схемы защиты

часто включают обнаружение перегрузки по току, и некоторые из них могут постоянно отключать (например, с помощью внутреннего предохранителя), если батарея сильно повреждена.Многие используют «самовосстанавливающиеся» термопредохранители (например, устройства Polyswitch), или перегрузка определяется электронным способом, и батарея отключается только до тех пор, пока существует неисправность. Существует множество подходов, но важно знать, что некоторые внешние события (такие как статический разряд) могут вывести схему (схемы) из строя. С литиевыми батареями нужно обращаться бережно – всегда.


Рис. 5. Цепь приложения SII S-8253D

На приведенном выше рисунке показана схема защиты трехэлементной литиевой батареи.Он не уравновешивает ячейки, но определяет, превышает ли какая-либо ячейка в упаковке порог «перезарядки», и прекращает зарядку. Он также остановит разряд, если напряжение на любой ячейке упадет ниже минимума. Переключение управляется внешними полевыми МОП-транзисторами, а зарядное устройство должно быть настроено на правильное напряжение (12,6 В для показанной схемы с 3 элементами, при условии, что используются литий-ионные элементы).

Эти ИС (и другие от различных производителей) довольно распространены в азиатских платах BMS. Однако таблицы данных обычно не очень удобны, и в некоторых случаях предоставляется огромное количество информации, но мало в виде прикладных схем.Это кажется общим для многих из этих ИС от других производителей — предполагается, что пользователь хорошо знаком со схемами балансировки батареи, что не всегда так. Показанный S-8253 имеет типичное потребление тока 14 мкА при работе, и его можно уменьшить почти до нуля, если вход CTL (управление) используется для отключения микросхемы, когда батарея не используется или не заряжается. МОП-транзисторы отключают вход/выход, если элемент заряжается или разряжается за пределы, определенные ИС.


7 — Контроль состояния заряда (SOC)

Аккумуляторные «датчики уровня топлива» часто являются не более чем уловкой, но новые методы сделали науку несколько менее произвольной, чем раньше. Самый простой (и наименее полезный) — следить за напряжением батареи, потому что литиевые батареи имеют довольно плоскую кривую разряда. Это означает, что должны обнаруживаться очень небольшие изменения напряжения, а напряжение является очень ненадежным индикатором состояния заряда. Контроль напряжения может быть приемлемым для легких нагрузок в ограниченном диапазоне температур.Он отслеживает саморазряд, но общая точность оставляет желать лучшего.

Так называемый «кулоновский подсчет» измеряет и записывает заряд, поступающий в батарею, и энергию, полученную от батареи, и вычисляет вероятное состояние заряда в любой момент времени. Это не очень хорошо для предоставления точных данных для батареи, которая ухудшилась из-за возраста, и не может объяснить саморазряд, кроме как с помощью моделирования. Системы кулоновского счета должны быть инициализированы циклом «обучения», состоящим из полного заряда и разряда.Изменения, вызванные температурой, не могут быть надежно определены.

Анализ импеданса — еще один метод, который потенциально является наиболее точным (по крайней мере, согласно данным компании Texas Instruments, которая производит ИС, выполняющие анализ). Контролируя импеданс элемента (или батареи), состояние заряда можно определить независимо от возраста, саморазряда или текущей температуры. TI называет свой метод анализа импеданса «Impedance Track™» (сокращенно IT) и делает довольно смелые заявления о его точности.Я не могу комментировать так или иначе, потому что у меня нет батареи, использующей его, и у меня нет возможности проводить тесты, но из информации, которую я видел до сих пор, это выглядит многообещающе.

Эта статья посвящена правильному мониторингу заряда и разряда, а не контролю состояния заряда. Последнее удобно для конечного пользователя, но не является неотъемлемой частью процесса зарядки или разрядки. У меня нет планов предоставлять дополнительную информацию о «датчиках топлива» в целом, независимо от технологии.


8 — Проекты с питанием от батарей

Ячейка 18650 (диаметр 18 мм и длина 65 мм) стала очень популярной для многих портативных устройств, и теперь они легко доступны по довольно разумным ценам.Конечно, не все они одинаковы, и многие онлайн-продавцы делают довольно нелепые заявления о емкости. Подлинные элементы 18650 имеют типичную емкость от 1500 мА/ч (миллиампер-час) до 3500 мА/ч, но подделки часто сильно преувеличивают номинальные значения. Я видел, что они рекламируются как до 6000 мА/ч, что просто невозможно. Самый высокий показатель, который я видел, составляет 9900 мА/ч, и это даже на больше, чем на , но, похоже, никого не волнует, что покупателей вводят в заблуждение.

Ячейка 18650 является основой многих аккумуляторных батарей для ноутбуков, при этом 6-ячеечная батарея довольно распространена.Они могут быть соединены последовательно/параллельно для обеспечения удвоенной емкости (в мА/ч) при 11,1 В. Корпус аккумуляторной батареи содержит цепи балансировки и защиты, элементы не подлежат замене. Это (IMO) позор, потому что всегда будет дешевле заменить элементы, а не весь герметичный аккумулятор. Тем не менее, элементы в этих пакетах, как правило, относятся к типу «выводов», к элементам приварены металлические выступы, поэтому они не полагаются на физический контакт для электрического соединения.Это означает, что невозможно сделать их «заменяемыми пользователем».

Одним из преимуществ использования отдельных ячеек является то, что многих проблем, затронутых в этой статье, можно избежать, по крайней мере, в некоторой степени. Будучи отдельными элементами, они обычно используются в пластиковом «аккумуляторном блоке», обычно соединенном последовательно. Набор из четырех элементов может обеспечить номинальное напряжение ±7,4 В (каждая ячейка — 3,7 В), и этого достаточно для работы многих схем операционных усилителей, включая микрофонные предусилители, тестовое оборудование и большинство других.Зарядить легко — выньте элементы из аккумуляторной батареи и заряжайте их параллельно с помощью специального литий-ионного зарядного устройства. При условии, что зарядное устройство использует правильное напряжение на клеммах (не более 4,2 В, желательно немного меньше) и ограничивает пиковый зарядный ток в соответствии с используемыми элементами, зарядка безопасна и балансировка не требуется.

Как и во всем, здесь есть оговорки. Схема, на которую подается питание, нуждается в дополнительной схеме для отключения аккумуляторной батареи при достижении минимального напряжения.Обычно это 2,5 В на ячейку, поэтому прерыватель должен достаточно точно определять это и отключать аккумулятор, когда напряжение достигает минимума. Однако, если вы используете «защищенные» элементы, у них есть небольшая печатная плата внутри корпуса элемента, которая отключает питание в случае короткого замыкания элемента, она (обычно) предотвращает перезарядку и (обычно) имеет отключение при пониженном напряжении.

Но есть одна загвоздка! Хотя они по-прежнему используют то же обозначение размера (18650), многие защищенные ячейки немного длиннее. Некоторые из них могут иметь длину до 70 мм и не помещаются в батарейные отсеки, предназначенные для «настоящих» элементов 18650.Другие имеют правильную длину, но имеют меньшую емкость, потому что сама ячейка немного меньше, поэтому схема защиты подойдет. Эти элементы также различаются положительным окончанием — в некоторых используется «кнопка» (почти такая же, как в большинстве щелочных элементов), в то время как другие имеют плоскую верхнюю часть. Часто они не взаимозаменяемы.

Просто чтобы запутать проблему, существуют также литиевые элементы размера AA (14500 — диаметр 14 мм и длина 50 мм). Поскольку это элементы 3,7 В, это элементы , а не «AA», даже если они имеют одинаковый размер.Вы также можете купить «фиктивные» элементы AA, которые представляют собой не что иное, как оболочку размера AA (с оберткой, как у «настоящего» элемента), которая обеспечивает короткое замыкание. Они используются вместе с литий-ионными элементами в устройствах, предназначенных для использования двух или четырех элементов. Используются один или два Li-Ion и один или два пустых аккумулятора, и большинство устройств вполне довольны результатом. Моя «рабочая лошадка» цифровая камера оснащена парой литий-ионных аккумуляторов размера AA и парой муляжей, и обычно ее нужно подзаряжать только раз в несколько недель (или даже до пары месяцев, если она мало используется).Нет абсолютно никакого сравнения между литий-ионными и никель-металлогидридными элементами, которые я использовал ранее.


Существует несколько способов безопасного использования более «традиционных» литий-ионных аккумуляторов. В проекте, над которым я работал некоторое время назад, использовался литий-ионный аккумулятор 3S (три последовательных элемента) с номинальным напряжением 11,1 В. Он был установлен в корпусе вместе с электроникой, поэтому снимать для зарядки было нецелесообразно. Вместе с аккумулятором было установлено небольшое балансировочное зарядное устройство, а клеммы балансировки подключены через реле.Это было необходимо, потому что в противном случае балансировочные цепи разрядили бы батарею. Стоимость балансировочного зарядного устройства была такова, что было бы неразумно пытаться построить его за те же деньги. Даже достать необходимые детали может быть проблемой!

При добавлении в систему реле и балансировочного зарядного устройства необходимо было только подключить внешний источник питания (12 В) к стандартной розетке постоянного тока на задней панели, что активировало реле и зарядило аккумулятор. Реле выпадали, как только отключался внешний источник напряжения.Это сделало потенциально утомительную задачу (подключение зарядного устройства и балансировочного разъема) чем-то, с чем «средний» пользователь мог справиться легко. Те, кто использует устройство, обычно (очевидно) не являются техническими специалистами, и ожидать, что они будут возиться с неудобными разъемами, не вариант. Фотография используемой мной конструкции показана ниже. Обычно используемая батарея была рассчитана на 1500 мА/ч и могла поддерживать непрерывную работу системы регистрации данных в течение 24 часов. Зарядное устройство можно было подключать или снимать во время работы системы.


Рис. 6. Система зарядки литий-ионных аккумуляторов 3S

Балансировочное зарядное устройство разработано специально для аккумуляторов 2S и 3S и стоит менее 10 долл. США у онлайн-поставщика различных аккумуляторов, зарядных устройств и т. д. отключен. Без используемой схемы релейного отключения цепи баланса разрядили бы аккумулятор за пару дней. Схема, питаемая показанной системой, имела встроенную функцию определения напряжения, и она была разработана для отключения всего, когда общее напряжение питания падало примерно до 8 вольт.Предохранитель (½ А) был включен в линию с выходом постоянного тока в качестве окончательной системы защиты, чтобы ничего не вышло из строя в питающей цепи.

На фото вы можете видеть плату балансировочного зарядного устройства, установленную над платой реле и разъема. Светодиоды были расширены, поэтому они выглядывали из задней панели, а входной разъем постоянного тока находится в крайнем левом углу. В этом приложении не используются сильноточные провода от батареи, потому что потребляемый ток намного ниже максимальной скорости разряда.Два реле видны справа, и только три клеммы баланса отключены, когда отсутствует внешнее питание постоянного тока. Балансировочное зарядное устройство выглядит очень скудно, но оно имеет несколько SMD-микросхем и других деталей на нижней стороне платы.


Рис. 7. Схема системы зарядки литий-ионных аккумуляторов 3S

На принципиальной схеме показано, как система подключена. Это легко сделать любому, кто собирается использовать подобную схему, а небольшой кусок Veroboard легко соединяется с реле и диодами.Диод показан параллельно катушкам реле, и это необходимо для того, чтобы обратная ЭДС не повредила цепь зарядного устройства при отключении входа 12 В. D1 должен выдерживать полный входной ток зарядного устройства, который в данном примере составляет менее 1 А. Вся сложность в зарядном устройстве баланса — все остальное максимально просто. D1 предотвращает возврат напряжения батареи от зарядного устройства, поэтому реле будут запитаны только при наличии внешнего питания.Предохранитель следует выбирать в соответствии с нагрузкой. Эта схема подходит только для слаботочных нагрузок, поскольку в ней не используются сильноточные выводы батареи.

Это только одно из многих возможных применений, и, как описано выше, иногда проще использовать готовое зарядное устройство, чем создавать его с нуля. С другими приложениями у вас может не быть выбора, потому что «лучшие» зарядные устройства могут стать довольно дорогими и могут быть непригодны для повторного использования, как показано. Для одноразовых или небольших производственных партий использование того, что вы можете получить, обычно более рентабельно, но это меняется, если необходимо произвести большое количество единиц.


Рис. 8. Система зарядки литий-ионных аккумуляторов с одним элементом

Иногда вам нужен только один аккумулятор, и приобретение специального зарядного устройства может оказаться нерентабельным. Это особенно верно, если литий-ионный элемент недорог, но его необходимо безопасно заряжать, возможно, от массива солнечных элементов или зарядного устройства на 5 В. Массивы солнечных элементов используются во всех видах бюджетного освещения, таких как «солнечное» освещение дорожек и других подобных продуктах. У меня есть светодиодный «фонарь», который я регулярно использую, когда мне нужно заглянуть за компьютер или куда-нибудь еще, где мало света.Когда родная батарея разрядилась (3 элемента Ni-MH), я выбрал ее. Схема с последовательными диодами предназначена для тех случаев, когда вы не слишком суетитесь, чтобы получить в ячейке полные 4,2 В, но с «типичными» диодами 1N4004 оно достигнет 3,99 В. В основной схеме используются только диоды с транзистором, отключающим их, когда элемент не заряжается. Без D1 и Q1 ячейка будет довольно быстро разряжаться до (около) 3 В или около того, поскольку диоды будут продолжать проводить до ~ 500 мВ. Это настоящая конструкция «мусорной коробки», поскольку в ней используются только те детали, которые у большинства людей есть на складе.

Лучшей схемой, если вам нужно покупать детали, является использование регулируемого источника опорного напряжения TL431. Подстроечный потенциометр (VR1) позволяет точно установить напряжение, в идеале до максимума около 4,1 В. Транзистор и D1 по-прежнему необходимы для отключения регулятора, когда зарядка прекращается, иначе ячейка разрядится через VR1 и в конечном итоге полностью разрядится. Это разрушит элемент, если он не имеет внутренней защиты от переразряда (у одних есть, у других нет). Эта схема не получит наград за точность, но она дешева и довольно хорошо работает на практике.


Выводы

Литиевые элементы и батареи представляют собой «современную технологию» хранения данных. Улучшения за эти годы сделали их намного более безопасными, чем ранние версии, и будет справедливо сказать, что разработка ИС является одним из основных достижений, поскольку существует ИС (или семейство ИС), предназначенных для мониторинга и управления процессом заряда и ограничения напряжение, подаваемое на каждую ячейку батареи. Этот процесс снизил риск повреждения (и/или возгорания), вызванного перезарядкой, и увеличил срок службы литиевых батарей.

На самом деле ни один аккумулятор не может считаться на 100% безопасным. Ni-Mh и Ni-Cd (никель-металлогидридные и никель-кадмиевые) элементы не горят, но они могут вызвать большой ток при коротком замыкании, что вполне способно воспламенить изоляцию на проводах, поджечь печатные платы и т. д. Кадмий токсичен, поэтому утилизация регулируется. Свинцово-кислотные аккумуляторы могут (и взрываются) взрываться, заливая все вокруг серной кислотой. Они также способны выдавать огромный выходной ток и выпускать взрывоопасную смесь водорода и кислорода при перезарядке.Когда вам нужна высокая плотность энергии, альтернативы литию нет, и при правильном лечении риск на самом деле очень низок. Хорошо сделанные элементы и батареи будут иметь все надлежащие гарантии против катастрофического отказа.

Это не означает, что литиевые батареи всегда будут безопасными, как это было доказано многочисленными отказами и отзывами по всему миру. Однако необходимо учитывать огромное количество используемых литиевых элементов и батарей. Они используются в каждом современном мобильном телефоне, ноутбуке и планшете, они распространены во многих моделях для хобби и в большинстве новых камер — и это лишь небольшой пример.В моделях самолетов используются литиевые батареи, потому что они имеют такую ​​хорошую плотность энергии и малый вес, а многие из последних модных моделей (например, дроны/квадрокоптеры) были бы непригодны для использования без батарей на основе лития. Попробуйте оторваться от земли со свинцово-кислотной батареей на борту!

Обычно людям рекомендуется избегать дешевых азиатских литиевых элементов и батарей без названия. В то время как некоторые могут быть в полном порядке, у вас нет реального возмещения ущерба, если кто-то сожжет ваш дом дотла.Мало надежды на то, что жалоба на веб-сайт онлайн-аукциона приведет к финансовому урегулированию, хотя это может в равной степени относиться к продуктам известных брендов, купленным в обычных магазинах. Поскольку в большинстве (часто непрочитанных и регулярно игнорируемых) инструкций говорится, что литиевые батареи нельзя заряжать без присмотра, это трудный аргумент. Однако, если принять во внимание количество используемых литиевых батарей, отказы на самом деле случаются очень редко. К сожалению, когда происходит сбой вместо , результаты могут быть катастрофическими.Вероятно, не помогает и то, что средства массовой информации поднимают большой шум каждый раз, когда показано, что литиевый аккумулятор имеет потенциальную неисправность — очевидно, это достойно новостей.

Одно можно сказать наверняка — эти батареи должны быть заряжены надлежащим образом, со всеми необходимыми мерами предосторожности против перенапряжения (полная балансировка элементов) в любое время. Убедитесь, что батареи никогда не заряжаются, если температура равна или ниже 0°C, а также если она превышает 35-40°C. Литий становится нестабильным при 150°C, поэтому необходим тщательный контроль температуры элемента, если вы должны заряжать при высоких температурах, и в идеале он должен быть частью зарядного устройства.Избегайте использования литиевых элементов и батарей таким образом, чтобы их корпус мог быть поврежден, или где они могут подвергаться воздействию высоких температур (например, под прямыми солнечными лучами), так как это повышает внутреннюю температуру и существенно влияет на надежность, безопасность и срок службы батареи.

Как должно быть очевидно, одиночный литиевый элемент довольно легко заряжать. Вы можете использовать специальную микросхему, но даже гораздо более простая комбинация регулятора 4,2 В и последовательного резистора будет отлично работать для базового (медленного) зарядного устройства. Зарядные устройства с одной ячейкой (или несколькими параллельными ячейками) можно приобрести довольно дешево, и те, которые я использовал, работают хорошо и представляют очень небольшой риск.Тем не менее, я никогда не выходил из дома, пока литиевая батарея или элемент были заряжены. У меня никогда лично у не было проблем с Li-Ion аккумуляторами или элементами, а я их довольно много использую для разных целей. Это не считая самых распространенных — телефонов, планшетов и ноутбуков. Литий-ионная химия оказалась гораздо более надежным вариантом по сравнению с Ni-MH (металлогидрид никеля), где мне недавно пришлось перерабатывать (как в случае с переработкой, а не «перерабатывать» сами элементы) более половины из тех что у меня были!

Когда вам нужна большая мощность в небольшом, легком корпусе с возможностью перезарядки до 500-1000 раз, нет лучшего материала, чем литий.Если к ним относиться с уважением и не оскорблять, вы, как правило, можете рассчитывать на долгие и счастливые отношения с вашими клетками и батареями. Они не идеальны, но определенно превосходят большинство других химикатов с большим отрывом. Многое можно сказать о LiFePO 4 (обычно известном как просто LFP, LiFePO или LiFe), потому что они имеют более стабильный химический состав и с меньшей вероятностью сделают что-то «неприятное». Однако до тех пор, пока с ними не обращаются, литий-ионные элементы и батареи способны к безопасной, долгой и счастливой жизни.

Схема отключения батареи, которая полностью отключает батарею, когда напряжение падает до заданного предела, см. в Проекте 184. Эта схема была разработана специально для предотвращения чрезмерного разряда, если оборудование с питанием от батареи случайно останется включенным после использования.


Каталожные номера
  1. Литий — Википедия
  2. Почему воспламеняются литиевые батареи
  3. Зарядка литий-ионных аккумуляторов
  4. Расчет литиевых батарей (Fedex)
  5. UPS расширяет зоны обслуживания опасных грузов — вам необходимо выполнить поиск по сайту
  6. SII S8253 Лист данных (Seiko)
  7. Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов


Главный указатель Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2016. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и защищена авторскими правами © ноябрь 2016 г., опубликована в феврале 2017 г./ Обновлено в сентябре 2018 г. — только небольшие изменения./ Октябрь 2018 г. — добавлен раздел 8./ Февраль 2022 г. — добавлен рис. 8.


Системы зарядки двигателя и использование с Литиевые батареи

Основы

Большинство систем зарядки, используемых в двигателях для подзарядки аккумуляторной батареи транспортного средства, генерируют переменный ток (AC) с неподвижными катушками провода (статор) и вращающимися постоянными магнитами (см. рис. 1 ниже).Затем переменный ток кондиционируется регулятором-выпрямителем для создания постоянного тока/напряжения, необходимого для зарядки аккумулятора (см. рис. 2 ниже).

Большинство современных систем зарядки фактически создают 3-фазную мощность переменного тока, которая затем выпрямляется и регулируется для создания постоянного зарядного тока/напряжения (широко используется с 1980-х годов). Использование трехфазного переменного тока создает постоянное напряжение с меньшей пульсацией (см. рис. 3 ниже, зеленая линия — выход постоянного тока).

Катушки, производящие переменный ток, всегда пытаются выдавать одинаковую мощность при заданных оборотах, что создает проблему, когда батарея полностью заряжена.Подобно шлангу, наполняющему ведро с водой, если что-то набирает воду из ведра с той же скоростью, с которой оно входит, оно не будет переливаться, но если вода продолжает поступать, а из нее ничего не выливается, она переполнится.

Выпрямитель-регулятор предотвращает переполнение батареи за счет шунтирования катушек, тем самым ограничивая напряжение системы до допустимых пределов (обычно от 14,2 до 14,6 В). См. урезанное выходное напряжение трехфазной системы на рис. 4 ниже (зеленая линия).

Батарея в системе предназначена для хранения энергии, источника питания для запуска и работы оборудования, когда двигатель не работает или работает на низких оборотах, например, на холостом ходу.Большинство систем не заряжают аккумулятор на холостом ходу из-за слишком низкого выходного напряжения. Это особенно верно для литиевых батарей LiFePO4 с напряжением покоя 13,2 В.

Типичная система зарядки мотоцикла показана на рис. 5 ниже.

Литиевая батарея (LiFePO4) Рекомендованная кривая зарядки

Идеальный профиль постоянного тока для зарядки батареи LiFePO4 представляет собой пульсации переменного тока с частотой > 5 кГц и амплитудой пульсаций переменного напряжения < 10% (<1,5 В). Но в реальном мире частота > 500 Гц и амплитуда пульсаций переменного напряжения <1.5В приемлемо.

Амплитуда пульсаций напряжения внутри ячейки уменьшается с увеличением частоты, так как ячейка не успевает отреагировать на изменение тока заряда из-за короткого периода времени с более высокими частотами.

При частотах ниже 5 кГц и пульсациях напряжения с большой амплитудой результирующие пульсации зарядного тока вызывают нагрев элементов из-за сопротивления элементов (IR-потери). Обратите внимание на «и» в предыдущем утверждении, так как это наихудший случай, когда оба значения находятся за пределами идеальных диапазонов.

Из двух факторов, низкой частоты и высокой амплитуды пульсаций, величина пульсаций переменного напряжения >1,4 В вызывает больший нагрев. Окисление переходного металла может происходить при зарядке высокими пульсациями напряжения переменного тока при более высоких токах (> 1C). Окисление LiFePO4 происходит на катоде, а более высокие температуры только ускоряют окисление. Свободный кислород (в результате окисления) затем может реагировать с добавлением лития, вызывая дальнейшее повышение температуры. Если его не поймать достаточно быстро, это приведет к необратимому повреждению ячейки, а если его не исправить, это может привести к тепловому выходу из строя.

Приемлемы ли винтажные однофазные (или магнитные) системы зарядки для зарядки литиевых батарей?

Быстрый ответ — нет, и вот почему. Возьмем, к примеру, двигатель Rotax 503 (Положение 4; с 4 основными болтами крепления на редукторе), разработанный с точечным зажиганием и ручным запуском. В нем используется одна катушка (названная магнето из-за конструкции с постоянным магнитом) внутри статора для питания вспомогательного освещения и зарядки аккумулятора. Поскольку это одинарная катушка, она будет генерировать один сигнал переменного тока за один оборот двигателя (см. рисунок 6 ниже, где показан пример установки катушки этого типа)

Двигатель Rotax также имеет регулятор-выпрямитель, показанный на рисунке 7 ниже (деталь 866-080).

Выходное регулируемое/выпрямительное напряжение этой конкретной системы Rotax показано на рисунке 8 ниже. Обратите внимание, что выход постоянного тока имеет низкую частоту (два импульса на оборот двигателя, 33 Гц при 2000 об/мин) и высокую амплитуду пульсаций (полная зарядка на выходе 14,5 В).

Чтобы компенсировать низкое зарядное напряжение, компания Rotax рекомендовала большую свинцово-кислотную батарею емкостью 16 Ач в качестве буфера и, в некоторых случаях, конденсатор для сглаживания постоянного напряжения. Это зарядное напряжение постоянного тока, хотя и не идеальное для большой свинцово-кислотной батареи, было приемлемым.

Зарядное напряжение такого типа неприемлемо для литиевых батарей, поскольку большие пульсации переменного тока на низкой частоте (< 5 кГц и > 1,4 В) могут повредить элементы из-за нагрева и гальванического покрытия (требования к зарядке литиевых батарей см. в разделе выше).

Не все старые системы наддува двигателей Rotax одинаковы. Приведенный выше пример относится к Rotax 503 (Положение 4). Двигатель Rotax 582 (согласно руководству Rotax) имеет маховик-генератор с 12 постоянными магнитами и 8 катушками, поэтому его зарядное напряжение будет значительно лучше при более высокой частоте (> 200 Гц при 2000 об/мин) и меньшей амплитуде пульсаций.Говорят, что Rotax 503 Provision 8 (поздняя модель с 8 основными болтами на коробке передач) имеет 12 магнитов и 8 катушек.

Приемлемы ли системы зарядки автомобильных / авиационных генераторов для зарядки литиевых батарей?

Да. Конструкция современного генератора переменного тока отличается от представленной выше системы зарядки магнето, поскольку они обычно являются трехфазными с несколькими магнитными полюсами, поэтому выходное напряжение аналогично показанному на рисунках 3 и 4. Более высокая частота переменного тока является результатом наличия большего количества магнитных полюсов. (обычно> 500 Гц при 2000 об / мин), а трехфазная катушка с трехфазным выпрямлением обеспечивает более низкое напряжение пульсаций (обычно <1.5В).

Генератор переменного тока использует батарею/внутреннее питание для создания магнитного поля (электромагнита) внутри ротора (вращающейся части) по сравнению с использованием постоянного магнита, а уровень выходного напряжения регулируется изменением магнитного поля ротора. Это гораздо более эффективный метод, позволяющий избыточному зарядному напряжению/току не тратиться в виде тепла. Конструкция генератора переменного тока имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что пиковый выходной ток является самоограничивающимся, поскольку максимальный зарядный ток обычно требуется, когда батарея разряжена и напряжение низкое.Но когда напряжение батареи низкое, результирующее магнитное поле внутри ротора также будет ниже, и поэтому выходная мощность генератора переменного тока будет ниже. На рис. 9 показана типичная система зарядки от генератора. Кроме того, для вашей системы зарядки рекомендуется автоматическая защита цепи от перенапряжения. Это важная резервная функция безопасности для защиты электрической системы самолета от высокого напряжения (обычно > 16 В).

Приемлемы ли автомобильные / самолетные системы зарядки генераторов постоянного тока для зарядки литиевых батарей?

В большинстве случаев Да.Конструкция современного генератора постоянного тока отличается от генератора переменного тока, описанного выше, поскольку на выходе используется постоянный ток (без схемы выпрямителя). Как правило, конструкция генератора постоянного тока обратна генератору переменного тока, где катушки находятся на вращающейся части (якоре), а магнитное поле — на неподвижной части. Выход постоянного тока создается непосредственно с помощью коммутатора для захвата напряжения каждой катушки с той же полярностью и амплитудой. Уровень выходного напряжения регулируется изменением магнитного поля.Генераторы обладают остаточным магнетизмом (как и постоянный магнит), поэтому они могут выдавать зарядный ток даже без батареи. Из-за остаточного магнетизма и конструкции регулятора пользователи должны знать, что чрезмерно высокие зарядные токи могут наблюдаться после запуска двигателя и выше номинальной скорости, когда аккумулятор находится в состоянии низкого заряда (разряженный аккумулятор).

© EarthX, Inc., 2016-2019. Указания по применению AN-1601, ред., новая

Каталожные номера:
Источник 1: Руководство по ремонту Rotax для двигателя типа 532, 1994 г.

Северо-восточная батарея | Блог | Продлить срок службы батареи

Аккумуляторы на основе лития лидируют среди никель-кадмиевых аккумуляторов благодаря своей стабильности и относительно низким затратам на обслуживание.Кроме того, скорость саморазряда ниже половины скорости никелевой батареи, а открытые элементы практически не причиняют вреда.

Хотя батарея на основе лития имеет много преимуществ, она все же имеет свои ограничения и недостатки. Вот почему так важно точно понимать, как ухаживать за литиевой батареей и как продлить срок ее службы.

Горячие температуры

Как и большинство аккумуляторов, литиевые аккумуляторы необходимо хранить при более низких температурах. Чем выше температура, тем выше скорость саморазряда.

Совет для профессионалов: попробуйте хранить аккумулятор при температуре около 68 °F. Поскольку при зарядке и использовании аккумулятора выделяется тепло, необходимо дать аккумулятору остыть в промежутках между зарядкой и использованием. Это один из самых эффективных способов продлить срок службы любого аккумулятора.

Низкие температуры

Тепло может сократить срок службы батареи, так же как и холод. Позволив им немного согреться на солнце или возле обогревателя в холодный день, вы поможете повысить мощность своей батареи и поддержите ее работу, чтобы вам не приходилось менять батареи или перезаряжать их так часто.

В целях безопасности, независимо от температуры снаружи, храните батарейки внутри. Температура в помещении, как правило, остается стабильной в течение всего года, а влажность обычно ниже.

Влага

Литий и вода не должны смешиваться. Когда они это сделают, будьте осторожны. Они образуют гидроксид лития и водород, который чрезвычайно легко воспламеняется. Если ваша литиевая батарея по какой-либо причине загорится, заливая ее водой, вы только ухудшите ситуацию.Убедитесь, что у вас есть под рукой огнетушитель класса D (и что батарейки вашего детектора дыма заряжены!).

Лучше всего хранить все литиевые батареи вдали от источников воды. Несмотря на то, что корпус батареи предназначен для отвода влаги от элементов батареи, ничто не защищено от несчастных случаев.

Управление выгрузкой

Зарядите свои батареи, прежде чем они полностью разрядятся. Если не дать ему умереть полностью, это продлит срок службы батареи.

Если вы собираетесь хранить батареи в течение определенного периода времени, убедитесь, что вы делаете это наполовину заряженными. В отличие от других типов аккумуляторов, которые необходимо заряжать в течение всего срока хранения, литиевые аккумуляторы лучше работают при 40-50% DOD (глубина разряда).

Совет: после каждых 30 зарядок дайте литиевой батарее полностью разрядиться перед повторной зарядкой. Это помогает избежать состояния, называемого цифровой памятью. Цифровая память может испортить точность измерителя мощности устройства, которое вы используете.Позволив ему полностью разрядиться, вы позволите индикатору мощности сбросить настройки.

Напряжение

Многие аккумуляторы быстро разряжаются из-за того, что они были заряжены неправильным напряжением. Одним из преимуществ использования литиевых аккумуляторов является то, что они обеспечивают быструю перезарядку, поэтому нет необходимости возиться с процессом. Вы нанесете только ущерб, который нельзя исправить. В общем, для литий-ионного аккумулятора 12 В оптимальное зарядное напряжение для обеспечения максимального срока службы составляет 14.6В.

Несмотря на то, что не все батареи созданы одинаковыми, все они нуждаются в надлежащем уходе, чтобы гарантировать, что они полностью реализуют свой потенциал. Это означает понимание особых требований по уходу за различными типами батарей . Управляйте температурой хранения, держите их сухими и убедитесь, что вы правильно заряжаете, чтобы у вас всегда была надежная батарея, когда она вам понадобится.

Ученые определили еще одну причину, по которой аккумуляторы не заряжаются за считанные минуты

Как говорится, спешка приводит к потерям.Такой принцип может быть особенно верен для аккумуляторов благодаря новому исследованию, целью которого является выявление причин, вызывающих ухудшение характеристик быстро заряжаемых литий-ионных аккумуляторов в электромобилях.

В ходе нового исследования, проведенного Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE), ученые обнаружили интересное химическое поведение одной из двух клемм батареи при зарядке и разрядке.

Литий-ионные аккумуляторы

содержат как положительно заряженный катод, так и отрицательно заряженный анод, которые разделены материалом, называемым электролитом, который перемещает ионы лития между ними.Анод в этих батареях обычно делается из графита — того же материала, что и во многих карандашах. Однако в литий-ионных батареях графит собран из мелких частиц. Внутри этих частиц ионы лития могут внедряться в процессе, называемом интеркаляцией. Когда интеркаляция происходит правильно, батарея может успешно заряжаться и разряжаться.

Однако, когда батарея заряжается слишком быстро, интеркаляция становится более сложной задачей. Вместо того, чтобы плавно проникать в графит, ионы лития имеют тенденцию агрегировать на поверхности анода, что приводит к эффекту «покрытия», который может привести к повреждению клеммы — без каламбура — батареи.

«Покрытие является одной из основных причин снижения производительности батареи во время быстрой зарядки», — сказал ученый из Аргонны Даниэль Абрахам, автор исследования. «Когда мы быстро зарядили аккумулятор, мы обнаружили, что помимо покрытия на поверхности анода внутри пор электрода накапливались продукты реакции». В результате сам анод в некоторой степени подвергается необратимому расширению, что ухудшает работу батареи.

Используя технику, называемую сканирующей электронной нанодифракцией, Абрахам и его коллеги из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне наблюдали еще одно заметное изменение в частицах графита.На атомарном уровне решетка атомов графита на краях частиц искажается из-за многократного быстрого заряда, что затрудняет процесс интеркаляции. «По сути, мы видим, что атомная сеть в графите искривляется, и это не позволяет ионам лития найти свой «дом» внутри частиц — вместо этого они оседают на частицах», — сказал он.

«Чем быстрее мы заряжаем нашу батарею, тем более атомно неупорядоченным становится анод, что в конечном итоге не позволяет ионам лития двигаться вперед и назад», — сказал Абрахам.«Ключ заключается в том, чтобы найти способы либо предотвратить эту потерю организации, либо каким-то образом модифицировать частицы графита, чтобы ионы лития могли интеркалировать более эффективно».

В выпуске Journal of the Electrochemical Society от 8 октября появилась статья, основанная на исследовании «Повышенный беспорядок на краях графитовых частиц, выявленный путем определения характеристик анодов быстро заряжаемых литий-ионных элементов в масштабе разной длины».

Помимо Абрахама, другими авторами исследования являются Марко-Тулио Родригес из Аргонны, а также Цзянь-Мин Зуо и Саран Пидапарти из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне.Это исследование финансировалось Управлением транспортных средств Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики и Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики. Исследование Пидапарти финансировалось Программой исследований аспирантов Управления науки (SCGSR), целью которой является подготовка аспирантов к карьере STEM, имеющей решающее значение для миссий DOE.

Советы по зарядке литий-ионных аккумуляторов | 5 Run-time Killers

Мне нравится проверять возможности инструментов, а это значит понимать, как долго должны работать мои батареи.Некоторые производители указывают один год, а другие — три, поэтому вот несколько советов по зарядке литий-ионных аккумуляторов, которые помогут сохранить ваши рюкзаки в наилучшей форме. Мы говорим об обслуживании и хранении литий-ионных аккумуляторов, а также о том, чего ожидать при их регулярном использовании с электроинструментами. В частности, мы надеемся помочь вам избежать вещей, которые могут повредить ваши аккумуляторы, чтобы вы могли оптимизировать срок службы литий-ионных аккумуляторов.

Аккумуляторные электроинструменты прошли долгий путь с момента их появления.Они мощнее, работают дольше, а некоторые предлагают сетевым инструментам серьезную конкуренцию за свои деньги. Технологии улучшили сами беспроводные инструменты, и, возможно, наиболее очевидным из них являются литий-ионные батареи, которые их питают. За беспроводное удобство всегда приходится платить, поэтому важно защитить инвестиции, которые вы или ваш бизнес вкладываете в его инструменты. Это включает в себя уверенность в том, что вы используете правильные методы зарядки литий-ионных аккумуляторов. На этой ноте давайте рассмотрим 5 вещей, которые ухудшают производительность литий-ионных аккумуляторов.

Советы по зарядке литий-ионных аккумуляторов: 5 факторов, которые влияют на время работы, мощность и срок службы Литий-ионные аккумуляторные батареи. Тепло вырабатывается, когда химические вещества внутри аккумуляторной батареи заряжаются или разряжаются. Пакет остывает, когда реакции стабильны. Самые высокие температуры возникают при агрессивном разряде более мощных инструментов.Это не линейная кривая: больше мощности = меньше время работы. Аккумулятор емкостью 4,0 ампер-часа может достигать 99% своего потенциала времени работы на рабочем фонаре, 95% на дрели и только 90% на перфораторе. Это просто результат накопления тепла.

2. Избегайте сильного холода

С другой стороны, недостаток тепла также может отрицательно сказаться на времени работы аккумулятора. Следующий из наших советов по зарядке литий-ионных аккумуляторов заключается в том, чтобы по возможности избегать сильного холода. Пользователи, работающие в холодном климате, обычно не получают такого же времени работы или мощности, как их собратья в теплом климате.Ознакомьтесь с нашим 12-вольтовым ударным шуруповертом, где мы провели испытание в холодную погоду. Драйверы, которые мы тестировали, были ограничены 60–80% их нормальной скорости после длительного воздействия температуры -10 градусов.

3. Борьба с вибрацией

Если вы откроете аккумуляторный блок беспроводного инструмента, вы обнаружите внутри что-то похожее на кучу батареек размера АА. Это элементы батареи, которые питают рюкзак. Они состоят в основном из литий-ионного покрытия, катода и анода.Вибрация этих элементов отрицательно влияет на срок службы батареи.

При работе с действительно агрессивными инструментами, такими как сабельные пилы и перфораторы, возникает сильная вибрация, и в этих инструментах сокращается срок службы батареи. Один из наших советов по зарядке литий-ионных аккумуляторов включает в себя замену аккумуляторов в этих инструментах, чтобы одни и те же аккумуляторы не подвергались всем злоупотреблениям.

4. Контроль воздействия влаги

Все мы знаем, что вода и электричество несовместимы. Это верно и для аккумуляторов.В то время как большинство батарей могут выдерживать некоторую влажность, прямое попадание влаги может стать серьезной проблемой. Оказавшись внутри рюкзака, аккумуляторы, изготовленные из некачественных материалов, могут легко и быстро подвергнуться коррозии, что сделает вашу батарею бесполезной в течение нескольких дней. Однако даже самые лучшие батареи не могут вечно противостоять воде.

В некоторых случаях погружение некоторых пакетов в воду может быть опасным. Однако большинство инструментов могут выдержать некоторое время под дождем. Другие имеют рейтинг IP56 (или аналогичный) для еще большей водонепроницаемости.

5. Последний совет по зарядке литий-ионных аккумуляторов — следите за глубиной разряда

Хотя литий-ионные аккумуляторы не имеют «аккумуляторной памяти», как их предшественники, уровень разрядки влияет на срок службы. В исследовании, опубликованном Cadex Electronics, говорится, что срок службы типичной литий-ионной батареи увеличился бы на 50 %, если бы ее заряжали после разрядки на 50 %, а не полностью разряжали. Зарядка после 25-процентного разряда привела к увеличению срока службы на 67 % по сравнению с полным разрядом.

При обслуживании литий-ионного аккумулятора обязательно следуйте этим практическим советам по зарядке литий-ионного аккумулятора, чтобы продлить срок службы ваших инвестиций.

Оставьте комментарий для нас на Facebook, Twitter или Instagram!


*Примечание: это исследование проводилось на батареях для ноутбуков. Хотя и ноутбуки, и инструменты работают на одной и той же технологии, их сборка отличается.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.