ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

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

Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы

Существует несколько схем зарядки литиевых аккумуляторов. Чаще используется двухэтапная зарядка, разработанная компанией SONY. Не применяются устройства с применением импульсного заряда и ступенчатой зарядки, как для кислотных АКБ.

Зарядка любых разновидностей ионно-литиевых или литий-полимерных аккумуляторов требует строгое соблюдение напряжения. На одном элементе заряженного литиевого аккумулятора должно быть не больше 4,2 В. Номинальным напряжением для них считается 3,7 В.

Литиевые аккумуляторы можно ли заряжать быстро, не полностью? Да. Их всегда можно дозарядить. Работа батареи на 40-80 % емкости удлинняет АКБ срок годности.

Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов

Принцип схемы CC/CV – постоянная сила зарядного тока/ постоянное напряжение. Как зарядить по этой схеме литиевый аккумулятор?

На схеме до 1 этапа зарядки изображен предэтап, для восстановления глубоко севшего литиевого аккумулятора, с напряжением на клеммах не менее 2,0 В. Первый этап должен восстановить 70-80 % емкости. Ток зарядки выбирают 0,2-0,5 С. Ускоренно заряжать можно, током 0,5-1,0 С. (С – емкость литиевых аккумуляторов, цифровое значение). Каким должно быть напряжение зарядки на первом этапе? Стабильным, 5 В. Когда достигнуто напряжение на клеммах аккумулятора 4,2 – это сигнал перехода на второй этап.

Теперь ЗУ поддерживает стабильное напряжение на клеммах, а зарядный ток по мере поднятия емкости снижается. При уменьшении его значения до 0,05-0,01 С зарядка закончится, устройство отключится, не допуская перезарядки. Общее время восстановления емкости для литиевого аккумулятора не превышает 3 часов.

Если литий-ионная батарея разряжена глубже 3,0 В, потребуется провести «толчок». Это заключается в зарядке малым током до тех пор, пока на клеммах не будет 3,1 В. Потом используется обычная схема.

Как контролируют параметры зарядки

Так как литиевые аккумуляторы работают в узком диапазоне изменения напряжения на клеммах, их нельзя перезаряжать выше 4,2 В и допускать разрядку ниже 3 В. Контроллер заряда установлен в ЗУ. Но каждый аккумулятор или батарея имеют собственные прерыватели, РСВ плату или РСМ модули защиты. В аккумуляторах установлена именно защита от того или иного фактора. В случае нарушения параметра, она должна отключить банку, разорвать цепь.

Контроллер – устройство, которое должно реализовать функции управления – переводить режимы CC/CV, контролировать количество энергии в банках, отключать зарядку. При этом сборка работает, нагревается.

Самодельные схемы зарядки, применяемые для литиевых аккумуляторов

  • LM317 – схема простого зарядного устройства с индикатором заряда. От USB порта не запитывается.
  • MAX1555, MAX1551- специально для Li Аккумуляторов, устанавливаются в адаптер питания от телефона в USB. Есть функция предварительного заряда.
  • LP2951- стабилизатор ограничивает ток, формирует стабильное напряжение 4,08-4,26В.
  • MCP73831- одна из простейших схем, подходит для зарядки ионных и полимерных устройств.

Если батарея состоит из нескольких банок, разряжаются они не всегда равномерно. При зарядке необходим балансир, распределяющий заряд и обеспечивающий равномерный заряд всех банок в батарее. Балансир может быть отдельным или встроенным в схему подключения АКБ. Устройство защиты батареи называется BMS. Зная как заряжать приборы, разбираясь в схемах, можно своими руками собрать схему защитного устройства для литиевого аккумулятора.

Универсальное зарядное устройство

Универсальное зарядное устройство по-простому называют «лягушкой». Получил он такое название из-за своего особого внешнего вида. Купить такой прибор можно в любом магазине, где продаются мобильные телефоны. Применяется такое устройство для прямого заряда аккумуляторов смартфонов, фотокамер и других несъемных АКБ. Используется «лягушка» для постоянной зарядки батарей.

Порядок зарядки этим универсальным ЗУ следующий:

  • Отключают мобильное устройство и вынимают из него аккумуляторную батарею.
  • Определяют где расположен плюсовой контакт, а где минусовой. Как правило, они маркируются. А если нет, то можно узнать при помощью специального устройства.
  • Открывают заднюю крышку «лягушки». Внутри находятся клеммы с подписанной полярностью.
  • Вставляют универсальное устройство, раздвинув ползунки таким образом, чтобы они совпадали с полярностью АКБ. Т.е. плюсовой контакт на батарее должен быть присоединен к плюсовому контакту на зарядном устройстве, а минусовой к минусовому.
  • Закрывают заднюю крышку, которая крепко зафиксирует АКБ.
  • Подключают «лягушку» к электросети. В результате должен загореться красный индикатор, в противном случае аккумулятор подключен неверно.
  • Когда красный индикатор поменяется на зеленый, значит батарея зарядилась на 100% и ее можно отключать от питания.

Главным достоинством универсального устройства является его надежность и безопасность. Однако если подсоединить аккумулятор к ЗУ неверно, то батарея может сломаться.

Эксплуатация Li─Ion батарей

Теперь коротко расскажем об основных правилах эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.

Калибровка

Эту процедуру следует проводить раз в 3 месяца. Она заключается в полной разрядке и последующей полной зарядке АКБ. Это необходимо делать, чтобы контроллер аккумулятора «откалибровал» границы заряда и разряда батареи.

Калибровка литий─ионного аккумулятора

Для калибровки также можно использовать утилиты, которые существуют для iOS и Андроид.

Хранение

Перед тем как отправить литий─ионную АКБ на хранение, её также нужно заряжать. Но уровень заряда должен быть около 50 процентов. Это считается оптимальным значением. Температура хранения батареи в идеале должна составлять 15 градусов Цельсия. В таких условиях литиевый аккумулятор лучше всего сохраняет ёмкость. Чем выше температура хранения, тем больше будут потери ёмкости при хранении.

При длительном хранении раз в три месяца проводите полный заряд-разряд аккумулятора и снова заряжайте его до 50%.

Для восполнения заряда АКБ выделяют несколько способов. Чаще используют двухэтапное заряжение, которое разработала компания SONY, при этом импульсный заряд и ступенчатую зарядку не применяют. Во время заряжения литий-ионных АКБ соблюдают напряжение и учитывают особенности устройства.

На одну деталь батареи не должно приходиться более 4,2 В. Номинальный показатель для них составляет 3,7 В. Литиевые АКБ можно заряжать быстро и не полностью. Эксплуатация устройства с 40-80% наполнения увеличивает длительность его работы.

Двухступенчатая схема зарядки

Зарядить аккумулятор можно по схеме СС/CV. Сначала нужно обеспечить постоянный ток заряда. На этом этапе первой зарядки восстанавливается 70-80% объема энергии. Значение тока устанавливают 0,2-0,5 С. Для ускоренного заряжения понадобится 0,5-1,0 С. Изначально значение стабильное – 5 В. При достижении уровня 4,4 В на клеммах можно переходить к следующему этапу зарядки.

ЗУ держит стабильный уровень напряжения, а ток при повышении емкости начинает снижаться. Когда его значение опускается до 0,05-0,01 С, зарядка полностью исчезает, прибор отключается без запуска перезарядки. Для восстановления наполненности аккумулятора потребуется не больше 3 часов. При глубоком разряде литий-ионной АКБ (ниже 3,0 В) проводят толчок, заряжая батарею малым током, пока напряжение на клеммах достигнет 3,1 В. После этого применяют стандартную схему.

Читайте также  Электролебёдка своими руками

Как контролируют параметры зарядки

Из-за работы литиевых батарей в небольших рамках тока на клеммах их запрещено разряжать ниже 3 В и перезаряжать выше 4,2 В. В зарядном устройстве (ЗУ) есть контроллер заряженности, но в каждом аккумуляторе присутствует свой прерыватель, РСВ-плата или модуль защиты РСМ. Эти элементы помогают сохранить батарею в норме. При нарушении какого-то параметра они отключают банку и разрывают цепь.

Для литиевых конструкций можно использовать оригинальные ЗУ или зарядки, сделанные своими руками:

  • LP2951 помогает ограничить ток стабилизатором и устанавливает постоянное значение напряжения 4,08-4,26 В;
  • LM317 является схемой простого ЗУ с индикатором заряда и отсутствием питания от порта USB;
  • MCP73831 подходит для зарядки полимерных и ионных изделий;
  • MAX1555, MAX1551 разработаны для литиевых батарей, устанавливаются в адаптер питания от смартфона в USB и имеют возможность предварительного заряжения.

Когда в АКБ есть несколько элементов, то они разряжаются неравномерно. При восполнении уровня энергии используют балансир, который распределяет заряд равномерно по всем банкам. Эта деталь может встраиваться в схему или находиться отдельно. При восполнении энергии в изделии емкостью 12 В (вольт) нужно знать, каким током воспользоваться, чтобы не нарушить его характеристики. Самодельные ЗУ с контроллером и защитой прибора подходят для этого.

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное.

Давайте рассмотрим как это нужно делать. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное. Последовательное соединение: При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке.

Балансир включает стабилитрон TLA и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40 Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. MCP Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX

Если разобрать аккумулятор от мобильного телефона, мы обнаружим внутри вот такое нехитрое устройство: Это и есть плата защиты аккумулятора. Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля.

Вряд ли. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда?


Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. И можно подключать аккумулятор. Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда схемы смотрите в этом разделе.

Параллельное соединение батарей с формулами Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно.

Подобная схема приведена в следующем варианте. Вот как эта плата установлена в литий-ионный АКБ. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться.
Плата защиты LI-ION — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Как правильно заряжать

Существуют правила, благодаря которым можно существенно продлить срок службы аккумуляторов литий-ионного типа.

Правило первое: нельзя допускать полной разрядки, благодаря этому можно увеличить количество циклов, при которых происходит зарядка и разрядка. Заряжая батарею на 20%, можно значительно продлить ее срок эксплуатации, как минимум вдвое. В качестве примера приведем таблицу зависимости циклов подзарядки, в зависимости от глубины разряда аккумулятора.

Заряд (уровень) Количество циклов
батарея разряжена 500
батарея разряжена наполовину 1500
глубина разряда 25 % 2500
потеря разряда 10% 4700

Правило второе: с периодичностью один раз в три месяца требуется производить полный цикл (то есть полностью разряжать и заряжать), благодаря этому процесс «старения» батарей существенно замедляется.

Правило третье: нельзя хранить аккумулятор литий-ионного типа полностью разряженным, желательно, чтобы батарея была заряжена на 30-50%, в противном случае восстановление его емкости не представляется возможным.

Правило четвертое: для зарядки батареи пользуйтесь оригинальным зарядным устройством, которое шло в комплекте от производителя, этого требует разница исполнения защитной схемы аккумулятора. То есть, например, батареи HTC, En-El, Sanyo, IRC, ICR, Lir, Mah, Pocket, ID-Security и т.д. нежелательно заряжать устройством для аккумуляторов Samsung.

Правило пятое: нельзя допускать перегрева аккумулятора, эксплуатировать литий-ионное устройство можно при температуре окружающего воздуха в пределах от -40 до 50 °C. При нарушенном температурном режиме восстановить батарею или произвести ее ремонт не представляется возможным, потребуется только ее замена.

Отдельно необходимо подчеркнуть, что аккумуляторные батареи известных брендов значительно превосходят по характеристикам аналоги неизвестных производителей. Можете не сомневаться, что батареи DMW-BCG, VPG-BPS, SAFT, а также оригинальные модели, например, BL-5C, BP-4L (Nokia), D-Li8, NB-10L (Canon), NP-BG1 (Sony) или LP243454-PCB-LD будут однозначно лучше китайских аналогов.

Немного о литий-ионных батареях

Поскольку эта АКБ является разновидностью Li-Ion аккумуляторов, следует упомянуть о том, что срок службы этих элементов сейчас довольно высок. Для литиевых аккумуляторов 18650, так же, как и для других АКБ с литием в составе, характерен высокий уровень емкости и способность длительное время держать заряд .

Кстати, свое популярное в Интернете обозначение этот аккумулятор завоевал благодаря своим параметрам: диаметр его составляет 18 миллиметров, а высота — 65, что довольно удобно и компактно, учитывая его широкие возможности.

Раньше большая часть таких батареек отличалась повышенной взрывоопасностью, в буквальном смысле слова. Причиной были определенного вида химические реакции, протекавшие во время перегрева элементов в условиях высоких температур. Также имело место и механическое замыкание внутри одной или нескольких «банок», приводившее к воспламенению.

Сейчас все аккумуляторы такого типа снабжены специальными устройствами с контроллером в составе схемы , что не позволяет допустить критического перегревания и взрыва. Это устройство можно найти в любой батарейке 18650, если аккуратно вскрыть ее и посмотреть, что находится внутри.

Читайте также  Чертежи коптильни горячего копчения

Если такие элементы долго не использовать и оставлять разряженными, они могут быстро терять свои свойства. Поэтому зарядка 18650 должна проводиться регулярно, при этом, должна обязательно соблюдаться определенная схема. Например, нужно знать, каким током заряжать Li-Ion, или же каким напряжением должна проводиться зарядка литий-ионных аккумуляторов 18650, чтобы не произошло их перегрева и преждевременного выхода из строя.

Первая зарядка

Подобные аккумуляторы продают с зарядом на 2/3 от ёмкости. Нельзя полностью их разряжать, тем самым сразу забирая половину периода службы. Достаточно просто зарядить до максимума.

«Раскачивать» (несколько циклов полного разряда-заряда) новую батарею тоже нет необходимости, поскольку у них практически отсутствует эффект памяти. Раньше, когда использовались батареи другого типа, «раскачка» действительно помогала увеличить емкость. Но с Li-ion аккумуляторами это уже не актуально.