До скольки вольт можно разряжать аккумулятор 18650

Сложно найти область, где нет приборов, работающих на электрической энергии. Мобильные источники представляют аккумуляторы и одноразовые батарейки, питающие потребителя за счет превращения химической энергии в электрическую. Литий-ионные аккумуляторы представляют электронные пары с активными компонентами, содержащими соли лития. По форме аккумулятор напоминает одноразовую пальчиковую батарейку, но несколько большего размера, имеет сотни циклов зарядки, относится Li-ion аккумуляторам 18650.

Устройство li-ion аккумулятора 18650

Производство литий-ионных аккумуляторов основано на площадках компаний Sanyo, Sony, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI, Skme, Moli, BAK, Lishen, ATL, HYB. Другие фирмы покупают элементы, переупаковывают их, выдавая за собственную продукцию. Они еще и пишут на термоусадочной пленке недостоверную информацию об изделии. В настоящий момент нет литий-ионных аккумуляторов 18650 емкостью выше 3600 мА-ч.

Основное отличие аккумуляторов от батарей в возможности многократной перезарядки. Все батарейки рассчитаны на напряжение 1,5 В, у изделия li-ion на выходе 3,7 В. Форм фактор 18650 означает, литиевый аккумулятор длиной 65 мм, диаметром 18 мм.

Характеристики рабочего режима литиевого аккумулятора 18650:

• Максимальное напряжение 4,2 В, причем даже незначительная перезарядка значительно сокращает срок службы.
• Минимальное напряжение 2,75 В. При достижении 2,5 В требуются особые условия восстановления емкости, При напряжении на клеммах2,0 В заряд не восстанавливается.
• Минимальная рабочая температура -20 0 С. Зарядка при минусовой температуре не возможна.
• Максимальная температура +60 0 С. При более высокой температуре можно ожидать взрыва или загорания.
• Емкость измеряется Ампер/часах. Полностью заряженный аккумулятор емкостью 1 А/ч может выдать 1А тока в течение часа, 2 А продолжительностью 30 минут или 15 А на протяжении 4 минут.

Характеристики при зарядке

Для зарадки литий-ионных аккумуляторов важнно два параметра:

1. Ток зарядки. В батарее ток заряда начинает хим.реакции. Реакции варьируются от количества задействованой массы на пластинах и ее толщины, поверхности электродов, термального диапазона, незапланированного процесса электролиза воды. Слабый ток не активирует весь объем намазки электрода, а лишь его самый поверхностный слой.
2. Напряжение. Напряжение на токовыводах не будет выше 12,5-12,6 Вольт. Такие аккумуляторы смогут полностью зарядить только специалисты. Рабочие напряжения современного аккумулятора, ниже которого не рекомендуется разряжать 10,8 В и выше которого точно нельзя подымать при зарядке 14.4 В.

Контроллер заряда li-ion аккумулятора 18650

Основные производители выпускают стандартные литиевые аккумуляторы 18650 без защитной платы. Этот контроллер, выполненный в виде электронной схемы, устанавливают сверху на корпус, несколько удлиняя его. Плата располагается перед отрицательной клеммой, защищает АКБ от КЗ, перезаряда, переразряда. Собирается защита в Китае. Есть приборы хорошего качества, встречается откровенное надувательство – недостоверная информация, емкость 9 000А/ч. После установки защиты корпус помещается в термоусадочную пленку с надписями. За счет дополнительной конструкции корпус становится длиннее и толще, может не поместиться в предназначенное гнездо. Типоразмер его может быть 18700, увеличиться за счет дополнительных действий. Если аккумулятор 18650 используется для создания батареи в 12 В, в которой предусмотрен общий контроллер заряда, прерыватели на отдельных Li -ion элементах не нужны.

Целью защиты является обеспечение работы источника энергии в заданных параметрах. При зарядке простым ЗУ защита не допустит перезаряда и вовремя отключит питание, если литиевый аккумулятор 18650 сел до напряжения 2,7 В.

Аккумулятор 18650 с защитой, что это

Для обеспечения большей безопасности, производители начали встраивать в корпус АКБ специальную электронную плату, призванную защищать от перегрева и разрыва оболочки. Регулируется напряжение заряда, а также контролируется разряд элемента. Приобретен аккумулятор 18650 с защитой или без, рассмотрим, как это определить.

Как определить с защитой или нет

Определить наличие защиты в аккумуляторе литиевого типа 18650 не сложно, как правило производитель указывает это на корпусе самого элемента. Также при сравнении с обычным Li-ion АКБ обнаруживается некоторое увеличение корпуса, как правило не более, чем на 2 мм.

Справка! На элементах питания с защитой можно увидеть надпись — protected, with protected PCB или protection circuit, незащищенные аккумуляторы могут выпускаться без дополнительных комментариев или с пометкой unprotected.

Нужна ли защита аккумулятора

Напряжение, воздействующее на аккумулятор при его зарядке значительно влияет на срок эксплуатации элемента. Защита блокирует зарядку при превышении или чрезмерном снижении напряжения во время перезарядки батареи. Это обеспечивает более продолжительный срок службы и безопасность использования батареи.

Маркировка литиевых аккумуляторов18650

На поверхности корпуса аккумулятора нанесена маркировка. Здесь можно найти полную информацию о технических свойствах. Кроме даты изготовления, срока годности и бренда производителя, зашифровано устройство литиевых аккумуляторов 18650, и связанные с этим аспектом потребительские качества.

1. ICR – катод литий-кобальтовый. Аккумулятор обладает высокой емкостью, но рассчитан на небольшие токи потребления. Используют в ноутбуках, видеокамерах и подобной длительно работающей технике с небольшим потреблением энергии.
2. IMR – катод литий-марганцевый. Обладает способностью выдавать большие токи, выдерживает разрядку до 2,5 а/ч.
3. INR – катод из никелатов. Обеспечивает высокие токи, выдерживают разряд до 2,5 В.
4. NCR – специфическая маркировка компании Panasonic. По свойствам аккумулятор идентичен IMR. Используются никелаты, соли кобальта, окись алюминия.

Позиции 2,3,4 называют «высокотоковыми», их используют для фонарей, биноклей, фотоаппаратов.

Литий-феррофосфатные аккумуляторы обладают способностью работать при глубоком минусе, восстанавливаются при глубоком разряде. Недооценены на рынке.

По маркировке можно определить, это литиевый заряжаемый аккумулятор буквы – I R. Если есть буквы C/M/F – известен материал катода. Будет указана емкость, обозначенная mA/h. Дата выпуска и срок годности расположены в разных местах.

Следует знать, нет у производителей литиевых многозарядных батарей изделий емкостью больше 3 600 мА/ч. Для того чтобы отремонтировать батарею ноутбука или собрать новую нужно приобретать аккумуляторы без защиты. Для использования в единичном экземпляре нужно покупать элементы с защитой.

Как проверить литиевый аккумулятор 18650

Если покупая дорогой прибор, вы сомневаетесь в правдивости информации на корпусе, есть способы проверки. Кроме специальных измерителей можно использовать подручные средства.

• У вас есть зарядное устройство, можно засечь время полной зарядки определенной силой тока. Произведение времени на силу тока выявит приблизительную емкость li-ion аккумулятора.
• Вам поможет интеллектуальное зарядное устройство. Оно покажет и напряжение, и емкость, но стоит прибор дорого.
• Подключите фонарик, замерьте силу тока, и ждите, когда светоч потухнет. Произведение времени на силу тока дает емкость тока в А/ч.

Определить мощность аккумулятора можно по весу: литиевый аккумулятор 18650 емкостью 2000мА/ч должен весить 40 г. Чем выше емкость, тем больше вес. Но бракоделы научились подсыпать песок в корпус, для тяжести.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов 18650

Литиевые аккумуляторы требовательны к параметрам напряжения на клеммах. Предельное напряжение 4,2 В, минимальное – 2,7 В. поэтому зарядное устройство работает как стабилизатор напряжения, создавая на выходе 5 В.

Определяющими показателями является ток зарядки и количество элементов в батарее, выставляемые своими руками. Каждый элемент (банка) должен получить полный заряд. Распределяется энергия с использованием схемы балансира для литиевых аккумуляторов 18650. Балансир может быть встроенным или контроль ведется вручную. Хорошее ЗУ стоит дорого. Сделать зарядку своими руками для li-ion может каждый, кто разбирается в электрических схемах и умеет паять.

Предлагаемая схема зарядного устройства, выполненного своими руками для литиевых аккумуляторов 18650, проста, будет отключать потребителя после зарядки самостоятельно. Стоимость комплектующих около 4 долларов, не дефицит. Приспособление надежное, не перегреется и не загорится.

Схема зарядного устройства для литиевых аккумуляторов 18650

В зарядном, сделанном своими руками, ток в цепи регулируется резистором R4. Сопротивление подбирают таким, чтобы первоначальный ток зависит от емкости литиевого аккумулятора 18650.Каким током заряжать li-ion аккумулятор, если его емкость 2 000 мА/ч? 0,5 – 1,0 С составит 1-2 ампера. Это и есть ток зарядки.

Минусы литий-ионного аккумулятора

Как и в случае использования любой другой технологии, у литий-ионного аккумулятора имеются существенные недостатки. Сопоставьте их с преимуществами, чтобы точно представлять себе ограничения в применении.

Внимание! Исключительная особенность батарей Li-Ion кроется в возможностях преодоления недостатков технологии за счёт:

• — ухищрений и доработок,
• — изменения типа химии,
• — совершенствования конструкции,
• — настройки контроллера и защиты.

Безопасность — требуется защита

Главный минус литий-ионного аккумулятора — ненадёжность в сравнении с другими аккумуляторными технологиями.

Чтобы снизить риски и гарантировать безопасность, производители разработали варианты защиты от:

• • чрезмерного заряда,
• • слишком сильного разряда,
• • короткого замыкания,
• • небезопасных пределов тока и так далее.

Полный список опасных проявлений, от которых литий-ионной батареи требуется защита, мы составили отдельно.

Современные интегральные схемы позволяют относительно легко встроить в батарею или в оборудование (когда батарея не взаимозаменяема) систему управления — контроллер. Он делает литий-ионные батареи безопасными и допускает использование элементов без каких-либо специальных знаний.

Например, вы можете оставить смартфон на зарядке на ночь или даже на все выходные — ничего страшного не случится, так как зарядное устройство вовремя отключит питание.

Схема защиты, встроенная в литий-ионную батарею, контролирует ряд аспектов её работы:

• — ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время зарядки, поскольку чрезмерное напряжение может повредить их;
• — в многоэлементных аккумуляторах ячейки заряжаются последовательно через один разъём питания так, чтобы ни одна ячейка не испытывала напряжение выше требуемого (разные элементы могут требовать разного уровня заряда и существует вероятность, что кто-то перезарядится);
• — предотвращается слишком низкое падение напряжения элемента при разряде (глубокий разряд);
• — пресекается ситуация, когда одна ячейка хранит меньше заряда, чем другие, в аккумуляторе (скажем, у шуруповёрта);
• — ещё одним аспектом схемы защиты является температура (ячейка может переохладиться или перегреться).

Максимальный ток заряда и разряда для большинства аккумуляторов ограничен повышением температуры на 1-2°C. Тем не менее, некоторые из них немного нагреваются при быстрой зарядке.

Ограниченный срок службы — 500-1000 циклов

Износ — это один из самых неприятных недостатков литий-ионных батарей. Количество циклов зарядки и разрядки ограничено 500-1000 циклами, после которых ёмкость снижается, а деградация усиливается.

Узнайте, от чего зависит число циклов до момента критического износа.

Ёмкость упадет в любом случае. При интенсивном использовании раньше. При бережном — позже. С развитием литий-ионной технологии эта цифра увеличивается, но рано или поздно без замены не обойтись. И это может быть проблемой, если аккумулятор встроен в оборудование.

Старение — даже если не используется

Помимо износа при эксплуатации аккумулятор подвержен старению даже когда не используется. Причина в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих внутри него без остановки.

Если вы планируете долгое время хранить аккумулятор без использования, то следует частично зарядить его. В различной документации указан диапазон заряда между 40% и 50%. Оптимально сухое, тёмное место с температурой не выше +22°C и не ниже +5°C. Хранение в этих условиях поможет продлить срок службы.

Транспортировка — затруднена

В последние годы многие авиакомпании ограничивают количество принимаемых литий-ионных батарей. Их перевозка ограничена на законодательном уровне. Даже мы в Neovolt пострадали из-за проблем в логистике крупных перевозчиков.

Пассажирам самолётов приходится перевозить литий-ионные аккумуляторы в ручной клади согласно правилам большинства авиакомпаний. Время от времени условия меняются. Но количество батареек, разрешённых с собой, всегда ограничено.

Любые литий-ионные батареи, переносимые отдельно, должны быть определённой ёмкости, по возможности извлечены из устройства, защищены от короткого замыкания защитными крышками и так далее. Например, большие Li-Ion аккумуляторы (как в ИБП) вовсе нельзя перевезти авиатранспортом. Перед полетом проверяйте, можно ли носить с собой большой повербанк.

Иногда требования туманны, и по факту вам предстоит выбор:

• • лететь самолётом и выбросить аккумулятор в аэропорту,
• • либо отказаться от перелёта и выбрать другой транспорт.

Стоимость — высокая

Себестоимость литий-ионного аккумулятора на производстве примерно на 40% выше, чем у никель-кадмиевых элементов. При разработке массовых потребительских товаров любые дополнительные расходы являются серьёзной проблемой.

Завершённость технологии — незрелая

Li-Ion уже много лет на рынке, и это всё ещё незрелая технология. Она принадлежит к развивающейся области инвестирования и разработок. С одной стороны это недостаток.

Мы получаем незаконченный продукт, который много лет никто не может усовершенствовать и довести до значительного прогресса.

С другой стороны, новые литий-ионные технологии разрабатываются постоянно. Может ли это быть преимуществом? Если появляются более совершенные решения, то может, но пока таких по пальцам пересчитать.

Каким током заряжать li-ion аккумулятор 18650

Есть порядок восстановления работоспособности литиевого аккумулятора 18650 после падения напряжения до рабочего. Мы восстанавливаем емкость, измеряемую в ампер-часах. Поэтому вначале подключаем Li-ion аккумулятор форм-фактор 18650 к ЗУ, потом своими руками устанавливаем ток зарядки. Напряжение изменяется по времени, начальное 0,5 В. Как стабилизатор, ЗУ рассчитан на 5 В. Для сохранения работоспособности, благоприятными считают параметры 40-80 % от емкости.

Схема зарядки li-ion аккумулятора 18650 предполагает 2 этапа. Вначале нужно поднять напряжение на полюсах до 4,2 В, далее постепенным снижением силы тока стабилизировать емкость. Заряд считается полным, если сила тока снизилась до значения 5-7 мА, когда питание отключится. Весь цикл зарядки не должен превышать 3 часа.

Самая простая одногнездная китайская зарядка для li-ion аккумуляторов 18650 рассчитана на зарядный ток в 1 А. Но следить за процессом придется самостоятельно, переключать своими руками. Универсальные зарядные устройства дороги, но имеют дисплей и самостоятельно ведут процесс.

Как правильно зарядить Li-ion аккумулятор 18650 в ноутбуке? Подключение комплекта источников энергии в гаджете через Pover Bank. Батарея может заряжаться от сети, но важно отключать питание, как только блок набрал емкость.

Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор телефона, ноутбука и других устройств Как продлить жизнь аккумулятора?

Предисловие.

Вопрос, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы (и, соответственно, телефоны, планшеты, фотоаппараты и другие мобильные устройства), стал крайне актуальным в наши дни.

Это и понятно: от этого зависит и время работы устройства от одной зарядки, и, зачастую, срок жизни всего устройства в целом (если аккумулятор — несъёмный).

И, хотя общее управление процессом зарядки осуществляют контроллеры, встроенные либо в «зарядку», либо в заряжаемое устройство, от пользователя тоже кое-что зависит. Правильно заряжая (и расходуя) аккумулятор, пользователь может существенно продлить время его здоровой и счастливой жизни.

Сначала — небольшой научный экскурс, каково номинальное напряжение литий-ионных аккумуляторов, и как измеряется в мобильных устройствах процент их заряда.

Глава 1. Теория вопроса. Пределы заряда и разряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. Что и как показывают индикаторы заряда?

Стандартный одиночный литий-ионный (или литий-полимерный, Li-pol) аккумулятор (ячейка) имеет номинальное напряжение около 3.7 Вольт с разбросом в пределах 3.6 — 3.8 Вольт.

Данный номинал напряжения примерно соответствует зарядке на 50%. Свежезаряженный аккумулятор обычно имеет напряжение около 4.2 В; а за полностью разряженный принимается аккумулятор с напряжением 3.0 — 3.2 В.

На самом деле, аккумулятор можно разрядить и ниже 3 Вольт, но это уже опасно для его жизни и здоровья.

То же самое касается и заряда: выше 4.2 Вольт тоже зарядить можно, но это тоже опасно; причём уже не только для аккумулятора, но и для окружающих людей.

В наиболее типовом случае рабочая область напряжений литий-ионного аккумулятора в процессе работы составляет от 3.2 до 4.2 Вольт (нижнее значение менее 3 В используется редко).

В устройствах с литий-ионными аккумуляторами при индикации уровня заряда за ноль принимают нижний порог напряжения (т.е. 3.2 В, а не ноль Вольт); а верхний порог (4.2 В) принимается за 100%; промежуточные значения линейно аппроксимируются.

Смартфоны показывают уровень заряда аккумулятора в виде столбика, часто сопровождаемого цифрами процента заряда.

Многие смартфоны также рисуют и графики разряда и последующего заряда аккумулятора. «Правильный» график под равномерной тестовой нагрузкой выглядит так (взят из обзора Asus Zenfone 3 Zoom):

Здесь всё правильно и красиво: линейный спад заряда и последующее линейное нарастание с небольшим замедлением к концу процесса (уровни 4.2 V и 3.2 V проставлены автором статьи).

В некоторых смартфонах аппроксимация не столь точная, тогда там получаются вогнутые или выпуклые кривые (пример взят из обзора BQ-6001L Jumbo):

Для таких смартфонов пользователю уже надо учитывать, что к концу разряда проценты падают быстрее, и выключение телефона может наступить раньше, чем думает пользователь.

Бывают и совсем «кривые» случаи, когда кривая расхода может падать в конце почти мгновенно процентов на 20 (смартфон Zopo Hero 1):

Здесь пользователь уже сразу должен от показаний индикатора заряда отнимать эти 20%, чтобы не остаться неожиданно без связи. Кстати, кривая заряда тоже имеет аналогичный скачок, но вверх (в конце заряда).

Вред излишнего заряда литий-ионных аккумуляторов хорошо показан на следующем графике (взят из этой статьи):

Здесь хорошо видно, что при заряде свыше 4.2 Вольт количество возможных циклов заряда/разряда резко падает.

Для многоэлементных аккумуляторных батарей с последовательным соединением ячеек всё сказанное выше тоже действительно, но с умножением напряжения на количество последовательно подключенных ячеек.

Глава 2. Вредные факторы, влияющие на срок службы литий-ионных аккумуляторов и способы борьбы с ними

Самое главное для продления жизни аккумуляторов — не делать того, что они «не любят». А не любят они пять вещей: перегрев

,
переохлаждение
,
перезаряд
,
переразряд
и
превышение допустимого тока заряда/разряда
.

Сначала разберёмся с наиболее «простыми» случаями.

1.

Самый простой случай — это
переразряд
, поскольку в жизни с этим случаем встретиться крайне сложно.

Контроллеры питания, встроенные в мобильных устройствах, очень чётко предотвращают переразряд. Как правило, при падении напряжения ниже 3.0 — 3.2 В на ячейку аккумулятора, они мобильное устройство просто-напросто отключают.

Но пользователю, конечно, лучше не доводить мобильное устройство до такого состояния, и вовремя его подзарядить. Это тоже поможет «долголетию» аккумулятора!

2.

Следующая ситуация, с которой по жизни трудно столкнуться, это —
перезаряд
. Здесь тоже срабатывает контроллер аккумулятора, не давая напряжению на аккумуляторе подняться выше предельно-допустимого.

Но бывают в этом отношении и неприятные исключения. Обычно они встречаются в тех случаях, когда, согласно конструкции изделия, аккумулятор для зарядки нужно отключить от устройства, с которым он работает, и «автономно» подключить к зарядному устройству.

Такой способ зарядки означает, что контроллер аккумулятора находится в зарядном устройстве, а они, в свою очередь, иногда имеют «неполноценную» конструкцию с завышенным напряжением на выходе.

В этом случае крайне желательно проверить напряжение на выходе «зарядки» на холостом ходу. Если оно превышает 4.3 В, то использование такой зарядки будет вредным для аккумулятора.

Что касается в целом вопроса, до какого уровня лучше заряжать аккумулятор, то лучше его немного недозаряжать, остановившись на уровне 90-95% (хотя особой критичности этого фактора нет). В некоторых марках телефонов (напр., Sony) в процессе заряда индикаторный светодиод переключается с красного на зелёный не при 100%, а при 90%. Такие телефоны после переключения цвета на зелёный можно отключать от зарядки, не дожидаясь уровня заряда в 100%.

Остальные «вредные» ситуации — более «жизненны» и реально могут встретиться.

3. Переохлаждение

— частая ситуация, но, к счастью, не выводящая аккумулятор из строя «навсегда».

Наиболее критичным является охлаждение аккумулятора ниже нуля градусов (по Цельсию).

В этом случае падает одновременно и напряжение на аккумуляторе, и его ёмкость. Многие устройства автоматически отключаются.

Но эти неприятности — не навсегда. После прогрева аккумулятора до нормальной температуры все его свойства восстанавливаются; и даже возвращается куда-то исчезнувший было заряд.

Избежать переохлаждения можно естественными способами. Малогабаритные устройства (телефоны и т.п.) — держать в карманах «ближе к телу»; крупногабаритные (ноутбуки и т.п.) — обернуть на время транспортировки теплоизолирующим материалом.

4.

Более серьёзная и опасная проблема —
перегрев
.

Перегрев может возникать как из-за высокой температуры окружающей среды, так и из-за нагрева самого устройства в процессе работы; или и то, и другое одновременно. Кроме того, аккумулятор нагревается и в процессе его зарядки.

Нагрев аккумулятора свыше 40 градусов — не желателен, а свыше 60 градусов — опасен. И, в любом случае, такой нагрев сокращает срок жизни аккумулятора; независимо от того, работает ли аккумулятор на нагрузку, или просто «лежит».

В деле спасения аккумулятора от перегрева есть много как очевидных способов, так и «тонкостей».

Краткий список способов уменьшения нагрева:

— не класть устройство (например, телефон) на освещенное прямыми солнечными лучами место;

— не класть рядом с нагревательными приборами, а также на любые тёплые предметы (например, на компьютер);

— не класть в места с затруднённой вентиляцией;

— не заряжать сильным током («тонкости » этого вопроса будут рассмотрены чуть далее).

Кроме того, при высокой вычислительной нагрузке (например, в играх) благоразумным будет извлечь телефон из чехла (обложки), поскольку чехол затрудняет теплоотвод.

Для производительных ноутбуков при интенсивной нагрузке есть смысл использовать охлаждающие подставки.

5.

Переходим к разбору следующего «вредного» пункта —
зарядке аккумулятора слишком высоким током
.

Хотя, как уже говорилось выше, процесс заряда контролируется соответствующим контроллером, пользователь тоже имеет возможность повлиять на течение этого процесса.

Снижение тока заряда одновременно и уменьшит нагрев аккумулятора, и более равномерно будет воздействовать на разные участки рабочего вещества аккумулятора.

Сама возможность превышения допустимого тока часто возникает из-за упрощенной работы контроллера, не слишком точно настроенного под применённый аккумулятор. Также некоторое значение может иметь и разброс выходного напряжения зарядного устройства (обычно +/- 5%).

Очень сильное значение может иметь длина и толщина жил соединительного кабеля между зарядным устройством и аккумулятором. И не всегда чем кабель лучше — тем лучше.

Снизить ток заряда можно, по существу, двумя способами: использованием более длинного или более тонкого кабеля; а также применением вместо зарядного устройства с «быстрой зарядкой» обыкновенного зарядного устройства.

В некоторых статьях рекомендуют с этой же целью применять зарядное устройство с меньшим выходным током. Это, уважаемые читатели, бред

! Дело в том, что обозначенные на зарядных устройствах напряжение и ток на выходе имеют разный смысл.

Для напряжения указано номинальное

значение; а для тока —
предельно-допустимое
значение. Применив более слабое по выходному току ЗУ, чем того требуют спецификации заряжаемого устройства, пользователь нарушит допустимый режим по току, и ничего хорошего из этого не выйдет (последствия зависят от наличия схемы защиты от перегрузки и качества её работы).

Вернёмся к вопросу о применении более длинного кабеля для снижения тока заряда.

В наиболее распространённом случае, когда зарядное устройство для телефона имеет стандартный USB-выход на 5 Вольт, этот вопрос решается легко: достаточно приобрести USB-удлинитель на 1-3 метра и дополнительно его подключить между ЗУ и штатным зарядным кабелем телефона.

Применять эту хитрость смысл есть в том случае, когда зарядка телефона осуществляется в «неспешном» порядке (например, так можно оставить заряжаться на ночь).

Если же стоит обратная задача — зарядить телефон как можно больше за ограниченное время

, то, наоборот, надо воспользоваться как можно более коротким кабелем. Например, можно использовать штатный кабель от какого-либо повербанка (power bank): они там имеют длину 15-30 см.

В случаях, когда Вы являетесь владельцем телефона с «быстрой зарядкой», можно продлить жизнь аккумулятора, отказавшись от её использования в «неспешных» случаях. Для этого достаточно использовать вместо ЗУ с «быстрой зарядкой» обычное ЗУ на 5 Вольт и на такой же максимальный ток, какой обозначен на устройстве с «быстрой зарядкой» (обычно — 2 Ампера).

Дополнительно о вреде «быстрой зарядки» можно прочитать в этой небольшой статье на портале ixbt.

Отдельно и особо надо рассмотреть вопрос и о «модных» портативных аккумуляторах (повербанках) с солнечной батареей.

В этих «модных» повербанках (power bank) соединены вместе все способы укорочения жизни аккумуляторов.

Во первых, зарядка на прямых солнечных лучах приводит к повышенному нагреву аккумуляторов (примерно на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды).

А во-вторых, зарядка от солнечных элементов там часто делается напрямую, минуя контроллер, что может привести и к перезаряду аккумуляторов.

В связи с этим крайне не желательно

заряжать такие устройства с помощью солнечной батареи. Если уж у Вас оказался повербанк с солнечной батареей, заряжайте его всё равно «обычным» способом, т.е. от сетевого адаптера.

А возможность зарядки от солнечной батареи пусть останется на случай чрезвычайных обстоятельств в походе.

И, в заключение этой главы, пара рекомендаций о хранении неиспользуемых (резервных) аккумуляторов и редко используемых (повербанках и т.п.).

Специалисты не рекомендуют оставлять на хранение полностью заряженные аккумуляторы. Желательно оставлять их на хранение с уровнем заряда 40-60%. А когда дело дойдёт до их применения, то непосредственно перед применением зарядить до номинала.

Ну, и совсем идеальное их хранение — это в сухом прохладном месте; например — в холодильнике при температуре от нуля до 5 градусов выше нуля (если позволяет место).

Дополнение

от 26.05.2019: есть сильное подозрение, что беспроводные зарядки тоже могут вредить аккумуляторам. Подробности — на iguides.ru.

Дополнение

от 11.07.2019: в Интернете появилась база тестов аккумуляторов (не только литий-ионных); расположена на сайте https://telnov.wiki/.

Ваш Доктор

. 20 января 2022 г.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Другие статьи цикла «Как устроен смартфон»:

— Что такое USB OTG в смартфоне и планшете?

— Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.

— Вскрытие (разборка) камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона)

— Съемка камерой мобильного телефона (смартфона). Параметры камер мобильных телефонов. Основные характеристики, проблемы и примеры дефектов на снимках. Как выбрать смартфон с хорошей камерой?

— Фотосъемка в режиме HDR (High Dynamic Range) в смартфоне. Что это такое, какая польза и когда можно использовать?

— Вскрытие (разборка) литий-ионного аккумулятора

В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик. Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов — в Ваших же интересах!

Комментарии вКонтакте:

Комментарии FaceBook:

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

Восстановление li-ion аккумулятора 18650

Если АКБ отказывается работать, это может проявиться так:

• Источник энергии быстро разряжается.
• Аккумулятор сел и не заряжается вообще.

Быстро разрядиться может любой источник, если емкость пропала. Именно этим страшен перезаряд и глубокий разряд, от которых ставится защита. Но нет спасения от естественного старения, когда хранение на складе ежегодно снижает емкость банок. Способов регенерации нет, только замена.

Что делать, если аккумулятор не заряжается после глубокого разряда? Как восстановить li-ion 18650? После отключения аккумулятора контроллером, в нем еще есть запас энергии, способный выдать 2.8-2.4 В напряжения на полюсах. Но зарядное устройство не распознает заряд до 3,0В, ему все, что ниже, то и ноль. Можно ли разбудить аккумулятор, запустить химическую реакцию вновь? Что нужно сделать, чтобы поднять заряд li-ion 18650 до 3,1 -3,3В? Нужно использовать способ «толкнуть» аккумулятор, дать ему необходимый заряд.

Не вдаваясь в расчеты, используйте предложенную схему, смонтировав ее с резистором 62 Ом (0,5Вт). Здесь использован блок питания на 5 В.

Если резистор греется, на литиевом аккумуляторе ноль, значит, есть КЗ или неисправен модуль защиты.

Как восстановить литиевый аккумулятор 18650, используя универсальное ЗУ? Выставить ток заряда 10 мА, и выполнить предзарядку, как написано в инструкции к прибору. После поднятия напряжения до 3,1 В зарядить в 2 этапа по схеме SONY.

Зарядка кобальто-купажированных АКБ

Классические конструкции литий-ионных батарей оснащены катодами, структуру которых составляют материалы:

• кобальт,
• никель,
• марганец,
• алюминий.

Все они обычно заряжаются напряжением до 4,20В/я. Допускаемое отклонение составляет не более +/- 50 мВ/я. Но есть также отдельные виды литий-ионных аккумуляторов на основе никеля, которые допускают величину заряда напряжением до 4.10В/я.

Также есть разработки литий-ионных АКБ, где увеличена процентная доля лития. Для них напряжение заряда может достигать значения 4,30В/я и выше. Что же, увеличение напряжения увеличивает емкость, но выход напряжения за пределы спецификации чреват разрушением структуры АКБ. Поэтому в массе своей литий-ионные аккумуляторы оснащаются защитными цепями, цель которых держать установленную норму.

Полный или частичный заряд

Рекомендуемая норма заряда энергетической ячейки кобальто-купажированных АКБ варьируется от 0,5С до 1C. Времени для полного заряда достаточно 2-3 часа. Производители таких батарей рекомендуют заряжать их при норме 0.8C или даже меньше того, объясняя это положительными условиями для продления срока службы литий-ионной АКБ.

Однако практика показывает: большинство мощных литий-ионных АКБ могут принимать более высокий уровень напряжения при условии его кратковременной подачи. При таком варианте эффективность зарядки составляет около 99%, а ячейка остается холодной в процессе всего времени заряда. Правда, некоторые литий-ионные батареи всё таки нагреваются на 4-5C при достижении полного заряда.

Возможно, это связано с защитой или объясняется высоким внутренним сопротивлением. Для таких АКБ следует останавливать заряд при росте температуры более 10ºC на умеренной норме заряда.

Полная зарядка кобальто-купажированных систем наступает с пороговым значением напряжения. При этом ток падает на величину до 3 -5% от номинала.

Аккумулятор будет показывать полный заряд и при достижении какого-то уровня ёмкости, остающегося неизменным в течение продолжительного времени. Причиной этому может стать повышенный саморазряд батареи.

Увеличение тока заряда и заряд насыщения

Следует отметить: увеличение тока заряда не ускоряет достижение состояния полного заряда. Литий-ионная батарея достигнет пика напряжения быстрее, но заряд до полного насыщения ёмкости требует больше времени. Тем не менее, зарядка аккумулятора большим током быстро увеличивает ёмкость батареи примерно до 70 %.

Литий-ионные аккумуляторы не поддерживают обязательной полной зарядки, как в случае с кислотно-свинцовыми приборами. Мало того, именно такой вариант зарядки нежелателен для Li-ion. Фактически, лучше зарядить АКБ не полностью, потому что высокое напряжение «напрягает» аккумулятор.

Выбор порога более низкого напряжения или полного съёма заряда насыщения способствуют продлению срока службы литий-ионной батареи. Правда, такой подход сопровождается уменьшением времени отдачи энергии АКБ.

Здесь следует отметить: зарядные устройства бытового назначения, как правило, работают на максимальной мощности и не поддерживают регулировки зарядного тока (напряжения). Производители бытовых зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов считают продолжительный срок службы менее важным фактором, чем затраты на усложнение схемных решений.

Зарядные устройства литий-ионных батарей

Некоторые дешевые зарядные устройства бытового назначения часто работают по упрощенной методике. Заряжают литий-ионный аккумулятор в течение одного часа и менее, без перехода на заряд насыщения.

Индикатор готовности на таких устройствах загорается, когда батарея достигает порога напряжения на первом этапе. Состояние заряда при этом составляет около 85%, что нередко удовлетворяет многих пользователей.

Зарядные устройства профессионального назначения (дорогостоящие) отличаются тем, что устанавливают порог зарядного напряжения ниже, тем самым продлевая срок службы литий-ионной батареи.

В таблице показаны расчетные мощности при заряде такими устройствами на разных пороговых значениях напряжения, с зарядом насыщения и без такового:

Напряжение заряда, В/на ячейку	Ёмкость при отсечке высокого напряжения, %	Время заряда, мин	Ёмкость при полном насыщении, %
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

Как только литий-ионный аккумулятор начинает заряжаться, отмечается быстрый рост напряжения. Такое поведение сравнимо с подъёмом груза резиновой лентой, когда имеет место эффект отставания.

Емкость, в конечном итоге, будет набрана, когда аккумулятор полностью зарядится. Такая характеристика заряда типична для всех АКБ. Чем выше ток заряда, тем ярче эффект резиновой ленты. Низкая температура или наличие ячейки с высоким внутренним сопротивлением лишь усиливают эффект.

Оценка состояния заряда путем считывания напряжения заряженной батареи нецелесообразна. Измерение напряжения разомкнутой цепи (холостой ход) после того, как батарея покоилась несколько часов, является лучшим оценочным индикатором.

Как и для других батарей, температура влияет на холостой ход точно так же, как влияет на активный материал литий-ионной АКБ. Состояние заряда смартфонов, ноутбуков и других устройств оценивается путем подсчета кулонов.

Литий-ионный АКБ: порог насыщения

Литий-ионный аккумулятор не способен поглощать избыточный заряд. Поэтому при полном насыщении аккумулятора ток заряда сразу необходимо снять. Постоянный текущий заряд может привести к металлизации элементов лития.

Такая ситуация нарушает принцип обеспечения безопасности эксплуатации таких АКБ. Чтобы свести к минимуму образование дефектов, следует как можно быстрее отключать литий-ионный аккумулятор при достижении пика заряда.

Как только заряд прекращается, напряжение литий-ионного аккумулятора начинает падать. Проявляется эффект уменьшения физического напряжения. Некоторое время напряжение холостого хода будет распределяться между неравномерно заряженными ячейками с напряжением 3,70 В и 3,90 В.

Здесь также обращает на себя внимание процесс, когда литий-ионная батарея, получившая полностью насыщенный заряд, начинает заряжать соседнюю (если таковая включена в схему), не получившую заряд насыщения.

Когда литий-ионные батареи требуется постоянно держать в зарядном устройстве с целью обеспечения их готовности, следует делать ставку на зарядные устройства, имеющие функцию кратковременного компенсационного заряда.

Зарядное устройство с функцией кратковременного компенсационного заряда включается, если напряжение разомкнутой цепи падает до 4.05 В/я и выключается при достижении напряжения 4.20 В/я.

Зарядные устройства, предназначенные для оперативной готовности или для работы в режиме ожидания, часто позволяют снизить напряжение батареи до 4,00В/я и заряжают литий-ионные АКБ только до уровня 4,05В/я, не давая достичь полного уровня 4.20В/я.

Подобная методика снижает напряжение физическое, неотъемлемо связанное с напряжением техническим, и способствует продлению срока службы батареи.

Заряд безкобальтовых аккумуляторов

Аккумуляторы в традиционном исполнении имеют номинальное напряжение ячейки равное 3,60 вольта. Однако для приборов, не содержащих кобальта, номинал другой. Так, литий-фосфатные аккумуляторы обладают номиналом 3,20 вольта (зарядное напряжение 3,65В). А новые литий-титанатные аккумуляторы (производство Россия) имеют номинальное напряжение ячейки 2,40В (зарядное 2,85).

Для таких батарей традиционные зарядные устройства не подходят, так как перегружают АКБ с угрозой взрыва. И наоборот, система зарядки для безкобальтовых батарей не обеспечит достаточным зарядом на 3,60В традиционный литий-ионный аккумулятор.

Превышенный заряда литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор безопасно работает в пределах заданных рабочих напряжений. Однако работа батареи становится нестабильной, если она заряжается выше рабочих норм. Длительная зарядка литий-ионной батареи напряжением выше 4,30В, предназначенной под рабочий номинал 4.20В, чревата металлизацией анода литием.

Материал катода, в свою очередь, приобретает свойства окислителя, утрачивает стабильность состояния, выделяет углекислый газ. Давление аккумуляторной ячейки нарастает и если заряд продолжается, устройство внутренней защиты сработает при давлении от 1000 кПа до 3180 кПа.

Если же рост давления продолжается и после этого, открывается защитная мембрана при уровне давления 3,450 кПа. В таком состоянии ячейка литий-ионного аккумулятора находится на грани взрыва и в конечном итоге именно так и происходит.

Срабатывание защиты внутри литий-ионного аккумулятора связано с повышением температуры внутреннего содержимого. Полностью заряженная аккумуляторная батарея имеет более высокую внутреннюю температуру, чем частично заряженная.

Поэтому литий-ионные батареи видятся более безопасными при условии низкоуровневой зарядки. Вот почему власти некоторых стран требуют использовать в самолётах Li-ion АКБ, насыщенные энергией не выше 30% от их полной ёмкости.

Порог внутренней температуры батарей при полной загрузке составляет:

• 130-150°C (для литий-кобальтовых);
• 170-180°C (для никель-марганец-кобальтовых);
• 230-250°C (для литий-марганцевых).

Следует отметить: литий-фосфатные аккумуляторы обладают лучшей температурной устойчивостью, чем литий-марганцевые АКБ. Литий-ионные батареи не единственные из числа тех, что представляют опасность в условиях энергетической перегрузки.

К примеру, свинцово-никелевые аккумуляторы также предрасположены к расплавлению с последующим возгоранием, если насыщение энергией выполняется с нарушениями паспортного режима. Поэтому применение зарядных устройств, идеально подходящих к батарее, имеет первостепенное значение для всех литий-ионных аккумуляторов.

Некоторые выводы от анализа

Заряд литий-ионных батарей отличается упрощённой методикой по сравнению с никелевыми системами. Схема зарядки прямолинейная, с ограничениями напряжения и тока. Такая схема значительно проще, чем схема, анализирующая сложные сигнатуры напряжения, изменяющиеся по мере эксплуатации батареи. Процесс насыщения энергией литий-ионных батарей допускает прерывания, эти аккумуляторы не нуждается в полном насыщении, как в случае с кислотно-свинцовыми АКБ.

Свойства литий-ионных аккумуляторов обещают преимущества в работе возобновляемых источников энергии (солнечных панелей и ветряных турбин). Как правило, солнечная панель или ветрогенератор редко обеспечивают полный заряд аккумулятора.

Для литий-иона отсутствие требований стабильной подзарядки упрощает схему контроллера заряда. Литий-ионный аккумулятор не требует контроллера, выравнивающего напряжение и ток, как того требуют свинцово-кислотные АКБ.

Все бытовые и большинство промышленных литий-ионных зарядных устройств полностью заряжают аккумулятор. Однако существующие устройства зарядки литий-ионных батарей в массе своей не обеспечивают регуляцию напряжения в конце цикла.

Отсутствие этого функционала оборачивается сокращением срока службы аккумуляторов. Производители несовершенных зарядных устройств объясняют казус усложнением схемы и общим удорожанием приборов.

Инструкция: как заряжать литий-ионные батареи

1. Выключить устройство-потребитель (отключить дополнительную нагрузку от зарядного устройства). Паразитная нагрузка снижает эффективность зарядного устройства.
2. Заряжать литий-ионный аккумулятор только при умеренной температуре. Запрещается заряжать батарею при минусовых температурах.
3. Отдавать приоритет частичному (неполному) заряду до уровня 80-85%.
4. Прекратить заряд если корпус аккумулятора нагревается до температуры выше 50-60ºС.
5. Обязательно зарядить литий-ионную батарею перед отправкой на хранение.