Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.
В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:
У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.
Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.
Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):
| Обозначение | Типоразмер | Схожий типоразмер |
|---|---|---|
| XXYY0
, где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины) | |
| 10280 | ||
| 10430 | ААА | |
| 10440 | ААА | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø АА, длина CR2 | |
| 14430 | Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше | |
| 14500 | АА | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (или 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (или 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (или 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | С | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.
Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.
Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .
Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.
1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).
Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.
Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.
Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.
В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.
2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.
На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.
По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.
Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.
За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.
Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.
Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.
На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.
Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.
Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).
Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.
Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:
Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.
Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:
1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?
Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.
Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.
2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?
Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:
T = С / I зар.
Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.
3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?
Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.
Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.
В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:
В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.
Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:
Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.
Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.
Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.
Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.
На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").
Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.
Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).
Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.
Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:
Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.
Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.
Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).
LM317 бывает в разных корпусах:
Назначение выводов (цоколевка):
Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).
Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .
Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:
Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.
Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.
MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).
Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.
Подробное описание этих микросхем от производителя - .
Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.
Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.
При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.
В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.
Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.
Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:
Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.
Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .
Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().
Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.
Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.
Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).
Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.
Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.
Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).
Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.
Типовая схема включения взята из :
Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.
Зарядка в сборе выглядит так:
Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.
Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:
Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.
Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):
Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.
I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.
Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.
Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).
Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.
LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).
Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.
Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).
Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:
Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:
Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.
Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:
Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.
Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).
Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.
Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.
Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).
Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).
Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).
Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).
Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.
Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.
Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.
Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).
Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).
Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.
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. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).
Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!
Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.
Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).
В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.
Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).
Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.
Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:
Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.
Более подробное описание находится в .
Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.
Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.
Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:
Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.
Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.
Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:
U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта
Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.
Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.
Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:
R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом
Мощность рассеивания резистора:
P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт
В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:
I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А
Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).
Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.
Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .
Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).
Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).
Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.
Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.
Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.
Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.
И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.
Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.
Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.
О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.
Первый аккумулятор на основе лития появился в 1991 г. Но только на фоне популяризации мобильных телефонов устройства Li-ion также получили широкую востребованность. На данный момент литиевые аккумуляторы используются всюду, где требуется автономное обеспечение работы электронного или технического устройства. Аккумуляторы снабжают энергией бытовую технику, электроинструмент, гаджеты и различное оборудование. За счет низкого порога саморазрядки, возможности восполнять энергию не дожидаясь полного расхода запаса питания и богатого ресурса батареи Li-ion способны поддерживать работу аппаратов, требующих высокую мощность.
По конструкции Li-ion батареи производятся в призматическом и цилиндрическом исполнениях. Изготовление призматических аккумуляторов происходит путем накладывания пластин прямоугольной формы одна на другую. В таких моделях предусматривается более плотная упаковка по сравнению с цилиндрическими аналогами, но приходится интенсивнее обеспечивать сжимающие усилия в отношении электродов. Цилиндрическое устройство литиевого аккумулятора представляет собой упаковку с электродами и сепаратором, свернутую в рулон и заключенную в металлический каркас, соединяющийся с минусовым электродом. Плюсовой же электрод батареи выведен на крышку по специальному изолятору. К слову, рулонный принцип сборки используется и в некоторых версиях призматических моделей в виде эллиптической спирали. В такой конструкции объединяются преимущества обеих разновидностей литиевых аккумуляторов.
Специалисты не рекомендуют использовать аккумуляторы до полного расхода энергии. У литиевых устройств нет эффекта памяти, которым обладают другие виды батарей. На практике это означает, что необходимо заряжать аккумулятор до того, как его уровень опустится до нуля. Кстати, число циклов, по которым осуществляется зарядка литиевых аккумуляторов, является показателем долговечности источников питания - производители указывают эту цифру в маркировке.
К примеру, для качественных моделей количество циклов может составлять 600. В целях увеличения эксплуатационного срока батареи Li-ion стоит регулярно заряжать устройство. Оптимальный уровень, по достижении которого стоит начинать зарядку, составляет 15%. Данная мера способна увеличить число циклов до 1 100.
Литиевые батареи заряжаются по смешанной схеме, то есть сначала от постоянного тока в 1С до среднего показателя напряжения 4,2 В, а затем при постоянном уровне напряжения. Первичный этап по времени длится порядка 40 мин, а второй - дольше. Стоит отметить, что только аккумуляторы литиевые в современном исполнении могут заряжаться при напряжении до 4,2 В. Промышленные и военные модели батарей имеют более высокий эксплуатационный срок, чем стандартные модели, в результате чего порог окончания их заряда был отодвинут до 3,90 В.
Процесс выполнения зарядки литиевого элемента током 1С, как правило, занимает 2,5 ч. Аккумулятор Li-ion полностью восполняет энергию, когда уровень его напряжения соответствует аналогичным показателям отсечки. В это же время ток должен снижаться приблизительно на 3% относительно изначального заряда. Существует мнение, что аккумуляторы литиевые при увеличении тока заряжаются быстрее. На деле это не так, однако повышенный ток заряда способствует росту напряжения, при этом подзарядка с момента окончания первой стадии требует больше времени.
В некоторых разновидностях приборов зарядка литиевых аккумуляторов отнимает менее 1 ч. Сокращение времени обусловлено тем, что вторая стадия цикла отсутствует и сразу после завершения первого этапа аккумулятор можно использовать. Но есть один нюанс: батарея не полностью восполняет свой энергетический запас - он составляет лишь 70%.
Казалось бы, в чем смысл подобной схемы заряда? Такой подход выгоден, если требуется проведение нескольких циклов быстрой зарядки. Например, шуруповерт с литиевым аккумулятором на каждую операцию будет требовать по 30 мин, после чего можно ставить на зарядку текущий аккумулятор и продолжать работу с запасным (электроинструмент обычно комплектуется двумя батареями).
Начинать зарядку рекомендуется до того, как энергия сведена к нулю, тем не менее один раз в месяц все же стоит полностью разряжать После этого следует использовать оригинальное зарядное для литиевых аккумуляторов с целью 100-процентного восполнения энергии. Потребность в этой процедуре обусловлена особенностью батарей Li-ion. Опытные пользователи устройств, работающих на литиевых элементах, могли заметить, что индикация оставшегося заряда не всегда корректна. Например, экран планшета отображает, что аппарат разряжен лишь на 50% - на деле же «посадить» батарею могут всего 10 минут активной работы.
Для профилактики подобных нестыковок литиевые аккумуляторы следует полностью разряжать. В результате устройство сможет более точно рассчитать возможности источника питания и достоверно отобразить информацию на дисплее.
Хотя питание мобильных устройств и других гаджетов, для работы которых требуются аккумуляторы литиевые, несравнимо по энергозатратам с мощной бытовой техникой, несколько простых советов помогут не только сэкономить на электричестве, но и продлить ресурс аппаратов:
Долговечность - одна из сильных сторон батарей Li-ion. Так, годовое снижение объема в результате саморазряда составляет не более 10%. Несмотря на это, в эксплуатации следует учитывать химические и конструкционные методы сбережения батарей от перегрева. Если современные аккумуляторы литиевые имеют предусмотренную защиту от неправильного подхода к зарядке, то температурные воздействия по-прежнему представляют для них опасность. Поэтому рекомендуется сокращать любые излишние нагревы аккумуляторов. Впрочем, и в этом направлении производители ведут работу. Использование катодных элементов, в частности, позволит увеличить термическую безопасность литиевых источников питания.
Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.
Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.
Немного терминов:
DoD - Depth of Discharge - глубина разряда.
SoC - State of Charge - уровень заряда.
Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.
В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности .
По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).
Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.
Li-Ion аккумуляторы успешно используются в различных портативных устройствах. Востребованы они и при оснащении электроприводом транспортных средств. Аккумуляторные батареи этой группы не терпят превышения напряжения при заряде. Поэтому в целях безопасности они используются совместно с системой контроля и управления - BMS. Такие системы используются для ограничения тока заряда на границе 95% и степени разряда на значении 15-20%. Это важно для продления срока эксплуатации источников питания, поскольку при глубоком разряде литиевая АКБ теряет способность заряжаться.
Особенности литий ионных аккумуляторов зависят от содержащегося в них материала катода. По этому критерию семейство Li-Ion батарей подразделяется на 3 основных класса:
В таблице приведены характеристики и особенности литиевых аккумуляторов, с указанием усредненных значений параметров.
Литий-ионные аккумуляторные батареи имеют:
Основные особенности зарядки Li-ion аккумуляторов заключаются в следующем:
Хранить Li-Ion батареи рекомендуется с уровнем заряда 40 75%, при температуре около 5 С. Хранение в прохладном месте(но не ниже 0 °С) значительно уменьшает саморазряд. Длительность хранения таких устройств колеблется от 2 до 5 лет. Стоит учесть, что литиевые АКБ подвержены старению - даже если они не эксплуатируются, а просто хранятся на полке, со временем их свойства ухудшаются.
Подробнее о том, как работают литий-ионные аккумуляторные батареи, читайте здесь.
Все в этом мире хотят внимания к себе. Думаете, это касается только живых существ? Ничего подобного! Наши верные помощники – смартфоны, планшеты, умные часы, фитнес-трэкеры и другие гаджеты не меньше нас с вами нуждаются в бережном отношении и постоянном внимании. В чем это выражается?
Ну, скажем, как пользователь обращается со своим девайсом – так он ему потом и служит. И это факт.
Но даже если с устройства пылинки сдувать – все же есть одна потребность любого устройства, без которого нормальная работа просто невозможна. Эта потребность – в хорошем и своевременном питании. Если вовремя не подкормить энергией своего помощника, он просто-напросто выключится. Причем, если батарея разрядилась до определенного уровня, при котором устройство уже не может нормально выполнять свои функции – это еще полбеды. А вот если в таком случае в ближайшее время не поставить смартфон (или другой гаджет) на зарядку, то через некоторое время могут возникнуть проблемы.
Дело в том, что во всех современных устройствах используются Li-ion аккумуляторные батареи, которые оборудованы своим собственным контроллером, который и контролирует уровень заряда и уровень разряда батареи, причем он работает независимо от такого же контроллера в схеме телефона или другого устройства.
Когда телефон сигнализирует о критически низком уровне заряда – это заслуга контроллера, встроенного в схему телефона. Последний отключается, но его можно зарядить.
Если же телефон вовремя не поставить на зарядку, то аккумулятор будет продолжать разряжаться. При достижении критически низкого уровня заряда, при котором может начаться процесс плавной деградации самой батареи, сработает встроенный в АКБ контроллер, и отключит контакты АКБ от схемы телефона. Это и есть тот случай, при котором телефон может абсолютно не реагировать на подключение зарядного устройства – телефон «не видит» аккумуляторную батарею и процесс заряда не начинается.
В таком случае неподготовленному пользователю без сторонней помощи (сервисного центра или хорошего друга, который понимает в этом толк) не обойтись.
Для восстановления работоспособности батареи, необходимо напрямую (без участия схемы телефона) подать на ее клеммы, в соответствии с полярностью, напряжение — не более 4,2 Вольт.
Вся соль заключается в том, что:
— не у каждого рядового пользователя найдется дома подходящий источник питания.
Хотя известны случаи, когда люди подключали свои батареи, а иногда и телефоны(!) со вставленными в них батареями с помощью проводов напрямую в зарядному устройству. При этом наугад, без соблюдения полярности и уровня напряжения. А ведь многие ЗУ имеют на выходе даже не 5В, а 7- 16В. Чаще всего такие телефоны и их АКБ выходили из строя.
— не все телефоны позволяют извлечь АКБ без частичной или полной разборки. А для этого необходимо иметь соответствующий инструмент и навыки. Опять дорога в сервисный центр или к знакомому специалисту.
В качестве примера недавний случай – iPhone 5 разрядился и долгое время не заряжался, так как при неаккуратном использовании был поврежден USB-кабель. После покупки нового кабеля смартфон никак не реагировал на зарядку…
Для разборки iPhone 5 необходим некоторый инструмент, отличающийся от инструмента для других телефонов: специальная отвертка для iPhone 4 / 4S / 5 Pentalobe *0.8 и присоска для поднятия верхней панели, которым является экран.
Откручиваем на нижнем торце телефона 2 винта, после чего устанавливаем присоску в рабочее положение в нижней части экрана – ближе к кнопке “Home”.
Аккуратно, без резких движений с помощью присоски поднимаем дисплей вверх.
Придерживая, откручиваем крестообразной отверткой металлическую пластину, прижимающую коннектор дисплея и отключаем шлейфы дисплея и тачскрина. Дисплей с рамкой откладываем в сторону.
Откручиваем похожую металлическую пластину, которая фиксирует коннектор АКБ и аккуратно, чтобы не повредить шлейф, отключаем АКБ от платы.
С помощью мультиметра можно измерить уровень заряда батареи. При не включающемся телефоне он может быть ниже 3,2 – 3,4В. А если телефон даже не реагирует на подключение зарядного устройства, уровень напряжения может быть ниже 3 Вольт или вообще отсутствовать. Это значит, что внутренний контроллер обесточил выходные клеммы АКБ во избежание дальнейшей нагрузки на нее.
Соблюдая полярность, подать на клеммы батареи от внешнего источника питания напряжение уровня 3,7 – 4,2 Вольт. В зависимости от остаточной емкости аккумулятора, время «прикуривания» может длиться от нескольких минут до нескольких десятков минут.
Для контроля, проверяем мультиметром, взял ли аккумулятор заряд. При этом для уверенного включения смартфона на клеммах должно быть напряжение 3,6 Вольт и более.
Главное, чтобы он включился, а дозарядить до 100% необходимо с помощью штатного зарядного устройства.
Производим сборку в обратном порядке и обязательно ставим на зарядку.
На этом все.
Подробнее об устройстве Li-ion аккумулятора и его работе в мобильных телефонах можно прочитать здесь.
Удачных Вам ремонтов!!!
Если аккумуляторная батарея Li-Ion не заряжается, необходимо определить, в чем причина возникшей проблемы. Это может быть:
Чтобы понять, почему литиевый аккумулятор не заряжается, желательно обратиться к специалистам, чтобы они протестировали устройство.
В процессе своего использования литий-ионные батареи постепенно утрачивают способность держать заряд. Большое количество циклов заряда-разряда и продолжительное влияние повышенных температур приводит к нарушениям в перемещениях ионов лития и дальнейшей смерти батареи. Также причиной того, что аккумулятор Li-Ion не заряжается, может стать проблема коррозии проводников тока. Поврежденный коррозией металл неспособен полноценно перемещать электроны.
Причиной возникновения коррозии в АКБ обычно становится взаимодействие электродов с электролитом. Графит уже с 1-й зарядки АКБ взаимодействует с электролитом. Вследствие такого взаимодействия формируется пористый слой, оберегающий анод от последующих воздействий. Он эффективен в нормальном температурном режиме, но при повышенных значениях температуры и чрезмерном разряде накопителя частично растворяется в электролите. При возобновлении нормальных условий создается новый защитный слой, но на этот процесс тратится литий. В итоге, батарею приходится заряжать все чаще.
Если же слой, защищающий графитовый анод, сильно утолщается, он препятствует свободному перемещению ионов лития. В итоге снижается емкость АКБ. Поэтому при использовании литий-ионных аккумуляторов очень важно избегать критического разряда и экстремальных температур. Если же пренебрегать этими требованиями, очень скоро можно задаться вопросом - почему же литий ионный аккумулятор не заряжается?
Заряжаются такие накопители в комбинированном режиме: сначала около 40 минут при неизменном токе(из промежутка 0,2С - 1С) до значения напряжения 4,1-4,2 В(руководствуясь рекомендациями производителя), а затем при неизменном напряжении. Второй этап зарядки длится дольше.
Быстрее можно зарядить АКБ при импульсном режиме. Длительность заряда при использовании тока 1С - 2-3 часа. Батарея считается заряженной, когда напряжение достигает значения напряжения отсечки, а ток заряда падает примерно до 3% от исходного значения.
Литий-ионные батареи боятся перезаряда при превышении зарядного напряжения сокращается ресурс аккумулятора, а также возникает риск теплового разгона, увеличения давления и разгерметизации АКБ.
Для безопасной работы таких накопителей используются платы BMS, не допускающие повышения зарядного напряжения выше критического значения. Дополнительно элемент защиты завершает заряд при нагреве АКБ до 90 С. Также причиной того, что Li-Ion не заряжается, может стать срабатывание защитного клапана в элементе из-за увеличения давления внутри его корпуса.
О том, какие литий-ионные батареи лучше в эксплуатации, читайте в нашем предыдущем материале.
comments powered by HyperComments
Среди самых современных аккумуляторов особое место занимают литиевые. В химии литий из металлов самый активный.
Он обладает огромным ресурсом хранения энергии. 1 кг лития способен хранить 3860 ампер-часов. Хорошо известный цинк сильно отстаёт. У него этот показатель равен 820 ампер-часов.
Элементы на основе лития могут вырабатывать напряжение до 3,7V. Но лабораторные образцы способны вырабатывать напряжение около 4.5V.
В современных литиевых аккумуляторах чистый литий не применяется.
Сейчас распространены 3 типа литиевых аккумуляторов:
Литий-ионные (Li-ion ). Номинальное напряжение (U ном.) - 3,6V;
Литий-полимерные (Li-Po , Li-polymer или «липо»). U ном. - 3,7V;
Литий-железо фосфатные (Li-Fe или LFP ). U ном. - 3,3V.
Все эти типы литиевых аккумуляторов различаются материалом катода или электролита. В Li-ion используется катод из кобальтата лития LiCoO 2 , в Li-Po применён электролит из гелеобразного полимера, а в Li-Fe используется катод из литий-ферро-фосфата LiFePO 4 .
Любой литиевый аккумулятор (или устройство в котором он работает) оснащён небольшой электронной схемой — контроллером заряда/разряда.
Так как аккумуляторы на основе лития очень чувствительны к перезаряду и глубокому разряду, это необходимо. Если "расковырять" любой литиевый аккумулятор от сотового телефона, то в нём можно обнаружить небольшую электронную схему — это и есть защитный контроллер (Protection IC ).
Если встроенного контроллера (или супервизора заряда) в литиевой батареи нет, то такой аккумулятор называют незащищённым. В таком случае контроллер встроен в прибор, который питается от такой батареи, а зарядка возможна только от прибора или от специального зарядного устройства.
На фото показан незащищённый Li-Po аккумулятор Turnigy 2200 mAh 3C 25C Lipo Pack . Данная акк.батарея состоит из 3 последовательно включенных ячеек (3C — 3 cell) по 3,7V и поэтому имеет балансировочный разъём. Продолжительный ток разряда может достигать 25С, т.е. 25 * 2200 мА = 55000 мА = 55 А! А кратковременный ток разряда (10 сек.) — 35С!
Для литиевых батарей, которые представляют собой несколько последовательно включенных ячеек, требуется сложное зарядное устройство, оснащённое балансиром. Такой функционал реализован, например, в таких универсальных зарядных устройствах, как Turnigy Accucell 6 и IMAX B6.
Балансир нужен для того, чтобы во время заряда составной литиевой батареи выровнять напряжение на отдельных ячейках. Из-за различий между ячейками одни могут заряжаться быстрее, а другие медленнее. Поэтому применяется специальная схема шунтирования зарядного тока.
Вот такую распайку имеют балансировочный и силовой шлейф у LiPo-аккумулятора на 11,1V.
Как известно, перезаряд ячейки литиевого аккумулятора (особенно Li-Polymer) свыше 4,2V может привести к взрыву или самовозгоранию. Поэтому во время заряда необходимо контролировать напряжение на каждой ячейке составной батареи аккумулятора!
Литиевые аккумуляторы (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) заряжаются по методу CC/CV («постоянный ток/постоянное напряжение»). Метод заключается в том, что сначала, когда напряжение на элементе мало, его заряжают постоянным током (constant current) определённой величины. При достижении напряжения на элементе (например, до 4,2V - зависит от типа аккумулятора), контроллер заряда поддерживает постоянное напряжение (constant voltage) на нём.
Первая стадия заряда литиевого аккумулятора - CC - реализуется за счёт обратной связи. Контроллер так подбирает напряжение на элементе, чтобы ток заряда был строго постоянной величины.
В течение первой стадии заряда литиевый аккумулятор накапливает большую часть мощности (60 - 80 %).
Вторая стадия заряда - CV — начинается тогда, когда напряжение на элементе достигает определённого порогового уровня (например, в 4,2V). После этого контроллер просто поддерживает постоянное напряжение на элементе и отдаёт ему тот ток, который ему необходим. К концу заряда ток снижается до значения 30 - 10 мА. При таком токе элемент считается заряженным.
Во время второй стадии аккумулятор накапливает оставшиеся 40 - 20 % мощности.
Стоит отметить, что превышение порогового напряжения на литиевом аккумуляторе чревато его чрезмерным перегревом и даже взрывом!
При зарядке литиевых аккумуляторов рекомендуется помещать их в невозгораемый пакет. Это особенно актуально для аккумуляторов, которые не имеют специального бокса. Например, такие, которые применяются в радиоуправляемых моделях (авто-, авиа- моделирование).
Основным и самым пугающим недостатком аккумуляторов на основе лития, я бы назвал их пожароопасность при превышении рабочего напряжения, перегреве, неправильном заряде и безграмотной эксплуатации. Особенно много нареканий относительно литий-полимерных (Li-Polymer) аккумуляторов. Однако, литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы не имеют такой негативной особенности — они пожаробезопасны.
Также литиевые аккумуляторы очень боятся холода - быстро теряют свою ёмкость и перестают заряжаться. Это относится к Li-ion и Li-Po аккумуляторам. Литий-железо-фосфатные (Li-Fe) аккумуляторы более устойчивы к морозу. Собственно, это одно из положительных качеств Li-Fe аккумуляторов.
Недостатком литиевых аккумуляторов является и то, что они требуют наличия специального контроллера заряда - электронной схемы. А в случае составной аккумуляторной батареи и балансира.
При глубоком разряде литиевые аккумуляторы теряют свои первоначальные свойства. Особенно глубокого разряда боятся Li-ion и Li-Po аккумуляторы. Даже после восстановления такой аккумулятор будет иметь меньшую ёмкость.
Если литиевый аккумулятор не будет "работать" долгое время, то сначала напряжение на нём снизится до порогового уровня (как правило 3,2-3,3V). Электронная схема полностью отключит ячейку аккумулятора, а затем начнётся глубокий разряд. Если напряжение на ячейке снизится до 2,5V, то это может привести к выходу её из строя.
Поэтому стоит время от времени подзаряжать аккумуляторы ноутбуков, сотовых телефонов, mp3-плееров во время длительного простоя.
Обычно срок службы рядового литиевого аккумулятора составляет 3 — 5 лет. Спустя 3 года ёмкость аккумулятора начинает довольно заметно уменьшаться.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Т акже Вам будет интересно узнать:
Аккумуляторы современных мобильных устройств, как и человек, созданы, чтобы жить долго. Если продолжительность жизни человека во многом зависит от места проживания, рациона, генетических особенностей и образа жизни, то в случае с аккумуляторами все зависит, главным образом, от дисциплинированности пользователя.
Большинство современных мобильных устройств (телефоны, смартфоны, карманные персональные компьютеры), фотоаппаратов и электроинструмента питаются энергией литиевых аккумуляторов – литий-ионных или литий-полимерных. Эта технология уже достаточно обкатана, чтобы обеспечить высокую энергоемкость и длительный срок эксплуатации.
Конструктивные особенности
Убить литиевый аккумулятор также просто, как и обеспечить ему долголетие. Есть несколько особенностей устройства литиевых аккумуляторов, которые необходимо иметь в виду, и на которые пользователь ни коим образом повлиять не может.
Во-первых, всю свою жизнь аккумулятор должен находиться в тонусе – выдаваемое напряжение не должно превышать определенной величины и опускаться ниже определенного производителем порога, что соответствует максимальному и минимальному уровню заряда.
Дольше всего аккумулятор проживет, если поддерживать заряд на уровне 45%. Любые колебания в плюс или минус сокращают срок службы.
Уровень заряда аккумулятора, как правило, контролируется двумя устройствами: контроллером аккумулятора и контроллером мобильного устройства.
Что можно, а что нельзя
Если пользователь не желает регулярно инвестировать в покупку нового литиевого аккумулятора для своего телефона, смартфона, КПК или цифрового зеркального фотоаппарата, не стоит разряжать батарею в ноль, чтобы экспериментальным путем выяснить, как долго устройство может проработать на одном заряде. Если автоматика аппарата сама отключила питание, нужно как можно скорее добраться до розетки.
Литиевые аккумуляторы любят частые подзарядки, причем, вовсе необязательно дожидаться полной зарядки.
Вопреки поговорке кашу маслом очень даже можно испортить – перезаряд вредит литиевому аккумулятору так же, как и полная разрядка.
По этой причине, следует заряжать литиевые аккумуляторы при комнатной температуре. При пониженной положительной температуре, близкой к нулю по Цельсию, аккумулятор не наберет полную мощность, а при повышенной температуре может произойти перезаряд. По этой же причине нельзя допускать сильного нагрева литиевых аккумуляторов и их заморозки.
Данный тип аккумулятора очень не любит мороза. При полной заморозке литиевому аккумулятору потребуется замена. Если приходится работать в условиях пониженных температур, рекомендуется иметь несколько аккумуляторов, держать их в тепле и периодически менять местами. Литиевые аккумуляторы теряют емкость не только на морозе, но и в условиях пониженного атмосферного давления (в горах, на борту самолета). Здоровью батареи это не вредит, но знать об этом пользователю не помешает.
Как заряжать
Существует два способа зарядки мобильных устройств с литиевыми источниками питания: от стандартного зарядного устройства и при USB-соединении с компьютером. USB-подключение в этом случае является полумерой, особенно если аккумулятор сильно разряжен. Полноценная зарядка возможна лишь при помощи зарядного устройства, соответствующего емкости аккумулятора. Если заменить родной аккумулятор на другой с более высокой емкостью и использовать для подзарядки штатное зарядное устройство, может наблюдаться нестабильная работа мобильного устройства с ухудшением производительности и частыми отключениями. Проблему решит покупка нового зарядного устройства под стать более мощному аккумулятору.
Свежеприобретенным литиевым аккумуляторам не нужен обряд инициации, как для никель-кадмиевых и никель-металгидридых батарей, которым для выхода в паспортный режим требуется несколько циклов зарядки-разрядки.
Литий-ионные аккумуляторы дольше остаются свежими, если их хранить при температуре 15°C при заряде на уровне 40%.
Знакомство с данной статьей и изучение мануала поможет потребителю максимально эффективно использовать мобильные устройства и не тратить лишние средства на покупку дорогостоящих
аккумуляторов.
В настоящей статье рассматриваются наиболее перспективные литий-ионные аккумуляторы.
Электроды современных аккумуляторов изготавливаются путём нанесения катодного материала на алюминиевую фольгу (катод) и, соответственно, анодного материала – на медную фольгу. В химический состав катодного материала входят, чаще всего, литиевые соли кобальтовой кислоты и твёрдые растворы литиевых солей никелевой кислоты. В качестве анодного материала используют литиевые соли фосфорной кислоты. Электролит представляет собой гелеобразную массу, в состав которой входят соли лития.
Электролитом пропитываются так называемые сепараторы – конструкции, имеющие пористую структуру. Электроды и сепараторы размещаются в герметичном корпусе. Для токосъёма предусмотрены присоединительные клеммы.
Корпус аккумулятора снабжён предохранительным клапаном избыточного давления, срабатывающим в аварийных ситуациях. Отличительными особенностями литий-ионных аккумуляторов являются малый вес, продолжительный срок службы и большая удельная ёмкость на единицу массы и объёма. Аккумуляторы при хранении и эксплуатации не загрязняют окружающую среду, они соответствуют всем мировым стандартам по экологии. Вместе с тем, — это самые дорогие из всех современных аккумуляторов.
Существует несколько разновидностей литий-ионных аккумуляторов. Различают аккумуляторы литий-марганцевые, литий-полимерные, литий-железо-фосфатные. Области применения, режимы работы, положительные и отрицательные характеристики всех аккумуляторов на основе лития, его сплавов и солей во многом схожи.
Цены на литий-ионные аккумуляторы достаточно высокие. Они соизмеримы со стоимостью хорошего велосипеда и в случае установки на электровелосипед, стоимость такого транспорта всегда будет выше, чем электровелосипеда, укомплектованного свинцово-кислотными батареями.
В этих аккумуляторах анодный электрод изготавливается из химически чистого лития, а катод – из диоксида марганца. Электролит представляет собой органическое вещество, состав которого является секретом предприятия-изготовителя. Аккумуляторы собираются в батареи из мягких полимерных корпусов, в виде стандартизованных цилиндров и таблеток. Батареи широко используются для питания разнообразной электротехнической и электронной аппаратуры, в частности, для ноутбуков, автономных охранных и противопожарных сигнализаций, цифровых фото- и кинокамер, систем реанимации и искусственных органов человеческого тела, в испытательных станциях, для электротранспорта – электромобилей и электровелосипедов. Номинальное напряжение на контактах одного ячейки аккумулятора колеблется в пределах 3,15-3,3 В (здесь и далее под напряжением аккумулятора имеется в виду напряжение одного аккумуляторного элемента, в отличие от номинального напряжения аккумуляторной батареи, которую в быту ошибочно называют «аккумулятором»). Рабочее напряжение аккумулятора – 3,0 В. Фактически, оно является наибольшим по сравнению с другими аналогичными аккумуляторами. Габаритные размеры аккумуляторов цилиндрической формы находятся в пределах 14 – 39 мм (диаметры), высота от 25 до 34 мм. Удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 10 Ампер часов. Таблеточные аккумуляторы имеют диаметры в пределах 16 – 30 мм, высоту 1,2 – 10,5 мм. Их ёмкость может быть до 950 мА-ч. Срок службы аккумулятора, при условии правильной эксплуатации, может доходить до 10 лет.
Для зарядки всех типов литиевых аккумуляторов, выпускаются специальные автоматические зарядные устройства, со световой сигнализацией, извещающей о начале и окончании процесса зарядки. Эти устройства могут поставляться в комплекте с аккумуляторной батареей или отдельно. В состав зарядных устройств входят элементы автоматики, не допускающие аварийных режимов и превышения напряжения зарядки.
Рабочее напряжение таких аккумуляторов составляет 3,7 В. Максимальная удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 4.2 Ампер часа. Электролит представляет собой полимерный гелеобразный продукт. Габаритные размеры варьируются в широких пределах. Толщина аккумулятора, чаще всего, колеблется от 1,9 до 10 мм. Ширина — от 9,5 до 49 мм. Длина — от 22 до 61 мм. Область применения аккумуляторов достаточно обширна. Аккумуляторы питают различные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, электроинструменты, электрифицированные игрушки. Могут использоваться для электровелосипедов и электромобилей. В последние годы начинают использоваться в комплекте с альтернативными источниками электроэнергии – ветрогенераторами, солнечными батареями. В таких областях применяются аккумуляторные ячейки большой ёмкости — до 90 Ампер часов. В процессе эксплуатации аккумуляторы допускают не менее 500 перезарядок после полного разряда. Чем меньше процент разряда, — тем больше циклов аккумулятор может выдержать без существенного ухудшения характеристик. Все аккумуляторы, сделанные на основе лития, — не загрязняют окружающую среду, поскольку являются герметичными и не содержащими ядовитых и опасных химических веществ.
Описываемая конструкция катода впервые была разработана и применена в Соединённых Штатах Америки в 1996 году. Началом же промышленного производства этой модификации аккумуляторов явился 2003 год. В этих аккумуляторах катод изготовлен из материала, в состав которого входит двойная железо-литиевая соль фосфорной кислоты. Номинальное напряжение одной полностью заряжённой ячейки аккумулятора составляет 3,65 В. Каждый аккумулятор допускает от 800 до 2000 перезарядок в течение 10 лет. Стоимость такого катодного аккумуляторного материала значительно ниже, чем стоимость материала, в состав которого входит кобальт. Кроме того, такой материал не ядовит и обладает значительной термостойкостью. Недостатком материала является то, что он обеспечивает получение гораздо меньшей ёмкости, чем аналогичные вышеупомянутые материалы. Это значит, что для получения необходимой ёмкости, батарею придётся набирать из большего количества ячеек.
При повышении температуры растет давление газа внутри литиевой батареи, что также может привести к взрыву. По этой причине не следует оставлять открытую литиевую батарею от прямыми солнечными лучами. Это не приведет к взрыву, но укоротит срок службы аккумулятора.
Большинство литиевых аккумуляторов производятся, в основном, в Китае, — здесь имеется хорошая сырьевая база, но имеются и американские, европейские и российские предприятия по выпуску различных модификаций литий ионных аккумуляторов.
Как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор и зачем это вообще нужно? Наши современные устройства работают благодаря наличию источников автономного питания. И не важно, что это за приспособления: электрические смартфоны или ноутбуки. Именно поэтому так важно знать ответ на вопрос о том, как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор.
Источники автономного питания, которые применяются в современных смартфонах и других устройствах, принято подразделять на несколько разных групп. Их достаточно много. Взять те же Но именно в портативной технике, то есть в смартфонах и ноутбуках, чаще всего устанавливают батареи литиево-ионного типа (английское обозначение Li-Ion). Причины, которые привели к этому, имеют разную природу.
В первую очередь следует отметить то, насколько просто и дешево обходится производство этих источников энергии. Дополнительными преимуществами их являются превосходные характеристики эксплуатации. Саморазрядные потери составляют очень малый показатель, и это тоже сыграло свою роль. А вот запас циклов для зарядки и разрядки очень и очень большой. Вкупе все это делает литиево-ионные аккумуляторы лидерами среди остальных аналогичных устройств именно в сфере применения их в смартфонах и ноутбуках. Хотя исключения из правил существуют, они составляют порядка 10 процентов от общего числа случаев. Именно поэтому множество пользователей задает вопрос о том, как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор.
Аккумулятор для смартфона имеет свои специфические особенности. Поэтому нужно знать определенные правила и быть ознакомленным с соответствующими инструкциями еще до того, как начинать заниматься процессом принудительной зарядки или разрядки. Следует отметить в первую очередь, что большинство аккумуляторов такого типа специально оснащают дополнительным устройством контроля. Его применение обусловлено необходимостью удержания заряда на определенном уровне (который также называют критическим). Таким образом, устройство контроля, встроенное, в том числе, и в аккумулятор для смартфона, не дает нам переступить ту роковую черту, после которой батарея просто-напросто “сдохнет”, как любят выражаться специалисты-сервисники. С точки зрения физики, все выглядит следующим образом: при обратном процессе (критическая разрядка) напряжение литий-ионного аккумулятора просто падает к нулю. Параллельно блокируется поступление тока.
Если ваш смартфон работает за счет литиево-ионного аккумулятора, то само устройство необходимо ставить на зарядку, когда показатель батареи высветит примерно такие цифры: 10-20 процентов. То же самое справедливо и для фаблетов, и для планшетных компьютеров. Это есть краткий ответ на вопрос о том, как правильно зарядить литий-ионный аккумулятор. Следует добавить, что даже при достижении 100-процентного номинального заряда устройство нужно держать подключенным к электрической сети в течение еще одного-двух часов. Дело в том, что аппараты неверно интерпретируют зарядку, и 100 процентов, которое выдает смартфон или планшет, по факту есть не более 70-80 процентов.
Если ваш аппарат оснащен литиево-ионным аккумулятором, вы должны знать некоторые тонкости его работы. Это будет очень полезно в будущем, поскольку, следуя им, вы сможете продлить срок службы не только этого элемента, но и всего устройства в целом. Так вот, запомните, один раз в три месяца нужно проводить полную разрядку аппарата. Делается это в профилактических целях.
А вот о том, как заряжать разряженный аккумулятор, мы поговорим позднее. Сейчас же просто укажем, что стационарный компьютер и ноутбук не способны обеспечить достаточно высокое напряжение при подключении мобильного аппарата к этим чудесам техники посредством порта стандарта USB. Соответственно, для того чтобы полностью зарядить аппарат от этих источников, потребуется большее количество времени. Интересно то, что срок службы литиево-ионного аккумулятора может продлить одна методика. Она заключается в чередовании циклов зарядки. То есть, один раз вы заряжаете устройство полностью, на все 100 процентов, второй раз - не полностью (80 - 90 процентов). И вот эти два варианта чередуются по очереди. В таком случае можно использовать для литий-ионных аккумуляторов.
В общем-то, литиево-ионные источники питания можно назвать неприхотливыми. Мы уже разговаривали на эту тему и выяснили, что эта характеристика, наряду с другими, стала причиной настолько широкого их распространения в вычислительной технике. Тем не менее, даже столь умная архитектура аккумуляторов не дает полной гарантии их долгосрочной работы. Зависит этот срок в первую очередь от человека. А ведь от нас не требуется делать что-то запредельное. Если пять простых правил, которые мы можем запомнить навсегда, применять их успешно. В таком случае литиево-ионный источник питания прослужит вам очень и очень долго.
Оно заключается в том, что не нужно полностью. Уже говорилось о том, что подобную процедуру следует проводить только один раз в три месяца. Современные конструкции этих источников питания не несут в себе “эффекта памяти”. Собственно, поэтому лучше успеть поставить аппарат на зарядку еще до того, как он полностью “сядет”. Кстати, весьма примечателен тот факт, что некоторые производители соответствующей продукции измеряют срок службы изделий в количествах циклов. Продукция высшего класса способна “пережить” порядка шести сотен циклов.
Оно гласит, что мобильному устройству нужна полная разрядка. Ее следует осуществлять раз в три месяца в целях профилактики. Напротив, нерегулярная и нестабильная зарядка способна сдвинуть номинальные отметки минимального и максимального заряда. Таким образом, аппарат, в который встроен этот источник автономной работы, начинает получить неправдивые сведения о том, сколько на самом деле осталось энергии. А это, в свою очередь, приводит к неправильным расчетам энергопотребления.
Профилактическая разрядка призвана предотвратить это. Когда она произойдет, схема управления автоматически обнулит минимальное значение заряда. Однако тут есть свои хитрости. Например, после полной разрядки необходимо “забить под завязку” источник питания, продержав его дополнительно порядка 12 часов. Кроме обыкновенной электрической сети и провода, для зарядки нам в этом деле больше ничего не понадобится. Зато работа аккумулятора после профилактической разрядки станет стабильнее, и вы сможете это сразу заметить.
Если вы не используете свой аккумулятор, за его состоянием все равно нужно следить. При этом температура в том помещении, где вы его храните, желательно должна быть не больше и не меньше 15 градусов. Понятно, что достичь ровно такой цифры не всегда получается, но все же, чем меньше отклонение от этого значения, тем будет лучше. Следует отметить, что сам аккумулятор должен быть заряжен на 30-50 процентов. Подобные условия позволят продержать источник питания без серьезного ущерба достаточно долго. Почему же не следует его полностью заряжать? А потому что “забитый под завязку” аккумулятор в силу физических процессов теряет достаточно большую часть своей емкости. Если же источник питания хранится долгое время в разряженном состоянии, то он становится практически бесполезным. И единственное место, где он действительно пригодится, это мусорка. Единственный путь, хоть и маловероятный, это восстановление литий-ионных аккумуляторов.
Цена на который попадает в интервал от нескольких сотен до нескольких тысяч рублей, следует заряжать только при помощи оригинальных устройств. Это в меньшей степени относится к мобильным устройствам, поскольку в их комплектацию (если вы покупаете их в официальном магазине) уже включены адаптеры. Но они в этом случае только стабилизируют подаваемое напряжение, а зарядное устройство, по сути дела, уже встроено в ваш девайс. Что, кстати, нельзя сказать о видеокамерах и фотоаппаратах. Именно об этом идет речь, тут использование сторонних устройств при зарядке аккумуляторов может нанести заметный вред.
Следите за температурой. Литиево-ионные аккумуляторы могут сопротивляться тепловой нагрузке, но перегрев для них губителен. Да и низкие температуры для источника питания - это не самое лучшее, что может быть. Хотя большая опасность исходит именно от процесса перегрева. Помните о том, аккумулятор не должен подвергаться воздействию прямых солнечных лучей. Диапазон температур и их допустимых значений начинается на - 40 градусах и заканчивается на + 50 градусах по шкале Цельсия.
