Кратко о том, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда
В общем, ситуаций может быть только две:
- Аккумулятор вроде бы работает, но очень быстро разряжается.
- Аккумулятор сел в ноль и вообще не хочет заряжаться.
Первая ситуация: потеря емкости
В первом случае у аккумулятора упала емкость и с этим придется смириться. Полное восстановление аккумуляторов после глубокого разряда невозможно (это касается всех Li-ion аккумуляторов: 18650, 14500, 10440, аккумуляторов от мобильников и т.д.). Даже теоретически нельзя вернуть емкость литиевого аккумулятора.
Снижение емкости — абсолютно нормальный процесс. Это происходит во время каждого цикла заряда/разряда, независимо от того, насколько правильно эксплуатируется аккумулятор. Однако, если в процессе эксплуатации часто допускаются глубокие разряды или, наоборот, длительные перезаряды (более 500%), то скорость потери емкости может существенно возрасти.
Последние исследования показали, что литиевые аккумуляторы теряют свою емкость даже если вообще не эксплуатируются. Например, во время обычного хранения на складах. По данным исследований, аккумулятор теряет примерно 4-5% емкости в год.
Вторая ситуация: не хочет заряжаться
Теперь рассмотрим второй случай — аккумулятор не заряжается.
Обычно эта ситуация возникает, когда какое-либо устройство (телефон, планшет, мп3-плейер) долго лежали без дела с разряженным аккумулятором. Или если литиевые аккумулятор подвергся глубокому охлаждению.
В принципе проблем с зарядкой таких аккумуляторов быть не должно. Внутри каждого аккумулятора — между самой банкой аккумулятора и теми клеммами, которые мы видим — находится модуль защиты, который отключает банку от клемм при снижении напряжения ниже определенного порога. Внешне это проявляется как полное отсутствие напряжение на выходе аккумулятора (ноль вольт).
На самом деле, как правило, на самой банке в этот момент напряжение составляет около 2.4-2.8 Вольта.
Все современные модули защиты устроены таким образом, что даже в случае блокировки аккумулятора от дальнейшего разряда, его все-таки можно зарядить. Это происходит благодаря паразитному диоду, встроенному в ключ на полевом транзисторе. Вот типовая схема модуля защиты аккумулятора 18650:
Так как при глубоком разряде закрывается только транзистор FET1, а второй MOSFET при этом остается открытым (пропускает ток в обоих направлениях), то зарядный ток спокойно протекает от плюсовой клеммы батареи через FET2, паразитный диод внутри FET1 к минусовой клемме.
В случае блокировки аккумулятора по перегрузке (КЗ в нагрузке), модуль защиты также запирает транзистор FET1. Нет никакой разницы от чего сработала защита — от переразряда или от короткого замыкания. Результат один — открытый транзистор FET2 и закрытый полевик FET1.
Таким образом, при глубоком разряде плата защиты литий-ионного аккумулятора ни в коей мере не препятствует заряду аккумулятора.
Проблема лишь в том, что некоторые зарядные устройства считают себя слишком умными и когда видят, что на аккумуляторе слишком низкое напряжение (а в нашем случае оно вообще будет равно нулю), они считают, что произошла какая-то недопустимая ситуация и напрочь отказываются выдавать зарядный ток.
Это сделано исключительно в целях безопасности. Дело в том, что при внутреннем коротком замыкании аккумулятора, заряжать его становится опасно — он может сильно перегреться и вспучиться (со всякими спецэффектами вроде вытекания электролита, выдавливания крышки планшета и т.п.). В случае же обрыва внутри аккумулятора, заряжать его становится совершенно бессмысленно. Так что логика работы таких умных зарядников вполне понятна и оправдана.
О том, как обхитрить зарядку и восстановить работоспособность литиевого аккумулятора после глубокого разряда читайте далее.
Как заставить заряжаться?
По сути, восстановление литий ионных аккумуляторов после глубокого разряда сводится к тому, чтобы вернуть его в штатный режим работы. Надо понимать, что потерю емкости это никоим образом не компенсирует (это невозможно в принципе).
Чтобы все-таки заставить слишком хитрое зарядное устройство заряжать наш сильно севший аккумулятор, необходимо сделать так, чтобы напряжение на нем превысило некий порог. Как правило, достаточно 3.1-3.2 Вольта, чтобы ЗУ посчитало ситуацию штатной и разрешило зарядку.
Поднять напряжение на аккумуляторе можно только с помощью сторонней (более глупой) зарядки. В народе это называется «толкнуть» аккумулятор. Для этого достаточно просто подключить к клеммам аккумулятора внешний блок питания, ограничив при этом максимальный ток.
Для наших целей подойдет любое зарядное устройство для сотового телефона. Чаще всего современные зарядники имеют выход в виде USB-гнезда и, соответственно, выдают 5В. Нам осталось только лишь подобрать резистор, ограничивающий ток заряда.
Сопротивление резистора рассчитывается по закону Ома. Возьмем худший сценарий — на внутренней банке литий-ионного аккумулятора напряжение составляет 2.0 Вольта (померить его, не разбирая аккумулятор, мы не сможем, поэтому просто предположим, что это так).
Тогда разница между напряжением источника питания и напряжением на аккумуляторе будет составлять:
Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора, чтобы ток заряда не превышал 50 мА (этого вполне достаточно для первоначального заряда и в то же время вполне безопасно):
R = 3В / 0.050А = 60 Ом
Теперь узнаем, какова мощность будет рассеиваться на этом резисторе, в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора (тогда на резисторе будет падать все напряжение блока питания):
P = (5В) 2 / 60 Ом = 0.42 Вт
Таким образом, чтобы восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда, берем любой блок питания на 5В, ближайший подходящий резистор — 62 Ом (0.5Вт) и подключаем все это к аккумулятору следующим образом:
Подойдет источник питания и на другое напряжение, достаточно будет пересчитать сопротивление и мощность ограничительного резистора. И нужно помнить, что в схемах защиты li-ion, как правило, используются полевые транзисторы с небольшим напряжением сток-исток, поэтому брать блок питания с большим выходным напряжением нежелательно.
Если заряд не идет (резистор не греется, а на аккумуляторе полное напряжение блока питания), то либо схема защиты ушла в совсем глубокую защиту, либо она просто вышла из строя, либо имеет место внутренний обрыв.
Тогда можно попробовать снять наружную полимерную оболочку аккумулятора и подключить нашу импровизированную зарядку напрямую к банке. Плюс к плюсу, минус к минусу. Если и в этом случае заряд не пошел, то аккумулятору кранты. Зато если пошел, то нужно дождаться пока напряжение поднимется до 3+ Вольт и дальше можно заряжать уже как обычно (штатной зарядкой).
Теперь другая ситуация — резистор, наоборот, ощутимо нагревается, но на аккумуляторе нулевое напряжение, значит где-то внутри имеется короткое замыкание. Потрошим аккумулятор, отпаиваем модуль защиты и пытаемся зарядить саму банку. Если дело пошло, значит плата защиты неисправна и подлежит замене. Впрочем, можно использовать аккумулятор из без нее.
Источник
Низкое напряжение аккумулятора модуля
Многие вопросы возникают из-за недопонимания как работает сама система аккумулятор-зарядка. Решил собрать в одном месте что насобирал по разным темам этого и других форумов, в публикациях. Много информации дублирует посты — но зато всё в одном месте, что лучше для понимания.
8.4.1. Диапазон рабочих напряжений аккумулятора
Приводимое в описаниях напряжение лит-ион аккумулятора 3,7В — это средневычисленное значение напряжения при разряде от максимального до минимального значений
Максимальное напряжение до которого обычно заряжают лит-ион аккумуляторы 4,18 — 4,20 В. Если больше — резко уменьшается срок службы аккума, меньше — уменьшается ёмкость. Управляет зарядкой контроллер зарядки на материнке коммуникатора, он же определяет и максимальное напряжение зарядки . Чтобы изменить напряжение обычно нужно перепаять контроллер. В теме про коммуникаторы Ровер обсуждалась проблема — в какой-то партии впаяли контроллеры с повышенным напряжением ( кажется 4,23 В ) — аккумуляторы стали вспухать. Сейчас правда появились контроллеры в которых основные параметры программируются. Встроенная в сам аккумулятор защита от перенапряжения обычно рассчитана на 4,3 В — аккум не взорвётся но как ограничитель при зарядке использовать нельзя, только как последний рубеж защиты аккума.
Минимальное напряжение 3,4 -3,6 В, разряжать ниже особого смысла нет — напряжение очень резко падает с разрядкой, выигрыша практически не будет. Команду на выключение даёт драйвер, причём ориентируется не на напряжение а на вычисленное или полученное от контроллера аккумулятора значение остаточного заряда. Чтобы значение 0% соответствовало реально минимальному напряжению и нужна периодическая калибровка ( если только остаточный заряд не определяется просто из таблицы напряжение — ёмкость )
Калибровка не всегда помогает — народ просто отключает драйвер. Тогда коммуникатор обычно отключается при напряжении 3,0 — 3,2 В просто от нехватки напряжения для нормальной работы. Это равносильно отключению компа выдёргиванием шнура из розетки со всеми возможными проблемами. Следует учитывать так-же возрастание внутреннего сопртивления аккума с возрастом что приводит к сильной зависимости выходного напряжения аккума от тока нагрузки и проявляется в неожиданном самоотключении коммуникатора например при звонке ( скачёк тока потребления ).
Если аккумулятор по какой-то причине разрядится ниже 3,0 В могут быть проблемы при зарядке. Если при зарядке контроллер зарядки обнаруживает что напряжение на аккуме меньше 3В, то сначала ток зарядки контроллер ограничит величиной не более 50 мА пока напряжение на аккуме не достигнет 3,0В. Режим ограничен по времени — таким способом определяются плохие аккумуляторы, зарядка которых номинальным током может привести к разгерметизации банки ( взрыву ).
Встроенная в аккумулятор защита от переразряда обычно отключает выводы банки от внешних выводов аккумулятора если напряжение упадёт ниже 2,7 — 2,4 В ( зависит от типа встроенного в контроллер аккумулятора чипа ). Здесь также будут проблемы при зарядке — доступ к выводам самой банки от внешних выводов аккума при подаче внешнего напряжение идёт через токоограничивающие цепи ( несколько десятков мА ) пока банка не зарядится до порогового напряжения.
Разряжать лит-ион аккум ниже 2 В нельзя — если он останется в таком состоянии некоторое время внутренние процессы приводят к невозможности дальнейшей эксплуатации аккумулятора ( может взорваться )
8.4.2. Зарядное устройство
Алгоритм зарядки и само зарядное устройство для коммуникаторов существенно отличаются от алгоритма и зарядки телефонов ряда производителей. Например телефон Nokia 6700 — у него целых два контроллера зарядки, один заряжает от фирменного «тонкого» разъёма, другой от разъёма microUSB. В первом случае контроллер забирает от ЗУ весь ток который это зарядное устройство может выдать — зарядное устройство работает в режиме с ограничением тока. Если подключить зарядку с меньшим током — аккумулятор будет заряжаться этим уменьшенным током, и наоборот. Долго не мог понять фирменные зарядки Nokia — пишут 5В и 750 мА а реально выдаёт больше 7В и сильно зависит от тока. Оказывается 5В получается если ток нагрузки равен 750 мА, при дальнейшем увеличении тока напряжение резко падает — режим стабилизации тока.
При зарядке через microUSB алгоритм совсем иной. Здесь подразумевается что зарядное устройство — просто источник стабилизированного напряжения ( что и представляет из себя источник питания порта USB компьютера ), который должен обеспечить ток затребованный контроллером зарядки. Этот ток уже не зависит от способностей зарядки — определяется самим контроллером зарядки ( лишь бы ЗУ было способно выдать зтот ток ). Забавная ситуация — у меня Nokia 6700 прекрасно заряжалась от зарядника НТС через microUSB, но отказывалась заряжаться через переходник и «тонкий» разъём ( «неподдерживаемое ЗУ» ) и наоборот — фирменная заряжала через «тонкий» и глючила через microUSB.
В коммуникаторах используется второй вариант — зарядное устройство это просто источник стабилизированного напряжения. Поскольку коммуникатор должен заряжаться и от порта USB сразу же накладываются ограничения на напряжение и максимальный ток который коммуникатор может потреблять от внешнего источника ( если не принять специальных мер , о чём ниже ) — напряжение 5В, ток не более 500 мА ( по спецификациям на USB ).
Некоторые ( например ASUS P525 — P750 ) ограничивают потребление на ещё меньшем уровне 100 мА ( максимальный ток от USB 1 или разветвителя ). Чтобы включить 500 мА, ASUS получает по интерфейсу данные от компа о нагрузочной способности соответствующего порта и включает максимальный допустимый ток. Большинство же коммуникаторов просто ограничивают ток потребления от порта 500 мА.
Мощный коммуникатор при работе может сам потреблять больше чем 500 мА, аккумулятор при таком ограничении тока от зарядного устройства будет разряжаться а не заряжаться. От ЗУ можно бы взять и побольше тока но как отличить подключение к ЗУ от подключения к порту ? Сейчас в большинстве случаев в ЗУ просто закорачивают контакты 2 и 3 ( шина данных ) в разъёме USB. Так делают в ASUS, HTC HD, HTC MAX, HTC Diamond2. Например в HTC D2 если подключить ЗУ с незамкнутыми контактами 2 и 3 контроллер зарядки ограничит потребление на уровне около 450 мА, если контакты 2 и 3 замкнуть ограничение будет уже около 900 мА. Аналогично у HTC HD и HTC MAX. У HTC X7500 иначе — там надо замыкать контакты х и 4 в миниUSB, ограничение по потреблению изменяются аналогично. В штатных зарядках ASUS Pxxx, HTC HD, HTC MAX, HTC D2 контакты 2 и 3 замкнуты.
Использовать зарядки рассчитанные на ток больше 1А смысла нет — пока не слышал о коммуникаторах в которых контроллер зарядки ограничивал бы ток потребления от зарядки на уровне больше 1А.
Зарядка от порта мало отличается от зарядки зарядным устройством — только током, конечный заряд будет одинаков. В некоторых коммуникаторах контроллер зарядки не включит зарядку пока не произойдёт обмен данными с компом ( соответственно коммуникатор должен быть включён и опознан ББ )
8.4.3. Зарядка аккумулятора и измерение степени заряженности
1. Контроллер зарядки ( чип на материнке коммуникатора ) занимается только зарядкой аккума и выбором источника для питания коммуникатора — внешний источник или аккумулятор. Его задача — сформировать правильный алгоритм зарядки аккума — в два этапа
1 этап — зарядка постоянным током до предельного напряжения ( около 4,2 В ). Переключение на второй этап происходит при зарядке аккумулятора до примерно 85%
2 этап — дальнейшая зарядка производися плавно падающим током при сохранении постоянным зтого напряжения ( 4,2В ). Зарядка продолжается пока ток не упадёт до величины около 3% от первоначального ( 15 -30 мА ). Этот этап занимает около часа.
После этого зарядка полностью прекращается и снова включится только если напряжение на аккуме упадёт ниже определённого значения или переподключить внешний источник ( но в этом случае критерий полной зарядки аккума будет выполнен сразу и зарядка опять прекратится ). При таком алгоритме аккумулятор зарядится максимально полно независимо от начального тока ( может быть разным — включён или выключен коммуникатор при зарядке, от какого источника заяжается ).Чип ограничивает ток потребления от внешнего источника :
Ток потребления от внешнего источника = ток зарядки аккумулятора + ток для работы коммуникатора
больше задействовано ресурсов — больше потребляет сам коммуникатор — меньше остаётся тока на зарядку.
Чип также контролирует температуру аккума — один из выводов на аккумуляторе это выход термистора расположенного в аккуме, по его сопротивлению контроллер зарядки и определяет температуру аккумулятора. Если ниже 0 градусов или выше заданного значениия — зарядка аппаратно ( в чипе контроллера зарядки ) запрещена.
Т.о. контроллер зарядки контролирует только максимальное значение напряжения на аккумуляторе, не допуская его превышения. До какого напряжения разрядится аккумулятор — его не волнует. Единственно — если при зарядке контроллер обнаруживает что напряжение на аккуме меньше 3В, то сначала ток зарядки контроллер ограничит величиной не более 50 мА пока напряжение на аккуме не достигнет 3,0В. Режим ограничен по времени — таким способом определяются плохие аккумуляторы, зарядка которых номинальным током может привести к разгерметизации банки ( взрыву ). Так же этот чип никоим образом не причастен к вычислению степени заряженности аккума.
2. С выхода контроллера зарядки нестабилизированное напряжение = напряжению аккумулятора поступает на чип менеджера питания на материнке коммуникатора, и уже этот чип выдаёт несколько стабилизированных напряжений для питания узлов коммуникатора.
Нередко нестабильная работа коммуникатора или повышеноое потребление связано с этими чипами или с их окружением ( конденсаторы, диоды и т.д. )
3. Контроллер аккумулятора ( тот что расположен в самом аккумуляторе ) в основном необходим для защиты лит-ион банки от перенапряжения, переразрядки, коротких замыканий, переполюсовки входного напряжения. Неправильная эксплуатация лит-ион аккумуляторов ( в отличие от других типов ) может привести к печальным последствиям Аккумуляторы КПК (Пост #2713947), поэтому для них и была придумана защита в виде контроллера аккумулятора.
Во многих случаях ( но не всегда ) в контроллер аккумулятора добавляют ещё один чип, который участвует в вычислении степени заряженности аккумулятора. Об этом более подробно по ссылке Литиевые аккумуляторы — правила эксплуатации (Пост #2730352). Очень кратко суть: втекающий/вытекающий заряд измеряет специализированный чип в контроллере аккумулятора и передаёт информацию по однопроводному интерфейсу хосту ( коммуникатору ), драйвер обсчитывает и выдаёт %.
Если этого чипа в контроллере аккумулятора нет, степень заряженности вычисляется просто по напряжению — на материнке есть АЦП, который измеряет напряжение аккумулятора и по таблице зашитой в драйвер вычисляется степень заряженности аккума.
В большинстве современных коммуникаторов контроллеры аккумулятора имеют подобный чип. Критерий определения степени заряженности 100 % ( и зелёный индикатор ) аналогичен тому что используется в контроллере зарядки ( на примере чипа измерителя DS2780 ) : напряжение превысило максимальное значение ( порог устанавливается чуть ниже чем в контроллере зарядки ), ток зарядки постепенно уменьшается и достигает минимального уровня ( порог чуть выше чем ток при котором контроллер зарядки полностью прекращает зарядку ). Возможно там где используются другие чипы измерителя алгоритм несколько отличается. Но в любом случае — контроллер зарядки ( только он определяет как заряжать аккум и когда прекратить зарядку ) и измеритель степени заряженности ( никак не влияет когда зарядку аккумулятора закончить ) независимы друг от друга. Т.е. зелёный индикатор отнюдь не означает что зарядка полностью прекратилась ( при включённом коммуникаторе ) и наоборот: аккумулятор может быть полностью заряжен а индикатор всё никак не зеленеет ( помогает СР ).
8.4.4. Внутреннее сопротивление аккумулятора
Нормально на разрядку аккумулятора система реагирует предупреждениями, последовательным отключением энергопотребляющих ресурсов ( WiFi и т.п. ) и отключением при 0%. Процесс измерения степени заряженности весьма инерционен и не реагирует на быстрые изменения напряжения ( в то время как электроника весьма чувствительна к кратковременным просадкам напряжения ) . А чем больше внутреннее сопротивление аккумулятора тем больше просадка напряжения при повышении нагрузки — например при входящем звонке или приёме-передаче данных.
Uвых=Uэдс — Iнагр x Rвнутр
При небольшом среднем потреблении напряжения достаточно, % степени заряженности далёк от критического — но стоит току резко возрасти ( входящий звонок — при этом импульс тока может быть весьма большим ) при большом внутреннем сопротивлении напряжение просаживается ниже допустимого предела, система отключается ( или зависает ). Внутреннее сопротивление хорошего лит-ион аккумулятора не превышает 0,2 Ом, с возрастом увеличивается в большей степени чем у аккумов других типов. Обычно чем больше ёмкость аккумулятора — меньше внутреннее сопротивление. Аналогично влияет и сопротивление контактов.
Как измерить внутреннее сопротивление:
Для примера то что я намерил у себя на HTC MAX :
степень заряда аккумулятора 70%
ток потребления 50 мА — напряжение на аккумуляторе 3,917 В
ток потребления 362 мА — напряжение на аккумуляторе 3,863 В
Внутреннее сопртивление = ( 3,917 — 3,863 ) / ( 0,362 — 0,050 ) = 0,173 Ом
8.4.5. Поиск решения проблемы с аккумулятором
9.9. Программы для принудительной разрядки и лог батареи — PowerDetect и еще Mobadi
9.10. Отключение/включение зарядки от USB
9.11. Отключения сигнала низкого заряда. Еще для этого подойдет — BatOff. Отмена отключения телефонного модуля при заряде ниже 10% — Samsung WiTu — FAQ (Пост #2504660)
9.12. Каталог программ 4PDA.ru — 1. 45. Все о батарейках
10. Так выглядит:
10.1. Разобранный штекер зарядки —
Кабель USB состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки/экрана. Данные передаются в так называемом дифференциальном режиме по шинам D+ и D- , т.е. для приёма или передачи данных необходимы оба проводника. Качество кабеля во многом определяется качеством витой пары шины данных — если она плохая то возникают ошибки при работе на больших скоростях ( не может работать с интерфейсом USB2, хотя по USB1 может без проблем — но скорость куда меньше ). На зарядку это не влияет, единственно что если коммуникатор не будет опознан компьютером ( сбои при обмене данными ) при зарядке от порта компа — могут быть варианты как описано в шапке, пункт 8.4.2 ( под спойлером ).
Контакт обозначаемый X (или NC, ID ) часто служит для идентификации типа подключения ( гарнитура, зарядное устройство, громкая связь в автомобиле ) или вообще не используется.
Разъёмы miniUSB бывают и с большим числом контактов по типу extUSB от HTC ( но в отличие от него совместимы в обе стороны, кабельный extUSB не воткнуть в блочный miniUSB — наоборот можно ). Дополнительные контакты обычно используются для передачи аудио, но к сожалению не существует единообразия в назначении этих дополнительных контактов, нужно проверять работоспособность с конкретным устройством.
Говорите «Спасибо» повышением репутации. Если у вас меньше 15 сообщений — нажмите на кнопку «Жалоба» на том сообщении, где вам помогли, и напишите, кто вам помог.
Отдельное спасибо за помощь в наполнении темы и квалифицированные объяснения, уважаемому GudVladSPB
Сообщение отредактировал romchk — 30.01.11, 18:39
На форуме в разных местах были сообщения типа «очень быстро стала садиться батарея». Позавчера сам попал в такую же ситуацию (тач круиз, но, думаю, это не принципиально). Опытным путем было выснено, что:
а) это начинается после того, как при зарядке по юсб от ноутбука этот самый ноутбук выключить, но девайс оставить подключенным к юсб.
б) после того, как разряженный за ночь девайс зарядить, ничего не меняется (т.е. разрядка все равно идет быстро)
в) для лечения нужно вытащить и заново вставить батарею. При этом, если, к примеру, до вынимания девайс утверждает, что она заряжена на 35%, то после вставления сразу показывает 9%.
г) после зарядки от сети «до полного» все приходит в норму.
Видимо, при этом «слетает» калибровка батареи. Почему — фиг знает.
Источник