Зарядка литий ионного аккумулятора мобильного

Аккумуляторы для мобильных устройств — методы заряда

Старушка купила автомобиль, проехала некоторое расстояние, и вдруг двигатель заглох. Вызванная служба технической поддержки констатировала — закончился бензин. Недоумевающая старушка подает в суд: при продаже ей никто не объяснил, что в машину еще нужно заливать бензин…

Итак, аккумуляторы надо заряжать. В этом их существенное отличие от батареек. Но прежде чем говорить о зарядных устройствах, коротко остановимся на основных методах заряда наиболее распространенных типов аккумуляторов. Следует отметить, что методы заряда аккумуляторов на основе никеля отличаются от методов заряда литий-ионных аккумуляторов. Поэтому при заряде последних обращайте внимание на то, в какое зарядное устройство вы их вставляете. Иными словами, не всякое зарядное устройство для никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл гидридных (NiMH) аккумуляторов годится для заряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов.

Несколько слов о терминологии. Емкость аккумулятора обычно обозначается буквой «C» (capacity). Когда говорят о разряде, равном 1/10 C, то это означает разряд током, равным десятой части от величины номинальной емкости аккумулятора. Так, например, для аккумулятора емкостью 1000 мА·час это будет разряд током 1000/10 = 100 мА. Теоретически, аккумулятор емкостью 1000 мА·час может отдавать ток 1000 мА в течение одного часа, 100 мА в течение 10 часов, или 10 мА в течение 100 часов. Практически же, при высоких значениях тока разряда номинальная емкость никогда не достигается, а при низких токах превышается.

Аналогично при заряде аккумуляторов, значение 1/10 C означает заряд током, численно равным десятой части заявленной емкости аккумулятора.

Методы заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

Существующие методы можно разделить на 4 основные группы:

• медленный заряд — заряд постоянным током величиной 0.1 С или 0.2 С в течение примерно 15 или 6-8 часов соответственно.
• быстрый заряд — заряд постоянным током, равным 1/3 С в течение примерно 3-5 часов.
• ускоренный или дельта V заряд — заряд с начальным током заряда, равным величине номинальной емкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение на аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда примерно час-полтора.
• реверсивный заряд — импульсный метод заряда, при котором короткие импульсы разряда распределяются между длинными зарядными импульсами.

Сразу оговорюсь: разделение это достаточно условно и зависит от фирмы-изготовителя аккумуляторов. Подход к вопросу о заряде аккумуляторов примерно такой: фирма разрабатывает различные типы аккумуляторов под различные применения и устанавливает для каждого типа рекомендации и требования по наиболее благоприятным методам заряда. В результате одинаковые по внешнему виду (размерам) аккумуляторы (одиночные элементы) могут потребовать применения различных методов заряда. Иллюстрацией данного подхода могут служить материалы, размещенные на [1] и [2].

Медленный метод заряда

При таком методе возможно несколько вариантов: заряд полупостоянным током и заряд постоянным током.

При заряде полупостоянным током начальное значение тока устанавливается примерно равным 1/10 С. По мере продолжения заряда это значение уменьшается. Время заряда примерно 15-16 часов. Практически метод реализуется зарядом через токозадающий резистор от источника постоянного напряжения (см. [1] для NiCd аккумуляторов). Медленный заряд током в 1/10 C — обычно безопасен для любого аккумулятора.

При заряде постоянным током значение тока величиной 1/10 С поддерживается в течение всего времени заряда. (Рис.1)

Рисунок 1. Медленный метод заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

Во время заряда наблюдается повышение напряжения на элементе аккумулятора. По достижении полного заряда и при перезаряде напряжение начинает уменьшаться.

Сокращение времени заряда в 2-2,5 раза возможно при увеличении тока до 0,2 С, но при этом необходимо ограничить время заряда 6-8 часами.

Метод быстрого заряда

Разновидностью медленного заряда является метод быстрого заряда, при котором используется ток заряда величиной от 0,3 до 1,0 C. Но при этом возможен перегрев аккумулятора, особенно при токах заряда, близких к 1 C. Для исключения перегрева и определения момента окончания заряда аккумулятора, в последний встраивается термопредохранитель и термодатчик. Термодатчик используется для измерения температуры, изменение которой рассматривается в качестве критерия для прекращения заряда. Дело в том, что при достижении полного заряда, температура элементов аккумулятора резко повышается. И когда она повысится на 10 градусов Цельсия и более по отношению к окружающей среде, заряд необходимо прекратить, или перейти в режим медленного заряда. При любом методе заряда в случае, если применяются большие токи заряда, дополнительно требуется предохранительный таймер.

Метод дельта V заряда

Это наилучший и, пожалуй, основной метод быстрого заряда NiCd и NiMH аккумуляторов для сотовых телефонов. Сущность метода заключается в измерении изменения напряжения на аккумуляторе для определения (фиксирования) момента полного заряда и необходимости его прекращения.

Если измерять напряжение на выводах аккумулятора во время заряда постоянным током, то можно заметить, что напряжение сначала медленно повышается, а в точке полного заряда будет кратковременно уменьшаться. Величина уменьшения небольшая, примерно 15-30 мВ на элемент для NiCd и 5-10 для NiMH, но явно выражена. Этот небольшой спад напряжения и принимается за критерий прекращения заряда. Кроме того, метод дельта V заряда почти всегда сопровождается измерением температуры, что обеспечивает дополнительный критерий оценки степени заряда аккумулятора (а для верности зарядные устройства для больших аккумуляторов высокой емкости обычно имеют кроме этого и таймеры безопасности).

Рисунок 2. Метод дельта V заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

На рис.2 приведен график заряда с током величиной в 1 C. После достижения полного заряда, ток заряда уменьшается до 1/30 … 1/50 C для компенсации явления саморазряда аккумулятора.

Существуют электронные схемы, разработанные специально для реализации метода дельта V заряда. Например MAX712 и MAX713. Реализация заряда по этому методу сложнее и дороже, чем другие, но дает хорошо воспроизводимые результаты. В тоже время следует отметить, что в аккумуляторе с хотя бы одним плохим элементом из цепочки последовательно соединенных, метод дельта V заряда может не работать и привести к разрушению остальных элементов.

NiMH аккумуляторы имеют специфические проблемы с зарядом. Величина дельта V у них очень мала, и ее труднее обнаружить, чем в случае NiCd аккумуляторов. Поэтому NiMH аккумуляторы для сотовых телефонов имеют температурные датчики в качестве резервного средства для обнаружения момента полного заряда.

Другая проблема, возникающая при заряде по этому методу, заключается в том, что при использовании в автомобилях электрические помехи маскируют обнаружение дельта V, и телефоны в основном управляют зарядом по температуре. Это может привести к повреждению аккумулятора, поскольку в автомобиле телефон постоянно подключен и многократные запуски и остановки двигателя имеет место. Каждый раз, когда зажигание выключается на несколько минут и затем включается обратно, инициируется новый цикл заряда.

Реверсивный метод заряда

В анализаторах аккумуляторов Cadex 7000 [3,4] и CASP/2000L(H) используются реверсивные импульсные методы заряда, при котором короткие импульсы разряда распределяются между длинными зарядными импульсами. Считается, что такой метод заряда улучшает рекомбинацию газов, возникающих в процессе заряда, и позволяет проводить заряд большим током за меньшее время. Кроме того, восстанавливается площадь активной поверхности рабочего вещества аккумулятора, устраняя тем самым «эффект памяти».

На рис.3 схематично изображена временная диаграмма реверсивного метода заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, реализованная в анализаторе Cadex 7000. Цифрой 1 обозначен нагрузочный (разрядный) импульс, а цифрой 2 — зарядный.

Рисунок 3. Реверсивный метод заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

Величина обратного импульса нагрузки определяется в процентах от тока заряда в диапазоне от 5 до 12%. Оптимальное значение 9%.

Метод заряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

Для заряда Li-ion аккумуляторов используется метод «постоянное напряжение / постоянный ток», суть которого заключается в ограничении напряжения на аккумуляторе. В этом он подобен методу заряда свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). Основные отличия заключаются в том, что для Li-ion аккумуляторов — выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3,6 В против 2 В для SLA), более жесткий допуск на это напряжение (±0,05 В) и отсутствие медленного подзаряда по окончании полного заряда.

Для примера приведем требования и рекомендации по заряду и разряду литий-ионных аккумуляторов фирмы Panasonic [1]:

• максимальное напряжение заряда 4,2 или 4,1 вольта в зависимости от модели аккумулятора;
• напряжение окончания разряда 3,0 вольта;
• рекомендуемый ток заряда 0,7 С, ток разряда (нагрузки) — 1 С и меньше;
• если напряжение на аккумуляторе менее 2,9 вольта, то рекомендуемый ток заряда 0,1 С;
• глубокий разряд может привести к повреждению аккумулятора (т. е. должно соблюдаться общее правило — Li-ion аккумуляторы любят скорее находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном, и заряжать их можно в любое время, не дожидаясь разряда);
• по мере приближения напряжения на аккумуляторе к максимальному значению, ток заряда уменьшается. Окончание разряда должно происходить при уменьшении тока заряда до (0,1 … 0,07) С в зависимости от модели аккумулятора. После окончания заряда ток заряда прекращается полностью.
• диапазон температур при заряде от 0 до 45 градусов Цельсия, при разряде от минус 10 до 60 градусов Цельсия.

Приведенные выше данные могут отличаться в ту или иную сторону для аккумуляторов других производителей.

В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, для Li-ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-ion аккумуляторов 4,10 В или 4,20 В, допуск на установку для обоих типов ±0,05 В на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-ion аккумуляторов, вероятно, будут определены другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.

Более высокое значение порога напряжения обеспечивает и большее значение емкости, поэтому в интересах изготовителя выбрать максимально возможный порог напряжения без нарушения безопасности. Однако на величину этого порога влияет температура аккумулятора, и его устанавливают достаточно низким для того, чтобы допустить повышенную температуру при заряде.

В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять значение этого порога напряжения, его правильная установка должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-ion типа. Однако большинство изготовителей не обозначают тип Li-ion аккумулятора и напряжения окончания заряда. И, если напряжение установлено неправильно, то аккумулятор с более высоким напряжением выдаст более низкое значение емкости, а аккумулятор с более низким — будет немного перезаряжен. При умеренной температуре повреждения аккумуляторов не происходит.

Именно в этом, как правило, и заключается причина того, что аккумулятор, заряженный, например, в «родном» телефоне, работает меньшее или большее время, чем этот же аккумулятор, заряженный в настольном зарядном устройстве неизвестного производителя.

Повышение температуры аккумулятора при заряде незначительно (от 2 до 8 градусов в зависимости от типа и производителя)

Вмешательство потребителя в любое Li-ion зарядное устройство не рекомендуется.

Медленный подзаряд по окончании заряда, характерный для аккумуляторов на основе никеля, не применяется, потому что Li-ion аккумулятор не терпит перезаряда. Медленный заряд может вызвать металлизацию лития и привести к разрушению элемента. Вместо этого время от времени для компенсации маленького саморазряда аккумулятора из-за небольшого тока потребления устройством защиты может применяться кратковременный заряд.

Li-ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты: плавкий предохранитель, термопредохранитель и внутреннюю схему управления, которая отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения разряда и заряда.

Меры предосторожности: Никогда не пытайтесь заряжать литиевые батарейки! Попытка зарядить эти аккумуляторы может вызывать взрыв и воспламенение, которые распространяют ядовитые вещества и могут причинить повреждения оборудованию.

Меры безопасности: В случае разрушения литий-ионного аккумулятора, утечки электролита и попадания его на кожу или глаза, немедленно промойте эти места проточной водой. Если электролит попал в глаза, промойте их проточной водой в течение 15 минут и обратитесь к врачу.

При написании статьи использованы материалы, любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой Канадской компании Cadex Electronics Inc. [3].

Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [4,5,6,7] .

О зарядных устройствах для мобильных устройств связи в следующей статье.

Источник

Аккумулятор литий-ионный: как заряжать первый раз. Литий-ионный аккумулятор: как правильно заряжать, виды и рекомендации

Современный человек не может представить своей жизни без мобильного телефона, планшета, ноутбука, портативной дрели, шуруповерта, фонарика и прочих устройств, которые могут работать как от электросети, так и от аккумулятора. Зачастую в таких приспособлениях используются литий-ионные источники питания.

Что такое Li-ion аккумулятор

Несмотря на то что каждый человек сталкивался с таким источником питания, далеко не все понимают, что это за батарея и как она устроена. Наиболее простым и распространенным вариантом является литий-ионный источник питания для мобильных телефонов. Он имеет такую конструкцию: сверху находится контролер для управления зарядом-разрядом, а ниже аккумуляторный элемент (банка).

В 99% батарей для сотовых телефонов используется только один аккумуляторный элемент, специалисты на своем жаргоне достаточно часто называют его банкой. Номинальное напряжение данного источника питания составляет 3.7 вольта.

Устройство также имеет специальный контроллер (обычная плата с микросхемой), благодаря которому не случается перезарядки аккумулятора. Потому производитель со своей стороны сделал все возможное, чтобы не случилось внештатных ситуаций, которые привели бы к быстрой поломке источника питания.

Как заряжать первый раз

Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор в первый раз, знает далеко не каждый и начинает проводить процедуру полной разрядки. Элементы питания такого типа устроены совершенно по-другому, и процесс глубокого разряда им очень сильно вредит. Именно поэтому такие устройства продаются с зарядом на 2/3 от емкости, а не для того, чтобы человек мог проверить телефон или другое приспособление.

К сожалению, достаточно часто потребители, перед тем как первый раз зарядить литий-ионный аккумулятор, помня старые времена, начинают полностью его разряжать, тем самым практически сразу же у них отбирая половину срока службы. Поэтому будьте внимательны и не допускайте распространенных ошибок, приводящих к поломке АКБ.

Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор?

Наиболее оптимальной средой работы для обычного Li-ion источника питания является уровень заряда на уровне 20-80%. Данные устройства очень не любят перезаряд, и хоть на батарее находится специальный контроллер, который не допустит этого, но есть некоторые потребители, которые сутками держат батарею на зарядке. Это совершенно ни к чему, и таким образом не продлить работу устройства, а наоборот.

Литий-ионный аккумулятор 18650

Как заряжать литий-ионный аккумулятор 18650

Заряжать такие элементы питания можно только при помощи специального зарядного устройства, которое продается практически в любом магазине с электротоварами. Для зарядки литий-ионных батарей необходимо зарядное устройство, где минимальное напряжение будет не менее 2.2 В, а максимальное — не более 4.35. Ток разряда не должен быть больше, чем двойная емкость АКБ. То есть если аккумулятор имеет 2000 мАч, то ток на зарядном устройстве не должен быть больше 4000 мАч.

Чем опасен перезаряд и глубокий разряд?

Из-за того, что люди не знают, как заряжать литий-ионный аккумулятор, они часто допускают ошибки и могут его слишком долго держать на зарядке или же, наоборот, забыть про него на длительное время. Чем же опасна неправильная эксплуатация батареи? Все дело в том, что в данном случае ионы лития передвигаются от одного к другому электроду. Материал изготовления самих электродов может быть разным, но в данной теме эти подробности не столь важны.

Проще говоря, чем больше заряжена батарея, тем больше ионов лития находится в электроде. Если их значение постоянно находится на максимуме, то в таком случае происходит достаточно быстрая изнашиваемость устройства.

Чем заряжать аккумуляторы

Li-ion аккумуляторы получили большую популярность также и потому, что существует достаточно большое количество вариантов, чем можно их зарядить.

Наиболее логичный и правильный способ, как заряжать литий-ионный аккумулятор – это штатное зарядное устройство. Благодаря специальному устройству батарея получит максимальный заряд в кратчайшие сроки. Более того, это полностью безопасно для элемента питания.

Тем, кто не знает, как заряжать литий-ионный аккумулятор, если под рукой не оказалось штатного зарядного устройства, сообщаем, что сделать это можно и при помощи компьютера и шнура USB. Однако в таком случае ток будет достигать лишь 0.5 ампера.

Также возможно зарядить Li-ion батарею через прикуриватель в автомобиле. На сегодняшний день во многих магазинах продаются специальные USB-переходники, которые выдают различную силу тока. Каким током заряжать литий-ионные аккумуляторы, лучше всего узнать в документации, которая предоставляется вместе с телефоном, ноутбуком или другим устройством. Основная масса батарей заряжается от 3.7 до 19 вольт. Однако существуют модели батарей, которым необходимо больше или меньше напряжения. В любом случае не стоит рисковать, а лучше лишний раз заглянуть в инструкцию по эксплуатации.

Если ни один из предыдущих способов зарядки не подошел, можно воспользоваться старым, но все же актуальным и по сегодняшний день устройством, которое получило в народе название «лягушка». Такие приспособления в большей мере предназначены для батарей из сотовых телефонов. Конструкция «лягушки» достаточно простая: здесь есть один док, куда устанавливается литий-ионный аккумулятор, а также контакты, регулирующийся по ширине. Таким образом, эта зарядка подойдет практически под любую батарею данного типа.

Как видите, способов зарядки элемента питания достаточно много. Но перед тем как зарядить литий-ионный аккумулятор, следует убедиться, что действительно нет возможности воспользоваться штатной зарядкой. Остальные методы используются в случае необходимости. Они не приносят вред батарее, но все же оригинальная зарядка должна быть в приоритете в сравнении с остальными.

Если человек не знает, как зарядить литий-ионный аккумулятор шуруповерта, то сообщаем, что делать это нужно только специализированной зарядкой, которая поставляется в комплекте с устройством. Стоит отметить, если зарядка выходит из строя, а приобрести новую нет возможности, к примеру, больше данная модель не производится, то в таком случае можно соединить между собой несколько аккумуляторов типа 18650 и вставить в короб с оригинальной зарядкой. Сколько нужно АКБ типа 18650, сказать невозможно, все зависит от вольтажа шуруповерта.

Калибровка

После того как АКБ будет полностью разряжена, ее нужно зарядить полностью до 100% при выключенном устройстве. Посмотреть время зарядки аккумулятора можно в инструкции. Если по окончании этого времени вы включили устройство, а заряд показывает менее 100%, то нужно его снова выключить и продолжить зарядку до тех пор, пока не будет полного уровня заряда.

Хранение

Если на протяжении долгого периода времени не планируется использование АКБ, то следует обратить особое внимание на то, как его необходимо хранить. Оптимальным зарядом считается 30-60% от емкости. Аккумулятор должен находиться в достаточно прохладном помещении, где температура воздуха сохраняется около 15 градусов. Если же элемент питания хранится в полностью заряженном состоянии, то при последующем включении вы обнаружите, что его емкость значительно снизилась.

Когда устройство оставляют полностью разряженным, то это еще хуже. С большой долей вероятности через полгода его нужно будет сдавать на утилизацию. Литий-ионные аккумуляторы запрещается хранить длительное время в глубокой разрядке.

Внешний перегрев

Еще один злейший враг Li-ion аккумуляторов – высокая температура, которую они категорически не переносят. Владельцу такого типа АКБ следует не допускать попадания на него солнечных лучей, не класть возле батареи или других источников излучения тепла. Максимально допустимая температура использования аккумулятора — +50 градусов. Если пренебречь температурным режимом, то вероятно, уже через несколько месяцев новый элемент питания превратится в испорченный.

Заключение

Теперь вы знаете, можно ли заряжать литий-ионные аккумуляторы и как правильно это можно сделать. Подытоживая все вышесказанное, можно выделить такие основные моменты:

1. По возможности АКБ всегда нужно заряжать оригинальными зарядками.
2. Правильней всего заряжать батареи до 80%, при этом не опускать значение разряда ниже 20%.
3. Не держать аккумулятор постоянно на зарядном устройстве, а также не рекомендуется полный разряд.

При соблюдении нескольких нехитрых правил аккумулятор типа Li-ion может прослужить достаточно длительный период времени, при этом энергоемкость будет оставаться на высоком уровне.

Источник