Зарядное устройство литиевых аккумуляторов для автомобиля

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Литиевые аккумуляторы представляют гальваническую пару, в которой катодом служат соли лития. Независимо, литий-ионный, литий-полимерный сухой или гибридный аккумулятор, зарядное устройство подходит всем. Изделия могут иметь форму цилиндра, или герметичную мягкую упаковку, способ зарядки для них общий, отвечающий особенностям электрохимической реакции. Как зарядить Li-ion АКБ?

Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы

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

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

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

Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов

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

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

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

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

Как контролируют параметры зарядки

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

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

Самодельные схемы зарядки, применяемые для литиевых аккумуляторов

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

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

Как зарядить литиевый аккумулятор 12 вольт

Каждый литиевый аккумулятор представляет герметичное изделие цилиндрической, призматической формы, для Li-pol в мягкой упаковке. Все они имеют напряжение 3,6- 4,2 В и разную емкость, измеряемую в мА/ч. Если собрать последовательно 3 банки получится батарея с напряжением на клеммах 10,8 — 12,6 В. Емкость при последовательной зарядке, измеряется по самому слабому литиевому аккумулятору в связке.

Как правильно заряжать литиевый аккумулятор 18650 или Pol на 12 вольт, нужно знать. Для возвращения прибору емкости необходимо использовать ЗУ с контроллером. Важно иметь в сборке РСМ для каждой банки, защиту от недо- и перезаряда. Другая схема незащищенных литиево-ионных аккумуляторов – установка РСВ – управляющей платы, лучше с балансирами, для равномерной зарядки банок.

На зарядном устройстве необходимо задать напряжение, под которым работает батарея, 12,6 В. На приборной доске устанавливается количество банок и ток зарядки, равный 0,2- 0,5 С.

Как заряжать, предлагаем посмотреть видео, способ зарядки для 2, 3 литиевых аккумуляторов 18650, соединенных последовательно. Используется бюджетное зарядное устройство.

Варианты зарядки литий-ионных литиево-полимерных аккумуляторов:

• Зарядное устройство приобретаемое в комплекте с прибором.
• Использовать разъем USB от электронной техники – компьютера. Здесь можно получить ток 0,5 А, зарядка будет долгой.
• От прикуривателя, купив переходник с набором портов. Выбрать тот, что соответствует параметрам батареи на 12 В.
• Универсальное зарядное устройство «лягушка» с доком для установки гаджета. Как заряжать? Есть панель индикации заряда.

Специалисты советуют использовать для зарядки литиевых аккумуляторов штатное зарядное, остальные – только в форс-мажорных обстоятельствах. Однако, как зарядить литиевый аккумулятор без штатного зарядного устройства, нужно знать.

Как заряжать литиевые аккумуляторы шуруповерта

Шуруповерт на литиевых аккумуляторах почти всегда апгрейд. Если с Ni-Cd элементами были одни требования к зарядке, теперь они стали противоположными. В первую очередь нужно приобрести или собрать зарядник, именно для энергоемких литиевых аккумуляторов шуруповерта с форм фактором 18650. Схема зарядки применяется из двух этапов CC/CV.

Зарядка литиевого аккумулятора шуруповерта оптимальна, когда остается 20-50 % емкости – одна палочка на индикаторе. Чем чаще заряжать, тем стабильнее напряжение на клеммах и длиннее жизнь источника энергии. Чем ровнее напряжение на клеммах, тем больше циклов выдержит литиевый аккумулятор шуруповерта.

Глубина разряда, %	Количество циклов заряда
100	500
50	1500
25	2500
10	4 700

Если в шуруповерте 2 аккумулятора, один снимите, зарядите на 50-60 % и держите в резерве. Но второй заряжайте всегда по окончании работы, даже на 10 %. Лучшая температура для заряда +15-25 0 С. При минусе батарея шуруповерта не зарядится, но работать до -10 0 может.

Как заряжать литиевый аккумулятор шуруповерта зарядным устройством, зависит от схемы сбора батареи из банок. В любом случае, напряжение на ЗУ должно быть равно заявленному для прибора, а сила тока 0,5 С на первом этапе. На втором, напряжение клеммное стабильно, а сила тока падает, вплоть до окончания процесса.

Сколько заряжать литиевый аккумулятор

Время зарядки аккумуляторов определяется процессом восстановления емкости. Различают полный и частичный заряд.

Емкость измеряется в ампер-часах. Это значит, если подать заряд, численно равный емкости, то за час на клеммах создастся нужное напряжение, а запас энергии будет 70-80 %. Если емкость измеряется в единицах С, при быстрой зарядке следует подавать ток 1С-2С. Время быстрой зарядки около часа.

Для полного цикла зарядки батарей из нескольких элементов, соединенных последовательно, используют 2 этапа – CC/CV. Этап СС длится, пока на клеммах не появится напряжение , равное рабочему, в вольтах. Второй этап: при стабильном напряжении подается в банку ток, но с увеличением емкости, он стремится к нулю. Время заряда занимает около 3 часов, независимо от емкости.

Можно ли заряжать литиевый аккумулятор обычной зарядкой

Две разных системы аккумуляторов – литиевые и свинцовые требуют разного подхода к восстановлению емкости. Свинцовый АКБ не настолько требовательны к параметрам зарядки, как литиевые. Да и критерии заряда другие.

Для зарядки на первом этапе Li-ion, Li-pol требуется постоянный ток, на втором этапе постоянное напряжение. Если не контролировать параметры на первом этапе, возможен перезаряд. Но если в батарее есть встроенная защита – BMS – она справится. Поэтому несколько добавить энергии можно даже зарядником от телефона.

В зарядном устройстве для свинцовых АКБ главный показатель – стабильное напряжение. Для литиевых зарядников на первом этапе важен стабильный ток.

Правда, появились универсальные ЗУ, которые можно перенастроить на тот или иной режим зарядки. Перед вами российская разработка «Кулон».

Источник

Особенности применения литиевых АКБ в автомобилях

Литиевые батареи известны достаточно давно, но вплоть до последнего десятилетия они использовались преимущественно как тяговые батареи, обслуживая кары, подъёмники и подобную технику. И только совсем недавно появились стартовые АКБ, которыми уже оснащают гибридные автомобили от Toyota, Ford и некоторых других автобрендов. Такие аккумуляторы намного легче традиционных кислотных, обладают большей ёмкостью и другими достоинствами. Однако имеются у них технологические особенности, которые мешают литиевым батареям выйти в массы.

Преимущества и недостатки литиевых АКБ

Главный недостаток этого типа автомобильных батарей – их высокая стоимость. Особенно если сравнивать с обычным кислотным аналогом: одно дело заплатить 6 тысяч рублей, и совсем другое – 60.

Но давайте начнём с достоинств:

• вес таких батарей гораздо меньше кислотных аналогов;
• они способны дольше держать заряд;
• количество циклов заряд–разряд примерно втрое больше;
• их эффективность (способность взять или отдать определённое количество электроэнергии) гораздо выше;
• время зарядки тоже несоизмеримо: некоторым моделям достаточно 1 часа, чтобы полностью восстановить заряд.

Звучит привлекательно. Но недостатков у этой технологии никак не меньше, и они весьма серьёзные:

1. Они очень плохо переносят постоянную подзарядку (вернее – перезаряд), так что подпитываться электроэнергией от генератора – это не для них. Решение проблемы – использование специальных конверторов, которые будут управлять процессом зарядки. Пока такие контроллеры весьма несовершенны.
2. Литиевые аккумуляторы для автомобиля нельзя заряжать при отрицательных температурах, да и холод они переносят плохо. Высокие температуры не менее опасны, поскольку перегрев таких АКБ чреват воспламенением и взрывом.
3. Есть проблемы и с адаптацией бортовой системы под литиевые АКБ, без которых их использовать невозможно.

Наконец, стоит упомянуть о таком важном факторе, как ресурс батареи. Он у LiFePo4 аккумуляторов по современным меркам невысок – порядка трёх лет.

Количество циклов литиевых батарей

Среди специалистов принято измерять жизненный цикл автомобильных аккумуляторов количеством циклов заряд–разряд. Безусловно, этот показатель нельзя назвать точным, но в качестве ориентира он используется часто. У литиевых АКБ этот показатель примерно втрое выше, чем у свинцово-кислотных, порядка 1000 циклов.

Читателю будет интересно сравнить результаты тестов, в которых участвовали два AGM-аккумулятора, один классический свинцово-кислотный и литиевая батарея типа LiFePo4. Все участники подвергались глубокому разряду током 25 А с падением напряжения до 10.5 В, после чего заряжались таким же током до номинальных 14.4 В – подобные режимы встречаются и в реальной жизни.

Батарея с жидким электролитом «умерла» после 18 таких циклов, AGM аккумуляторы продержались 180 циклов, на состоянии литий-ионного автомобильного аккумулятора такое количество разрядов-зарядок никак не сказалось.

Впрочем, старение характерно и для этого типа батарей. Факторы, влияющие на этот показатель, известны – это величина тока заряда/разряда, глубина разряда, температура. Современные модели литиевых АКБ оснащаются системой BMS, которая следит за состоянием батареи, не давая ей перезаряжаться и способствуя защите ячеек при глубоких разрядах.

Зарядка LiFePo4 аккумулятора

Способность таких батарей быстро принимать необходимый заряд является преимуществом только на первый взгляд. Скорость внутренних химических реакций далека от мгновенной, вследствие чего состояние электролита при быстром заряде не будет одинаковым. Слои, расположенные в непосредственной близости от электродов, будут заряжены «под завязку», а периферические почти не получат заряда. Чем мощнее АКБ, тем заметнее будет эта разница.

На практике это означает, что вы сможете быстро получить номинальное напряжение на клеммах батареи, но на насыщение электролита потребуется больше времени.

Обычно ток заряда измеряют процентами от ёмкости батареи. Но если для обычных аккумуляторов это 9–10%, то для литиевых – от 50 до 100%. Это много, ведь номинал ёмкости таких батарей может составлять до 100 А*час, так что для их зарядки нужны мощные ЗУ с соответствующими значениями по амперажу.

Скажем, заряжать литиевый автомобильный аккумулятор ёмкостью 75–100 А*час необходимо током 50–100 А. Если в процессе зарядки начнёт подниматься температура электролита, BMS отключит ЗУ, но это будет свидетельством неполадок в батарее или неправильного выбора алгоритма.

Особенности выбора литиевой АКБ для автомобиля

При выборе LiFePo4 аккумулятора необходимо учитывать следующие факторы:

1. Возможности BMS по току, зависящие от ёмкости батареи. Непрерывный ток заряда для этого типа АКБ составляет 50–100% от ёмкости, поэтому обращайте внимание именно на характеристику непрерывного тока заряда, а не на максимально допустимое значение – оно не имеет смысла без указания времени, на протяжении которого проводились соответствующие испытания. BMS должна также уметь отключать АКБ при перезаряде, предельных нагрузках, перегреве, при подаче слишком высокого напряжения.
2. Стоимость. Она может в разы различаться для двух схожих по характеристикам литиевых батарей. Зачастую трудно определить, насколько совершеннее более дорогостоящая модель, поэтому ориентироваться только на ценник не стоит.
3. Предельная скорость зарядки – ещё один важный фактор при выборе литиевого автомобильного аккумулятора. У бюджетных моделей этот показатель может указываться в пределах 0.3С (С – ёмкость батареи), то есть для 100-амперной АКБ это будет 30 А. У премиальных моделей часто указывается значение в 1С. Важно понимать, что скорость зарядки пропорциональна току заряда, то есть чем больше этот показатель, тем быстрее будет происходить восстановление ёмкости аккумулятора. Но здесь возможны нюансы. Скажем, если в моторном отсеке достаточно места для установки ещё одной 100-амперной бюджетной батареи, то вы получите в итоге 200 А*час за те же деньги, что потратите на дорогую модель, пожертвовав при этом скоростью зарядки.
4. Время работы АКБ. Свинцово-кислотные батареи способны отдать только малую часть своего заряда, литиевые – все 100%, причём можно использовать несколько АКБ, соединённых параллельно. В этом случае время работы батареи без подзарядки увеличивается примерно на 25–30% (не удваивается!);
5. Мощность, получаемая батареей от генератора. Данный параметр оказывает влияние на ёмкость литиевого аккумулятора, а также на выбор подходящего зарядного устройства. На современных легковых авто среднего и высокого ценового уровня стоят очень мощные генераторы, на 2000 Вт и больше. Если в автомобиле имеется место только для одной бюджетной 100-амперной литиевой батареи, для зарядки дополнительного источника питания потребуется зарядное устройство номиналом 30 А. Генератор с его помощью получит возможность заряжать батарею током в пределах 25 А, а всего расходовать на основную и дополнительную АКБ примерно 350 Вт. Если использовать АКБ ёмкостью 60 А*час, отдаваемая генератором мощность вырастет до 800 Вт.

Ставить в автомобиль дорогой и мощный LiFePO4 аккумулятор имеет смысл, если все три главные характеристики (допустимый ток заряда АКБ, номинал по току ЗУ и мощность генератора) соответствуют друг другу.

Так, если автомобиль оснащён генератором мощностью 1500 Вт, при номинале ЗУ в 120 А батарея ёмкостью 100 А*час и показателем тока заряда 0.5С будет неподходящей – зарядный ток для неё будет слишком высоким, она будет греться, что недопустимо. Но если ток заряда будет иметь рейтинг 1С, то таких проблем не возникнет.

Установка литиевого аккумулятора

Итак, главное правило – все компоненты системы (сама батарея, генератор и зарядное устройство) должны соответствовать друг другу по номиналам. В противном случае BMS будет просто отключать АКБ из соображений безопасности. Если вы планируете использовать Li-Ion аккумулятор с возможностью зарядки от генератора на автомобилях, соответствующих экостандарту Евро 6, вам, скорее всего, потребуется заменить зарядное устройство на подходящее.

Вместо корпуса машины, используемого в качестве массы, лучше подключать провод, идущий от минусовой клеммы сервисной АКБ к минусовой клемме стартового аккумулятора.

Все провода, используемые для подключения литиевой АКБ, необходимо оснащать предохранителями, причём ставить их нужно возле клемм. Номинал такого предохранителя выбираем из расчёта, чтобы он превышал максимально допустимую нагрузку на 30%. К примеру, если литиевая АКБ на 100 А*час работает в паре с зарядкой, выдающей 60 А, предохранитель на этом участке цепи должен иметь номинал 80 А.

Источник