Заряд аккумуляторов литиевых: Немного теории о Li-Ion аккумуляторах — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Способы заряда Li-ion аккумуляторов и батарей на их основе

В данной статье мы не будем касаться самих электрохимических процессов, протекающих в Li-ion аккумуляторе, а рассмотрим все с точки зрения конечного пользователя. Для потребителя и разработчика электроники любой аккумулятор выглядит как некий двухполюсник, имеющий два контакта, выходящих из корпуса. Такой элемент схемы имеет ряд числовых характеристик, графиков зависимости и т. д., и практически ничем не отличается по количеству приводимых в документации параметров от, например, диода. С этой точки зрения мы и будем рассматривать способы заряда этих устройств.

Литий-ионные аккумуляторы производят как в корпусном (например, типоразмера 18650), так и в ламинированном исполнении (гель-полимерные), электроды и электродные массы которых помещены в герметичный пакет из специальной пленки. Электрохимические процессы протекают одинаково как в тех, так и в других, и все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем аккумуляторам вне зависимости от их исполнения.

Сразу отметим, что классический способ заряда Li-ion аккумулятора делится на два этапа. Первый — это заряд постоянным током, второй — заряд при постоянном напряжении (рис. 1).

Рис. 1. Этапы заряда Li-ion аккумулятора:
I — ток;
U — напряжение;
t — время

На рис. 1 можно увидеть этап 1′. Он необходим, когда напряжение на аккумуляторе ниже некоторого установленного значения (например, 2,5 В). При долгом хранении аккумулятора вследствие саморазряда и/или потребления системы обеспечения функционирования (СОФ) напряжение на аккумуляторе может упасть ниже, к примеру, 2,5 В (СОФ входит в состав аккумуляторной батареи, даже если она состоит из одного аккумулятора). Малый ток заряда обеспечивает постепенный выход активных электродных материалов на заданные уровни напряжения, при которых они штатно функционируют (например, при более 2,8 В), после чего включается основной ток заряда. Данный режим призван обеспечить более долгую жизнь аккумулятора при выходе его из заданного диапазона напряжений.

Также этап 1′ применяется при заряде аккумулятора при низких температурах, например ниже +5 °C — для «разогрева» электродных масс.

Первоначальный заряд малым током используется и для обеспечения безопасности аккумулятора при заряде. Если внутри аккумулятора произошло микрокороткое замыкание (или просто КЗ), то по истечении некоторого времени заряда напряжение на нем не будет возрастать. Этот факт может свидетельствовать о неисправности. Если начать заряд достаточно большим током сразу, то при КЗ может произойти сильный разогрев аккумулятора и его разгерметизация. Хотя СОФ имеет температурный датчик, при быстром заряде и относительно большой теплоемкости аккумулятора и высоком конечном значении теплопроводности разгерметизация может произойти немного раньше, чем СОФ отключит аккумуляторы от заряда. Функция заряда малым током часто возлагается не на зарядное устройство, а на СОФ батареи. В схеме СОФ это может быть дополнительный MOSFET (управляющий зарядом), включенный через последовательный резистор, ограничивающий ток, подключенный к аккумуляторной батарее (АБ).

Необходимо отметить, что данный этап часто исключают из цикла заряда батареи, начиная заряд сразу с этапа 1.

На первом этапе заряд осуществляется номинальным током, который измеряется в долях от номинальной емкости аккумулятора (Сн). Например, емкость аккумулятора 10 А·ч, номинальный ток заряда 0,2Сн, то есть 2 А — пятичасовой режим заряда. Понятно, что потребитель хочет, чтобы заряд осуществлялся как можно быстрее — в течение 1–2 ч, что соответствует 0,5–1Сн. Такой режим заряда обычно называют ускоренным. Для нормальной работы аккумулятора номинальный ток заряда лежит в пределах 0,2–0,5Сн, а ускоренный, как уже говорилось, — в диапазоне 0,5–1Сн. Каким максимальным током можно заряжать тот или иной аккумулятор, можно узнать в документации на конкретный тип устройства. График роста напряжения на аккумуляторе, показанный на рис. 1, носит линейный характер (для простоты восприятия).

Чем выше ток заряда (или меньше время, отводимое на полный заряд), тем меньше аккумулятор «наберет» емкости и тем пристальней необходимо следить за разогревом, чтобы его температура не вышла за установленный предел. При большом токе заряда существенно продлевается время 2-го этапа (рис. 1), когда ток постепенно падает до определенного предела. Так, например, при токе заряда 1Сн и отводимом на заряд времени в 1 ч аккумулятор достигнет своего конечного напряжения за 45–50 мин. Любой аккумулятор имеет внутреннее сопротивление (включающее в себя несколько составляющих — омическую, диффузионную и т. д.). Падение напряжения на внутреннем сопротивлении при большом токе заряда приведет к более быстрому достижению конечного зарядного напряжения. При достижении конечного напряжения заряд перейдет ко второму этапу — падающему току при постоянном напряжении. За оставшееся время 10–15 мин. аккумулятор «наберет» еще 0,1–0,15Сн, что в сумме составит не более 0,85–0,95Сн. При более коротком режиме заряда и лимите времени зарядная емкость будет еще меньше. Можно учитывать внутреннее сопротивление аккумулятора и ввести зависимость конечного зарядного напряжения от тока заряда, но это требует проработки для конкретного типа аккумуляторов и более сложных зарядных устройств.

Обычно разработчики не используют данные зависимости при проектировании простых устройств.

Ускоренный и номинальный режим заряда необходимо чередовать, особенно при заряде батарей, состоящих из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. При номинальном токе заряда возрастает его продолжительность. Увеличение времени заряда способствует лучшей балансировке аккумуляторов в батарее [1]. Чем больше время такой балансировки, тем лучше будут сбалансированы аккумуляторы по емкости и, в конечном итоге, батарея отдаст емкость, близкую к номинальной при разряде. Обычно системы баланса делаются пассивными, и работают они только при заряде батареи. Заряд номинальным режимом особенно рекомендуется после длительного хранения батареи, когда степень заряженности отдельных аккумуляторов будет сильно зависеть от токов саморазряда, который у разных аккумуляторов разный, даже при специально подобранных аккумуляторах в одной батарее.

Второй этап — заряд при постоянном напряжении и падающем токе.

Ток на этом этапе падает до определенного значения. Например, процесс считается завершенным при установлении тока заряда менее 0,1–0,05Сн (в нашем примере <100 мА). Как было показано выше, продолжительность фазы падающего тока зависит от тока заряда. Для номинального режима заряда (0,2Сн) она длится обычно не более нескольких десятков минут, при этом аккумулятор набирает до 0,1–0,15Сн. Время заряда падающим током также зависит от степени деградации аккумулятора в процессе эксплуатации (иначе говоря, от срока службы и количества циклов заряд/разряд). Чем больше деградация, тем длиннее фаза падающего тока.

После окончания заряда напряжение на аккумуляторе падает на 0,05–0,1 В (рис. 1), приходя к своему равновесному состоянию. Держать аккумулятор продолжительное время (десятки часов) при конечном напряжении (например, 4,2–4,3 В) не рекомендуется из-за несколько повышенной в этом состоянии скорости деградации электродных масс. Поэтому после фазы падающего тока желательно прекратить заряд.

Производители электроники предоставляют уже готовые схемотехнические решения, реализующие описанный выше алгоритм заряда, выполненные в одном корпусе микросхемы — например МАХ1551, МАХ745 и т. д. Одна из популярных микросхем, применяемых для заряда Li-ion аккумуляторов (мобильных телефонов, фототехники и т. д.) от сети постоянного тока 12–24 В, — MC34063 (рис. 2). На рис. 2 выходное напряжение MC34063 — 5 В, но его можно пересчитать на конечное зарядное напряжение аккумулятора 4,1–4,3 В, варьируя резисторами R1, R2. Дополнительный выходной фильтр для уменьшения пульсаций можно исключить.

Рис. 2. Структурная схема МС34063, реализующая алгоритм заряда Li-ion аккумулятора

Часто возникает желание осуществлять заряд устройством, на выходе которого есть только постоянный ток (без фазы постоянного напряжения в конце заряда). Это позволяют сделать, к примеру, зарядные устройства от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей. Рассмотрим этот способ.

Необходимо отметить, что литий-ионная аккумуляторная батарея подключается через СОФ к зарядному устройству (ЗУ), имеющему внутренние ключи (для батарей небольшой емкости до 40–60 А·ч это обычно MOSFET). Поэтому прежде, чем подключать ЗУ к АБ, необходимо убедиться, что выходное напряжение ЗУ (напряжение разомкнутой выходной цепи) не слишком высокое, чтобы не вывести из строя коммутаторы заряда АБ. Сам алгоритм заряда можно осуществить с помощью постоянного тока (этап 1) и фазы импульсов (этап 2), показанной на рис. 3. Фаза импульсов заменяет фазу падающего тока (также этап 2), показанную на рис. 1.

Рис. 3. Заряд постоянным током с прерывистой фазой зарядного тока:
I — ток;
U — напряжение;
t — время

Критерием остановки заряда могут служить напряжение на аккумуляторе или время импульса тока (T_имп), за которое напряжение на аккумуляторе достигает конечного зарядного напряжения (например, 4,2 В). При каждом импульсе напряжение на аккумуляторе будет повышаться, как показано на рис. 3. Как только оно достигнет уровня полностью заряженного аккумулятора с фазой падающего тока (рис. 1, примерно 4,1–4,15 В), заряд можно прекращать. Измерение напряжения на аккумуляторе необходимо производить через некоторое время после завершения зарядного импульса. Этот критерий окончания заряда при фазе импульсного тока Li-ion аккумулятора в большей степени справедлив для аккумуляторов на основе кобальтата лития (так называемые кобальтатные аккумуляторы). Об отличительных особенностях этих типов аккумуляторов мы поговорим далее.

Если ориентироваться на T_имп, то как только длительность импульса, в течение которого напряжение на аккумуляторе достигнет своего конечного значения, будет достаточно маленькой, заряд можно прекращать. Длительность можно считать маленькой, если аккумулятор за это время наберет менее 0,2–1% от своей емкости Сн. Например, при емкости аккумулятора 10 А·ч — 0,5% от Сн составит 0,05 А·ч. При токе заряда 5 А расчетная длительность зарядного импульса составит порядка 30 с.

Реализацию данного алгоритма заряда можно возложить на СОФ АБ, если она спроектирована таким образом, что можно изменять алгоритм ее функционирования [2]. Тогда микроконтроллер СОФ может отслеживать напряжение на аккумуляторе или производить вычисления времени импульса и останавливать заряд, размыкая окончательно зарядный ключ.

Еще один способ — заряд ступенчатым током (рис. 4).

Рис. 4. Заряд ступенчатым током:
I — ток;
U — напряжение;
t — время

Для упрощения ЗУ обычно заряд осуществляют в два этапа: номинальный ток (этап 1) и ток вдвое меньше номинального. То есть существует всего две ступени заряда. На рис. 4 для наглядности показано три ступени. И действительно, если есть возможность уменьшать ток ЗУ дискретно не в два раза, а на меньшую величину, то заряд будет осуществляться почти так же, как показано на рис. 1, а на этапе 2 напряжение на аккумуляторе будет колебаться около конечного напряжения заряда.

Помимо аккумуляторов с катодом из кобальтата лития, в мире все большую популярность набирают железо-фосфатные аккумуляторы (литированный фосфат железа). Железо-фосфатные аккумуляторы хоть и имеют меньшие удельные характеристики (Вт·ч/кг, Вт·ч/дм³), но из-за меньшей стоимости (при той же емкости) становятся все более и более популярными. На рис. 5 представлены зарядные кривые двух типов аккумуляторов.

Рис. 5. Графики заряда при различных температурах аккумуляторов с материалом положительного электрода:
а) кобальтат лития;
б) литированный фосфат железа

Заряд производился током 0,5Сн. Из графиков видно, что аккумуляторы с положительным электродом на основе кобальтата лития имеют почти линейную характеристику роста напряжения от степени заряженности. Характеристика аккумуляторов с положительным электродом на основе литированного фосфата железа почти горизонтальна и только в конце заряда резко возрастает, а также существенно зависит от температуры. Конечное напряжение заряда у железо-фосфатных аккумуляторов обычно ниже и составляет 3,7–3,9 В. После заряда (фазы падающего тока) напряжение даже у заряженного на 100% такого аккумулятора при нормальных условиях упадет до 3,35–3,45 В. Поэтому не будет наблюдаться такого роста напряжения, как показано на рис. 3, оно будет снижаться после каждого импульса заряда до указанного уровня (3,35–3,45 В). Критерием оценки заряженности аккумулятора в этом случае будет только T_имп, если заряд ведется прерывистой фазой тока (рис. 3).

Существуют Li-ion аккумуляторы с положительным электродом на основе никель-кобальт-алюминия и никель-кобальт-марганца. Зарядные зависимости у них ближе к зависимостям кобальтатных (рис. 5а). В любом случае при выборе и эксплуатации конкретного устройства необходимо внимательно ознакомиться с рекомендациями и документацией производителя. Заряд таких аккумуляторов также производится в два этапа.

Фаза постоянного напряжения (падающий ток) на рис. 5 отражена на представленных зависимостях в виде горизонтальной площадки в конце заряда. По величине этой площадки можно судить о емкости, набранной аккумулятором на этом этапе. Приведем экспериментальные данные заряда аккумулятора, иллюстрирующие способы, рассмотренные выше (рис. 6).

Рис. 6. Изменение напряжения литий-железо-фосфатного аккумулятора емкостью 240 А·ч в процессе заряда токами от 0,5 до 3Сн

На рис. 6 представлены зарядные кривые аккумулятора емкостью 240 А·ч с положительным электродом на основе литированного фосфата железа. Зарядные зависимости нормированы относительно емкости аккумулятора, а не времени. Заряд осуществлялся токами 120 А (0,5Сн), 240 А (1Сн), 480 А (2Сн) и 720 А (3Сн) до напряжения 3,7 В (при токах 0,5, 1 и 2Сн) и до 3,8 В (при токе 3Сн), при нормальных климатических условиях и температуре +20 °C. На графике видно, что при токе заряда 0,5Сн фаза падающего тока (при постоянном напряжении) составляет 12–15 А·ч (плоская площадка в конце графика). При токе 1Сн это уже 35–40 А·ч. При токе заряда 2Сн емкость составила всего около 190 А·ч при достигнутом напряжении 3,7 В, затем ток уменьшили в два раза (провал по напряжению), после чего аккумулятор еще зарядился на 35–40 А·ч. При токе заряда 3Сн напряжение отключения было повышено до 3,8 В, емкость составила всего около 180 А·ч, фаза падающего тока при постоянном напряжении отсутствует. На графике видно также, что при токе заряда 3Сн произошел некоторый провал по напряжению в середине кривой заряда. Это связано с повышением температуры аккумулятора и, как следствие, понижением внутреннего сопротивления (при повышении температуры возрастает скорость электрохимических реакций).

Существует несколько способов заряда Li-ion аккумуляторов, но все они отражают сущность двухэтапного процесса: заряд постоянным и падающим током при постоянном напряжении. При заряде аккумуляторов или батарей током 0,5–1 Сн и более фаза падающего тока обязательна для увеличения принятой аккумулятором зарядной емкости. При заряде током 0,1–0,3 Сн фазой падающего тока можно пренебречь, так как за 3,5–10 ч заряда аккумулятор и так зарядится почти на всю емкость.

Литература

Рыкованов А. С. Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей // Силовая электроника. 2009. № 1.
Рыкованов А. С. Элементная база систем обеспечения функционирования Li-ion аккумуляторов // Компоненты и технологии. 2012. № 8.
Рыкованов А. С. Способы балансирования портативных железо-фосфатных Li-ion аккумуляторных батарей // Компоненты и технологии. 2012. № 10.

Зерядка для литиевых аккумуляторов — как правильно и сколько заряжать Li-ion АКБ

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?

Содержание

1 Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы
- 1.1 Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов
- 1.2 Как контролируют параметры зарядки
2 Как зарядить литиевый аккумулятор 12 вольт
3 Как заряжать литиевые аккумуляторы шуруповерта
4 Сколько заряжать литиевый аккумулятор
5 Можно ли заряжать литиевый аккумулятор обычной зарядкой

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”.

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Как заряжать литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы

Если вы недавно приобрели или исследуете литий-железо-фосфатные батареи (в этом блоге они называются литиевыми или LiFePO4), вы знаете, что они обеспечивают большее количество циклов, равномерное распределение мощности и весят меньше, чем сопоставимые герметичные свинцово-кислотные батареи (SLA). ) батарея. Знаете ли вы, что они также могут заряжаться в четыре раза быстрее, чем SLA? Но как именно вы заряжаете литиевую батарею?

Power Sonic рекомендует выбирать зарядное устройство, разработанное с учетом химического состава вашей батареи. Это означает, что при зарядке литиевых аккумуляторов мы рекомендуем использовать литиевое зарядное устройство, такое как серия зарядных устройств LiFe от Power Sonic.

МОЖЕТ ЛИ ЗАРЯДИТЬ ЛИТИЕВУЮ БАТАРЕЮ ОТ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА?

Как вы узнаете из этого блога, профили зарядки SLA и лития во многом схожи. Тем не менее, следует проявлять особую осторожность при использовании зарядных устройств SLA для зарядки литиевых батарей, поскольку они могут повредить литиевую батарею или снизить ее емкость с течением времени. Есть много различий при сравнении литиевых и SLA-аккумуляторов.

ПРОФИЛЬ ЗАРЯДКИ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ (SLA) АККУМУЛЯТОРОВ

Вернемся к основам зарядки герметичной свинцово-кислотной батареи. Наиболее распространенным методом зарядки является трехэтапный подход: первоначальный заряд (постоянный ток), заряд до насыщения (постоянное напряжение) и плавающий заряд.

В Stage 1 , как показано выше, ток ограничен во избежание повреждения аккумулятора. Скорость изменения напряжения постоянно меняется на этапе 1, в конечном итоге выходя на плато, когда приближается предел напряжения полного заряда. Постоянный ток/этап 1 заряда имеет решающее значение перед переходом к следующему этапу. Зарядка на этапе 1 обычно выполняется при токе 10–30 % (от 0,1 до 0,3 °C) от номинальной емкости аккумулятора или меньше.

Этап 2 , постоянное напряжение, начинается, когда напряжение достигает предела напряжения (14,7 В для быстрой зарядки аккумуляторов SLA, 14,4 В для большинства других). На этом этапе потребляемый ток постепенно уменьшается по мере продолжения заряда батареи. Этот этап завершается, когда ток падает ниже 5% от номинальной емкости батареи. Последняя стадия, подзарядка, необходима для предотвращения саморазряда и потери емкости аккумулятора.

Этап 3 используется, если батарея используется в резервном режиме. Плавающий заряд необходим для обеспечения полной емкости батареи, когда требуется ее разрядка. В приложениях, где батарея находится на хранении, подзарядка поддерживает батарею SLA в 100% состоянии заряда (SOC), что необходимо для предотвращения сульфатации батареи, что, следовательно, предотвращает повреждение пластин батареи.

ПРОФИЛЬ ЗАРЯДКИ БАТАРЕИ LIFEPO4

Батарея LiFePO4 использует те же ступени постоянного тока и постоянного напряжения, что и батарея SLA. Несмотря на то, что эти две стадии похожи и выполняют одну и ту же функцию, преимущество батареи LiFePO4 заключается в том, что скорость зарядки может быть намного выше, что значительно сокращает время зарядки.

Стадия 1 зарядка батареи обычно выполняется при токе 30–100 % (от 0,3 до 1,0 °C) от номинальной емкости батареи. Этап 1 приведенной выше таблицы SLA занимает четыре часа. Этап 1 литиевой батареи может занять всего один час, что делает литиевую батарею доступной для использования в четыре раза быстрее, чем SLA. На приведенной выше диаграмме показано, что литиевая батарея заряжается всего при 0,5°C и при этом заряжается почти в 3 раза быстрее! Как показано на приведенной выше диаграмме, литиевая батарея заряжается всего при 0,5°C и при этом заряжается почти в 3 раза быстрее!

Стадия 2 необходима в обеих химиях для доведения батареи до 100% SOC. Аккумулятору SLA требуется 6 часов для завершения этапа 2, в то время как литиевому аккумулятору может потребоваться всего 15 минут. В целом, литиевая батарея заряжается за четыре часа, а батарея SLA обычно занимает 10 часов. В циклических приложениях время зарядки очень важно. Литиевый аккумулятор можно заряжать и разряжать несколько раз в день, тогда как свинцово-кислотный аккумулятор можно полностью заряжать только один раз в день.

Где они отличаются в профилях зарядки Этап 3 . Литиевая батарея не нуждается в плавающем заряде, как свинцово-кислотная. При длительном хранении литиевая батарея не должна храниться при 100% SOC, и поэтому ее можно обслуживать с полным циклом (зарядкой и разрядкой) каждые 6–12 месяцев, а затем хранить при зарядке только до 50% SoC.

В режиме ожидания, поскольку скорость саморазряда лития настолько низка, литиевая батарея будет обеспечивать почти полную емкость, даже если она не заряжалась в течение 6–12 месяцев. Для более длительных периодов времени рекомендуется система зарядки, которая обеспечивает дозарядку в зависимости от напряжения. Это особенно важно для наших аккумуляторов Bluetooth, где модуль Bluetooth потребляет очень небольшой ток от аккумулятора, даже когда он не используется.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАРЯДА ЛИТИЕВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Настройки напряжения и тока во время зарядки

Напряжение холостого хода при полной зарядке (OCV) 12-вольтовой батареи SLA номинально составляет 13,1, а OCV полной зарядки 12-вольтовой литиевой батареи составляет около 13,6. Аккумулятор может быть поврежден только в том случае, если приложенное зарядное напряжение значительно превышает напряжение полного заряда аккумулятора.

Это означает, что напряжение батареи SLA должно быть ниже 14,7 В для зарядки Stage 2 и ниже 15 В для литиевых. Плавающая зарядка требуется только для батареи SLA, рекомендуется около 13,8 В. Исходя из этого, диапазон зарядного напряжения от 13,8 В до 14,7 В достаточен для зарядки любого аккумулятора без повреждения. При выборе зарядного устройства для любого химического состава важно выбрать то, которое останется в пределах, перечисленных выше.

Зарядные устройства выбираются в соответствии с емкостью заряжаемой батареи, поскольку ток, используемый во время зарядки, зависит от номинальной емкости батареи. Литиевая батарея может заряжаться со скоростью 1C, тогда как свинцово-кислотная батарея должна поддерживаться при температуре ниже 0,3C. Это означает, что литиевую батарею емкостью 10 Ач обычно можно заряжать током 10 А, а свинцово-кислотную батарею емкостью 10 Ач можно заряжать током 3 А.

Ток отсечки заряда составляет 5% от емкости, поэтому отсечка для обеих батарей будет 0,5А. Как правило, установка тока терминала определяется зарядным устройством.

Универсальные зарядные устройства обычно имеют функцию выбора химического состава. Эта функция выбирает оптимальный диапазон зарядного напряжения и определяет, когда аккумулятор полностью заряжен. Если он заряжает литиевую батарею, зарядное устройство должно отключиться автоматически. Если он заряжает аккумулятор SLA, он должен переключиться на плавающий заряд.

Литиевые батареи, заменяющие герметичные свинцово-кислотные в устройствах с плавающей запятой

Очень часто литиевые батареи используются в приложениях, где батареи SLA обычно поддерживаются в режиме плавающего заряда, например, в системе ИБП. Были некоторые опасения, безопасно ли это для литиевых батарей. Обычно допустимо использовать стандартное зарядное устройство SLA постоянного напряжения с нашими литиевыми батареями, если оно соответствует определенным стандартам.

При использовании зарядного устройства SLA с постоянным напряжением зарядное устройство должно соответствовать следующим условиям:
— Зарядное устройство не должно иметь настройки десульфатации
— Напряжение быстрой/массовой зарядки 14,7 В
— Рекомендуемое напряжение подзарядки 13,8 В

В качестве примечания, некоторые интеллектуальные или многоступенчатые зарядные устройства SLA имеют функцию, которая определяет напряжение холостого хода (в качестве примечания, некоторые интеллектуальные или многоступенчатые зарядные устройства SLA имеют функцию, которая определяет напряжение холостого хода (OCV). разряженная литиевая батарея, находящаяся в режиме защиты, будет иметь OCV около 0 В. Этот тип зарядного устройства предполагает, что эта батарея разряжена, и не будет пытаться ее зарядить. Зарядное устройство с литиевой настройкой попытается восстановить или «разбудить» переразряженная литиевая батарея, находящаяся в режиме защиты

Долгосрочное хранение

Если вам нужно хранить батареи хранение в течение длительного периода, есть несколько вещей, которые следует учитывать в качестве Требования к хранению различны для SLA и литиевых батарей. Есть два Основные причины, по которым хранение SLA отличается от хранения литиевой батареи.

Первая причина заключается в том, что химический состав батареи определяет оптимальный SOC для хранения. Аккумулятор SLA следует хранить как можно ближе к 100% SOC, чтобы избежать сульфатирования, которое вызывает накопление кристаллов сульфата на пластинах. Накопление кристаллов сульфата снижает емкость аккумулятора.

Для литиевой батареи структура положительного вывода становится нестабильной при истощении электронов в течение длительных периодов времени. Нестабильность плюсовой клеммы может привести к необратимой потере емкости. По этой причине литиевая батарея должна храниться при температуре около 50 % SOC, которая равномерно распределяет электроны на положительной и отрицательной клеммах. Для получения подробных рекомендаций по долгосрочному хранению литиевых батарей ознакомьтесь с этим руководством по хранению литиевых батарей.

Вторым фактором, влияющим на хранение, является скорость саморазряда. Высокая скорость саморазряда батареи SLA означает, что вы должны поставить ее на подзарядку или подзарядку, чтобы поддерживать ее SOC как можно ближе к 100%, чтобы избежать необратимой потери емкости. Для литиевой батареи, которая имеет гораздо более низкую скорость разряда и не требует 100% SOC, вы можете обойтись минимальной подзарядкой для обслуживания.

Вас также может заинтересовать…

Типы разъемов для зарядки электромобилей: полное руководство

Категории: Блог, Эвеско

Популярность электромобилей (EV) продолжает расти во всем мире благодаря их экологически чистой энергии и эффективной работе. Однако с увеличением…

Подробнее…

Преимущества зарядки электромобилей в отелях

Категории: Блог, Эвеско

По мере того, как мир движется к более устойчивому будущему, электромобили (EV) становятся все более популярными. Рост количества электромобилей пр…

Подробнее…

Полное руководство по UL9540 — стандарту для систем накопления энергии

Категории: Блог, Эвеско

Системы накопления энергии (ESS) быстро становятся неотъемлемой частью современных энергетических систем. Они имеют решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии,…

Подробнее…

Обещание бренда Power Sonic

Качество

Произведенные с использованием новейших технологий и строгого контроля качества, наши аккумуляторные батареи отличаются превосходной производительностью и надежностью.

Опыт

Наш целенаправленный подход к исключительному комплексному обслуживанию клиентов отличает нас от конкурентов. От запроса до доставки и всего, что между ними, мы регулярно превосходим ожидания наших клиентов.

Служба

Доставка вовремя, каждый раз по спецификации заказчика. Мы гордимся тем, что предлагаем индивидуальные сервисные решения, точно соответствующие спецификациям наших клиентов.

Перевести »

Можно ли зарядить литиевую батарею обычным зарядным устройством?

Могу ли я зарядить литиевую батарею с помощью обычного зарядного устройства?

Одним из самых больших преимуществ литиевых аккумуляторов является их более быстрая зарядка по сравнению с герметичными свинцово-кислотными аналогами. Возможно, вы снова и снова слышали, что литиевые батареи заряжаются очень быстро, но насколько быстро и насколько быстрее, чем SLA? Что это значит для вас, конечного пользователя? И, наконец, можно ли заряжать литиевую батарею обычным герметичным свинцово-кислотным зарядным устройством?

Различия в поглощении заряда между SLA и литием

Если вам когда-либо приходилось ждать, пока батарея SLA закончит зарядку, прежде чем вы сможете использовать ее в устройстве, вы знаете, что это занимает невероятно много времени. Например, на приведенной ниже диаграмме мы зарядили 12-вольтовую батарею SLA с емкостью 20 ампер в час, которой потребовалось около 6,5 часов для достижения 100% состояния заряда (SOC). Но 12,8-вольтовой литий-железо-фосфатной батарее на 20 ампер-часов потребовалось чуть более 2,5 часов, чтобы достичь 100% SOC.

Поглощение заряда лития по сравнению с поглощением заряда SLA

Цикл зарядки для SLA состоит из трех стадий: постоянным током, постоянным напряжением и подзарядкой. На стадии постоянного тока батарея получает объемный заряд. В приведенном выше примере зарядки SLA-аккумулятора емкостью 20 Ач глубоким циклом аккумулятор SLA достиг состояния заряда (SOC) 80% на этом этапе, что составляет чуть более половины общего времени зарядки. Заряд постоянным напряжением, который также можно назвать абсорбционным зарядом, заряжает оставшиеся 20% батареи, но также занимает примерно 50% от общего времени зарядки. Кроме того, для большинства применений аккумулятор следует поддерживать в состоянии плавающего заряда, чтобы предотвратить переход аккумулятора в состояние чрезмерной разрядки из-за саморазряда химического элемента.

Однако в цикле зарядки лития есть только две стадии: постоянный ток и постоянное напряжение. На стадии постоянного тока/массовой зарядки батарея может поглотить 99 % своей емкости (SOC 99 %) за 96 % времени зарядки. Это означает, что в приведенном выше примере литиевой батареи 12,8 В 20 Ач батарея достигает почти 100% SOC менее чем за два часа. Стадия заряда постоянным напряжением обеспечивает только дополнительный 1% к емкости всего за 4% времени зарядки. Кроме того, литиевые батареи не нужно держать на подзаряде из-за более низкой скорости саморазряда батареи.

В этом сравнении литиевая батарея была полностью заряжена еще до того, как батарея SLA достигла стадии постоянного напряжения своего цикла зарядки, и заряжается в 1/3 раза быстрее, чем батарея SLA. Это особенно важно в приложениях с высокой цикличностью, когда устройство будет отключено для зарядки. В больших батареях SLA увеличенное время зарядки может потребовать использования дополнительных батарей, пока некоторые батареи заряжаются.

Поглощение лития на профиле зарядки SLA

Понимая, как работают профили зарядки Lithium и SLA, у вас могут возникнуть вопросы о том, что произойдет во время зарядки, если вы будете использовать литиевую батарею в качестве замены вместо зарядного устройства SLA? Не повредит ли это аккумулятору? Выдержит ли литиевая батарея перепады напряжения и плавающую зарядку?

При зарядке литиевой батареи на зарядном устройстве SLA с объемным зарядом 13,8 В (типичное плавающее напряжение для SLA и обычное напряжение для простых зарядных устройств) оно достигает 95% емкости примерно за 90% от общего времени зарядки. Это означает, что последние 5% емкости поглощаются за 10% времени подзарядки. Если бы эта литиевая батарея была заряжена при общей зарядке 14,6 В (типичное постоянное напряжение для зарядки батареи AGM — выбрано потому, что литий обычно является заменой для батарей AGM), она поглотила бы 99% емкости в 95% от общей емкости. время зарядки, то есть последний 1% заряда поглощается за последние 5% времени зарядки.

Время зарядки будет увеличено при зарядке лития по профилю SLA — примерно с 2,5 часов для литиевой батареи емкостью 20 Ач, заряженной по литиевому профилю, указанному выше, до примерно 5 часов для той же батареи по профилю SLA. Как вы можете видеть на диаграмме ниже, это означает, что литиевая батарея по-прежнему заряжается за меньшее время, чем потребовалось бы для зарядки эквивалентной батареи SLA в профиле SLA.

Итак, можно ли использовать литий в зарядном устройстве SLA? Да, если в этом зарядном устройстве нет режима десульфатации или детектора разряженной батареи. Для справки, функция десульфатации в зарядных устройствах SLA заключается в возврате полностью разряженной батареи SLA с помощью импульсов низкого тока и высокого напряжения. Этот режим десульфатации может привести к тому, что литиевая батарея BMS отключит батарею или даже повредит батарею из-за импульса высокого напряжения. Кроме того, детектор разряженной батареи может интерпретировать литиевую батарею, перешедшую в режим защиты, как разряженную батарею и, возможно, не сможет вывести литиевую батарею из-под защиты.

Как упоминалось в этом блоге, профили зарядки SLA имеют напряжение от 13,8 до 14,7. В этом диапазоне вы можете ожидать более полной зарядки от использования литиевой батареи. Литиевая батарея всегда будет достигать состояния 100% заряда намного быстрее, чем эквивалент SLA, особенно при более высоких напряжениях, поскольку литий заряжается при 14,6 вольт. В нижней части диапазона напряжения литиевая батарея по-прежнему достигает 95% SOC быстрее, чем батарея SLA достигает 80% SOC. В верхней части диапазона напряжения, используемого для большинства аккумуляторов AGM, литиевая батарея будет заряжена на 100%.

Может ли обычное зарядное устройство SLA повредить литиевую батарею?

Наконец, не повредит литиевая батарея использование зарядного устройства SLA? Предполагая, что зарядное устройство не имеет режима десульфатации, в приложениях с высокой цикличностью, когда батарея работает ежедневно, и она может никогда не увидеть плавающий заряд, вы вряд ли увидите какое-либо ухудшение. Вы также можете не достичь полной емкости литиевой батареи с помощью зарядного устройства SLA (например, литиевая батарея емкостью 20 Ач может не достигать 20 ампер на зарядном устройстве SLA). Если вы не будете часто использовать аккумулятор и он будет проводить большое количество времени на плаву, лучше перед хранением отключить аккумулятор от зарядного устройства. В качестве примечания: литий лучше всего хранится при 50% SOC. Но, короче говоря, для зарядки литиевой батареи можно использовать обычное SLA-зарядное устройство (без режима десульфатации).

Power Sonic рекомендует заряжать батареи зарядным устройством, подходящим для их химического состава. Мы также рекомендуем каждые 3-4 месяца проверять все литиевые аккумуляторы на низкое напряжение и заряжать их по мере необходимости. Чтобы ознакомиться с нашими полными рекомендациями по уходу за литием, нажмите здесь.

Для получения дополнительной информации о профилях зарядки лития и SLA литиевых и SLA-аккумуляторов посетите этот пост в блоге, чтобы узнать больше.

ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ LIFEPO4

Зарядные устройства для литиевых аккумуляторов серии Life специально разработаны для зарядки литий-железо-фосфатных аккумуляторов.

Зарядные устройства LiFePO4