Jak funguje lithiová baterie? Lithiové baterie

Posouzení vlastností konkrétní nabíječky je obtížné bez pochopení toho, jak by vlastně mělo probíhat příkladné nabíjení li-ion baterie. Než tedy přejdeme přímo ke schématům, připomeňme si trochu teorie.

Co jsou to lithiové baterie?

V závislosti na tom, z jakého materiálu je kladná elektroda lithiové baterie vyrobena, existuje několik druhů:

• s kobaltátovou katodou lithnou;
• s katodou na bázi lithiovaného fosforečnanu železitého;
• na bázi nikl-kobalt-hliník;
• na bázi nikl-kobalt-mangan.

Všechny tyto baterie mají své vlastní vlastnosti, ale protože tyto nuance nemají pro běžného spotřebitele zásadní význam, nebudou v tomto článku brány v úvahu.

Také všechny li-ion baterie jsou vyráběny v různých velikostech a tvarech. Mohou být buď opláštěné (například dnes populární 18650), nebo laminované či prizmatické (gel-polymerové baterie). Posledně jmenované jsou hermeticky uzavřené sáčky vyrobené ze speciální fólie, které obsahují elektrody a elektrodovou hmotu.

Nejběžnější velikosti li-ion baterií jsou uvedeny v tabulce níže (všechny mají jmenovité napětí 3,7 V):

Vnitřní elektrochemické procesy probíhají stejným způsobem a nezávisí na tvarovém faktoru a konstrukci baterie, takže vše níže uvedené platí stejně pro všechny lithiové baterie.

Jak správně nabíjet lithium-iontové baterie

Většina správná cesta Lithiové baterie se nabíjejí ve dvou fázích. Toto je metoda, kterou Sony používá u všech svých nabíječek. I přes složitější regulátor nabíjení to zajišťuje úplnější nabití li-ion baterií bez snížení jejich životnosti.

Zde hovoříme o dvoustupňovém nabíjecím profilu pro lithiové baterie, zkráceně CC/CV (konstantní proud, konstantní napětí). Existují také možnosti s pulzními a krokovými proudy, ale ty nejsou v tomto článku diskutovány. Více o nabíjení pulzní proud lze číst.

Pojďme se tedy na obě fáze nabíjení podívat podrobněji.

1. V první fázi Musí být zajištěn konstantní nabíjecí proud. Aktuální hodnota je 0,2-0,5C. Pro zrychlené nabíjení je povoleno zvýšit proud na 0,5-1,0C (kde C je kapacita baterie).

Například pro baterii s kapacitou 3000 mAh je nominální nabíjecí proud na prvním stupni 600-1500 mA a zrychlený nabíjecí proud může být v rozsahu 1,5-3A.

Aby byl zajištěn konstantní nabíjecí proud dané hodnoty, musí být obvod nabíječky schopen zvýšit napětí na svorkách baterie. Nabíječka totiž v první fázi funguje jako klasický stabilizátor proudu.

Důležité: Pokud plánujete nabíjet baterie pomocí vestavěné ochranné desky (PCB), pak se při navrhování obvodu nabíječky musíte ujistit, že napětí nečinný pohyb obvody nikdy nebudou moci překročit 6-7 voltů. Jinak může dojít k poškození ochranné desky.

V okamžiku, kdy napětí na baterii stoupne na 4,2 voltu, získá baterie přibližně 70-80 % své kapacity (konkrétní hodnota kapacity bude záviset na nabíjecím proudu: při zrychleném nabíjení to bude o něco méně, při nominální poplatek - o něco více). Tento okamžik značí konec prvního stupně nabíjení a slouží jako signál pro přechod do druhého (a konečného) stupně.

2. Druhá fáze nabíjení- toto je nabití baterie konstantní napětí, ale s postupně se snižujícím (klesajícím) proudem.

V této fázi nabíječka udržuje napětí 4,15-4,25 V na baterii a řídí aktuální hodnotu.

S rostoucí kapacitou se bude nabíjecí proud snižovat. Jakmile jeho hodnota klesne na 0,05-0,01C, je proces nabíjení považován za dokončený.

Důležitou nuancí fungování správné nabíječky je její úplné vypnutí z baterie po dokončení nabíjení. To je způsobeno tím, že pro lithiové baterie je krajně nežádoucí, aby zůstaly po dlouhou dobu pod vysokým napětím, které obvykle zajišťuje nabíječka (tedy 4,18-4,24 voltů). To vede k urychlené degradaci chemické složení baterie a v důsledku toho snížení její kapacity. Dlouhodobý pobyt znamená desítky hodin i více.

Během druhé fáze nabíjení se baterii podaří získat přibližně o 0,1-0,15 více své kapacity. Celkové nabití baterie tak dosahuje 90-95 %, což je výborný ukazatel.

Podívali jsme se na dvě hlavní fáze nabíjení. Pokrytí problematiky nabíjení lithiových baterií by však bylo neúplné, pokud by nebyla zmíněna další etapa nabíjení – tzv. předem nabít.

Fáze předběžného nabíjení (předběžné nabíjení)- tento stupeň se používá pouze pro hluboce vybité baterie (méně než 2,5 V) pro uvedení do normálního provozního režimu.

V této fázi je nabíjení zajištěno DC sníženou hodnotu, dokud napětí baterie nedosáhne 2,8 V.

Předběžná fáze je nezbytná pro zabránění nabobtnání a odtlakování (nebo dokonce výbuchu ohněm) poškozených baterií, které mají například vnitřní zkrat mezi elektrodami. Pokud přes takovou baterii okamžitě projdete vysoký proud nabití, to nevyhnutelně povede k jeho zahřátí a pak v závislosti na vašem štěstí.

Další výhodou přednabíjení je předehřívání baterie, které je důležité při nabíjení při nízkých okolních teplotách (v nevytápěné místnosti v chladném období).

Inteligentní nabíjení musí být schopno monitorovat napětí na baterii během fáze předběžného nabíjení a případně i napětí na dlouhou dobu nezvedne, usuzujte, že baterie je vadná.

Všechny fáze nabíjení lithium-iontové baterie (včetně fáze předběžného nabíjení) jsou schematicky znázorněny v tomto grafu:

Překročení jmenovitého nabíjecího napětí o 0,15 V může snížit životnost baterie na polovinu. Snížení nabíjecího napětí o 0,1 voltu snižuje kapacitu nabité baterie asi o 10 %, ale výrazně prodlužuje její životnost. Napětí plně nabité baterie po vyjmutí z nabíječky je 4,1-4,15 voltů.

Dovolte mi shrnout výše uvedené a nastínit hlavní body:

1. Jakým proudem bych měl nabíjet li-ion baterii (například 18650 nebo jakoukoli jinou)?

Proud bude záviset na tom, jak rychle jej chcete nabíjet, a může se pohybovat od 0,2C do 1C.

Například pro baterii velikosti 18650 s kapacitou 3400 mAh je minimální nabíjecí proud 680 mA a maximální 3400 mA.

2. Jak dlouho trvá nabití např. stejných baterií 18650?

Doba nabíjení přímo závisí na nabíjecím proudu a počítá se pomocí vzorce:

T = C / nabíjím.

Například doba nabíjení naší 3400 mAh baterie s proudem 1A bude asi 3,5 hodiny.

3. Jak správně nabíjet lithium-polymerovou baterii?

Všechny lithiové baterie se nabíjejí stejným způsobem. Nezáleží na tom, zda se jedná o lithium polymer nebo lithium ion. Pro nás, spotřebitele, v tom není žádný rozdíl.

Co je ochranná deska?

Ochranná deska (nebo PCB - deska řízení výkonu) je určena k ochraně proti zkrat, přebíjení a nadměrné vybíjení lithiové baterie. Do ochranných modulů je zpravidla zabudována také ochrana proti přehřátí.

Z bezpečnostních důvodů je použití lithiových baterií v domácí přístroje, pokud nemají zabudovanou ochrannou desku. Proto ve všech bateriích od mobily Vždy je tam deska PCB. Výstupní svorky baterie jsou umístěny přímo na desce:

Tyto desky používají šestinohý regulátor nabíjení na specializovaném zařízení (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 a další analogy). Úkolem tohoto ovladače je odpojit baterii od zátěže při úplném vybití baterie a odpojit baterii od nabíjení při dosažení 4,25V.

Zde je například schéma desky ochrany baterie BP-6M, která byla dodána se starými telefony Nokia:

Pokud mluvíme o 18650, mohou být vyrobeny s nebo bez ochranné desky. Ochranný modul je umístěn v blízkosti záporného pólu baterie.

Deska zvyšuje délku baterie o 2-3 mm.

Baterie bez modulu PCB jsou obvykle součástí baterií, které se dodávají s vlastními ochrannými obvody.

Jakákoli baterie s ochranou se snadno změní na baterii bez ochrany, stačí ji vykuchat.

Dnes je maximální kapacita baterie 18650 3400 mAh. Baterie s ochranou musí mít na pouzdře odpovídající označení ("Chráněno").

Nezaměňujte desku PCB s modulem PCM (PCM - power charge module). Pokud první slouží pouze k ochraně baterie, pak druhé jsou určeny k řízení procesu nabíjení - omezují nabíjecí proud na dané úrovni, řídí teplotu a obecně zajišťují celý proces. Deska PCM je to, čemu říkáme regulátor nabíjení.

Doufám, že nyní nezůstaly žádné otázky, jak nabíjet baterii 18650 nebo jakoukoli jinou lithiovou baterii? Pak přejdeme k malý výběr hotová obvodová řešení pro nabíječky (stejné regulátory nabíjení).

Schémata nabíjení pro li-ion baterie

Všechny obvody jsou vhodné pro nabíjení libovolné lithiové baterie, zbývá pouze rozhodnout o nabíjecím proudu a základně prvku.

LM317

Schéma jednoduché nabíječky založené na čipu LM317 s indikátorem nabití:

Zapojení je nejjednodušší, celé nastavení spočívá v nastavení výstupního napětí na 4,2 V pomocí trimovacího rezistoru R8 (bez připojené baterie!) a nastavení nabíjecího proudu volbou rezistorů R4, R6. Výkon rezistoru R1 je minimálně 1 Watt.

Jakmile LED zhasne, lze proces nabíjení považovat za ukončený (nabíjecí proud nikdy neklesne na nulu). Po úplném nabití se nedoporučuje nechávat baterii v tomto nabití dlouhou dobu.

Mikroobvod lm317 je široce používán v různých stabilizátorech napětí a proudu (v závislosti na připojovacím obvodu). Prodává se na každém rohu a stojí haléře (můžete si vzít 10 kusů za pouhých 55 rublů).

LM317 se dodává v různých pouzdrech:

Přiřazení pinu (pinout):

Analogy čipu LM317 jsou: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (poslední dva jsou domácí výroby).

Nabíjecí proud lze zvýšit na 3A, pokud místo LM317 vezmete LM350. Bude to však dražší - 11 rublů/kus.

Deska s plošnými spoji a sestava obvodů jsou zobrazeny níže:

Starý sovětský tranzistor KT361 lze nahradit podobným pnp tranzistor(například KT3107, KT3108 nebo buržoazní 2N5086, 2SA733, BC308A). Pokud indikátor nabití nepotřebujete, lze jej zcela odstranit.

Nevýhoda obvodu: napájecí napětí musí být v rozmezí 8-12V. To je způsobeno tím, že pro normální operace LM317 mikroobvod, rozdíl mezi napětím baterie a napájecím napětím musí být alespoň 4,25 V. Nebude tedy možné jej napájet z USB portu.

MAX1555 nebo MAX1551

MAX1551/MAX1555 jsou specializované nabíječky pro Li+ baterie, schopné provozu z USB nebo ze samostatného napájecího adaptéru (například nabíječky telefonu).

Jediný rozdíl mezi těmito mikroobvody je v tom, že MAX1555 vydává signál indikující proces nabíjení a MAX1551 vydává signál, že je napájení zapnuto. Tito. 1555 je stále výhodnější ve většině případů, takže 1551 je nyní obtížné najít na prodej.

Podrobný popis těchto mikroobvodů od výrobce je.

Maximální vstupní napětí z DC adaptéru je 7 V, při napájení z USB - 6 V. Při poklesu napájecího napětí na 3,52 V se mikroobvod vypne a nabíjení se zastaví.

Mikroobvod sám zjistí, na kterém vstupu je napájecí napětí a připojí se k němu. Li jídlo přichází přes USB sběrnici je maximální nabíjecí proud omezen na 100 mA - to umožňuje zapojit nabíječku do USB portu libovolného počítače bez obav ze spálení jižního můstku.

Při napájení ze samostatného zdroje je typický nabíjecí proud 280 mA.

Čipy mají zabudovanou ochranu proti přehřátí. Ale i v tomto případě obvod pokračuje v provozu a snižuje nabíjecí proud o 17 mA na každý stupeň nad 110 ° C.

K dispozici je funkce předběžného nabíjení (viz výše): pokud je napětí baterie nižší než 3V, mikroobvod omezí nabíjecí proud na 40 mA.

Mikroobvod má 5 pinů. Tady typický diagram zahrnutí:

Pokud existuje záruka, že napětí na výstupu vašeho adaptéru nemůže za žádných okolností překročit 7 voltů, pak se bez stabilizátoru 7805 obejdete.

Na tomto lze sestavit například možnost USB nabíjení.

Mikroobvod nevyžaduje externí diody ani externí tranzistory. Obecně, samozřejmě, nádherné maličkosti! Pouze jsou příliš malé a nepohodlné na pájení. A jsou také drahé ().

LP2951

Stabilizátor LP2951 vyrábí společnost National Semiconductors (). Poskytuje implementaci vestavěné funkce omezení proudu a umožňuje generovat stabilní úroveň nabíjecího napětí pro lithium-iontovou baterii na výstupu obvodu.

Nabíjecí napětí je 4,08 - 4,26 V a nastavuje se odporem R3 při odpojení baterie. Napětí je udržováno velmi přesně.

Nabíjecí proud je 150 - 300mA, tato hodnota je omezena vnitřními obvody čipu LP2951 (záleží na výrobci).

Použijte diodu s malým zpětným proudem. Může to být například jakákoli řada 1N400X, kterou si můžete zakoupit. Dioda se používá jako blokovací dioda pro zamezení zpětného proudu z baterie do čipu LP2951 při vypnutí vstupního napětí.

Tato nabíječka produkuje poměrně nízký nabíjecí proud, takže jakákoli baterie 18650 se může nabíjet přes noc.

Mikroobvod lze zakoupit jak v balíčku DIP, tak v balíčku SOIC (stojí asi 10 rublů za kus).

MCP73831

Čip vám umožňuje vytvářet správné nabíječky a je také levnější než tolik medializovaný MAX1555.

Typické schéma zapojení je převzato z:

Důležitou výhodou obvodu je absence nízkoodporových výkonných rezistorů, které omezují nabíjecí proud. Zde se proud nastavuje odporem připojeným k 5. pinu mikroobvodu. Jeho odpor by měl být v rozmezí 2-10 kOhm.

Sestavená nabíječka vypadá takto:

Mikroobvod se během provozu docela dobře zahřívá, ale nezdá se, že by mu to vadilo. Svou funkci plní.

Zde je další možnost tištěný spoj S smd led a micro USB konektor:

LTC4054 (STC4054)

Velmi jednoduchý obvod, skvělá volba! Umožňuje nabíjení proudem až 800 mA (viz). Je pravda, že má tendenci se velmi zahřívat, ale v tomto případě vestavěná ochrana proti přehřátí snižuje proud.

Obvod lze výrazně zjednodušit vyhozením jedné nebo i obou LED s tranzistorem. Pak to bude vypadat takto (musíte uznat, že to nemůže být jednodušší: pár rezistorů a jeden kondenzátor):

Jedna z možností desky plošných spojů je dostupná na . Deska je určena pro prvky standardní velikosti 0805.

I=1000/R. Neměli byste hned nastavovat vysoký proud; nejprve se podívejte, jak se mikroobvod zahřeje. Pro mé účely jsem vzal odpor 2,7 kOhm a nabíjecí proud se ukázal být asi 360 mA.

Je nepravděpodobné, že bude možné přizpůsobit radiátor tomuto mikroobvodu a není skutečností, že to bude účinné kvůli vysokému tepelnému odporu spojení krystal-pouzdro. Výrobce doporučuje udělat chladič „přes vývody“ – stopy vytvořit co nejtlustší a nechat fólii pod tělem čipu. Obecně platí, že čím více „zemní“ fólie zbude, tím lépe.

Mimochodem, většina tepla se odvádí přes 3. nohu, takže tuto stopu můžete udělat velmi širokou a tlustou (naplňte ji přebytečnou pájkou).

Balíček čipu LTC4054 může být označen LTH7 nebo LTADY.

LTH7 se od LTADY liší tím, že první dokáže zvednout velmi vybitou baterii (na které je napětí menší než 2,9 voltu), zatímco druhý nikoli (je třeba ji rozhoupat samostatně).

Čip se ukázal jako velmi úspěšný, takže má spoustu analogů: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, IT4618054, IT468121, WPT468054, YPT4812, YPT4054 , VS61 02, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Před použitím některého z analogů si prohlédněte katalogové listy.

TP4056

Mikroobvod je vyroben v pouzdře SOP-8 (viz), na břiše má kovový chladič, který není spojen s kontakty, což umožňuje efektivnější odvod tepla. Umožňuje nabíjet baterii proudem až 1A (proud závisí na odporu nastavení proudu).

Schéma zapojení vyžaduje naprosté minimum závěsných prvků:

Obvod realizuje klasický nabíjecí proces - nejprve nabíjení konstantním proudem, poté konstantním napětím a klesajícím proudem. Všechno je vědecké. Pokud se podíváte na nabíjení krok za krokem, můžete rozlišit několik fází:

1. Sledování napětí připojené baterie (toto se děje neustále).
2. Fáze přednabíjení (pokud je baterie vybitá pod 2,9 V). Nabíjejte proudem 1/10 z naprogramovaného odporu R prog (100 mA při R prog = 1,2 kOhm) na úroveň 2,9 V.
3. Nabíjení maximálním konstantním proudem (1000 mA při R prog = 1,2 kOhm);
4. Když baterie dosáhne 4,2 V, napětí na baterii je pevně na této úrovni. Začíná postupný pokles nabíjecího proudu.
5. Když proud dosáhne 1/10 hodnoty naprogramované rezistorem R prog (100 mA při R prog = 1,2 kOhm), nabíječka se vypne.
6. Po dokončení nabíjení regulátor pokračuje ve sledování napětí baterie (viz bod 1). Proud spotřebovaný monitorovacím obvodem je 2-3 µA. Po poklesu napětí na 4,0 V se nabíjení znovu spustí. A tak dále v kruhu.

Nabíjecí proud (v ampérech) se vypočítá podle vzorce I=1200/R prog. Přípustné maximum je 1000 mA.

Reálný test nabíjení s baterií 3400 mAh 18650 ukazuje graf:

Výhodou mikroobvodu je, že nabíjecí proud se nastavuje pouze jedním rezistorem. Výkonné nízkoodporové odpory nejsou nutné. Navíc je zde indikátor průběhu nabíjení a také indikace konce nabíjení. Pokud není baterie připojena, indikátor každých několik sekund bliká.

Napájecí napětí obvodu by mělo být v rozmezí 4,5...8 voltů. Čím blíže k 4,5V, tím lépe (čip se tedy méně zahřívá).

První větev se používá pro připojení teplotního čidla zabudovaného v lithium-iontová baterie(obvykle střední svorka baterie mobilního telefonu). Pokud je výstupní napětí pod 45 % nebo nad 80 % napájecího napětí, nabíjení se přeruší. Pokud nepotřebujete regulaci teploty, položte nohu na zem.

Pozornost! Tento obvod má jednu významnou nevýhodu: nepřítomnost obvodu ochrany proti přepólování baterie. V tomto případě je zaručeno spálení regulátoru kvůli překročení maximálního proudu. V tomto případě jde napájecí napětí obvodu přímo do baterie, což je velmi nebezpečné.

Signet je jednoduchý a dá se udělat za hodinu na koleni. Pokud jde o čas, můžete si objednat hotové moduly. Někteří výrobci hotových modulů přidávají ochranu proti nadproudu a nadměrnému vybití (můžete si například vybrat, jakou desku potřebujete - s ochranou nebo bez ní a s jakým konektorem).

Můžete také najít hotové desky s kontaktem pro teplotní čidlo. Nebo dokonce nabíjecí modul s několika paralelními mikroobvody TP4056 pro zvýšení nabíjecího proudu as ochranou proti přepólování (příklad).

LTC1734

Také velmi jednoduché schéma. Nabíjecí proud se nastavuje odporem R prog (např. pokud instalujete odpor 3 kOhm, proud bude 500 mA).

Mikroobvody jsou na pouzdru obvykle označeny: LTRG (často je lze nalézt ve starých telefonech Samsung).

Tranzistor bude v pohodě jakékoli p-n-p, hlavní je, že je dimenzován na daný nabíjecí proud.

Na uvedeném schématu není žádný indikátor nabití, ale na LTC1734 se říká, že pin „4“ (Prog) má dvě funkce - nastavení proudu a sledování konce nabíjení baterie. Například je znázorněn obvod s řízením konce nabíjení pomocí komparátoru LT1716.

Komparátor LT1716 v tomto případě lze nahradit levným LM358.

TL431 + tranzistor

Vymyslet obvod využívající cenově dostupnější součástky je asi těžké. Nejtěžší je zde najít zdroj referenčního napětí TL431. Jsou však tak běžné, že se nacházejí téměř všude (zřídka se zdroj energie obejde bez tohoto mikroobvodu).

No a tranzistor TIP41 lze vyměnit za jakýkoliv jiný s vhodným kolektorovým proudem. Postačí i stará sovětská KT819, KT805 (nebo méně výkonná KT815, KT817).

Nastavení obvodu spočívá v nastavení výstupního napětí (bez baterie!!!) pomocí trimovacího rezistoru na 4,2 V. Sady rezistoru R1 maximální hodnota nabíjecí proud.

Tento obvod plně implementuje dvoustupňový proces nabíjení lithiových baterií - nejprve nabíjení stejnosměrným proudem, poté přechod do fáze stabilizace napětí a plynulé snížení proudu téměř na nulu. Jedinou nevýhodou je špatná opakovatelnost obvodu (je vrtošivý v nastavení a náročný na použité součástky).

MCP73812

Existuje další nezaslouženě opomíjený mikroobvod od Microchip - MCP73812 (viz). Na základě toho je získána velmi rozpočtová možnost zpoplatnění (a levná!). Celá sada těla je pouze jeden odpor!

Mimochodem, mikroobvod je vyroben v pájecím balení - SOT23-5.

Jediným negativem je, že se velmi zahřívá a není zde žádná indikace nabití. Také to nějak nefunguje příliš spolehlivě, pokud máte zdroj s nízkou spotřebou energie (což způsobuje pokles napětí).

Obecně platí, že pokud pro vás indikace nabití není důležitá a vyhovuje vám proud 500 mA, pak je MCP73812 velmi dobrou volbou.

NCP1835

Nabízí se plně integrované řešení - NCP1835B, poskytující vysokou stabilitu nabíjecího napětí (4,2 ±0,05 V).

Snad jedinou nevýhodou tohoto mikroobvodu je jeho příliš miniaturní velikost (pouzdro DFN-10, rozměr 3x3 mm). Ne každý může zajistit kvalitní pájení takových miniaturních prvků.

Z nepopiratelné výhody Rád bych poznamenal následující:

1. Minimální počet částí těla.
2. Možnost nabíjení zcela vybité baterie (přednabíjecí proud 30 mA);
3. Určení konce nabíjení.
4. Programovatelný nabíjecí proud - až 1000 mA.
5. Indikace nabití a chyb (schopná detekovat nenabíjecí baterie a signalizovat to).
6. Ochrana proti dlouhodobému nabíjení (změnou kapacity kondenzátoru C t můžete nastavit maximální čas nabíjení od 6,6 do 784 minut).

Náklady na mikroobvod nejsou zrovna levné, ale také nejsou tak vysoké (~ 1 $), abyste jej mohli odmítnout používat. Pokud vám vyhovuje páječka, doporučil bych zvolit tuto možnost.

Více Detailní popis je v .

Mohu nabíjet lithium-iontovou baterii bez ovladače?

Ano můžeš. To však bude vyžadovat pečlivou kontrolu nabíjecího proudu a napětí.

Obecně platí, že bez nabíječky nebude možné nabíjet baterii, například naši 18650. Stále je potřeba nějak omezit maximální nabíjecí proud, takže bude stále potřeba alespoň ta nejprimitivnější paměť.

Nejjednodušší nabíječka pro jakoukoli lithiovou baterii je rezistor zapojený do série s baterií:

Odpor a ztrátový výkon rezistoru závisí na napětí napájecího zdroje, který bude použit pro nabíjení.

Jako příklad si spočítejme odpor pro 5V napájecí zdroj. Nabíjet budeme baterii 18650 s kapacitou 2400 mAh.

Takže na samém začátku nabíjení bude pokles napětí na rezistoru:

U r = 5 - 2,8 = 2,2 voltů

Řekněme, že náš 5V zdroj je dimenzován na maximální proud 1A. Obvod spotřebuje nejvyšší proud na samém začátku nabíjení, kdy je napětí na baterii minimální a činí 2,7-2,8 V.

Pozor: tyto výpočty neberou v úvahu možnost, že baterie může být velmi hluboko vybitá a napětí na ní může být mnohem nižší, dokonce až nulové.

Odpor odporu potřebný k omezení proudu na samém začátku nabíjení při 1 ampéru by tedy měl být:

R = U/I = 2,2/1 = 2,2 Ohm

Ztrátový výkon rezistoru:

Pr = I2 R = 1*1*2,2 = 2,2 W

Na samém konci nabíjení baterie, když se napětí na ní blíží 4,2 V, bude nabíjecí proud:

Nabíjím = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

To znamená, jak vidíme, všechny hodnoty nepřekračují přípustné limity pro danou baterii: počáteční proud nepřekračuje maximální přípustný nabíjecí proud pro danou baterii (2,4 A) a konečný proud překračuje proud při kterém již baterie nezíská kapacitu ( 0,24 A).

Hlavní nevýhodou takového nabíjení je nutnost neustále sledovat napětí na baterii. A ručně vypněte nabíjení, jakmile napětí dosáhne 4,2 V. Lithiové baterie totiž velmi špatně snášejí i krátkodobé přepětí – hmoty elektrod začnou rychle degradovat, což nevyhnutelně vede ke ztrátě kapacity. Zároveň jsou vytvořeny všechny předpoklady pro přehřívání a odtlakování.

Pokud má vaše baterie vestavěnou ochrannou desku, o které jsme hovořili výše, vše se zjednoduší. Při dosažení určitého napětí na baterii ji samotná deska odpojí od nabíječky. Tento způsob nabíjení má však značné nevýhody, o kterých jsme hovořili v.

Ochrana zabudovaná v baterii nedovolí její přebití za žádných okolností. Stačí řídit nabíjecí proud tak, aby nepřekračoval povolené hodnoty pro danou baterii (ochranné desky bohužel nedokážou omezit nabíjecí proud).

Nabíjení pomocí laboratorního zdroje

Pokud máte napájecí zdroj s proudovou ochranou (omezení), pak jste zachráněni! Takovým zdrojem energie je již plnohodnotná nabíječka, která implementuje správný nabíjecí profil, o kterém jsme psali výše (CC/CV).

Vše, pro co musíte udělat nabíjení li-ion- jde o nastavení napájení na 4,2 V a nastavení požadovaného limitu proudu. A můžete připojit baterii.

Nejprve, když je baterie stále vybitá, laboratorní blok zdroj bude pracovat v režimu proudové ochrany (tj. bude stabilizovat výstupní proud na dané úrovni). Poté, když napětí na bance stoupne na nastavených 4,2V, zdroj přejde do režimu stabilizace napětí a proud začne klesat.

Když proud klesne na 0,05-0,1C, lze baterii považovat za plně nabitou.

Jak vidíte, laboratorní zdroj je téměř ideální nabíječka! Jediná věc, kterou nemůže udělat automaticky, je rozhodnout se plně nabít baterii a vypnout. Ale to je maličkost, které byste neměli věnovat pozornost.

Jak nabíjet lithiové baterie?

A pokud se bavíme o jednorázové baterii, která není určena k dobíjení, tak správná (a jediná správná) odpověď na tuto otázku je NE.

Faktem je, že jakákoli lithiová baterie (například běžná CR2032 ve formě ploché tablety) se vyznačuje přítomností vnitřní pasivační vrstvy, která pokrývá lithiovou anodu. Tato vrstva zabraňuje chemické reakci mezi anodou a elektrolytem. A přívod vnějšího proudu ničí výše uvedenou ochrannou vrstvu, což vede k poškození baterie.

Mimochodem, pokud mluvíme o nedobíjecí baterii CR2032, tak LIR2032, která je jí velmi podobná, je již plnohodnotnou baterií. Může a měl by být zpoplatněn. Jen jeho napětí není 3, ale 3,6V.

Jak nabíjet lithiové baterie (ať už jde o baterii telefonu, 18650 nebo jakoukoli jinou li-ion baterii) bylo diskutováno na začátku článku.

Kde koupit mikročipy?

Můžete si to samozřejmě koupit v Chipe-Dip, ale je to tam drahé. Proto vždy nakupuji v jednom velmi tajném obchodě)) Nejdůležitější je vybrat si správného prodejce, objednávka pak dorazí rychle a jistě.

Pro vaše pohodlí jsem shromáždil nejspolehlivější prodejce do jedné tabulky, použijte ji pro své zdraví:

Testování funkcí

Hlavním problémem experimentů je nesoulad mezi deklarovanou kapacitou a skutečnou. Všechny baterie mají kapacitu vyšší, než je uvedeno, v rozmezí od 0,1 % do 5 %, což představuje další prvek nepředvídatelnosti.

Nejčastěji byly používány baterie NCA a NMC, ale testovány byly také lithium-kobaltové a lithium-fosfátové baterie.

Pár termínů:
DoD - Depth of Discharge - hloubka vybití.
SoC - State of Charge - úroveň nabití.

Používání baterií

Počet cyklů

Tato křivka se nazývá Wöhlerova křivka. Hlavní myšlenka přišla od mechaniků o závislosti počtu natažení pružiny na míře natažení. Počáteční hodnota 3000 cyklů při 100% vybití baterie je vážený průměr při vybití 0,1C. Některé baterie vykazují lepší výsledky, některé horší. Při proudu 1C klesá počet úplných cyklů při 100% vybití z 3000 na 1000-1500 v závislosti na výrobci.

Obvykle, tento poměr, uvedené v grafech, bylo potvrzeno výsledky experimentů, protože Doporučuje se nabíjet baterii, kdykoli je to možné.

Výpočet superpozice cyklů

Podle výsledků experimentů vykazoval kombinovaný cyklus výsledky podobné sčítání úplných ekvivalentních cyklů dvou nezávislých cyklů. Tito. Relativní kapacita baterie v kombinovaném cyklu klesla podle součtu vybití v malém a velkém cyklu (linearizovaný graf je uveden níže).


Vliv velkých vybíjecích cyklů je výraznější, což znamená, že je lepší baterii nabíjet při každé příležitosti.

Paměťový efekt

Bateriové úložiště

Skladovací teploty

Úroveň nabití

Hlavní problémy experimentálních výsledků

Výsledky experimentů

Prameny

Lithium-iontové baterie nejsou tak vybíravé jako jejich nikl-metalhydridové protějšky, ale přesto vyžadují určitou péči. Držet se Pět jednoduchá pravidla , můžete nejen prodloužit životní cyklus lithium-iontová baterie, ale také zvýšit provozní dobu mobilních zařízení bez dobíjení.

Nedovolte úplné vybití. U lithium-iontové baterie Nedochází k tzv. paměťovému efektu, takže je lze a navíc je potřeba nabíjet bez čekání na vybití na nulu. Mnoho výrobců počítá životnost lithium-iontové baterie podle počtu cyklů úplného vybití (až 0 %). Pro kvalitní baterie Tento 400-600 cyklů. Chcete-li prodloužit životnost lithium-iontové baterie, nabíjejte telefon častěji. Optimálně, jakmile nabití baterie klesne pod 10-20 procent, můžete telefon nabít. Tím se zvýší počet vybíjecích cyklů na 1000-1100 .
Odborníci popisují tento proces takovým indikátorem jako Depth Of Discharge. Pokud je váš telefon vybitý na 20 %, pak je hloubka vybití 80 %. Níže uvedená tabulka ukazuje závislost počtu vybíjecích cyklů lithium-iontové baterie na hloubce vybití:

Vybíjení jednou za 3 měsíce. Dlouhodobé plné nabíjení je pro lithium-iontové baterie stejně škodlivé jako neustálé vybíjení na nulu.
Kvůli extrémně nestabilnímu procesu nabíjení (telefon často nabíjíme podle potřeby a kdekoli je to možné, z USB, ze zásuvky, z externí baterie atd.) odborníci doporučují baterii zcela vybít jednou za 3 měsíce a poté nabít na 100 % a udržovat nabitou 8-12 hodin. To pomáhá resetovat příznaky takzvané vysoké a nízké baterie. Můžete si o tom přečíst více.

Skladujte částečně nabité. Optimální stav pro dlouhodobé skladování lithium-iontové baterie je mezi 30 a 50 procenty nabití při 15 °C. Pokud necháte baterii plně nabitou, její kapacita se časem výrazně sníží. Ale baterie, která již dlouhou dobu shromažďuje prach na polici, vybitá na nulu, s největší pravděpodobností již není naživu - je čas ji poslat k recyklaci.
Níže uvedená tabulka ukazuje, kolik kapacity zbývá v lithium-iontové baterii v závislosti na skladovací teplotě a úrovni nabití při skladování po dobu 1 roku.

Použijte originální nabíječku. Málokdo ví, že nabíječka je ve většině případů zabudována přímo uvnitř mobilních zařízení, a to externí síťový adaptér Pouze snižuje napětí a usměrňuje proud domácí elektrické sítě, to znamená, že nemá přímý vliv na baterii. Některé gadgety, jako jsou digitální fotoaparáty, nemají vestavěnou nabíječku, a proto se jejich lithium-iontové baterie vkládají do externí „nabíječky“. Zde může použití externí nabíječky pochybné kvality místo původní nabíječky negativně ovlivnit výkon baterie.

Vyvarujte se přehřátí. No, nejhorším nepřítelem lithium-iontových baterií je vysoká teplota - absolutně nemohou tolerovat přehřátí. Proto nedovolte mobilní zařízení Přímo sluneční paprsky a nenechávejte je v těsné blízkosti zdrojů tepla, jako jsou elektrické ohřívače. Maximum přípustné teploty, ve kterém je možné použít lithium-iontové baterie: od –40°C do +50°C

Také se můžete podívat

Lithiové baterie

Lithiové nebo lithium-iontové (Li-ion) baterie se nacházejí hlavně v mobilních telefonech, noteboocích a videokamerách. Výrobky jsou drahé a baterie také, takže s nimi musíte zacházet ještě kompetentněji než s jinými bateriemi. Jaká je tedy síla Li-Ion? Fám a mýtů je zde pravděpodobně ještě více. Zaprvé se to začíná objevovat samo, už proto, že prodejci zařízení s Li-ion bateriemi nedávají žádné speciální pokyny s tím, že baterie je „chytrá“ a udělá vše, jak má. Ale ne ona sama. Koneckonců, kolik je případů, kdy majitelé nových notebooků vyřadili baterii do měsíce nepoužitelnou a poté zaplatili dobré ceny nová baterie. Lithiové baterie jsou samozřejmě drahé, protože jsou nabité elektronikou, ale bohužel vás nezachrání před hlupákem.

Nadměrné vybití

Stejně jako u niklových baterií jsou i lithiové baterie velmi náchylné k přebíjení a nadměrnému vybíjení. Ale jelikož se tyto baterie používají v chytrých zařízeních a jsou dodávány s vlastními nabíječkami, jejich elektronika neumožňuje přebíjení – tzn. nemusíš se ho bát. Nadměrné vybíjení je ale obtížněji kontrolovatelné, proto je nejvíce typická příčina předčasné selhání baterie. Samozřejmě, že u drahých a složitých zařízení, jako jsou notebooky, dojde k vypnutí dříve, než napětí klesne na kritickou hodnotu. Ale precedenty naznačují, že toto nouzové odstavení je lepší vnímat jako nouzové opatření, ke kterému pokud možno raději nesahejte. To je nejdůležitější pravidlo - vyhnout se úplné vybití, protože nízké napětí může vyřadit nouzový ochranný obvod. Stává se, že lidé „zabijí“ své baterie, když se nechají unést tréninkem. Trénink je dobrá věc, ale pro lithiové baterie stačí 2-3 plné cykly.

Lithiové baterie nemají paměťový efekt, takže je lze nabíjet, kdykoli chcete, proto je lepší baterie po tréninku úplně nevybíjet. Doporučená spodní hranice je 5–10 %. Kritická spodní hranice jsou 3 %.

Mnoho nedokončených cyklů nebo jeden dokončený

Lithiová baterie má životnost přibližně 300 cyklů. Za plný cyklus se považuje cyklus plného nabití a úplného (tj. přibližně do 3 % kapacity) vybití nebo naopak. Pokud baterii vybijete na 50 % a poté ji nabijete, bude to 1/2 cyklu, pokud na 75 % a nabijete, bude to 1/4 cyklu atd. Takže u telefonů a notebooků je rozdíl ve výhodách mezi plnými a neúplnými cykly odlišný. Na internetu se vytrvale uvádí, že spousta lidí nabíjela své telefony, když nebyly úplně vybité (tedy dobíjeli telefon každý den) a nakonec je zničili. U notebooků je přitom spolehlivě známo, že plné cykly opotřebovávají baterii rychleji než nekompletní. Při bližším zkoumání zařízení se situace vyjasní. Li-ion baterie(viz doplňkové materiály). Ukazuje se, že hodně záleží na ovladači. Je to on, kdo řídí nabíjecí proud, sleduje stav baterie atd. Takže u notebooků je ovladač umístěn v samotné baterii a je nastaven systémové nástroje, například kalibrace. U mobilních telefonů je ovladač umístěn v samotném telefonu a nelze jej jednoduše nastavit. Alespoň v lithiové baterie a neexistuje žádný paměťový efekt, ale existuje takzvaný efekt „digitální paměti“. Faktem je, že elektronika pro řízení nabíjení-vybíjení umístěná v samotné baterii funguje nezávisle na zařízení využívající baterii. Vnitřní elektronika hlídá úroveň napětí prvku, přeruší nabíjení při dosažení nastavené maximální hodnoty (s přihlédnutím ke změně napětí vlivem nabíjecího proudu a teploty baterie), přeruší vybíjení při dosažení kritické hodnoty a oznámí to „upstream“ (pro tyto účely se vyrábí velké množství produktů specializované čipy). Monitorovací systém baterie „nahoře“ vypočítává úroveň nabití na základě informací o okamžicích vypnutí nabíjení a vybíjení baterie a odečtů aktuálního měřicího systému. Ale pokud jsou provozní podmínky takové, že úplné vybití předtím hardwarové vypnutí nebo plně nabito nedojde, tyto výpočty nemusí být po několika cyklech zcela správné - kapacita baterie se časem snižuje a odečty aktuálního měřiče nemusí vždy odpovídat skutečnosti. Odchylky zpravidla nepřesahují jedno procento pro každý cyklus, pokud během provozu nenastanou závažné změny spojené například se selháním jednoho z článků baterie. Monitorovací systém má schopnost „učit se“, tedy přepočítat hodnotu plné kapacity baterie, k tomu je však nutné provést alespoň jeden cyklus úplného nabití a vybití, než dojde k vybití hardwarových obvodů samotné baterie. spuštěno. Ukazuje se tedy, že při velmi častých cyklech se regulátor ztratí, a proto nesprávně vypočítá nabití baterie a provede nesprávné nabíjení, což způsobí poškození baterie. Na rozdíl od notebooku nelze telefon překalibrovat. V tomto případě zbývá pouze provést několik úplných cyklů, aby se ovladač dal do pořádku. Doporučuji v ideálním případě kombinovat plné a neúplné cykly, držet se principu „zlatého středu“. Osobně jsem to udělal se svým mobilním telefonem - ve výsledku po 2 letech provozu pokles kapacity nebyl větší než 40%, což je norma. Částečně čas také není šetrný k lithiovým bateriím – časem se opotřebovávají bez ohledu na používání; Jejich životnost je krátká a je rozumné měnit baterie každé 2-3 roky.

Úložný prostor

Když se baterie nepoužívá, doporučuje se ji skladovat na 40% kapacity na chladném místě. Spodní teplotní limit pro skladování a provoz je 00 C. Obecně se lithiové baterie rády nabíjejí, tzn. Je lepší je skladovat a uchovávat v nabitém stavu, na rozdíl od niklových. Ale při dlouhodobém skladování maximální nabití stále více opotřebovává baterii, takže za optimální stav se považuje 40% nabití.

Resuscitace baterie

Obecně platí, že pokud je baterie vybitá, je lepší koupit novou, je to nejlogičtější možnost, i když je drahá. Neviděl jsem žádné spolehlivé recepty na resuscitaci baterií. Zejména o noteboocích se zde tradují skutečné legendy, že lidé oživili svou zničenou baterii notebooku a je s nimi vše v pořádku. Jeden z nich zní takto: „Musíte úplně vybít baterii, nechte notebook týden; poté baterii plně nabijte a také ji nechte týden; za dva měsíce by měla být kapacita obnovena.“

Pro mobilní telefony: kombinujte plné a neúplné cykly (v poměru „XZ“).
Pro notebooky: co nejméně dokončených cyklů (po tréninku).
Pro všechny: doporučuje se udělat 80% cyklů; nedovolte úplné vybití (pod 3 %).

První experimenty s vytvořením lithiových galvanických článků byly zaznamenány již v roce 1012. V roce 1940 vznikl skutečně funkční model, v 70. letech se objevily první sériové kopie (nenabíjecí!) a triumfální pochod tohoto typu baterií začal na počátku 90. let, kdy japonská společnost Sony dokázala ovládnout jejich komerční Výroba.

V současné době se má za to, že jde o jednu z nejslibnějších oblastí pro vytvoření autonomie elektrické zdroje energie i přes jejich poměrně vysoké (na současné úrovni) náklady.

Hlavní výhoda tohoto typu baterie je vysoká hustota energie(cca 100 W/hod na 1 kg hmotnosti) a schopnost provádět velký nabíjecí/vybíjecí cyklus.

Nově vytvořené baterie se také vyznačují tak vynikajícím ukazatelem, jako je nízká míra samovybíjení (pouze od 3 do 5 % v prvním měsíci s následným poklesem tohoto ukazatele). To umožňuje

A to není vše – ve srovnání s rozšířeným Ni-Cd, nové schéma při stejných rozměrech poskytuje třikrát větší výkon prakticky bez negativního paměťového efektu.

Negativní vlastnosti

lithium-iontové baterie.

Především vysoká cena, nutnost udržovat baterii v nabitém stavu a tzv. „efekt stárnutí“, který se projevuje i v době, kdy galvanický článek nebyl používán. Poslední nepříjemná vlastnost se projevuje neustálým snižováním kapacity, což po dvou letech může vést k úplnému selhání produktu.