Требования к току заряда

Обзор зарядок для литиевых аккумуляторов типа 18650

Современному человеку помогает множество гаджетов. В частности, мы используем ноутбуки, смартфоны, фотоаппараты, планшеты и т. д. Большая часть этих устройств в автономном режиме работает от аккумуляторных батарей литиевого типа. Благодаря аккумуляторам эти устройства действительно мобильны. Одна из разновидностей литиевых АКБ – это 18650. По виду они напоминают пальчиковые батарейки, но по размерам они больше. Такие аккумуляторные элементы присутствуют в АКБ ноутбуков, фонарях, электронных сигаретах. Именно последние сделали этот тип батарей особенно востребованным. Для тех, у кого есть такие аккумуляторы важно знать, как их правильно заряжать. В этой статье мы поговорим о зарядных устройствах (ЗУ) для аккумуляторов 18650. Мы расскажем об общих требованиях к таким устройствам, а также рассмотрим несколько примеров таких зарядок.

Общие требования к зарядке для аккумуляторов 18650

Зарядка для литиевых аккумуляторов 18650 должна выдавать на выходе 5 В и ток от 0,5 до 1 от номинальной ёмкости АКБ. То есть, литиевый элемент, ёмкость которого 2600 мАч, должен заряжаться током 1,3─2,6 ампера. Производители зарядных устройств для батарей литиевого типа изготавливают зарядки, которые проводят процесс в несколько этапов.

Литиевый аккумулятор 18650

Если ваш Li─Ion аккумулятор имеет графитовый электрод, то напряжение должно быть не более 4,1 В на элемент. При использовании напряжения более 4,1 вольта энергетическая плотность элемента увеличивается, но запускаются окислительные процессы. Они уменьшают срок службы литиевого аккумулятора 18650. Но в современных моделях графитовых электродов в чистом виде нет. Проблема окисления частично была решена добавками. Так, что превышение напряжения 4,1 вольта для них не так критично, хотя и нежелательно.

Приспособление для зарядки 18650

Если заряжать аккумуляторы током 1*С, то полного заряда можно достичь где-то через два─три часа. После этого напряжение достигает определённой величины, и зарядное устройство резко уменьшает ток нескольких процентов от начальной величины. Если увеличивать ток заряда выше 1*С, то это практически не ускоряет время зарядки. Если первая стадия зарядки проходит при более высоком токе и быстрее, то вторая стадия будет длиться дольше.

Есть зарядки, которые заряжают литиевый аккумулятор 18650 примерно за 60 минут. В этих зарядных устройствах просто отсутствует второй этап. То есть, АКБ на первом этапе заряжается на 70─80 процентов и после этого эксплуатируется. Для аккумуляторов литиевого типа это не критично. Наоборот, их нежелательно заряжать «под завязку» и сильно разряжать.

На графике ниже можно посмотреть основные этапы зарядки Li батареи.

Стадии зарядки литиевого аккумулятора

  • Первый этап. На аккумулятор подаётся максимальный ток, равный 1*С. Окончание этого этапа наступает при достижении определённого порогового значения;
  • Второй этап. На этой стадии поддерживается максимальное напряжение (около 4,1 вольта), а ток зарядки уменьшается до минимального (3% от того, что был на первой стадии);
  • Третий. Компенсирующий заряд, который подаётся во время хранения аккумулятора (это делается 1 раз в 20 дней).

Струйная зарядка на последнем этапе недопустима, поскольку это приведёт к металлизации лития. Однако возможны кратковременные зарядки для компенсации саморазряда. Такой заряд рекомендуется делать 1 раз в 20 дней, если напряжение аккумулятора снизилось до 4,05 В. Когда напряжение достигает 4,2 вольта процесс должен быть остановлен.

Стоит также отметить высокую чувствительность литиевых АКБ к излишнему перезаряду. Даже небольшая перезарядка вызывает появление металлического лития на отрицательном электроде. Этот чрезвычайно активный металл сразу вступает в реакцию с электролитом. На катоде начинается выделение кислорода и внутри корпуса растёт давление. Из-за этого может произойти разгерметизация и воспламенение. В аккумуляторных элементах 18650 на этот случай устанавливается механический клапан, который сбрасывает давление при определённой критической величине.

Стоит также отметить, что если превышать напряжение при зарядке, то срок эксплуатации Li аккумуляторов будет уменьшаться. Чтобы это предотвратить, в литиевые батареи устанавливаются контроллеры. Это платы защиты, которые существуют для нескольких банок и для единичных элементов 18650.

Аккумуляторный элемент 18650 с платой защиты

Все вышеперечисленные факторы нужно иметь в виду при подборе зарядки для аккумуляторов 18650. Одно дело, если вы заряжаете 18650 в составе АКБ ноутбука, где за процессом следит контроллер и электроника лэптопа. И совсем другое, когда вы будете заряжать аккумулятор 18650 напрямую. Здесь всё будет зависеть от возможностей и функционала этой зарядки.

Примеры зарядных устройств для аккумуляторов 18650

Nitecore Digicharger D4

Зарядное устройство Nitecore Digicharger D4 рассчитано на зарядку максимум четырёх аккумуляторов. Бренд Nitecore успел зарекомендовать себя выпуском качественных устройств. D4 только подтверждает положительную репутацию.

Nitecore Digicharger D4

Зарядное устройство устанавливает скорость и время зарядки в автоматическом режиме. В этом есть плюсы, но есть и свои минусы. Ведь иногда может потребоваться более тонкая ручная настройка, но здесь в Nitecore D4 её нет. Среди возможностей имеется оптимизированный метод по зарядке IMR аккумуляторов. Кроме того, стоит отметить автоматическое прерывание зарядки по окончании процесса для всех поддерживаемых типов аккумуляторов. Это несомненный плюс в копилку этого устройства.

В целом, Nitecore D4 можно рекомендовать для ежедневного использования тем, кто имеет много мобильных устройств с разными типами аккумуляторов. В их числе, литиевые АКБ 18650. Функционал устройства довольно широкий, но для удобства новичков предусмотрена полностью автоматическая работа. Хорошее сочетание цены, возможностей и качества сборки.
Вернуться к содержанию

Efest LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger

Специалисты на рынке зарядных устройств считают, что Efest выпускают очень неплохие ЗУ. И модель LUC BLU6 OLED Bluetooth Intelligent Charger подтверждает это мнение. Они оснащают свои модели уникальными опциями, некоторые из которых рассмотрены ниже.

Efest LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger

Есть такая интересная фишка, как функционал Bluetooth. Можно загрузить программу Efest на своё мобильное устройство и наблюдать за зарядкой аккумуляторных батарей. LUC BLU6 OLED Bluebooth Intelligent Charger даже предоставляет возможность выбора скорости зарядки в каждом отсеке. Это делает работу устройства очень гибкой. В двух ячейках можно установить ток зарядки 2 ампера, если требуется быстро зарядить АКБ.

Так, что Efest предложили хороший «комбайн» с развитым функционалом. Надёжность зарядки также находится на высоте. Имеется ряд уникальных функций, которых нет у конкурентов. Например, подключение Bluetooth с мобильного устройства. Его можно было бы рекомендовать абсолютно всем, но останавливает высокая цена.

Nitecore i2 Intellicharger

Ещё одна модель от Nitecore i2 под названием Intellicharger. Достаточно новая зарядка, которая будет интересна тем, кто часто заряжает различные типы АКБ. Модель i2 оснастили рядом новых возможностей и улучшили дизайн.

Nitecore i2 Intellicharger

Электроника выставляет время и скорость зарядки в автоматическом режиме. От пользователя требуется только поставить батареи на свои места. Зарядный ток здесь до 1 ампера на один элемент или 500 мА на два. Да, аккумулятора можно заряжать всего два. Это не очень впечатляет, но зато устройство компактное и подходит для того, чтобы брать его в дорогу.

Nitecore i2 умеет заряжать разные типы аккумуляторных батарей, включая 18650 и 26650. ЗУ поддерживает технологию активного распределения зарядного тока. Если сравнивать с предыдущим поколением зарядки, то скорость заряда i2 почти в два раза выше. Простое зарядное устройство хорошо выглядит и на фоне конкурентов.

Ток зарядки автомобильного аккумулятора

Зарядка аккумуляторной батареи автомобиля не составляет чего-то сложного. Для этого не обязательно обращаться к специалистам, достаточно знать некоторые базовые законы физики уровня средних классов школы. Нужно внимательно изучить инструкцию к зарядному устройству, знать точные характеристики своей аккумуляторной батареи, а, главное, нужно понимать каким током правильно и целесообразно производить зарядку.

Зарядка производится постоянным током, а не переменным. Чтобы выдержать это важное условие в зарядное устройство ставятся выпрямители, которые также позволяют менять величину силы тока и напряжения – это очень важно для правильного процесса зарядки. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей с напряжением 12 В должно обеспечивать напряжение 14,4-16,6 В. Более высокое напряжение требуется для того, чтобы зарядный ток смог «затечь» в батарею, в которой напряжение будет меньше. При напряжении зарядки 12 В батарею Вы не зарядите. Напряжение 14,4 В используется для традиционных свинцовых аккумуляторов, в повышенное используются для необслуживаемых батарей, которые имеют свои особенности, и заряжаются они быстрее – но это не значит, что качественнее.

Существует два основных метода зарядки аккумуляторной батареи. Во-первых, заряжать можно током постоянной силы. Во-вторых, можно это делать и при постоянном напряжении. Но есть также и комбинированный вариант – самый щадящий и эффективный – сначала постоянным током и с варьирующим напряжением, потом, в конце процесса зарядки, постоянным напряжением и спадающим током.

Заряд АКБ при стабильной силе тока. При таком методе зарядки сам процесс предъявляет повышенные требования к внимательности вовлеченного человека. Проверять аккумулятор требуется примерно каждые два часа, особенно внимательным нужно быть под конец зарядки. Основная причина такого внимания – при зарядке высоким током и соответствующем перегреве аккумулятор просто может закипеть и взорваться.

Смотрите так же:  Приказ 259 от 1994

Начинать процесс зарядки нужно на силе тока, равной численно в амперах емкости заряжаемой аккумуляторной батареи в Ач. В таком режиме зарядка должна происходить 20 часов. Таким образом, для батареи емкостью 90 Ач выставляем ток 9 А. Постоянство силы тока выдерживается регулирующим устройством.

Для необслуживаемых батарей рекомендуется использовать напряжение повыше, около 16 В. Но при это нужно снизить силу тока в два раза. Вообще, и для традиционных батарей можно использовать пониженное значение силы тока – это повысит КПД зарядки, аккумулятор задействует в реакции больше вещества, а сам процесс зарядки будет более мягким и поможет дольше сохранить батарею. К тому же при низкой силе тока вероятность закипания электролита снижается в разы.

Аккумулятор можно считать заряженным в том случае, когда напряжение и ток заряда остаются неизменными в течении двух часов. Ток должен упасть практически до нуля, а напряжение в случае необслуживаемой батареи будет составлять 16,5 В.

Заряд АКБ при стабильном напряжении. Здесь прямая зависимость заряда батареи от подаваемого на нее напряжения. В таком режиме автомобильная аккумуляторная батарея на 12 В в течении 24 часов зарядится на 75-85% при подаваемом напряжении 14,4 В. Если повысить напряжение до 15 В, до заряд достигнет 85-90%. При 16 В аккумулятор будет заряжен на 95-98%. Полностью зарядить аккумулятор за сутки можно при напряжении 16,4 В.

При таком методе зарядки сигналом окончания процесса будет служить стабилизировавшееся напряжение аккумулятора на уровне 14,4 В. Зарядное устройство покажет это загоревшейся лампочкой, а автоматическое устройство само прекратит процесс зарядки. Вообще рекомендуется заряжать меньшим напряжением, около 14,5 В. В таком режиме батарея зарядится на 95 %, но на это потребуется более суток. Зато это более щадяще для самой батареи. Вообще зарядка стабильным напряжением менее подвержена закипанию электролита, и имеет свои удобные стороны в виде меньшей требовательности к наблюдающему человеку. Ведь в таком режиме ток зарядки автомобильного аккумулятора будет падать в конце процесса, что и будет лучшим образом сказываться на батарее.

Читайте так-же, другие обзоры

    Зарядка необслуживаемого автомобильного аккумулятора

Каким током заряжать Li-Ion аккумулятор?

Рекомендуемый ток заряда литий-ионного аккумулятора напрямую зависит от его емкости и особенностей модели. Превышать рекомендованные токи заряда не рекомендуется, чтобы не сократить срок службы АКБ. Значение тока разряда (параметр С) примерно соответствует величине емкости аккумулятора или аккумуляторной сборки.

Процесс зарядки протекает в 2 этапа:

  1. При неизменном токе (его значение выбирается из промежутка 0,2С–1С с учетом рекомендаций производителя АКБ) до значения напряжения 4,1–4,2 В.
  2. При неизменном напряжении до тех пор, когда напряжение достигнет уровня напряжения отсечки, а ток заряда снизится до 3% от исходного значения.

Зарядное устройство литий-ионных АКБ – это источник постоянного напряжения 5 В. Его необходимо подбирать, так, чтобы он отдавал ток, приблизительно соответствующий 0,5–1 емкости аккумуляторной батареи.

Каким током нужно заряжать литиевые аккумуляторы?

В качестве примера определим, каким током можно заряжать Li-Ion аккумулятор 48 В, 10 А*ч, если согласно требованиям производителя ток заряда должен быть 0,5С, а ток разряда 3С. Отталкиваясь от емкости 10 А*ч, выбираем зарядное устройство не более 5 А (продолжительной силы тока заряда). При выборе контроллера (потребителя ) также учитываем значение емкости и выясняем, что ток разряда должен быть не более 30 А (продолжительной силы тока разряда).

Аналогично рассчитаем, каким током заряжать литий ионные аккумуляторы 48 В, 20 А*ч. Поскольку С≈20, выбираем контроллер (потребитель ) не более 60 А (3С ) продолжительной силы тока разряда и зарядное устройство не более 10 А (0 ,5С) продолжительной силы тока заряда. Т.е. всегда руководствуемся значением емкости и рекомендациями производителя по выбору значения тока заряда (из диапазона 0,2С–1С).

О том, как правильно зарядить Li-Ion аккумулятор в первый раз, читайте в этом материале.

Зарядка аккумулятора или как правильно зарядить разрядившийсяаккумулятор

Стоит отметить что старые аккумуляторы (5-ти летки) не стоит заряжать, или реанимировать какими либо дедушкиными способами. Во первых — это бесполезно, или даст только кратковременный эффект, второе — небезопасно. Срок его жизни подходит к концу, и будет разумней его отнести в утилизацию.

Требования к зарядному устройству. Батареи, исключающие долив воды, должны заряжаться только устройствами с автоматическим поддержанием зарядного напряжения, и желательно автоматическим ограничением тока заряда. Естественно, СОБЛЮДАЙТЕ ПОЛЯРНОСТЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА И АКБ! ТО ЕСТЬ «ПЛЮС» к «ПЛЮСУ», «МИНУС» к «МИНУСУ»! (ведь не в каждом зарядном устройстве присутствует «защита от дурака»)

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ЧТО ПОМЕЩЕНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ВЕНТЕЛИРУЕМЫМ, потому что газы, выделяющиеся при этом вредны для здоровья, а так же выделяется арсин, сернистый газ, хлористый водород, который при смешивании с кислородом в определённой пропорции образует взрывоопасную смесь (ну, если вдруг вы дома захотели устроить станцию по зарядке аккумуляторов, и одновременно ставите дюжину АКБ на зарядку :))))

Затраты на приобретение автоматического зарядного устройства не оправданы, поэтому лучше поискать ГДЕ можно им разово воспользоваться. Хороший прибор определит состояние аккумулятора и подберет необходимый ток заряда. Отличное зарядное устройство на просторах интернета будет стоить в районе 6-8 килорублей, например как это ctek.ru/podbor.php?dev_id=105. И не забудьте очистить аккумулятор от грязи, прежде чем, экспериментировать с ним. Грязь на аккумуляторе будет проводить ток (шунтировать цепь заряда), что, совсем, нехорошо. А также, батарея начинает более-менее принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры, поэтому с мороза принеся домой аккумулятор дайте ему «отстоятся», или отогрется кому как понятнее.

Разница между обслуживаемыми и не обслуживаемыми — в доступности пробок для заливания электролита. Разработчики сделали так, чтобы в этом не было необходимости. Тем не менее, в не обслуживаемом есть возможность снять крышку и добраться до пробок. Вот только смысла, как правило — нет. Его хватает на срок эксплуатации. Да, в любом не обслуживаемом аккумуляторе по бокам должны быть дырочки для отвода газов и для нормализации давления.

НЕЛЬЗЯ допускать, чтобы в процессе зарядки необслуживаемой АКБ напряжение на ее клеммах повышалось более чем до 15,5 вольт.

Дело здесь в физике процесса. Батарея сама возьмет столько тока, сколько требуется ей для заряда. Именно для заряда. То, что Вы будете в нее пихать сверх того, путем повышения напряжения, она отправит по большей части на электролиз воды, которая есть в составе электролита, и еще немного — на разогрев. То есть она просто будет разлагать воду на кислород и водород за Ваш счет. Дистиллированная вода не дефицит. Но в необслуживаемую батарею ее добавить нельзя. Количество электролита будет снижаться необратимо, и плотность его тоже будет повышаться необратимо (вода ушла, а кислота осталась!)

Есть еще одна опасность — если Ваша АКБ разряжена сильно (т.н. «глубокий разряд») и вся кислота ушла в пластины, то начинать ее заряжать сразу номинальным током зарядки НЕЛЬЗЯ. Между пластинами — вода и Вы просто займетесь ее электролизом.

Поэтому в случае зарядки АКБ током в десятки ампер, в короткий срок, заряд «облепит» ее поверхность и не даст электролиту проникнуть в толщу пластин . А в случае зарядки малым током — единицы ампер — восстановит заряд по всей толщине пластины. Термин «заряд» — здесь несколько формален — это характер распределения сульфата свинца по толщине пластины.

1) Определение зарядного тока. Зарядный ток не должен превышать 1/10 емкости батареи. Например, если вас интересует как зарядить аккумулятор автомобиля 12 В 55 А/ч, то обязательно учтите, что ток заряда не должен превышать 5,5 А. В случае, если аккумулятор разряжен глубоко, требуется заряжать её небольшим током (1,5 – 2,0 А). Если Вы уверены, что глубокого разряда АКБ не было — подключайте ее к зарядному устройству соблюдая полярность (см выше). Зарядное усторойство (ЗУ) должно быть в выключенном положении. Если на устройстве есть регулятор напряжения — установите его на минимальное напряжение. Включайте зарядное устройство. Установите напряжение зарядки 14,4В. Процесс пошел.

2) В процессе зарядки ток будет снижаться. Процесс закончится, когда при напряжении на клеммах 14,4В ток упадет до 200mA (т.е. 0,2А). Перезарядить или повредить батарею таким напряжением невозможно. Просто ток заряда снизится до величины тока саморазряда АКБ.

ВАЖНО: Безопасным для батареи можно считать ток, численно равный в Амперах порядка 1/20 ее емкости в Ампер/Часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 2,75А. Опасным можно считать ток, превышающий 1/5 ее емкости в Ампер/часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 11А. Строго говоря, когда ей можно, она сама «съест» и больше — но только на определенных режимах и от тех же 14,4В на ее клеммах. А вот если Вы станете ручкой зарядного устройства повышать это напряжение и разгоните его так, что через батарею полезет 11А — это будут, скорее всего, уже далеко не 14,4В… ЗАПРЕЩАЕТСЯ! Номинальным током зарядки традиционно уже полвека считают ток, равный 1/10 емкости АКБ в Ампер/часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 5,5А. Для необслуживаемых батарей основной характеристикой зарядки надо считать не ток, а НАПРЯЖЕНИЕ. Ток помогает оценить процесс, протекающий в батарее.

Смотрите так же:  Тк рф трудовой договор по совместительству

3) В случае глубокого разряда заряжать АКБ в этом случае надо пониженным напряжением (12В.13В), и при этом надо следить за тем, чтобы ток в начале заряда не превысил ту самую 1/20 ее емкости в Ампер/часах (в принципе, это должно произойти автоматически, в отличие от ситуации, когда сразу на клеммы подают 14,4 В). Будет больше — еще сильнее снижайте напряжение. Понемногу ток будет расти — это нормально. Это кислота вылезает из глубины пластин наружу, сульфат свинца даёт приток кислоты, плотность электролита повышается, АКБ заряжается. Когда ток поднимется до 1/10 емкости АКБ, или даже больше, а совсем хорошо — когда он после этого подъема даже начнет снижаться — тогда можно переходить на описанный выше процесс заряда, т.е. ставить напряжение 14,4В.

Теперь дополнительная информация

для сомневающихся, типа «почему батареи, исключающие долив воды, должны заряжаться только устройствами с автоматическим поддержанием зарядного напряжения?»

При заряде этим методом (заряд при постоянстве напряжения ) степень заряженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В 12-вольтовая батарея зарядится на 75-85%, при напряжении 15 В — на 85-90%, а при напряжении 16 В — на 95-97%. Полностью зарядить батарею в течение 20-24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В. Поэтому в НАШЕМ случае (батарея не обслуживаемая) для удовлетворительного (на 90-95%) заряда современных необслуживаемых батарей с помощью выпускаемых промышленностью зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется более суток. А для полной зарядки батареи данного типа потребуется большее время, чем для зарядки малообслуживаемой или обычной. В начале процесса зарядки сила тока порой достигает 40-50А, в связи с чем все зарядные устройства должны быть снабжены схемами, ограничивающими зарядный ток в пределах 20-25А. Длительность зарядки зависит от степени разряженности и может занять до ТРЕХ дней.

Как определить степень заряженности не обслуживаемого аккумулятора и его плотность

Это скорее всего невозможно точно на 100% определить. Можно лишь с некоторой степенью вероятности, или приблизительно. Способ определение степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов. Измерение необходимо производить не ранее чем через 8 часов после выключения двигателя. У полностью заряженной батареи величина составляет 12,7 — 12,9 Вольт при температуре +20…+25 °С.

НЕ ДОПУСКАЕТСЯ эксплуатация батарей как в режиме НЕДОЗАРЯДА, т.е. при напряжении борт сети ниже 13,9 Вольт, так и в режиме ПЕРЕЗАРЯДА, т.е. при наряжении борт сети выше 14,4 Вольт. Поэтому не реже одного раза в 2 месяца проверяйте уровень зарядного напряжения.

АКБ любит жить полностью заряженной и в холоде (у холодной АКБ меньше саморазряд). Если поставить заряженную АКБ на постоянный подзаряд током, равным току ее саморазряда — она будет в любой момент заряжена на 100%, и никакого вреда ей от такого времяпрепровождения не будет. А вот на машине необслуживаемую батарею лучше иметь заряженной процентов на 90 или 95. Тогда, если вдруг случиться скачок напряжения в бортсети (отказ реле регулятора или еще что) она, как конденсатор, имеет шансы «сожрать» этот выброс. Причем без большого вреда для себя, и спасая при этом электронику, которая в противном случае начнет пускать дым.

Если у Вашей машины генератор и реле-регулятор исправны — то в бортсети у Вас никогда не будет больше 15,1В (до такой величины позволяют задирать напряжение цепи термокомпенсации реле-регуляторов в холодную погоду). Поэтому заботясь об АКБ, не забывайте периодически проверять генератор и реле-регулятор.

И помните! — Опыт растет прямо пропорционально количеству оборудования, выведенного из строя…

ток заряда флотирующий

3.15 ток заряда флотирующий (float charge current): Ток, получающийся в результате заряда во флотирующем режиме.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «ток заряда флотирующий» в других словарях:

ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р МЭК 62485-2-2011: Батареи аккумуляторные и установки батарейные. Требования безопасности. Часть 2. Стационарные батареи — Терминология ГОСТ Р МЭК 62485 2 2011: Батареи аккумуляторные и установки батарейные. Требования безопасности. Часть 2. Стационарные батареи оригинал документа: 3.4 аккумулятор газонепроницаемый герметичный [gastight sealed (secondary) cell]:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Аккумуляторы для мобильных устройств — методы заряда

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

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

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

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

Методы заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

Существующие методы можно разделить на 4 основные группы:

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

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

Медленный метод заряда

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

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

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

Рисунок 1. Медленный метод заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

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

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

Метод быстрого заряда

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

Смотрите так же:  Федеральный закон 155-фз от 27062011

Метод дельта V заряда

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

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

Рисунок 2. Метод дельта V заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

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

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

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

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

Реверсивный метод заряда

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

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

Рисунок 3. Реверсивный метод заряда NiCd и NiMH аккумуляторов

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

Метод заряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О зарядных устройствах для мобильных устройств связи в следующей статье.