Jak nabíjíte Li-Ion baterii?

Li-ion baterie jsou široce používány v přenosné elektronice, lékařském vybavení, průmyslových zařízeních, GPS trackerech, nositelných zařízeních a bateriově napájených nástrojích. Musí se však nabíjet zařízením a nastavením, které odpovídá chemii, napětí, kapacitě a ochrannému systému baterie.

Správná metoda nabíjení nespočívá pouze v připojení napájecího zdroje ke kladnému a zápornému pólu. Vhodná nabíječka musí kontrolovat nabíjecí napětí a proud, dodržovat příslušný nabíjecí profil a zastavit nebo omezit nabíjení, když baterie dosáhne schváleného limitu.

Tato příručka vysvětluje, jak bezpečně nabíjet Li-ion baterii, jaké vybavení je potřeba, jak funguje proces nabíjení a které varovné signály by měly proces nabíjení zastavit.

Rychlá odpověď: Jak nabíjíte Li-Ion baterii?

Bezpečné nabíjení Li-ion baterie:

1. Zkontrolujte složení baterie, napětí, kapacitu a požadavky na nabíjení.

2. Použijte nabíječku určenou pro konkrétní typ lithiové baterie.

3. Ujistěte se, že napětí nabíječky odpovídá konfiguraci baterie.

4. Ujistěte se, že nabíjecí proud je v mezích baterie a BMS.

5. Zkontrolujte baterii, zda nevykazuje bobtnání, praskliny, netěsnosti nebo jiné poškození.

6. Připojte nabíječku se správnou polaritou a konektorem.

7. Umožněte nabíječce sledovat nabíjecí profil konstantního proudu/konstantního napětí.

8. Sledujte, zda baterie nevykazuje abnormální teplo, zápach, deformaci nebo jiné varovné příznaky.

9. Pokud systém automaticky nezvládá nabíjení, po dokončení nabíjecího cyklu odpojte baterii.

Nepoužívejte neregulovaný napájecí zdroj nebo nekompatibilní nabíječku jen proto, že její zástrčka pasuje k baterii.

Co potřebujete k nabití Li-Ion baterie?

Nastavení bezpečného nabíjení obvykle zahrnuje:

• Kompatibilní Li-ion baterie

• Nabíječka lithiových baterií nebo schválený nabíjecí obvod

• Vhodný zdroj energie

• Správný konektor

• V případě potřeby systém řízení baterie nebo ochranný obvod

• Stabilní, nehořlavé místo nabíjení

Nabíječka musí odpovídat skutečné konfiguraci baterie. Nabíječka pro jeden lithium-iontový článek nemusí být vhodná pro vícečlánkovou baterii. Podobně nabíječka pro jednu lithium chemii nemusí být vhodná pro jinou.

Před nabíjením potvrďte:

• Chemie baterie

• Jmenovité napětí

• Maximální nabíjecí napětí

• Doporučený nabíjecí proud

• Kapacita baterie

• Počet buněk a sériová/paralelní konfigurace

• Polarita konektoru

• Požadavky na BMS nebo ochranné desky

• Povolená teplota nabíjení

U vlastní bateriové sady by tyto požadavky měly být potvrzeny jako součást specifikace baterie, nikoli odhadem z fyzického vzhledu baterie.

Co byste měli zkontrolovat před nabíjením?

Zkontrolujte stav baterie

Nenabíjejte baterii, která ukazuje:

• Otok

• Trhliny

• Propíchnutí

• Unikající elektrolyt

• Silné promáčkliny

• Popáleniny

• Poškozené dráty

• Uvolněné svorky

• Neobvyklý zápach

• Abnormální horko

Fyzicky poškozená baterie může mít vnitřní problémy, které nejsou zvenčí viditelné. Nepropichujte, neotevírejte, nestlačujte ani se nepokoušejte opravit oteklou baterii.

Zkontrolujte štítek baterie

Štítek baterie nebo datový list může obsahovat informace o:

• Jmenovité napětí

• Maximální nabíjecí napětí

• Kapacita

• Doporučený nabíjecí proud

• Konfigurace buňky

• Polarita

• Číslo modelu

• Požadavky na ochranu

Nepoužívejte jmenovité napětí jako jedinou nabíjecí referenci. Baterie popisovaná jako 3,7 V Li-ion baterie může vyžadovat vyšší nabíjecí napětí při schváleném nabíjecím profilu.

Zkontrolujte nabíječku

Nabíječka by měla být určena pro chemii baterie a konfiguraci napětí.

Kontrola:

• Výstupní napětí nabíječky

• Maximální výstupní proud

• Nabíjecí profil

• Typ konektoru

• Polarita

• Způsob ukončení nabíjení

• Kompatibilita s BMS baterie

Fyzicky kompatibilní konektor neprokazuje elektrickou kompatibilitu.

Jak funguje metoda nabíjení CC/CV?

Většina dobíjecích Li-ion baterií používá nabíjecí proces založený na dvou hlavních fázích:

• Konstantní proud

• Konstantní napětí

Stupeň konstantního proudu

Během fáze konstantního proudu dodává nabíječka řízený proud do baterie. Napětí baterie se postupně zvyšuje, jak se baterie nabíjí.

Tato fáze obvykle poskytuje většinu nabíjecí energie. Nabíjecí proud zůstává relativně stabilní, zatímco napětí baterie se blíží své horní hranici.

Stupeň konstantního napětí

Když baterie dosáhne specifikovaného limitu napětí, nabíječka udrží napětí blízko této úrovně. Nabíjecí proud postupně klesá, jak se baterie blíží k plnému nabití.

To je důvod, proč poslední část nabíjení často trvá déle než první část.

Ukončení poplatku

Nabíjení se ukončí, když proud klesne pod prahovou hodnotu ukončení nabíječky nebo když systém řízení baterie zastaví nabíjecí cyklus.

Přesné napětí a podmínky ukončení závisí na:

• Chemie baterie

• Design buňky

• Počet buněk

• Design nabíječky

• Nastavení BMS

• Požadavky výrobce

Detailní Proces nabíjení CC/CV by měl být potvrzen ze specifikací výrobce baterie.

Jak nabíjíte jeden Li-Ion článek?

Nabíjení jednoho Li-ion článku:

1. Potvrďte chemii článku a maximální nabíjecí napětí.

2. Potvrďte doporučený nabíjecí proud.

3. Použijte nabíječku speciálně navrženou pro tento typ článku.

4. Před vložením do nabíječky článek zkontrolujte.

5. Instalujte článek se správnou polaritou.

6. Spusťte nabíjecí cyklus.

7. Sledujte stav nabíječky a článků.

8. Nechte nabíječku dokončit svůj normální proces ukončení.

9. Pokud nabíječka neposkytuje automatické řízení nabíjení, vyjměte článek.

Jeden válcový článek, jako je baterie 18650, se musí nabíjet nabíječkou navrženou pro správnou lithium-iontovou chemii a konfiguraci článků.

Neumisťujte holý lithiový článek do improvizovaného držáku připojeného přímo k napájecímu adaptéru. Nabíječka musí regulovat napětí a proud a musí být schopna řídit nabíjecí cyklus.

Jak nabíjíte Li-Ion baterii?

Baterie může obsahovat více článků zapojených sériově, paralelně nebo kombinaci obou.

Před nabitím sady zkontrolujte:

• Celkový počet buněk

• Sériová a paralelní konfigurace

• Jmenovité napětí balení

• Maximální nabíjecí napětí sady

• Doporučený nabíjecí proud

• Konfigurace BMS nebo PCM

• Nabíjecí konektor

• Požadavky na nabíjení zůstatku

U sady s články zapojenými do série musí nabíječka podporovat celkové napětí sady. Nabíjecí napětí nesmí být voleno pouze z napětí jednoho článku.

Balíček s více buňkami může také vyžadovat:

• Monitorování jednotlivých buněk

• Vyvažování buněk

• Ochrana proti přebití

• Ochrana proti nadměrnému vybití

• Nadproudová ochrana

• Snímání teploty

• Komunikace mezi balením a nabíječkou

Nabíjecí konektor může obsahovat jak napájecí, tak signální kontakty. Nepředpokládejte, že každý kolík je určen pro přímé nabíjení.

Pro OEM zařízení, řešení lithiových baterií by měla být specifikována společně s nabíječkou, BMS, konektorem a hostitelským zařízením.

Jak byste měli připojit nabíječku?

Pořadí připojení závisí na nabíječce a konstrukci baterie, ale důležité jsou následující kontroly:

• Potvrďte kladnou a zápornou polaritu.

• Ujistěte se, že je konektor zcela usazen.

• Zkontrolujte, zda není kabel poškozen.

• Udržujte konektor suchý a čistý.

• Zabraňte kontaktu vodivých předmětů s koncovkami.

• Nezasunujte konektor násilím do nesprávné zásuvky.

• Během nabíjení udržujte baterii stabilní.

Pokud je baterie nainstalována uvnitř zařízení, použijte schválený nabíjecí port nebo nabíjecí systém zařízení. Neobcházejte vnitřní nabíjecí obvod zařízení, pokud baterie a systém nebyly speciálně navrženy pro externí nabíjení.

Pokud má baterie samostatné nabíjecí a vybíjecí konektory, použijte pro každou funkci správné rozhraní.

Jak dlouho trvá nabití Li-Ion baterie?

Základní odhad doby nabíjení lze vypočítat pomocí:

Ideální doba nabíjení = Kapacita baterie ÷ Nabíjecí proud

Například 2 000 mAh baterie nabíjená proudem 1 000 mA má ideální dobu nabíjení:

2 000 mAh ÷ 1 000 mA = 2 hodiny

Skutečná doba nabíjení může být delší, protože:

• Proud během fáze konstantního napětí klesá.

• BMS může omezit nabíjecí proud.

• Baterie se může začít nabíjet při částečném nabití.

• Nabíječka může snížit proud kvůli teplotě.

• Zařízení může během nabíjení spotřebovávat energii.

• Baterie může mít starý nebo zvýšený vnitřní odpor.

Pro částečné nabití počítejte pouze s kapacitou, kterou je třeba doplnit. Nabíjení baterie z 30 % na 80 % vyžaduje méně času než nabíjení z 0 % na 100 %.

Doba nabíjení by proto měla být popsána společně s:

• Počáteční stav nabití

• Cílový stav nabití

• Nabíjecí proud

• Kapacita baterie

• Model nabíječky

• Teplota nabíjení

• Provozní stav zařízení

Můžete nabíjet Li-Ion baterii, když je v zařízení?

Mnoho zařízení je navrženo tak, aby nabíjelo baterii, když je nainstalována. V těchto produktech zařízení běžně obsahuje nabíjecí integrovaný obvod, ochranný systém nebo obvod pro řízení napájení.

Systém účtování může spravovat:

• Napětí baterie

• Nabíjecí proud

• Teplota

• Ukončení nabíjení

• Rozdělení energie mezi baterii a zařízení

• Nabíjení během provozu zařízení

Ne každé zařízení však podporuje nabíjení a provoz zároveň.

Provoz zařízení během nabíjení může:

• Prodlužte dobu nabíjení

• Zvyšte teplotu baterie

• Snižte proud dostupný pro nabíjení

• Vytvořte další požadavky na správu napájení

• Ovlivňuje použitelnou dobu běhu baterie

U produktu OEM by mělo být nabíjení testováno s konečnou baterií, nabíječkou a zařízením společně.

Jaký je rozdíl mezi nabíječkou a napájecím zdrojem?

Napájecí zdroj poskytuje elektrický výstup. Nabíječka baterií je navržena tak, aby řídila proces nabíjení.

Vhodná nabíječka lithiových baterií normálně řídí:

• Nabíjecí napětí

• Nabíjecí proud

• Nabíjecí fáze

• Ukončení nabíjení

• Interakce ochrany baterie

• Teplotní odezva tam, kde je to možné

Obecný napájecí zdroj nemusí poskytovat požadovaný nabíjecí profil nebo ochranné funkce. I když se jeho napětí jeví jako vhodné, nemusí baterii bezpečně nabít.

To je důležité zejména pro:

• Holé buňky

• Vícečlánkové balíčky

• Baterie bez integrované nabíjecí elektroniky

• Vysokokapacitní baterie

• Zakázkové bateriové systémy

• Zařízení s odděleným nabíjecím a vybíjecím rozhraním

Nabíječku je nutné vybírat podle kompletního bateriového systému, nejen podle výstupního štítku adaptéru.

Lze Li-Ion baterii nabíjet pomocí libovolného portu USB?

USB port může sloužit jako zdroj energie pro správně navržený nabíjecí obvod, ale USB port sám o sobě není automaticky nabíječkou Li-ion baterií.

Bezpečný nabíjecí systém USB může zahrnovat:

• USB vstup

• IC pro nabíjení lithiové baterie

• Regulace napětí

• Kontrola proudu

• Ukončení nabíjení

• Ochranný obvod

• Správný konektor baterie

Napájecí zdroj USB a nabíjecí obvod baterie plní různé funkce.

Nepřipojujte holý Li-ion článek přímo k USB kabelu. USB výstup nemusí zajišťovat řízení napětí, proudu nebo ukončování požadované baterií.

Konkrétní otázka použití USB s bateriemi 18650 by měla být řešena samostatně, protože odpověď závisí na tom, zda připojení USB napájí správný nabíjecí modul 18650 nebo je připojeno přímo k článku.

Jaká teplota nabíjení je vhodná?

Teplota nabíjení by měla odpovídat specifikaci výrobce baterie.

Vyhněte se nabíjení, když je baterie:

• Zmrzlé nebo velmi studené

• Horké z nedávného používání při vysoké zátěži

• Vystaveno přímému slunečnímu záření

• Uvnitř špatně větraného krytu

• V blízkosti součásti produkující teplo

Nabíječka může snížit nebo zastavit nabíjecí proud, když je teplota mimo povolený rozsah.

U zařízení OEM vyhodnoťte:

• Normální teplota nabíjení

• Maximální teplota nabíjení

• Minimální teplota nabíjení

• Teplo generované nabíječkou

• Teplo generované blízkou elektronikou

• Větrání krytu

• Tepelné podmínky v bateriovém prostoru

Teplota nabíjení a provozní teplota nejsou vždy stejné. Baterie může mít jeden povolený rozsah pro nabíjení a jiný pro vybíjení.

Jaká jsou hlavní pravidla bezpečnosti nabíjení Li-Ion baterie?

Dodržujte tato základní opatření:

• Použijte kompatibilní nabíječku lithiových baterií.

• Nepřekračujte stanovené nabíjecí napětí.

• Nepřekračujte doporučený nabíjecí proud.

• Před připojením zkontrolujte polaritu.

• Nenabíjejte oteklou nebo poškozenou baterii.

• Udržujte baterii mimo dosah hořlavých materiálů.

• Během nabíjení nezakrývejte nabíječku ani baterii.

• Udržujte nabíjecí prostor suchý a větraný.

• Zastavte nabíjení, pokud je baterie abnormálně horká.

• Zastavte nabíjení, pokud se objeví kouř, zápach, otok nebo neobvyklý zvuk.

• Neupravujte baterii ani neobcházejte její ochranný systém.

• Nenechávejte nabíjet neznámou nebo poškozenou baterii bez dozoru.

Bezpečnost lithium-iontových baterií by měla být považována za systémový požadavek. Ke konečnému nabíjení přispívá článek baterie, BMS, nabíječka, konektor, kryt a zařízení.

Jak by měly týmy OEM ověřit nabíjení Li-Ion baterie?

U produktu OEM by mělo být nabíjení ověřeno pomocí hotové konfigurace baterie.

Proces ověření může zahrnovat:

Elektrické kontroly

• Nabíjecí napětí

• Nabíjecí proud

• Doba nabíjení

• Ukončení nabíjení

• Napětí baterie

• Polarita balení

• Proud na straně baterie

• Odezva ochrany BMS

Tepelné kontroly

• Teplota baterie

• teplota BMS

• Teplota konektoru

• Teplota kabelu

• Teplota nabíječky

• Teplota uvnitř krytu

Kontroly na úrovni zařízení

• Nabíjení s vypnutým zařízením

• Nabíjení v pohotovostním režimu

• Nabíjení při běžném provozu

• Nabíjení během špičkového zatížení

• Spuštění zařízení během nabíjení

• Vypnutí zařízení po nabití

• Doba chodu po úplném nabíjecím cyklu

Mechanické kontroly

• Uložení konektoru

• Vedení kabelů

• Udržení baterie

• Vůle krytu

• Tlak na baterii

• Přístup pro servis a výměnu

Konečná doba nabíjení by měla být měřena s produkčně určenou baterií, nabíječkou a zařízením. Laboratorní odhad založený pouze na nominální kapacitě nemusí představovat skutečný výkon v terénu.

Časté chyby při nabíjení Li-Ion

Používání nabíječky pouze proto, že zástrčka pasuje

Tvar konektoru nepotvrzuje kompatibilitu napětí, polarity nebo nabíjecího profilu.

Připojení baterie přímo k napájecímu adaptéru

Napájecí adaptér nemusí řídit fáze nabíjení nebo přestat správně nabíjet.

Nabíjení poškozené baterie

Otoky, propíchnutí, netěsnosti a silné promáčkliny mohou naznačovat vnitřní poškození. Takové baterie by se neměly nabíjet.

Za předpokladu, že všechny lithiové baterie používají stejná nastavení

Různé chemické složení a konfigurace mohou vyžadovat různé limity nabíjecího napětí a proudu.

Ignorování BMS

BMS může omezit proud, zastavit nabíjení nebo vyžadovat specifické připojení signálu.

Nabíjení v horkém nebo uzavřeném místě

Teplo může zvýšit napětí při nabíjení a může způsobit snížení proudu nebo zastavení nabíječky.

Očekávání maximálního proudu nabíječky za všech okolností

Baterie, zařízení nebo BMS mohou snížit proud, zejména blízko plného nabití nebo při zvýšení teploty.

FAQ

Jaký je nejbezpečnější způsob nabíjení Li-Ion baterie?

Používejte nabíječku navrženou pro chemii, napětí a konfiguraci baterie. Zkontrolujte polaritu, před nabíjením zkontrolujte baterii a dodržujte požadavky výrobce na napětí, proud a teplotu.

Mohu nabíjet Li-Ion baterii běžným zdrojem?

Ne nutně. Běžný napájecí zdroj nemusí poskytovat požadovaný profil nabíjení konstantním proudem/konstantním napětím nebo řízení ukončení nabíjení. Používejte schválenou nabíječku lithiových baterií nebo nabíjecí obvod.

Mám nabíjet Li-Ion baterii pokaždé na 100 %?

Požadovaná úroveň nabití závisí na aplikaci. Pro maximální dobu chodu může být nutné úplné nabití, zatímco některé produkty používají nižší cílovou úroveň pro řízení tepla nebo snížení namáhání baterie. Postupujte podle specifikace produktu nebo baterie.

Proč se moje Li-Ion baterie při nabíjení zahřívá?

Během nabíjení může dojít k určitému zvýšení teploty, ale abnormální nebo rychle rostoucí teplo je varovným signálem. Pokud se baterie nadměrně zahřeje, zastavte nabíjení a zkontrolujte baterii, nabíječku a připojení.

Mohu při používání zařízení nabíjet Li-Ion baterii?

Některá zařízení podporují současný provoz a nabíjení, jiná ne. Nabíjecí obvod zařízení, baterie, spotřeba energie a tepelná konstrukce musí podporovat tento provozní režim.

Mohu nabíjet Li-Ion baterii bez BMS?

Požadovaný ochranný systém závisí na konfiguraci buňky a aplikaci. Vícečlánkové sady obvykle vyžadují odpovídající monitorování a ochranu. Výrobce baterie by měl definovat správnou architekturu ochrany.

Závěr

Pro bezpečné nabíjení Li-Ion baterie použijte kompatibilní nabíječku lithiových baterií, která odpovídá složení, napětí, proudu a konfiguraci baterie.

Nabíječka by měla řídit proces nabíjení, obvykle prostřednictvím fází konstantního proudu a konstantního napětí, a měla by ukončit nebo omezit nabíjení, když baterie dosáhne schváleného limitu.

Před nabíjením vždy baterii zkontrolujte, ověřte polaritu a kompatibilitu konektoru, kontrolujte teplotu nabíjení a okamžitě zastavte, pokud baterie vykazuje bobtnání, vytékání, abnormální teplo nebo jiné varovné příznaky.

U zařízení OEM musí být nabíjení ověřeno, když hotová baterie, nabíječka a zařízení spolupracují.

Pokud váš projekt vyžaduje přizpůsobenou kapacitu, rozměry, BMS, konektor nebo konfiguraci nabíjení, kontaktujte společnost ZERNE, která vám poskytne vlastní řešení lithiových baterií.