Jak ładować akumulator litowo-jonowy?

Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane w przenośnej elektronice, sprzęcie medycznym, urządzeniach przemysłowych, trackerach GPS, urządzeniach do noszenia i narzędziach zasilanych bateryjnie. Należy je jednak ładować przy użyciu sprzętu i ustawień odpowiadających składowi chemicznemu, napięciu, pojemności i systemowi ochrony akumulatora.

Prawidłowa metoda ładowania nie polega po prostu na podłączeniu zasilacza do zacisków dodatnich i ujemnych. Odpowiednia ładowarka musi kontrolować napięcie i prąd ładowania, przestrzegać odpowiedniego profilu ładowania oraz przerywać lub ograniczać ładowanie, gdy akumulator osiągnie zatwierdzony limit.

W tym przewodniku wyjaśniono, jak bezpiecznie ładować akumulator litowo-jonowy, jaki sprzęt jest wymagany, jak przebiega proces ładowania i jakie znaki ostrzegawcze powinny przerwać proces ładowania.

Szybka odpowiedź: Jak ładować akumulator litowo-jonowy?

Aby bezpiecznie naładować akumulator litowo-jonowy:

1. Sprawdź skład chemiczny akumulatora, napięcie, pojemność i wymagania dotyczące ładowania.

2. Użyj ładowarki przeznaczonej dla tego konkretnego typu baterii litowej.

3. Upewnij się, że napięcie ładowarki odpowiada konfiguracji akumulatora.

4. Upewnij się, że prąd ładowania mieści się w granicach akumulatora i BMS.

5. Sprawdź akumulator pod kątem spuchnięć, pęknięć, wycieków i innych uszkodzeń.

6. Podłącz ładowarkę, zachowując odpowiednią polaryzację i złącze.

7. Pozwól, aby ładowarka podążała za profilem ładowania prądem stałym/stałym napięciem.

8. Monitoruj akumulator pod kątem nietypowego ciepła, zapachu, deformacji lub innych znaków ostrzegawczych.

9. Odłącz akumulator po zakończeniu cyklu ładowania, jeśli system nie zarządza automatycznie ładowaniem.

Nie używaj nieregulowanego zasilacza ani niekompatybilnej ładowarki tylko dlatego, że jej wtyczka pasuje do akumulatora.

Czego potrzebujesz do ładowania akumulatora litowo-jonowego?

Konfiguracja bezpiecznego ładowania zwykle obejmuje:

• Kompatybilny akumulator litowo-jonowy

• Ładowarka baterii litowej lub zatwierdzony obwód ładowania

• Odpowiednie źródło zasilania

• Prawidłowe złącze

• W razie potrzeby system zarządzania akumulatorem lub obwód zabezpieczający

• Stabilne, niepalne miejsce ładowania

Ładowarka musi odpowiadać rzeczywistej konfiguracji akumulatora. Ładowarka do pojedynczego ogniwa litowo-jonowego może nie nadawać się do zestawu akumulatorów wieloogniwowych. Podobnie ładowarka do jednego składu litu może nie nadawać się do innego.

Przed ładowaniem potwierdź:

• Chemia baterii

• Napięcie nominalne

• Maksymalne napięcie ładowania

• Zalecany prąd ładowania

• Pojemność baterii

• Liczba komórek i konfiguracja szeregowa/równoległa

• Polaryzacja złącza

• Wymagania dotyczące BMS lub płyty zabezpieczającej

• Dopuszczalna temperatura ładowania

W przypadku niestandardowego zestawu baterii wymagania te należy potwierdzić w specyfikacji akumulatora, a nie można je odgadnąć na podstawie wyglądu fizycznego akumulatora.

Co należy sprawdzić przed ładowaniem?

Sprawdź stan baterii

Nie ładuj akumulatora, który pokazuje:

• Obrzęk

• Spękanie

• Przebicia

• Wyciek elektrolitu

• Poważne wgniecenia

• Ślady spalenia

• Uszkodzone przewody

• Luźne zaciski

• Niezwykły zapach

• Nienormalne ciepło

Fizycznie uszkodzony akumulator może mieć problemy wewnętrzne, które nie są widoczne z zewnątrz. Nie przebijaj, nie otwieraj, nie ściskaj ani nie próbuj naprawiać spęczniałej baterii.

Sprawdź etykietę baterii

Etykieta baterii lub arkusz danych może zawierać informacje na temat:

• Napięcie nominalne

• Maksymalne napięcie ładowania

• Pojemność

• Zalecany prąd ładowania

• Konfiguracja komórki

• Biegunowość

• Numer modelu

• Wymagania ochronne

Nie używaj napięcia nominalnego jako jedynego odniesienia do ładowania. Bateria opisana jako bateria litowo-jonowa 3,7 V może wymagać wyższego napięcia ładowania w ramach zatwierdzonego profilu ładowania.

Sprawdź ładowarkę

Ładowarka powinna być dostosowana do składu chemicznego akumulatora i konfiguracji napięcia.

Sprawdzać:

• Napięcie wyjściowe ładowarki

• Maksymalny prąd wyjściowy

• Profil ładowania

• Typ złącza

• Biegunowość

• Metoda zakończenia ładowania

• Kompatybilność z BMS akumulatora

Fizycznie kompatybilne złącze nie dowodzi kompatybilności elektrycznej.

Jak działa metoda ładowania CC/CV?

Większość akumulatorów litowo-jonowych wykorzystuje proces ładowania oparty na dwóch głównych etapach:

• Prąd stały

• Stałe napięcie

Stopień stałoprądowy

W fazie prądu stałego ładowarka dostarcza do akumulatora kontrolowany prąd. Napięcie akumulatora wzrasta stopniowo w miarę przyjmowania ładunku.

Ten etap zwykle dostarcza większość energii ładowania. Prąd ładowania pozostaje stosunkowo stabilny, podczas gdy napięcie akumulatora zbliża się do górnej granicy.

Stopień stałonapięciowy

Gdy akumulator osiągnie określony limit napięcia, ładowarka utrzymuje napięcie w pobliżu tego poziomu. Prąd ładowania stopniowo maleje w miarę zbliżania się akumulatora do pełnego naładowania.

Dlatego ostatnia część ładowania często trwa dłużej niż pierwsza.

Zakończenie ładowania

Ładowanie kończy się, gdy prąd spadnie poniżej progu zakończenia ładowarki lub gdy system zarządzania akumulatorem zatrzyma cykl ładowania.

Dokładne warunki napięcia i zakończenia zależą od:

• Chemia baterii

• Projekt komórki

• Liczba komórek

• Projekt ładowarki

• Ustawienia BMS-a

• Wymagania producenta

Szczegółowe Proces ładowania CC/CV należy potwierdzić na podstawie specyfikacji producenta akumulatora.

Jak ładować pojedyncze ogniwo litowo-jonowe?

Aby naładować pojedyncze ogniwo litowo-jonowe:

1. Potwierdź skład chemiczny ogniwa i maksymalne napięcie ładowania.

2. Potwierdź zalecany prąd ładowania.

3. Używaj ładowarki zaprojektowanej specjalnie dla tego typu ogniw.

4. Sprawdź ogniwo przed umieszczeniem go w ładowarce.

5. Zainstaluj ogniwo zachowując właściwą polaryzację.

6. Rozpocznij cykl ładowania.

7. Monitoruj stan ładowarki i ogniw.

8. Poczekaj, aż ładowarka zakończy normalny proces zakończenia.

9. Wyjmij ogniwo, jeśli ładowarka nie zapewnia automatycznego zarządzania ładowaniem.

Pojedyncze ogniwo cylindryczne, takie jak akumulator 18650, należy ładować za pomocą ładowarki zaprojektowanej pod kątem prawidłowego składu chemicznego litowo-jonowego i konfiguracji ogniw.

Nie umieszczaj gołego ogniwa litowego w prowizorycznym uchwycie podłączonym bezpośrednio do zasilacza. Ładowarka musi regulować napięcie i prąd oraz musi być w stanie zarządzać cyklem ładowania.

Jak ładować akumulator litowo-jonowy?

Zestaw baterii może zawierać wiele ogniw połączonych szeregowo, równolegle lub kombinację obu.

Przed naładowaniem pakietu potwierdź:

• Całkowita liczba komórek

• Konfiguracja szeregowa i równoległa

• Napięcie znamionowe pakietu

• Maksymalne napięcie ładowania pakietu

• Zalecany prąd ładowania

• Konfiguracja BMS lub PCM

• Złącze ładowania

• Wymagania dotyczące ładowania salda

W przypadku pakietu z ogniwami połączonymi szeregowo ładowarka musi wytrzymać całkowite napięcie pakietu. Napięcie ładowania nie może być dobierane wyłącznie z napięcia jednego ogniwa.

Pakiet wielokomórkowy może również wymagać:

• Indywidualne monitorowanie komórek

• Równoważenie komórek

• Ochrona przed przeładowaniem

• Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem

• Zabezpieczenie nadprądowe

• Wykrywanie temperatury

• Komunikacja pomiędzy pakietem a ładowarką

Złącze ładowania może zawierać zarówno styki zasilania, jak i sygnałowe. Nie zakładaj, że każdy pin jest przeznaczony do bezpośredniego ładowania.

W przypadku sprzętu OEM, rozwiązania w zakresie akumulatorów litowych należy określić wraz z ładowarką, systemem BMS, złączem i urządzeniem głównym.

Jak podłączyć ładowarkę?

Kolejność podłączania zależy od konstrukcji ładowarki i akumulatora, ale ważne są następujące kontrole:

• Potwierdź polaryzację dodatnią i ujemną.

• Upewnij się, że złącze jest całkowicie osadzone.

• Sprawdź, czy kabel nie jest uszkodzony.

• Utrzymuj złącze w suchości i czystości.

• Należy zapobiegać dotykaniu zacisków przez przedmioty przewodzące.

• Nie wciskaj złącza na siłę do niewłaściwego gniazda.

• Utrzymuj akumulator stabilny podczas ładowania.

Jeśli bateria jest zainstalowana wewnątrz urządzenia, użyj zatwierdzonego portu ładowania urządzenia lub systemu ładowania. Nie omijaj wewnętrznego obwodu ładowania urządzenia, chyba że akumulator i system zostały specjalnie zaprojektowane do ładowania zewnętrznego.

Jeśli zestaw akumulatorów ma oddzielne złącza ładowania i rozładowywania, użyj odpowiedniego interfejsu dla każdej funkcji.

Jak długo trwa ładowanie akumulatora litowo-jonowego?

Podstawowy szacunkowy czas ładowania można obliczyć za pomocą:

Idealny czas ładowania = pojemność akumulatora ÷ prąd ładowania

Na przykład akumulator 2000 mAh ładowany prądem 1000 mA ma idealny czas ładowania:

2000 mAh ÷ 1000 mA = 2 godziny

Rzeczywisty czas ładowania może być dłuższy, ponieważ:

• Prąd maleje w fazie stałego napięcia.

• BMS może ograniczyć prąd ładowania.

• Ładowanie akumulatora może rozpocząć się przy częściowym stanie naładowania.

• Ładowarka może zmniejszyć prąd ze względu na temperaturę.

• Urządzenie może zużywać energię podczas ładowania.

• Bateria mogła się zestarzeć lub zwiększyć rezystancję wewnętrzną.

W przypadku częściowego naładowania oblicz tylko pojemność, którą należy uzupełnić. Ładowanie akumulatora od 30% do 80% wymaga mniej czasu niż ładowanie go od 0% do 100%.

Czas ładowania należy zatem opisywać łącznie z:

• Początkowy stan naładowania

• Docelowy stan naładowania

• Prąd ładowania

• Pojemność baterii

• Model ładowarki

• Temperatura ładowania

• Stan pracy urządzenia

Czy można ładować akumulator litowo-jonowy, gdy znajduje się on w urządzeniu?

Wiele urządzeń zaprojektowano tak, aby ładowały akumulator już po jego zainstalowaniu. W tych produktach urządzenie zwykle zawiera układ scalony ładowania, system zabezpieczający lub obwód zarządzania energią.

System ładowania może zarządzać:

• Napięcie akumulatora

• Prąd ładowania

• Temperatura

• Zakończenie ładowania

• Rozdział mocy pomiędzy baterią a urządzeniem

• Ładowanie podczas pracy urządzenia

Jednak nie każde urządzenie obsługuje ładowanie i działanie w tym samym czasie.

Używanie urządzenia podczas ładowania może:

• Wydłuż czas ładowania

• Zwiększ temperaturę baterii

• Zmniejsz prąd dostępny do ładowania

• Utwórz dodatkowe wymagania dotyczące zarządzania energią

• Wpływa na użyteczny czas pracy baterii

W przypadku produktu OEM ładowanie należy przetestować razem z ostatecznym akumulatorem, ładowarką i urządzeniem.

Jaka jest różnica między ładowarką a zasilaczem?

Zasilacz zapewnia moc elektryczną. Ładowarka akumulatorów przeznaczona jest do zarządzania procesem ładowania.

Odpowiednia ładowarka baterii litowej zwykle kontroluje:

• Napięcie ładowania

• Prąd ładowania

• Etapy ładowania

• Zakończenie ładowania

• Interakcja ochrony baterii

• Reakcja temperaturowa, jeśli ma to zastosowanie

Ogólny zasilacz może nie zapewniać wymaganego profilu ładowania lub funkcji zabezpieczających. Nawet jeśli napięcie wydaje się odpowiednie, może nie ładować bezpiecznie akumulatora.

Jest to szczególnie ważne dla:

• Gołe komórki

• Pakiety wielokomórkowe

• Akumulatory bez zintegrowanej elektroniki ładującej

• Zestawy akumulatorów o dużej pojemności

• Niestandardowe systemy akumulatorów

• Urządzenia z oddzielnymi interfejsami ładowania i rozładowywania

Ładowarkę należy dobrać uwzględniając cały system akumulatorowy, a nie tylko etykietę wyjściową zasilacza.

Czy akumulator litowo-jonowy można ładować za pomocą dowolnego portu USB?

Port USB może służyć jako źródło zasilania odpowiednio zaprojektowanego obwodu ładowania, ale sam port USB nie jest automatycznie ładowarką akumulatora litowo-jonowego.

Bezpieczny system ładowania USB może obejmować:

• Wejście USB

• Układ scalony ładowania baterii litowej

• Regulacja napięcia

• Bieżąca kontrola

• Zakończenie ładowania

• Obwód ochronny

• Prawidłowe złącze akumulatora

Źródło zasilania USB i obwód ładowania akumulatora pełnią różne funkcje.

Nie podłączaj gołego ogniwa litowo-jonowego bezpośrednio do kabla USB. Wyjście USB może nie zapewniać kontroli napięcia, prądu lub terminacji wymaganej przez akumulator.

Konkretną kwestię stosowania USB z akumulatorami 18650 należy potraktować osobno, ponieważ odpowiedź zależy od tego, czy złącze USB zasila odpowiedni moduł ładujący 18650, czy jest podłączone bezpośrednio do ogniwa.

Jaka temperatura ładowania jest odpowiednia?

Temperatura ładowania powinna być zgodna ze specyfikacją producenta akumulatora.

Unikaj ładowania, gdy akumulator jest:

• Zamrożone lub bardzo zimne

• Gorąco z powodu niedawnego użytkowania przy dużym obciążeniu

• Wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych

• Wewnątrz słabo wentylowanej obudowy

• W pobliżu elementu wytwarzającego ciepło

Ładowarka może zmniejszyć lub zatrzymać prąd ładowania, gdy temperatura wykracza poza dopuszczalny zakres.

W przypadku urządzenia OEM oceń:

• Normalna temperatura ładowania

• Maksymalna temperatura ładowania

• Minimalna temperatura ładowania

• Ciepło wytwarzane przez ładowarkę

• Ciepło generowane przez pobliską elektronikę

• Wentylacja obudowy

• Warunki termiczne komory akumulatora

Temperatura ładowania i temperatura pracy nie zawsze są takie same. Bateria może mieć jeden dozwolony zakres ładowania i inny zakres rozładowywania.

Jakie są główne zasady bezpieczeństwa ładowania akumulatorów litowo-jonowych?

Postępuj zgodnie z poniższymi podstawowymi środkami ostrożności:

• Użyj kompatybilnej ładowarki baterii litowej.

• Nie przekraczaj określonego napięcia ładowania.

• Nie przekraczaj zalecanego prądu ładowania.

• Przed podłączeniem sprawdź polaryzację.

• Nie ładuj spęczniałego lub uszkodzonego akumulatora.

• Trzymaj akumulator z dala od materiałów łatwopalnych.

• Nie zakrywaj ładowarki ani akumulatora podczas ładowania.

• Utrzymuj miejsce ładowania w suchości i wentylacji.

• Przerwij ładowanie, jeśli bateria stanie się nienormalnie gorąca.

• Przerwij ładowanie, jeśli pojawi się dym, nieprzyjemny zapach, obrzęk lub nietypowy hałas.

• Nie modyfikuj akumulatora ani nie omijaj jego systemu zabezpieczającego.

• Nie pozostawiaj nieznanego lub uszkodzonego akumulatora bez nadzoru.

Bezpieczeństwo baterii litowo-jonowej należy traktować jako wymóg systemowy. Ogniwo akumulatora, BMS, ładowarka, złącze, obudowa i urządzenie wpływają na końcowy przebieg ładowania.

W jaki sposób zespoły OEM powinny sprawdzać ładowanie akumulatora litowo-jonowego?

W przypadku produktu OEM ładowanie należy sprawdzić przy użyciu gotowej konfiguracji akumulatora.

Proces walidacji może obejmować:

Kontrole elektryczne

• Napięcie ładowania

• Prąd ładowania

• Czas ładowania

• Zakończenie ładowania

• Napięcie akumulatora

• Polaryzacja opakowania

• Prąd po stronie akumulatora

• Odpowiedź na ochronę BMS

Kontrole termiczne

• Temperatura akumulatora

• Temperatura BMS-a

• Temperatura złącza

• Temperatura kabla

• Temperatura ładowarki

• Temperatura wewnątrz obudowy

Kontrole na poziomie urządzenia

• Ładowanie przy wyłączonym urządzeniu

• Ładowanie w trybie gotowości

• Ładowanie podczas normalnej pracy

• Ładowanie w okresie szczytowego obciążenia

• Uruchamianie urządzenia podczas ładowania

• Wyłączenie urządzenia po naładowaniu

• Czas pracy po pełnym cyklu ładowania

Kontrole mechaniczne

• Złącze pasuje

• Prowadzenie kabli

• Zatrzymanie baterii

• Prześwit obudowy

• Nacisk na akumulator

• Dostęp do serwisu i wymiany

Końcowy czas ładowania należy mierzyć przy użyciu akumulatora, ładowarki i urządzenia przeznaczonego do produkcji. Szacunki laboratoryjne oparte wyłącznie na wydajności nominalnej mogą nie odzwierciedlać rzeczywistej wydajności w terenie.

Typowe błędy ładowania akumulatorów Li-Ion

Używanie ładowarki tylko dlatego, że wtyczka pasuje

Kształt złącza nie potwierdza zgodności napięcia, polaryzacji ani profilu ładowania.

Podłączanie akumulatora bezpośrednio do zasilacza

Zasilacz może nie kontrolować etapów ładowania lub prawidłowo przerywać ładowanie.

Ładowanie uszkodzonego akumulatora

Obrzęki, przebicia, nieszczelności i poważne wgniecenia mogą wskazywać na uszkodzenia wewnętrzne. Takich akumulatorów nie należy ładować.

Zakładając, że wszystkie baterie litowe korzystają z tych samych ustawień

Różne składy chemiczne i konfiguracje mogą wymagać różnych ograniczeń napięcia i prądu ładowania.

Ignorowanie BMS-a

BMS może ograniczyć prąd, przerwać ładowanie lub wymagać specjalnych połączeń sygnałowych.

Ładowanie w gorącym lub zamkniętym miejscu

Ciepło może zwiększyć obciążenie podczas ładowania i spowodować zmniejszenie prądu ładowarki lub jej zatrzymanie.

Oczekiwanie maksymalnego prądu ładowarki przez cały czas

Bateria, urządzenie lub BMS mogą zmniejszać prąd, zwłaszcza przy pełnym naładowaniu lub gdy temperatura wzrasta.

Często zadawane pytania

Jaki jest najbezpieczniejszy sposób ładowania akumulatora Li-Ion?

Używaj ładowarki zaprojektowanej pod kątem składu chemicznego, napięcia i konfiguracji akumulatora. Potwierdź polaryzację, sprawdź akumulator przed ładowaniem i postępuj zgodnie z wymaganiami producenta dotyczącymi napięcia, prądu i temperatury.

Czy mogę ładować akumulator litowo-jonowy za pomocą zwykłego zasilacza?

Nie koniecznie. Zwykły zasilacz może nie zapewniać wymaganego profilu ładowania prądem stałym/stałym napięciem ani kontroli zakończenia ładowania. Używaj zatwierdzonej ładowarki baterii litowej lub obwodu ładowania.

Czy za każdym razem należy ładować akumulator litowo-jonowy do 100%?

Wymagany poziom naładowania zależy od zastosowania. Aby zapewnić maksymalny czas pracy, może być konieczne pełne naładowanie, podczas gdy w niektórych produktach stosuje się niższy poziom docelowy w celu zarządzania ciepłem lub zmniejszenia zużycia akumulatora. Postępuj zgodnie ze specyfikacją produktu lub baterii.

Dlaczego mój akumulator litowo-jonowy nagrzewa się podczas ładowania?

Podczas ładowania może wystąpić pewien wzrost temperatury, ale nienormalne lub szybko rosnące ciepło jest sygnałem ostrzegawczym. Zatrzymaj ładowanie i sprawdź akumulator, ładowarkę i połączenia, jeśli akumulator nadmiernie się nagrzeje.

Czy mogę ładować akumulator Li-Ion podczas korzystania z urządzenia?

Niektóre urządzenia obsługują jednoczesną pracę i ładowanie, inne nie. Obwód ładowania urządzenia, akumulator, zapotrzebowanie mocy i konstrukcja termiczna muszą obsługiwać ten tryb pracy.

Czy mogę ładować akumulator litowo-jonowy bez BMS?

Wymagany system ochrony zależy od konfiguracji ogniwa i zastosowania. Pakiety wielokomórkowe zwykle wymagają odpowiedniego monitorowania i ochrony. Producent baterii powinien zdefiniować prawidłową architekturę ochrony.

Wniosek

Aby bezpiecznie naładować akumulator litowo-jonowy, użyj kompatybilnej ładowarki do akumulatora litowego, która odpowiada składowi chemicznemu akumulatora, napięciu, prądowi i konfiguracji.

Ładowarka powinna kontrolować proces ładowania, zwykle poprzez etapy prądu stałego i stałego napięcia, oraz powinna zakończyć lub ograniczyć ładowanie, gdy akumulator osiągnie zatwierdzony limit.

Zawsze sprawdzaj akumulator przed ładowaniem, sprawdź polaryzację i zgodność złączy, kontroluj temperaturę ładowania i natychmiast przerwij, jeśli akumulator wykazuje puchnięcie, wyciek, nadmierne ciepło lub inne znaki ostrzegawcze.

W przypadku urządzeń OEM ładowanie należy sprawdzić przy współpracy gotowego akumulatora, ładowarki i urządzenia.

Jeśli Twój projekt wymaga niestandardowej pojemności, wymiarów, BMS, złącza lub konfiguracji ładowania, skontaktuj się z ZERNE w celu uzyskania niestandardowych rozwiązań w zakresie baterii litowych.