Как заряжать литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в портативной электронике, медицинском оборудовании, промышленных устройствах, GPS-трекерах, носимых устройствах и инструментах с батарейным питанием. Однако для их зарядки необходимо использовать оборудование и настройки, соответствующие химическому составу, напряжению, емкости и системе защиты аккумулятора.

Правильный метод зарядки – это не просто подключение источника питания к положительной и отрицательной клеммам. Подходящее зарядное устройство должно контролировать зарядное напряжение и ток, следовать соответствующему профилю зарядки и прекращать или уменьшать зарядку, когда аккумулятор достигает утвержденного предела.

В этом руководстве объясняется, как безопасно заряжать литий-ионный аккумулятор, какое оборудование требуется, как работает процесс зарядки и какие предупреждающие знаки должны остановить процесс зарядки.

Быстрый ответ: как заряжать литий-ионный аккумулятор?

Чтобы безопасно зарядить литий-ионный аккумулятор:

1. Проверьте химический состав аккумулятора, напряжение, емкость и требования к зарядке.

2. Используйте зарядное устройство, предназначенное для данного типа литиевой батареи.

3. Убедитесь, что напряжение зарядного устройства соответствует конфигурации аккумулятора.

4. Убедитесь, что зарядный ток находится в пределах аккумулятора и BMS.

5. Осмотрите аккумулятор на наличие вздутий, трещин, утечек или других повреждений.

6. Подключите зарядное устройство, соблюдая правильную полярность и разъем.

7. Позвольте зарядному устройству следовать профилю зарядки постоянного тока/постоянного напряжения.

8. Следите за аккумулятором на предмет аномального нагрева, запаха, деформации или других предупреждающих признаков.

9. Отсоедините аккумулятор после завершения цикла зарядки, если система не управляет зарядкой автоматически.

Не используйте нерегулируемый источник питания или несовместимое зарядное устройство только потому, что его вилка подходит к аккумулятору.

Что нужно для зарядки литий-ионного аккумулятора?

Установка безопасной зарядки обычно включает в себя:

• Совместимый литий-ионный аккумулятор

• Зарядное устройство для литиевой батареи или одобренная схема зарядки.

• Подходящий источник питания

• Правильный разъем

• Система управления аккумулятором или схема защиты, где это необходимо.

• Стабильное, негорючее место для зарядки.

Зарядное устройство должно соответствовать фактической конфигурации аккумулятора. Зарядное устройство для одного литий-ионного элемента может не подойти для многоэлементного аккумуляторного блока. Аналогичным образом, зарядное устройство для одного литиевого химического состава может не подойти для другого.

Перед зарядкой подтвердите:

• Химия аккумуляторов

• Номинальное напряжение

• Максимальное зарядное напряжение

• Рекомендуемый зарядный ток

• Емкость аккумулятора

• Количество ячеек и последовательная/параллельная конфигурация

• Полярность разъема

• Требования к BMS или защитной плате

• Допустимая температура зарядки

Для специального аккумуляторного блока эти требования должны быть подтверждены как часть спецификации аккумулятора, а не догаданы по внешнему виду аккумулятора.

Что следует проверить перед зарядкой?

Проверьте состояние батареи

Не заряжайте батарею, на которой указано:

• Припухлость

• Трещины

• Проколы

• Утечка электролита

• Сильные вмятины

• Следы ожогов

• Поврежденные провода

• Свободные клеммы

• Необычный запах

• Аномальная жара

Физически поврежденный аккумулятор может иметь внутренние проблемы, незаметные снаружи. Не прокалывайте, не открывайте, не сжимайте и не пытайтесь починить вздутую батарею.

Проверьте этикетку батареи

На этикетке аккумулятора или в техническом описании может содержаться информация о:

• Номинальное напряжение

• Максимальное напряжение заряда

• Емкость

• Рекомендуемый ток заряда

• Конфигурация ячейки

• Полярность

• Номер модели

• Требования защиты

Не используйте номинальное напряжение в качестве единственного источника опорного заряда. Для аккумулятора, описываемого как литий-ионный аккумулятор напряжением 3,7 В, может потребоваться более высокое зарядное напряжение в соответствии с утвержденным профилем зарядки.

Проверьте зарядное устройство

Зарядное устройство должно соответствовать химическому составу аккумулятора и конфигурации напряжения.

Проверять:

• Выходное напряжение зарядного устройства

• Максимальный выходной ток

• Профиль зарядки

• Тип разъема

• Полярность

• Метод прекращения заряда

• Совместимость с BMS аккумулятора

Физически совместимый разъем не является доказательством электрической совместимости.

Как работает метод зарядки CC/CV?

Большинство перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов используют процесс зарядки, основанный на двух основных этапах:

• Постоянный ток

• Постоянное напряжение

Стадия постоянного тока

На этапе стабилизации тока зарядное устройство подает в батарею контролируемый ток. Напряжение батареи постепенно возрастает по мере того, как батарея принимает заряд.

Этот этап обычно обеспечивает большую часть энергии зарядки. Зарядный ток остается относительно стабильным, пока напряжение аккумулятора приближается к верхнему пределу.

Стадия постоянного напряжения

Когда аккумулятор достигает указанного предела напряжения, зарядное устройство удерживает напряжение около этого уровня. Зарядный ток постепенно уменьшается по мере приближения аккумулятора к полному заряду.

Вот почему последняя часть зарядки часто занимает больше времени, чем первая.

Прекращение оплаты

Зарядка заканчивается, когда ток падает ниже порога завершения зарядного устройства или когда система управления аккумулятором останавливает цикл зарядки.

Точное напряжение и условия подключения зависят от:

• Химия аккумуляторов

• Конструкция ячейки

• Количество ячеек

• Конструкция зарядного устройства

• Настройки БМС

• Требования производителя

Подробный Процесс зарядки CC/CV должен быть подтвержден согласно спецификациям производителя аккумулятора.

Как заряжать один литий-ионный аккумулятор?

Чтобы зарядить один литий-ионный аккумулятор:

1. Проверьте химический состав элемента и максимальное напряжение заряда.

2. Подтвердите рекомендуемый ток заряда.

3. Используйте зарядное устройство, специально предназначенное для этого типа аккумулятора.

4. Осмотрите аккумулятор перед помещением его в зарядное устройство.

5. Установите ячейку, соблюдая правильную полярность.

6. Запустите цикл зарядки.

7. Следите за состоянием зарядного устройства и аккумулятора.

8. Дайте зарядному устройству завершить обычный процесс завершения.

9. Снимите аккумулятор, если зарядное устройство не обеспечивает автоматическое управление зарядом.

Одиночный цилиндрический элемент, например аккумулятор 18650, необходимо заряжать с помощью зарядного устройства, предназначенного для правильного химического состава литий-ионного аккумулятора и конфигурации элемента.

Не помещайте голый литиевый элемент в импровизированный держатель, подключенный непосредственно к адаптеру питания. Зарядное устройство должно регулировать напряжение и ток и иметь возможность управлять циклом зарядки.

Как заряжать литий-ионный аккумулятор?

Аккумуляторная батарея может содержать несколько ячеек, соединенных последовательно, параллельно или в сочетании того и другого.

Прежде чем заряжать аккумулятор, подтвердите:

• Общее количество клеток

• Последовательная и параллельная конфигурация

• Номинальное напряжение упаковки

• Максимальное зарядное напряжение аккумулятора

• Рекомендуемый зарядный ток

• Конфигурация BMS или PCM

• Разъем для зарядки

• Требования к пополнению баланса

Для батареи с последовательно соединенными элементами зарядное устройство должно поддерживать общее напряжение батареи. Напряжение зарядки нельзя выбирать только из напряжения одного элемента.

Для многоячеечного пакета также может потребоваться:

• Индивидуальный мониторинг ячеек

• Балансировка ячеек

• Защита от перезаряда

• Защита от переразряда

• Защита от перегрузки по току

• Измерение температуры

• Связь между аккумулятором и зарядным устройством

Разъем для зарядки может включать в себя как силовые, так и сигнальные контакты. Не думайте, что каждый контакт предназначен для прямой зарядки.

Для OEM-оборудования, Решения для литиевых аккумуляторов следует указывать вместе с зарядным устройством, BMS, разъемом и хост-устройством.

Как подключить зарядное устройство?

Последовательность подключения зависит от конструкции зарядного устройства и аккумулятора, но важны следующие проверки:

• Подтвердите положительную и отрицательную полярность.

• Убедитесь, что разъем полностью вставлен.

• Убедитесь, что кабель не поврежден.

• Держите разъем сухим и чистым.

• Не допускайте прикосновения проводящих предметов к клеммам.

• Не вставляйте разъем с силой в неправильное гнездо.

• Обеспечьте стабильность аккумулятора во время зарядки.

Если аккумулятор установлен внутри устройства, используйте одобренный порт зарядки или систему зарядки устройства. Не отключайте внутреннюю цепь зарядки устройства, если батарея и система не предназначены специально для внешней зарядки.

Если аккумуляторная батарея имеет отдельные разъемы для зарядки и разрядки, используйте соответствующий интерфейс для каждой функции.

Сколько времени занимает зарядка литий-ионного аккумулятора?

Базовую оценку времени зарядки можно рассчитать с помощью:

Идеальное время зарядки = Емкость аккумулятора ÷ зарядный ток

Например, аккумулятор емкостью 2000 мАч, заряженный током 1000 мА, имеет идеальное время зарядки:

2000 мАч ÷ 1000 мА = 2 часа

Фактическое время зарядки может быть больше, потому что:

• Ток уменьшается на этапе стабилизации напряжения.

• BMS может ограничивать зарядный ток.

• Аккумулятор может начать заряжаться при частичном заряде.

• Зарядное устройство может снизить ток из-за температуры.

• Устройство может потреблять электроэнергию во время зарядки.

• Возможно, батарея устарела или у нее повышенное внутреннее сопротивление.

Для частичной зарядки рассчитывайте только емкость, которую необходимо пополнить. Зарядка аккумулятора от 30% до 80% требует меньше времени, чем зарядка от 0% до 100%.

Поэтому время зарядки следует описывать вместе с:

• Начальный уровень заряда

• Целевой уровень заряда

• Зарядный ток

• Емкость аккумулятора

• Модель зарядного устройства

• Температура зарядки

• Рабочее состояние устройства

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор, пока он находится в устройстве?

Многие устройства предназначены для зарядки аккумулятора во время его установки. В этих продуктах устройство обычно содержит микросхему зарядки, систему защиты или схему управления питанием.

Система зарядки может управлять:

• Напряжение аккумулятора

• Зарядный ток

• Температура

• Прекращение заряда

• Распределение мощности между аккумулятором и устройством

• Зарядка во время работы устройства

Однако не каждое устройство поддерживает зарядку и работу одновременно.

Эксплуатация устройства во время зарядки может:

• Увеличьте время зарядки

• Увеличьте температуру батареи

• Уменьшите ток, доступный для зарядки.

• Создайте дополнительные требования к управлению питанием

• Влияет на время работы аккумулятора

Для OEM-продукта зарядку следует проверять вместе с последней батареей, зарядным устройством и устройством.

В чем разница между зарядным устройством и источником питания?

Источник питания обеспечивает электрическую мощность. Зарядное устройство предназначено для управления процессом зарядки.

Подходящее зарядное устройство для литиевых батарей обычно контролирует:

• Зарядное напряжение

• Зарядный ток

• Этапы зарядки

• Прекращение заряда

• Взаимодействие защиты аккумулятора

• Температурный отклик, где это применимо

Общий источник питания может не обеспечивать требуемый профиль зарядки или функции защиты. Даже если его напряжение кажется подходящим, безопасная зарядка аккумулятора может оказаться небезопасной.

Это особенно важно для:

• Голые клетки

• Многоячеечные пакеты

• Аккумуляторы без встроенной зарядной электроники

• Аккумуляторы большой емкости

• Индивидуальные аккумуляторные системы

• Устройства с отдельными интерфейсами зарядки и разрядки

Зарядное устройство необходимо выбирать в соответствии со всей аккумуляторной системой, а не только с меткой выходной мощности адаптера.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор через любой USB-порт?

Порт USB может служить источником питания для правильно спроектированной схемы зарядки, но порт USB сам по себе не является автоматически зарядным устройством для литий-ионного аккумулятора.

Безопасная система USB-зарядки может включать в себя:

• USB-вход

• Микросхема зарядки литиевой батареи

• Регулирование напряжения

• Текущий контроль

• Прекращение заряда

• Схема защиты

• Правильный разъем аккумулятора

Источник питания USB и схема зарядки аккумулятора выполняют разные функции.

Не подключайте голый литий-ионный аккумулятор напрямую к USB-кабелю. Выход USB может не обеспечивать управление напряжением, контролем тока или поведением завершения, требуемое аккумулятором.

Конкретный вопрос использования USB с батареями 18650 следует рассматривать отдельно, поскольку ответ зависит от того, питает ли USB-соединение правильный зарядный модуль 18650 или подключается напрямую к элементу.

Какая температура зарядки подходит?

Температура зарядки должна соответствовать спецификации производителя аккумулятора.

Не заряжайте аккумулятор, если он:

• Замороженный или очень холодный

• Горячий от недавнего использования с высокой нагрузкой

• Подвергается воздействию прямых солнечных лучей

• Внутри плохо вентилируемого вольера

• Рядом с тепловыделяющим компонентом

Зарядное устройство может уменьшить или прекратить зарядный ток, если температура выходит за пределы допустимого диапазона.

Для OEM-устройства оцените:

• Нормальная температура зарядки

• Максимальная температура зарядки

• Минимальная температура зарядки

• Тепло, выделяемое зарядным устройством

• Тепло, выделяемое расположенной поблизости электроникой

• Вентиляция шкафа

• Температурные условия аккумуляторного отсека

Температура зарядки и рабочая температура не всегда совпадают. Аккумулятор может иметь один разрешенный диапазон зарядки и другой диапазон разрядки.

Каковы основные правила безопасности при зарядке литий-ионного аккумулятора?

Соблюдайте следующие основные меры предосторожности:

• Используйте совместимое зарядное устройство для литиевых батарей.

• Не превышайте указанное напряжение зарядки.

• Не превышайте рекомендуемый ток зарядки.

• Перед подключением проверьте полярность.

• Не заряжайте вздутую или поврежденную батарею.

• Храните аккумулятор вдали от легковоспламеняющихся материалов.

• Не накрывайте зарядное устройство или аккумулятор во время зарядки.

• Следите за тем, чтобы зона зарядки была сухой и проветриваемой.

• Прекратите зарядку, если аккумулятор стал слишком горячим.

• Прекратите зарядку, если появится дым, запах, вздутие или необычный шум.

• Не модифицируйте батарею и не обходите ее систему защиты.

• Не оставляйте неизвестный или поврежденный аккумулятор на зарядке без присмотра.

Безопасность литий-ионных аккумуляторов следует рассматривать как системное требование. Аккумуляторный элемент, BMS, зарядное устройство, разъем, корпус и устройство — все это влияет на конечный процесс зарядки.

Как OEM-команды должны проверять зарядку литий-ионных аккумуляторов?

Для OEM-продукта зарядку следует проверять с использованием готовой конфигурации аккумулятора.

Процесс проверки может включать в себя:

Электрические проверки

• Зарядное напряжение

• Зарядный ток

• Продолжительность зарядки

• Прекращение заряда

• Напряжение аккумулятора

• Полярность упаковки

• Ток на стороне аккумулятора

• Реакция защиты BMS

Термические проверки

• Температура батареи

• Температура БМС

• Температура разъема

• Температура кабеля

• Температура зарядного устройства

• Температура внутри корпуса

Проверки на уровне устройства

• Зарядка при выключенном устройстве

• Зарядка в режиме ожидания

• Зарядка во время нормальной работы

• Зарядка при пиковой нагрузке

• Запуск устройства во время зарядки

• Выключение устройства после зарядки

• Время работы после полного цикла зарядки

Механические проверки

• Разъем подходит

• Прокладка кабеля

• Сохранение заряда батареи

• Зазор корпуса

• Давление на аккумулятор

• Доступ для обслуживания и замены

Окончательное время зарядки следует измерять с использованием аккумуляторной батареи, зарядного устройства и устройства, предназначенного для производства. Лабораторная оценка, основанная только на номинальной мощности, может не отражать фактическую производительность на местах.

Распространенные ошибки при зарядке литий-ионных аккумуляторов

Использование зарядного устройства только потому, что вилка подходит

Форма разъема не подтверждает совместимость напряжения, полярности или профиля зарядки.

Подключение аккумулятора напрямую к адаптеру питания

Адаптер питания может не контролировать этапы зарядки или прекратить зарядку правильно.

Зарядка поврежденного аккумулятора

Вздутия, проколы, протечки и сильные вмятины могут указывать на внутренние повреждения. Такие аккумуляторы нельзя заряжать.

Предполагая, что все литиевые батареи используют одинаковые настройки

Различные химические элементы и конфигурации могут требовать разных пределов зарядного напряжения и тока.

Игнорирование БМС

BMS может ограничить ток, прекратить зарядку или потребовать специальные подключения сигналов.

Зарядка в жарком или закрытом месте

Нагрев может увеличить нагрузку на зарядку и привести к снижению тока или остановке зарядного устройства.

Ожидание максимального тока зарядного устройства в любое время

Аккумулятор, устройство или BMS могут снизить ток, особенно при полной зарядке или при повышении температуры.

Часто задаваемые вопросы

Какой самый безопасный способ зарядить литий-ионный аккумулятор?

Используйте зарядное устройство, подходящее по химическому составу, напряжению и конфигурации аккумулятора. Подтвердите полярность, проверьте батарею перед зарядкой и соблюдайте требования производителя к напряжению, току и температуре.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор от обычного источника питания?

Не обязательно. Обычный источник питания может не обеспечивать необходимый профиль зарядки постоянного тока/постоянного напряжения или контроль завершения зарядки. Используйте одобренное зарядное устройство для литиевых батарей или схему зарядки.

Должен ли я каждый раз заряжать литий-ионный аккумулятор до 100%?

Требуемый уровень заряда зависит от приложения. Для максимального времени автономной работы может потребоваться полная зарядка, в то время как в некоторых продуктах используется более низкий целевой уровень для управления нагревом или снижения нагрузки на аккумулятор. Следуйте техническим характеристикам продукта или аккумулятора.

Почему мой литий-ионный аккумулятор нагревается во время зарядки?

Во время зарядки может произойти некоторое повышение температуры, но ненормальный или быстро нарастающий нагрев является предупреждающим знаком. Прекратите зарядку и проверьте батарею, зарядное устройство и соединения, если батарея становится слишком горячей.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор во время использования устройства?

Некоторые устройства поддерживают одновременную работу и зарядку, а другие нет. Схема зарядки устройства, аккумулятор, потребляемая мощность и тепловая конструкция должны поддерживать этот режим работы.

Могу ли я зарядить литий-ионный аккумулятор без BMS?

Требуемая система защиты зависит от конфигурации ячейки и применения. Многоэлементные блоки обычно требуют соответствующего контроля и защиты. Производитель батареи должен определить правильную архитектуру защиты.

Заключение

Для безопасной зарядки литий-ионного аккумулятора используйте совместимое зарядное устройство для литиевого аккумулятора, подходящее по химическому составу, напряжению, току и конфигурации.

Зарядное устройство должно контролировать процесс зарядки, обычно посредством стадий стабилизации тока и постоянного напряжения, и должно прекращать или уменьшать зарядку, когда батарея достигает утвержденного предела.

Всегда проверяйте батарею перед зарядкой, проверяйте полярность и совместимость разъемов, контролируйте температуру зарядки и немедленно прекращайте зарядку, если батарея показывает вздутие, утечку, аномальный нагрев или другие предупреждающие признаки.

Для OEM-устройств зарядка должна быть проверена при совместной работе готового аккумуляторного блока, зарядного устройства и устройства.

Если для вашего проекта требуется индивидуальная емкость, размеры, BMS, разъем или конфигурация зарядки, свяжитесь с ZERNE для получения индивидуальных решений для литиевых батарей.