Как зарядить литиевый аккумулятор

Источник изображения: пиксели

Для безопасной зарядки литиевого элемента необходимо использовать специальное литиевое зарядное устройство, соответствующее профилям постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV). Использование неправильного зарядного устройства или настроек создает реальную опасность. Перезарядка за пределами Напряжение 4,2 В на элемент может привести к образованию литиевого покрытия на аноде, что приведет к короткому замыканию и чрезмерному нагреву.

Эксплуатация литий-ионного аккумулятора за пределами рекомендованного диапазона напряжения может представлять серьезную угрозу безопасности. Перезарядка или глубокая разрядка могут привести к перегреву, снижению емкости и, в крайних случаях, к тепловой разгон — состояние, при котором аккумулятор перегревается и может загореться.

Следуйте двум золотым правилам. Никогда не превышайте максимальное напряжение 4,2 В на элемент. Никогда не используйте свинцово-кислотное зарядное устройство. В этом руководстве объясняется, как правильно заряжать литиевые элементы, включая этапы зарядки, выбор зарядного устройства и правила техники безопасности для продления срока службы.

Ключевые выводы

• Всегда используйте специальное литиевое зарядное устройство, соответствующее Метод CC/CV для безопасной зарядки.

• Никогда не превышайте 4,2 В для каждой ячейки; слишком большая зарядка может привести к литиевому покрытию и короткому замыканию.

• Не используйте свинцово-кислотные зарядные устройства. Их плавающий режим может привести к перезарядке литиевых элементов и вызвать пожар.

• Заряжайте литиевый элемент только при температуре от 0°C до 45°C. Это помогает предотвратить повреждение и останавливает термический побег.

• Поддерживайте уровень заряда литиевых элементов 40–50 %, чтобы они прослужили дольше и сохранили свою емкость.

Как заряжать литиевый аккумулятор: профиль CC/CV

Источник изображения: пиксели

Профиль CC/CV означает постоянный ток и постоянное напряжение. Этот двухэтапный процесс является основой безопасной зарядки лития. Вам необходимо понять оба этапа, чтобы заряжайте свои клетки правильно . Зарядное устройство переключается между этапами самостоятельно, но знание этого процесса поможет вам принимать более разумные решения. Пройдемся по каждому этапу.

Стадия постоянного тока (CC)

Стадия CC посылает постоянный ток в вашу ячейку. Этот ток течет с фиксированной скоростью до тех пор, пока ячейка не достигнет своей максимальное напряжение . Для стандартных литий-ионных элементов максимальное напряжение составляет 4,2 В на элемент. Допуск составляет ±50 мВ. На этом этапе зарядное устройство подает полный ток. Напряжение постоянно возрастает по мере того, как ячейка принимает заряд.

Вот Ключевые параметры стандартного литий-ионного аккумулятора :

Вы должны выбрать правильный ток, соответствующий химическому составу вашей батареи. Разные химические процессы требуют разных ставок заряда. В таблице ниже показаны типичные и максимальные ставки:

Большинство небольших аккумуляторов в портативных устройствах ограничивают зарядку до 1С . Вы всегда должны следовать рекомендациям производителя для вашего конкретного элемента. Стадия CC заканчивается, когда напряжение достигает 4,2 В. В этот момент зарядное устройство переключается на стадию CV. Этот переход происходит автоматически в правильном литиевом зарядном устройстве.

Стадия постоянного напряжения (CV) и оконечная нагрузка

Стадия CV поддерживает постоянное напряжение на уровне 4,2 В. Затем зарядное устройство постепенно снижает ток. Это предотвращает перезарядку и позволяет элементу достичь полной емкости. Ток падает по мере заполнения ячейки. На этом этапе вы можете заметить, что зарядка замедляется.

Вам необходимо знать, когда зарядка завершена. Зарядное устройство контролирует ток на этапе CV. Зарядка прекращается, когда ток падает до определенного порога. Этот порог называется током завершения.

Порог тока завершения (ITERM): Обычно устанавливается на 0,1 × C (т. е. 0,1 C) для завершения этапа стабилизации напряжения (CV) при зарядке литий-ионного аккумулятора. Это стандартное значение, используемое для определения того, когда аккумулятор полностью заряжен.

Таким образом, для аккумулятора емкостью 2000 мАч зарядка прекращается, когда ток падает до 200 мА. Вы рассчитываете это как увеличение емкости в 0,1 раза. Это гарантирует полную зарядку аккумулятора без перезарядки. В этот момент зарядное устройство отключается. Теперь ячейка готова к использованию.

Для батарей LiFePO4 распространен трехэтапный подход. На этапе 1 часто используется более низкий ток от 0,1C до 0,3C. Этот мягкий старт помогает защитить химию. Остальная часть процесса повторяет аналогичную схему, но с другими пределами напряжения. Элементы LiFePO4 обычно имеют более низкое максимальное напряжение — около 3,65 В на элемент.

Понимание профиля CC/CV необходимо для безопасной зарядки. Если вы знаете, как правильно заряжать литиевый аккумулятор, вы избежите риска перезарядки. Стадия CC передает основную часть энергии. Этап CV безопасно завершает ячейку. Ток завершения гарантирует, что вы остановитесь в нужный момент.

Всегда используйте зарядное устройство, соответствующее этому профилю. Специальное литиевое зарядное устройство автоматически обрабатывает оба этапа. Вы просто устанавливаете правильные пределы напряжения и тока. Остальное сделает зарядное устройство. Такой подход обеспечивает безопасность ваших клеток и продлевает срок их жизни. Теперь вы знаете, как заряжать литиевый элемент, используя соответствующие этапы. Далее вам нужно знать, как правильно выбрать зарядное устройство для вашего конкретного аккумулятора.

Выбор подходящего зарядного устройства и настроек

Зачем использовать зарядное устройство для лития?

Вы должны использовать зарядное устройство, предназначенное для литиевых химикатов. Свинцово-кислотное зарядное устройство работает по-другому. Он использует много шагов и имеет плавающий режим. Плавающий режим продолжает посылать небольшой ток после полной зарядки аккумулятора. Для литиевого элемента этот постоянный ток вызывает перезарядку. Перезарядка создает дендриты внутри клетки. Дендриты — это крошечные металлические шипы, которые могут протыкать сепаратор. Это вызывает короткое замыкание. Результатом может стать тепловой разгон, пожар или взрыв.

В таблице ниже показаны ключевые различия.

Свинцово-кислотное зарядное устройство также имеет режим десульфатации. Он посылает импульсы высокого напряжения между 16В и 20В . Эти импульсы могут сжечь BMS вашей батареи. Даже если BMS выживет, импульсы вызовут рост дендритов. Это приводит к внутренним замыканиям и взрыву.

Несовпадение алгоритмов — еще одна опасность. Свинцово-кислотное зарядное устройство не может определить, когда литиевый аккумулятор заряжен. Это приводит к перезарядке. Это приводит к необратимому повреждению. Нарастает жар. Повышение температуры может вызвать тепловой разгон.

А Литиевое зарядное устройство позволяет избежать всех этих проблем. Это позволяет вам выбрать тип химии. Это устанавливает лучшее напряжение и профиль зарядки. Он автоматически отключается, когда ячейка заполнена. Стадии плавания нет. Он имеет возможность пробуждения для восстановления чрезмерно разряженных батарей. Он обеспечивает строгую точность напряжения с погрешностью менее 0,05 В.

Установка пределов напряжения и тока

Настройки зарядного устройства должны соответствовать химическому составу и емкости вашей батареи. Предел напряжения является наиболее важной настройкой. Стандартные литий-ионные элементы заряжаются до 4,2 В на элемент. Ячейки NMC также используют напряжение 4,2 В. Ячейки LFP используют более низкий максимум 3,65 В. Высоковольтные элементы NMC могут достигать напряжения 4,35 В. Проверьте таблицу данных производителя. Никогда не превышайте указанное напряжение.

Напряжение заряда напрямую влияет на емкость.

Зарядка до 4,10 В дает около 90% емкости. Это занимает меньше времени и снижает нагрузку на клетку. Многие выбирают это для увеличения срока службы батареи.

Ток заряда также важен. Рекомендуемый показатель для энергетических элементов составляет от 0,5°С до 1°С. Производители рекомендуют 0,8C или меньше. Это как правильно заряжать литиевый аккумулятор . Полный заряд происходит, когда напряжение достигает порогового значения и ток падает до 3% от номинального тока. Переключение с CC на CV должно происходить точно при пороге напряжения. Это предотвращает литиевое покрытие.

Температура тоже имеет значение. Никогда не заряжайте при температуре ниже 0°C. Нормальная зарядка происходит при температуре от 0°C до 45°C. Зарядка прекращается при температуре выше 50°C. Во время фазы CC температура ячейки должна оставаться ниже 45°C. Холодная зарядка увеличивает риск литиевого покрытия.

Ваше зарядное устройство зависит от Система управления аккумулятором (BMS) в аккумуляторе. BMS контролирует напряжение и предотвращает перезарядку. Зарядное устройство должно работать с BMS, чтобы все было в безопасности.

Теперь вы знаете, как правильно заряжать литиевый аккумулятор. Вы понимаете важность зарядного устройства для лития. Вы знаете точные пределы напряжения и тока. Эти знания сохранят ваши батареи в безопасности и продлят срок их службы.

Безопасность, чрезмерная разрядка и температура

Восстановление переразряженного аккумулятора

Ячейка, разрядившаяся ниже 2,5 В, очень опасна. Когда напряжение падает ниже 2,0 В, медная фольга на аноде начинает растворяться . Когда вы перезаряжаетесь, эта медь меняет пластины случайным образом. Это может привести к внутренним коротким замыканиям. Эти шорты могут привести к перегреву. Внутреннее сопротивление также резко возрастает вблизи нулевого заряда. Это вызывает быстрый нагрев при попытке зарядки.

Никогда не заряжайте сильно разряженный аккумулятор обычным зарядным устройством. Вместо этого используйте режим восстановления, который посылает очень небольшой ток, обычно ниже 0,1C. Этот щадящий метод снижает нагрузку на поврежденную клетку. Процесс восстановления состоит из трех этапов :

1. Обнаружение : зарядное устройство отправляет слаботочный датчик для проверки состояния аккумулятора. Интеллектуальная схема сообщает, можно ли спасти ячейку или она вышла из строя.

2. Мягкая активация : если с аккумулятором все в порядке, зарядное устройство подает небольшой зарядный ток. Это позволяет избежать перегрева или необратимого вреда.

3. Переход к нормальной зарядке : как только напряжение достигает безопасного уровня, зарядное устройство переключается в стандартный режим CC/CV.

Прежде чем пытаться восстановить, проверьте ячейку визуально. Если ты видишь вздутия, утечки, трещины или дыры , немедленно утилизируйте его. Работайте на открытой площадке, используя защитное снаряжение. Держите огнетушитель рядом. Если батарея не реагирует в течение 30 минут остановитесь и утилизируйте его.

Ячейка, поврежденная чрезмерным разрядом, никогда не возвращается в нормальное состояние. Даже после успешного выздоровления он остается постоянно ослаблен и нуждается в пристальном наблюдении на протяжении всей своей жизни. Производитель ожидает, что любая восстановленная ячейка будет частью пакета, за которым будет следить полнофункциональная система BMS.

Температура зарядки и меры безопасности

Контроль температуры, безопасная зарядка. Жесткий предел зарядки составляет От 0°C до 45°C (от 32°F до 113°F) . Оптимальный диапазон – от 10°C до 40°C. Никогда не заряжайте при температуре ниже 0°C . При отрицательных температурах более медленная диффузия на аноде приводит к образованию металлического литиевого покрытия. Это приводит к долговременному повреждению и риску короткого замыкания.

Зарядка при температуре выше 45°C вызывает распад электролита, накопление газа и набухание. Эти проблемы повышают риск термического неконтроля. Некоторые специальные элементы позволяют более медленную зарядку при температуре ниже нуля, но обычные элементы этого не делают.

Следуйте этим Меры безопасности при зарядке:

• Заряжайте устройства на полу , вдали от горящих вещей.

• Подключайте зарядные устройства прямо к розеткам, а не к удлинителям.

• Никогда не заряжайте в спальнях или возле выхода.

• Следите за батарейками на наличие запахов, изменений формы, утечек или странных звуков.

• Прекратите использовать батареи, на которых имеется любой из этих предупреждающих знаков.

Избегайте длительной подзарядки под высоким напряжением. Такая практика вредит ячейке и ускоряет потерю емкости. Знать, как безопасно заряжать литиевые элементы, означает соблюдать как ограничения по напряжению, так и температуры. Ваша забота предотвращает опасные сбои.

Лучшие практики хранения и долговечности

То, как вы храните литиевые элементы, имеет такое же значение, как и то, как вы их заряжаете. Правильные привычки хранения предотвращают потерю емкости и продлевают срок службы аккумулятора. Вы уже знаете, как безопасно заряжать литиевый аккумулятор. Теперь вам нужно освоить хранилище.

Оптимальное состояние заряда при хранении

Уровень заряда во время хранения определяет, какой объем памяти вы сохраните. Хранение при полном заряде подвергает элемент стрессу. Высокое напряжение ускоряет химические реакции внутри батареи. Эти реакции потребляют активные материалы, которые хранят энергию.

Для литиевых батарей рекомендуемый уровень заряда при хранении составляет 40% , поскольку этот уровень (приблизительно 3,82 В/элемент при комнатной температуре) обеспечивает поразительную долговечность большинства литий-ионных систем.

Данные ниже показывают, что произойдет, если вы проигнорируете этот совет:

Хранение при 100 % заряде обходится вам в 16 % емкости помещения. температура . При 40°C потери подскакивают до 20%. Нагревание и полная зарядка вместе сокращают срок службы аккумулятора.

Обычный литий-ионный аккумулятор не должен оставаться на потолке высокого напряжения 4,20 В/элемент в течение длительного времени. Воздействие на аккумулятор высокой температуры и пребывание в состоянии полного заряда в течение длительного времени может оказаться более стрессовым, чем езда на велосипеде.

Стремитесь к Заряд 40–50 % перед длительным хранением. Этот диапазон уравновешивает распределение электронов по обоим терминалам. Это предотвращает воздействие высокого напряжения, избегая при этом опасности глубокого разряда.

Советы по обслуживанию и мониторингу

Хранение требует периодического внимания. Вы не можете просто отложить батарею и забыть о ней. Саморазряд со временем медленно разряжает аккумулятор. Без вмешательства напряжение может упасть до опасного уровня.

• Зарядите или разрядите аккумулятор примерно 50% емкости перед хранением.

• Подзаряжайте до 50% не реже одного раза в полгода, чтобы компенсировать саморазряд.

• Извлеките аккумулятор и храните его отдельно от изделия.

• Поддерживайте температуру хранения от 5°C до 20°C (от 41°F до 68°F); более высокие температуры сокращают срок хранения.

Регулярно проверяйте хранящиеся батареи. Проверьте, нет ли вздутий, утечек, трещин или других физических повреждений. Используйте непроводящие контейнеры . Держите аккумуляторы подальше от металлических предметов и друг от друга. Обеспечьте надлежащую вентиляцию для рассеивания скопившегося тепла.

Оптимальный уровень заряда для максимального увеличения срока службы составляет 50% SoC . На этом уровне электроны распределяются поровну на положительных и отрицательных клеммах. Этот баланс предотвращает постоянную потерю мощности. Для долгосрочного обслуживания выполняйте циклическую зарядку аккумулятора каждые 6–12 месяцев: заряжайте до 100 % SoC, разряжайте до 100 % DoD, затем снова заряжайте до 50 % SoC для хранения.

Избегайте глубоких разрядов и экстремальных температур. Эти два фактора сокращают срок службы больше, чем что-либо другое. Ваши привычки бережного хранения вознаградят вас годами надежной службы.

Теперь вы знаете, как безопасно заряжать литиевый аккумулятор. Всегда используйте зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. Следуйте профилю CC/CV. Соблюдайте предел напряжения 4,2 В на ячейку. Эти три шага защитят вашу батарею от повреждений.

Никогда не используйте свинцово-кислотное зарядное устройство. Никогда не заряжайте при температуре ниже 0°C. Никогда не плавайте заряд. Эти действия причиняют необратимый вред.

Храните аккумуляторы с зарядом 20–80 %. Избегайте полной разрядки. Эти привычки значительно продлевают срок службы батареи. Вы будете наслаждаться годами надежной службы.

Следуйте этим рекомендациям. Вы можете заряжать литиевые элементы безопасно и эффективно. Ваши батареи будут работать хорошо и оставаться безопасными в течение всего срока службы.

Часто задаваемые вопросы

Могу ли я использовать зарядное устройство для телефона или USB-порт для зарядки литиевого аккумулятора?

Нет. Зарядные устройства для телефонов и порты USB не соответствуют профилю CC/CV. Им не хватает точности напряжения. Они не могут правильно завершить зарядку. Используйте только специальное литиевое зарядное устройство .

Как узнать, что мой литиевый аккумулятор полностью заряжен?

Зарядное устройство автоматически отключается. Он контролирует ток на этапе CV. Зарядка заканчивается, когда ток упадет до 0,1С. Для элемента емкостью 2000 мАч это означает 200 мА. В этот момент зарядное устройство отключается.

Безопасно ли оставлять литиевую батарею заряжаться на ночь?

Нет. Литиевые элементы не допускают подзарядки. Если оставить аккумулятор подключенным, напряжение будет оставаться высоким. Это подвергает клетку стрессу и приводит к потере емкости. Отключите зарядное устройство после завершения зарядки. Никогда не оставляйте аккумуляторы без присмотра во время зарядки.

Можно ли реанимировать вздутый литиевый аккумулятор?

Нет. Отек означает внутреннее повреждение. В ячейке образовался газ в результате распада электролита. Не заряжайте его. Не прокалывайте его. Немедленно утилизируйте его. Вздутая батарея представляет опасность возгорания.