Як зарядити літій-іонний акумулятор?

Літій-іонні батареї широко використовуються в портативній електроніці, медичному обладнанні, промислових пристроях, GPS-трекерах, переносних пристроях і інструментах з акумуляторним живленням. Однак їх потрібно заряджати за допомогою обладнання та налаштувань, які відповідають хімічному складу, напрузі, ємності та системі захисту батареї.

Правильний спосіб заряджання полягає не просто в підключенні джерела живлення до позитивних і негативних клем. Відповідний зарядний пристрій повинен контролювати напругу та струм заряджання, дотримуватися відповідного профілю заряджання та припиняти або зменшувати заряджання, коли батарея досягає дозволеного ліміту.

У цьому посібнику пояснюється, як безпечно заряджати літій-іонний акумулятор, яке обладнання потрібне, як відбувається процес заряджання та які попереджувальні знаки мають зупиняти процес заряджання.

Швидка відповідь: як зарядити літій-іонний акумулятор?

Щоб безпечно зарядити літій-іонний акумулятор:

1. Перевірте хімічний склад батареї, напругу, ємність і вимоги до зарядки.

2. Використовуйте зарядний пристрій, призначений для конкретного типу літієвої батареї.

3. Переконайтеся, що напруга зарядного пристрою відповідає конфігурації акумулятора.

4. Переконайтеся, що зарядний струм знаходиться в межах батареї та BMS.

5. Перевірте батарею на наявність здуття, тріщин, протікань або інших пошкоджень.

6. Підключіть зарядний пристрій, дотримуючись правильної полярності та роз’єму.

7. Дозвольте зарядному пристрою дотримуватися профілю заряджання постійного струму/постійної напруги.

8. Слідкуйте за ненормальним нагріванням, запахом, деформацією або іншими попереджувальними ознаками батареї.

9. Від’єднайте батарею після завершення циклу заряджання, якщо система не керує автоматично заряджанням.

Не використовуйте нерегульоване джерело живлення або несумісний зарядний пристрій лише тому, що його штекер підходить до акумулятора.

Що потрібно для зарядки літій-іонного акумулятора?

Налаштування безпечного заряджання зазвичай включає:

• Сумісний літій-іонний акумулятор

• Зарядний пристрій для літієвих акумуляторів або затверджена схема заряджання

• Відповідне джерело живлення

• Правильний роз'єм

• Система керування батареєю або схема захисту, якщо потрібно

• Стабільне, негорюче місце для зарядки

Зарядний пристрій має відповідати фактичній конфігурації акумулятора. Зарядний пристрій для одного літій-іонного елемента може не підійти для багатоелементної батареї. Так само зарядний пристрій для однієї літієвої хімії може не підійти для іншої.

Перед зарядкою підтвердьте:

• Хімія батареї

• Номінальна напруга

• Максимальна напруга зарядки

• Рекомендований струм зарядки

• Ємність акумулятора

• Підрахунок клітин і послідовна/паралельна конфігурація

• Полярність роз'єму

• BMS або вимоги до захисної плати

• Допустима температура зарядки

Для нестандартної батареї ці вимоги мають бути підтверджені як частина специфікації батареї, а не вгадуватися за зовнішнім виглядом батареї.

Що потрібно перевірити перед зарядкою?

Перевірте стан батареї

Не заряджайте акумулятор, який показує:

• Набряк

• Тріщини

• Проколи

• Витік електроліту

• Сильні вм'ятини

• Сліди опіків

• Пошкоджені дроти

• Ослаблені клеми

• Незвичайний запах

• Аномальна спека

Фізично пошкоджений акумулятор може мати внутрішні проблеми, які не видно зовні. Не проколюйте, не відкривайте, не стискайте та не намагайтеся відремонтувати роздутий акумулятор.

Перевірте етикетку батареї

Етикетка батареї або специфікація можуть містити інформацію про:

• Номінальна напруга

• Максимальна напруга заряду

• Ємність

• Рекомендований струм заряду

• Конфігурація клітини

• Полярність

• Номер моделі

• Вимоги до захисту

Не використовуйте номінальну напругу як єдиний еталон заряджання. Акумулятор, описаний як літій-іонний акумулятор 3,7 В, може потребувати вищої напруги заряджання відповідно до затвердженого профілю заряджання.

Перевірте зарядний пристрій

Зарядний пристрій має відповідати хімічному складу акумулятора та конфігурації напруги.

перевірити:

• Вихідна напруга зарядного пристрою

• Максимальний вихідний струм

• Профіль зарядки

• Тип роз'єму

• Полярність

• Спосіб припинення заряду

• Сумісність з BMS акумулятора

Фізично сумісний роз'єм не підтверджує електричну сумісність.

Як працює метод зарядки CC/CV?

У більшості перезаряджуваних літій-іонних батарей процес заряджання складається з двох основних етапів:

• Постійний струм

• Постійна напруга

Стадія постійного струму

Під час стадії постійного струму зарядний пристрій подає в батарею контрольований струм. Напруга батареї поступово зростає, коли батарея заряджається.

Цей етап зазвичай забезпечує більшу частину зарядної енергії. Зарядний струм залишається відносно стабільним, поки напруга акумулятора наближається до верхньої межі.

Ступінь постійної напруги

Коли батарея досягає зазначеної межі напруги, зарядний пристрій підтримує напругу близько цього рівня. Зарядний струм поступово зменшується, коли акумулятор наближається до повного заряду.

Ось чому остання частина заряджання часто займає більше часу, ніж перша.

Припинення стягнення плати

Заряджання припиняється, коли струм падає нижче порогу завершення роботи зарядного пристрою або коли система керування акумулятором зупиняє цикл заряджання.

Точна напруга та умови завершення залежать від:

• Хімія батареї

• Осередковий дизайн

• Кількість комірок

• Конструкція зарядного пристрою

• Налаштування BMS

• Вимоги виробника

Детальний Процес заряджання CC/CV має бути підтверджено специфікаціями виробника батареї.

Як зарядити один літій-іонний елемент?

Щоб зарядити один літій-іонний елемент:

1. Перевірте хімічний склад елемента та максимальну напругу заряду.

2. Перевірте рекомендований струм заряду.

3. Використовуйте зарядний пристрій, спеціально розроблений для цього типу елементів.

4. Огляньте елемент перед тим, як поставити його в зарядний пристрій.

5. Встановіть елемент, дотримуючись правильної полярності.

6. Почніть цикл зарядки.

7. Слідкуйте за станом зарядного пристрою та елемента.

8. Дозвольте зарядному пристрою завершити звичайний процес завершення.

9. Зніміть елемент, якщо зарядний пристрій не забезпечує автоматичне керування зарядом.

Одиночну циліндричну комірку, таку як батарея 18650, потрібно заряджати за допомогою зарядного пристрою, призначеного для правильної літій-іонної хімії та конфігурації комірки.

Не кладіть голу літієву батарею в імпровізований тримач, підключений безпосередньо до адаптера живлення. Зарядний пристрій повинен регулювати напругу та силу струму та мати можливість керувати циклом заряджання.

Як зарядити літій-іонний акумулятор?

Акумуляторна батарея може містити кілька елементів, з’єднаних послідовно, паралельно або поєднуючи обидва.

Перш ніж заряджати пачку, підтвердьте:

• Загальна кількість клітин

• Послідовна та паралельна конфігурація

• Номінальна напруга упаковки

• Максимальна зарядна напруга пакета

• Рекомендований струм зарядки

• Конфігурація BMS або PCM

• Роз'єм зарядки

• Вимоги до нарахування балансу

Для блоку з елементами, з’єднаними послідовно, зарядний пристрій має підтримувати загальну напругу пакета. Напруга зарядки не повинна вибиратися тільки з напруги одного елемента.

Багатоелементний пакет також може вимагати:

• Індивідуальний осередковий моніторинг

• Балансування клітин

• Захист від перезаряду

• Захист від перерозряду

• Захист від перевантаження по струму

• Датчик температури

• Зв'язок між блоком і зарядним пристроєм

Роз'єм для зарядки може включати контакти живлення та сигналу. Не думайте, що кожен контакт призначений для прямої зарядки.

Для обладнання OEM, Літієві акумуляторні батареї слід вказувати разом із зарядним пристроєм, BMS, роз’ємом і головним пристроєм.

Як підключати зарядний пристрій?

Послідовність підключення залежить від конструкції зарядного пристрою та батареї, але важливі такі перевірки:

• Перевірте позитивну та негативну полярності.

• Переконайтеся, що роз’єм повністю встановлено.

• Перевірте, чи кабель не пошкоджено.

• Тримайте роз’єм сухим і чистим.

• Уникайте контакту струмопровідних предметів з клемами.

• Не вставляйте з силою роз’єм у неправильне гніздо.

• Тримайте акумулятор стабільним під час заряджання.

Якщо акумулятор встановлено всередині пристрою, використовуйте схвалений зарядний порт або систему заряджання пристрою. Не обходьте внутрішню схему заряджання пристрою, якщо тільки акумулятор і система не призначені для зовнішнього заряджання.

Якщо акумуляторна батарея має окремі роз’єми для заряджання та розряджання, використовуйте правильний інтерфейс для кожної функції.

Скільки часу займає зарядка літій-іонного акумулятора?

Базову оцінку часу заряджання можна розрахувати за допомогою:

Ідеальний час заряджання = Ємність акумулятора ÷ зарядний струм

Наприклад, акумулятор ємністю 2000 мАг, заряджений струмом 1000 мА, має ідеальний час заряджання:

2000 мАг ÷ 1000 мА = 2 години

Фактичний час заряджання може бути довшим через:

• Струм зменшується під час стадії постійної напруги.

• BMS може обмежити зарядний струм.

• Акумулятор може почати заряджатися при частковому заряді.

• Зарядний пристрій може зменшити струм через температуру.

• Під час заряджання пристрій може споживати електроенергію.

• Батарея може старіти або збільшити внутрішній опір.

Для часткового заряду розраховуйте лише ємність, яку потрібно поповнити. Зарядка акумулятора від 30% до 80% вимагає менше часу, ніж зарядка від 0% до 100%.

Тому час заряджання слід описувати разом із:

• Початковий стан заряду

• Цільовий стан заряду

• Струм зарядки

• Ємність акумулятора

• Модель зарядного пристрою

• Температура зарядки

• Робочий стан пристрою

Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор, поки він у пристрої?

Багато пристроїв призначені для зарядки акумулятора під час його встановлення. У цих продуктах пристрій зазвичай містить мікросхему заряджання, систему захисту або схему керування живленням.

Система зарядки може керувати:

• Напруга акумулятора

• Струм зарядки

• температура

• Припинення заряду

• Розподіл живлення між акумулятором і пристроєм

• Зарядка під час роботи пристрою

Однак не кожен пристрій підтримує зарядку та роботу одночасно.

Використання пристрою під час заряджання може:

• Збільшити час зарядки

• Підвищити температуру акумулятора

• Зменшіть струм, доступний для зарядки

• Створіть додаткові вимоги до керування живленням

• Впливають на час роботи батареї

Для OEM-продукту заряджання слід тестувати разом із остаточним акумулятором, зарядним пристроєм і пристроєм.

Яка різниця між зарядним пристроєм і блоком живлення?

Джерело живлення забезпечує електричний вихід. Зарядний пристрій призначений для керування процесом заряджання.

Відповідний зарядний пристрій для літієвих акумуляторів зазвичай контролює:

• Напруга зарядки

• Струм зарядки

• Етапи зарядки

• Припинення заряду

• Взаємодія захисту акумулятора

• Температурна реакція, де це можливо

Загальний блок живлення може не забезпечувати необхідний профіль заряджання або функції захисту. Навіть якщо його напруга здається прийнятною, він може не безпечно зарядити акумулятор.

Це особливо важливо для:

• Голі клітини

• Багатокомпонентні упаковки

• Акумулятори без вбудованої зарядної електроніки

• Акумуляторні блоки високої ємності

• Індивідуальні акумуляторні системи

• Пристрої з окремими інтерфейсами зарядки та розрядки

Зарядний пристрій слід вибирати відповідно до всієї системи акумулятора, а не лише вихідної етикетки адаптера.

Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор через будь-який порт USB?

Порт USB може служити джерелом живлення для належним чином розробленої схеми заряджання, але порт USB сам по собі не є автоматично зарядним пристроєм для літій-іонних акумуляторів.

Безпечна система зарядки через USB може включати:

• USB вхід

• IC для зарядки літієвої батареї

• Регулювання напруги

• Поточний контроль

• Припинення заряду

• Схема захисту

• Правильний роз'єм акумулятора

Джерело живлення USB і схема зарядки акумулятора виконують різні функції.

Не підключайте оголений літій-іонний елемент безпосередньо до кабелю USB. USB-вихід може не забезпечувати контроль напруги, струму або поведінку розриву, необхідних акумулятору.

Конкретне питання про використання USB з батареями 18650 слід розглядати окремо, оскільки відповідь залежить від того, чи USB-з’єднання живить належний зарядний модуль 18650 чи підключається безпосередньо до елемента.

Яка температура заряджання підходить?

Температура заряджання має відповідати специфікаціям виробника акумулятора.

Уникайте заряджання, якщо акумулятор:

• Заморожені або дуже холодні

• Гарячий від нещодавнього використання під високим навантаженням

• Під прямими сонячними променями

• Всередині погано вентильованого корпусу

• Поруч із компонентом, що виділяє тепло

Зарядний пристрій може зменшити або припинити зарядний струм, коли температура виходить за межі допустимого діапазону.

Для пристрою OEM оцініть:

• Нормальна температура зарядки

• Максимальна температура зарядки

• Мінімальна температура зарядки

• Тепло, що виділяється зарядним пристроєм

• Тепло, що виробляється електронікою поблизу

• Вентиляція корпусу

• Термічні умови батарейного відсіку

Температура заряджання та робоча температура не завжди однакові. Акумулятор може мати один дозволений діапазон для заряджання та інший для розряджання.

Які основні правила безпеки при зарядці літій-іонних акумуляторів?

Дотримуйтесь цих основних заходів безпеки:

• Використовуйте сумісний зарядний пристрій для літієвих акумуляторів.

• Не перевищуйте вказану напругу заряджання.

• Не перевищуйте рекомендований зарядний струм.

• Перевірте полярність перед підключенням.

• Не заряджайте роздутий або пошкоджений акумулятор.

• Тримайте акумулятор подалі від легкозаймистих матеріалів.

• Не накривайте зарядний пристрій або акумулятор під час заряджання.

• Тримайте місце заряджання сухим і провітрюваним.

• Припиніть зарядку, якщо батарея нагріється аномально.

• Припиніть зарядку, якщо з’являється дим, запах, здуття або незвичний шум.

• Не модифікуйте акумулятор і не обходьте його систему захисту.

• Не залишайте без нагляду невідомий або пошкоджений зарядний акумулятор.

Безпеку літій-іонної батареї слід розглядати як системну вимогу. Акумуляторна батарея, BMS, зарядний пристрій, роз’єм, корпус і пристрій – усі вони сприяють остаточній зарядці.

Як команди OEM перевіряють зарядку літій-іонного акумулятора?

Для продукту OEM заряджання має бути перевірено за допомогою готової конфігурації батареї.

Процес перевірки може включати:

Електричні перевірки

• Напруга зарядки

• Струм зарядки

• Тривалість заряду

• Припинення заряду

• Напруга акумулятора

• Полярність упаковки

• Струм на стороні батареї

• Реакція захисту BMS

Теплові перевірки

• Температура батареї

• температура BMS

• Температура роз'єму

• Температура кабелю

• Температура зарядного пристрою

• Температура всередині корпусу

Перевірки на рівні пристрою

• Зарядка при вимкненому пристрої

• Зарядка в режимі очікування

• Зарядка під час нормальної роботи

• Зарядка під час пікового навантаження

• Запуск пристрою під час зарядки

• Вимкнення пристрою після зарядки

• Час роботи після повного циклу зарядки

Механічні перевірки

• Роз'єм підходить

• Прокладка кабелю

• Збереження батареї

• Зазор корпусу

• Тиск на батарею

• Доступ для обслуговування та заміни

Остаточний час заряджання слід вимірювати за допомогою акумулятора, зарядного пристрою та пристрою, призначеного для виробництва. Лабораторна оцінка, заснована лише на номінальній потужності, може не відображати фактичну продуктивність у полі.

Поширені помилки під час зарядки Li-Ion

Використання зарядного пристрою лише тому, що штекер підходить

Форма роз’єму не підтверджує сумісність напруги, полярності чи профілю заряджання.

Підключення батареї безпосередньо до адаптера живлення

Адаптер живлення може не контролювати етапи заряджання або припинити заряджання належним чином.

Зарядка пошкодженої батареї

Здуття, проколи, протікання та серйозні вм’ятини можуть свідчити про внутрішні пошкодження. Такі акумулятори не можна заряджати.

Якщо припустити, що всі літієві батареї використовують однакові налаштування

Для різних хімічних складів і конфігурацій можуть знадобитися різні обмеження зарядної напруги та струму.

Ігнорування BMS

BMS може обмежувати струм, зупиняти заряджання або вимагати підключення певного сигналу.

Зарядка в гарячому або закритому місці

Тепло може збільшити навантаження під час заряджання та призвести до того, що зарядний пристрій зменшить струм або зупиниться.

Очікування максимального струму зарядного пристрою в будь-який час

Акумулятор, пристрій або BMS можуть зменшити струм, особливо майже при повному заряді або під час підвищення температури.

FAQ

Який найбезпечніший спосіб заряджати Li-Ion акумулятор?

Використовуйте зарядний пристрій, призначений для хімічного складу, напруги та конфігурації акумулятора. Перевірте полярність, перевірте акумулятор перед заряджанням і дотримуйтесь вимог виробника до напруги, струму та температури.

Чи можна заряджати Li-Ion акумулятор від звичайного блоку живлення?

Не обов'язково. Звичайне джерело живлення може не забезпечувати необхідний профіль заряджання постійного струму/постійної напруги або контроль завершення заряджання. Використовуйте схвалений зарядний пристрій для літієвих акумуляторів або схему заряджання.

Чи варто щоразу заряджати літій-іонний акумулятор до 100%?

Необхідний рівень заряду залежить від програми. Для максимального часу роботи може знадобитися повний заряд, тоді як деякі продукти використовують нижчий цільовий рівень для керування нагріванням або зменшення навантаження на акумулятор. Дотримуйтеся специфікації виробу або акумулятора.

Чому мій Li-Ion акумулятор нагрівається під час заряджання?

Під час заряджання може статися деяке підвищення температури, але ненормальне або швидке підвищення температури є попереджувальним знаком. Припиніть заряджання та перевірте батарею, зарядний пристрій і з’єднання, якщо батарея стає надмірно гарячою.

Чи можна заряджати Li-Ion акумулятор під час використання пристрою?

Деякі пристрої підтримують одночасну роботу і зарядку, а інші ні. Схема заряджання пристрою, батарея, потреба в електроенергії та тепловий дизайн повинні підтримувати цей режим роботи.

Чи можна заряджати Li-Ion акумулятор без BMS?

Необхідна система захисту залежить від конфігурації клітини та застосування. Багатокомпонентні упаковки зазвичай вимагають належного контролю та захисту. Виробник батареї повинен визначити правильну архітектуру захисту.

Висновок

Щоб безпечно заряджати літій-іонний акумулятор, використовуйте сумісний зарядний пристрій для літієвого акумулятора, який відповідає хімічному складу, напрузі, струму та конфігурації акумулятора.

Зарядний пристрій має контролювати процес заряджання, як правило, через стадії постійного струму та постійної напруги, і має припинити або зменшити зарядку, коли батарея досягне дозволеного ліміту.

Завжди перевіряйте батарею перед заряджанням, перевіряйте полярність і сумісність роз’ємів, контролюйте температуру заряджання та негайно припиняйте зарядку, якщо на батареї спостерігається здуття, витік, надмірне нагрівання або інші попереджувальні ознаки.

Для пристроїв OEM заряджання має бути підтверджено за допомогою готової батареї, зарядного пристрою та пристрою, які працюють разом.

Якщо для вашого проекту потрібна налаштована ємність, розміри, BMS, роз’єм або конфігурація зарядки, зверніться до ZERNE, щоб отримати індивідуальні рішення для літієвих батарей.