Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы шуруповерта: Как заряжать аккумуляторный шуруповерт: 3 лучших метода зарядки

Содержание

Как заряжать Li-ion аккумулятор шуруповёрта

Рубрика: Полезное

Опубликовано 25.04.2017 · Комментарии: 41 · На чтение: 4 мин · Просмотры:

20 354

Привет!

Принес пару недель назад 6 макитовских девайсов в ремонт.

4 шуруповёрта, 1 лобзик и 1 шлифмашинку.

Прямо коробку целую. Тяжелую.

Озвучили мне цену ремонта. Оказалось, только один шуруповёрт имело экономический смысл восстанавливать. Остальные пошли на запчасти.

Вобщем, сама собой пришла пора замены парка ручного аккумуляторного инструмента.

Вот и закупил сразу для всех столяров новые шуруповёрты с Li-ion аккумуляторами.

Сразу проблема.

Парни привыкли к Ni-cd аккумуляторам, а Li-ion требуют совсем другого подхода. Прямо до противоположности.

И, понятно, речь ведь идет не только о том, как заряжать Li-ion аккумулятор шуруповёрта. Если его неправильно разряжать и/или хранить – тоже мало хорошего для него будет.

Поэтому просмотрел пару десятков сайтов и пару часов видео.

Выкинул всю шелуху и сделал самую «сухую» без «воды» выжимку.

Помните — Li—ion до противоположности отличаются от Ni—Cd !
Ставьте Li-ion на зарядку уже при остаточном заряде 20-50%.
Важно! Нельзя допускать разряда Li-ion ниже 10-20%. Это критическая величина. Чем меньше разряд, тем дольше Li-ion будет работать —

Глубина разряда	Количество циклов заряда
100%	500
50%	1500
25%	2500
10%	4700

Li-ion работает оптимально в диапазоне от -10 до +45°С. Заряжать при температуре от +10 до +30°С.
1 раз в 4 месяца проводите полный цикл разряд-заряд для калибровки датчика уровня заряда в контроллерах аккумуляторов. То есть разряжайте почти до 100% и ставьте на зарядку на 12 часов.
Хранить Li-ion нужно на заряде 40-60%.
Хранить заряженные на 100% Li-ion нельзя, так как он в этом случае навсегда потеряет 20% емкости за 3 месяца.
При правильном хранении – при заряде 40-60% — Li-ion безвозвратно потеряет за те же 3 месяца всего 1% емкости.
Если шуруповёрт укомплектован двумя Li-ion, то один зарядите до 40-60% и храните как резервный. Раз в месяц используйте его как рабочий – заряжайте до 100%, разряжайте до 40-60% и снова оставляйте на хранение.
Второй Li-ion — основной рабочий. Поработали — в конце каждого дня ставьте его на подзарядку, даже если он разряжен менее чем на 10%.

Резервный Li-ion применяйте в случае если основной рабочий Li-ion разрядился в результате интенсивной работы и нет времени ждать его зарядки.

Вот и все. Теперь вы знаете как заряжать Li-ion аккумулятор для шуруповерта.

Вот отсюда можете скачать себе отформатированную на А4 страницу памятку по разумному использованию Li-ion аккумуляторного шуруповерта.

Я вручил такую каждому столяру, да еще повесил в цехе на доску объявлений.

И вот еще может быть вопрос – почему я перешел с Ni-cd на Li-ion аккумуляторные шуруповёрты?

Вот преимущества Li-ion аккумуляторов перед Ni-cd:

минимум в 2 раза большая удельная емкость;

саморазряд меньше в несколько раз;
отсутствие эффекта памяти, что дает возможность дозарядки в любой момент;
выдерживает в среднем в два раза больше циклов «заряда-разряда», то есть проживет в два раза дольше.

Есть ли недостатки?

Не знаю таких.

Пишут что:

Li-ion подвержены старению.
Ну так а Ni-cd вечные что-ли? Тоже стареют.
у Li-ion низкая устойчивость при работе в условиях низких температур.
Всё это в прошлом. Сейчас Li-ion делают такие, что они работают и при -10°С стопудово. А в некоторых источниках указывается, что и при -30°С могу работать;
Li-ion требуют использования только оригинального зарядного устройства.
Ну а что тут такого? Все шуруповерты продаются как раз со своим оригинальным ЗУ в комплекте.
у Li-ion высокая стоимость.
Да вот уже не сказал бы. Недавно заходил в магазин. Ni-cd аккумуляторов ниже 1 т.р. не видел. А на AliExpress можно целый шуруповерт купить с Li-ion за 3 т.р.

Ну и, наконец, если вы работаете с шуруповертом профессионально – не сомневайтесь особо – рассыпется он одновременно с Li-ion батареей. Так что покупать отдельно Li-ion аккумулятор скорее всего не придется.

Как раз при разумном невандальном использовании на пару-тройку лет должно шуруповерта хватить.

И, да, еще одно важное правило. Не экономьте на мощности шуруповерта. Она соответствует вольтажу батареи. Берите с Li-ion батареей на 20 вольт минимум. Крутить будет как зверь.

А кУпите слабенький – толку мало от него будет, и радости от копеечной экономии не будет тоже.

Я вообще набрал шуруповертов с батареями Li-ion на 25 вольт. Столяры не нарадуются. Особенно после Ni-cd на 14 вольт.

Вроде всё. Остались вопросы, не согласны с чем-то – пишите в комменты.

P.S. Хотите получать уведомления о новых статьях этого блога? Нажмите на эту кнопку:

Хочу сразу узнавать о новых публикациях!

P.S.S. После прочтения статьи появились вопросы, замечания, возражения? Пишите их в комментариях ниже. Постараюсь ответить на все.

Метки: полезные советы

Как зарядить аккумулятор шуруповерта

Для автономной работы шуруповерта потребуется с аккумулятор. Беспроводные модели удобнее, чем проводные устройства, что дает возможность работать в труднодоступных и удаленных от сети местах. Зарядка аккумулятора шуруповерта имеет ряд нюансов, которые зависят от типа оборудования и условий эксплуатации.

Особенности и требования зарядки аккумуляторов

Для того, чтобы зарядить шуруповерт, потребуется знать общие требования, которые относят к рекомендациям для всех типов инструментов.

Общие рекомендации:

использование штатного ЗУ, которое входит в комплектацию;
процесс проводят в помещении с комнатной температурой;
запрещается проводить зарядку при прямых солнечных лучах или температурном режиме в помещении выше 30°, так как при питании источник питания шуруповерта будет нагреваться;
проверка индикаторов, которые указывают на уровень заряда;
батарея должна остыть после зарядки.

Только после остывания аккумулятора его подсоединяют к шуруповерту.

Хранение инструментов проводится в помещением с температурой 5-15 градусов.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Источники питания шуруповерта никель-кадмиевого типа (маркировка ni-cd) востребованы из-за компактности, хороших показателей емкости, а также способности выдержать более 1000 циклов перезарядки.

Требуется применять только качественные никель-кадмиевые источники питания, которые изготавливаются с учетом всех требований. У дешевых моделей емкость снижена.
Отрицательным фактором будет постепенное уменьшение емкости при преждевременной остановке заряда. Это означает недопустимость прерывания заряда до срабатывания индикатора.

Никель-металлогибридные батареи

Усовершенствованный тип никелевых аккумуляторов, в виде металлогибридных моделей, меньше подвержен снижению емкости, а также безопасен для экологии. Отличием от никель-кадмиевых моделей будет хранение заряженными с перезарядкой через каждый месяц. Минусом считают высокий уровень тока самозарядного характера. Хранение потребует обязательного полноценного заряда, который должен поддерживаться во время консервации устройств. В противоположном случае емкость источника питания буде снижаться.

Литий-ионные батареи

Литий-ионный (li-ion) источник питания имеет ряд положительных качеств, включая быстрый заряд и отсутствие потери емкости при преждевременном отключении питания. У него есть минусы в виде увеличенной стоимости, а также боязни низкого температурного режима.
При подключении источника питания к зарядке температура окружающей среды должна превышать 10 градусов, если батарея начала нагреваться, то ее отключают, остужают и только после этого продолжают заряжать.

Время до полной зарядки

Время, которое требуется для полного заряда источника питания шуруповерта, указывается в инструкции, прилагаемой к нему. Указанные сроки характерны для полностью разряженных устройств. Время зарядки разряженного аккумулятора шуруповерта на 12 вольт по срокам равно 3-7 часам у разных моделей.

Время зависит от ряда моментов. Среди них:

уровень разряда, что допустимо для литие-ионных аккумуляторов, так как они могут заряжаться без полной разрядки;
тип зарядного устройства. У бытовых моделей скорость передачи энергии ниже, чем у профессиональных моделей, которые используются для ускоренной процедуры, достигающей 1-2 часов;
емкость;
тип источника питания шуруповерта.

Никель-кадмиевые модели имеют наиболее продолжительный период до полного заряда. Маломощные компактные бытовые модели могут заряжаться всего за 30 минут, но и емкость у таких источников питания значительно ниже, чем у моделей для стандартных шуруповертов.

Важным моментом будет полное соблюдение правил эксплуатации, включая применение требуемого вольтажа устройства для заряда. Примером будет необходимость использования зарядного устройства на 12 Вольт для заряда источника питания шуруповерта с такими же показателями. При применении более мощных источников тока аккумулятор может получить повреждение. Время заряда не ускорить применением более мощных зарядных устройств.

Единственным способом будет использование профессиональных импульсных зарядок. Но они должны подходить к шуруповерту по всем параметрам, то есть для ускоренного заряда источника питания приобретают профессиональные комплекты от одного производителя.

Для всех видов аккумуляторов время зарядки равно емкости разделенной на ток, то есть для каждой модели показатели будут индивидуальными в зависимости от характеристик.

Как правильно заряжать новый аккумулятор первый раз и во время тренировок

Для шуруповёртов первая зарядка литий-ионных новых аккумуляторов рекомендована в виде полноценного разряда и последующего заряда. Ряд производителей указывают на необходимость трех таких циклов, что поможет привести батареи к оптимальному состоянию.
Для никелевых аккумуляторов цикл заряд-разряд обязательно проводится более трех раз с разрядкой до полной затраты энергии. При наличии защиты разряжают до отключения инструмента. Если защитный механизм отсутствует, то уровень разряда соответствует 0.9 В для каждого элемента питания.

Литиевые источники питания имеют защиту от глубоких разрядов с порогом в 3 В при минимальном пороге 2.8 В, то есть при достижении энергии минимальных значений шуруповерт выключится.

Первый раз новая батарея должна заряжаться после достижения полного разряда. Тренировочный цикл необходим при первом использовании инструментов, а также в виде профилактики минимум 1 раз в месяц.

Порядок действий:

разрядка с помощью тока 0.1 от общей мощности или работающим инструментом. Нагрузки в это время быть не должно. Время работы и простоя чередуются через каждые три минуты;
заряд аккумулятора до появления света индикатора, сообщающем о полном заряде, и отключения зарядного устройства;
пауза в полчаса, разрядка;
подключение к питанию с последующей паузой в 30 минут после окончания заряда;
разрядка, повторная зарядка;
полная разрядка до отключения шуруповерта.

Тренировочный процесс включает в себя несколько циклов, между которыми установлен период для отдыха аккумулятора.

Рекомендуемые процедуры помогут сохранить установленную емкость источников питания шуруповертов.

Как хранить аккумулятор и нужно ли его заряжать перед этим

Любые батареи, в том числе литий-ионные аккумуляторы шуруповерта, требуется правильно заряжать, а также хранить. При нарушениях снижается емкость батареи, уменьшаются сроки эксплуатации. Правила, которые зависят от типа батареи:

Li-Ion. Хранение происходит с сохранением заряда в 50% с подзарядкой через каждый месяц;
NiCd. Не требует зарядки во время консервации, то есть остаток энергии от максимального уровня составляет 10-20%. При последующей эксплуатации необходимо полностью разрядить и после этого уже зарядить батарею, в отличие от литиевых моделей, которые просто подзаряжаются до нужного уровня;
NiMH. Для никелевых гибридных моделей установлен полный заряд на хранении, который должен поддерживаться на протяжении консервации. При хранении зарядка потребуется в течение 20-24 часов. Подзарядка проводится каждый 1-2 месяца.

У каждого вида батарей свои требования по хранению. Но также есть общие правила:

место, где находятся аккумуляторы, не должно находиться на открытом воздухе;
хранить аккумулятор требуется на расстоянии от источников огня и поверхностей с высокой температуры;
не допускается попадание прямых солнечных лучей, в том числе на поверхность, на которой лежат аккумуляторы;
температурный режим помещения не должен быть выше 15 градусов, то есть потребуется прохладное место;
не должно быть повышенной влажности;
все батареи располагают в защитной упаковке, которая предотвратит любые отрицательные факторы и оставит источники питания сухими.

Все устройства на хранении нуждаются в регулярных тренировках, которые сохраняют первоначальную емкость и работоспособность аккумуляторов. Процесс зарядки и разрядки проводится с соблюдением всех правил, включая подбор необходимого источника тока.

Зарядка без зарядного устройства

Использование посторонних устройств для подзарядки не рекомендовано, но в ряде случаев такая необходимость возникает. Примером будет утрата оригинального зарядного устройства и невозможность его покупки. Потребуется применять самодельные зарядные устройства в виде внешнего источника питания.

Основные правила:

уровень тока зарядного устройства не должен превышать допустимые пределы. Для аккумуляторов на 12 Вольт потребуется зарядка с напряжением до 12 Вольт;
желательно применять оборудование автомобильного типа, включая прикуриватель или аккумулятор, с соблюдением полярности при зарядке;
при подзарядке литий-ионного аккумулятора через USB должна присутствовать нагрузка не больше 1 А, так как в противоположном случае батарея будет греться;
батарея не должна оставаться на зарядке после заполнения емкости.

Самодельные зарядные устройства, которые имеют меньшую мощность согласно установленным правилам, будут более долго осуществлять зарядку, чем оригинальные зарядки. Время подзаряда может вырасти в 2 раза по сравнению со стандартной процедурой.
По этой причине рекомендуется отремонтировать оригинальное устройство или купить его.

Проблемы

Если возникли неполадки с питанием, то есть энергия прекращает поступать или проявились аналогичные отрицательные факторы, то потребуется проверка работоспособности всех устройств. Отдельно проверяется зарядное устройство, батарея. Частым случаем будет плохое совмещение клемм зарядки и аккумулятора. Потребуется подогнуть клеммы и почистить все контакты. Далее проверить на работоспособность устройство повторно.

Чистка контактов проводится с помощью плотного материала, смоченного в спирте или специальном средстве.
Для никель-кадмиевого аккумулятора, у которого уменьшилась емкость, можно применять две методики. Первым способом будет разгон с помощью подзарядки более высоким током после проверки мультиметром устройства и выявления нерабочих элементов. После этого батарея заряжается и заряжается уже с частично восстановленной емкостью. Вторым способом будет сбор полноценного элемента из двух поврежденных источников питания. После сбора потребуется провести 2-3 тренировочных цикла.
Для устранения изменений в качестве питания контакты устройств рекомендовано протирать с периодичностью не реже 1 месяца. При нарушении целостности контактов, загрязнении или аналогичных факторов, включая окисление, будут проявляться уменьшение заряда и времени работы инструмента. Также увеличивается продолжительность подзарядки.

У каждого варианта батареи свой срок работы, связанный с циклами перезарядки. По этой причине при длительной эксплуатации источники питания рекомендуется заменять на аналогичные. Ремонт проводится только при незначительных повреждениях или наличии деталей от такой же модели аккумулятора.

Основные ошибки

Большинство проблем с питанием связано с нарушениями правил эксплуатации. Среди них:

использование некачественных зарядок, в том числе не оригинальных;
несовместимые по уровню мощности зарядные устройства и аккумуляторы;
нарушения правил хранения. Примером будет влажность в помещении или нахождение аккумулятора на открытом воздухе;
отсутствие подготовленного места для хранения, в частности закрытого короба, который будет защищать батарею от попадания пыли и влаги на контакты;
нарушение регламента по зарядке, который установлен производителем устройства. Эта ситуация возникает особенно часто, так как у каждой модели свои требования вне зависимости от типа батарей и серии;
отсутствие тренировочных циклов;
зарядка нового аккумулятора без предварительной полной разрядки;
длительное нахождение батареи подключенной к зарядному устройству после зарядки;
использование некачественных дешевых батарей;
применение аккумуляторов, у которых нарушена целостность корпуса или аналогичные повреждения.

Все указанные ошибки влияют на качество эксплуатации инструмента, а также могут привести к значительным поломкам. При возникновении неисправностей следует сразу провести диагностику применяемых устройств и устранить нарушения, в том числе с помощью ремонта или полноценной замены.

Зарядка батарей должна проходить согласно установленным правилам. Для каждого типа аккумулятора установлены индивидуальные правила хранения. Длительность эксплуатации источников питания шуруповерта зависит от выполнения всех рекомендаций и учета нюансов, связанных с каждым типом батарей. При зарядке самодельными устройствами есть риск повредить батарею, поэтому требуется проверить соответствие всех показателей до момента подзарядки.

Правильный уход продлевает срок службы литий-ионных аккумуляторов

Скачать эту статью в формате .PDF
Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Аккумуляторы Li-ion и Li-ion-polymer используются повсеместно, и причина вполне оправдана. По сравнению с другими перезаряжаемыми батареями, литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии, более высокое напряжение элемента, низкий саморазряд и очень длительный срок службы, они экологически безопасны, а также просты в зарядке и обслуживании. Также из-за их относительно высокого напряжения (2,9V до 4,2 В), многие портативные устройства могут работать от одной ячейки, что упрощает общую конструкцию изделия.

В зависимости от приложения может возникнуть спор о том, какая характеристика батареи является наиболее важной. Слишком много внимания уделялось увеличению емкости литий-ионных аккумуляторов, чтобы обеспечить максимальное время работы продукта при наименьших физических размерах. Бывают случаи, когда более длительный срок службы батареи, большее количество циклов зарядки или более безопасная батарея важнее емкости батареи.

Прежде чем говорить о роли зарядного устройства в продлении срока службы батареи, давайте рассмотрим характеристики литий-ионной батареи. Литий — один из самых легких металлов, один из самых реакционноспособных и обладает самым высоким электрохимическим потенциалом, что делает его идеальным материалом для аккумуляторов. Литий-ионная батарея не содержит лития в металлическом состоянии, а вместо этого использует ионы лития, которые перемещаются между катодом и анодом батареи во время заряда и разряда соответственно.

Несмотря на то, что существует множество различных типов литий-ионных аккумуляторов, самые популярные химические вещества, которые сейчас производятся, можно сузить до трех, и все они связаны с их катодными материалами. Литий-кобальтовая химия стала более популярной в ноутбуках, камерах и сотовых телефонах, в основном из-за ее большей емкости для зарядки. Другие химические вещества зависят от потребности в больших токах разряда или повышенной безопасности, или где стоимость является движущим фактором. Кроме того, разрабатываются новые гибридные литий-ионные аккумуляторы, основанные на комбинации катодных материалов, объединяющих лучшие свойства каждого химического состава.

В отличие от других аккумуляторов, технология литий-ионных аккумуляторов еще не разработана. Продолжаются исследования новых типов батарей, которые имеют еще большую емкость, более длительный срок службы и улучшенную производительность, чем современные батареи. Таблица выделяет некоторые важные характеристики каждого типа батареи.

Литий-ионные полимерные батареи

Обладая характеристиками, аналогичными характеристикам стандартной литий-ионной батареи, вы можете заряжать и разряжать литий-ионную полимерную батарею аналогичным образом. Основное различие между ними заключается в том, что полимер с твердой ионной проводимостью заменяет жидкий электролит, используемый в стандартной литий-ионной батарее, хотя большинство полимерных батарей также содержат электролитную пасту для снижения внутреннего сопротивления элемента. Отсутствие жидкого электролита позволяет размещать полимерную батарею в пакете из фольги, а не в тяжелом металлическом корпусе, который требуется для стандартных литий-ионных батарей. Литий-ионные полимерные батареи набирают популярность из-за их рентабельной производственной гибкости, которая позволяет изготавливать их самых разных форм, в том числе очень тонких.

Все аккумуляторы изнашиваются, и литий-ионные не исключение. Производители аккумуляторов обычно считают окончанием срока службы аккумулятора, когда емкость аккумулятора падает до 80% от номинальной емкости. Тем не менее, батареи по-прежнему могут обеспечивать полезную мощность ниже 80% зарядной емкости, хотя они обеспечивают более короткое время работы.

Число циклов зарядки/разрядки обычно используется для обозначения срока службы батареи, но срок службы батареи и срок службы батареи (или срок службы) могут различаться. Зарядка и разрядка в конечном итоге уменьшат количество активного материала батареи и вызовут другие химические изменения, что приведет к увеличению внутреннего сопротивления и необратимой потере емкости. Но безвозвратная потеря емкости происходит и тогда, когда батарея не используется. Постоянная потеря емкости является максимальной при повышенных температурах, когда напряжение батареи поддерживается на уровне 4,2 В (полностью заряженная).

Для обеспечения максимального срока хранения аккумуляторы следует хранить с зарядом 40 % (3,6 В) при температуре 40°F (в холодильнике). Возможно, одно из худших мест для литий-ионной батареи — это портативный компьютер при ежедневном использовании на рабочем столе с подключенным зарядным устройством. Ноутбуки обычно нагреваются или даже нагреваются, что приводит к повышению температуры аккумулятора, а зарядное устройство поддерживает уровень заряда аккумулятора около 100%. Оба эти условия сокращают срок службы батареи, который может составлять от шести месяцев до года. Если возможно, пользователь должен быть проинструктирован о необходимости извлечь аккумулятор и использовать адаптер переменного тока для питания портативного компьютера, когда он используется в качестве настольного компьютера. Аккумулятор ноутбука, за которым правильно ухаживают, может прослужить от двух до четырех лет и более.

Существует два типа потери емкости аккумулятора: восстанавливаемая потеря и необратимая потеря. После полной зарядки литий-ионный аккумулятор обычно теряет около 5 % емкости в течение первых 24 часов, затем приблизительно 3 % в месяц из-за саморазряда и дополнительно 3 % в месяц, если в аккумуляторном блоке есть схема защиты аккумулятора. . Эти потери на саморазряд происходят, когда температура батареи остается около 20°C, но они значительно увеличиваются при более высокой температуре, а также по мере старения батареи. Эта потеря емкости может быть восстановлена путем подзарядки аккумулятора.

Постоянная потеря мощности, как следует из названия, относится к постоянной потере, которая не может быть восстановлена путем зарядки. Необратимая потеря емкости в основном связана с количеством полных циклов зарядки/разрядки, напряжением батареи и температурой. Чем больше времени батарея остается на уровне 4,2 В или 100% заряда (или 3,6 В для литий-ионного фосфата), тем быстрее происходит потеря емкости. Это верно независимо от того, заряжается ли батарея или просто находится в полностью заряженном состоянии с напряжением около 4,2 В. Постоянное поддержание литий-ионной батареи в полностью заряженном состоянии сократит срок ее службы. Химические изменения, которые сокращают срок службы батареи, начинаются при ее изготовлении, и эти изменения ускоряются из-за высокого напряжения покоя и высокой температуры. Постоянная потеря емкости неизбежна, но ее можно свести к минимуму, соблюдая передовые методы работы с батареями при зарядке, разрядке или простом хранении батареи. Использование циклов частичного разряда может значительно увеличить срок службы, а зарядка менее чем на 100 % может еще больше увеличить срок службы батареи.

Буква «C» — это обозначение батареи, используемое для обозначения заявленной производителями батареи разрядной емкости батареи, измеряемой в миллиампер-часах. Например, батарея емкостью 2000 мА·ч может обеспечивать нагрузку 2000 мА в течение одного часа, прежде чем напряжение элемента упадет до напряжения нулевой емкости. В том же примере зарядка аккумулятора со скоростью C/2 будет означать зарядку током 1000 мА (1 А). Значение C важно для зарядных устройств, поскольку оно определяет правильный ток заряда и время, необходимое для полной зарядки аккумулятора. При обсуждении методов завершения минимального зарядного тока батарея емкостью 2000 мАч с использованием C/10 завершит цикл зарядки, когда зарядный ток упадет ниже 200 мА.

Обычно сочетание нескольких факторов увеличивает или уменьшает срок службы батареи. Для увеличения срока службы

Использовать циклы частичного разряда
Использование только 20% или 30% емкости аккумулятора перед зарядкой значительно продлит срок службы. Как правило, от 5 до 10 циклов неглубокой разрядки равны одному циклу полной разрядки. Хотя количество циклов частичного разряда может исчисляться тысячами, содержание батареи в полностью заряженном состоянии также сокращает срок службы батареи. По возможности следует избегать циклов полного разряда (до 2,5 В или 3 В, в зависимости от химического состава).
Избегайте зарядки до 100% емкости
Это можно сделать, выбрав более низкое напряжение холостого хода. Уменьшение напряжения холостого хода увеличивает цикл и срок службы за счет уменьшения емкости батареи. Падение напряжения покоя от 100 мВ до 300 мВ может увеличить срок службы от двух до пяти и более раз. Литий-ионные кобальтовые химические вещества более чувствительны к более высокому напряжению подзаряда, чем другие химические вещества. Литий-ионные фосфатные элементы обычно имеют более низкое плавающее напряжение, чем более распространенные литий-ионные батареи.
Выберите правильный метод завершения зарядки
Выбор зарядного устройства с минимальным током зарядки (C/10 или C/x) также может продлить срок службы батареи, не заряжая ее до 100 % емкости. Например, окончание цикла зарядки, когда ток падает до C/5, аналогично снижению напряжения подзаряда до 4,1 В. В обоих случаях батарея заряжается примерно до 85 % емкости, что является важным фактором для срока службы батареи. .
Ограничение температуры батареи
Ограничение экстремальных температур аккумулятора продлевает срок его службы, особенно запрещается зарядка при температуре ниже 0°C. Зарядка ниже 0°C способствует металлизации анода батареи, что может привести к внутреннему короткому замыканию, выделяющему тепло и делающему батарею нестабильной и небезопасной. Многие зарядные устройства для аккумуляторов имеют средства для измерения температуры аккумулятора, чтобы гарантировать, что зарядка не произойдет при экстремальных температурах.
Избегайте высоких зарядных и разрядных токов
Высокие зарядные и разрядные токи сокращают срок службы. Некоторые химические вещества больше подходят для более высоких токов, такие как литий-ионный марганец и литий-ионный фосфат. Высокие токи создают чрезмерную нагрузку на батарею.
Избегайте очень глубоких разрядов (ниже 2 В или 2,5 В)
Очень глубокие разряды быстро и навсегда повредят литий-ионный аккумулятор. Внутреннее металлическое покрытие может вызвать короткое замыкание, что сделает аккумулятор непригодным для использования и небезопасным. Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют в своих аккумуляторных блоках защитную схему, которая размыкает соединение с аккумулятором, если напряжение аккумулятора ниже 2,5 В или превышает 4,3 В, или если ток аккумулятора превышает заданный пороговый уровень при зарядке или разрядке.

Методы зарядки

Рекомендуемый способ зарядки литий-ионной батареи — подача постоянного тока с ограничением напряжения ±1% до полной зарядки батареи, а затем остановка. Методы, используемые для определения того, когда батарея полностью заряжена, включают измерение общего времени зарядки, контроль зарядного тока или их комбинацию.

В первом методе используется постоянный ток с ограничением по напряжению в диапазоне от C/2 до 1C в течение 2,5–3 часов, что позволяет зарядить аккумулятор до 100 %. Вы также можете использовать меньший ток заряда, но это потребует больше времени. Второй способ аналогичен, но требует контроля тока заряда. По мере зарядки аккумулятора напряжение растет, точно так же, как и в первом способе. Когда он достигает запрограммированного предела напряжения, который также называется плавающим напряжением, зарядный ток начинает падать. Когда он впервые начинает падать, батарея заряжена примерно на 50-60%. Подзарядное напряжение продолжает поступать до тех пор, пока ток заряда не упадет до достаточно низкого уровня (от C/10 до C/20), в это время батарея разряжается приблизительно до 9Заряжен от 2% до 99%, и цикл зарядки заканчивается. В настоящее время не существует безопасного метода быстрой зарядки (менее одного часа) стандартной литий-ионной батареи до 100% емкости.

Не рекомендуется постоянно подавать напряжение на батарею после ее полной зарядки, так как это ускорит необратимую потерю емкости и может привести к внутреннему покрытию металлическим литием. Это покрытие может привести к внутреннему короткому замыканию, что приведет к перегреву и термической нестабильности батареи. Требуемый срок – месяцы.

В некоторых зарядных устройствах для литий-ионных аккумуляторов используется термистор для контроля температуры аккумулятора. Основная цель такого монитора — предотвратить зарядку, если температура батареи выходит за пределы рекомендуемого диапазона от 0°C до 40°C. В отличие от NiCd или NiMH аккумуляторов, температура литий-ионных элементов при зарядке повышается очень незначительно. На рис. 1 показан типичный профиль заряда литий-ионного аккумулятора: зарядный ток, напряжение и емкость аккумулятора в зависимости от времени.

Основным фактором, определяющим плавающее напряжение, является электрохимический потенциал активных материалов, используемых в катоде батареи, который для лития составляет примерно 4 В. Добавление других соединений будет повышать или понижать это напряжение. Второй фактор — это компромисс между емкостью элемента, сроком службы, сроком службы батареи и безопасностью. Кривые в На рис. 2 показана взаимосвязь между емкостью элемента и сроком службы.

Большинство производителей Li-ion установили плавающее напряжение 4,2 В как лучший баланс между емкостью и сроком службы. Используя 4,2 В в качестве предела постоянного напряжения (плавающее напряжение), батарея обычно может обеспечить около 500 циклов зарядки/разрядки, прежде чем емкость батареи упадет до 80%. Один цикл зарядки состоит из полного заряда до полного разряда. Несколько неглубоких разрядов в сумме составляют один цикл полной зарядки.

Несмотря на то, что зарядка до емкости менее 100 % с использованием либо пониженного напряжения холостого хода, либо минимального прерывания зарядного тока приведет к первоначальному снижению емкости батареи, по мере того, как число циклов превышает 500, емкость батареи при более низком напряжении холостого хода может превысить допустимое значение. более высокое плавающее напряжение. На рис. 3 показано, как рекомендуемое напряжение холостого хода сравнивается с пониженным напряжением холостого хода в зависимости от емкости и количества циклов зарядки.

Из-за разного химического состава литий-ионных аккумуляторов и других условий, которые могут повлиять на срок службы аккумуляторов, приведенные здесь кривые являются лишь оценкой количества циклов зарядки и уровней емкости аккумуляторов. Даже одинаковый химический состав аккумуляторов от разных производителей может иметь совершенно разные результаты из-за незначительных различий в материалах аккумуляторов и методах их изготовления.

Производители аккумуляторов указывают метод заряда и плавающее напряжение, которые должен использовать конечный пользователь, чтобы соответствовать спецификациям аккумуляторов по емкости, сроку службы и безопасности. Не рекомендуется зарядка выше рекомендуемого плавающего напряжения. Многие батареи имеют схему защиты аккумуляторной батареи, которая временно размыкает соединение с батареей, если превышено максимальное напряжение батареи. После открытия при подключении аккумуляторной батареи к зарядному устройству защита аккумуляторной батареи обычно сбрасывается. На аккумуляторных батареях часто указано напряжение, например 3,6 В для одноэлементной батареи. Это напряжение является не плавающим напряжением, а скорее средним напряжением батареи, когда батарея разряжается.

Выбор зарядного устройства

Хотя зарядное устройство не контролирует глубину разряда батареи, ток разряда и температуру батареи, которые влияют на срок службы батареи, многие зарядные устройства имеют функции, которые могут увеличить срок службы батареи.

Роль зарядного устройства в продлении срока службы аккумулятора в основном определяется плавающим напряжением зарядного устройства и методом прекращения заряда. Многие зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов имеют фиксированное плавающее напряжение ±1% (или ниже) 4,2 В, но есть некоторые предложения на 4,1 В и 4 В, а также регулируемое плавающее напряжение. Использование зарядных устройств с пониженным плавающим напряжением может увеличить срок службы батареи при зарядке литий-ионной батареи 4,2 В.

Зарядные устройства, которые не предлагают варианты с более низким напряжением покоя, также могут увеличить срок службы батареи. Зарядные устройства, обеспечивающие минимальные методы завершения зарядного тока (C/10 или C/x), могут обеспечить более длительный срок службы батареи за счет выбора правильного уровня зарядного тока, при котором завершается цикл зарядки.

Уровень отключения C/10 доведет батарею только до примерно 92% емкости, но увеличится срок службы. Уровень завершения C/5 может удвоить срок службы, хотя емкость заряда батареи снижается еще больше примерно до 85%. Некоторые микросхемы зарядных устройств обеспечивают режим завершения заряда C/10 (порог тока 10 %) или C/x (регулируемый порог тока).

Время работы в сравнении со сроком службы батареи

При существующей технологии батарей и без увеличения размера батареи вы не сможете одновременно увеличить время работы и срок службы батареи. Для максимального времени работы зарядное устройство должно заряжать аккумулятор до 100% емкости. Это приближает напряжение батареи к рекомендованному производителем напряжению подзаряда, которое обычно составляет 4,2 В ± 1%. К сожалению, зарядка и обслуживание батареи вблизи этих уровней сокращает срок службы батареи. Одним из решений является выбор более низкого плавающего напряжения, которое не позволяет батарее достичь 100% заряда, хотя для обеспечения того же времени работы потребуется батарея большей емкости. Конечно, во многих портативных устройствах батарея большего размера может не подойти.

Кроме того, использование метода отключения минимального зарядного тока C/10 или C/x может оказать такое же влияние на срок службы батареи, как и использование более низкого напряжения холостого хода. Уменьшение напряжения покоя на 100 мВ уменьшит емкость примерно на 15 %, но может удвоить срок службы. В то же время прекращение цикла зарядки при падении зарядного тока до 20 % (C/5) также снижает емкость на 15 % и обеспечивает такое же удвоение срока службы.

Как и ожидалось, при разрядке напряжение батареи будет медленно падать. Профиль напряжения разряда в зависимости от времени зависит от ряда факторов, включая ток разряда, температуру батареи, возраст батареи и тип материала анода, используемого в батарее. В настоящее время в большинстве литий-ионных аккумуляторов используется либо коксовый материал на нефтяной основе, либо графит. Профили напряжения для каждого показаны на Рис. 4 . Более широко используемый графитовый материал обеспечивает более плоское напряжение разряда между 20% и 80% емкости, а затем быстро падает ближе к концу, в то время как коксовый анод имеет более крутой наклон напряжения и более низкое напряжение отсечки 2,5 В. Приблизительную оставшуюся емкость батареи легче определить с коксовым материалом, просто измерив напряжение батареи.

Для увеличения емкости литий-ионные аккумуляторы часто соединяют параллельно. Никаких особых требований не требуется, кроме того, что батареи должны быть одного химического состава, производителя и размера. Ячейки, соединенные последовательно, требуют большего внимания, потому что часто требуется согласование емкости ячеек и схемы балансировки ячеек, чтобы гарантировать, что каждая ячейка достигает одного и того же напряжения покоя и одного и того же уровня заряда.

Последовательное соединение двух элементов (имеющих индивидуальную схему защиты блока) не рекомендуется, поскольку несоответствие емкости может привести к тому, что одна батарея достигнет предела перенапряжения, что приведет к размыканию соединения батареи. Многоэлементные аккумуляторные блоки следует приобретать в сборе с соответствующей схемой защиты у производителя аккумуляторов.

Зарядка литий-ионных аккумуляторов: 5 советов экспертов для продления срока службы | Saft

Литий-ионные аккумуляторы промышленного класса для питания ваших удаленных или портативных устройств имеют прочную конструкцию и высокую плотность энергии для длительного срока службы даже при экстремальных температурах. Их долговечность напрямую связана с тем, как батарея заряжается, разряжается, а также с рабочей температурой.

В этой статье мы объясним, как работают эти аккумуляторы, и поделимся пятью советами о том, как заряжать промышленные литий-ионные аккумуляторы, чтобы продлить срок их службы. Вы узнаете , как баланс скорости и скорости зарядки имеет ключевое значение для промышленных приложений , так же, как и для ваших мобильных телефонов, ноутбуков или электровелосипедов.
Читайте дальше…

Совет 1. Понимание языка аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы состоят из двух электродов: положительного и отрицательного. Когда вы заряжаете или разряжаете аккумулятор, электроны выходят из аккумулятора под действием электрического тока, а ионы перетекают от одного электрода к другому. Как будто оба электрода дышат, обмениваясь ионами.

Когда батарея обеспечивает ток, электроны перемещаются от анода к катоду вне батареи. Применение обратный ток позволяет аккумулятору перезаряжаться: электроны возвращаются к аноду, а ионы лития повторно внедряются в катод. Восстанавливает емкость аккумулятора . Весь процесс зарядки/разрядки определяется как цикл. Количество циклов, которые может выполнить ваша батарея, зависит от производственного процесса, химических компонентов и фактического использования.

Емкость аккумуляторной батареи измеряется в Ач. 9Например, 0135 Saft MP 176065 xtd может похвастаться емкостью 5,6 Ач, что означает, что 5,6 А могут быть выданы за час при 25°C в течение цикла.

На эту емкость напрямую влияют:

Скорость зарядки и разрядки батареи, называемая скоростью C. Токи заряда и разряда обычно выражаются в долях или кратных значениям C: Зарядка/разрядка C означает, что вы будете заряжать или разряжать батарею в течение часа. Зарядка/разрядка C/2 занимает два часа, зарядка/разрядка 2C — 30 минут и т. д. Норма Saft MP 176065 xtd C составляет 5,6 А. Зарядка C / 2 при 2,8 А займет ок. два часа.
Уровень напряжения, который отражает уровень заряда: в нашем примере MP 176065 xtd выше, 4,2 В указывает на полный заряд, 2,7 В указывает на то, что батарея полностью разряжена (напряжение отсечки).
Температура зарядки, разрядки и рабочая температура.
Несколько циклов: со временем батарея теряет емкость из-за физической и химической деградации электродов и электролита.

Хорошее управление глубиной разряда (DoD — процент емкости, которая была удалена из полностью заряженной батареи) и максимальное зарядное напряжение также могут увеличить количество циклов, которые батарея сможет выполнить, и, следовательно, срок ее службы.

В этой статье основное внимание уделяется передовым методам зарядки, но мы рассмотрим их в нашей следующей статье.

Главный совет 2. Уважайте процесс зарядки CCCV, особенно в плавающем режиме (зарядное устройство — ваш лучший друг)

Зарядить литий-ионный аккумулятор не так-то просто. Зарядное устройство, которое вы выберете, играет здесь ключевую роль, поскольку способ настройки параметров влияет на срок службы батареи. Не подключайте его просто к любому блоку питания и не используйте зарядное устройство, предназначенное для другой технологии (никель-кадмиевое или свинцовое), если вы не хотите столкнуться с проблемами безопасности.

Для правильной зарядки литий-ионного аккумулятора требуется 2 этапа: постоянный ток (CC) с последующей зарядкой постоянным напряжением (CV) . Сначала применяется заряд CC, чтобы довести напряжение до уровня напряжения окончания заряда. Вы даже можете решить уменьшить целевое напряжение, чтобы сохранить электрод. Как только желаемое напряжение достигнуто, начинается зарядка CV и ток уменьшается. Когда ток слишком низкий, зарядка завершается, и ток необходимо отключить.
Например, чтобы вернуть вашему MP 176065 xtd напряжение в конце зарядки 4,2 В, вы можете подать ток 5,6 А. При достижении 4,2 В вы поддерживаете этот уровень напряжения, медленно уменьшая ток до 100 мА или меньше, а затем останавливаете его. Вы также можете выбрать только 4,1 В, тем самым сохранив эластичность электродов и увеличив срок службы батареи.

Емкость аккумулятора напрямую зависит от конечного напряжения заряда , поэтому снижение напряжения снижает емкость аккумулятора. Вам придется найти правильный компромисс между необходимой автономностью, минимальным напряжением, при котором может работать ваше устройство, и долговечностью батареи.
Оставление батареи на постоянном заряде плавающим током после режима CV в процессе зарядки называется плавающим режимом . Солнечная панель — типичный пример приложения с плавающим режимом.

Большинство производителей не рекомендуют плавающий режим, так как он со временем повреждает батарею. Литий-ионный аккумулятор не нуждается в обслуживании благодаря низкому уровню саморазряда. Более того, , если конструкция батареи не имеет необходимых мер безопасности, поддержание уровня заряда полностью заряженной ячейки может привести к ее перезарядке и взрыву.
Серия Saft xtd специально разработана для работы в плавающем режиме в безопасных условиях с ограниченным старением в широком диапазоне температур.

Главный совет 3.

Тщательно спроектируйте свою BMS (другого вашего лучшего друга)
Независимо от области применения литий-ионные аккумуляторы должны ассоциироваться с электроникой. Этот ключевой электронный компонент называется системой управления батареями (BMS). Обязательные функции безопасности прерывают разрядку/зарядку для защиты аккумулятора от перенапряжения или пониженного напряжения. BMS проверяет температуру и отключает аккумулятор во избежание перегрева.
BMS также может включать электронику, оптимизирующую однородный заряд между каждым элементом в аккумуляторной батарее ( балансировка ). В батарее, объединяющей несколько последовательно соединенных элементов, через некоторое время в полевых условиях элементы из пакета будут стареть по-разному. Без этой функции балансировки в BMS самая устаревшая ячейка пакета будет стареть быстрее, чем другая. Поскольку продолжительность жизни пакета напрямую связана с самой старой клеткой, хорошая система балансировки продлит срок службы батареи.
Система BMS может быть адаптирована к вашему варианту использования. Некоторые могут отображать State of Charge и State of Health (например: 85 % состояния здоровья означает, что емкость батареи уменьшилась на 15 % с начала ее срока службы — интересное указание, как понимается что 30-процентная потеря первоначальной емкости означает, что химический срок службы батареи подходит к концу и время замены приближается ).

Совет 4. Снизьте скорость зарядки C
При низкой скорости зарядки (C/2, C/5 или даже меньше) ионы лития плавно внедряются в графитовые листы, не повреждая электроды.
Когда скорость заряда увеличивается, эта интеркаляция становится все труднее и труднее. Если скорость слишком высока, ионы лития не успевают должным образом проникнуть в электрод и просто оседают на его поверхности, что приводит к преждевременному старению батареи.
Возможны быстрые скорости зарядки, такие как 4C или 10C, например, для аккумуляторов мобильных или электромобилей, но конструкции электродов отличаются, и ожидаемый срок службы короче.
В зависимости от того, сколько времени ваше приложение должно быть перезаряжено, и вашего варианта использования, вам нужно будет найти правильный компромисс между необходимым временем и скоростью зарядки и старением батареи. Скорость зарядки A C/50 лучше для электродов, но не каждое приложение может позволить себе время зарядки более 50 часов! Время зарядки 2C (30 минут) возможно, но ускорит старение батареи.
Поэтому Saft рекомендует ограничить скорость зарядки своего диапазона MP до C или ниже.

Совет 5. Контролируйте температуру зарядки
В большинстве литий-ионных аккумуляторов в одном электроде используется материал графитового типа. Повышенная температура зарядки провоцирует отслоение графитовых листов, что ускоряет необратимую потерю емкости аккумулятора. Это явление может усугубляться, если оно связано с высокой скоростью зарядки: зарядный ток повышает температуру и вызывает ускорение явления отслоения.
Высокий уровень напряжения в сочетании с высокой температурой заставляет электрохимию генерировать газы внутри ячейки, что ускоряет старение химии. В зависимости от конструкции клетки высокие температуры также могут вызывать набухание клеток. Такая деформация может представлять угрозу безопасности, если корпус батареи или расположение устройства не рассчитаны на ее поддержку. Следите за тем, чтобы не превышать предельные значения, установленные производителем аккумулятора, или, например, не ставьте аккумулятор на полную зарядку на длительное время в перегретой машине в разгар лета!
Если в конструкции батареи не предусмотрены обязательные меры защиты от перезарядки, чрезмерной разрядки и перегрева, внутренняя температура элемента выше 130°C может привести к тепловому выходу из строя.
Большинство литий-ионных аккумуляторов могут выдерживать максимальную температуру 60°C, и их рекомендуется заряжать при максимальной температуре 45°C при скорости заряда C/2, в то время как серия MP Saft может поддерживать скорость заряда C выше до 60°C и даже C/5 до +85°C для продуктов xtd благодаря уникальному дизайну.
Очень немногие батареи можно заряжать при температуре ниже 0°C. Электродные листы сжимаются, и электронная проводимость электролита снижается, что затрудняет интеркаляцию ионов в графит. Могут образовываться отложения лития, вызывающие необратимую потерю емкости. Чтобы компенсировать и обеспечить правильную интеркалацию иона, некоторые производители рекомендуют заряжать батарею очень медленно (C/20) при работе при температуре ниже 0°C.
Ассортимент Saft MP может работать с заправками при очень низких температурах — до -30°C! — при применении скоростей C/8 и даже C/5.

Давайте обобщим наши 5 основных советов о том, как заряжать литий-ионные аккумуляторы промышленного класса, чтобы продлить срок их службы: Знание того, как работает батарея, поможет вам оптимизировать способ зарядки и разрядки, чтобы максимально эффективно использовать перезаряжаемую батарею
Главный совет 2. Уважайте процесс зарядки CCCV, особенно в плавающем режиме (зарядное устройство — ваш лучший друг) : Аккумуляторы должны следовать определенному процессу зарядки, который обычно выполняется с помощью тщательно подобранного зарядного устройства.