Lithium-iontová (Li-ion) baterie: jak ji správně nabíjet |

Lithium-iontové baterie se používají v mobilních telefonech, hračkách, elektrických skútrech, noteboocích, elektromobilech atd. Tyto baterie se vyznačují skladností, flexibilitou a relativně nízkou výrobní cenou, díky čemuž se rozšířily. Vyznačují se nízkým samovybíjením, vysokou kapacitou a udržováním provozních podmínek při různých teplotách.

Navzdory tomu, že každý Bělorus používá tyto baterie v té či oné podobě, dodnes se předávají zastaralé mylné představy o jejich údržbě. Někteří žijí díky bezohledným konzultantům, kteří, aniž by se pouštěli do detailů, opakují naučené fráze. V průměru výrobci očekávají až 5 let výdrže baterie bez ztráty kapacity. A negramotný provoz snižuje produktivitu. V důsledku toho se zařízení rychleji porouchá a vy jste nuceni zakoupit nové.

Mýty o nabíjení lithium-iontových baterií

Některé z nich jsou neškodné a jejich jedinou nevýhodou je, že uživateli způsobují nepohodlí. Jiné mohou způsobit trvalé poškození baterie. Podívejme se na nejčastější mýty o nabíjecích vlastnostech li-on baterií.

Po zakoupení jsou vyžadovány 2-3 cykly vybití a nabití

Moderní lithium-iontové baterie se naopak nedoporučuje vybíjet na kritickou úroveň. A je lepší nabíjet až 90-95%.

Po zakoupení se musíte nejprve úplně vybít

Při nákupu nového gadgetu bude mnohem užitečnější nejprve jej připojit k nabíječce. A teprve pak to uvést na vydání.

Doba prvního nabití – minimálně 16 hodin

Toto doporučení bylo kdysi aplikováno na alkalické baterie a Li-Ion se nabíjí přesně, dokud nejsou zcela obnoveny, již ne.

Vždy se zcela vybijte a poté nabijte z 0 na 100 %

Další rada od stejné skupiny: provádějte takové cykly pravidelně. Ano, u prvních, dřívějších modelů byla tato rada správná. Ty současné umožňují připojení k nabíječce, když to uživatel potřebuje. Někdy se stane, že zařízení přesto zemře a vypne se. V takovém případě byste neměli odkládat připojení k síti, abyste předešli poklesu napětí.

Nepřerušujte nabíjení

Ve skutečnosti odpojení od napájení nebude vůbec bolet. Normální rozsah nabití lithium-iontových baterií je 10-95%.

Pravidla pro nabíjení lithium-iontových baterií

Pro zachování funkcí a dlouhodobého provozu Li-Ion baterií je nutné kvalifikovaně přistupovat k problematice jejich údržby. Proto je užitečné vzít za základ doporučení, která se týkají přímo tohoto typu.

• Použijte svůj vlastní telefon. Mají přednastavenou správnou hodnotu napětí, proto je tento způsob nejšetrnější ke zdroji energie.
• Průměrná doba nabíjení zařízení s lithium-iontovou baterií pro získání potřebného množství energie je asi 3-4 hodiny. Přesný údaj se však u různých modelů a zařízení liší.
• Zapněte gadget, když se procento nabití blíží 10-15 %, není třeba čekat na 0. Lithiové baterie se vyznačují pohodlím pro uživatele, protože je lze dobíjet v pohodlný čas. Každé vybití snižuje kapacitu baterie na kritickou mez.
• Poté, co baterie nasbírá požadované množství energie, odpojte ji od sítě. To je nezbytné, aby se zabránilo přebíjení, které negativně ovlivňuje stav baterie. Moderní modely jsou sice vybaveny speciálním ochranným systémem BMS (Battery Management System), který snižuje riziko poruchy, ale vlastní kontrola má na zařízení příznivý vliv.
• Mráz negativně ovlivňuje li-ion. Po zmrazení je třeba počkat a nechat ohřát při pokojové teplotě. Chlad navíc přispívá k urychlené ztrátě náboje.
• Stejně tak extrémně vysoké teploty jsou vysoce nežádoucí. Snažte se vyhnout dlouhodobému vystavení slunci nebo přímému slunečnímu záření, aby nedošlo k přehřátí baterie.
• Normální teplota nabíjení je 0 – +25 °C.

Abychom to shrnuli, ještě jednou upozorněme na důležitost správného nabíjení lithium-iontových pohonů. Možnost, která zaručeně nezpůsobí škodu, je použití nabíječky dodávané se sadou. Důležité je také nepřekračovat doporučené síťové napětí, aby nedošlo k poškození zařízení.

Odpovědné a šetrné zacházení s Li-Ion, zejména kompetentní proces nabíjení, nezabere mnoho energie a nezabere desítky hodin. Zároveň na oplátku poskytuje spolehlivé používání, které je pohodlné pro každého.

Lithium-iontové a lithium-polymerové baterie jsou nyní široce používány v přenosných elektronických zařízeních, která vyžadují časté nabíjení. Efektivní metoda nabíjení zvyšuje životnost baterie a zlepšuje její výkon. Proto si konstruktéři elektroniky musí být vědomi ideálního postupu nabíjení při vytváření bateriově napájených zařízení, která musí splňovat průmyslové požadavky.

Lithium-iontové baterie

Lithium je nejlehčí kov, který existuje. Má největší elektrochemický potenciál a poskytuje největší hustotu energie na svou hmotnost. Lithium je ze své podstaty nestabilní, zejména při nabíjení. Vědci se tedy zaměřili na nekovové lithiové baterie, které využívají ionty lithia. Hustota energie lithium-iontové baterie je o něco nižší než hustota lithiové baterie, ale lithium-iontová baterie je bezpečná, pokud jsou přijata určitá opatření (během nabíjení a vybíjení). První společností, která uvedla na trh lithium-iontové baterie, byla v roce 1991 společnost Sony Corporation. Brzy následovali příkladu Sony i další výrobci. Obrázek 1 ukazuje fotografii lithium-iontových baterií.

Obrázek 1.	Li-ion baterie.

Lithium-polymerové (Li-Pol) baterie

Rozdíl mezi lithium-polymerovými bateriemi a konvenčními je typ použitého elektrolytu. Originální design Li-Pol baterií využívá pevný polymerní elektrolyt. Tento elektrolyt působí jako plastová fólie, která umožňuje výměnu iontů, ale blokuje elektřinu. Nevýhodou Li-Pol baterií je obvykle vysoký vnitřní odpor a špatná odolnost proti velkým proudovým rázům (i když tento problém byl vyřešen u některých drahých vysokokapacitních Li-Pol baterií), ale mají lepší bezpečnostní hodnocení a mohou být tenčí. Díky tomu jsou ideální pro tenká, přenosná zařízení, jako jsou mobilní telefony a tablety. Obrázek 2 ukazuje lithium-polymerovou baterii.

Obrázek 2.	Lithium-polymerová (Li-Pol) baterie.

Jak nabíjet lithium-iontové a lithium-polymerové baterie

Pokud jde o pravidla nabíjení, lithium-iontové a lithium-polymerové baterie se od sebe příliš neliší. Obrázek 3 ukazuje úplný nabíjecí cyklus. Celý proces nabíjení se skládá ze 3 fází: PRE Charge (přednabíjení), CC (konstantní proud) a CV (konstantní napětí).

Předběžné nabití (PRE)

Tento stupeň označuje stav, kdy je počáteční napětí lithiové baterie nižší než 2.8 V. Obecně platí, že napětí lithiové baterie (jakéhokoli typu) by nemělo klesnout pod 3.2 V, jinak je baterie vybitá a musí být „zotavený“. Pravděpodobně jste se již setkali se situací, kdy baterie nebyly delší dobu používány (například v digitálním fotoaparátu) a jejich napětí kleslo pod 3.2 V. Nelze zapnout zařízení ani správně nabít baterie.

Krok předběžného nabíjení je velmi důležitý, protože pokud proces nabíjení začíná krokem CC, do vybité baterie bude přiváděno velké množství proudu, což baterii dále poškodí a zkrátí její životnost. Proces nabíjení vybité baterie by proto měl začít proudem rovným 10-20 % její jmenovité kapacity. Pokud je například kapacita vybité baterie 2200 mAh a plánujete ji nabíjet proudem 0.5C (1100 mA), pak pro fázi přednabíjení musíte nastavit nabíjecí proud na 220 mA nebo dokonce spodní. Přednabíjecí fáze je implementována ve všech profesionálních nabíječkách. Zde je návod, jak obnovit život baterie!

Stejnosměrný proud (CC)

Pokud je napětí baterie vyšší než 2.8V (nebo dosažené po fázi předběžného nabíjení), lze ji nabíjet konstantním proudem od 0.5C do 1C.

Nabíjecí proud baterie je uveden v technickém popisu. Typicky je jeho hodnota v rozmezí od 0.5C do 1C. Někteří výrobci baterií umožňují vyšší nabíjecí proudy pro urychlení nabíjení, ale pokud si nejste jisti nebo nemáte přístup k datovému listu, nabijte baterii při 0.5C. Pokud je například nominální kapacita vaší baterie 2200 mAh, měli byste omezit nabíjecí proud na 1100 mA.

Konstantní napětí (CV)

Jak je vidět na obrázku 3, jakmile napětí baterie dosáhne 4.20 V (nebo 4.10 V u některých typů baterií), spotřeba proudu klesá a křivky napětí a proudu vstupují do stupně CV. Napětí 4.20 V je kritická hodnota a musí být udržována s přesností alespoň 1 %; jinak se baterie poškodí nebo exploduje!

Během fáze CV zůstává napětí konstantní (4.2 V), ale proud klesá, dokud nedosáhne 10 % nabíjecího proudu. Pokud například zahájíte proces nabíjení při 1100 mA (0.5 C pro 2200 mAh baterii), nabíjení by se mělo zastavit na prahové hodnotě 110 mA, což znamená, že je baterie plně nabitá. Mnoho levných nabíječek přeskočí krok CV a jednoduše přeruší proud, když napětí baterie dosáhne 4.2 V, ale dobrá nabíječka by měla projít krokem CV.

Jak nabíjet lithiové baterie

Nyní teoreticky víte, jak nabíjet lithiové baterie. Jak ale tyto pojmy uvést do praxe? Máte dvě možnosti: navrhnout si vlastní nabíječku založenou na mikrokontroléru a spínaném či lineárním napájecím zdroji, nebo použít speciální čip nabíječky pro lithiové baterie. Budu mluvit o nabíječce na speciálním čipu, protože se snadno skládá a udržuje.

Případně můžete jeden z těchto čipů zabudovat do vašeho produktu/desky a napájet obvod z výstupu nabíječky. Dobrou zprávou je, že zpětný proud odebíraný těmito nabíjecími čipy je malý a nevybíjí baterii.

Čipů pro nabíjení lithiových článků je na trhu mnoho. Dobrou volbou může být LTC1733. Jedná se o samostatnou lineární nabíječku pro 1článkovou lithiovou baterii. Dokáže poskytnout maximální nabíjecí proud 1.5A Navíc měří nabíjecí napětí s přesností 1%. Obrázek 4 ukazuje základní schéma zapojení, které umožňuje použití LT1733 s malým počtem externích komponent.

Změnou odporu rezistoru vytažením pinu P nahoru_PROSÍM k zemi, můžete nastavit požadovaný nabíjecí proud I_NABÍT. Rezistor R_PROG lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Obrázek 5 ukazuje nabíjecí proud při různých napětích baterií. S vypočteným odporem rezistoru na vstupu P_PROSÍM (1.5 kOhm) nabíjecí proud pro stupeň CC je přibližně 1 A. Stupeň předběžného nabíjení se nazývá „udržovací nabíjení“ a provádí se proudem přibližně 100 mA (pokud je napětí baterie nižší než 2.5 V).

Související materiály

powerelectronics.com

Překlad: AlexAAN na objednávku RadioLotsman