Princip nabíjení lithiových baterií: schémata nabíjení, základní pravidla

Ve většině případů nepotřebujete vědět, jak nabíjet lithium-iontové baterie. Stačí je připojit k nabíječce, která celý proces řídí. To ale neplatí pro všechny baterie. Navíc není vždy možné použít nativní nabíječky, zkrátka může nastat docela dost situací, kdy potřebujete vědět, jak správně nabíjet lithium-iontové baterie. A právě o tom budeme v našem materiálu hovořit.

Jak probíhá nabíjení?

U všech lithium-iontových baterií je schéma nabíjení stejné a zahrnuje tři stupně. V první fázi se používá nabíjení malým proudem, do 2,8-2,9 V. Poté přichází hlavní fáze, kde napětí stoupne z 3,2 V na 4,2 V. V poslední fázi (obvykle 15-20 % kapacity baterie) se napětí ustálí na 4,2 V a nabíjení se provádí minimálním proudem. Mimochodem, první stupeň se nepoužívá vždy a pouze v případě úplného nebo téměř úplného vybití baterie.

Také nabíjecí proud (nikoli napětí!) je označen jako „C“. V první fázi je to od 0,1 do 0,2 s, v hlavní fázi od 0,2 do 1 C a v konečné fázi – 0,1 C je stabilní. Podle toho závisí rychlost nabíjení také na kapacitě lithium-iontové baterie. Všimněme si dvou důležitých bodů.

Čtěte také: Pravidla pro používání lithium-iontových baterií

4,2V je maximální napětí. Pokud používáte domácí nabíječky nebo multifunkční, u kterých je možné měnit parametry, může to vést k selhání baterie nebo dokonce k jejímu požáru, pokud je maximální napětí vyšší. Je třeba také poznamenat, že lithium-iontové baterie se při nabíjení zahřívají, což je normální. Ale zvýšení teploty o ne více než 10 stupňů je považováno za normální, ale pokud se baterie velmi zahřeje, pak to jasně naznačuje její poruchu. Další použití může být nebezpečné.

Jaké typy nabíječek existují?

Existují různé typy nabíječek. Nejjednodušší je pouze jeden mikroobvod, který řídí nabíjecí fáze. Jsou také vybaveny indikátory, které indikují, zda je baterie nabitá nebo ne. Zde jsou jejich funkce omezené. Mohou mít různé tvary v závislosti na velikosti baterie. Na vzhledu nezáleží, z tohoto pohledu nebude rozdíl mezi nabíječkou za 300 rublů nebo za 1000, takže přeplácet nemá smysl. Používání jednoduchých nabíječek vyžaduje dodržování jednoduchých pravidel:

• Zastavte nabíjení, pokud se nabíječka nebo baterie velmi zahřejí;
• Nepoužívejte při teplotách pod nulou;
• Nepoužívejte při teplotách nad 40-45 stupňů;
• Je vhodné zakoupit originální nabíječky (od výrobce).

Mimochodem, to, co každý nazývá „nabíjením“ pro zařízení, jako je smartphone, notebook, tablet atd. Ve skutečnosti to není nabíječka. Jedná se pouze o adaptéry, samotný mikroobvod (který řídí proces nabíjení) je zabudován do zařízení. To je důvod, proč výrobci nedoporučují instalovat neoriginální baterie. Firmware jim může jednoduše „nerozumět“, což povede k poruše. A pokud čtete o případech vzplanutí baterií smartphonů, velmi často se to stalo právě po výměně lithium-iontové baterie.

Existují i ​​složitější nabíječky, které jsou určeny pro výměnné baterie. Umožňují upravovat parametry, měnit režimy nabíjení, jeho rychlost, vnitřní odpor atd. Jsou dražší, ale ne vždy mají smysl. Jednoduše proto, že všechny tyto možnosti často nejsou potřeba.

Proč se baterie nemusí dobře nabíjet?

Někdy se stane, že lithium-iontové baterie se špatně nabíjejí nebo začnou rychle ztrácet kapacitu. Samozřejmě existuje přirozený proces degradace, který závisí na provozních podmínkách a počtu cyklů vybití-nabití a nelze s tím nic dělat. Problém ale nemusí být jen v tomto.

• Důvodem může být samotná nabíječka. Pokud jste si nekoupili analog a zbyl vám jeden od výrobce, zkuste jej nabít na jiném. Pokud problém zmizí, je potřeba nová nabíječka.
• Provoz softwaru. Viry a podobně mohou výrazně snížit životnost baterie jednoduše proto, že zařízení je vytížené a spotřebovává hodně energie. Zde můžete psát velmi dlouho, přečtěte si provozní doporučení pro každé konkrétní zařízení.
• Problém s kabelem. To se také stává, v takovém případě prostě nebude nabíjení, nebo se to někdy nabije, někdy ne.

Jak vidíte, obecně neexistují žádné zvlášť složité nuance v procesu nabíjení lithium-iontových baterií, ať už jde o velikost 18650 (nejběžnější) nebo jiné.

Aby Li-ion baterie fungovaly stabilně přes 500–1000 cyklů nabití-vybití, je nutné dodržovat pravidla jejich provozu. V první řadě je důležité zabránit jejich přebíjení a hlubokému vybití, neporušovat teplotní režim doporučený výrobcem a neskladovat baterie ve vybitém stavu.

Lithium-iontové baterie se musí nabíjet speciální nabíječkou: s provozním algoritmem CC-CV, proudem 0,5C–1C a horní mezí napětí 4,2 V na článek. Podívejme se blíže na to, jak nabíjet lithiové baterie, aby nedošlo k předčasnému opotřebení, přehřátí, proudovému přetížení a dalším rizikům.

Algoritmus nabíjení Li-ion baterie

Nabíjení lithium-iontových baterií by mělo být prováděno podle schématu CC-CV ve 2 fázích:

1. Nejprve dochází k procesu dobíjení konstantním proudem a rostoucím napětím. V této fázi je akumulováno asi 85 % kapacity. Optimální nabíjecí proud pro Li-ion články je od 0,2C do 1C. V režimu rychlého nabíjení jsou povoleny proudy do 5C.
2. Poté, když napětí dosáhne nastaveného maxima, proud se asymptoticky blíží nule a při konstantním napětí dochází ke konečnému zvýšení kapacity. V závislosti na typu nabíječky může tento stupeň využívat pulzní proud se stále se snižující šířkou pulzu nebo postupně se snižující krokový proud. V nabíječce se zjednodušeným obvodem doplňování náboje je proud jednoduše poloviční. Napětí je v tomto případě považováno za podmíněně konstantní.

Někdy se před těmito 2 fázemi používá „nulový“ stupeň nabíjení. Je relevantní pro hluboce vybité baterie a provádí se s nízkými proudy – do 0,1C. Když napětí na článcích dosáhne 2,45 V, začne standardní nabíjení pomocí algoritmu CC-CV.

Doba nabíjení

Jak dlouho trvá úplné nabití Li-ion baterie nebo baterie závisí na úrovni vybití, použitém proudu a kapacitě, kterou je třeba doplnit. V průměru se kapacita baterie doplňuje z 30 minut na 8 hodin. Proces je považován za dokončený, když napětí na výstupech prvků dosáhne 4,2 voltů. U dobíjecích baterií závisí horní limit napětí na počtu článků zapojených do série.

Například pro baterii s 10 sériově zapojenými Li-ion články (obvod 10S) je horní hranice 42 voltů. Tato hodnota odpovídá 100% nabití baterie. Právě při této hodnotě by se měl proces nabíjení zastavit a toto by mělo být nabíjecí napětí použité nabíječky. Lithiové baterie je nejlepší nabíjet automatickými nabíječkami, které samy řídí úroveň napětí a odpojují nabité baterie od vnější sítě.

Parametry nabíječky

Pro Li-ion baterie jsou navrženy speciální nabíječky s odpovídajícími hodnotami napětí (4,2 V na článek) a nabíjecím proudem (0,5–1C, maximálně do 5C). Je vhodné používat automatické modely, které:

• produkovat proud 0,5–1C;
• nabíjejte baterie metodou CC-CV;
• mají vestavěný ovladač a automaticky zastaví dobíjení při dosažení limitu 4,2 V na článek;
• mít minimální chybu 0,05 nebo 0,1 V;
• poskytují ochranu proti přehřátí, zkratu, přepólování a přebití.

Nabíječka je zvolena tak, aby poskytovala bezpečné doplnění kapacity relativně rychle. K tomu musí jeho výstupní napětí odpovídat napětí nabíjené baterie a proud nesmí překročit 5C v režimu rychlého nabíjení a 1C v režimu šetrného nabíjení.

Například pro Li-ion baterii sestavenou podle schématu 5S2P, mající kapacitu 6,7 Ah a jmenovité napětí 18 V, nabíječku s maximálním Uout = 5×4,2 = 21 V a nabíjecím proudem až 5×6,7 = 33,5 je vhodný A pro rychlé nabíjení nebo až 6,7 A v režimu šetrného nabíjení.

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Vlastnosti nabíjení LiFePO4 baterií

Lithium-polymerové a většina lithium-iontových baterií má jmenovité napětí 3,6–3,7 V a provozní rozsah 2,8 až 4,2 V. Baterie LiFePO4 mají nižší napětí: jmenovitá hodnota 3,2 V, provozní rozsah – od 2 do 3,65 V To znamená, že je třeba je nabíjet na horní hranici 3,65 V na článek. Na druhou stranu lithium-železofosfátové baterie jsou odolnější vůči proudovému zatížení. Jsou vhodné pro nabíječky s nabíjecím proudem 1–5C a pro rychlé dobíjení lze použít proudy až 10C.

Jinak se LFP baterie nabíjejí stejně jako Li-ion modely jiných podtypů: podle algoritmu CC-CV, ve 2 stupních. Liší se pouze horní mez napětí: na prvním stupni je kapacita doplňována konstantním proudem na úroveň 3,65 V na článek a na druhém stupni dochází k dobíjení při U = const nabíjecím proudem asymptoticky klesajícím k nule. Výstupní napětí nabíječky musí odpovídat napětí a montážnímu obvodu baterie a nabíjecí proud nesmí překročit 5C.

Jak nabíjet Li-ion baterii: pravidla a doporučení

1. Nevybíjejte baterii na nulu. Umístěte jej k nabíjení, když je zbytková kapacita alespoň 10 %. Lithiové baterie nemají paměťový efekt, takže je není potřeba před nabíjením úplně vybíjet a lze je dobíjet na libovolné procento nabití.
2. Lithiové baterie nabíjejte při teplotě +1 – +40 °C v suché místnosti, mimo zdroje tepla. Nevystavujte baterii přímému slunečnímu záření.
3. Pokud byla baterie v chladu, nejprve ji zahřejte na teplotu nad nulou (asi hodinu).
4. Používejte nabíječky určené pro tento typ baterie a nepřekračujte povolené napětí (4,2 V na článek).
5. Ovládejte úroveň ohřevu nabíječky. Jeho tělo, stejně jako konektory a vodiče by neměly být horké.
6. Nezakrývejte baterii a nabíječku.
7. Před použitím nabité baterie ji nechte vychladnout.
8. Nenechávejte vybité baterie delší dobu bez dobití – samovybíjením může dojít k poklesu napětí na kritickou úroveň a ve struktuře baterie dojde k nevratným změnám. V důsledku toho se nejen zhorší technické vlastnosti, ale bude zpochybněna i samotná možnost dalšího použití baterie.
9. Nepřetěžujte rychlonabíjení – abyste neurychlili přirozené stárnutí baterií a zachovali jejich cyklickou životnost.
10. Místo zvýšených nabíjecích proudů můžete pro úsporu času použít částečné nabití – až 80–90 %. Nejdéle se akumuluje poslední procento kapacity a 70 % kapacity lze doplnit za 1/3 celkového času. Pokud například proces trvá celkem 3 hodiny, pak se 1 % kapacity doplní za 70 hodinu, dalších 2 % za 20 hodiny a posledních 10 % je dosaženo za 3 hodiny.

Před prvním použitím baterie a poté každých šest měsíců je vhodné provést tréninkový cyklus. Chcete-li to provést, musíte baterii vybít a nabít. Poté odpojte nabíječku a po 30 minutách připojte a dobijte baterii. Poté opakujte nabíjení ještě dvakrát s půlhodinovým intervalem, aby se napětí stabilizovalo.

Je možné nabíjet lithiové baterie za studena?

To je přípustné pouze za jedné podmínky: pokud je baterie vybavena předehřívacím systémem a po připojení k nabíječce se baterie nejprve zahřeje. Negativním vlivům nízkých teplot se lze vyhnout izolací baterie a jejím ohřevem pomocí nízkonapěťových topných těles. Díky tomu je baterie chráněna před podchlazením, zvyšuje se její výkon v chladu a je povoleno nabíjení v prostředí s nízkou teplotou. V ostatních případech, kdy se baterie nezahřívá, nelze ji nabíjet za studena.

Nejlepší nabíječky pro Li-ion baterie

Pro správné nabití lithiové baterie je potřeba zakoupit nabíječku pro konkrétní podtyp baterie (Li-ion, LiPo, LiFePO4) s vhodnými vlastnostmi. V internetovém obchodě Shura-Master.ru si můžete koupit nabíječky pro lithiové baterie různých typů a konfigurací. V popisech nabíječek v našem katalogu je uvedeno, pro jaké baterie jsou určeny, které produkují maximální proud a výstupní napětí. Doručování objednávek se provádí po celém Rusku.