Как заряжать литиевый аккумулятор?

  • 06.02.2023 г.
  • 7932 просмотра.

Зарядное устройство (модель HLD-217) 12 Вольт 4 AмпераЧтобы Li-ion аккумуляторы стабильно работали на протяжении 500–1000 циклов заряд-разряд, необходимо соблюдать правила их эксплуатации. Прежде всего, важно не допускать их перезаряда и глубокого разряда, не нарушать рекомендованный производителем температурный режим, не хранить элементы питания в разряженном состоянии.

Заряжать литий-ионные АКБ необходимо специальным зарядным устройством: с алгоритмом работы CC-CV, током величиной 0,5С–1С и верхней границей напряжения 4,2 В на элемент. Рассмотрим подробнее, как заряжать литиевые аккумуляторы, чтобы избежать их преждевременного износа, перегрева, токовых перегрузок и других рисков.

Алгоритм зарядки Li-ion аккумуляторов

Зарядка литий-ионных АКБ должна выполняться по схеме CC-CV, в 2 этапа:

  1. Вначале идет процесс подзарядки с постоянным током и растущим напряжением. На этом этапе накапливается около 85% емкости. Оптимальная величина зарядного тока для Li-ion элементов – от 0,2С до 1С. В режиме быстрой подзарядки допускаются токи до 5С.
  2. Затем, когда напряжение достигло установленного максимума, ток асимптотически близится к нулю и происходит окончательный набор емкости при постоянном напряжении. В зависимости от типа зарядного устройства, на этом этапе может использоваться импульсный ток с постоянно уменьшающейся шириной импульса или постепенно снижающийся ступенчатый ток. В ЗУ с упрощенной схемой восполнения заряда ток просто уменьшается вдвое. Напряжение в таком случае считается условно постоянным.

Иногда перед этими 2 этапами используется «нулевая» стадия подзарядки. Она актуальна для глубоко разряженных аккумов и выполняется малыми токами – до 0,1С. Когда напряжение на элементах достигает 2,45 В, начинается стандартная подзарядка по алгоритму CC-CV.

Время восполнения заряда

Сколько времени потребуется для полной зарядки Li-ion аккумулятора или батареи – зависит от уровня их разряда, используемого тока и емкости, которую необходимо восполнить. В среднем запас емкости АКБ восполняется от 30 минут до 8 часов. Процесс считается завершенным, когда напряжение на выходах элементов достигает 4,2 вольта. Для аккумуляторных батарей верхняя граница напряжения зависит от количества последовательно соединенных ячеек.

Например, для АКБ из 10 последовательно соединенных Li-ion ячеек (схема 10S) верхний предел составляет 42 вольта. Это значение соответствует 100% заряду батареи. Именно при этом значении должен прекращаться процесс зарядки и таким должно быть напряжение заряда используемого зарядного устройства. Лучше всего заряжать литиевые батареи автоматическими ЗУ, которые сами контролируют уровень напряжения и отключают заряженные аккумуляторы от внешней сети.

Параметры зарядного устройства

Зарядное устройство (модель 54602A) 48 Вольт 2 AмперДля Li-ion аккумуляторов предназначены специальные ЗУ с соответствующими значениями напряжения (4,2 В на элемент) и зарядного тока (0,5–1С, максимум до 5С). Желательно использовать автоматические модели, которые:

  • выдают ток 0,5–1С;
  • заряжают аккумуляторы по методу CC-CV;
  • имеют встроенный контроллер и автоматически прекращают подзарядку при достижении границы 4,2 В на ячейку;
  • имеют минимальную погрешность – 0,05 или 0,1 В;
  • обеспечивают защиту от перегрева, КЗ, переполюсовки, перезаряда.

Зарядное устройство выбирают так, чтобы оно сравнительно быстро обеспечивало безопасное восполнение емкости. Для этого его выходное напряжение должно соответствовать вольтажу заряжаемой батареи, а ток – не превышать 5С в режиме быстрой подзарядки и 1С в режиме бережного заряда.

Например, для Li-ion батареи, собранной по схеме 5S2P, имеющей емкость 6,7 А·ч и номинальное напряжение 18 В, подойдет ЗУ с максимальным Uвых=5х4,2=21 В и зарядным током до 5х6,7=33,5 А для быстрой подзарядки или до 6,7 А в режиме щадящего заряда.

Особенности зарядки аккумуляторов LiFePO4

Литий-полимерные и большинство литий-ионных аккумуляторов имеют номинальное напряжение 3,6–3,7 В и рабочий диапазон от 2,8 до 4,2 В. Элементы питания LiFePO4 имеют меньший вольтаж: номинальное значение 3,2 В, рабочий диапазон – от 2 до 3,65 В. Это значит, что заряжать их нужно до верхней границы 3,65 В на ячейку. С другой стороны, литий-железо-фосфатные АКБ более устойчивы к токовым нагрузкам. Им подходят ЗУ с током заряда 1–5С, а для быстрой подзарядки можно использовать токи до 10С.

В остальном LFP аккумуляторы заряжают так же, как и Li-ion модели остальных подвидов: по алгоритму CC-CV, в 2 этапа. Отличается только верхний предел напряжения: на первом этапе идет восполнение емкости с постоянным током до уровня 3,65 В на ячейку, а на втором – подзарядка при U=const с током заряда, асимптотически стремящимся к нулю. По выходному напряжению ЗУ должно соответствовать вольтажу и схеме сборки АКБ, а по величине зарядного тока – не превышать 5С.

Как заряжать Li-ion АКБ: правила и рекомендации

  1. Не разряжайте АКБ «в ноль». Ставьте ее заряжаться при уровне остаточной емкости не менее 10%. Эффекта памяти у литиевых батарей нет, поэтому полностью разряжать их перед зарядкой не нужно, а подзаряжать можно при любом проценте заряда.
  2. Заряжайте литиевые аккумуляторы при температуре +1 – +40 °С в сухом помещении, в стороне от источников тепла. Избегайте попадания на батарею прямых солнечных лучей.
  3. Если АКБ была на холоде, вначале прогрейте ее до плюсовой температуры (около часа).
  4. Используйте ЗУ, предназначенные для данного типа АКБ, и не превышайте допустимый вольтаж (4,2 В на элемент).
  5. Контролируйте уровень нагрева ЗУ. Его корпус, а также разъемы и провода не должны быть горячими.
  6. Не накрывайте батарею и зарядное устройство.
  7. Перед использованием заряженной АКБ – дайте ей остыть.
  8. Не оставляйте надолго разряженные элементы питания без подзарядки – из-за саморазряда напряжение может снизиться до критического уровня и в структуре АКБ произойдут необратимые изменения. В результате не только ухудшатся технические характеристики, но и окажется под сомнением сама возможность дальнейшего использования батареи.
  9. Не злоупотребляйте быстрой зарядкой – чтобы не ускорять естественное старение элементов питания и сохранить их циклический ресурс.
  10. Вместо увеличенных зарядных токов для экономии времени можете использовать частичный заряд – до 80–90%. Последние проценты емкости набираются дольше всего, а восполнить 70% емкости можно за 1/3 суммарного времени. Например, если процесс суммарно длится 3 часа, то уже за 1 час восполняется 70% емкости, за 2 час – еще 20%, а последние 10% добираются за 3 час.

Перед первым использованием батареи и раз в полгода в дальнейшем желательно выполнять тренировочный цикл. Для этого нужно разрядить и зарядить АКБ. Затем отключить зарядное устройство, а через 30 минут – подключить и дозарядить батарею. После этого еще дважды повторить дозарядку с промежутком в полчаса для стабилизации напряжения.

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы на морозе?

Зарядное устройство (модель KST-14,6V) 12 Вольт 20 AмперЭто допустимо только при одном условии: если АКБ оснащена системой предварительного подогрева и при подключении к заряднику вначале происходит прогрев батареи. Негативного воздействия низких температур удается избежать благодаря утеплению АКБ и реализации ее подогрева с помощью низковольтных нагревательных элементов. В результате обеспечивается защита батареи от переохлаждения, повышается ее работоспособность на морозе и допускается зарядка в низкотемпературной среде. В остальных случаях, когда АКБ не подогревается, заряжать ее на морозе нельзя.

Лучшие зарядные устройства для Li-ion батарей

Чтобы правильно заряжать литиевую АКБ, нужно купить ЗУ для конкретного подвида батарей (Li-ion, LiPo, LiFePO4) с подходящими характеристиками. В интернет-магазине Shura-Master.ru можно купить зарядные устройства для литиевых АКБ разных типов и конфигураций. В описаниях к ЗУ в нашем каталоге указано, для каких батарей они предназначены, такой выдают максимальный ток и выходное напряжение. Доставка заказов выполняется по всей России.

Как правильно хранить Li-ion аккумуляторы?
Предыдущая
Как правильно хранить Li-ion аккумуляторы?

Еще может быть интересно...