Литий-ионная аккумуляторная батарея: устройство и перезарядка аккумулятора

Статья обновлена: 07.12.2020 Есть 2 распространенные ситуации, при которых постает вопрос о возможности или невозможности восстановления аккумулятора 18650. В 1-м случае он быстро разряжается под нагрузкой, т.к. исчерпал свой ресурс, и произошла естественная потеря емкости. Во 2-м случае аккумулятор не воспринимает заряд, потому что находится в критически разряженном состоянии.

В химической структуре элементов питания на основе лития со временем происходят необратимые изменения. Поэтому вернуть исходную емкость Li-ion аккумулятора, честно отработавшего свой ресурс (около 1000 циклов), не удастся. Более того, емкость литиевых элементов постепенно уменьшается не только в процессе их заряда-разряда, но даже при хранении – ежегодно приблизительно на 4–5%.

Снижение емкости аккумуляторов может произойти и до исчерпания рабочего ресурса. Эта проблема часто наблюдается из-за нарушения правил эксплуатации, избыточного заряда или чрезмерного разряда ячеек. Чтобы Li-ion аккумуляторы служили дольше, нужно применять совместимые с ними зарядные устройства с корректным ограничением уровня заряда, не допускать критического разряда и хранения в севшем состоянии.

Как восстановить Li-ion аккумулятор

Несмотря на то, что срок службы многих современных АКБ достаточно долгий, приходит время, когда заряд любого химического источника тока истощается. Емкость падает, и АКБ уже не может работать долго и исправно. Особенно, если разряженный источник питания долго хранился без подзарядки. Существует несколько распространенных способов вернуть его к жизни. Восстановленная батарея будет работать недолго, но это поможет выиграть время до ее замены.

В Интернете описываются самые неожиданные и порой абсолютно нелогичные методы восстановления Li-Ion АКБ. Например, есть статьи о том, что можно эффективно раскачивать батарею, если заряжать и разряжать ее несколько раз подряд. Безусловно, это миф, и применять такой «способ» не стоит. Также на одном из популярных форумов описывается реальный жизненный пример о том, как один человек раскачивал батарею, положив ее в холодильник. Она вздулась до огромных размеров и лопнула после того, как была изъята из морозилки — естественно, от перепада температуры.

На серьезный вопрос о том, как действительно раскачать заново батарею сотового, можно дать простой и ясный ответ: взять любую аккумуляторную зарядку с напряжением 5-12 В и резистор сопротивлением от 330 Ом до 1 килоОм. Схема подключения предельно проста: «минус» источника питания подсоединяется к «минусу» аккумулятора, а «плюс» — к «плюсу, через резистор. Теперь нужно включить зарядное устройство в сеть и регулярно проверять рост напряжения с помощью мультиметра в течение 10-15 минут. Напряжение постепенно растет, и при достижении его числа приблизительно в 3,31 В телефон «находит» батарею и принимает ее.

Раскачка Li-ion, отключенного контроллером, с быстрым приведением АКБ в рабочее состояние тоже возможны. В данном случае, при замерах текущего напряжения его показатель будет равен около 2,5 В. Аккумулятор «жив» и может еще поработать некоторое время, хотя, на первый взгляд, он выглядит почти разряженным. Восстанавливаем его так: для этого понадобятся «народный зарядник» Imax B6 и мультиметр. У АКБ отпаивается защитная схема, она подключается к Imax. А как проверить напряжение — уже понятно: оно всегда контролируется мультиметром.

Раскачиваем АКБ максимально осторожно. Программа заряда ставится на Li-Po, режим зарядки выбирается в зависимости от вида АКБ: для Li-ion — 3,6 В, либо 3,7 В для Li-pol

Важно: в процессе восстановления выставить параметр Autо — без него запуск не начнется по причине низкого заряда АКБ. Значение тока выбирается с помощью кнопок «+» и «–»

1 А — это самый безопасный и оптимальный ток для раскачки.

Когда напряжение достигнет 3,2-3,3 В, АКБ начнет свою полноценную работу.

Восстановление емкости аккумулятора 18650

Емкость аккумулятора зависит от способности внутренних компонентов принимать заряд, путем электрохимической реакции. Но в процессе использования элемента происходит недозаряд и переразряд, реакция идет при высокой или низкой температуре. Сложный состав элементов, участвующих в реакции теряет равновесность. Одновременно параллельно идут паразитные реакции. Они связывают активное вещество, выводя его из электрохимического процесса. Концентрация активных частиц снижается, аккумулятор принимает меньший заряд. Это приводит к уменьшению емкости.

Литиевые батареи очень активны, в нерабочий период саморазряд с паразитными реакциями продолжается, батарея теряет емкость. Поэтому на хранении контроль состояния батареи, ее подзарядка обязательны.

Потерянная емкость любых литиевых батарей, в том числе и форм фактор 18650 восстановлению не подлежит. Разложившиеся соли лития невозможно реанимировать.

Модельный ряд, выбор подходящих изделий

Изделия этой категории выпускают в стандартном исполнении для соответствия размерам и электрическим параметрам типовых одноразовых элементов питания «А» и «АА». Такие аккумуляторы устанавливают в фонари, радиоприемники, будильники, игрушки.

Следует помнить! Заряд литиевой батареи снижается при хранении. Накопительная емкость постепенно уменьшается, поэтому нельзя рассчитывать на многолетнюю эксплуатацию без ухудшения начальных потребительских параметров.

Современные смартфоны и планшеты часто создают в неразборном варианте с применением клеевых соединений. Это помогает сократить производственные издержки, однако существенно усложняет ремонт. Технику оснащают уникальными встроенными устройствами зарядки (защиты). Рабочие циклы контролируют особо настроенным программным обеспечением. Иногда найти подходящую альтернативную перезаряжаемую батарею попросту невозможно.

Необходимо подчеркнуть! Самостоятельные ремонтные работы с применением продукции другого бренда лишают прав на официальные гарантии.

Стандартные типоразмеры элементов питания

Стоит обратить внимание на модель «18650». Этими цифрами зашифрованы габариты (длина х диаметр, 65 х 18 мм, соответственно)

Такие аккумуляторы постепенно становятся наиболее популярными. Их соединяют в блоки, создавая источники питания нужной емкости для автомобильного транспорта, квадроциклов, авиамоделей, другой техники.

Как понятно из приведенного описания, некоторые изделия можно приобрести легально только в официальной торговой сети определенных производителей. Качественные универсальные аккумуляторы в разных форматах создают японские и корейские предприятия. Продукция ответственных китайских производителей не уступает по техническим параметрам. Однако следует не забывать о большом количестве подделок, которые внешне не отличаются от оригиналов.

Пример фальшивки

С помощью испытаний или разрушительной разборкой можно выявить недостатки. Однако некоторые правильные выводы можно сделать после внимательного изучения фотографий. Так, настоящая емкость «фирменных» изделий формата «18650» не превышает 3 400 мА/часов. В рекламных материалах встречаются изделия с фантастическими параметрами – 10-15 тыс. мА/ч и более.

Техника безопасности

Перед тем как толкнуть аккумулятор телефона всегда помните о технике безопасности и ответственности за свои действия. Прежде чем слепо доверять непроверенным данным, размещённым на сайтах, посоветуйтесь со знающими людьми.

Помнить о таких несложных, но важных правилах:

При вздутии батареи не избавляйтесь от газов, а сразу её выбрасывайте. Оживление батареи сбросом газов просто исключено! Тем более не пытайтесь её заряжать или нагревать – она может взорваться!
Не оставляйте проблемный или ремонтируемый прибор без должного присмотра.
При проведении ремонтных работ контролируйте его температуру. Используйте для этого термопару, специальный термометр. Немедленно прекращайте работы при сильном нагревании поверхности.
При зарядке не используйте токи выше 50 мА. Определяйте силу тока путём последовательного подключения в цепь мультиметра или миллиамперметра.

Напоследок видео о том, как нельзя восстанавливать АКБ.

Теперь вы знаете как зарядить полностью разряженный аккумулятор телефона и сможете сделать это самостоятельно. Но не переусердствуйте в самооценке. Лишний раз посоветуйтесь с профессионалами.

Принцип действия

Первые устройства данной категории созданы в 70-х годах прошлого века. Но только через 20 лет были изготовлены первые литий-ионные батареи с приемлемыми для рядовых потребителей характеристиками. В наши дни продолжается совершенствование технологии с целью улучшения эксплуатационных параметров.

Функциональные компоненты, рабочие циклы

По причине высокой химической активности чистого лития разработчики приняли решение использовать менее опасные ионы. По стандартной схеме их встраивают в процессе зарядки в удерживающую область с положительным электрическим потенциалом, которая сформирована из графитовой кристаллической решетки. При подключении потребителя к съемной клемме из алюминия ток в цепи провоцирует перемещение ионов к отрицательному медному электроду. Внутри аккумуляторной батареи разряд перемещается с помощью проводящей жидкости. Ее перемешивание блокирует полупроницаемая перегородка, сделанная из пористого полимера.

К сведению. Кристаллизация электролита, созданного на основе воды, объясняет ухудшение технических характеристик при низкотемпературных условиях.

Сел аккумулятор, как зарядить без зарядки

Если энергии, севшего в ноль аккумулятора, после длительного простоя не хватает, чтобы привести автомобиль в движение, потребуется зарядка внешними источниками. Это может быть подзарядка от аккумулятора другого авто или использование внешнего источника энергии в виде батарейки или бустера. Возможно, придется воспользоваться «толкачом». Как подать первый импульсный заряд, в дальнейшем генератор добавит энергии, но после аварийного падения заряда необходимо провести замеры провести зарядку севшего аккумулятора сетевой станцией.

Севший в ноль аккумулятор заряжают током 2-3 А . Если напряжение на клеммах не растет в течение нескольких часов, аккумулятор нужно менять.

Что делать, если аккумулятор не заряжается

Если вышеперечисленные методы не помогли, то рекомендуем ознакомиться со следующими способами как оживить аккумулятор 18650.

С помощью специального зарядного устройства

Это действие осуществляется при помощи китайской копии зарядного устройства «IMAX B6» и мультиметра. Эта зарядка доступна в широкой продаже, и она отлично восстанавливает аккумулятор в домашних условиях. Для начала необходимо проверить саму батарею, путем соединения к ней мультиметра и выставляя устройство в режим измерения напряжения. Если у аккумулятора глубокий разряд, мультиметр покажет низкие показателями U в милливольтах.

Суть метода заключается в том, чтобы измерение реального количества U в аккумуляторе «мешает» контроллер. Есть два вывода, плюс и минус, которые идут непосредственно с батареи на контроллер. На выводах чаще всего напряжение составляет 2,6 В это достаточно небольшое значение.

Напряжение будет по немногу подниматься. Это значит, что восстановление li ion аккумулятора идёт успешно. Через какое-то время значение U дойдет до 3,2 вольт, и батарея начнет «раскачиваться». Позже её можно будет заряжать от «родной» зарядки.

С помощью резистора и «родного» ЗУ

Этот способ еще более проще осуществить, чем предыдущий. Здесь необходимо «минус» подзарядки подвести к «минусу» аккумулятора. А «плюс» вывести путем резистора на «плюс» батареи. После этого следует подать питание и напряжение будет возрастать. Его можно поднять до 3В, для достижения этого показателя, нужно процедуру провести в течении пятнадцати минут. Как только метод завершен, аккумулятор можно проверить на работоспособность.

С помощью вентилятора

Чтобы осуществить этот метод нам понадобится блок питания, в котором выходное напряжение было минимум 12В. «Минус» вентилятора следует подсоединить к «минусовом» разъему блока питания, а его «плюсовой» к плюсу и обязательно фиксировать вручную на аккумуляторе. Когда мы включим устройство, вентилятор начнет работать. Это значит, что в батарее уже идёт ток. Процедуру не стоит долго продолжать, где-то через 30 секунд нужно выключить сеть. После такого восстановления напряжение обычно повышается до 3В.

Восстановление 18650 аккумуляторов при помощи подзарядки от другого аккумулятора

Существует способ как реанимировать литий-ионную батарею с помощью другого автомобильного аккумулятора. Для этого нам нужна любая другая батарея на 9 В, скотч, а также тонкий провод. Метод осуществляется по следующим этапам:

Проводки требуется подвести к контактам батареи, которую мы хотим реанимировать. На каждый контакт провод должен быть отдельным.
Нельзя замыкать контакты «плюс» и «минус» лишь одним проводом. Из-за этого может произойти короткое замыкание, и оживить батарею будет нельзя.
Соединения нужно закрепить скотчем, на которой перед этим необходимо сделать метку маркером, какой провод с каким контактом будет соединён.
Провод от «плюса» девятивольтового аккумулятора следует соединить с «плюсом» восстанавливаемой батареи.
Минусовые контакты надо соединить по этому же методу.
Все контакты закрепляем изолентой, чтобы провода не отошли.
Ждём определенное время и следим за состоянием батареи, она должна минимально нагреться.
Когда аккумулятор станет тёплым, сразу же отсоединяем от АКБ батареи.
Проводим перезарядку.
Проверяем работу.

С помощью использования тренировочных циклов

Этот метод проводится для предотвращения сульфатации, а также для того чтобы определить емкости батареи. Такие циклы нужно проводить минимум один раз в год и процедура выполняется по следующим этапам:

Следует зарядить литий-ионный аккумулятор обычным током до того момента, пока он полностью не зарядится.
Выдерживаем ее четыре часа после того как прекратилось питания.
Корректируем плотность электролита.
Включаем заряд на 25-35 минут чтобы электролит был перемешенным.
Необходимо провести контрольную разрядку постоянным нормальным током десяти-часового режима и контролировать время полного разряда до того как напряжение спадет до 1,7 В на банку
Емкость батареи можно определить как уровень разрядного тока умноженный на время разряда.
После того, как контрольный разряд осуществлён необходимо сразу же полностью разрядить аккумулятор. Если получилось так, что емкость не заряжается аккумулятор 18650 скорее всего уже не починить.

Основные минусы данного метода:

Сокращается срок службы.
Долгое время восстановления литий-ионных аккумуляторов.
Огромные затраты энергии.
Маленькая эффективность способа.

Замыкание контактов батареи для восстановления заряда

Данный способ можно использовать лишь в том случае, если другие методы не помогают. В Интернете можно увидеть множество отзывов о том, что он сможет реанимировать литий-ионный аккумулятор 18650. Данный метод очень рискованный для сохранения ёмкости батареи.

Для замыкания контактов нужно специальные инструменты, для разборки аккумулятора, помимо этого необходим провод, для того, чтобы закоротить выводы батареи.

В рамке из пластика обычно расположена управляющая плата батареи. К ней подключены контакты на минус и плюс. Они как раз то нам и нужны. Их следует закоротить на минимальный промежуток времени.

ÐÐ°ÑÐ¸Ð°Ð½ÑÑ Ð·Ð°ÑÑÐ´ÐºÐ¸

Оживляем АКБ при помощи холода

Использование холодильника для восстановления литиевого аккумулятора бесполезно. Щелочные никель-кадмиевые батарейки могут немного «прибавить» в ёмкости, но такой тип элементов не установлен ни на один современный смартфон.

Хранение АКБ в холодильнике приведет к его полному разряду, но точно не поможет начать процесс зарядки. Если вытащили элемент из телефона – храните его при комнатной температуре на сухой поверхности.

Важно! Переохлаждение Li-ion элементов приведет к их выходу из строя и потери гарантии производителя.

Конструкция, основные параметры

Подробное изучение химических и физических процессов для рядового пользователя избыточно. Любознательный человек без труда найдет необходимые дополнительные данные в интернете по интеркаляции, экспериментам с разными материалами. Ниже приведены сведения, которые пригодятся на практике. Они характерны для типовых моделей литий-ионных аккумуляторных батарей, представленных на современном рынке:

Ток нагрузки – от 1 до 50 C в разных режимах;
Номинальное напряжение – от 3 до 4,35V;
Сопротивление (внутреннее) – 5-15 мОм;
Энергетическая емкость в расчете на 1 кг изделия – 112-246 Вт*ч;
Сохранение нормальной работоспособности – до 550-650 циклов;
Время зарядки до 80% номинальной емкости – 60 мин.;
Допустимый температурный режим – от -30°C до +60°C.

Конструкция литий-ионной батареи
На рисунке показаны типовые компоненты «плоской» модели. Подобные изделия устанавливают в смартфоны, другую мобильную технику. После заливки электролита входное отверстие герметизируют. Прочный корпус обеспечивает хорошую защиту от механических воздействий. Встроенный клапан срабатывает при образовании большого количества газов, предотвращая взрыв. Предохранитель по току разрывает цепь, что препятствует короткому замыканию и чрезмерному повышению температуры.

Один из первых источников питания для автомобилей, созданных на принципах заряда ионов лития

На схеме отмечены:

крепежные скобы (1), выполняющие одновременно функцию элементов охлаждения;
типовые литий-ионные аккумуляторы (2);
электронный блок, управляющий процессом зарядки;
клапан (4), через который пополняют хладагент;
разъем (5) для подключения к бортовой сети;
защитное и регулирующее устройство (6).

Почему контроллер блокирует работу литиевых батарей

Причинами блокировки литиевого аккумулятора являются такие факторы:

Короткое замыкание. Возникает при превышении допустимого уровня заряда. Контроллер разрывает электрическую цепь. Восстанавливается она только после устранения замыкания. Для разблокирования батарею подключают к зарядному устройству.
Глубокий разряд. Система защиты не позволяет дальше потреблять энергию аккумулятора. Спасти батарейку можно, начав зарядку телефона оригинальным ЗУ.
Течение опасных процессов. При критическом разряде начинается бурное течение химических реакций. Внутри корпуса образуются литиевые кристаллы. Взаимодействуя с электродами, они вызывают взрыв. Опасная ситуация возникает при подаче напряжения. Поступление тока блокируется контроллером.

Контролер заряда у Li-Ion батарей защищает аккумулятор от КЗ и перезаряда.

Не допускайте глубокий разряд

Есть разные варианты использования ресурса аккумулятора. Если каждый раз разряжать батарею быстро и полностью, это будет регулярно сопровождаться выделением большого количества тепла, ведь разрядные токи через батарею будут течь немалые, а это разрушительная нагрузка на аккумулятор.

Если же небольшие разрядные циклы будут короткими, пусть даже потом аккумулятор будет дозаряжен, а затем снова разряжен несколькими порциями, ресурс аккумулятора сохранится дольше.

Современные литиевые аккумуляторы нормально выдерживают неполный разряд и дозаряд, не то что самые первые литиевые экземпляры!

И если рассмотреть влияние циклов разряда-заряда на общий жизненный ресурс аккумулятора, то на самом деле три цикла разряда до 66% и дозаряда до 100% принципиально эквивалентны по изнашивающему действию паре циклов разряда до 50% и затем дозаряда до 100%.

Не допускайте глубокий разряд

Много коротких циклов разряда-заряда не вреднее нескольких более длительных циклов. Вреден интенсивный разряд — он вызывает нагрев и ведет к необратимым процессам, если является глубоким (до 20% и ниже).

Нагрев и высокая токовая нагрузка однозначно снижают общий жизненный ресурс аккумулятора. Каждый глубокий разряд медленно но верно ведет к необратимым разрушениям, поэтому старайтесь вообще избегать глубокого разряда. Если смартфон сам выключился — это признак глубокого разряда — не следует до этого доводить. 20% достаточно для того, чтобы поставить устройство на подзарядку или вставить резервную батарею.

Восстановление литиевых LiIon LiPo аккумуляторов планшетов с помощью Imax B6.

Под восстановлением будем понимать «толчок» аккумулятора. Все планшетные АКБ оснащены контроллерами питания предназначенными для защиты батареи от перезаряда или же «глубокой разрядки». Если всё же аккумулятор был разряжен ниже минимума, контроллер уходит в защиту и подача на его клеммы тока ни к чему не приведет. Для пуска батарейки нам необходимо подать напрямую на аккумулятор минимальный ток 0,1A в режиме заряда никелевых АКБ, довести таким образом напряжение до чуть более 3V и тогда начать заряжать как обычно в режиме LiIon или LiPo.

Устройство

Литий-ионный аккумулятор. Схема работы

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли (LiMnRON) металлов.

Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать при значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-железо-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления — СКУ или BMS (battery management system), — и специальным устройством заряда/разряда.

В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов:

кобальтат лития LiCoO2 и твёрдые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития
литий-марганцевая шпинель LiMn2O4
литий-феррофосфат LiFePO4.

Электрохимические схемы литий-ионных аккумуляторов:

литий-кобальтовые LiCoO2 + 6C → Li1-xCoO2 + LiC6
литий-ферро-фосфатные LiFePO4 + 6C → Li1-xFePO4 + LiC6

Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда/разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом, помимо системы СКУ они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

Сколько заряжать севший автомобильный аккумулятор

Затраченная на запуск автомобиля, обслуживание сигнализации и других бортовых систем энергия, восполняется генератором. Регулируется напряжение в сети реле регулятором, которое рассчитано на 13,9 – 14,3 В. Аккумулятор заряжается не полностью, и периодически требует подзарядки. После простоя остаточного заряда батареи может не хватить на запуск двигателя. Как определить, сколько времени нужно заряжать севший аккумулятор?

Чтобы зарядить севшую авто батарею, потребуется определить по напряжению в разомкнутой цепи степень разряженности аккумулятора. В обслуживаемой или гибридной АКБ определить остаточный заряд можно по реальной плотности электролита.

Время подзарядки устанавливают, поделив емкость подзарядки на ток зарядки, который должен быть меньше, чем 10 % от емкости подзарядки. Кпд электрохимической реакции принимают 50 %. Значит, рассчитанное время следует удвоить.

Севший аккумулятор автомобиля перед тем как заряжать, следует подготовить к подзарядке – очистить от грязи и кислотных наплывов на клеммах. Пробки у малообслуживаемых аккумуляторов нужно выкрутить, плотность и уровень электролита по банкам проверить.

Как заряжать аккумулятор, правила

Литий-ионные аккумуляторы похожи на людей тем, что они не ведут себя одинаково и работают лучше всего при температурах, которые не являются ни слишком жаркими, ни холодными.

Эти батареи работают лучше при высоких температурах, чем при низких, так как тепло снижает внутреннее сопротивление и ускоряет химическую реакцию внутри батареи. Побочным эффектом этого процесса является то, что он создает нагрузку на батарею, что может привести к сокращению срока службы в жарких условиях в течение продолжительных периодов.

С другой стороны, низкие температуры увеличивают внутреннее сопротивление, что увеличивает нагрузку на аккумулятор и сокращает его емкость. Батареи, которые обеспечивают 100% -ную емкость при 27 ° C, обычно уменьшаются на 50% при -18 ° C и так далее.

Li ion аккумуляторы как правильно заряжать?

Не разряжать полностью

Несоблюдение этих советов и инструкций может привести к повреждению аккумулятора до такой степени, что он станет непригодным для использования. Вы также можете поставить под угрозу свою безопасность и безопасность других людей, если батарея не используется должным образом. В сочетании с несовпадающим зарядным устройством может произойти перегрев или перезарядка, и существует риск возгорания.

Полная разрядка производится не чаще раза в 3 месяца

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы?

Зарядка ионно-литиевых батарей очень отличается от зарядки никель-кадмиевых или никель-металлогидридных батарей.

Различия заключаются в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокое напряжение на элемент. Они также требуют гораздо более жестких допусков на напряжение при обнаружении полной зарядки, а после полной зарядки они не допускают или требуют подзарядки

Особенно важно иметь возможность точно определять состояние полной зарядки, поскольку литий-ионные аккумуляторы не допускают перезарядки

Хранение с небольшим зарядом

Большинство литий-ионных аккумуляторов, ориентированных на потребителя, заряжаются до напряжения 4,2 В на элемент, и это допускает отклонение около ± 50 мВ на элемент. Зарядка сверх этого вызывает напряжение в элементе и приводит к окислению, что сокращает срок службы и производительность. Это также может вызвать проблемы с безопасностью.

Заряжать только оригинальной зарядкой

Зарядку литий-ионных аккумуляторов можно разделить на два основных этапа:

Заряд постоянного тока: на первой стадии зарядки литий-ионного аккумулятора или элемента тока заряда контролируется. Как правило, это составляет от 0,5 до 1,0 С. (Примечание: для батареи емкостью 2000 мАч скорость зарядки будет равна 2000 мА для скорости зарядки С). Для потребительских элементов LCO и батарей рекомендуется скорость зарядки не более 0,8 ° C.На этом этапе напряжение на ионно-литиевом элементе увеличивается для заряда постоянного тока. Время зарядки может быть около часа для этой стадии.
Заряд насыщения: Через некоторое время напряжение достигает пика в 4,2 В для элемента LCO. В этот момент элемент или батарея должны войти во вторую стадию зарядки, известную как заряд насыщения. Поддерживается постоянное напряжение 4,2 В, и ток будет постоянно падать. Конец цикла зарядки достигается, когда ток падает примерно до 10% от номинального тока. Время зарядки может быть около двух часов для этой стадии в зависимости от типа элемента и производителя и т. Д.

Эффективность заряда, то есть величина заряда, удерживаемого батареей или элементом, относительно количества заряда, поступающего в элемент, является высокой. Эффективность зарядки составляет от 95 до 99%. Это отражает относительно низкие уровни повышения температуры клеток.

Не перегревать аккумулятор при зарядке

Есть моменты, когда вы не можете использовать аккумулятор в течение длительного периода времени. Вот советы по поддержанию максимальной емкости батареи для длительного хранения.

Реанимировать батарею с помощью холода

Дело в том, что низкие температуры лучше переносятся аккумулятором, чем жара. Многие специалисты дают советы, по профилактике устройства при помощи заморозки. Первым делом следует изъять батарейку из устройства и положить её в плотный пакет. Он необходим для защиты и попадания воды внутрь. После этого, батарею нужно поместить в морозильную камеру холодильника. Аккумулятор должен находится в морозильной камере на протяжении 12 часов. Через 12 часов устройство достается, и сушится с помощью бумажных полотенец. После этого процесса следует поместить литий-ионный аккумулятор 18650 в устройство и поставить его на подзарядку.

Как только устройство зарядиться, его емкость должна увеличиться примерно на 20%, благодаря переохлаждению.

Установка литий-ионного аккумулятора в LED фонарь

Прежде, чем приступать к работе нужно проверить работоспособность контроллера и аккумулятора.

На контроллер можно подавать напряжение без нагрузки. В таком случае на выходе устанавливается напряжение 4,2 В и на плате светит синий светодиод. Далее нужно проверить аккумулятор, подключив его к выходу контроллера и зарядив полностью. Во время зарядки будет светить красный светодиод, а когда аккумулятор зарядится – синий.

Целесообразно после зарядки провести ходовые испытания аккумулятора, подключить его вместо кислотного и посмотреть сколько времени просветит фонарь. У меня проработал 10 часов и продолжал светить. Больше не стал ждать, так как этого времени для моих задач вполне достаточно.

Новая электрическая схема LED фонаря

На следующем шаге разрабатывается новая электрическая принципиальная схема фонаря. Отрицательный провод является общим для всех узлов и аккумулятора. В левом положении переключателя SA1 общий его контакт соединяет аккумулятор с положительным выводом контроллера. При соединении среднего вывода с выводом 3 напряжение подается на плату узкого луча, а с выводом 4 на планку светодиодов рассеянного света.

Переключатель типа тумблер SA2 служит для выбора аккумулятора, от которого будут работать светодиоды. Так как в наличии имелось два аккумулятора, то решил в фонарь установить оба. На вопрос о допустимости параллельного включения литий-ионных аккумуляторов без специального контроллера однозначного ответа нет. Поэтому я решил пойти проверенным путем и предусмотрел возможность подключать аккумуляторы по отдельности.

Отдельное подключение каждого аккумулятора позволило не только обеспечить их работу и зарядку в оптимальных условиях, но и в процессе эксплуатации фонаря знать сколько времени он еще проработает. Зная сколько времени хватило для работы от одного аккумулятора, будет известно, сколько еще сможет просветить фонарь.

В дополнение, если выйдет из строя один из аккумуляторов, то это не приведет к потере работоспособности фонаря. Два отдельных блока светодиодов и два аккумулятора гарантируют, что вы никогда не останетесь в темноте.

Сборка фонаря на литий-ионном аккумуляторе

Теперь все подготовлено и можно приступать к модернизации фонаря – переделке его схемы для работы с литий-ионным аккумулятором.

Сначала от переключателя отпаиваются все провода и удаляется прежняя плата зарядного устройства.

В корпусе модернизируемого фонаря имелся отсек, предназначенный для короткого сетевого шнура, который закрывается откидной планкой со светодиодами рассеянного света. В него и был выведен рычаг тумблера SA2 выбора аккумулятора.

Для фиксации аккумуляторов был использован двухсторонний скотч, в виде двух полосок. Закрепить аккумуляторы можно и с помощью силикона.

Перед закреплением аккумуляторов и платы контроллера к ним были предварительно припаяны паяльником провода требуемой длины. В связи с тем, что два аккумулятора в одной половинке корпуса фонаря удобно не размещались, установил их по одному в каждой половинке корпуса. Плата контроллера к корпусу была закреплена с помощью двух винтов с гайками М2.

При припайке проводов к выводам аккумулятору нужно соблюдать осторожность, чтобы свободные концы проводов случайно не соприкоснулись и не закоротили его выводы

На фото показан фонарь после окончания монтажа. Осталось проверить его работу узлов и собирать.

Измерять ток зарядки включением амперметра в разрыв цепи после контроллера невозможно, так как внутреннее сопротивление прибора большое и результаты измерения будут не верными. У меня в наличии имеется USB тестер, с помощью которого можно узнать напряжение, подаваемое с зарядного устройства, текущий ток заряда, время заряда и емкость энергии, которую принял аккумулятор. Тестер показал, что контроллер заряжает аккумулятор током 0,42 А. Следовательно, контроллер заряжает аккумулятор нормально.

После сборки фонаря оказалось, что его красный корпус не пропускает свет синего цвета и узнать об окончании зарядки невозможно.

Пришлось фонарь разобрать и в зоне расположения индикаторных светодиодов сделать щелевое отверстие.

Теперь, когда аккумулятор зарядился, хорошо стало видно свечение светодиода синего цвета.

Глубокий переразряд Li-ion на примере Sony-Murata US18650VTC6

Есть мнение, что сильно разряжать литий-ионные аккумуляторы не только не полезно, но даже и вредно. Вот и проверим, насколько сие сильно сказывается на «здоровье» одних из лучших аккумуляторов формфактора 18650. Получилось продолговато, но это 3 месяца экспериментов, обработки их результатов и поиска информации. 1. Что-где-почем

Подопытные – Sony (теперь Murata) US18650VTC6 были куплены у небезызвестного индуса на ru.nkon.nl.

Заказ делали в складчину. Счет:

Так как 30 шт VTC6 весят около 1.5 кг, а 9.90 € – за любую посылку массой до 2 кг, в посылку было докинуто несколько блистеров с мелкими Энелупами.

Даже если не учитывать это дополнение, цена отправки 1 банки VTC6 получается 9.90/30=0.33 €. Что на момент написания составляет 23 российских рубля и равно плате за проезд в воронежской маршрутке. Получается, что 1 банка с конвейера тети Сони обошлась в 80.40/30+0.33=2.68+0.33=3.01 € или ~210 рэ по сейчашнему курсу. Как по мне – это достаточно выгодная покупка, т.к. VTC6 считаются одними из лучших аккумуляторов в формфакторе 18650. VTC6 пришли вроде как не левые, по крайней мере QR-коды на разных экземплярах не совпадают ни разу.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Холдеры (тип 1) – ОТСЮДА. У меня – двухслотовые. Очень жесткие контактные ламели с покрытием золотистого цвета. Есть маркировка плюс-минус внутри слотов. На внешних контактных площадках есть небольшие отверстия. В пластике между слотами есть 2 отверстия для механического крепления к плате или корпусу устройства.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Холдеры (тип 2) – ОТСЮДА. Однослотовые. Очень жесткие контактные ламели без покрытия (или никелированные-?). Есть маркировка плюс-минус внутри слотов. Внешние контакты выполнены в виде тонких и узких легкогнущихся ламелек.

2. Про переразряды, хранение аккумуляторов, циклирование и т.п.

Внимание, данный раздел весьма продолговат, нуден и местами сложен для понимания. Автор даже не знает как это изложить так, чтобы было интересно и понятно всем и каждому. Но для интересующихся он может содержать что-то полезное. Как минимум – пищу для размышлений…

2.1. Про Ni-MH (по поводу предыдущего обзора)

Предыдущий обзор тоже был посвящен перереразряду одиночных ячеек. Но только не литий-ионных, а Ni-MH. Глубокие и продолговатые (до 14 суток) перезряды Ni-MH от 4 вендоров никак не повлияли на их емкость (по ГОСТу). Лишь немного увеличился малопонятный параметр IR(@1kHz), который у домохозяек ассоциируется с «правильно измеренным внутренним сопротивлением». Забавно, но полученный результат заметно удивил только меня. По крайней мере, мне так показалось. Еще большее удивление у меня вызвало то, что многие комментаторы отнеслись к переразрядам Ni-MH ниже 0.5В как к чему то вполне обычному, разрешенному и само собой разумеющемуся. А удивляться было чему. В свое время на cadex.ru было выложено более десятка рассказок для пользователей ХИТ, переведенных на великий и могучий. Вот одна из них – ТЫЦ. Следует помнить, что это написано достаточно давно – в самом начале нулевых. Под спойлером – отрывок оттуда, по поводу разряда в ноль Ni-Cd.

Отрывок из книги Batteries in a Portable World by Isidor Buchmann. Перевод Владимира Васильева. Примечания INN36.

ОТ ПЕРЕВОДЧИКА Мною был задан вопрос г-ну Isidor Buchmann, главе канадской компании Cadex Electronics Inc., производителю анализаторов аккумуляторов, автору проекта и книги «Batteries in a Portable World. A handbook on rechargeable batteries for non-engineers»:

У меня есть еще один вопрос по вашей книге «Аккумуляторы в мире портативных устройств. Руководство по аккумуляторам для неинженеров», глава 15, «Уход за аккумуляторам от покупки до выхода из строя». Вы пишете, что для достижения лучших результатов NiCd аккумуляторы должны быть полностью заряжены, а затем разряжены до 0 вольт. Мой вопрос: почему NiCd аккумулятор необходимо разряжать до 0 вольт? Я не видел такой информации и таких требований в рекомендациях производителей NiCd аккумуляторов.
На который получил следующий ответ:
Хороший вопрос, Владимир. Я был на одно-недельном семинаре обучения в США, посвященном обслуживанию авиационных аккумуляторов. В основном
авиационные аккумуляторы – заливаемые NiCd
*. Как часть процедуры обслуживания, аккумулятор сначала разряжается до 1 вольта на элемент, затем каждый элемент разряжается до 0 вольт. После этого все элементы закорачиваются на 24 часа, затем аккумулятор заряжается и тестируется.
Такая процедура не может быть выполнена на портативных аккумуляторах
**. Испытания, проведенные в армии США показали, что NiCd элемент должен быть разряжен по крайней мере до 0.6V, чтобы эффективно разрушить более стойкие кристаллические образования. Разряд от 1.0V вниз должен быть выполнен при значительно уменьшенном токе, чтобы не повредить аккумулятор. Анализатор аккумуляторов Cadex разряжает аккумулятор до 0.4V используя первичный и вторичный метод разряда.
Мне не известны какие-либо исследования, говорящие о преимуществах разряда ниже, чем 0.4V на элемент
. Когда я спросил инструктора (преподавателя) на этом семинаре относительно преимуществ разряда до 0V и закорачивания элементов на 24 часа, он не дал четкого и ясного ответа. Он сказал, что они всегда делали это так.

Заключение переводчика: таким образом, не пытайтесь разрядить свой NiCd или NiMH*** аккумулятор до 0. В домашних условиях приемлемым следует считать разряд до 1 вольта на элемент

. ===
Примечания INN36.
* Речь идет об обслуживаемых (негерметичных) аккумуляторах. Тех, которые позволяют производить различные манипуляции с электролитом (выливать, заливать, изменять состав раствора). ** Не «портативных», а «герметичных». Т.е. – необслуживаемых. *** Каким боком тут Ni-MH? Речь шла исключительно о системе Ni-Cd. Нигде и никогда не рекомендовалось разряжать Ni-MH ниже 0.9-1.0В. А тем более разряжать «в ноль». Во-первых, в этом нет никакого смысла, ибо если даже у Ni-MH и есть т.н. «эффект памяти», то он имеет иную природу. В Ni-Cd «эффект памяти» связан с укрупнением зерен Cd(ОН)2, если постоянно заряжать не полностью разряженные аккумуляторы. В электрохимической системе Ni-MH «кадмиевый» электрод заменен на «металлгидридный» МН, состоящий из никеля (лигированного Co, Mn и Al) и мишметалла, обогащенного лантаном (50–60% La + 30–40% Ce + 10–15% Nd + 1–2% Pr). Нет там ни кадмия, ни гидроксида кадмия. И работает МН-электрод совсем по другому: укрупнение кристаллов твердой фазы в процессе заряда или разряда отсутствует как класс. Все как раз наоборот – в ходе циклов заряд-разряд металлгидридный анод медленно, но неизбежно становится все более и более мелкодисперсным. В начале жизненного цикла ячейки Ni-MH это даже хорошо, а в конце – шибко плохо. Во-вторых, при переразряде Ni-MH (и Ni-Cd) становится заметным протекание побочного процесса: выделения водорода из воды. По идее, избыточный водород должен уничтожаться за счет т.н. «водородного цикла»:

Но превращение водорода обратно в воду на MH-электроде H2+2OH(–)=2H2O+2e(–) происходит как правило достаточно тяжело (значительное перенапряжение), что может быть чревато. Кстати, для уменьшения перенапряжения по газообразному водороду в никель (тот, который составляет основу MH-электрода) вводятся лигирующие добавки (см. выше). Так что разряды Ni-MH ниже «правильных» 0.9-1.0В не только бессмысленны, но и могут оказаться вредносными.
2.2. Про Li-ion: как хранить и как пользовать долго и счастливо?
Вы когда нибудь пытались выяснить, с чего вдруг продвинутые юзеры Li-ion/Li-pol аккумуляторов внезапно уверены, что оптимальным уровнем заряда «лития» при хранении является SoC (State of Charge) = 50%? Как следствие – в наиболее «серьезных» зарядно-разрядных устройствах (ЗРУ) иногда имеется специальный режим перевода Li-ion банки или АКБ в состояние «на хранение», т.е. приведения к SoC ~50%. Ибо желание клиента – закон для парикмахера ©. Но сколько не спрашивай моделистов, фонаревщиков, электротранспортников и т.н. «технических блоггеров» всех мастей, откуда-таки нарисовались эти волшебные 50% – они молчат как рыба об лед. Либо говорят: «это общеизвестно». Либо что-то типа того что «в моем ЗРУ это есть, а значит это и хорошо и правильно». У меня есть единственная версия относительно происхождения поверия «SoC 50%=рулит». Несколько странная, но других вариантов я на сей момент не вижу. 50% появились аки «золотая середина» промеж диаметрально противоположных точек зрения от двух известных и почитаемых контор: Сони и Кадекса.

2.2.1. Мнение Cadex

Вот еще один отрывок из книги “Batteries in a Portable World “by Isidor Buchmann (на тот момент – CEO Cadex) с разбором по предложениям [в квадратных скобках – мои замечания].

Подобно SLA (свинцовые кислотные), Li-ion и Li-pol аккумуляторы должны храниться в заряженном состоянии. Если Li-ion аккумулятор оставить на хранение с напряжением ниже 2.5V сроком на три месяца или более, происходит невосстанавливаемая потеря его емкости.
[Откуда это взято? Кадекс проводил специальные исследования? Если да, то когда, каким образом, на каких конкретно коммерческих образцах. Где официальные результаты? Потеря емкости: полная или частичная? Если частичная, то это единицы или десятки процентов?]
Кроме этого, может произойти коррозия элементов.
[Что за «коррозия»? Или кривой перевод?].
Некоторые Li-ион аккумуляторы не допускают подзарядку, если напряжение на выводах элемента понизилось ниже критического уровня.
[Это какие? Которые защищенные?]
Это требование выдвигается из соображений безопасности, потому что у глубоко разряженного элемента изменяется химическая структура и подзарядка может быть опасной.
[Не иначе, что перепутали с перезарядом: рост дендридов лития, повреждение сепаратора, внутреннее КЗ… Не?]
Наилучшие результаты будут при хранении Li-ион аккумуляторов, заряженных до значения их емкости от 70 до 90 %.
[Барабанная дробь. Кадекс для «хранения» рекомендует SoC ~70-90 %. А 90 % — это практически полностью заряженная ячейка, ибо для любого ХИТ понятия «полностью заряжен» и «полностью разряжен» весьма условны.]
Некоторые изготовители могут рекомендовать более низкие значения емкости при хранении.
[Если я правильно понимаю, под «некоторыми» прежде всего подразумевается компания Сони.;)]

2.2.2. Мнение Sony
Поговорим о рекомендациях от тети Сони. В самом начале нулевых Sony выпустила брошюрку, широко разошедшуюся по И-нетам: «Lithium Ion Rechargeable Batteries. Technical Handbook». Еще она может именоваться аки «Sony Lithium Ion Battery MSDS». Вот она – ТЫЦ. Кроме всего прочего, там рассматриваются и вопросы потери заряда (саморазряда) при хранении как одиночных банок Li-ion, так и батарей из них. Там указывается, что «в ходе длительного хранения аккумуляторов в заряженном состоянии длительное время, возможна их деградация вплоть до того, что аккумулятор перестает держать заряд после подзарядов

». Вероятность сего больше: — чем выше температура; — чем больше было SoC перед постановкой на хранение. Отсюда следует, что:
— температура д.б. как можно ниже (в пределах разумного); — элемент д.б. в максимально разряженном состоянии.
Последний момент отражен на трех картинках, расположенных в трех разных подразделах:

Почему похожие картинки в 3 подразделах? Дело в том, что в брошюре приводятся данные по ячейкам трех разновидностей, отличающихся или материалом анода (+) или формфактором. 1. US18650. Цилиндрические 18650. Анод сделан из т.н. «hard carbon» по терминологии Сони. В переводе на человеческий, «hard carbon» – это ни что иное как кокс, полученный коксованием каменного угля. Именно с анодами из «hard carbon» Сони вывела на рынок Li-ion аккумуляторы в 1991 г. Потом оказалось, что более правильно использовать в качестве материала анода ТУ (см. ниже). Полная замена «hard carbon» на ТУ произошла где-то в начале нулевых. 2. US18650GR. Цилиндрические 18650. Анод сделан из т.н. «graphite» по терминологии Сони. Думаю, это не очень удачное название, т.к. основным компонентом «hard carbon» является тоже графит (>90%), хотя есть еще кой какие примеси (неорганические соли и некоторое количество органики). А «graphite» – это практически чистый графит, который с вероятностью 99,9% есть ни что иное как ТУ (технический углерод). ru.wikipedia.org/wiki/Технический_углерод По сути, ТУ – это сажа, но не совсем обычная. Полученная искусственно и в строго контролируемых условиях. 3. UP383562 (Polumer). В смысле электрохимии – идентичны US18650GR. Отличие только в формфакторе: Для начала, во избежание недоразумений: почему «полностью разряженные» ячейки (0%) вместо 2.7В или 3.0В (напряжения окончания разряда по методикам, изложенных в брошюре) имеют НРЦ 3.2-3.3В? Обычное дело – деполяризация после снятия нагрузки. Явление деполяризации подробно разбиралось в предыдущем обзоре. Теперь главное: три графика, представленные выше, иллюстрируют
основной тезис от Сони: для «лучшей сохранности» элемент д.б. в максимально разряженном состоянии.
Сравните с заявлением
от Кадекса: наилучшие результаты будут при хранении Li-ион аккумуляторов, заряженных до значения их емкости от 70 до 90 %.
Кому верить?

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& И еще пара забавных цитат из Sony Lithium Ion Battery MSDS 1) В шестом разделе Sony Lithium Ion Battery MSDS речь идет о батареях (сборках) литиевых аккумуляторов. Для тех, кто инглиш не сильно шпрехает — суть в следующем. Если АКБ не будут использоваться в течение длительного времени, то они должны быть — разряжены — удалены из оборудования — храниться в сухом, прохладном месте. Но, при хранении 1 год или более, их надо подзаряжать как минимум 1 раз год во избежание переразряда («сверхразряда»), т.к. электроэнергию поджирает управляющая плата. 2) А что же инженеры Сони считают переразрядом? Возвращаемся на страничку назад и читаем английским по белому:

Переразряд с точки зрения Сони — 1 вольт или ниже, Карл! Не 2.5 вольта и не полтора!

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Теперь обратимся к более современным исследованиям.

2.2.3. Что же кажет нонешняя наука?

Ну, наукой это можно назвать с большой натяжкой. Скорее – более-менее систематические исследования практической направленности. При этом наукообразные по технике постановки натурных экспериментов и по общим подходам к решению проблем. Из того, что мне попадалось за последние несколько лет, достаточно интересной показалась публикация немцев из Аахенского университета: J. Schmalstieg, S. Kabitz, M. Ecker, D. U. Sauer From Accelerated Aging Tests to a Lifetime Prediction Model: Analyzing Lithium-Ion Batteries. Доклад на конференции: EVS27 International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium (Barcelona, Spain, November 17 — 20, 2013).

Ниже — краткое содержание, в виде дайджеста. Насколько я все это правильно перевел и понял, могу ошибаться.

ЧТО И КАК ДЕЛАЛИ НЕМЦЫ 1) Изучалось влияние различных факторов на интенсивность потери емкости Li-ion в ходе циклирования. 2) Хранение и все операции с ячейками производились при 50 град.С, так как использовалась технология искусственного состаривания. При 35 и 40 град.С было выполнено небольшое количество измерений, исключительно с целью определения констант в уравнении Аррениуса (экспоненциальная зависимость от температуры). 3) В тестах было задействовано более 60 «банок» Sanyo UR18650E. Анод – стандартный (графит), катод нередкий — Li(NiMnCo)O2 (NMC). Ежели что, у упомянутых выше US18650GR и UP383562 анод такой же, а катод из «классического» LiCoO2 (LCO). 4) Параллельно проводились замеры т.н. «внутреннего сопротивления», измеряемого одним из самых неудачных способов. Суть: Ссылку на статью, где сравниваются различные методы оценки массы сферического коня в вакууме (электрики эту величину называют «внутренним сопротивлением химического источника тока» и думают, что это нечто, имеющее определенное значение) я уже приводил в предыдущих обзорах – (лежит в облаке под №19): H-G. Schweiger et al. Comparison of Several Methods for Determining the Internal Resistance of Lithium Ion Cells // Sensors, 2010. №10, р.5604-5625.

ЧТО БЫЛО ПОЛУЧЕНО НЕМЦАМИ 5) Вывод №1. Про потерю емкости в ходе хранения: чем ниже уровень заряда ячейки, тем меньше та потеря. Тетя Соня оказалась права.

Обратите внимание – при SoC (State of Charge) = 0% и времени хранения 500 дней потеря емкости (способности к накоплению эл. заряда) составляет всего лишь 5-6 %. И никого это не парит на предмет ужасов возможного переразряда. Так как банки «голые», без всяких там плат защиты. За тоже время ячейки с SoC = 50% деградируют в 5 раз веселее:

Или, тоже самое, в наиболее компактном виде (чем меньше α, тем меньше скорость деградация при хранении): 6) Вывод №2. Чем больше глубина циклирования, тем больше относительная потеря емкости (приведенная к глубине 100%). Хотя, это итак давно известно. Но зависимость потерь емкости от глубины циклирования может быть линейной или нелинейной. В данной работе зафиксирована линейная зависимость. 7) Вывод №3. Самый забавный. Про SoC = 50%.;) Только речь идет не о хранении аккумуляторов. А как раз наоборот: о режимах их использования. Оптимально, что бы это происходило максимально неглубокими разрядами и все крутилось в районе SoC = 50% (красная кривая): Причем, неглубокое циклирование при уровнях заряда ниже 50% (20-30%, зеленая кривая) предпочтительнее, чем наоборот (70-80%, бирюзовая кривая). Остальные кривули показывают, что: — не стоит увлекаться постоянными подзарядками до 100% почти заряженных ячеек, тех, которые «в начале разрядной кривой» (SoC > 80%); — работать с постоянно сильно разряженными аккумуляторами (SoC < 15-20%) тоже не есть хорошо.

3. Постановка задачи и предварительный план исследования

В обсуждении предыдущего обзора была высказана интересная мысль. Для эффективной деградации электрохимической ячейки важна не только (и не столько?) глубина переразряда, а общая продолжительность пребывания ХИТ в таком состоянии. Максимальная продолговатость пребывания в состоянии переразряда, которую удалось получить для Ni-MH при использовании МС3000, составляла 14 суток. Возможно, этого не достаточно и для обнаружения интересующего эффекта нужно несколько месяцев. Сколько – неведомо, но Кадекс вроде как тонко намекает, что около трех: «Если Li-ion аккумулятор оставить на хранение с напряжением ниже 2.5V сроком на три месяца или более, происходит невосстанавливаемая потеря его емкости» (см. выше). Вот к этим 3 месяцам и было решено подходить. Сначала медленно – 0.5 и 2 суток в состоянии глубокого переразряда. Потом широкими шагами: 1, 2 и 3 месяца. Итого: 5 банок. Это половина от 10 экз., которые мне достались при раздаче данного заказа. И это максимум, что на тот момент я мог себе позволить угробить для удовлетворения собственного любопытства, т.к. остальные аккумуляторы ушли на практические нужды. Теперь понятно, что такое разбиение по временным промежуткам оказалось не шибко удачным. Но я ориентировался на выдачу от Кадекса про 3 месяца лежания в разряженном состоянии (см. выше). И вообще, как говорят в Одессе; «Эх, если бы я был таким умным ДО, как моя мама ПОСЛЕ…»

4. Что да как + предварительные испытания (12-часовой разряд)

Идея проста – замыкание контактов ХИТ на достаточно продолговатый срок. Через известное сопротивление — резистор оптимального номинала и мощности. Резисторы были припаяны к двухслотовым холдерам тип 1 (см. начало обзора): После чего проведены замеры суммарного сопротивления слотов:

Перед проведением основных испытаний было решено посмотреть, как выглядит разрядные кривые I = f(время) и U = f(время). В качестве записывающего регистратора выступал Флюк 287. А заодно проверить расчеты по максимальному току и выдержат ли резисторы такое тепловыделение. Забегая вперед отмечу, что резистор испытываемого слота №3 первые несколько часов был жутко горячим. Если коснутся пальцем – обжигал. Но после окончания испытаний сопротивление его не изменилось ни на йоту. Для начала было измерено дополнительное сопротивление, которое дают провода с крокодилами и шунт мультиметра: Сделан разрыв цепи, Флюк переведен в режим записи силы тока с интервалами 1 мин. Общее время записи – 12 часов ровно. Результат:

Использованный здесь экземпляр Sony-Murata US18650VTC6 получил порядковый № 0 (т.к. предварительные испытания). После 24 часов отдыха аккумулятора в переразряженном состоянии: IR(@1kHz) = 13.6 мОм, а НРЦ выросло 0,20В —> 2.38В (за счет деполяризации). Проведено циклирование с замером емкости (ГОСТ) по алгоритму, изложенному в следующем пункте. Таблица 1: Пока ничего интересного. Поехали дальше.

5. Многосуточные разряды

Для многосуточных разрядов в качестве подопытных использовались новые, ни разу не пользованные Sony-Murata US18650VTC6. Перед закорачиванием была оценена их емкость путем проведения 3 циклов заряд-разряд по схеме (ГОСТ МЭК 61960-2007): Заряд по алгоритму CC/CV: ток 0.2С (600 мА) / 4.20В, отсечка – 100 мА Пауза 1 час Разряд током 0.2С (600 мА) до 2.50В – замер емкости Пауза 1 час После 3-го цикла – заряд до упора на 0.2С, длительная пауза и замер IR(@1kHz). Таблица 2.

Затем всю эту красоту распихал по закороченным слотам и время пошло…

5.1. Образец №1 (2 суток)

Образец №1 был извлечен через 2 суток (48 часов). В момент извлечения НРЦ составляло 0.0158В.

После 24 часов отдыха – 0.973В (деполяризация) и IR(@1kHz) = 14.0 мОм Надо было ставить на циклирование для определения емкостных характеристик, но появилась небольшая (но вполне решаемая) проблемка: при столь низких значениях НРЦ аккумулятор не определяется как «литиевый» во всех домашних ЗУ (SkyRC MC3000, Lii-500, Lii-100). Ибо срабатывают защиты от дурака. Для полуавтоматов типа Лиитокал-Опусов все, что имеет НРЦ меньше 2В – это Ni-MH/ Ni-Cd и максимум до чего они заряжают – это 1.6В. При попытке принудительного задания типа аккумулятора, MC3000 дает сообщение типа «вольтаж неправильный». В принципе, ситуация с достаточно сильным переразрядом ХИТ регулярно встречается в реальной жизни. Теоретически подкованные юзеры знают, что надо делать в таких случаях: долгий и нудный многочасовой подзаряд малыми токами. И желательно импульсами. Я же обычно поступаю проще и грубее: на ЛБП в режиме CV выставляю 4.2В (или чуть меньше), верхнее ограничение по току 0.1-0.2С и цепляюсь к токоотводам аккумулятора секунд на 5-10-15. После этого – проверка пальцами на разогрев и измерение НРЦ. Если НРЦ > 2В, то эту операцию можно не повторять, а сразу ставить на зарядку. Знакомые ремонтники называют такую процедуру «толкнуть аккумулятор». Но на этот раз ЛБП находился где-то под грудами бестолкового хлама (все, что нажито непосильным трудом), ибо в квартире уже который месяц идет перманентный косметический ремонт. Поэтому вооружившись паяльником за пару минут соорудил на скорую руку простейший неуправляемый «толкач» из двух холдеров тип 2 (см. выше).

С одной стороны вставляется донор (нормально заряженный аккумулятор), с другой переразряженный акцептор*. *Примечание. В идеале было бы неплохо добавить в цепь еще 2 или 3 элемента: выключатель, потенциометр и гнезда для щупов амперметра. По понятным причинам выключатель не обязателен.

Бывалые все это лОжат в цинковое ведро с песком и накрывают крышкой. Я же положил кончики пальцев на корпус акцептора. Через 20-30 секунд почувствовал, что корпус стал заметно теплым. Вынул из слота. Быстозамер мультиметром показал НРЦ ~ 3.5В. Через полчаса аккумулятор остыл до комнатной температуры и отправился на циклирование.

Дополнительно к начальным, было проведено еще 4 группы (пулов) циклирования по 3 цикла в группе. В качестве «эталонов сравнения» выступали два до тех пор ни разу не пользованных аккумулятора, помеченных как «Z» и «ZZ». Надо отметить, что по емкостным характеристикам ячейки Z и ZZ оказались ячейками-близнецами. Таблица 3: Что имеем в результате:

Прямые на картинках – это линии тренда (линейная аппроксимация). Видно, что для Z и ZZ эти линии практически совпадают (ячейки-близнецы ;)). Уравнения, соответствующие линиям тренда, тоже приведены на картинках. Практический смысл имеют коэффициенты перед переменной «х». Они характеризуют степень неустойчивости ячейки к циклированию. Так, 7х на первой картинке означает, что средняя потеря емкости составляет 7 мА*ч/цикл. А 20х – уже 20 мА*ч/цикл. Отсюда следует, что при глубине циклирования 100%, образец №1 (после КЗ 2суток) теряет емкость в 20/7=3 раза быстрее, чем «эталонные» Z и ZZ. То же самое получается и с потерями энергозапаса: в 0.068/0.022=3 раза. По ГОСТ МЭК 61960-2007 «литиевый» аккумулятор должен выдержать до потери емкости на 40% от номинальной не менее 400 циклов по алгоритму, изложенному выше. Если бы эти зависимости оставались неизменными (что маловероятно у приличных производителей и вполне вероятно у китайского ноунейма типа Лиитокал), то критическое значение (60% остаточной емкости относительно номинальной) было бы достигнуто: в случае Z и ZZ после 257 циклов (включая те, которые уже были). А для образца №1 – уже после 60. Как будет показано ниже, относительно резвая потеря емкости на первых 1-2 десятках циклов, далее существенно замедлится. Что нормально и ожидаемо для приличных аккумуляторов. 5.2. Образец №2 (30 суток)

Образец №2 был выведен из состояния КЗ ровно через 30 суток (720 часов). В момент извлечения НРЦ составляло 0.61мВ.

Ради интереса решил понаблюдать за тем, как протекает процесс деполяризации ячейки. Ввиду отсутствия автоматической записи у YR1035 занятие это достаточно муторно-продолговатое: очень много ручной работы. Понятно, что никто кроме меня к совершению подобных подвигов «из любви к искусству» морально не готов. Интересность сего мероприятия заключается в получении окончательного результата. И если временная зависимость НРЦ достаточно хорошо предсказуема (кривая для процесса релаксации с легкими искажениями), то как себя поведет формальный параметр IR(@1kHz) в процессе деполяризации совершенно непредсказуемо. В течении первого часа: В течении первых суток:

Уникальность данного случая заключается в том, что IR(@1kHz) практически не меняется. Флуктуации в пределах 15.9…16.2 мОм я склонен отнести к нестабильности показаний YR1035, а не пытаться объяснять вялым протеканием неких таинственных физико-химических процессов. По крайней мере, релаксацией тут и не пахнет, в отличии от U=f(τ). Для сравнения – как ведет себя в подобной ситуации параметр IR(@1kHz) для Ni-MH (из прошлого обзора) после 6.5 суток разряда импульсами в МС3000: Деполяризационные графики IR(@1kHz)=f(τ) для переразряженных Ni-MH – кривые релаксационного типа (под нагрузкой — большее значение, в равновесии — меньшее). И это при том, что глубины разряда и (как следствие) отклонение от равновесия в предыдущем обзоре на пару порядков меньше, чем в случае КЗ на 30 суток.

А делается это так: 1) при включенной камере после снятия нагрузки ХИТ максимально быстро подключается к измерительной системе и включается секундомер: 2) первый час снимается видео 3) далее делаются фото с интервалом 1-2 часа 4) значения параметров из фото и видео переносятся в таблицы Эксель 5) строятся графические зависимости и экспортируются в граф. редактор

После снятия кривых деполяризации было проведено 4 пула циклирования по 3 цикла в группе. Результат:

После 30 суток КЗ наблюдается резкие и невосполнимые потери емкости ячейки и энергозапаса.

Величину их можно оценить путем сравнения свободных членов B в уравнениях y=Ax+B для зеленых и фиолетовых линий трендов. Нетрудно посчитать, что
эти разности составляют ~330-340 мА*ч и 1,4 Вт*ч. Что составляет более 10% от номинальных значений.
После каждого пула делась пауза на 13-15 часов и измерялся параметр IR(@1kHz), величина которого практически не изменялась и составляла 13.9-14.0 мОм.

5.3. Образец №3 (57 суток)

Изначально предполагалось закончить мучения обр.№3 на 60-ые сутки и снять еще раз графики суточной деполяризации. Но на 60-ые сутки выпадал вторник, а по рабочим дням я с утра до ночи на работе. В общем, все произошло в субботу, по окончании 57 суток в состоянии КЗ. Разность потенциалов между электродами перед снятием нагрузки составляла рекордно малые 0.31 мВ

: Деполяризация обр.№3, первые 60 мин.: Деполяризация, первые 24 часа.:

Деполяризация ячейки – это процесс перехода ДЭС (двойных электрических слоев) на электродах из неравновесного (поляризованного) состояния в равновесное (неполяризованное)*. В случае Li-ion, параметр IR(@1kHz) после отключения нагрузки фактически не меняется. Т.е. является нечувствительным к процессу деполяризации сильно разряженных аккумуляторов. *Примечание. Как известно, достижение равновесия – процесс бесконечно растянутый во времени.

И, для сравнения: суточные кривые деполяризации образцов №2 и №3 (после 30 и 57 суток КЗ): &&&&&&&&& Естественно, образец пришлось «толкнуть» до НРЦ ~3 В. Причем, это удалось только со второго раза. Первое 20-секундное «оживление», несмотря на заметное выделение тепла, дало только 2.5 В, которые в течении 7-10 сек. «ушли» ниже 2.0 В за счет быстро протекающей деполяризации. Пришлось повторить. Затем было сделано 12 циклов заряд-разряд (по ГОСТу).

6. Дополнительное длительное циклирование

В заключение, для полноты картины было решено сделать достаточно продолговатое циклирование ячеек №Z (эталон) и №№1,2,3 по ГОСТу. Что собой представляют образцы 1-3 показано в табличке. Таблица 4:

Также напомню, что №№ Z,1,2,3 уже прошли 15 полных циклов заряд-разряд по ГОСТу и это учтено на графиках ниже. Вот, что получилось. Динамика потерь емкости в ходе циклирования

Тоже самое, крупнее Динамика потерь энергозапаса в ходе циклирования Тоже самое, крупнее Что за пунктирные линии приведены на картинках? 60% – в соответствии с ГОСТ МЭК 61960-2007 (я упоминал об этом в п. 5.1) 80% – приличные , входящие в «большую пятерку» часто считают допустимой потерю емкости не более 20% от номинальной.

6. В сухом остатке

1. Глубокие переразряды продолжительностью 2-30 суток аккумуляторов Sony-Murata US18650VTC6 уменьшают их емкость. 2. Более продолжительный переразряд (более 30 сут.) на деградацию банок уже не оказывает существенного влияния. Причем, значение в 30 сут. определено весьма условно, т.к. в промежутке 2…30 экспериментальные данные отсутствуют. Не исключено, что граничным значением является 20 сут. или даже 5 сут. Исследование носило поисковый характер в условиях полной неопределенности и было ограничено 5 опытными образцами. Поэтому извините. 3. В наихудшем случае (30 сут. и более) разовая потеря новыми ячейками Sony-Murata US18650VTC6 составляет: — по емкости ~ 500 мА*ч — по энергозапасу ~ 1.7 Вт*ч 4. При написании обзоров по продукции китайпрома типа Лиитокал и проч. ноунейма крайне рекомендуется проводить циклирование банок (для начала — хотя бы 50 циклов, далее – по обстоятельствам) с целью определения динамики потерь емкости ячейками. Дабы не вводить уважаемую публику в искушение покупки китайчат «таких же по емкости как фирменных» (на первых 1-2 замерах), «но дешевле в 2 раза». Если в ходе циклирования эти Калы теряют емкость в N раз быстрее, то покупка навряд ли будет оправданной. Где N > 2.

Успехов.

Li-Polymer батареи

Литий-полимер имеет бОльшую плотность энергии в плане веса, чем литий-ионные АКБ. В очень тонких ячейках (до 5 мм) литий-полимер обеспечивает высокую объемную плотность энергии. Великолепная стабильность в перенапряжениях и высоких температурах.

Эта серия аккумуляторов может производиться в диапазоне от 30 до 23000 мА/ч, корпуса призматического и цилиндрического типов. Литий-полимерные аккумуляторы имеют ряд преимуществ: большую плотность энергии по объему, гибкость в размерах ячеек и более широкий запас прочности, с превосходной стабильностью напряжения даже на высокой температуре. Основные области применения: портативные плееры, Bluetooth, беспроводные устройства, КПК и цифровые камеры, электрические велосипеды, GPS навигаторы, ноутбуки, электронные книги.

Особенности:

Номинальное напряжение: 3,7 В
Зарядное напряжение: 4,2±0,05 В
Ток заряда, скорость: 0.2-10С
Предельное напряжение разряда: 2.5 В
Скорость разряда: до 50С
Выносливость в циклах: 400 циклов

Восстановление литий-ионных LiIon аккумуляторов 18650 с помощью IMax B6.

Для возвращения к жизни данного типа аккумуляторов подключаем его к Imax’у выбираем режим зарядки для 1 элемента, тип LiIon, ток заряда 0,5A.

Если у Вас появилось сообщение «Connection Error» (ошибка подключения), вероятнее всего сработал защитный газовый клапан в верхнем колпачке элемента. Причиной этого является нарушение режима зарядки-разрядки, как следствие перегрев и срабатывание клапана. Для возвращения его в рабочее положение необходимо снять бумажное (пластиковое) кольцо вокруг положительного электрода аккумулятора 18650 и тоненьким шилом или часовой отверткой через технологические отверстия со всех сторон его придавить. После этого перейдите к следующему шагу.
Если Imax B6 выдает сообщение «Low power voltage» (низкое напряжение), необходимо «толкнуть» аккумулятор, для этого переходим в режим заряда никелевых батарей, и начинаем заряжать током в 0.1A до тех пор, пока подаваемое напряжение на аккумулятор не вырастит до минимальных 3-3.1V. Затем опять переходим в режим заряда литий-ионных (LiIon) аккумуляторов и заряжаем как обычно. Так же, если подаваемое напряжение выросло примерно до 1.5V и заряжается дальше примерно в диапазоне 1.3-1.6V и не хочет дальше расти, попробуйте начать цикл зарядки в режиме никеля еще разок. Внимание!!! Если при заряде в режиме NiMH Ваш 18650 начинает сильно греться или на протяжении более 30 минут не набрал более 3х Вольт, срочно отключайте данный аккумулятор и отправляйте его в утиль.

Чем заменить аккумуляторную батарейку 18650

Еще один вариант аккумулятора 18650.

Вместо одной литиевой батареи можно использовать 3 «пальчиковых» батарейки АА. Правда, качество питания при этом несколько пострадает, т.к. вольтаж не будет соблюден в точности. Напряжение одноразовых батареек типа АА составляет 1,5 В, тогда как у аккумуляторов оно 3,2-3,6 В.

Расшифровка надписей на батарее

На фото, приведенном ниже, изображена стандартная батарея типа 18650.

Маркировка, нанесенная на корпус, означает следующее:

Первая буква I означает, что это ионные батарейки.
Вторая буква обозначения — это тип аккумулятора (на фото изображен кобальтовый — C).
Следующая за ней латинская буква «R» означает, что это аккумулятор.
Цифры 18 и 65 означают диаметр и длину батарейки в мм.
Последняя цифра «0» означает форму, в данном случае — цилиндрическую.

Слово «power», которое иногда бывает в обозначениях, означает мощность.

Как сделать батарею из аккумуляторов 18650

Для этого следует соединить полюса батареек . При последовательном способе соединения каждый положительный полюс соединяется с отрицательным. При параллельном соединении наоборот — плюс соединяется с минусом.

Применяются оба способа в зависимости от целей и задач, преследуемых при создании батареи. В первом случае соединение применяется, когда нужно, чтобы в нужный момент включалась вся сборка. Во втором случае можно включать тогда, когда это требуется, необходимое число аккумуляторов.

Характеристики батарейки 18650

Напряжение

В зависимости от разных видов и фирмы-изготовителя номинальное напряжение аккумуляторных батарей типа 18650 составляет от 3,6 до 4,3 В. У «пальчиковой» батарейки этот показатель 1,5 В. Поэтому для того, чтобы заменить самим применяемые одноразовые батарейки на аккумуляторы 18650, об этом нужно помнить.

Сколько ампер в аккумуляторе 18650

Сила тока, измеряемая в амперах (А), зависима от внутреннего сопротивления подключаемого аппарата. Допустимые значения тока указаны в технических характеристиках аккумулятора.

Эти величины составляют 0,5-1 А, и превышать их для ускоренной зарядки нельзя, так как может произойти их перегрев и даже взрыв. Хотя это высокотоковые устройства, чтобы не ошибиться, лучше использовать их только там, где они первоначально были установлены производителем техники.

Емкость батареи

Этот параметр указан на корпусе батарейки и составляет около 3200-3600 мАч. Показатель вместительности батареи определяет время ее работы до полной разрядки.

Размеры

Аккумуляторы несколько крупнее, чем «пальчиковые» одноразовые батарейки типа АА. Их диаметр составляет 18 мм. Длина зависит от типа исполнения (с защитой или незащищенные). Если есть плата защиты, длина увеличивается на 2-3 миллиметра.

Цвет

Эти элементы питания бывают разного цвета. Цвет корпуса не определяет ни его емкость, ни фирму-изготовителя. Можно покупать батареи любого цвета.

Основные плюсы

Существенные достоинства аккумуляторных батареек — это экономия денег и долгая работа без подзарядки, небольшие размеры и вес.

Применение 18650 аккумуляторов

Батарейки 18650 являются распространенным источником питания, поскольку обладают многими преимуществами перед другими питающими устройствами. Используют их там, где необходимо длительное время сохранять заряд при небольшом размере. Это фонарики, плееры, ноутбуки, электросамокаты и прочая бытовая техника.

Оплетка для батареек

Корпус батареек одет в оплетку. Это термоусадочная пленка. После использования в течение длительного времени на ней появляются сколы, трещины, шероховатости и она приходит в негодность. Заменить оплетку можно самостоятельно, купив специальную термоусадку. Необходимо первоначально аккуратно освободить аккумулятор от старого покрытия, вставить его в новую пленку и заварить с помощью фена или любого другого источника тепла.

Сколько стоят аккумуляторы

Качественные аккумуляторы стоят недешево, однако это как раз тот случай, когда лучше не экономить. Стоимость этих устройств окупится за счет многократного использования.

Отличие 18650 от аа батарейки

Основными факторами являются емкость и возможность многократного использования. Минимальное напряжение аккумуляторов 18650 в 2 раза больше, чем у батареек типа АА. Поэтому в случае замены 18650 «пальчиковыми» батарейками, следует посчитать получившееся суммарное значение этого параметра и сравнить его с указанным в технических характеристиках аккумулятора. После этого оценить возможность превышения или уменьшения напряжения устройства, в котором применяются батарейки, обратив внимание на допустимые значения отклонений.

Что означает защищенный аккумулятор

Подразумевается защита от слишком высокого заряда и как следствие — перегрева, или переразряда, что приводит к непригодности устройства. Наличие защиты указывается в описании устройства и с помощью соответствующей надписи на корпусе. Однако защищенные аккумуляторы длиннее на 2-3 мм, что следует учитывать при выборе.

Таблица характеристик 18650

Параметры некоторых видов аккумуляторов приведены в таблице ниже.

Напряжение, В	Предельно допустимый ток, А	Емкость, мАч	Наличие защиты
3,6	18	1 300	+/-
3,6	20	3 200	+/-
3,6-3,7	20-25	3 400	+/-
3,6-3,7	20-30	3 600	+/-