Как зарядить аккумуляторы 18650

  • автор:

Содержание

Как зарядить переразряженный аккумулятор 18650

Привет. Обнаружил у себя в запасах аккумуляторный блок от старого ноутбука. Решил вынуть из него аккумуляторы. После того как заобрал его, обнаружил 6 аккумуляторов LGDBC11865, формата 18650. 3 из них оказались достаточно заряженными, что бы их увидела моя зарядка Basen BS2. А 3 оставишхся оказались в глубоком разряде.

Сегодня хочу показать, как без специальных зарядок, или оборудования, можно немного подзарядить аккумуляторы, что бы они определились в зарядке.

Напряжение на 3х аккумуляторах примерно 2.15В.

Как видно зарядка их не видит.

Нам нужно поднять напряжение. Для этого нам понадобится:
— Не нужный usb провод, на нем мы оставим USB разъём и с другой стороны зачистим черный и красный проводки (плюс и минус соответсвенно).
— Мультиметр, для контроля напряжения.
— Зарядное устройство, например от телефона, с выходом 5V, и в моем случае — на 1A.

За то что вы будете делать, я ответсвенности не несу, вы все делаете на свой страх и риск.

В общем после того как все подготовили, подключаем наш usb провод к зарядке, которая подключена в сеть, и соединяем красный провод с плюсом аккумулятора, черный с минусом. Так же прислоняем к плюсу и минусу щупы мультиметра, который включен в режим измерения напряжения. Держим так пока мультиметр не начнет покажывать примерно 3.5В (на самом деле можно и меньше, т. е. 3В должно хватать, но я заряжал до 3.5В).

Когда дойдет до нужного напряжения отсоединяем провода, и пробуем вставить аккумулятор в зарядку. Он должен будет определиться и начать заряжаться.

Каким током заряжать Li-ion аккумулятор 18650

Литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 широко используются в качестве источников питания для разнообразных устройств бытовой и электронной техники. В виде независимых источников питания и в составе аккумуляторных батарей они успешно применяются в ноутбуках, шуруповертах, радиоприемниках, фонариках, электронных сигаретах и многих других устройствах. Важными преимуществами литиевых источников питания выступают значительная емкость, малый саморазряд, безопасность использования и отсутствие потребности в обслуживании.

Аккумуляторы типа Li-ion имеют высокий эксплуатационный ресурс. Но такие факторы как глубокий разряд, перезаряд, использование при низких температурах и несоблюдение правил заряда приводят к ускоренному износу аккумуляторов и их преждевременному выходу из строя. Поэтому важно знать, каким током заряжать Li-ion аккумулятор 18650, использовать подходящее по всем параметрам зарядное устройство и соблюдать все правила подзарядки, чтобы избежать их перегрева и быстрой потери свойств.

Как зарядить высокотоковые аккумуляторы 18650

Для корректной зарядки Li-ion аккумуляторов 18650 важно:

  1. Использовать предназначенные для этих целей зарядные устройства. Они автоматически начинают зарядку от напряжения 0,05 В и завершают ее при 4,2 В. Это максимально допустимое значение, безопасное для литий-ионных аккумуляторов. Что касается вопроса, каким напряжением быстро зарядить Li-ion аккумулятор 18650, все зарядные устройства для таких элементов питания являются источниками постоянного напряжения 5 В. Они отдают зарядный ток, составляющий порядка 0,5–1 емкости аккумулятора.
  2. Не превышать длительность зарядки. В среднем процесс восстановления заряда длится 3 часа. При более длительном заряде повреждается химическая структура накопителя энергии и происходит его перегрев. «Умные» зарядные устройства имеют автоматическую систему контроля и сами определяют необходимое время подзарядки элементов питания.
  3. Соблюдать полярность – всегда подсоединять плюс к плюсу, а минус к минусу. Не все зарядные устройства способны распознавать корректность подключения элемента питания. Если процесс зарядки пойдет при некорректном подключении аккумулятора, он неизбежно выйдет из строя.
  4. Избегать глубокого разряда аккумулятора и его заряда до максимального значения. Желательно не выходить из диапазона заряда от 25 до 90%. Это поможет продлить срок службы элемента питания. Популярная «прокачка» в виде полных циклов заряд-разряд в данном случае не нужна и даже вредна. Современные Li-ion аккумуляторы обычно имеют защиту от перегрева и перезаряда, но не защищены от потери заряда при использовании устройств при низких температурах. Хранить литий-ионные аккумуляторы рекомендуется в умеренно заряженном состоянии при температуре от +10 до +25 °С.

Зарядные устройства для аккумуляторов типоразмера 18650 бывают различных конфигураций. Например, есть модели с зарядным током 1 А, вмещающие 1 элемент питания, и варианты с несколькими «гнездами», индикатором уровня зарядки, системой безопасности и максимальным напряжением 4,2 В.

Выбираем оптимальный ток заряда

Теперь обсудим, каким током лучше заряжать аккумуляторы 18650. Возможные варианты – 0,5 А и 1 А. При силе зарядного тока 1 А процесс подзарядки проходит быстрее, чем при 0,5 А, но для сохранения эксплуатационного ресурса элементов питания более предпочтителен плавный заряд. Поэтому оптимальный ток заряда – 0,5 А. Если нужно ускорить процесс подзарядки, можно увеличить зарядный ток до 1 А, но без особой необходимости этого делать не стоит.

Для подзарядки литиевых элементов питания желательно использовать оригинальные зарядные устройства, рассчитанные на применение с конкретной моделью аккумулятора. Они четко понимают, какая мощность необходима конкретному элементу питания, и своевременно останавливают процесс зарядки. Что касается силы тока, оригинальные зарядные устройства вначале осуществляют подзарядку сильным током, а ближе к завершению процесса подзарядки уменьшают его. Такой алгоритм помогает избежать перегрева элементов питания и продлить срок их службы.

Предлагаем вам ознакомиться с еще одним познавательным материалом – о том, как правильно заряжать литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи.

Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор и значительно продлить жизнь батареям типа 18650. Каким током заряжать Li-Ion аккумулятор 18650?

У аккумуляторных батарей этого типоразмера несколько важных показателей:

  • емкость (mAh – мА/ч)
  • ток разряда (А)
  • ток заряда (А)
  • максимальное количество циклов разряда

В этой статье я расскажу вам о последнем параметре, и как эти сведения могут помочь вам продлить срок службы ваших батарей.

Шаг 1: Циклы полного разряда

Что такое цикл?

Когда аккумулятор заряжается, а после этого разряжается, это считается одним циклом.

  1. При зарядке литий-ионных 18650 аккумуляторов напряжение поднимается до максимума 4,2 В, потом падает до диапазона между 2 и 3 В, в зависимости от указанного в техническом описании конкретной ячейки предельного напряжения заряда.
  2. Не допускайте меньше 3 В, чтобы сохранить аккумулятору ресурс службы. Это происходит при любом процессе, который требует питания от аккумулятора. На эти процессы требуется ток, который обеспечивает аккумулятор, поэтому он разряжается. Для разряда также можно использовать тестовое оборудование.
  3. Для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей 18650 типоразмера используйте специальное зарядное устройство.
  4. Как высчитывают количество циклов? Максимальное количество циклов полного разряда определяется разницей между емкостью при первом заряде (номинальной) и текущим уровнем заряда. Например, первоначально ваш телефон был заряжался до 3000 мА/ч, а сейчас заряжается до 2900 мА/ч, то есть до 96% от номинальной емкости.
  5. Когда этот показатель опустится до 80%, говорят, что батарея «умерла» (даже если на деле она переживёт еще пару тысяч циклов).
  • У аккумуляторной батареи 3000 мА/ч условная «смерть» наступает при 80% от номинальной емкости.
  • 80% от 3000 – 2400, поэтому, когда емкость аккумулятора упадет до этого значения, она будет считаться «мертвой».
  • Количество циклов полного разряда у аккумуляторных батарей типоразмера 18650
  • Обычно современные аккумуляторы этого типоразмера имеют количество циклов от 300 до 500. Это число может снизиться до 200 от перезаряда или глубокого разряда. Если же уровень заряда упадет ниже минимальной границы (А), число циклов может упасть вплоть до 50.
  • При оптимальных условиях эксплуатации, число циклов вашего аккумулятора может превысить 500.
  • Некоторые умудряются увеличить это число аж до 1000.

Шаг 2: Оптимизируйте температуру

18650 рекомендуют эксплуатировать при температуре 20-25°С.

Отклонение от этих цифр влечет падение способности держать заряд. Отклонение на 10°С уменьшает емкость на 20, а то и 30 мА/ч.

Экстремальные температуры (ниже 0° и выше 70°С) ведут к быстрой деградации. Эксплуатация аккумуляторной батареи при температуре, выходящей за обозначенные границы, быстро испортит батарею.

Никогда не заряжайте батареи при температуре ниже 0, это очень быстро разрушит структуру аккумулятора.

Если во время использования батареи вы заметили, что она нагрелась, дайте ей отдохнуть. При нормальной эксплуатации батарея не нагреется очень сильно, и ее температура никогда не повысится до 60°С. Если она быстро нагревается, значит вы ее слишком нагружаете.

Шаг 3: Не перезаряжайте аккумулятор (свыше 4,2В) и не давайте ему уйти в глубокий разряд (ниже 4,0В)

Если вы больше заботитесь о сохранении числа циклов, а не о емкости, то вы можете не заряжать батарею до конца.

Вместо этого вы можете заряжать ее методом частичной зарядки – когда вы заряжаете ее, к примеру, до 3,8 В вместо положенных 4,2 В.

Вы заметите, что емкость снизилась, но если снизить и нагрузку, то число циклов вашей батареи возрастет. Перезаряд увеличит емкость батареи, но это опасно, и сократит жизнь вашего аккумулятора.

Шаг 4: Уменьшите зарядный ток (Амперы)

Многие зарядные устройства снижают зарядный ток. «Быстрая зарядка» проходит при токе 1 А, или выше. Хотя так батарея заряжается быстрее, она прослужит вам значительно меньше. На графике видно, как зарядный ток влияет на число циклов полного разряда.

Шаг 5: Уменьшите разрядный ток (Амперы)

При разрядке телефона, как уже говорилось выше, вы можете установить предельное напряжение. Но вы также можете установить ампераж тока разряда. Чем выше ампераж, тем меньше в итоге емкость.

Разряд большого тока также уменьшит число циклов разряда. Разряжайте аккумулятор на малом токе, когда это возможность. Все крупные компании-производители электроники обычно испытывают тесты разряда при токе всего лишь 0,5-0,8 А.

Шаг 6: Увеличьте предельное напряжение

Логичным продолжением метода частичной зарядки является частичная разрядка. Цикл частичного разряда, в отличии от цикла полного разряда, малоизвестен. Его преимущество состоит в том, что за счет снижения нагрузки на аккумулятор, увеличивается число циклов зарядки.

Вместо разряда до 2,8 В (или значения, указанного в техническом описании вашей батареи) вы можете разряжать аккумулятор до 3,2 В.

Шаг 7: Немного о химическом составе аккумуляторов

Аккумуляторы работают по-разному в зависимости от химического состава. При оптимальных условиях эксплуатации многие банки 18650 типоразмера могут достичь числа циклов 1000 и даже выше.

Литий-ионные аккумуляторные батареи 18650 типа с наибольшим числом циклов разряда имеют формулу LiFePO4 (литий-железо-фосфатные аккумуляторы).

Как правильно заряжать аккумулятор 18650

В последнее время многие люди начинают интересоваться, как заряжать аккумуляторы 18650 правильно. Здесь существует несколько тонкостей, о которых по какой-то причине забывают люди. Мы же рассмотрим основные нюансы и тонкости, все они помогут правильно заряжать АКБ для электронных сигарет и продлят срок службы в несколько раз.

Как заряжать аккумулятор 18650

Изначально стоит вспомнить, что вообще собой представляют аккумуляторы 18650. Они появились достаточно давно, но были оценены многими производителями. Использовать АКБ такого типа можно:

  • Для фонарей.
  • Радио.
  • Портативных зарядок.
  • Электронных сигарет и других устройств.

Отметим, что самую серьезную популярность они завоевали среди пользователей электронных сигарет. Как правило, люди покупают сразу несколько таких аккумуляторов, дабы их мод постоянно функционировал.

Помимо этого аккумуляторы такого типа можно использовать и в качестве портативного зарядного устройства для мобильных телефонов.

Как правильно выполнять зарядку

Сразу отметим! Заряжать аккумуляторы 18650 можно только специальными зарядными устройствами, которые предназначены для этого.

Выглядит оригинальное зарядное устройство следующим образом:

Вот так выглядит сам аккумулятор 18650:

Основные рекомендации по зарядке:

  1. Стоит всегда помнить о полярности. То есть, минус к минусу, плюс к плюсу. Ведь далеко не все зарядные устройства понимают, то АКБ подключен неправильно. Если он начнется так заряжаться, то неизбежен его выход из строя.
  2. Зарядка начинается от 0,05 Вольта и заканчивается 4,2 Вольта. Если зарядное устройство автоматическое, оно должно выключить питание. Есть и те, кто этого не делает, поэтому стоит постоянно контролировать процесс.
  3. Средняя продолжительность заряда составляет три часа.
  4. Не стоит полностью разряжать аккумулятор и заряжать его до максимума. Оптимально, если разряд держится на уровне 25%, а максимальный не превышает 90%. Это позволит в несколько раз продлить срок службы АКБ.
  5. Сила тока (А). Также очень важно понимать, при какой силе тока заряжается устройство. Возьмем пример по фото: есть возможность заряжать на 1 А и 0,5 А. Если сила тока 0,5, то процесс будет длиться длительное время, а вот 1 позволяет его ускорить. Однако вы должны понимать, что плавный заряд всегда положительно влияет на срок службы 18650.

Какое зарядное устройство использовать

Мы настоятельно рекомендуем использовать только оригинальные зарядные устройства, так как они рассчитаны для определенной модели АКБ. К примеру, оригинальные устройства четко понимают, какая нужна мощность и выключают процесс, если зарядка прошла на максимум.

Также оригинальные устройства подают от начала зарядки сильный ток, а под конец начинают его снижать. В результате ничего не перегревается, и батарея будет служить длительное время.

Как хранить 18650

Часто возникает и другой вопрос у пользователей: как правильно хранить аккумулятор 18650? Здесь вообще сложного ничего нет, есть несколько рекомендаций:

  1. Температура хранения от +10 до +25 градусов.
  2. АКБ должен быть заряжен на 50% не более.
  3. Если емкость полностью разрядилась, ее нужно зарядить, так как это приведет к ее выходу из строя.
  4. При полном заряде хранение не допускается, емкость в этом случае будет меньше.

Видео по теме

Также в сети мы нашли несколько интересных роликов, которые помогут каждому человеку понять общие правила и рекомендации.

Обзор лучших устройств.

Зарядка для 18650 своими руками.

10 простых схем зарядок литий-ионных аккумуляторов и как правильно заряжать

Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

  • с катодом из кобальтата лития;
  • с катодом на основе литированного фосфата железа;
  • на основе никель-кобальт-алюминия;
  • на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Обозначение Типоразмер Схожий типоразмер
XXYY0,
где XX – указание диаметра в мм,
YY – значение длины в мм,
0 – отражает исполнение в виде цилиндра
10180 2/5 AAA
10220 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
10280
10430 ААА
10440 ААА
14250 1/2 AA
14270 Ø АА, длина CR2
14430 Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше
14500 АА
14670
15266, 15270 CR2
16340 CR123
17500 150S/300S
17670 2xCR123 (или 168S/600S)
18350
18490
18500 2xCR123 (или 150A/300P)
18650 2xCR123 (или 168A/600P)
18700
22650
25500
26500 С
26650
32650
33600 D
42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .

Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С — это емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном — чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй этап заряда — это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.

На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.

За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда — т.н. предзаряд.

Предварительный этап заряда (предзаряд) — этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.

На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.

Еще одна польза предзаряда — это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?

Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный — 3400 мА.

2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / Iзар.

Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.

Что такое плата защиты?

Схемы защиты литиевых аккумуляторов от переразряда рассматривались в этой статье.

Плата защиты (или PCB — power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:

В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе DW01 (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.

Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:

Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе («Protected»).

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM — power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда — ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата — это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

Для некоторых схем приводится разводка печатной платы, выполненная в программе Sprint Layout. Скачать 6-ую версию программы можно по .

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 — не менее 1 Ватт.

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет — 11 руб/шт.

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551/MAX1555 — специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем — МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 — сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя — datasheet.

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера — 7 В, при питании от USB — 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА — это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой печатной плате.

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого (посмотреть на цены и афигеть).

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (даташит). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Величина напряжения заряда составляет 4,08 — 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Рекомендую выше 4.2В не подниматься. Если заряжать до 4.1-4.15, в емкости потеряете совсем немного, зато аккумулятор выдержит значительно больше циклов заряд/разряд.

Ток заряда составляет 150 — 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе, так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из даташита:

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

( эту плату в формате *.lay)

Пожалуй, это одна из самых простейших зарядок для литий-ионных аккумуляторов 18650, которую можно сделать своими руками. Подходит и для li-pol батарей.

Если тока в 500 мА недостаточно, что рекомендую обратить внимание на схему с TP4056.

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. описание микросхемы). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1000/R. Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.

Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод «через выводы» — делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено «земляной» фольги, тем лучше.

Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).

Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая — нет (нужно отдельно раскачивать).

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. datasheet), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).

Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:

Схема реализует классический процесс заряда — сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:

  1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
  2. Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
  3. Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при Rprog = 1.2 кОм);
  4. При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
  5. При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
  6. После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/Rprog. Допустимый максимум — 1000 мА.

Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:

Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5…8 вольт. Чем ближе к 4.5В — тем лучше (так чип меньше греется).

Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.

Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.

Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда (, например, можно выбрать какая плата вам нужна — с защитой или без, и с каким разъемом).

Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).

LTC1734

Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором Rprog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).

Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.

Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в даташите на LTC1734 сказано, что вывод «4» (Prog) имеет две функции — установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное — это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).

Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.

Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток — плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).

MCP73812

Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip — MCP73812 (см. даташит). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес — всего один резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе — SOT23-5.

Единственный минус — сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).

В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 — очень неплохой вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение — NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).

Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.

Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:

  1. Минимальное количество деталей обвеса.
  2. Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
  3. Определение окончания зарядки.
  4. Программируемый зарядный ток — до 1000 мА.
  5. Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
  6. Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора Ст, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).

Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.

Более подробное описание находится в даташите.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора — это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

Ur = 5 — 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

Pr = I2R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

Iзар = (Uип — 4.2) / R = (5 — 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение — электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в этой статье.

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion — это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП — практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос — НИКАК.

Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.

Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 — это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.

О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.

Где покупать микросхемы?

Можно, конечно, купить в Чипе-Дипе, но там дорого. Поэтому я всегда беру в одном очень секретном магазине)) Самое главное, правильно выбрать продавца, тогда заказ придет быстро и наверняка.

Для вашего удобства, я собрал самых надежных продавцов в одну таблицу, пользуйтесь на здоровье:

наименование даташит цена
LM317 5.5 руб/шт. Купить
LM350 11 руб/шт. Купить
MAX1555 105 руб/шт. Купить
LP2951 9.5 руб/шт. Купить
MCP73831 8 руб/шт. Купить
LTC4054 3 руб/шт. Купить
TP4056 4 руб/шт. Купить
LTC1734 42 руб/шт. Купить
TL431 85 коп/шт. Купить
MCP73812 65 руб/шт. Купить
NCP1835 83 руб/шт. Купить
*Все микросхемы с бесплатной доставкой

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *