какое напряжение должно быть на аккумуляторе 18650 при полном заряде
Все, что вы хотели знать о Li-Ion аккумуляторах, но боялись спросить (часть 1).
Сейчас на рынке представлено огромное разнообразие Li-Ion аккумуляторов различных марок, как с защитой, так и без. Взрывной рост их популярности пришелся на 2008-2010гг., когда на рынке появились большое количество мощных светодиодных фонарей в зарубежных интернет-магазинах.
Но, стоит признать, что, до сих пор, для большинства пользователей, этот тип элементов питания является достаточно новым и незнакомым. Чтобы не запутаться во всем этом многообразии мы хотим вам дать несколько советов, чтобы помочь определиться, какой именно литиевый аккумулятор вам необходим (защищенный-незащищенный) и как не купить откровенно некачественный товар.
Что нужно знать при использовании Li-Ion аккумуляторов.
В силу технологии Li-Ion аккумуляторы имеют ряд ограничений, которые необходимо соблюдать в процессе эксплуатации.
Это:
• максимальное напряжение (напряжение перезаряда) не должно превышать 4,25-4,35В
• минимальное напряжение (напряжение переразряда) не должно быть ниже 2,2-2,5В
• ток разряда не должен превышать 2ух-кратное значение емкости (2С): т.е. для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток разряда не должен быть выше 4400мА, а обладателя емкости в 3100мАч можно смело разряжать током до 6200мА. Есть особые типы высокомощных Li-Ion аккумуляторов, которые предназначены для работы с большими разрядными токами, превышающими величину их емкости в 5-10 раз.
• ток заряда не должен быть выше половины значения емкости аккумулятора (0,5С).
По аналогии с током разряда для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток заряда не должен быть выше 1100мА, а аккумулятор с емкостью 3100мАч можно зарядить током в 1550мА.
• Li-Ion аккумулятор НЕ ЗАРЯЖАЕТСЯ при минусовой температуре, но достаточно спокойно относится к работе на морозе с небольшой потерей емкости. Т.е. зарядили аккумулятор дома, пошли, — поработали на улице, потом, опять, принесли заряжать аккумулятор домой. Это утверждение вы можете проверить в действии на вашем смартфоне или фотоаппарате/видеокамере, — там стоит такой же литиевый аккумулятор, только в другом типоразмере.
• Незащищенные аккумуляторы нельзя паять. Если вы хотите собрать из отдельных аккумуляторов большую батарею,
то следует учитывать, что Li-Ion аккумуляторы очень не любят перегрева, а при попытке припаять провод к контакту аккумулятора вы, скорее всего, его перегреете.
Поэтому собирают аккумуляторные батареи с помощью контактной сварки и специальной ленты.
Опять же, для обслуживания такой батареи вам понадобится контроллер,
который будет следить за процессами заряда-разряда аккумуляторов.
Но, перейдем от теории к практике и попробуем дать ответы на самые распространенные вопросы, которые возникают у покупателей при выборе Li-Ion аккумулятора.
1. Защищенный или нет.
Как мы уже говорили, Li-Ion аккумуляторы должны работать в диапазоне напряжений 4,2-2,5В. Для того, чтобы в процессе работы напряжение на АКБ не выходило за пределы этого диапазона на минусовой контакт незащищенного Li-Ion АКБ (их еще называют «ячейка») ставят небольшую электронную плату защиты (зачастую, она именуется просто «защита»).
Именно эта плата обеспечивает работу ячейки в допустимом диапазоне напряжений, предохраняет от перегрузки по току и от короткого замыкания.
Плата защиты приваривается стальной лентой к контактам аккумулятора
и весь этот «бутерброд», упаковывается в термо-пленку с обозначение бренда и емкости (как реальной так и совершенно бредовой, в некоторых случаях).
Из-за платы защищенные аккумуляторы на пару миллиметров длиннее своих незащищенных сородичей и на 0,5 мм толще.
А, так как, качественная Li-Ion ячейка имеет длину 65мм, то защищенный Li-Ion АКБ вырастает в длине до 68-70мм. Такие аккумуляторы могут обозначаться типоразмером 18700 (где первые две цифры это диаметр в мм., а вторые две- длина). Это надо учитывать при выборе аккумулятора, — сможет ли такой аккумулятор влезть, к примеру, в ваш фонарь или зарядное устройство.
PS. На некоторых зарядных устройствах для Li-Ion аккумуляторах производители заранее указывают, что их продукт может заряжать аккумуляторы типоразмера вплоть до 18700.
Защищенные аккумуляторы можно применять в любых устройствах, которые расчитаны на работу с Li-Ion источниками питания и не имеют встроенного контроллера заряда-разряда. В настоящее время основными потребителями защищенных АКБ являются светодиодные фонари, так как именно такие аккумуляторы способны обеспечить питанием мощные светодиоды в течении продолжительного времени.
Так же, защищенные аккумуляторы находят все большее распространение в разнообразной маломощной бытовой электронике, которая работает от одного-двух АКБ.
При необходимости собрать более серьезный источник питания прибегают к изготовлению аккумуляторных батарей. Тут уже в ход идут только незащищенные аккумуляторы.
Такие батареи стоят в большинстве современных ноутбуках, в электроинструменте, фото-видео технике, электровелосипедах и т.д. Управляет такими батареями специальный контроллер, который следит за напряжением на каждом отдельном аккумуляторе в батарее и необходимости в индивидуальных платах защиты нет.
Подитог: если у вас светодиодный фонарь, с вероятностью 99% вам необходим защищенный аккумулятор. Если вы хотите отремонтировать батарею в ноутбуке или в шуруповерте или просто вам нужна БАТАРЕЯ из LI-Ion аккумуляторов, то вам необходимы именно незащищенные АКБ.
Часть 2
Аккумулятор 18650: как заряжать и каким током
Мы уже не представляем свою жизнь без беспроводных девайсов – смартфонов, ноутбуков, ручного электроинструмента, светодиодных фонарей и других портативных устройств.
Для бесперебойной работы устройств, облегчающих быт и увеличивающих нашу мобильность, нужны независимые источники энергии, обеспечивающие длительное время автономной работы – батарейки или аккумуляторы.
Немного о литий-ионных батарейках
Литий-ионные аккумуляторы – одни из самых долговечных источников энергии для мобильных устройств и электроприборов, используемых нами.
Основные достоинства литий-ионной технологии:
Принцип работы литий-ионных аккумуляторов – накопление энергии происходит при прохождении ионов лития от анода к катоду через электролит, при разряде идет превращение химической энергии в электрическую, питающей различные устройства.
В литий-ионных АКБ катод изготовлен из солей лития, анод из графита, сепаратор пропитан электролитом в виде органического раствора солей лития.
Выполняются такие АКБ в двух модификациях со строгим соблюдением герметичности:
Справка: Нарушение герметичности корпуса ведет к выходу аккумулятора из строя.
Характеристики батарейки 18650
Один из самых распространенных типов АКБ, применяемых в быту для обеспечения работы ноутбуков, электроинструмента, светодиодных фонарей – аккумулятор 18650:
По внешнему виду литий-ионный аккумулятор 18650 напоминает привычную всем «пальчиковую» батарейку, незначительно превышая ее в размерах.
Технические характеристики аккумулятора зависят от типа электролита, материала катода и находятся в пределах величин:
Справка: Точные параметры указываются производителем на упаковке изделия.
Типы батарей 18650
В зависимости от материала, используемого для изготовления катода, существуют три типа элементов 18650, сведения о которых нанесены на корпус в виде маркировки.
Литий-кобальтовые
Катод изготовлен из оксида лития-кобальта LiCoO2 – характеризуется большой энергоемкостью при средних показателях силы тока.
Срок службы не превышает 500 циклов.
Внимание! Принудительный быстрый заряд или подключение устройств, которые могут быстро разряжать литий-кобальтовый элемент, ведет к возгоранию электролита и разрушению батареи.
Литий-марганцевые
Катод изготовлен из литий-марганцевой шпинели LiMn2O4 – обеспечивает быструю зарядку и высокое значение силы тока разряда до 20-30 А.
Срок службы до 1000 циклов.
Литий-железо-фосфатные
Катод изготовлен из LiFePO4 – характеризуется ровным графиком тока разряда, самой низкой емкостью из линейки 18650 и безопасны в применении.
Срок службы до 2000 циклов.
Общие требования к зарядке аккумуляторов 18650
Аккумулятор как заряжать методом CC/CV – постоянный ток/постоянное напряжение:
Внимание! Необходимо строго соблюдать полярность, иначе при заряде литиевый элемент выйдет из строя: «минус» батареи – плоский, «плюс» имеет несколько отверстий и немного выступает.
Каким током заряжать li-ion аккумулятор 18650
Оптимальный ток заряда – 0,5 А.
Допускается увеличение тока заряда до 1 А – уменьшает время зарядки аккумулятора, однако для сохранения эксплуатационного ресурса благоприятнее плавный заряд.
Сколько заряжается аккумулятор 18650
Время зарядки не более трех часов – ускоренную зарядку применяют в экстренных случаях.
После окончания зарядки аккумулятор отключается от зарядного устройства – долгое нахождение литий-ионных элементов под повышенным напряжением приводит к негативным изменениям электролита и снижает емкость аккумулятора.
Как зарядить аккумулятор 18650 без зарядного устройства в домашних условиях
Иногда возникает вопрос – как заряжать литий-ионный аккумулятор 18650 подручными средствами, когда заводского зарядного устройства нет под руками.
Как зарядить аккумулятор 18650 зарядкой от телефона
Используем блок питания от кнопочного телефона:
Как сделать зарядку для аккумулятора 18650
Простейшее зарядное устройство для аккумулятора 18650 можно сделать самостоятельно на основе ТР 4056 – модуля заряда с линейным зарядом тока и напряжения.
Схема подключения простая – ток заряда задается всего одним резистором.
Для зарядки используется сетевой адаптер или USB-порт любого устройства.
Процесс заряда можно отследить по светодиодам:
Важно! Для продления срока службы литий-ионного элемента оптимальный заряд в пределах 25-90 %.
Что делать, если 18650 не заряжается
Ситуация, когда батарея не заряжается, возникает после долгого хранения литий-ионных элементов или их переохлаждения.
Контроллер питания отключает банки аккумулятора от клемм при падении напряжения ниже допустимого уровня 2,4 В – измеренное напряжение на клеммах нерабочего аккумулятора 0 В.
Поднять напряжение на аккумуляторе и ограничить предельный ток можно включением резистора в цепь, собрав схему из телефонного блока питания с током выше 0,1 А, резистора на 300-1000 Ом мощностью 0,5-1 Вт и вольтметра. Включаем на одну-две минуты ЗУ в сеть – контролируем напряжение, после того как оно достигнет 3 В, отключаем схему и ставим аккумулятор на зарядку.
Внимание! Проверяем 18650 во время всего процесса заряда, при нагреве сразу отключаем зарядку – сильно греющийся при заряде элемент восстановлению не подлежит.
Как проверить батарейку 18650 на работоспособность
Мультиметром измеряем напряжение – элемент 18650 работоспособен при напряжении на клеммах от 2,4 В до 4,1 В, при снижении напряжения ниже 2,9 В батарея нуждается в зарядке.
Определить емкость 18650 можно замером времени полностью заряженного питания инструмента, например, шуруповерта. Если реальный замер времени меньше указанного на корпусе, элементы нуждаются в зарядке.
Ремонт аккумулятора 18650
Существует два эффективных метода восстановления работоспособности элементов:
Важно! Восстановление работы 18650 методом параллельного заряда и разряда опасно из-за высокой взрывоопасности водорода и лития.
Чем заменить аккумуляторную батарейку 18650
Аналогов элементов 18650 не существует, но можно в светодиодных фонарях использовать три батарейки класса ААА (через переходник). Напряжение одного элемента 18650 3,7 В близко к суммарному напряжению трех батареек 4,5 В, но светить фонарик будет тускло и недолго – емкость батареек значительно меньше аккумуляторного элемента.
Какое напряжение Li-ion-аккумулятора лучше: 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В?
Какое значение лучше выбирать по напряжению Li-ion-аккумулятора в смартфоне? Ведь вариантов немало: 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В.
Напряжение на аккумуляторе указывается двух типов:
Цифра в значении напряжения зависит от конструкции и типа электрохимической системы литиевого элемента. Узнайте, есть ли разница, и какие элементы лучше для надёжности, срока службы, быстрой зарядки и так далее.
Что означает напряжение Li-ion-аккумулятора смартфона «3,7В / 4,2В»?
Типовой вариант литий-ионных (и литий-полимерных) аккумуляторов с кобальтовым катодом (LCO) имеет напряжение на элемент:
Вот, как это напряжение влияет на работу литий-ионного аккумулятора:
Сильно разряженный Li-ion-аккумулятор выключается после срабатывания защиты по нижнему порогу напряжения — размыкается цепь. Восстановить можно. Правда, понадобится специальное оборудование. И результат получится со значительной потерей ёмкости (глубокий разряд).
Исконно-номинальное значение напряжения Li-ion-аккумулятора 3,6В — до 3,7В его увеличили в маркетинговых целях за счёт понижения внутреннего сопротивления.
Диапазон напряжений 3,7-4,2В (рабочий ещё шире: 2,75В-4,2В) используется в литий-ионной технологии повсеместно (в элементах 18650, аккумуляторы в смартфонах, смарт-часах, планшетах, ноутбуках, электроинструменте, электротранспорте). Но встречаются и другие варианты.
Какое напряжение литий-ионного аккумулятора лучше?
Увеличение напряжения от штатных 3,6В добавляет мощности аккумулятору и увеличивает максимальную ёмкость при заряде выше 4,2В.
Однако перезаряд плохо сказывается на сроке службы и безопасности ячейки. Требуются другие материалы, более дорогое производство, чтобы снизить негативный эффект. Новые модели смартфонов могут предложить такие технологии, но стоят ли они усилий и переплаты?
Отличия, которые скрывают цифры по напряжению Li-ion-аккумулятора
Первое значение соответствует номинальному и указывается обязательно на всех ячейках. Второе значение указывается либо рядом, либо где-нибудь в описании характеристик на стикере с информацией. Притом найти его удаётся не всегда на корпусе ячейки (в таком случае считается, что оно штатное для технологии — 4,2В).
3,6В / 4,2В
Традиционные аккумуляторы (обычно с кобальтовым катодом). Исконные значения технологии Li-ion и Li-ion Polymer.
3,7В / 4,2В
Современный и наиболее распространённый вариант достигнут в маркетинговых целях («3,7В больше 3,6В») с небольшой доработкой материалов катода и анода (снижено внутреннее сопротивление).
3,75В / 4,2 или 4,25В
Компромисс между долговечностью, ёмкостью и мощностью, которым пользуются производители во флагманских и популярных моделях. Чтобы достичь большего максимального напряжения при заряде 4,25В поверхность катода покрывается специальными материалами (от грубого нанесения до структурного перекрытия оболочкой), разрабатываются добавки к электролиту.
3,8-3,85В / 4,35-4,4В
Новейшие разработки материалов (тонкоплёночные покрытия катода и добавки в электролит) позволяют заряжать аккумуляторы до 4,35 (+/-0,05В). Это увеличивает мощность (например, полезно для электромотора) и ёмкость (время автономной работы).
Они называются высоковольтовые элементы (LiHV или High Voltage Li-ion, например, HV-LIPO). Из особых требований — поддержка 4,4В со стороны зарядного устройства (должно быть правильно настроено по напряжению полной зарядки для дополнительной ёмкости).
Заряд до такого высокого напряжения, как 4,4В плохо влияет на долговечность. Даже с использованием новейших технологий защиты электродов от чрезмерного износа производитель получает ячейки, в которых уменьшается максимальное число циклов заряд-разряд. Для их работы требуются более ответственные меры, чтобы изделие соответствовало стандартам безопасности.
Интересно, что в Datasheet литий-ионных аккумуляторов 3,85В / 4,4В тестирование демонстрирует более экстремальный заряд до 4,6В. Это ещё сильнее увеличивает ёмкость и мощность.
Однако инженеры отмечают, что для безопасности заряда до такого высокого напряжения следует строго следить за повреждениями и вздутием. Если они есть, то так сильно заряжать нельзя, опасно.
Ответы на частые вопросы по напряжению Li-ion-аккумулятора
Срок службы батареи Li-ion согласован с моральным устареванием модели смартфона. В связи с этим фактом, короткий цикл жизни элемента питания с точки зрения производителей вполне приемлем. Почему бы и не увеличить циферку в ёмкости пусть и немного за счёт срока службы?
На практике мы сталкиваемся с определёнными эффектами при использовании разных напряжений аккумуляторов в одном и том же смартфоне. Возникают популярные вопросы, на которых хотелось бы дать краткие ответы.
Вопрос 1: Напряжение 4,35В или 4,4В действительно лучше, чем 4,2В?
Ответ: Да, это даст больше ёмкости на первые 50-100 полных циклов заряд-разряд (и мощности, например, для мотора в электроинструменте). Далее у двух аккумуляторов 4,35В и 4,2В ёмкость фактически сравняется — «карета превратится в тыкву». В теории срок службы аккумулятора, который продолжают перезаряжать выше 4,2В, будет меньше. Но если не заряжать его выше 80%, то, вероятно, он прослужит даже больше [тезис аргументирован, но требует практических испытаний].
Вопрос 2: Стоит ли искать только аккумуляторы с напряжением 4,2В?
Ответ: Нет, основывать свой выбор только на этой характеристике не стоит. Вы получите аккумулятор со сроком службы 500 полных циклов (на 100-150 циклов больше в сравнении с 4,4В), но с учётом быстрого морального устаревания смартфонов это преимущество может быть совершенно неважно (составит всего несколько месяцев от двух-трёх лет).
Вопрос 3: Есть ли разница между аккумуляторами 3,6В и 3,7В?
Ответ: Есть, но она фактически незаметна. Отличается внутреннее сопротивление, которое критично при определённых экстремальных обстоятельствах.
Вопрос 4: Есть ли разница между аккумуляторами 3,85В и 3,75В?
Ответ: Есть, и довольно большая. Отличаются технологии производства и применения материалов для катода, анода и электролита. Они влияют на максимальный заряд, в том числе дают возможность безопасно заряжать до 4,4В (требуется соответствующая поддержка на заряднике). Это в свою очередь увеличивает максимальную ёмкость (Wh = Ah * V или Вт·ч = А·ч * В).
Вопрос 5: Есть ли разница между аккумуляторами 3,7В и 3,75В?
Ответ: Есть, и она практически незаметна, если производитель не указал максимальное напряжение 4,35В (тогда отличия будут, как в вопросе 4). Обычно на аккумуляторе 3,75В это значение не указывают (тогда считается 4,2В), реже вписывают «измеренное» максимальное напряжение 4,25В — является по сути маркетинговым ходом.
Вопрос 6: Есть ли ещё информация? Я не нашёл напряжение, которое указано на моём аккумуляторе.
Ответ: Могут встречаться промежуточные значения, вроде «3,82В». Это некие «измеренные» («rated voltage») цифры по номинальному напряжению после увеличения максимального напряжения заряда до 4,4В. Достаточно придерживаться указанной выше вилки, чтобы понимать разницу. Кратные напряжения, например, 11,1В говорят о составе батарейного блока из трёх подключённых между собой аккумуляторов 3,7В (3шт x 3,7В = 11,1В).
Напряжение Li-ion аккумулятора — это важная для инженеров характеристика, которую учитывают при концептуальное разработке коммерческого продукта (например, смартфона, планшета, электродрели). Параметры применения литий-ионной ячейки зависят от её максимального напряжения при зарядке, что достигается разными технологическими решениями.
Сейчас актуальны две разновидности максимального напряжения Li-ion:
Номинальное напряжение 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В, указанное на корпусе аккумулятора по сути не влияет на срок службы, если максимальное напряжение одинаковое (4,2В). Но может говорить о разных материалах, применяющихся для катода, анода и электролита.
Все утверждения, которые мы привели в этой статье, основаны на расчётах, исследованиях и тезисах Battery University. В ходе своей работы мы опирались на собственный опыт производства аккумуляторов литий-ионного типа в компании Neovolt.
Для дальнейшего самостоятельного изучения рекомендуем обратиться к научному исследованию: «Практическая оценка литий-ионных аккумуляторов» [опубликовано в ScienceDirect] — эта работа входит в национальную программу ключевых исследований и разработок Китая (грант №2016YFB0100100 )
Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
Каким током заряжать Li-ion аккумулятор 18650
Статья обновлена: 2021-10-16
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:
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.