Як правильно заряджати літій-іонний акумулятор: як зібрати літієвої батареї своїми руками

1. Небезпека перезаряда літієвих елементів
2. Як знайти батарею з захистом?
3. Про балансуванню елементів літієвий акумулятор
4. Про ємності літієвих акумуляторів
5. Як з'єднати літієві батарейки?

Спочатку літій іонні батареї призначалися для мобільних пристроїв будь-то телефони, фотоапарати, відеокамери, ноутбуки, але в останнє десятиліття випуск літієвих акумуляторів налагоджений і більшістю автовиробників.

Тоді навіщо збирати самому, якщо можна купити готовий акумулятор? Є достатньо причин:

• зібрані на заводі літієві акумуляторні батареї - невиправдано дорогі;
• дуже важко знайти відповідний за габаритами акумулятор для мотоцикла, автомобіля;
• якщо зібрана батарея влізе з запасом в установче місце, то у неї буде нижче ємність.

Своїми руками можна зібрати батарею з окремих елементів, яка буде обмежена лише енергощільність і ціною за ват-година, в залежності від типу обраних елементів:

1. NiMH - нікель металгідридні;
2. Li-ion - літій іонні;
3. Li-pol - літій полімерні;
4. LiFePO4 - літій залізо-фосфатні;
5. Lead-Acid - свинцево-кислотні.

Небезпека перезаряда літієвих елементів

З літієвими елементами потрібно звертатися обережно, оскільки в них зосереджена велика енергія на малу площу при повному заряді. Тому вже давно в продажу є захищені Li-ion і Li-pol батарейки.

Ще в 1991 році компанія Sony звернула увагу на вибухонебезпечність Li-ion елементів. В даний час всі без винятку акумулятори намотуються з двошаровим сепаратором між пластинами, щоб виключити ризик внутрішнього короткого замикання. Всі фірмові батарейки забезпечені платою захисту на польовому транзисторі, яка відключає їх в наступних випадках:

1. Акумулятор надмірно розряджений - нижче 2,5 В.
2. Перезаряджаючи - понад 4,2 В.
3. Поданий занадто великий струм заряду - більш 1С (С є ємністю акумулятора в Ач).
4. Коротке замикання.
5. Перевищено струм навантаження - понад 5С.
6. Неправильна полярність при заряді.

Для додаткової підстраховки служить термопредохранитель, який розмикає ланцюг при перегріванні літієвого елемента понад 90 ° C.

Як знайти батарею з захистом?

Літієві акумулятори випускаються в побутовому і технологічному виконанні. Батарейки для побутового використання мають міцний пластмасовий корпус і вбудовану електронну захист. Технологічні елементи, призначені для промислового використання, найчастіше випускаються в бескорпусном вигляді і не мають вбудованої захисту.

1. Захищені акумулятори мають слово «protected» в назві, незахищені - «unprotected».
2. Батарейки з захистом довше звичайних на 2-3 мм через плати, яка встановлюється на торці біля мінусового полюса.
3. Ціна на батарейки з захистом при однаковій ємності завжди вище, адже плата з електронними компонентами теж коштує грошей.

Плюсовій полюс батарейки обов'язково з'єднується із захисною платою тонкої платівкою, інакше захист працювати не буде.

Про балансуванню елементів літієвий акумулятор

При послідовному з'єднанні окремих елементів їх напруги сумуються, а ємність залишається тією ж. Навіть з однієї серії батарейки мають різні характеристики, тому заряджаються вони з різною швидкістю. Наприклад, при заряджанні до сумарного напруги 12,6 В елемент посередині може перезарядитися до 4,4 В, що небезпечно його перегрівом.

Щоб не відбувалося надмірного перезаряда незахищених елементів, застосовуються балансувальні шлейфи, що підключаються до спеціальних зарядних пристроїв, наприклад: iMAX B6 і Turnigy Accucel-6.

Кожна Li-ion і Li-pol акумуляторна батарейка побутового призначення має найдосконалішу захист від перенапруг, у вигляді схеми контролю напруги, ключа на польовому транзисторі і термозапобіжника.

Балансування захищених елементів не потрібно, оскільки при зростанні напруги на якомусь із них до 4,2 В, зарядка гарантовано перерветься.

При складанні батареї з елементів без захисту є вихід з положення - поставити одну плату контролю напруги на все батарейки, наприклад, з'єднавши їх за схемою 4S2P - 4 послідовно, 2 паралельно.

Також не потрібна балансування паралельно з'єднаних елементів.

При паралельному з'єднанні батарейок їх напруга залишається тим самим, а ємності підсумовуються.

Про ємності літієвих акумуляторів

Ємність - здатність акумулятора віддавати струм, яка вимірюється в міліампер годину (мАг) або ампер годину (Ач). Наприклад, батарейка ємністю в 2 Ач зможе віддавати струм в 2 A одну годину, або в 1 A дві години. Але ця залежність струму від часу підключення навантаження не лінійна - в певній точці графіка при збільшенні струму вдвічі час роботи батареї знижується вчетверо. Тому виробники завжди вказують ємність, вирахувану при розряді акумулятора надмірно малим струмом в 100 мА.

Кількість енергії залежить від напруги акумулятора, тому нікель металгідридні елементи при однаковій ємності мають в 3 рази меншу енергоємність, ніж літій іонні:

• NiMH - 1,2 В * 2,2 Ач = 2,64 ват-години;
• Li-ion - 3,7 В * 2,2 Ач = 8,14 ват-години.

При пошуку та купівлі акумуляторних батарей віддавайте перевагу відомим фірмам, таким як Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Батарейки цих виробників мають ємність найбільш відповідну тієї, що вказана на їх корпусі. Напис 2600 мА на елементах Sanyo не сильно відрізняється від їхньої справжньої ємності в 2500-2550 мА. Підробки китайських виробників з хваленої ємністю в 4200 мА не дотягують і до 1000 мА, зате ціна на них в два рази нижче японських оригіналів.

Як з'єднати літієві батарейки?

Для складання акумулятора з літієвих батарей можна застосовувати:

1. пайку;
2. з'єднувальні коробки;
3. неодимові магніти;
4. точкове зварювання .

Пайку при заводській збірці застосовують вкрай рідко, так як літієвий елемент руйнується від нагрівання, втрачаючи при цьому частину своєї ємності. З іншого боку, в домашніх умовах пайка буде оптимальним способом з'єднання батарейок, оскільки навіть мізерна опір на контактах значно знизить сумарне напруга на загальних клемах. Користуватися потрібно потужним паяльником на 100 Вт, і доторкатися ним до літієвим батареям не більше ніж на дві секунди.

Потужні рідкоземельні магніти покриваються шаром нікелю або цинку, тому їх поверхня не окислюється. Ці магніти забезпечують прекрасний контакт між батарейками. Якщо захочете припаяти проводок до магніту, не забувайте про температуру Кюрі, понад яку будь-який магніт стає камінчиком. Орієнтовно допустима температура для магнітів становить 300 ° С.

Якщо користуватися коробкою для з'єднання акумуляторів, то стає очевидним великий плюс, оскільки так легше буде підібрати батарейки по напрузі або поміняти зіпсований елемент.

Точкове зварювання - найкращий спосіб з'єднання літієвих елементів, який використовується при складанні батарей для ноутбуків.

Купувати готовий літієвий акумулятор для машини або мотоцикла невигідно, коли його можна зібрати самому за більш низьку ціну. Можна заощадити до 70 доларів, якщо не купувати нову батарею ноутбука, а самостійно замінити в ній елементи.

Про економію при складанні потужних літієвих батарей для харчування електроавтомобілів або систем автономного електропостачання будинку судити важко, так як в цих випадках присутні додаткові витрати на обладнання управління та контролю.

Автор: Віталій Петрович. Україна, Лисичанськ.