Ювелирное обозрение

Литиевые аккумулятор (Li-Io, Li-Po) являются самыми популярными на данный момент перезаряжаемыми источниками электрической энергии. Литиевый аккумулятор имеет номинальное напряжение 3.7 Вольт, именно оно указывается на корпусе. Однако, заряженный на 100% аккумулятор имеет напряжение 4.2 В, а разряженный “в ноль” – 2.5 В, вообще нет смысла разряжать аккумулятор ниже 3 В, во-первых, он от этого портится, во-вторых, в промежутке от 3 до 2.5 В аккумулятор отдаёт всего пару процентов энергии. Таким образом, рабочий диапазон напряжений принимаем 3 – 4.2 Вольта. Мою подборку советов по эксплуатации и хранению литиевых аккумуляторов вы можете посмотреть вот в этом видео

При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется BMS (Battery Monitoring System), она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки, об этом речь пойдёт ниже. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда, я напомню, литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково, иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно использовать аккумуляторы с разной емкостью. Единственное исключение – работа при больших токах. На разных аккумуляторах под нагрузкой по-разному просаживается напряжение, и между “сильным” и “слабым” акумом начнёт бежать ток, а этого нам совсем не нужно. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели, то есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать.

В обоих рассмотренных случаях нужно соблюдать ток зарядки и ток разрядки. Ток зарядки для Li-Io не должен превышать половины ёмкости аккумулятора в амперах (аккумулятор на 1000 mah – заряжаем 0.5 А, аккумулятор 2 Ah, заряжаем 1 А). Максимальный ток разрядки обычно указан в даташите (ТТХ) аккумулятора. Например: ноутбучные 18650 и аккумы от смартфонов нельзя грузить током, превышающим 2 ёмкости аккумулятора в Амперах (пример: акум на 2500 mah, значит максимум с него нужно брать 2.5*2 = 5 Ампер). Но существуют высокотоковые аккумуляторы, где ток разряда явно указан в характеристиках.

Промежуточным вариантом является переключение аккумуляторов из последовательного соединения в параллельное (для зарядки), что подробно рассмотрено в видеоролике ниже, а все схемы и ссылки на переключатели вы найдёте вот здесь https://alexgyver.ru/18650/

Автор: Александр AlexGyver

Важно! Если вы хотите заряжать аккумулятор меньшей емкости (например одну старую банку на 900mah или крошечный литиевый пакетик на 230mah), то зарядный ток 1А это много, его следует уменьшить. Это делается заменой резистора R3 на модуле согласно приложенной таблице. Резистор необязательно smd, подойдет самый обычный. Напоминаю, что зарядный ток должен составлять половину от емкости аккумулятора (или меньше, не страшно).

Но если продавец говорит, что этот модуль для одной банки 18650, можно ли им заряжать две банки? Или три? Что если нужно собрать емкий пауэрбанк из нескольких аккумуляторов?
МОЖНО! Все литиевые аккумуляторы можно подключать параллельно (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕМКОСТИ. Спаянные параллельно аккумуляторы сохраняют рабочее напряжение 4,2v а их емкость складывается. Даже если вы берете одну банку на 3400mah а вторую на 900 – получится 4300. Аккумуляторы будут работать как одно целое и разряжаться будут пропорциональной своей емкости.
Напряжение в ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ сборке ВСЕГДА ОДИНАКОВО НА ВСЕХ АККУМУЛЯТОРАХ! И ни один аккумулятор физически не может разрядиться в сборке раньше других, здесь работает принцип сообщающихся сосудов. Те, кто утверждают обратное и говорят что аккумуляторы с меньшей емкостью разрядятся быстрее и умрут – путают с ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ сборкой, плюйте им в лицо.
Важно! Перед подключением друг к другу все аккумуляторы должны иметь примерно одинаковое напряжение, чтобы в момент спаивания между ними не потекли уравнительные токи, они могут быть очень большими. Поэтому лучше всего перед сборкой просто зарядить каждый аккумулятор по отдельности. Разумеется время зарядки всей сборки будет увеличиваться, раз вы используете все тот же модуль на 1А. Но можно спараллелить два модуля, получив зарядный ток до 2А (если ваше зарядное устройство может столько дать). Для этого нужно соединить перемычками все аналогичные клеммы модулей (кроме Out- и B+, они продублированы на платах другими пятаками, уже и так окажутся соединенными). Либо можно купить модуль (ссылка на Aliexpress), на котором микросхемы уже стоят в параллель. Этот модуль способен заряжать током в 3 Ампера.

Простите за совсем очевидные вещи, но люди по-прежнему путают, поэтому придется обсудить разницу между параллельным и последовательным соединением.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ соединение (все плюсы к плюсам, все минусы к минусам) сохраняет напряжение аккумулятора 4,2 вольта, но увеличивает емкость, складывая все емкости вместе. Во всех пауэрбанках применяется параллельное соединение нескольких аккумуляторов. Такая сборка по-прежнему может заряжаться от USB и повышающим преобразователем напряжение поднимается до выходных 5v.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ соединение (каждый плюс к минусу последующего аккумулятора) дает кратное увеличение напряжения одной заряженной банки 4,2в (2s – 8,4в, 3s – 12,6в и так далее), но емкость остается прежняя. Если используются три аккумулятора на 2000mah, то емкость сборки – 2000mah.
Важно! Считается что для последовательной сборки священно обязательно нужно использовать только аккумуляторы одинаковой емкости. На самом деле это не так. Можно использовать разные, но тогда емкость батареи будет определяться НАИМЕНЬШЕЙ емкостью в сборке. Складываете 3000+3000+800 – получаете сборку на 800mah. Тогда спецы начинают кукарекать, что тогда менее емкий аккумулятор будет быстрее разряжаться и умрет. А это неважно! Главное и действительно священное правило – для последовательной сборки всегда и обязательно нужно использовать плату защиты BMS на нужное количество банок. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. В случае с банкой на 800 она и разрядится, БМС отключит нагрузку от батареи, разряд остановится и остаточный заряд по 2200mah на остальных банках уже не будет иметь значения – нужно заряжаться.

Плата BMS в отличии от одинарного зарядного модуля НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ последовательной сборки. Для зарядки нужен настроенный источник нужного напряжения и тока. Об этом Гайвер снял видео, поэтому не тратьте время, посмотрите его, там об этом максимально досконально.

Можно ли паять аккумуляторы 18650?

При сборке нескольких ячеек для ноутбука или в состав большой батареи (под различные цели обеспечении автономности вплоть до транспортных средств) ставится задача по соединению аккумуляторов 18650. И одним из вариантов многие любители DIY-поделок рассматривают пайку.

Запомните, литий-ионные аккумуляторы (18650 и любые другие Li-Ion) при нагреве от паяльной станции (и даже маломощного паяльника) разрушаются в своей структуре и безвозвратно теряют часть ёмкости!

То есть паять аккумуляторы 18650 не следует без крайней необходимости. Либо вам придётся мириться с изменением химического состава и ухудшением характеристик. Кроме того, место соединения с помощью пайки ненадёжно в случае перегрева элемента питания. Метол непрактичен и для компактной сборки из-за случайных форм припоя и уязвимости перед внешним воздействием.

Сами монтажники в комментариях справедливо отмечают, что при температурном воздействии на литий-ионный аккумулятор вы подвергаете риску деформации ещё и предохранительный клапан. Этот ключевой элемент безопасности батареи 18650 расположен под плюсовым контактом и изготовлен из полимера, который выдерживает максимальную рабочую температуру не более 120°C.

Чем пользуются профессионалы, чтобы правильно соединить 18650?

Добиться надёжности и безопасности в сборке батареи из нескольких элементов питания можно профессиональными методами или хотя бы доказавшими свою практичность и безопасность.

Как правильно соединить аккумуляторы 18650:
• контактной сваркой (точечной);
• с помощью фабричных держателей (холдеров);
• магнитами из неодима (мощные вечные магниты);
• склейкой;
• жидким пластиком.

Профессионалы используют метод точечной сварки — этот способ рекомендуется и для промышленной сборки изделий с аккумуляторами 18650. Пример бюджетной точечной сварки для дома в деталях разбирался не так давно на Geektimes.

В DIY-сообществах популярны магниты из редкоземельного неодимового сплава, которые крепко прижимают контакты и позволяют быстро конструировать временные или небольшие бытовые изделия. Для долгосрочных и компактных проектов лучше всего подходит жидкий пластик или даже клей.

Чтобы быстро собрать конфигурацию из нескольких аккумуляторов 18650 можно купить холдеры с пластмассовым корпусом и заводскими контактами для ручной пайки без боязни перегрева литий-ионных элементов питания.

Лишь в отдельных случаях, когда иные варианты не подходят, либо непрактичны (в зависимости от условий), пайку должны выполнять профессионалы. На их ответственность выпадает выбор низкотемпературного припоя, а также гарантия работоспособности и безопасности аккумулятора при дальнейшей эксплуатации.

20.10.2018

Защищенные литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют специальную плату контроля, которая оберегает их от перезаряда, критического разряда и короткого замыкания. Поэтому алгоритм действий, как заряжать защищенные аккумуляторы 18650, гораздо проще, чем технология подзарядки элементов питания, не оснащенных платой защиты.

Достаточно установить аккумулятор в штатное зарядное устройство (соблюдая полярность) и подключить его к сети. Большинство современных зарядных устройств имеют индикатор, информирующий о статусе зарядки. Обычно в процессе подзарядки горит красная лампочка, а по окончании зарядки – зеленая или синяя. В среднем продолжительность подзарядки варьируется от 2 до 4 часов, причем большая часть емкости восполняется за первый час. После этого ток заряда уменьшается, и напряжение медленно доводится до граничного значения 4,2 В.

Как заряжать аккумулятор 18650 с защитой: важные правила

Чтобы защищенные Li-ion аккумуляторы типоразмера 18650 дольше сохраняли свою работоспособность, нужно:

1. Заряжать их подходящими зарядными устройствами (в идеале – оригинальными) – источниками постоянного напряжения 5 В, которые отдают зарядный ток величиной от 0,5 до 1,0 емкости элемента питания, автоматически начинают процесс зарядки от 0,05 В и останавливают его при 4,2 В.
2. Производить зарядку в помещениях при температуре от +15 до +25 °С. После попадания в помещение с мороза аккумулятор нужно вначале выдержать при комнатной температуре и только через несколько часов заряжать.
3. Хранить с уровнем заряда порядка 40–50%, периодически проверяя его.

Последовательное соединение Li-ion аккумуляторов

При последовательном соединении аккумуляторов к «+» электрической схемы подключается «+» клемма 1-го элемента питания. К «-» клемме 1-го аккумулятора подключается «+» клемма 2-го элемента питания и т.д. В конце к «-» блока подключается «-» клемма последнего элемента питания. Собранная по такой схеме батарея имеет значение емкости, как и у отдельно взятого элемента питания, а напряжение – соответствующее суммарному значению напряжений всех элементов, входящих в АКБ.

Если при составлении батареи использовались элементы с равными значениями напряжения, то общее напряжение АКБ рассчитывается как напряжение одного из элементов, умноженное на общее число ячеек в сборке. Энергия батареи, независимо от формата соединения элементов, соответствует суммарному значению энергий входящих в состав АКБ банок.

Как заряжать последовательно соединенные Li-ion аккумуляторы 18650?

Аккумуляторную батарею из литиевых элементов 18650 нельзя попросту подсоединить к блоку питания. Необходимо выровнять ток заряда на каждой ячейке. Балансировка осуществляется при подзарядке, когда есть возможность без значительных потерь энергии использовать пассивное рассеивание «избыточной» электроэнергии.

Если последовательно соединенные банки запитать через зажимы на концах блока, отслеживать заряд отдельных аккумуляторов не удастся. Звено с чуть большим сопротивлением или более низкой емкостью быстрее наберет максимальное напряжение 4,2 В и, пока напряжение всей батареи достигнет этого значения, успеет достичь превышенного значения 4,3 В или еще более высоких параметров. С каждым последующим циклом заряда емкостные характеристики таких звеньев будут снижаться, а в худшем случае литий-ионный аккумулятор может взорваться из-за перегрева.

Чтобы избежать таких проблем, нужно использовать балансир – ограничитель напряжения в виде компаратора, который сравнивает напряжение на литий-ионном элементе с граничной величиной 4,2 В. Когда напряжение достигает предельной величины, приоткрывается ключ-транзистор, внедренный параллельно элементу.

Он пропускает львиную долю зарядного тока и преобразует энергию в тепло. Заряд самой банки практически приостанавливается, в то время как соседние элементы имеют возможность окончательно зарядиться. Выравнивание напряжений осуществляется в завершение процесса заряда, когда элементы достигают граничного значения 4,2 В.

Теперь коснемся вопроса, как заряжать параллельно соединенные аккумуляторы 18650. При параллельном соединении одноименные полюсы соединяются между собой: «+» с «+», «-» с «-». Напряжение остается неизменным, а емкости суммируются. Балансировка при чисто параллельном соединении (без последовательно соединенных частей) не требуется.

“>