Princip nabíjení lithiových baterií: schémata nabíjení, základní pravidla

Aby Li-ion baterie fungovaly stabilně přes 500–1000 cyklů nabití-vybití, je nutné dodržovat pravidla jejich provozu. V první řadě je důležité zabránit jejich přebíjení a hlubokému vybití, neporušovat teplotní režim doporučený výrobcem a neskladovat baterie ve vybitém stavu.

Lithium-iontové baterie se musí nabíjet speciální nabíječkou: s provozním algoritmem CC-CV, proudem 0,5C–1C a horní mezí napětí 4,2 V na článek. Podívejme se blíže na to, jak nabíjet lithiové baterie, aby nedošlo k předčasnému opotřebení, přehřátí, proudovému přetížení a dalším rizikům.

Algoritmus nabíjení Li-ion baterie

Nabíjení lithium-iontových baterií by mělo být prováděno podle schématu CC-CV ve 2 fázích:

1. Nejprve dochází k procesu dobíjení konstantním proudem a rostoucím napětím. V této fázi je akumulováno asi 85 % kapacity. Optimální nabíjecí proud pro Li-ion články je od 0,2C do 1C. V režimu rychlého nabíjení jsou povoleny proudy do 5C.
2. Poté, když napětí dosáhne nastaveného maxima, proud se asymptoticky blíží nule a při konstantním napětí dochází ke konečnému zvýšení kapacity. V závislosti na typu nabíječky může tento stupeň využívat pulzní proud se stále se snižující šířkou pulzu nebo postupně se snižující krokový proud. V nabíječce se zjednodušeným obvodem doplňování náboje je proud jednoduše poloviční. Napětí je v tomto případě považováno za podmíněně konstantní.

Někdy se před těmito 2 fázemi používá „nulový“ stupeň nabíjení. Je relevantní pro hluboce vybité baterie a provádí se s nízkými proudy – do 0,1C. Když napětí na článcích dosáhne 2,45 V, začne standardní nabíjení pomocí algoritmu CC-CV.

Doba nabíjení

Jak dlouho trvá úplné nabití Li-ion baterie nebo baterie závisí na úrovni vybití, použitém proudu a kapacitě, kterou je třeba doplnit. V průměru se kapacita baterie doplňuje z 30 minut na 8 hodin. Proces je považován za dokončený, když napětí na výstupech prvků dosáhne 4,2 voltů. U dobíjecích baterií závisí horní limit napětí na počtu článků zapojených do série.

Například pro baterii s 10 sériově zapojenými Li-ion články (obvod 10S) je horní hranice 42 voltů. Tato hodnota odpovídá 100% nabití baterie. Právě při této hodnotě by se měl proces nabíjení zastavit a toto by mělo být nabíjecí napětí použité nabíječky. Lithiové baterie je nejlepší nabíjet automatickými nabíječkami, které samy řídí úroveň napětí a odpojují nabité baterie od vnější sítě.

Parametry nabíječky

Pro Li-ion baterie jsou navrženy speciální nabíječky s odpovídajícími hodnotami napětí (4,2 V na článek) a nabíjecím proudem (0,5–1C, maximálně do 5C). Je vhodné používat automatické modely, které:

• produkovat proud 0,5–1C;
• nabíjejte baterie metodou CC-CV;
• mají vestavěný ovladač a automaticky zastaví dobíjení při dosažení limitu 4,2 V na článek;
• mít minimální chybu 0,05 nebo 0,1 V;
• poskytují ochranu proti přehřátí, zkratu, přepólování a přebití.

Nabíječka je zvolena tak, aby poskytovala bezpečné doplnění kapacity relativně rychle. K tomu musí jeho výstupní napětí odpovídat napětí nabíjené baterie a proud nesmí překročit 5C v režimu rychlého nabíjení a 1C v režimu šetrného nabíjení.

Například pro Li-ion baterii sestavenou podle schématu 5S2P, mající kapacitu 6,7 Ah a jmenovité napětí 18 V, nabíječku s maximálním Uout = 5×4,2 = 21 V a nabíjecím proudem až 5×6,7 = 33,5 je vhodný A pro rychlé nabíjení nebo až 6,7 A v režimu šetrného nabíjení.

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Skladem, zeptejte se

Vlastnosti nabíjení LiFePO4 baterií

Lithium-polymerové a většina lithium-iontových baterií má jmenovité napětí 3,6–3,7 V a provozní rozsah 2,8 až 4,2 V. Baterie LiFePO4 mají nižší napětí: jmenovitá hodnota 3,2 V, provozní rozsah – od 2 do 3,65 V To znamená, že je třeba je nabíjet na horní hranici 3,65 V na článek. Na druhou stranu lithium-železofosfátové baterie jsou odolnější vůči proudovému zatížení. Jsou vhodné pro nabíječky s nabíjecím proudem 1–5C a pro rychlé dobíjení lze použít proudy až 10C.

Jinak se LFP baterie nabíjejí stejně jako Li-ion modely jiných podtypů: podle algoritmu CC-CV, ve 2 stupních. Liší se pouze horní mez napětí: na prvním stupni je kapacita doplňována konstantním proudem na úroveň 3,65 V na článek a na druhém stupni dochází k dobíjení při U = const nabíjecím proudem asymptoticky klesajícím k nule. Výstupní napětí nabíječky musí odpovídat napětí a montážnímu obvodu baterie a nabíjecí proud nesmí překročit 5C.

Jak nabíjet Li-ion baterii: pravidla a doporučení

1. Nevybíjejte baterii na nulu. Umístěte jej k nabíjení, když je zbytková kapacita alespoň 10 %. Lithiové baterie nemají paměťový efekt, takže je není potřeba před nabíjením úplně vybíjet a lze je dobíjet na libovolné procento nabití.
2. Lithiové baterie nabíjejte při teplotě +1 – +40 °C v suché místnosti, mimo zdroje tepla. Nevystavujte baterii přímému slunečnímu záření.
3. Pokud byla baterie v chladu, nejprve ji zahřejte na teplotu nad nulou (asi hodinu).
4. Používejte nabíječky určené pro tento typ baterie a nepřekračujte povolené napětí (4,2 V na článek).
5. Ovládejte úroveň ohřevu nabíječky. Jeho tělo, stejně jako konektory a vodiče by neměly být horké.
6. Nezakrývejte baterii a nabíječku.
7. Před použitím nabité baterie ji nechte vychladnout.
8. Nenechávejte vybité baterie delší dobu bez dobití – samovybíjením může dojít k poklesu napětí na kritickou úroveň a ve struktuře baterie dojde k nevratným změnám. V důsledku toho se nejen zhorší technické vlastnosti, ale bude zpochybněna i samotná možnost dalšího použití baterie.
9. Nepřetěžujte rychlonabíjení – abyste neurychlili přirozené stárnutí baterií a zachovali jejich cyklickou životnost.
10. Místo zvýšených nabíjecích proudů můžete pro úsporu času použít částečné nabití – až 80–90 %. Nejdéle se akumuluje poslední procento kapacity a 70 % kapacity lze doplnit za 1/3 celkového času. Pokud například proces trvá celkem 3 hodiny, pak se 1 % kapacity doplní za 70 hodinu, dalších 2 % za 20 hodiny a posledních 10 % je dosaženo za 3 hodiny.

Před prvním použitím baterie a poté každých šest měsíců je vhodné provést tréninkový cyklus. Chcete-li to provést, musíte baterii vybít a nabít. Poté odpojte nabíječku a po 30 minutách připojte a dobijte baterii. Poté opakujte nabíjení ještě dvakrát s půlhodinovým intervalem, aby se napětí stabilizovalo.

Je možné nabíjet lithiové baterie za studena?

To je přípustné pouze za jedné podmínky: pokud je baterie vybavena předehřívacím systémem a po připojení k nabíječce se baterie nejprve zahřeje. Negativním vlivům nízkých teplot se lze vyhnout izolací baterie a jejím ohřevem pomocí nízkonapěťových topných těles. Díky tomu je baterie chráněna před podchlazením, zvyšuje se její výkon v chladu a je povoleno nabíjení v prostředí s nízkou teplotou. V ostatních případech, kdy se baterie nezahřívá, nelze ji nabíjet za studena.

Nejlepší nabíječky pro Li-ion baterie

Pro správné nabití lithiové baterie je potřeba zakoupit nabíječku pro konkrétní podtyp baterie (Li-ion, LiPo, LiFePO4) s vhodnými vlastnostmi. V internetovém obchodě Shura-Master.ru si můžete koupit nabíječky pro lithiové baterie různých typů a konfigurací. V popisech nabíječek v našem katalogu je uvedeno, pro jaké baterie jsou určeny, které produkují maximální proud a výstupní napětí. Doručování objednávek se provádí po celém Rusku.

Lithium-iontové baterie nejsou tak vybíravé jako jejich nikl-metalhydridové protějšky, ale přesto vyžadují určitou péči. Držet se pět jednoduchých pravidel, můžete nejen prodloužit životnost lithium-iontových baterií, ale také zvýšit provozní dobu mobilních zařízení bez dobíjení.

Nedovolte úplné vybití. Lithium-iontové baterie nemají tzv. paměťový efekt, takže je lze a navíc je potřeba nabíjet bez čekání na vybití na nulu. Mnoho výrobců počítá životnost lithium-iontové baterie podle počtu cyklů úplného vybití (až 0 %). Pro kvalitní baterie toto 400-600 cyklů. Chcete-li prodloužit životnost lithium-iontové baterie, nabíjejte telefon častěji. Optimálně, jakmile nabití baterie klesne pod 10-20 procent, můžete telefon nabít. Tím se zvýší počet vybíjecích cyklů na 1000-1100.
Odborníci popisují tento proces takovým indikátorem jako Depth Of Discharge. Pokud je váš telefon vybitý na 20 %, pak je hloubka vybití 80 %. Níže uvedená tabulka ukazuje závislost počtu vybíjecích cyklů lithium-iontové baterie na hloubce vybití:

Vybíjení jednou za 3 měsíce. Dlouhodobé plné nabíjení je pro lithium-iontové baterie stejně škodlivé jako neustálé vybíjení na nulu.
Vzhledem k extrémně nestabilnímu procesu nabíjení (telefon často nabíjíme podle potřeby a kdekoli je to možné z USB, ze zásuvky, z externí baterie atd.) odborníci doporučují baterii jednou za 3 měsíce zcela vybít a následně nabít na 100 % a nabití 8-12 hodin. To pomáhá resetovat příznaky takzvané vysoké a nízké baterie. Více si o tom můžete přečíst zde.

Skladujte částečně nabité. Optimální stav pro dlouhodobé skladování lithium-iontové baterie je mezi 30 a 50 procenty nabití při 15 °C. Pokud necháte baterii plně nabitou, její kapacita se časem výrazně sníží. Ale baterie, která již dlouhou dobu shromažďuje prach na polici, vybitá na nulu, s největší pravděpodobností již není naživu – je čas ji poslat k recyklaci.
Níže uvedená tabulka ukazuje, kolik kapacity zbývá v lithium-iontové baterii v závislosti na skladovací teplotě a úrovni nabití při skladování po dobu 1 roku.

Používejte originální nabíječku. Málokdo ví, že ve většině případů je nabíječka zabudována přímo do mobilních zařízení a externí síťový adaptér pouze snižuje napětí a usměrňuje proud domácí elektrické sítě, to znamená, že nemá přímý vliv na baterii. Některé gadgety, jako jsou digitální fotoaparáty, nemají vestavěnou nabíječku, a proto se jejich lithium-iontové baterie vkládají do externí „nabíječky“. Zde může použití externí nabíječky pochybné kvality místo původní nabíječky negativně ovlivnit výkon baterie.

Vyvarujte se přehřátí. No, nejhorším nepřítelem lithium-iontových baterií je vysoká teplota – vůbec nesnášejí přehřátí. Nevystavujte proto svá mobilní zařízení přímému slunečnímu záření ani je neumisťujte do blízkosti zdrojů tepla, jako jsou elektrická topidla. Maximální přípustné teploty, při kterých lze používat lithium-iontové baterie: od –40°C do +50°C

Na našem webu se také můžete podívat na často kladené otázky o bateriích.

• lithium-iontové baterie
• hloubka vybití
• bateriový provoz