Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Содержание

Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

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):

ОбозначениеТипоразмерСхожий типоразмер
XXYY0, где XX – указание диаметра в мм,YY – значение длины в мм, – 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 тут.

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.

Источник: http://electro-shema.ru/chertezhi/zaryadka-dlya-li-ion-akkumulyatorov.html

Восстановление аккумулятора ноутбука

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Восстанавливать разобранную аккумуляторную батарею имеет смысл только, если получилось аккуратно разобрать старую аккумуляторную батарею ноутбука, не повредив плату контроллера, не устроив короткое замыкание и правильно отсоединить сборку из элементов (от максимального плюса к минусу). При этом контроллер батареи не вышел из строя и не заблокировался. Да, можно купить новый контроллер или найти программатор и программу для разблокирования контроллера, но для единичного ремонта аккумулятора это не оправдано!

Первое что нужно сделать, это найти новые работоспособные элементы, которые мы и установим в корпус аккумуляторной батареи. Посмотрите марку старых элементов и найдите в интернете их характеристики: тип химии, напряжение, токи заряда и разряда, емкость.
Например, мой ноутбук Toshiba укомплектован шестью элементами Panasonic NCR18650, в любом поисковике можно найти pdf файл с характеристиками этих элементов.

Про выбор элементов можно прочитать тут.

Где же взять элементы?
Можно выбрать хорошие элементы из старых — «вторичное» использование, можно купить новые элементы у себя в городе, заказать из зарубежных магазинов или аукционов таких как ибей или алиэкспресс. Однако, я пошел третьим путем: купил и разобрал мобильные зарядные устройства Xiaomi 10000 на элементы.

Как паять аккумуляторы li-ion

Многие настаивают на том, что собирать аккумуляторную батарею из элементов можно только с помощью контактной сварки, как это делают на производстве. А пайка аккумулятора выведет его из строя или сократит срок службы. Я могу сказать, что если эту сборку не будете эксплуатировать в экстремальных условиях, то можно обойтись и правильной пайкой.
Конечно, она займет больше времени, но не нужен будет аппарат контактной сварки.

Для правильной пайки понадобиться:

  • паяльник (желательно со стабилизацией температуры) мощностью не менее 40Вт и широким жалом;
  • паяльная кислота и кисточка (можно ватную палочку);
  • оловянно-свинцовый припой типа ПОС-61;
  • наждачная бумага или надфиль;
  • какой либо зажим для фиксации аккумуляторов.

Качество любой пайки всецело зависит от правильного лужения спаиваемых поверхностей. А самое главное в пайке аккумуляторов это не перегреть их!

Поэтому нужно хорошенько подготовиться:

  • расположиться в хорошо проветриваемом помещении,
  • выставить на паяльнике температуру 350 гр. Цельсия,
  • зачистить электроды,
  • зафиксировать элемент.

Теперь можно приступать:

  • наносим кисточкой на электрод небольшое количество кислоты,
  • на жало паяльника набираем побольше припоя,
  • энергичными движениями жала втираем припой в электрод.

На фото облуженный элемент из старой батареи. С припаянной проволочкой.

Важно!!! Лудить аккумулятор нельзя дольше 2-х секунд, если не успели залудить за 2 секунды, то откладываем элемент и повторяем попытку только после того как он остынет.
Важно!!! Не вдыхайте испарения при пайке, кислота как и её пары вредны для здоровья.
Важно!!! Когда аккумулятор залужен нужно обязательно удалить остатки паяльной кислоты, например ваткой смоченной спиртом, ну или хотя бы водкой.

Самый безопасный вариант пайки, это пайка аккумуляторов с уже приваренными лепестками. Как паять аккумулятор 18650 с лепестками? Нужно облуживать самый край лепестка, не допуская нагрева самого элемента.

А это новый аккумулятор с приваренным контактной сваркой лепестком из мобильной зарядки.

Когда все элементы залужены нужно проверить равенство напряжение на них, если напряжения отличаются больше чем на несколько сотых Вольта, то следует выровнять напряжения с помощью специального зарядного устройства, либо соединив аккумуляторы параллельно.

Внимание!!! При параллельном соединении элементов с разной степенью заряда и соответственно разным напряжением, возможно протекание огромных токов, так как токи ограничены лишь мизерным внутренним сопротивлением аккумуляторов и сопротивлением проводов цепи.

Чтобы ограничить ток, в разрыв цепь аккумуляторов нужно включить резистор. Величина сопротивления резистора не должна быть ниже dU/Imax, то есть разность напряжений на элементах аккумулятора делим на максимально допустимый ток заряда/разряда аккумуляторов.

Соединяем аккумуляторы и резистор по приведенной схеме и ждем пока напряжение на резисторе не станет меньше сотой Вольта.

Когда напряжение на всех элементах сбалансировано, можно переходить к сборке их в аккумуляторную батарею, проще всего для соединения новых элементов использовать старые соединительные шины, но если при разборке они повредились, то придется искать медную фольгу толщиной 100-200 мкм.
В первый раз мне было лень искать фольгу и я использовал обычный многожильный провод сечением 1,5 кв.мм , за что потом поплатился: сборка еле влезла в корпус аккумулятора, а аккумулятор с трудом вошел в ноутбук.

Собирая элементы в батарею нужно придерживаться исходной схемы батареи, да и расположение элементов лучше оставить таким как в оригинальной батареи.

Пайка аккумуляторных батарей

Собирая батарею из шести элементов я сначала все элементы объединил парами: минусы двух элементов вместе и плюсы тоже вместе между собой. Потом три пары включил последовательно.

Читайте также  Соединение выключателя с подсветкой

Теперь, когда сборка элементов готова, нужно подключить к ней контроллер.
Важно!!! Контроллер подключается в обратной последовательности, то есть начинаем с проводов с наименьшим потенциалом и двигаемся в сторону повышения: 0 В и 3,6 В, только потом 7,2 В и наконец 10,8 В.

Теперь остается аккуратно собрать аккумулятор для проверки. Не заклеивая корпус аккумулятора, я подсоединил его к ноутбуку и нажал кнопку питания, но ноутбук не включился и понял, что при отключении старой сборки аккумуляторов контроллер перешел в режим транспортировки и отключил аккумуляторную батарею. Я подключил к ноутбуку сетевое питание, ноутбук завелся и увидел восстановленный аккумулятор!

Источник: http://HardElectronics.ru/vosstanavlivaem-akkumulyator-noutbuka.html

Как правильно заряжать литий ионный аккумулятор: как собрать литиевую батарею своими руками

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Изначально литий ионные батарейки предназначались для мобильных устройств будь-то телефоны, фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, но в последнее десятилетие выпуск литиевых аккумуляторов налажен и большинством автопроизводителей.

Тогда зачем собирать самому, если можно купить готовый аккумулятор? Есть достаточно причин:

  • собранные на заводе литиевые аккумуляторные батареи — неоправданно дорогие;
  • очень трудно найти подходящий по габаритам аккумулятор для мотоцикла, автомобиля;
  • если собранная батарея влезет с запасом в установочное место, то у неё будет ниже емкость.

Своими руками можно собрать батарею из отдельных элементов, которая будет ограничена лишь энергоплотностью и ценой за ватт-час, в зависимости от типа выбранных элементов:

  1. NiMH — никель металогидридные;
  2. Li-ion — литий ионные;
  3. Li-pol — литий полимерные;
  4. LiFePO4 — литий железо-фосфатные;
  5. Lead-Acid — свинцово-кислотные.

Опасность перезаряда литиевых элементов

С литиевыми элементами нужно обращаться осторожно, поскольку в них сосредоточена большая энергия на малую площадь при полном заряде. Поэтому уже давно в продаже имеются защищенные Li-ion и Li-pol батарейки.

Ещё в 1991 году компания Sony обратила внимание на взрывоопасность Li-ion элементов. В настоящее время все без исключения аккумуляторы наматываются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы исключить риск внутреннего короткого замыкания.

Все фирменные батарейки снабжены платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их в следующих случаях:

  1. Аккумулятор чрезмерно разряжен — ниже 2,5 В.
  2. Перезаряжен — свыше 4,2 В.
  3. Подан слишком большой ток заряда — более 1С (С является ёмкостью аккумулятора в Ач).
  4. Короткое замыкание.

  5. Превышен ток нагрузки — более 5С.
  6. Неправильная полярность при заряде.

Для дополнительной подстраховки служит термопредохранитель, размыкающий цепь при перегреве литиевого элемента свыше 90 °C.

Как найти батарею с защитой?

Литиевые аккумуляторы выпускаются в бытовом и технологическом исполнении. Батарейки для бытового использования имеют прочный пластмассовый корпус и встроенную электронную защиту. Технологические элементы, предназначенные для промышленного использования, чаще всего выпускаются в бескорпусном виде и не имеют встроенной защиты.

  1. Защищенные аккумуляторы имеют слово «protected» в названии, незащищенные — «unprotected».
  2. Батарейки с защитой длиннее обычных на 2–3 мм из-за платы, которая устанавливается на торце возле минусового полюса.

  3. Цена на батарейки с защитой при одинаковой ёмкости всегда выше, ведь плата с электронными компонентами тоже стоит денег.

Плюсовой полюс батарейки обязательно соединяется с защитной платой тонкой пластинкой, иначе защита работать не будет.

О балансировке элементов литиевого аккумулятора

При последовательном соединении отдельных элементов их напряжения суммируются, а ёмкость остаётся той же. Даже из одной серии батарейки имеют различные характеристики, поэтому заряжаются они с разной скоростью. Например, при заряжании до суммарного напряжения 12,6 В элемент посередине может перезарядиться до 4,4 В, что опасно его перегревом.

Дабы не происходило чрезмерного перезаряда незащищенных элементов, применяются балансировочные шлейфы, подключаемые к специальным зарядным устройствам, например: iMAX B6 и Turnigy Accucel-6.

Каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарейка бытового назначения имеет самую совершенную защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля напряжения, ключа на полевом транзисторе и термопредохранителя.

Балансировка защищённых элементов не требуется, поскольку при возрастании напряжения на каком-то из них до 4,2 В, зарядка гарантированно прервётся.

При сборке батареи из элементов без защиты есть выход из положения — поставить одну плату контроля напряжения на все батарейки, к примеру, соединив их по схеме 4S2P — 4 последовательно, 2 параллельно.

Также не нужна балансировка параллельно соединённых элементов.

При параллельном соединении батареек их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются.

О ёмкости литиевых аккумуляторов

Ёмкость — способность аккумулятора отдавать ток, измеряемая в миллиампер час (мАч) или ампер час (Ач). К примеру, батарейка ёмкостью в 2 Ач сможет отдавать ток в 2 A один час, или в 1 A два часа. Но эта зависимость тока от времени подключения нагрузки не линейна — в определённой точке графика при увеличении тока вдвое время работы батареи снижается вчетверо. Поэтому производители всегда указывают ёмкость, высчитанную при разряде аккумулятора чрезмерно малым током в 100 мА.

Количество энергии зависит от напряжения аккумулятора, поэтому никель металогидридные элементы при одинаковой ёмкости имеют в 3 раза меньшую энергоёмкость, чем литий ионные:

  • NiMH — 1,2 В * 2,2 Ач = 2,64 ватт-часа;
  • Li-ion — 3,7 В * 2,2 Ач = 8,14 ватт-часа.

При поиске и покупке аккумуляторных батареек отдавайте предпочтение известным фирмам, таким как Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Батарейки этих производителей имеют ёмкость наиболее соответствующую той, что указана на их корпусе. Надпись 2600 мА на элементах Sanyo не сильно отличается от их настоящей ёмкости в 2500–2550 мА. Подделки китайских производителей с хвалёной ёмкостью в 4200 мА недотягивают и до 1000 мА, зато цена на них в два раза ниже японских оригиналов.

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

  1. пайку;
  2. соединительные коробки;
  3. неодимовые магниты;
  4. точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости. С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Покупать готовый литиевый аккумулятор для машины или мотоцикла невыгодно, когда его можно собрать самому за более низкую цену. Можно сэкономить до 70 долларов, если не покупать новую батарею ноутбука, а самостоятельно заменить в ней элементы.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Автор: Виталий Петрович. Украина, Лисичанск.

Источник: https://volt-index.ru/muzhik-v-dome/akkumulyator-iz-litiy-ionnyih-batareek-svoimi-rukami.html

Схема зарядного устройства для литиевых аккумуляторов

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Литиевые аккумуляторы изготавливаются с использованием различных ионных компонентов, с неизменным присутствием иона лития. Другим составляющим может быть сухой ионит с кобальтом, фосфатом железа, комплекс никель-кобальт алюминий и прочие. Подбор активных составов продолжается. В зависимости от гальванической пары меняется мощность аккумуляторов, их напряжение и емкость, но способы сбора в батареи с обвязкой для всех одинаковы.

Схема подключения литиевых аккумуляторов

Установка литиевой батареи решает разные задачи. В случаях, когда нужно иметь токовую нагрузку, измеряемую десятками ампер используют высокотоковые элементы. Это касается ручного инструмента, тяговых батарей для транспортировки. Средние нагрузки лежат на ноутбуках, фотоаппаратах, фонарях.

Рассмотрим высокотоковые аккумуляторы на основе литий-ионных банок с номинальным напряжением 3,7 В. Они могут иметь разные размеры, емкость, но напряжение будет только 3,7. Изготовлены элементы:

  • катод из алюминиевой фольги, на которую нанесен мелкодисперсный графит;
  • анод из медной подложки, на которую нанесен LiCoO2:
  • сепаратор, ячеистый состав пропитан неводным раствором соли Li.

Именно такие комплектующие используют в цилиндрических элементах, аккумулятор называют литий-ионным. Чаще всего схема питания шуруповертов, ноутбуков, фонарей, биноклей изготовлены с применением литиевых аккумуляторов форм-фактора 18650. Элемент имеет в длину 65 мм, диаметр 18 мм. Напряжение рабочее 3,0-4,2 В. Относится в высокотоковым, то есть может отдавать ток силой до 10 С.

Для питания инструмента большей мощности необходимо соединять последовательно несколько банок, по расчету. При этом емкость измеряется по самому слабому элементу.

Для повышения емкости нужно использовать параллельное соединение. Банки, соединенные одинаковыми полюсами суммируют емкость. Если нужно поднять емкость и напряжение, используют комбинирование. Соединяют группы банок параллельно. Потом каждый комплект соединяют последовательно.

Для шуруповертов с рабочим напряжением 12,14,18 В используется последовательная схема литиевого аккумулятора. Зная, что отдельные элементы не должны перезаряжаться выше 4,20 В, разряжаться ниже 2,5 В, требуется обеспечить равномерное напряжение во всех банках и защиту от опасного для них напряжения. Батарея может быть собрана из защищенных аккумуляторов. Тогда на них есть маркировка «protected» («защищенные»). В корпусе имеется плата, отключающая элемент при достижении критичных параметров.

Защищенный цилиндр на 2 мм длиннее стандартного, незащищенного и немного толще, за счет дополнительной обертки. Если используются незащищенные литиевые аккумуляторы, в схему заряда литиевых  аккумуляторов устанавливается плата защиты MBS, рассчитанная на максимальную токовую нагрузку, количество банок. Часто там же встроен балансир.

Схемы балансиров для литиевых аккумуляторов

В чем заключается балансировка при сборке батареи последовательно? Когда соединение банок идет противоположными полюсами, напряжение суммируется. Ток протекает одинаковый. По разным причинам разница в емкости может немного отличаться. Но если не поставить преграду, самая малая банка переполнится, то есть перезарядится. Это плохо. При работе ток отбирается в равных количествах. Банка, у которой емкость немного ниже, разрядится настолько, что может выйти из строя, пока другие элементы сборки отдают энергию до нормы.

Балансир представляет схему, которая создает препятствия для прохождения тока в заряженную батарею, направляя ее через дополнительные сопротивления, резисторы. Балансир включает стабилитрон TL431A и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40

Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Их маркировка Turnigy Accucel-6 50W 6A и iMAX B6.

Читайте также  Соединение греющего кабеля между собой

Перед вами простая и понятная схема балансировки литиевых аккумуляторов, которую можно сделать самостоятельно.

Схема светодиодов для контроля разряда литиевых аккумуляторов

Актуально узнать, когда аккумулятор сядет. Разряжать литиевые батареи до 2,5 В не стоит, будут трудности с предзарядом. Резкое мигание светодиода послужит заметным аварийным сигналом.

Несложная схема с применением монитора напряжения еще и компактная. Неоспоримое достоинство – низкое потребление энергии. При севшей батарее это важно. Хорошо с задачей справится мигающий светодиод L-314.

Можно купить готовый прибор –MAX9030. Схема компоновки представлена. При понижении напряжения до 3,0 В начинает вспыхивать ярко светодиод с длинным интервалом. В спящем режиме расходуется 50 наноампер (10-9), при вспышках 35 мкА.

Вывод

Для каждого устройства можно составить литиевую батарею, отвечающую запросам. Но необходимо подобрать параметры комплектующих в соответствии с видом литиево-ионных аккумуляторов. Марганцевые имеют напряжение 4 В, кобальтовые 3,7 В, а железо-фосфатные 3,3 В. Собирая батарею, нужно брать элементы одного вида, лучше из одной партии.

Посмотрите ход подключения защиты и сбора батареи.

Источник: https://batts.pro/shema-zaryadnogo-ustroystva-dlya-litie/

Литий ионный аккумулятор зарядка соединения и схемы

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Литий ионные аккумуляторы в начале использовались в основном для мобильных гаджетов, но в последнее время аккумуляторы этого типа получили широкое распространение в различных моделях электроинструмента и даже в электромобилях.

В рамках данной статьи мы расскажем о многих моментах связанных с Li-ion батареями, о принципах работы, разновидностях, о там как правильно заряжать аккумуляторы, приведем множество схем и радиолюбительских констркций по данной теме, покажем как своими руками сделать батарею из отдельных элементов.

Но сначала предложу ознакомится с небольшой подборкой схем зарядных устройств и других полезных конструкций для литий ионных аккумуляторов

Индикатор разряда Li-ion батарей

Из теории об аккумуляторных батареях мы помним, что литиевые аккумуляторы нельзя разряжать ниже уровня 3,2 Вольт на банку, иначе он теряет заложенную емкость и гораздо быстрее выходит из строя. Поэтому контроль минимального уровня напряжения очень важен для литиевых батарей. Конечно в мобильном телефоне или ноутбуке вариант критического разряда исключен умным контроллером.

Зарядка аккумулятора для литиевых батарей

Потерял в командировку родное зарядное устройство от цифрового фотоаппарата. Купить новое типа «лягушка». Жаба задавила, ведь я радиолюбитель и поэтому смогу сам спаять зарядку литиевых аккумуляторов своими руками, к тому же сделать это очень легко.

Зарядное устройство для литиевого аккумулятора от USB порта компьютера с контроллером

Эта радиолюбительская конструкция предназначено для зарядки Li-ion аккумуляторов от мобильных телефонов и типа 18650

Литиевые аккумуляторы их классификация и виды

В зависимости от материала изготовления положительного электрода Li-ion аккумулятора, бывает несколько их разновидностей:

с катодом из кобальтата лития с катодом на базе литированного фосфата железа на основе никель-кобальт-алюминия

на базе никель-кобальт-марганца

Все современные li-ion изготавливают в различных типоразмерах. Они бывают как в корпусном исполнении (например, 18650, 14250) так и в ламинированном исполнении (гель-полимерные). Конструкция представляет собой герметично запаянный пакет из пленки, в котором имеются электроды и электродная масса. Но все они изготавливаются на номинальное напряжение 3.7 вольта.

Где проще всего достать Li-ion элементы

Сегодня литий ионные аккумуляторы используются где только можно, однако до сих пор не многие знают, что их можно демонтировать из сломанных аккумуляторных батарей ноутбуков и нетбуков, причем с высокой вероятностью они еще могут послужить во многих радиолюбительских самоделках. Рассмотрим практический пример разборки аккумуляторной батареи от ноутбука, для дальнейшего использования ее составляющих

Как правильно заряжать литиевые батареи

Правильно заряжать литиевые аккумуляторы в два этапа, это гарантирует практически полный заряд li-ion на всю их емкость, не снижая срока их эксплуатации.

Подготовка к процессу заряда батареи — предзаряд применяется у глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный режим от 2,8 Вольт.

На первом этапе обеспечивается постоянный зарядный ток. Величина его 0.2-0.5 от емкости аккумулятора. Для ускоренного заряда разрешается увеличение до 0.5-1.0 от емкости.

Например, для батареи 18650 емкостью 3000 мА/ч, номинальный зарядный ток на первом этапе составляет 600-1500 мА, а ускоренный — 1.5-3А.

Когда напряжение на заряжаемой батареи поднимется до уровня 4.2 вольта, он наберет 70-80% своей полной емкости, начинается второй этап заряда постоянным напряжением, но плавно уменьшающимся током. Как только он уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда закончится.

На втором этапе, батарея накапливает еще 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд достигает 90-95% у нового исправного аккумулятора. С течением времени этот показатель, к сожалению плавно снижается.

Сколько времени нужно заряжать, Li-ion батареи?

Умная зарядка сама подберет нужный ток и время, просигнализирует об окончаниии заряда, если же вы имеете дело с простым ЗУ, в роли которого может выступать даже обычный блок питания на 5 вольт или USB порт компьютера. Время заряда зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле ниже:

T = С / Iзар

Т.е для батареи емкостью 3400 мА/ч с зарядным током в 1А, время процесса составит около 3-4 часов.

Литий ионный аккумулятор своими руками от теории к практике

Литиевые элементы нужно эксплуатировать очень осторожно, т.к в них скоплена большая энергия на ограниченную площадь, особенно при полном заряде. Ещё в далеком 1991 году корпорация Sony сделала акцент на взрывоопасность Li-ion батарей. Поэтому сегодня все они изготавливаются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы предотвратить риск внутреннего короткого замыкания. Кроме того все батареи в сборе снабжаются платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их от зарядного устройства в следующих вариантах:

Li элемент сильно разряжен — ниже уровня 2,5 В Li элемент перезаряжен — более 4,2 В Поступил слишком большой зарядный ток Случилось короткое замыкание Превышен максимальный ток нагрузки в течении 5 секунд

Неправильная полярность Li элемента в ЗУ

Для дополнительной страховки во многих составных батареях имеются термопредохранители, размыкающий цепь заряда при перегреве Li элемента свыше 90 °C.

Балансировка отдельных элементов из составного литиевого аккумулятора

При последовательном соединении элементов питания их напряжения складывается, а ёмкость батареи остаётся такой же. Но даже если Li элементы взять из одной партии, они все равно имеют различные параметры, поэтому и заряжаться они будут с разной скоростью. Например, при заряде до суммарного напряжения в 12,6 В элемент в центре схемы может перезарядиться до уровня 4,4 В, что опасно его перегревом, и потерей свойств.

Поэтому каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарея должна иметь защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля уровня напряжения каждого элемента или ключа на полевом транзисторе с термопредохранителем.

При сборке своими руками аккумулятора из отдельных элементов без защиты есть простой выход из ситуации, требуется установить, как минимум одну схему контроля напряжения на все элементы, к примеру, подключив их по схеме — 4 последовательно, 2 параллельно, как на рисунке ниже.

При параллельном соединении элементов их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются, при этом балансировка не требуется.

Емкость литиевых аккумуляторов

Ёмкость это способность аккумулятора отдавать ток, она измеряется в миллиампер час (мАч) или ампер час (Ач). Допустим, отдельный Li элемент в 2 Ач сможет отдавать ток в 2 A в течение одного часа, или в 1 A в течение двух часов. Но эта зависимость не линейна и в определённой точке время работы батареи снижается резко. Поэтому производители аккумуляторов всегда указывают ёмкость, высчитанную при разряде чрезмерно низким током в 100 мА.

Количество накопленной энергии зависит от напряжения батареи, поэтому никелевые элементы при одинаковой ёмкости имеют в три раза ниже энергоёмкость, чем литий ионные:

NiMH — 1,2 В × 2,2 Ач = 2,64 ватт-часа;
Li-ion — 3,7 В × 2,2 Ач = 8,14 ватт-часа.

Для сборки аккумулятора из отдельных литиевых элементов можно использовать:

пайку мощным паяльником соединительные коробки мощные магниты

устройство точечной сварки

Пайку применяйте крайне осторожно, так как литиевые батареи теряют свои свойства от нагрева, в том числе и ёмкость. С другой стороны, в домашних условиях пайка мощным паяльником от 100 Вт будет доступным методом соединения батареек, т.к даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Учтите, при этом, что касаться к Li элементам следует не более чем на пару секунд.

Если пользоваться коробком для соединения отдельных компонентов (их проще всего заказать на китайских аукционах), то виден большой плюс, т.к становится намного легче подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный компонент.

Точечная сварка — наилучший метод соединения отдельных элементов, получила широкое распространение при сборке батарей для ноутбуков.

Источник: http://www.texnic.ru/konstr/zaryd/z39.html

Переделка аккумулятора шуруповёрта на литиевые батареи

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Промышленность давно выпускает шуруповерты, и многие люди обладают старыми моделями с никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными аккумуляторами. Переделка шуруповерта на литий позволит улучшить эксплуатационные характеристики аппарата, не покупая новый инструмент. Сейчас много фирм предлагают услуги переделки аккумуляторов шуруповерта, но сделать это можно и своими руками.

Переделка на литиевые аккумуляторы 18650

Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают низкой ценой, выдерживают много зарядных циклов, не боятся низких температур. Но ёмкость батареи будет снижаться, если поставить ее на заряд, не дождавшись полного разряда (эффект памяти).

Литий-ионные аккумуляторы имеют следующие преимущества:

  • высокая емкость, которая обеспечит большее время работы шуруповерта;
  • меньшие размеры и вес;
  • хорошо сохраняет заряд в нерабочем состоянии.

Но литиевый аккумулятор для шуруповерта плохо выдерживает полный разряд, поэтому заводские инструменты на таких аккумуляторах оснащают дополнительными платами, защищающими работу батареи от перегрева, КЗ, избыточного заряда во избежание взрыва, полного разряда.

Такие аккумуляторы можно просто заказать на алиэкспресс: Узнать цену на Aliexpress

При установке микросхемы непосредственно в аккумулятор происходит размыкание цепи, если неиспользуемая батарея находится отдельно от инструмента.

Трудности при переделке

В Li-Ion батареях присутствуют объективные недостатки, такие как плохая работа при низких температурах.

Помимо того, при переделке шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 может встретиться ряд трудностей:

  1. Стандарт 18650 означает, что диаметр одного аккумуляторного элемента равен 18 мм при длине 65 мм. Эти габариты не совпадают с размерами никель-кадмиевых или никель-металлогидридных элементов, установленных ранее в шуруповерте. Замена аккумуляторов потребует разместить их в штатном корпусе АКБ, плюс установка защитной микросхемы и соединительных проводов;
  2. Напряжение на выходе литиевых элементов – 3,6 В, а на никель-кадмиевых – 1,2 В. Допустим, номинальное напряжение старой батареи – 12 В. Такое напряжение при последовательном соединении Li-Ion элементов обеспечить нельзя. Рамки колебания напряжения при зарядно-разрядных циклах ионного аккумулятора также изменяются. Соответственно, переделанные батареи могут быть несовместимы с шуруповертом;
  3. Ионные аккумуляторы отличаются спецификой работы. Они плохо выдерживают напряжение перезаряда больше 4,2 В и разряда меньше 2,7 В вплоть до выхода из строя. Поэтому, когда переделывают АКБ, в шуруповерте необходима установка защитной платы;
  4. Существующим зарядным устройством бывает нельзя воспользоваться для шуруповерта с Li-Ion аккумулятором. Потребуется также его переделать или приобрести другое.
Читайте также  ГОСТ соединение проводов в распределительной коробке

Важно! Если дрель или шуруповерт дешевые и не очень качественные, то лучше не заниматься переделкой. Это может выйти дороже стоимости самого инструмента.

Выбор аккумуляторов

Часто для шуруповертов используются батареи напряжением 12 В. Факторы, которые необходимо учитывать при выборе Li-Ion аккумулятора для шуруповерта:

  1. В подобных инструментах применяются элементы с высокими значениями разрядного тока;
  2. Во многих случаях емкость элемента находится в обратной зависимости от тока разряда, поэтому нельзя выбирать его только по емкости. Главным показателем является ток. Значение рабочего тока шуруповерта можно посмотреть в паспорте инструмента. Обычно это от 15 до 30-40 А;
  3. Не рекомендуется при замене аккумулятора шуруповерта на Li-Ion 18650 использовать элементы с разными значениями емкости;
  4. Иногда встречаются советы применить литиевый аккумулятор от старого ноутбука. Это абсолютно недопустимо. Они рассчитаны на гораздо меньший ток разряда и имеют неподходящие технические характеристики;
  5. Количество элементов считается, исходя из примерного соотношения – 1 Li-Ion на 3 Ni-Cd. Для 12-вольтовой батареи понадобится для замены 10 старых банок поставить 3 новых. Уровень напряжения будет слегка снижен, но если установить 4 элемента, то повышенное напряжение сократит срок службы электродвигателя.

Важно! Перед сборкой необходимо произвести полный заряд всех элементов для уравнивания.

Разборка корпуса аккумулятора

Корпус часто бывает собран на шурупах-саморезах, другие варианты – с помощью защелок или клея. Склеенный блок разобрать сложнее всего, приходится применять специальный молоток с пластиковой головкой, чтобы не повредить части корпуса. Изнутри все удаляется. Повторно применить можно только контактные пластины или всю клеммную сборку для подключения к инструменту, зарядному устройству.

Соединение элементов батареи

Соединение LiIon аккумуляторов для шуроповерта выполняется несколькими способами:

  1. Применение специальных кассет. Метод быстрый, но контакты обладают большим переходным сопротивлением, могут быстро разрушиться от сравнительно больших токов;
  2. Пайка. Способ, годный для умеющих паять, так как надо обладать определенными навыками. Пайка должна производиться ускоренно, потому что припой быстро остывает, а долгий нагрев может повредить аккумулятор;
  3. Точечная сварка. Является предпочтительным методом. Не все имеют сварочный аппарат, такие услуги могут оказать специалисты.

Соединение элементов пайкой

Важно! Элементы должны соединяться последовательно, тогда напряжение аккумуляторов складывается, а емкость не изменяется.

На втором этапе припаиваются провода к контактам собранной батареи и к защитной плате согласно схеме подключения. К контактам самой батареи для силовых цепей припаиваются провода с площадью сечения 1,5 мм². Для других цепей можно брать провода потоньше – 0,75 мм²;

Затем на батарею надевается кусок термоусадочной трубки, но это не обязательно. На защитную микросхему также можно надеть термоусадку, чтобы изолировать ее от соприкосновения с аккумуляторами, иначе острые выступы пайки способны повредить оболочку элемента и спровоцировать КЗ.

Сборка аккумулятора

Дальнейшая замена аккумулятора состоит из следующих этапов:

  1. Хорошо вычищаются разобранные части корпуса;
  2. Так как габариты новых аккумуляторных элементов будут меньше, их нужно надежно зафиксировать: приклеить к внутренней стенке корпуса клеем «Момент» или герметиком;
  3. К старому клеммнику припаиваются плюсовой и минусовой провод, он помещается на прежнее место в корпусе и фиксируется. Укладывается защитная плата, соединяются части аккумуляторного блока. Если они были ранее приклеены, то опять используется «Момент».

Сборка аккумулятора

Советы по выбору защитной микросхемы

Литий-ионный аккумулятор шуруповерта не сможет нормально функционировать без защитной платы BMS. Продающиеся экземпляры имеют разные параметры. Маркировка BMS 3S предполагает, например, что плата рассчитана на 3 элемента.

На что надо обратить внимание, чтобы выбрать подходящую микросхему:

  1. Наличие балансировки для обеспечения равномерности заряда элементов. Если она присутствует, в описании технических данных должно стоять значение тока балансировки;
  2. Максимальное значение рабочего тока, выдерживаемого длительно. В среднем, надо ориентироваться на 20-30 А. Но это зависит от мощности шуруповерта. Маломощным достаточно 20 А, мощным – от 30 А;
  3. Напряжение, при достижении которого происходит отключение аккумуляторов при перезаряде (около 4,3 В);
  4. Напряжение, при котором отключается шуруповерт. Надо подобрать это значение, исходя из технических параметров аккумуляторного элемента (минимальное напряжение – около 2,6 В);
  5. Ток срабатывания защиты от перегрузки;
  6. Сопротивление транзисторных элементов (выбирается минимальное значение).

Важно! Величина тока срабатывания при перегрузке не имеет большого значения. Это значение отстраивается от тока рабочей нагрузки. При кратковременных перегрузках, даже если инструмент отключился, надо отпустить пусковую кнопку, а затем можно продолжать работать.

Имеет ли контроллер функцию автозапуска, можно установить по наличии записи «Automatic recovery» в технических данных. Если такой функции нет, то чтобы вновь запустить шуруповерт после срабатывания защиты надо будет вынимать аккумулятор и подключать его к ЗУ.

Зарядное устройство

Литий-ионный аккумулятор шуруповерта нельзя зарядить подключением к обычному блоку питания. Для этого используется зарядное устройство. Блок питания просто выдает стабильное напряжение заряда в заданных пределах.

А в зарядном устройстве определяющий параметр – ток заряда, влияющий на уровень напряжения. Его значение ограничивается.

В схеме ЗУ есть узлы, отвечающие за прекращение процесса заряда и другие защитные функции, например, отключение при некорректной полярности.

Простейшее ЗУ – блок питания с включенным в схему сопротивлением для снижения зарядного тока. Иногда подключают еще таймер, срабатывающий по истечении установленного временного промежутка. Все эти варианты не способствуют долгому сроку службы аккумулятора.

Способы зарядки LIIon аккумуляторов для шуруповерта:

  1. Применение заводского зарядного устройства. Часто оно подходит и для зарядки новой батареи;
  2. Переделка схемы зарядного устройства, с установкой дополнительных элементов схемы;
  3. Покупка готового ЗУ. Хороший вариант – IMax.

Допустим, существует старое ЗУ Makita DC9710 для зарядки Ni-Cd батареи на 12 В, имеющее индикацию в виде зеленого светодиода, сигнализирующего об окончании процесса. Наличие платы BMS позволит остановить заряд по достижении заданных пределов напряжения на элемент. Зеленый светодиод при этом не загорится, а просто погаснет красный. Заряд закончен.

ЗУ Makita DC1414 T предназначено для заряда широкой линейки аккумуляторных батарей 7,2-14,4 В. В нем при срабатывании защитного отключения по окончании заряда индикация не будет работать корректно. Наблюдается мигание красного и зеленого света, что тоже сигнализирует об окончании заряда.

Стоимость замены аккумуляторов шуроповерта на литий-ионные зависит от мощности инструмента, необходимости покупать зарядное устройство и т.д. Но если дрель-шуруповерт в хорошем функциональном состоянии, ЗУ не потребует основательной переделки или замены, то за пару тысяч рублей можно получить улучшенный электроинструмент с увеличенным временем автономной работы.

Источник:

Сборка аккумулятора на литиевых элементах

Многие владельцы шуруповёртов хотят переделать аккумуляторы от них на литиевые аккумуляторные элементы.

На эту тему написано много статей и в настоящем материале хотелось бы суммировать информацию по этому вопросу.

В первую очередь рассмотрим доводы в пользу переделки шуруповёрта на литиевые батареи и против нее. А также рассмотрим отдельные моменты самого процесса замены аккумуляторов.Все за и против переделки аккумулятора шуруповёрта на литиевые элементы

Для начала следует задуматься, а нужна ли мне эта переделка? Ведь это будет откровенный «самопал» и в ряде случаев может привести к выходу из строя как аккумулятора, так и самого шуруповёрта. Поэтому, давайте, рассмотрим все за и против этой процедуры. Возможно, что после этого некоторые из вас решат отказаться от переделки Ni─Cd аккумулятора для шуруповёрта на литиевые элементы.

Доводы «за»

Начнём с преимуществ:

  • Энергетическая плотность литий─ионных элементов значительно выше, чем у никель─кадмиевых, которые по умолчанию используются в шуруповёртах. То есть, аккумулятор на литиевых банках будет иметь меньший вес, чем на кадмиевых при той же ёмкости и выходном напряжении;
  • Зарядка литиевых аккумуляторных элементов происходит значительно быстрее, чем в случае Ni─Cd. Для их безопасной зарядки потребуется около часа;
  • У литий─ионных аккумуляторов отсутствует «эффект памяти». Это значит, что их необязательно полностью разряжать перед тем, как ставить на зарядку.

Теперь о недостатках и сложностях литиевых аккумуляторов.

Доводы «против»

  • Литиевые аккумуляторные элементы нельзя заряжать выше 4,2 вольта и разряжать ниже 2,7 вольта. В реальных условиях этот интервал ещё более узкий. Если выйти за эти пределы аккумулятор можно вывести из строя. Поэтому, кроме самих литиевых банок вам потребуется подключить и установить в шуруповёрт контроллер заряда-разряда;
  • Напряжение одного элемента Li─Ion 3,6─3,7 вольта, а для Ni─Cd и Ni─MH это значение 1,2 вольта. То есть, возникают проблемы со сборкой аккумуляторной батареи для шуруповёртов с номиналом по напряжению 12 вольт. Из трёх литиевых банок, соединённых последовательно, можно собрать АКБ номиналом 11,1 вольта. Из четырёх ─ 14,8, из пяти ─ 18,5 вольта и так далее. Естественно, что и пределы напряжения при заряде-разряде также будут другие. То есть, могут возникнуть проблемы совместимости переделанной батареи с шуруповёртом;
  • В большинстве случаев в роли литиевых элементов для переделки используются банки стандарта 18650. По размерам они отличаются от Ni─Cd и Ni─MH банок. Кроме того, нужно будет место для контроллера заряда-разряда и проводов. Всё это нужно будет уместить в стандартном корпусе АКБ шуруповёрта. Иначе работать им будет крайне неудобно;
  • Зарядное устройство для кадмиевых аккумуляторов может не подойти для зарядки батареи после её переделки. Возможно, потребуется доработка ЗУ или использование универсальных зарядок;
  • Литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Это критично для тех, кто использует шуруповёрт на улице;
  • Цена литиевых аккумуляторов выше кадмиевых.

Источник: https://akkummaster.com/vidy-akkumulyatory/akkumulyatory-dlya-elektrotehniki/peredelka-shurupovyorta.html