10 простых схем зарядок литий-ионных аккумуляторов и как правильно заряжать

Немного о литий-ионных батареях

К ним относятся следующие аспекты:

• высокая плотность выдаваемого тока и накапливаемой энергии, длительное сохранение заряда;
• отсутствие эффекта снижения емкости при регулярной неполной зарядке;
• саморазряд не более 4-8% в месяц при хранении без подзарядки, старение не более чем на 15-20% в год;
• отсутствие необходимости в полном разряде для тренировки энергоемкости накопителя;
• небольшой вес, вариативность формы и габаритов устройства;
• диапазон рабочих температур – от -20°С до +50°С (низкие температуры препятствуют подзарядке);
• длительный срок службы (до 10 лет работы и более 1000 циклов разряда).

Недостатками литиевых батарей являются:

• зависимость срока эксплуатации от длительности использования и хранения, а не количества циклов разряда;
• риск выхода из строя при перезаряде (поступлении тока по завершении зарядки);
• низкая устойчивость к глубокому разряду;
• высокая стоимость;
• взрывоопасность при механических повреждениях и избытке тока, если они приводят к нагреву электролита и нарушению герметичности корпуса.

Название аккумулятора 18650 обусловлено его формой и габаритами. Ширина батареи составляет 18 мм, а длина – 65 мм. Последняя цифра в маркировке означает цилиндрическую форму АКБ. Схема накопителя снабжена контроллером, который предотвращает перегревание в процессе подзарядки.

Корпус аккумулятора может маркироваться и более подробно: например, INR18650-20R. Первая буква отличает все АКБ литиевого типа, вторая уточняет вид материала катода (C – кобальт, N – марганец, F – феррофосфат).

Буква «R» расшифровывается как rechargeable («перезаряжаемый источник»). Следующие 5 цифр отражают габариты и фактор формы батареи, а последняя – емкость АКБ в А/ч.

Аккумуляторы 18650 с платой защиты могут маркироваться как 18700 или 18670. Контроллер защитной платы позволяет предупредить превышение номинального вольтажа батареи (4,2 В) и его снижение более чем до 2,5 В.

Подготовка

Для создания зарядного устройства для аккумулятора 18650 своими руками пригодятся:

• модуль на базе чипа TP4056, а именно вариант со схемой защиты – для отслеживания напряжения при помощи компонентов DW01A и FS8205A;
• блок питания с вольтажом 12 В и током 2 А;
• SPST-выключатель с 2 выводами;
• блок питания на 5 В или вместо него стабилизатор 7805 и 4 конденсатора на 100 нФ;
• отсек для цилиндрического Li-ion элемента со стандартными параметрами 18х65 мм;
• печатная плата;
• разъем питания;
• паяльник для сборки элементов по схеме;
• пластиковая коробочка с ориентировочными размерами 8 см х7 см х 3 см;
• клей для фиксации компонентов;
• горячий нож для резки пластика;
• винты, отвертка для завинчивания крышки.

Как сделать зарядку для литий-ионных аккумуляторов самостоятельно

Наиболее простым вариантом считается использование зарядного устройства от мобильного телефона. Приборы выдают напряжение, подходящее для восстановления мощности аккумуляторов 18650. Способ используется только в экстренных случаях. Частое его применение приводит к снижению емкости АКБ.

Самодельная зарядка для литий-ионного 18650-го аккумулятора, сделанная из старого зарядного устройства от телефона.

Чтобы зарядить батарейку, выполняют такие действия:

1. Штекер зарядного устройства срезают. Провода освобождают от изоляции и делят на положительный и отрицательный полюса. Плюсовой кабель чаще всего имеет оплетку красного цвета, минусовой – черного.
2. Очищенные провода прикрепляют к полюсам батареи пластилином. USB-кабель подсоединяют к разъему компьютера или специального адаптера.
3. Источник питания заряжают, периодически отслеживая процесс. Заряжать батарейку рекомендуется не более часа. Этого времени достаточно для полного восстановления емкости.

Для сборки усовершенствованной зарядки используют сложные схемы. Перед началом работы подготавливают паяльник, припой, флюс и клей. Отдельно приобретают плату, необходимую для нормального функционирования самодельного ЗУ.

https://youtube.com/watch?v=2wMnrZpl3Vo

Сборку осуществляют так:

1. Плату устанавливают в подготовленный заранее пластиковый бокс. Конструкцию снабжают плюсовым и минусовым проводами. Бокс используется для размещения батареи во время зарядки. Сделать емкость можно из старого ЗУ, непригодного к эксплуатации бытового прибора или игрушки. Размеры должны соответствовать параметрам аккумулятора.
2. Плату припаивают, учитывая маркировку. Обозначения позволяют без труда разместить провода. Плата снабжена разноцветными индикаторами, отражающими ход зарядки. Микросхему приклеивают к боксу в удобном месте. После этого, соблюдая полярность, подключают провода. Перед фиксацией их очищают от изоляции и обрабатывают канифолью. На плату наносят небольшое количество жидкого припоя.

При изготовлении устройства нельзя допускать короткого замыкания. Приведенная выше схема позволяет собрать простое, но надежное ЗУ за несколько часов. С помощью USB-кабеля его подсоединяют к электросети или компьютеру. Батарею устанавливают в получившееся гнездо. После включения зеленого индикатора прибор отключают.

Рекомендации специалистов

Специалисты рекомендуют ответственно отнестись к процессу зарядки и разрядки батареи. От этого зависит ее долговечность. Разряжать батарею полностью и заряжать ее до 100% не стоит. Лучше ограничить процесс зарядки до уровня 90%. Однако периодически (раз в три месяца) можно проводить полную разрядку и полную зарядку аккумулятора. Это необходимо для выполнения калибровки контроллера.

Хранить батарею можно достаточно долго. Для этого нужно ее зарядить на 50%. В таком состоянии она может находиться около месяца. При этом в помещении не должно быть слишком жарко или слишком холодно. Идеальными условиями считается удержание температуры на уровне 15 ºС.

Рассмотрев, как заряжать аккумулятор 18650, можно правильно обслуживать и эксплуатировать батарею. В этом случае срок ее использования будет значительно дольше.

Какое устройство следует использовать

Разные модели зарядных устройств отличаются техническими характеристиками, набором функций и некоторыми другими параметрами:

Liitokala Lii-500 – универсальная зарядка, которая сама подбирает токи для .

1. Простые. Такие приборы подают ток силой 1 А. Они имеют единственное гнездо для установки АКБ 18650.
2. Усовершенствованные. Прибор снабжен 2 гнездами для батареек. Максимальный уровень напряжения составляет 4,2 В. Такое зарядное средство отличается более высокой стоимостью. К дополнительным функциям относится индикация заряда. Прибор самостоятельно ограничивает время процедуры, предотвращая перезаряд.
3. Универсальные. Используются для зарядки источников питания типа 18650 и 26650. Модели такого типа используются для восстановления работоспособности литий-ионных и никель-кадмиевых элементов. Лучшие устройства оснащены системой безопасности, избавляющей от регулярного измерения напряжения и силы тока.
4. Самодельные. Если готовый прибор найти невозможно, зарядное устройство можно собрать в домашних условиях. Компоненты соединяют согласно схемам.

Самодельное зарядное устройство в домашних условиях (своими руками) – 1 схема

Для зарядки 18650 приобретают универсальную зарядку, и используют постоянно мультиметр, чтобы выяснять нужные параметры. Но такое приспособление стоит довольно дорого. Минимальная цена – 2700 рублей.

Вместо этого можно потратить всего несколько часов и собрать зарядное устройство самостоятельно. Плюсами такой сборки является дешевизна, надежность, автоматическое отключение аккумулятора. Все детали, используемые для сборки, найдутся в гараже у любого радиолюбителя. Если чего-то не хватает, это можно купить в ближайшем радиомагазине. Потратить на компоненты придётся максимум 300 рублей.

Если схему правильно собрать, то нет никакой необходимости дополнительной настройки — она сразу будет готова к эксплуатации.

Использовать нужно следующую электрическую схему:

Схема

Положительным моментом является то, что если установить стабилизатор на нужный радиатор, тогда аккумулятор заряжают, не опасаясь, что зарядка загорится. А это точно нельзя сказать о китайских зарядках, которые грешат этим неприятным последствием.

Немного о литий-ионных батареях

Особенности АКБ типа 18650:

1. Длительный срок службы. Источник питания способен выдерживать до 600 циклов разряда и заряда. Литиевые батареи обладают увеличенным сроком эксплуатации, они могут длительно сохранять емкость.
2. Компактные размеры. Высота элемента составляет 65 мм, диаметр – 18 мм. Эти числа легли в основу названия аккумулятора. При небольших размерах батарея имеет широкие возможности.
3. Наличие контроллера. Большая часть аккумуляторов старого образца отличается высокой взрывоопасностью. В корпусе батареи протекают химические реакции, скорость которых при перегреве многократно увеличивается. Возникало и механическое замыкание нескольких содержащих электролит емкостей, приводившее к возгоранию. Контроллер, встраиваемый в современные источники питания, препятствует сильному перегреву и взрыву. Это же от перезаряда.
4. Невозможность длительного хранения. Долго находившиеся в нерабочем состоянии батарейки быстро утрачивают емкость. Заряжать li-ion аккумулятор нужно регулярно. При этом соблюдают ряд правил, препятствующих выходу изделия из строя. Нужно правильно рассчитывать ток заряда и ограничивать напряжение. Нарушение правил приводит к снижению срока службы.

Особенности литиевых батарей

Li-ion АКБ являются очень неприхотливыми в эксплуатации. При бережном обращении они прослужат около 3-4 лет. Однако стоит ориентироваться на то, что даже если аккумуляторы не используются, они медленно умирают. Поэтому запасаться аккумуляторами к устройству впрок не совсем резонно. 2 года – это нормальное время от момента производства. Если прошло больше, то это могут быть уже вышедшие из строя батареи.

Интересно. Самый распространенный размер банки 18650 в среднем имеет ёмкость в 3500 мАч. Нормальная цена для такой батареи – 3-4 доллара. Поэтому производители, обещающие за 3 доллара Power bank объемом 10000 мАч, мягко говоря, обманывают. Хорошо, если там будет хотя бы 3000 мАч.

Какое устройство следует использовать

Для подзарядки АКБ 18650 нужно использовать устройства с номинальным напряжением 4,2 В. Если литий-ионный накопитель планируется подключать к универсальному ЗУ, то оно должно быть оборудовано контроллером параметров и индикаторами окончания процесса.

Наиболее дешевые модели имеют 1-2 гнезда для батарей, максимальный ампераж до 1 А и номинальный вольтаж 4,2 В. Лучший вариант ЗУ для литиевых накопителей – интеллектуальное устройство, оборудованное измерителем напряжения на клеммах, функцией восстановления после глубокого разряда и защитой от превышения номинального вольтажа.

В чем отличие контроллера заряда и схемы защиты

У некоторых пользователей периодически возникает вопрос, вынесенный в заголовок раздела – зачем нужен контроллер заряда, если есть схема защиты (индивидуальная или общая в виде платы балансировки). Дело в том, что эти устройства решают разные задачи:

• защитный модуль предохраняет элемент от перезаряда, не дает уйти в глубокий разряд, отключает батарею при превышении допустимой температуры;
• контроллер заряда формирует правильный режим пополнения энергии – стабилизирует ток на заданном уровне, осуществляет дозаряд по различным алгоритмам.

А путаница может возникнуть из-за того, что встречаются случаи, когда часть функций этих устройств дублируется. Так, защита от перегрева может быть встроена как в плату защиты, так и в контроллер заряда. А предохранять от перезаряда может как встроенная плата (отключая батарейку), так и зарядное устройство (завершая процесс пополнения энергии).

Как заряжать АКБ 18650

Многие зарядные устройства (ЗУ) универсальны, однако при зарядке литий-ионных аккумуляторов нужно соблюдать такие правила:

0,5-1 А – оптимальный ток заряда для 18650-х аккумуляторных батарей.

1. На раннем этапе необходимо подавать не более 0,05 В. Заканчивают процедуру, повышая параметр до 4,2 В. Это значение является допустимым безопасным уровнем для батарей 18650.
2. Ток заряда должен составлять 0,5-1 А. При большем значении заряд будет набираться быстрее. Однако подавать силу тока в 1 А сразу не рекомендуется. Показатель должен повышаться плавно.
3. Ускоренные способы зарядки нужно применять только в экстренных случаях. Время процедуры не должно превышать 3 часов. Перезаряд приводит к повреждению компонентов АКБ, вызывая перегрев.
4. Рекомендуется использовать устройства, автоматически контролирующие ход зарядки. Они самостоятельно отключаются после набора батареей требуемой мощности. Дешевые и самодельные приборы не оснащаются контроллерами, поэтому пользователю придется самостоятельно отслеживать ход процедуры.

Параметры зарядки

Как при последовательном, так и при параллельном соединении требуется соблюдение токов зарядки и разрядки. Если аккумулятор литиевый, ток зарядки не должен быть больше половины энергоемкости, измеряемой в Амперах. Например, модель на 1000 мАч (1 Ач) – ток ставят 0.5 А; 2 Ач – 1 А.

Максимальные токи разрядки указываются в характеристиках АКБ. Многие модели для смартфонов и ноутбуков не допускают токов, в два раза превышающих энергоемкость батареи. Допустим, аккумулятор 2500 мАч, предел для него – 5 А (2.5 х 2). Впрочем, сейчас выпускают высокотоковые устройства.

Полезные рекомендации при эксплуатации аккумуляторов 18650

Чтобы сохранить емкость АКБ и продлить срок их эксплуатации, нужно следовать нескольким советам:

• правильно выбирать режим работы ЗУ, при отсутствии контроллера регулировать параметры автоматически;
• избегать глубокого разряда, подключать аккумулятор при снижении заряда до 70-80%;
• при расчете длительности восстановления учитывать не только количество ампер-часов, но и разницу вольтажа при зарядке в заводских и домашних условиях, которая влияет на ваттную емкость;
• не пытаться увеличить емкость АКБ циклами разряд-заряд;
• не допускать перегрева накопителя, не оставлять его под прямыми солнечными лучами;
• эксплуатировать батарею при температуре +10…+25°С, для использования при низких температурах утеплить корпус;
• не допускать ударов по телу АКБ, воздействия сильного трения и вибрации, при транспортировке укладывать аккумуляторы на толстую мягкую подложку;
• хранить литий-ионные накопители с 50-60% заряда и при температуре около 0°С.

При покупке аккумулятора нужно обращать внимание на дату выпуска. Батареи, произведенные более 3 лет назад, считаются просроченными и малофункциональными

Еще важно знать 3 нюанса о «продлении жизни» 18650

1. Если аккумулятор нужно будет оставить на какое-то время без работы, то элементы питания желательно хранить в отдельности от устройства, которое они будут питать. Если элемент полностью заряжен, то со временем он утратит какую-то часть своего заряда. В том случае, когда элемент заряжается очень мало, или полностью разряжен, то работоспособность может совсем исчезнуть. Особенно это заметно в период длительной спячки.
2. Хранение 18650 следует осуществлять на уровне заряда, не падающего ниже 50%. Полной зарядки и перезарядки элемента ни в коем случае нельзя допускать. Эффект памяти у этого оборудования отсутствует. Зарядку нужно производить до того момента, как заряд полностью иссякнет. Таким образом, работоспособность аккумулятора продлится.
3. Аккумулятор запрещено оставлять в слишком холодных или жарких помещениях. Подходящей температурой для хранения является + 10 — + 25 градусов по Цельсию. Если поместить элемент питания на холод, то не только уменьшится время работы, но и испортится химическая система. Все наверняка замечали, что при эксплуатации мобильного телефона зимой заряд батареи резко падает.

Как заряжать АКБ 18650

При зарядке АКБ 18650 необходимо соблюдать следующие правила:

1. Начинать восстановление нужно при напряжении 0,05 В, постепенно повышая его до 4,2 В.
2. Диапазон допустимого тока заряда – 25-50% от емкости (например, для АКБ на 2000 мА/ч он варьируется от 0,5 до 1 А).
3. Оптимальный показатель составляет 25-30% емкости, максимальный ампераж используется только при срочной подзарядке.
4. Допустимое время зарядки при полном разряде аккумулятора – 3 часа.
5. Для точного выбора длительности восстановления нужно измерить его вольтаж мультиметром или подключить к интеллектуальному зарядному устройству (ЗУ).

Оптимальный режим состоит из двух этапов:

1. CC (constant current). На нем нужно обеспечить постоянный ампераж, который находится в пределах 20-50% емкости аккумулятора. При ускоренном заряде может использоваться и большее значение тока, но часто применять такой режим не рекомендуется. Зарядное устройство должно быть оборудовано функцией плавного подъема вольтажа. На первом этапе зарядник работает как стабилизатор силы тока.
2. CV (constant voltage). При подъеме напряжения до 4,2 В можно переходить ко второму этапу подзарядки, на котором поддерживается вольтаж 4,15-4,25 В. К концу первого этапа АКБ восстанавливается на 70-80%. По мере накопления заряда до 90-95% ампераж будет плавно снижаться. Как только его значение достигнет 1-5% емкости, батарею можно отключать от ЗУ.

Некоторые модели «зарядок» оборудованы режимом восстановления АКБ при глубоком разряде (менее 2,5 В). На нем батарея заряжается низким током (не более 5-10% емкости) до тех пор, пока ее вольтаж не достигнет 2,8 В. После этого ЗУ переходит в режим постоянного тока.

Самодельная зарядка литиевых АКБ — схема электрическая

Основой для данного прибора являются две микросхемы-стабилизатора 317 и 431 (тема на форуме). Интегральный стабилизатор LM317 в данном случае служит источником тока, данную деталь берём в корпусе TO-220 и обязательно устанавливаем на теплоотвод с применением термопасты. Регулятор напряжения TL431 выпускаемый компанией texas instruments существует кроме этого, в корпусах SOT-89, TO-92, SOP-8, SOT-23, SOT-25 и других.

Рекомендуемое входное напряжение от девяти и до двадцати вольт. Выходное же настраивается подстроечным резистором 22 кОм, оно должно быть в районе 4.2V.

Светодиоды (LED) D1 и D2 любого, приятного для вас цвета. Мной были выбраны такие: LED1 красный прямоугольный 2,5 мм (2,5 милиКандел) и LED2 зелёный диффузионный 3 мм (40-80 милиКандел). Удобно применять smd светодиоды, если вы не будете устанавливать готовую плату в корпус.

Минимальная мощность резистора R2 (22 Ohm) 2 Ватта, а R5 (11 Ohm) 1 Ватт. Все отсальные 0,125-0,25W.

Переменный резистор на 22 килоОма должен быть обязательно типа СП5-2 (импортный 3296W). Такие переменные резистора имеют очень точную регулировку сопротивления, которое можно плавно подстраивать крутя червячную пару, похожую на бронзовый болтик.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

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):

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.