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.

Pro autonomní provoz akumulátorových šroubováků se používají baterie s napětím uvedeným na nářadí, dostatečnou rezervní kapacitou a stabilním proudovým výstupem. Po nabití baterie ukládají energii a později ji uvolňují do elektrického nářadí nebo jiných zařízení. Pro prodloužení životnosti baterií a zvýšení jejich účinnosti je velmi důležité dodržovat pravidla pro jejich nabíjení.

Obecná doporučení pro všechny typy baterií

Způsob nabíjení baterie šroubováku závisí na typu baterií, jejich technických vlastnostech a přítomnosti paměťového efektu. Existují však obecná pravidla, která platí pro baterie všech typů:

1. Používejte originální nabíječky dodané s nářadím nebo novou baterii. Pokud nemáte nativní nabíječku, použijte spolehlivou nabíječku se stejnými vlastnostmi. Osvědčily se „chytré“ nabíječky s mikroprocesorem, který reguluje rychlost nabíjení v závislosti na vlastnostech nabíjené baterie.
2. Nedovolte přehřátí baterie – nenabíjejte ji při teplotách nad 40 °C, v blízkosti zdrojů tepla a na přímém slunci, zejména v létě. Nabíjenou baterii ničím nezakrývejte.
3. Udržujte optimální teplotní režim – od +10 do +40 °C.
4. Nenabíjejte baterie v podmínkách vysoké vlhkosti.
5. Zabraňte přímému kontaktu nářadí a jeho baterie se srážkami a vlhkostí jakéhokoli druhu.
6. Sledujte indikátor na nabíječce – když se červená kontrolka rozsvítí zeleně, znamená to konec procesu nabíjení.
7. Nenechávejte nabité baterie připojené k nabíječce, pokud se při plném nabití automaticky nevypnou. V ostatních případech, pokud zůstane baterie připojena k nabíječce, nic špatného se nestane – regulátor nabíjení nedovolí přebíjení. Jednoduše se bude dobíjet nízkými proudy a přidá 1–3 % kapacity.
8. Nechte nabité články vychladnout a jsou připraveny k použití.
9. Před dlouhodobým skladováním vyjměte baterie z přístroje. Neskladujte je vyložené.
10. Pravidelně kontrolujte jejich úroveň nabití, abyste zabránili jejímu kritickému snížení v důsledku samovybíjení.

Doporučení pro nabíjení různých typů baterií

I přes rychlý vývoj a značné výhody Li-ion technologie se pro napájení šroubováků používají různé typy baterií – od starých Ni-Cd a Ni-MH až po moderní Li-ion a LiFePO4. Každý typ zdroje energie má své vlastní charakteristiky, včetně těch, které se týkají nabíjení.

Nikl-kadmiové baterie

Vzhledem k vysoké toxicitě kadmia se baterie s tímto chemickým složením používají stále méně. Většina výrobců od nich upustila. Pokud ale náhodou máte nářadí s tímto typem akumulátoru, pamatujte, že jej musíte nabíjet z minimální hranice na 100 %. Nabíjení v průměru trvá 6–8 hodin.

Kvůli silnému paměťovému efektu musí být Ni-Cd baterie před každým dalším nabíjením zcela vybity. V opačném případě vnímají úroveň zbytkového náboje jako vybitý stav a při následném provozu uvolňují kapacitu pouze do této úrovně.

Jinými slovy, vrátí pouze kapacitu, kterou obdrželi při posledním dobití. V důsledku toho se snižuje užitečná kapacita článků a jejich životnost na jedno nabití. Nikl-kadmiové články je také potřeba plně nabít. Neúplné nabití vede ke snížení kapacity a předčasnému opotřebení baterií.

Nikl-metal hydridové baterie

Ni-MH články mají také paměťový efekt, i když u nich je méně výrazný. Proto se doporučuje nabíjet je podle stejného principu: nejprve úplně vybít a poté nabít. Nové baterie vyžadují minimálně 5 cyklů úplného vybití a nabití. Při dalším provozu je povoleno střídání částečných nabíjení s plnými. Také se doporučuje skladovat takové baterie v nabitém stavu. Doba nabíjení Ni-MH článků je v průměru 8 hodin.

Lithium-iontové baterie

Li-ion baterie se nejpohodlněji používají a nabíjejí. Jejich paměťový efekt je tak malý, že umožňuje jeho částečné nabití při jakékoli úrovni zbytkového nabití bez poškození baterie. Před připojením k nabíječce je není nutné zcela vybít. Při prvním použití stačí absolvovat 1 celý cyklus a poté provádět takové tréninkové cykly jednou za 3 měsíce.

Po vystavení mrazu musí být lithiové baterie před nabíjením ponechány přibližně hodinu při pokojové teplotě. Při nízkých teplotách se chemické procesy zpomalují a pozoruje se dočasný pokles kapacity. Následným zahřátím na kladné teploty se obnoví normální průběh chemických reakcí a baterie jsou schopny plně přijmout náboj.

V závislosti na velikosti nabíjecího proudu a kapacitě lithiové baterie se nabíjí od 30 minut do několika hodin. Samovybíjení takových prvků je nevýznamné – až 5% za měsíc. Při dlouhodobém skladování se doporučuje skladovat s částečným nabitím (40–70 %) a mezidobitím. BMS deska neumožňuje přebití nebo hluboké vybití článků.

Pokud ale necháte vybitou baterii delší dobu bez dobití, může její napětí klesnout pod minimální limit. Při skladování ve stavu hlubokého vybití lithium-iontové baterie bobtnají a stávají se nepoužitelnými a nebezpečnými pro použití. Proto ochranná deska neumožňuje jejich připojení k paměti.