Jak správně nabíjet lithium-iontovou baterii 18650: hlavní body podrobně.

Dříve jsem zveřejnil, jak jsem vytvářel globální znalostní základnu baterií. V rámci projektu jsem provedl novou studii.

Úkol

Zjistěte, jak „rychlé“ nabíjení ovlivňuje rychlost degradace Li-ion baterií v zařízeních s vysokou spotřebou proudu.

V rámci studie byla provedena řada experimentů. Experiment spočívá v nabíjení baterie proudem 4-5x vyšším, než je nominální. Jmenovitý nabíjecí proud pro zkoumané baterie je od 2 do 5A, já použiji proud 20A.
Experiment ukáže, jak „rychlé“ nabíjení zvyšuje rychlost degradace baterie.

Předmětem testu byly Li-ion baterie Sanyo NSX a LG 18650HG2 ve tvaru 18650 Volba tvarového faktoru je dána tím, že se jedná o ten, který se nejčastěji používá v zařízeních s vysokým proudovým odběrem. Jmenovitě: akumulátorové elektrické nářadí, elektronické cigarety, výkonné svítilny a některé druhy elektrické dopravy.

Proces

1. Měří se kapacita testované baterie.
2. Baterie je instalována ve zkušební stolici. Stojan je zcela autonomní a připojený k počítači. Stojan je zátěž a nabíječka. Které nabíjejí a vybíjejí baterii.
3. Baterie je vystavena 100 cyklům nabití a vybití proudem 20 A. Cyklus nabíjení-nabíjení je automaticky restartován programem v počítači.
4. Po 100 cyklech nabití a vybití se znovu změří kapacita baterie.

Dostaneme tak kapacitu nové baterie a kapacitu baterie po 100 cyklech nabití-vybití. A ztrátu kapacity vypočítáme v procentech.

Testovací režim:
— nabíjecí proud 20A
— vybíjecí proud 20A
– způsob nabíjení stejnosměrným proudem
— nabíjecí napětí 4,2V
— vybíjecí napětí 2,5V
– 100 cyklů

Výběr nabíjecího proudu.
Nabíjecí proud 20A je maximální pro většinu Li-ion baterií ve formátu 18650, proto byla zvolena tato hodnota. Navíc podobné hodnoty proudu používají „rychlé“ nabíječky pro akumulátorové nářadí.

Proč zrovna 100 cyklů?
Křivka ztráty kapacity v průběhu životnosti baterie se blíží lineární. S údaji pro prvních 100 cyklů lze proces extrapolovat s přiměřenou přesností po celou dobu životnosti baterie.

Zrychlení degradace je patrné v prvních 15-20 cyklech a ve fázi, kdy se životnost baterie blíží ke konci. Pokud tedy baterie během prvních 100 cyklů ztratí 8 % své kapacity, v dalších 100 cyklech ztratí méně než 8 %, to znamená, že nebude „horší“, než bylo naměřeno v prvních 100 cyklech.

Ustoupit

Na různých fórech a kanálech YouTube se často můžete setkat s tvrzeními, že nabíjení baterií maximálními proudy několikrát zkracuje jejich životnost. Často také vidím rady, jak se vyhnout rychlému nabíjení, zejména u bezdrátového elektrického nářadí. Tvrdí se, že je lepší nabíjet „pomalým“ nabíjením než „rychlým“ nabíjením. Údajně se tím několikanásobně prodlouží životnost. A „rychlé“ nabíjení baterii rychle zabije.

Dostali jsme data ze stánku, co dál?

Nyní musíme porovnat, jak se baterie degradovaly při nabíjení „standardním“ proudem s degradací baterií po použití „rychlonabíjení“.

Sám nevidím smysl v měření se „standardními“ proudy, protože výsledky měření a grafy pro proudy 4-5A jsou již v dokumentaci výrobce.

Proto vezmeme graf ztráty kapacity z dokumentace a porovnáme jej s grafem, který byl získán ze stojanu.

Porovnání „rychlých“ a „standardních“ nabíječek Sanyo NSX

Údaje výrobce pro “standardní” nabíjení 5A

Počáteční kapacita: 2537 mAh.
Kapacita po 100 cyklech nabití a vybití: 2243 mAh.
Ztráta kapacity: 11,4 %.

Data ze stojanu pro „rychlé“ nabíjení proudem 20A

Počáteční kapacita 2461 mAh.
Kapacita po 100 cyklech nabití-vybití 2251 mAh.
Ztráta kapacity 8,5 %.

Analyzujeme výsledky

Podle údajů výrobce, pokud nabíjíte baterii proudem 5A, tak po 100 cyklech nabití-vybití se kapacita baterie sníží o 11,4 %.

Baterie testovaná na stojanu ztratila pouze 8,5 %, což je ještě méně než v testech výrobce. To znamená, že „rychlé“ nabíjení nevedlo ke snížení životnosti baterie ve srovnání se standardními provozními režimy.

Porovnání „rychlého“ a „standardního“ nabíjení LG 18650HG2

Údaje výrobce pro “standardní” nabíjení proudem 4A

Kapacita baterie 3027 mAh.
Kapacita po 100 cyklech nabití-vybití 2559 mAh.
Ztráta kapacity 15,4 %

Výsledky měření pro „rychlé“ nabíjení proudem 20A

Kapacita baterie 2848 mAh.
Kapacita po 100 cyklech nabití-vybití 2564 mAh.
Ztráta kapacity 10 %

Další grafy a měření pro LG 18650HG2 naleznete ve znalostní bázi.

Analyzujeme výsledky

U „standardního“ nabíjení 4A výrobce deklaruje ztrátu kapacity 15,4 % po 100 cyklech nabití-vybití.

V případě „rychlého“ nabíjení proudem 20A byl úbytek kapacity 10 %, což je méně, než uvádí výrobce.

Stejně jako v předchozím experimentu nevedlo použití „rychlého“ nabíjení ke zvýšení rychlosti degradace baterie.

kontingenční tabulka

Tabulka porovnává výsledky měření ze stánku s údaji z dokumentace výrobců.

Závěry

Použití „rychlého“ nabíjení výrazně nesnižuje životnost baterie. Pokud provozní režimy nepřekračují povolené limity, nepřekračuje rychlost degradace baterie jmenovité hodnoty.

I v náročných provozních podmínkách baterie „poskytnou“ slibovaných 300 cyklů nabití a vybití.

Baterie „umírají“, rychle se degradují a vyhoří z důvodů, které nesouvisejí s „rychlým“ nabíjením. O důvodu rychlé „smrti“ a spalování baterií napíšu v příštím článku. Některé z experimentů již byly dokončeny.

• li-ion baterie
• Li-ion
• li-ion technologií
• akumulátory
• Nabíječky

Kolik, za jakých podmínek a jakým způsobem nabíjíte lithium-iontovou baterii 18650 přímo závisí na její životnosti. Životnost baterií negativně ovlivňuje hluboké vybíjení, přebíjení, provoz při nízkých teplotách, skladování ve vybitém stavu, použití nevhodné nabíječky. Pravidla pro dobíjení Li-ion baterií závisí především na přítomnosti nebo nepřítomnosti ochranného mikroobvodu (ovladače).

Jak správně nabíjet baterii 18650 bez ochranného čipu?

Při absenci Li-ion ochranného čipu je důležité chránit baterie před přebitím a silným vybitím – nedovolte, aby napětí kleslo pod 2,9 V. Takové zdroje je nutné nabíjet speciálními nabíječkami, které dokážou uživatele informovat, když baterie je plně nabitá.

Po takové informaci je nutné baterii vyjmout z nabíječky, jinak dojde k přebití. V případě potřeby můžete baterii vyjmout dříve, dokud nebude plně nabitá. Je nebezpečné nabíjet nechráněné baterie nabíječkou, která neindikuje, že je baterie plně nabitá. Při přebíjení se baterie bez ochranného mikroobvodu přehřívají a mohou vznítit.

Způsob nabíjení Li-ion baterie 18650 s ochranou

Baterie s ochranným mikroobvodem jsou vybaveny řídicí deskou, která chrání baterii před přebitím, silným vybitím a zkratem. Nabíjení probíhá následovně:

1. Baterie se instaluje do nabíječky (nabíječky) při dodržení polarity – plus je spojeno s plus, mínus s mínus.
2. Nabíječka se připojuje k síti 220 V nebo 12 V (u modelu auta).
3. O průběhu nabíjení vás informuje indikátor stavu nabíjení. Červený indikátor zpravidla indikuje probíhající proces nabíjení a zelený indikátor jeho dokončení.

Vícekanálové nabíječky umožňují nabíjet současně 1 nebo několik baterií různých kapacit. Jak dlouho trvá nabití baterie 18650 závisí na kapacitě baterie a velikosti nabíjecího proudu. Plné nabití trvá v průměru 2 až 4 hodiny. Převážná část kapacity se doplní během první hodiny nabíjení, poté se sníží nabíjecí proud a napětí se uvede na maximální přípustnou hodnotu 4,2 V.

Pravidla pro dobíjení Li-ion 18650 baterií

Uvádíme nejdůležitější pravidla, která pomohou zachovat životnost lithium-iontových baterií:

1. Li-ion články nemůžete nabíjet v nabíječkách, které pro ně nejsou určeny. Vhodné nabíječky jsou zdroje konstantního napětí 5 V, dodávají nabíjecí proud rovnající se 0,5–1 kapacitě baterie, automaticky začnou nabíjet od 0,05 V a zastaví nabíjecí proces při 4,2 V.
2. Akumulátor přenesený do interiéru z chladu musí být ponechán několik hodin při pokojové teplotě a poté nabit.
3. Před dlouhodobým skladováním musí být baterie nabitá na 40–50 %.
4. Napětí Li-ion baterie by mělo být vždy mezi 2,7–3 a 4,2 V. Tyto hodnoty odrážejí minimální a maximální úroveň nabití – 0 % a 100 %. Pokud napětí i na krátkou dobu překročí tyto limity, výrazně se sníží životnost baterie.

Jak nabít zcela vybitou Li-ion baterii 18650?

Pokud byla lithium-iontová baterie 18650 dlouhou dobu ve vybitém stavu, napětí kleslo pod přípustnou mez a ochranný modul odpojil baterii od svorek, může nabíječka odmítnout nabíjení takové baterie. Nízké napětí vnímá jako nouzovou situaci a blokuje proces nabíjení. Zcela vybitou Li-ion baterii je proto nutné „zatlačit“ – zvyšte na ní napětí na 3,1–3,2 V.

Pro omezení nabíjecího proudu si můžete vzít nabíječku mobilního telefonu, která produkuje napětí 5 V a odpor 62 Ohm (0,5 W). Musíte je připojit k baterii a připojit vodiče ke svorkám neodymovými magnety. Silné zahřívání odporu indikuje přítomnost zkratu uvnitř.

Pokud se nabíjení nespustí (odpor se nezahřeje), může dojít k vnitřnímu přerušení nebo je vadná ochranná deska. Můžete se pokusit odstranit vnější polymerový obal a připojit vytvořený náboj k nádobě, přičemž přísně dodržujte polaritu. Pokud nabíjení pokračuje, musíte počkat, až napětí stoupne na 3,1–3,2 V a poté použít standardní nabíjení.

Pro ty, kteří si chtějí sestavit nabíječku vlastníma rukama, doporučujeme, abyste se seznámili s naším předchozím článkem, který ukazuje schéma nabíječky pro Li-ion baterie.

• Článek aktualizován: 19. října 2018

• 19 října 2018 město
• 23192 zobrazení
• 0 komentáře