Обзор зарядок для литиевых аккумуляторов типа 18650

Современному человеку помогает множество гаджетов. В частности, мы используем ноутбуки, смартфоны, фотоаппараты, планшеты и т. д. Большая часть этих устройств в автономном режиме работает от аккумуляторных батарей литиевого типа. Благодаря аккумуляторам эти устройства действительно мобильны. Одна из разновидностей литиевых АКБ – это 18650. По виду они напоминают пальчиковые батарейки, но по размерам они больше. Такие аккумуляторные элементы присутствуют в АКБ ноутбуков, фонарях, электронных сигаретах. Именно последние сделали этот тип батарей особенно востребованным. Для тех, у кого есть такие аккумуляторы важно знать, как их правильно заряжать. В этой статье мы поговорим о зарядных устройствах (ЗУ) для аккумуляторов 18650. Мы расскажем об общих требованиях к таким устройствам, а также рассмотрим несколько примеров таких зарядок.

Зарядка для литиевых аккумуляторов 18650 должна выдавать на выходе 5 В и ток от 0,5 до 1 от номинальной ёмкости АКБ. То есть, литиевый элемент, ёмкость которого 2600 мАч, должен заряжаться током 1,3─2,6 ампера. Производители зарядных устройств для батарей литиевого типа изготавливают зарядки, которые проводят процесс в несколько этапов.

Первая стадия заряда проводится током (0,2─1) от величины ёмкости. При этом напряжение поддерживается на уровне 4,1─4,2 вольта (на одной банке). По времени этот этап длится чуть меньше часа. Вторая стадия проходит при постоянном напряжении. Некоторые производители выпускают устройства, в которых реализован импульсный режим. Это позволяет ускорить зарядку.

Примеры зарядных устройств для аккумуляторов 18650

Зарядное устройство Nitecore Digicharger D4 рассчитано на зарядку максимум четырёх аккумуляторов. Бренд Nitecore успел зарекомендовать себя выпуском качественных устройств. D4 только подтверждает положительную репутацию.

Зарядное устройство Nitecore D4 имеет качественный, информативный дисплей, отображающий много полезных данных. Здесь вы можете увидеть скорость и время зарядки, напряжение на элементах, а также другие подобные данные. Средства управления позволяют переключаться между четырьмя отсеками и просматривать информацию по всем заряжаемым элементам. Благодаря этому в любой момент можете просматривать состояние аккумуляторов. Зарядка универсальна и в отсеки можно вставлять аккумуляторы разных форм-факторов. В том числе, формат 18650.

Зарядное устройство устанавливает скорость и время зарядки в автоматическом режиме. В этом есть плюсы, но есть и свои минусы. Ведь иногда может потребоваться более тонкая ручная настройка, но здесь в Nitecore D4 её нет. Среди возможностей имеется оптимизированный метод по зарядке IMR аккумуляторов. Кроме того, стоит отметить автоматическое прерывание зарядки по окончании процесса для всех поддерживаемых типов аккумуляторов. Это несомненный плюс в копилку этого устройства.

В целом, Nitecore D4 можно рекомендовать для ежедневного использования тем, кто имеет много мобильных устройств с разными типами аккумуляторов. В их числе, литиевые АКБ 18650. Функционал устройства довольно широкий, но для удобства новичков предусмотрена полностью автоматическая работа. Хорошее сочетание цены, возможностей и качества сборки.

У меня начали спрашивать, а как быть, если аккумулятор выдает 0 вольт.

И вот у меня наконец появился такой образец, и сегодня хочу попробовать его восстановить.

У всех худо-бедно нормальных аккумуляторов на сегодняшний день присутствует защита от короткого замыкания. В большинстве случаев это механическая защита, представляющая из себя клапан, который поднимается при перегреве аккумулятора, разрывая цепь и предотвращая дальнейший нагрев источника питания.

И вот этот клапан необходимо протолкнуть на место, чтобы восстановить на аккумуляторе напряжение.

Сразу отмечу, что это мероприятие не безопасно, при этом, даже если в процессе восстановления ничего не случится, есть огромная вероятность, что аккумулятор взорвется или загорится во время последующей эксплуатации, так что я ответственности ни за что не несу.

В общем протолкнуть этот клапан можно двумя способами.

Первый - простой.

Если вы посмотрите на плюсовой контакт, то увидите, что он из себя представляет, что то, вроде набалдашника, стоящего на трех ножках. Берем небольшую шлицевую отвертку, вставляем поочередно, между этими ножками и продавливаем.

У меня после этих манипуляций аккумулятор показал нормальный заряд.

Второй способ – более сложный, и как говорят более предпочтительный, т.к. при первом способе очень велика вероятность повредить клапан, гораздо выше, по сравнению со сложным.

Нам понадобится дрель и маленькое сверло, на 1 или 1.5 мм. Аккуратно просверливаем отверстие в плюсовом контакте, так чтобы сверло не ушло внутрь, и не повредило клапан.

После чего берем, какой-нибудь пластиковый или деревянный стержень, и аккуратно давим на клапан, пока он не встанет на свое место (в большинстве случаев может послышаться щелчок).

Я пробовал восстановить еще один аккумулятор и этим способом, но у меня к сожалению ничего не вышло, скорее всего изначально батарейка была полностью мертва, хотя как такое может быть - не знаю.

В заключение хочу сказать, что несмотря на то, что аккумулятор я восстановил, пользоваться им уже не буду, т.к. это не безопасно. Не известно была ли повреждена защита, да и вообще сработает ли она второй раз, а значит вероятность возгорания или взрыва этого аккумулятора очень высока. И как по мне, лучше потратить несколько сот рублей на новый аккумулятор, чем устранять последствия пожара.

Вот что случается после возгорания аккумулятора 18650 (фотка найдена на pikabu):

16.10.2018

Идея восстановления Li-ion аккумулятора 18650 обычно возникает в 2-х ситуациях: когда он ускоренно разряжается в процессе работы или не заряжается после сильного разряда. В 1-м случае имеет место естественная потеря емкости, постепенно происходящая при каждом цикле заряда-разряда. Восстановить емкость литий-ионного аккумулятора, который быстро разряжается, невозможно, причем независимо от его типоразмера.

Потеря емкости происходит быстрее из-за перезарядов и сильных разрядов накопителей энергии. Поэтому для сохранения их работоспособности важно использовать зарядные устройства, ограничивающие уровень заряда, схемы защиты от чрезмерного разряда и индикаторы малого заряда. Эти простые меры помогут дольше не задаваться вопросом, как восстановить емкость 18650.

Можно ли восстановить Li-ion аккумулятор, если он не хочет заряжаться?

Обычно проблемы с подзарядкой элементов питания возникают после их длительного пребывания в разряженном состоянии и после сильного охлаждения. Большинство аккумуляторов 18650 имеют защитный модуль. Он располагается между банкой и наружными клеммами. Его задача – отключение банки от клемм при падении напряжения ниже допустимой границы. Такое отключение выглядит как отсутствие напряжения на выходе элемента питания.

Если же аккумулятор был заблокирован из-за перегрузки, аналогично запирает 1-й транзистор и оставляет открытым 2-й. Можно ли восстановить литий-ионный аккумулятор 18650 в таких ситуациях? Да, можно. Но некоторые зарядники воспринимают малое напряжение как опасную ситуацию и в мерах безопасности отказываются заряжать такие элементы питания. Далее мы расскажем, что делать в таких ситуациях.

Как воскресить аккумулятор 18650, если он не заряжается?

Восстановление АКБ из 18650 элементов или отдельно взятого аккумулятора после критического разряда заключается в его возврате в нормальный режим функционирования. Но утраченную емкость при этом восстановить не удастся, даже теоретически. Чтобы зарядное устройство «согласилось» заряжать глубоко разрядившийся аккумулятор, нужно «толкнуть» его – увеличить напряжение на нем выше границы в 3,1–3,2 В.

Это делается с помощью другой (не такой «умной») зарядки. Нужно подсоединить к клеммам аккумулятора сторонний блок питания и ограничить предельный ток. В частности, подойдет зарядник для мобильного телефона. Обычно такие устройства имеют USB-выход и выдают напряжение 5 В. Остается только выбрать резистор для ограничения зарядного тока. Сопротивление резистора вычисляется по закону Ома.

Предположим, что напряжение на внутренней банке достигло критического значения 2 В. Отняв это значение от напряжения зарядного устройства, получим разницу 3 В. Чтобы зарядный ток не превышал 50 мА, сопротивление токоограничивающего резистора должно быть 3 В / 0,050 А = 60 Ом. При внутреннем КЗ, когда на резистор приходится все напряжение, на него распределяется мощность (5В)2 / 60 Ом = 0,42 Вт.

Вывод: Если вы озадачены вопросом, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда, возьмите любую зарядку на 5 В и подходящий по параметрам резистор. Оптимальный вариант – 62 Ом (0,5 Вт). Подсоедините их к аккумулятору. Для фиксации проводков к клеммам элемента питания удобно использовать миниатюрные неодимовые магниты.

Если не заряжается

Если зарядка не происходит (резистор холодный), возможно несколько причин:

1. схема защиты неисправна или ушла в очень глубокую защиту;
2. произошел внутренний обрыв.

Как восстановить литиевые АКБ или 18650 элементы в таком случае? Можно попытаться убрать внешнюю полимерную оболочку каждого аккумулятора и подсоединить созданную зарядку непосредственно к банке, «+» к «+», «-» к «-». Если заряд все равно не пойдет, аккумулятор восстановлению не подлежит. Если пойдет – дождитесь, пока напряжение превысит порог в 3,1–3,2 В и далее зарядите аккумулятор штатной зарядкой.

Если же наоборот резистор сильно греется, а напряжение на аккумуляторе нулевое, это говорит о наличии внутри КЗ. Нужно снять с аккумулятора внешнюю полимерную оболочку, отпаять защитную плату и попробовать зарядить непосредственно банку. Если удастся, это означает, что проблема в неисправности защитной платы, и ее нужно заменить.

В общем, ситуаций может быть только две:

1. Аккумулятор вроде бы работает, но очень быстро разряжается.
2. Аккумулятор сел в ноль и вообще не хочет заряжаться.

Первая ситуация: потеря емкости

В первом случае у аккумулятора упала емкость и с этим придется смириться. Полное восстановление аккумуляторов после глубокого разряда невозможно (это касается всех Li-ion аккумуляторов: 18650, 14500, 10440, аккумуляторов от мобильников и т.д.). Даже теоретически нельзя вернуть емкость литиевого аккумулятора.

Снижение емкости - абсолютно нормальный процесс. Это происходит во время каждого цикла заряда/разряда, независимо от того, насколько правильно эксплуатируется аккумулятор. Однако, если в процессе эксплуатации часто допускаются глубокие разряды или, наоборот, длительные перезаряды (более 500%), то скорость потери емкости может существенно возрасти.

Последние исследования показали, что литиевые аккумуляторы теряют свою емкость даже если вообще не эксплуатируются. Например, во время обычного хранения на складах. По данным исследований, аккумулятор теряет примерно 4-5% емкости в год.

Вторая ситуация: не хочет заряжаться

Теперь рассмотрим второй случай - аккумулятор не заряжается.

Обычно эта ситуация возникает, когда какое-либо устройство (телефон, планшет, мп3-плейер) долго лежали без дела с разряженным аккумулятором. Или если литиевые аккумулятор подвергся глубокому охлаждению.

В принципе проблем с зарядкой таких аккумуляторов быть не должно. Внутри каждого аккумулятора - между самой банкой аккумулятора и теми клеммами, которые мы видим - находится модуль защиты, который отключает банку от клемм при снижении напряжения ниже определенного порога. Внешне это проявляется как полное отсутствие напряжение на выходе аккумулятора (ноль вольт).

На самом деле, как правило, на самой банке в этот момент напряжение составляет около 2.4-2.8 Вольта.

В случае блокировки аккумулятора по перегрузке (КЗ в нагрузке), модуль защиты также запирает транзистор FET1. Нет никакой разницы от чего сработала защита - от переразряда или от короткого замыкания. Результат один - открытый транзистор FET2 и закрытый полевик FET1.

Таким образом, при глубоком разряде плата защиты литий-ионного аккумулятора ни в коей мере не препятствует заряду аккумулятора.

Проблема лишь в том, что некоторые зарядные устройства считают себя слишком умными и когда видят, что на аккумуляторе слишком низкое напряжение (а в нашем случае оно вообще будет равно нулю), они считают, что произошла какая-то недопустимая ситуация и напрочь отказываются выдавать зарядный ток.

Это сделано исключительно в целях безопасности. Дело в том, что при внутреннем коротком замыкании аккумулятора, заряжать его становится опасно - он может сильно перегреться и вспучиться (со всякими спецэффектами вроде вытекания электролита, выдавливания крышки планшета и т.п.). В случае же обрыва внутри аккумулятора, заряжать его становится совершенно бессмысленно. Так что логика работы таких умных зарядников вполне понятна и оправдана.

О том, как обхитрить зарядку и восстановить работоспособность литиевого аккумулятора после глубокого разряда читайте далее.

Как заставить заряжаться?

По сути, восстановление литий ионных аккумуляторов после глубокого разряда сводится к тому, чтобы вернуть его в штатный режим работы. Надо понимать, что потерю емкости это никоим образом не компенсирует (это невозможно в принципе).

Чтобы все-таки заставить слишком хитрое зарядное устройство заряжать наш сильно севший аккумулятор, необходимо сделать так, чтобы напряжение на нем превысило некий порог. Как правило, достаточно 3.1-3.2 Вольта, чтобы ЗУ посчитало ситуацию штатной и разрешило зарядку.

Поднять напряжение на аккумуляторе можно только с помощью сторонней (более глупой) зарядки. В народе это называется "толкнуть" аккумулятор. Для этого достаточно просто подключить к клеммам аккумулятора внешний блок питания, ограничив при этом максимальный ток.

Для наших целей подойдет любое зарядное устройство для сотового телефона. Чаще всего современные зарядники имеют выход в виде USB-гнезда и, соответственно, выдают 5В. Нам осталось только лишь подобрать резистор, ограничивающий ток заряда.

Сопротивление резистора рассчитывается по закону Ома. Возьмем худший сценарий - на внутренней банке литий-ионного аккумулятора напряжение составляет 2.0 Вольта (померить его, не разбирая аккумулятор, мы не сможем, поэтому просто предположим, что это так).

Тогда разница между напряжением источника питания и напряжением на аккумуляторе будет составлять:

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора, чтобы ток заряда не превышал 50 мА (этого вполне достаточно для первоначального заряда и в то же время вполне безопасно):

R = 3В / 0.050А = 60 Ом

Теперь узнаем, какова мощность будет рассеиваться на этом резисторе, в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора (тогда на резисторе будет падать все напряжение блока питания):

P = (5В) 2 / 60 Ом = 0.42 Вт

Таким образом, чтобы восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда, берем любой блок питания на 5В, ближайший подходящий резистор - 62 Ом (0.5Вт) и подключаем все это к аккумулятору следующим образом:

Подойдет источник питания и на другое напряжение, достаточно будет пересчитать сопротивление и мощность ограничительного резистора. И нужно помнить, что в схемах защиты li-ion, как правило, используются полевые транзисторы с небольшим напряжением сток-исток, поэтому брать блок питания с большим выходным напряжением нежелательно.

Надежный контакт при подключении проводов к клеммам аккумулятора 18650 помогут обеспечить небольшие неодимовые магнитики.

Если заряд не идет (резистор не греется, а на аккумуляторе полное напряжение блока питания), то либо схема защиты ушла в совсем глубокую защиту, либо она просто вышла из строя, либо имеет место внутренний обрыв.

Тогда можно попробовать снять наружную полимерную оболочку аккумулятора и подключить нашу импровизированную зарядку напрямую к банке. Плюс к плюсу, минус к минусу. Если и в этом случае заряд не пошел, то аккумулятору кранты. Зато если пошел, то нужно дождаться пока напряжение поднимется до 3+ Вольт и дальше можно заряжать уже как обычно (штатной зарядкой).

Конечно, с помощью данной приспособы можно зарядить аккумулятор полностью, но тогда ждать придется очень долго (все-таки ток заряда очень маленький). К тому же в этом случае придется очень плотно контролировать напряжение на банке, чтобы не прозевать момент когда там станет 4.2V. А, если кто не знает, напряжение ближе к концу заряда начнет подниматься очень быстро!

Теперь другая ситуация - резистор, наоборот, ощутимо нагревается, но на аккумуляторе нулевое напряжение, значит где-то внутри имеется короткое замыкание. Потрошим аккумулятор, отпаиваем модуль защиты и пытаемся зарядить саму банку. Если дело пошло, значит плата защиты неисправна и подлежит замене. Впрочем, можно использовать аккумулятор из без нее.

Аккумуляторы

Каким током заряжать li ion аккумулятор 18650? Как правильно эксплуатировать такую батарею. Чего литий-ионные источники тока бояться и как такой батарейке продлить срок службы? Подобные вопросы могут возникать в самых разных отраслях электроники.

И если вы решили собственноручно собрать ваш первый фонарик или электронную сигарету, то вам обязательно нужно ознакомиться с правилами работы с подобными источниками тока.

Литий-ионный аккумулятор – это тип аккумулятора электрического тока, который с 1991 года, после того как на рынок его презентовала компания SONY, приобрел широчайшее распространение в современной бытовой и электронной технике. Как источник питания подобные батареи используются в сотовых телефонах, ноутбуках и видеокамерах, как источник тока для электронной сигареты и электромобиля.

Недостатки этого типа батарей начинаются с того, что литий-ионные батареи первого поколения были взрывом на рынке. Не только в прямом, но и в переносном смысле. Эти батареи взрывались.

Объяснялось это тем, что внутри использовался анод из металлического лития. В процессе многочисленных зарядок и разрядок такого аккумулятора, на аноде появлялись пространственные образования, которые приводили к замыканию электродов, а как следствие – к возгоранию или взрыву.

После того, как этот материал заменили графитом, от подобной проблемы удалось избавиться, но могли еще возникать проблем на катоде, который был выполнен из оксида кобальта. При нарушении условий эксплуатации, а точнее перезарядке проблема могла повториться. Исправлено это было с началом использования литий-ферро-фосфатных батарей.

Все современные литий-ионные батареи предотвращают перегрев и перезаряд, но остается проблема потери заряда при низких температурах пользования приборами.

Среди неоспоримых преимуществ литий-ионных батарей, хотелось бы отметить следующие:

• высокая емкость батареи;
• низкий саморазряд;
• отсутствие необходимости обслуживания.

Оригинальные зарядные устройства

Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов довольно похоже на зарядное для свинцово-кислотных батарей. Разница состоит лишь в том, что у литий-ионного аккумулятора очень высоки напряжения на каждой банке и более жесткие требования допусков по напряжению.

Банкой такой аккумулятор называют из-за внешней схожести с алюминиевыми банками из-под напитков. Самым распространенным элементом питания подобной формы является 18650. Такое обозначение аккумулятор получил благодаря своим размерам: 18 миллиметров диаметра и 65 миллиметров в высоту.

Если для свинцово-кислотных аккумуляторов допустимы некоторые неточности в указании граничных напряжений во время зарядки, с литий-ионными элементами все обстоит куда конкретнее. В процессе зарядки, когда напряжение увеличивается до 4.2 Вольта, подача напряжения на элемент должна прекратиться. Допустимая погрешность всего 0.05 Вольт.

Китайские зарядки, которые можно встретить на рынке, могут рассчитываться на элементы питания на разных материалах. Li-ion, без ущерба для его работоспособности, можно заряжать током 0.8 А. В этом случае нужно очень внимательно контролировать напряжение на банке. Желательно не допускать величины выше 4.2 Вольт. Если в сборке с батареей будет иметься контроллер, то переживать ни о чем не стоит, контроллер все сделает за вас.

Самым идеальным зарядником для литий-ионных батарей будет стабилизатор напряжения и ограничительно тока в начале заряда.

Литий заряжать нужно стабильным напряжением и ограничением тока в начале заряда.

Самодельное зарядное

Чтобы заряжать 18650 можно купив универсальное зарядное устройство, и не мучиться вопросом, как проверить мультиметром необходимые параметры. Но такое приобретение вылетит вам в копеечку.

Цена на такое устройство будет варьироваться в районе 45 долларов США. А можно все-таки потратить 2-3 часа и собрать зарядное устройство своими руками. Причем это зарядное будет дешевым, надежным и будет автоматически отключать ваш аккумулятор.

Детали, которые сегодня мы будем использовать для создания нашего зарядного устройства, есть у каждого радиолюбителя. Если под рукой не оказалось радиолюбителя с нужными деталями, то на радиорынке вы сможете купить все детали не больше чем за 2-4 доллара. Схема, которая собрана правильно и аккуратно смонтирована, начинает работу сразу же и не нуждается в каких-либо дополнительных отладках.

Электрическая схема заряда аккумулятора 18650.

В довесок ко всему, при установке стабилизатора на подходящий радиатор, вы сможете спокойно ставить заряжаться свои аккумуляторы без страха того, что зарядка перегреется и загорится. Чего совершенно нельзя сказать о китайских зарядных устройствах.

Схема работает довольно просто. Сперва, аккумулятор нужно зарядить постоянным током, который определяется сопротивлением резистора R4. После того, как аккумулятор будет иметь напряжение 4.2 Вольта, начинается зарядка постоянным напряжением. Когда ток зарядки снизится до очень маленьких значений, светодиод в схеме перестанет гореть.

Токи, которыми рекомендуют заряжать литий-ионные аккумуляторы, не должны превышать 10% от емкости аккумулятора. Это позволить увеличить срок службы вашего элемента питания. При номинале резистора R4 – 11 Ом, ток в цепи будет составлять 100 мА. Если вы используете сопротивление в 5 Ом, то ток зарядки будет уже 230 мА.

Как продлить жизнь вашему 18650

Разобранный аккумулятор.

Если ваш литий-ионный аккумулятор вам приходится оставлять на некоторое время без работы, то лучше хранить элементы питания отдельно от устройства, которое они питают. Заряженный полностью элемент, со временем часть своего заряда утратит.

Элемент, который заряжен очень мало, или разряжен вовсе, может навсегда потерять работоспособность после длительной спячки. Оптимальным будет хранение 18650 на уровне заряда около 50 процентов.

Не стоит допускать полного разряда и перезаряда элемента. У литий-ионных элементов питания полностью отсутствует эффект памяти. Желательно заряжать такие элементы питания до того момента, когда их заряд полностью иссякнет. Это тоже способно продлить работоспособность аккумулятора.

Литий-ионки не любят ни жары, ни холода. Оптимальными температурными условиями для этих элементов питания будет диапазон от +10 до +25 градусов Цельсия.

Холод, может не только уменьшить время работы элемента, но и разрушить его химическую систему. Думаю, каждый из нас замечал, как на холоде быстро падает уровень заряда в мобильном телефоне.

Вывод

Резюмируя все вышесказанное, хочется заметить, что если вы собираетесь зарядить литий ионный аккумулятор с помощью зарядного устройства магазинного производства, обращайте внимание на то, чтобы это было не китайское производство. Очень часто эти зарядные собраны из дешевых материалов и не всегда в них соблюдается нужная технология, что может привести к нежелательным последствиям в виде возгораний.

Если вы хотите собирать устройство собственноручно, то заряжать литий-ионный аккумулятор нужно током, который будет составлять 10% от емкости аккумулятора. Максимальной может быть цифра в 20 процентов, но эта величина уже нежелательна.

При пользовании подобными элементами питания стоит соблюдать правила эксплуатации и хранения, чтобы исключить возможность взрыва, к примеру, от перегрева, или же выхода из строя.

Соблюдение условий и правил эксплуатации продлит срок службы литий-ионной батареи, и как следствие – избавит вас от ненужных финансовых затрат. Батарея – ваш помощник. Берегите ее!