Все про літій іонні акумулятори

Все про літій-іонні акумулятори

Найпопулярніші на сьогодні літій-іонні акумулятори (далі LI) це формату 18650 та 21700. З назви ми можемо здогадатися що у 18650 діаметр 18мм (по факту 18.3) і довжина 65мм. Так само і у 21700 це 21мм діаметр та довжина 70мм. Різниця у них тільки в ємності та розмірах.

Ємність у формату 18650 від 1500мАг до 3500мАг. А у формату 21700 від 3000 до 5000мАг. Якщо хтось вам продає наприклад 18650 ємністю 5000мАг, то знайте — вас дурять. Таких не буває, або китайці дурять та пишуть якусь дурницю.

Максимальна напруга

Так само і механічні пошкодження — не можна ронити, пробивати, замикати, мочити. Від цього ефект зовсім не передбачуваний.

Мінімальна напруга

Тому всі сучасні плати захисту відключають навантаження при напрузі 2.8-3В — менше цього значення не вийде розрядити акум ніколи.

Номінальна напруга

На акумуляторах постійно пишуть або 3.6В або 3.7В, чим же вони відрізняються? Нічим. Кожен виробник як хоче так і пише номінальну напругу. Номінальна напруга — це свого роду «паспортне» значення, яке використовується для маркування та розрахунків, оскільки напруга літій-іонного акумулятора постійно змінюється залежно від його заряду.

А також ця напруга при якій треба зберігати акумулятор тривалий час. Наприклад якщо це повербанк і ви їм не збираєтесь користуватись тривалий термін, то краще розрядити його до 75% заряду, а це і є приблизно 3.7В. Коли Ви зберігаєте акумулятор в постійно зарядженому стані тривалий термін, то в ньому починаються незворотні процеси які призводять до зменшення ємності, зростання внутрішнього опору.

Внутрішній опір (ESR)

ESR (Equivalent Series Resistance) — це еквівалентний послідовний опір акумулятора. Простими словами: це показник того, наскільки легко акумулятор віддає енергію.

Нагрів: Чим вищий опір, тим більше енергії перетворюється на тепло під час роботи. Високий ESR = сильний нагрів під навантаженням.

Просідання напруги: Під великим навантаженням акумулятор з високим ESR різко «просідає» по напрузі, через що пристрій може вимкнутися, хоча заряд ще є.

Стан акумулятора: ESR — це головний індикатор старіння. З часом опір зростає через хімічну деградацію.

У кожного виробника можна в мануалі на акумулятор знайти нормальні значення ESR для LI, але якщо акумулятор без логотипу або написів — щоб зрозуміти наскільки це добрий акумулятор, можна поміряти його ESR. Поміряти ESR звичайним мультиметром не вийде. Для цього є спеціальні міліомметри.

Видів їх багато, я показав на фото найпопулярніші. Отже якщо ви поміряли внутрішній опір акумулятора, який вимірюється в міліомах (далі мОм), то що значить це значення:

Кожен акумулятор також має певну кількість циклів заряду-розряду — це приблизно 600 циклів. Тому акумулятори і виходять з ладу, гублять ємність, росте ESR і так далі. Якщо користуватись акумуляторами наприклад в фонаріку невеликому, то ці 600 циклів розтягнуться на довше, ніж якщо б він був наприклад в дитячій машинці де на нього йшло велике навантаження.

З'єднання акумуляторів

З'єднувати акумулятори можна як паралельно, так і послідовно, а також змішано.

Паралельне з'єднання

Наприклад у нас є 4 однакових акумулятори 18650 ємністю 2500мАг. Перед з'єднанням треба щоб кожен акумулятор був заряджений до однакової напруги, з похибкою не більше 0.05В.

Це простіше зробити процесом заряду до повного однаковим зарядним пристроєм. І що ми отримуємо: напругу на виході таку ж як і у одного акумулятора (4.2-3В), але ємність в 4 рази більше (10000мАг). Ця збірка називається 4P (P — паралель). Якщо один акумулятор може віддати 2А без нагріву, то ця збірка вже зможе віддати 8А без нагріву.

Послідовне з'єднання

Беремо ті ж акумулятори і з'єднуємо так. Ця збірка вже називається 4S (sequentially — послідовно). На виході ми отримаємо вже напругу 4.2×4=16.8В максимальну та 3×4=12В мінімальну. А ємність залишиться та сама. Якщо один акумулятор може віддати 2А без нагріву, то така збірка теж 2А віддасть. А якщо треба більше — то робиться змішана збірка.

Змішане з'єднання

Така збірка вже називається 4S2P — 4 послідовно та 2 паралельні. Така збірка вже може видати струм 4А при напрузі 16.8В. Збірки бувають різні — як і 2S, і безліч в паралель, та навіть 16S.

Чим заряджати акумулятори LI

Звичайний акумулятор 1шт можна заряджати від TP4056. Акумулятори можна заряджати струмом до 1.2А, інколи є кілька видів які можна заряджати струмом 2А.

Плата TP4056 заряджає струмом 1А.

Ось саме плата TP4056 і заряджає по такому принципу. Ця плата може зарядити акумулятор ємністю 2500мАг за 2,5 години. Якщо буде збірка 2P — то вже за 5 години. І чим більше в паралелі, тим більший час зарядки.

Якщо треба пришвидшити заряд — є плата IP2312, вона може заряджати струмом як 2А, так і 3А. Акумулятор ємністю 2500мАг можна заряджати струмом 1А. А ось акумулятор ємністю 1500мАг вже не можна заряджати струмом 1А — для нього рекомендують 750мА. Тобто беремо ємність, ділимо на 2, та отримуємо струм заряду.

Щоб зменшити струм зарядки на TP4056 — треба замінити резистор R3:

Тобто для акумулятора 1500мАг треба вже ставити резистор опором 1.66кОм або 1.5кОм.

А як же заряджати збірки?

Є 2 варіанти як безпечно заряджати такі збірки. Наприклад у нас збірка 3S3P з акумуляторів 2500мАг. Вихідна максимальна напруга такої збірки 12.6В, а мінімальна 9В.

Варіант 1: Модуль підвищення напруги

Такий модуль працює від роз'єму Type-C 5В і підвищує напругу до 12.6В та правильно заряджає алгоритмом CC/CV. Такі модулі бувають зі струмом заряду 1А, 2А, 4А. Для нашої збірки 3S3P я б обрав струм 2А. Нехай менша швидкість і більший час заряду, але акуми довше проживуть.

Варіант 2: Зарядний блок

Найпопулярніший варіант — такі зарядні блоки. Це не звичайний блок живлення, а зарядний пристрій: по-перше він заряджає принципом CC/CV, та має якраз вихідну напругу 12.6В. Струм заряду у них теж буває різний — від 1А і до 10А, більше мабуть також є, але не бачив. Для нашої збірки 3S3P я б обрав 2А або 3А зарядку.

Збірку 3S можна заряджати тільки цим блоком зарядки. Для збірок 4S та інших теж є свої блоки заряду. Наприклад для 5S вихід з блоку заряду вже буде 4.2В × 5 = 21В.

BMS — контролер заряду та розряду

BMS — це плата яка захищає ваш акумулятор від розряду нижче 2.8В та перезаряду більше 4.2В. Це її основне застосування.

Також є BMS з балансуванням. Акумулятори однієї партії навіть з однаковим ESR можуть мати різну ємність. Наприклад якщо написано на акумуляторі 2500мАг, то один може бути 2480мАг, а інший 2504мАг, а третій може навіть бути 2450мАг.

І коли ви збираєте такі акумулятори в збірку 3S або будь-яку іншу, то один з акумуляторів розрядиться швидше ніж інший. І потім коли ви поставите збірку за зарядку, то один акумулятор зарядиться до 4.2В, інший до 4.1В, а третій до 4В. В результаті на наступну розрядку вже буде менша ємність — так як акумулятор 4В розрядиться швидше ніж ті 2 інших і з'явиться розбаланс напруги.

Підключення до BMS для кожної плати різне, але принцип однаковий у всіх. Обов'язково до BMS під'єднується спільний «−» акумулятора та + з кожного акумулятора. Плата BMS слідкує за напругою на кожному елементі і в разі перевищення або пониження порогу напруг — вона зразу від'єднує навантаження.

На платі BMS є ще напис в 60А. Тобто ця плата ще відключить навантаження при перевищенні струму в 60А.

З'єднання акумуляторів

Якщо ми робимо збірку будь-яку, навіть 1S, і треба з'єднати акумулятори послідовно або паралельно — є 2 найпопулярніших варіанти з'єднання:

1. Пайка
2. Точкове зварювання

Також якщо збираєте акумулятори не в холдері — використовуйте тримачі з яких можна зібрати будь-яку конфігурацію. Вони потрібні щоб між акумуляторами був зазор і мінус одного акумулятора не торкнувся іншого мінусу в збірці. А також щоб добре охолоджувались і був потік повітря між ними. Для малих струмів потік повітря зовсім не треба, а ось на великих струмах треба обов'язково.

1. Пайка

Категорично проти цього з'єднання, але якщо прям треба і немає нічого під рукою — то можна, але з деякими особливостями.

Також для лудіння не користуватися активними кислотами, а якщо і треба — обов'язково змивайте її. Дріт для з'єднання повинен витримувати струм під ваші потреби.

2. Точкове зварювання

Це найпопулярніший спосіб з'єднання акумуляторів будь-яких. Його перевага — що електроди зварки пропускають через стрічку великий струм і приплавляють пластину до п'ятака акумулятора, і це все за частки секунд. Для з'єднання використовуються стрічки нікельовані, або стальні з нікелевим напиленням, або навіть мідні — в залежності від струму навантаження.

Сподіваюсь ця стаття допоможе Вам розібратись з вашою збіркою та убереже Вас та вашу родину від неприємних несподіванок від акумуляторів.