Аккумулятор 18650 перестал заряжаться

Кратко о том, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда

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.

Все современные модули защиты устроены таким образом, что даже в случае блокировки аккумулятора от дальнейшего разряда, его все-таки можно зарядить. Это происходит благодаря паразитному диоду, встроенному в ключ на полевом транзисторе. Вот типовая схема модуля защиты аккумулятора 18650:

Так как при глубоком разряде закрывается только транзистор FET1, а второй MOSFET при этом остается открытым (пропускает ток в обоих направлениях), то зарядный ток спокойно протекает от плюсовой клеммы батареи через FET2, паразитный диод внутри FET1 к минусовой клемме.

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.

Читать еще:  Alcaplast сливной механизм инструкция

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:

Читать еще:  Аккумуляторы автомобильные на яндекс маркете

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.

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).

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.

Минимальное напряжение для Li-Ion аккумулятора на примере «18650»

Я часто вижу вопросы о том, на сколько низко можно разряжать Li-Ion аккумулятор, и возможно ли безопасно зарядить его при этом. На этот вопрос довольно трудно ответить точно, производители Li-Ion не публикуют много об этом, а Li-Ion — это не просто Li-Ion, это множество разных химикатов с похожими, но не равными спецификациями.

Некоторые люди не хотят разряжать аккумулятор ниже 3.6 вольт, но зачем останавливаться на этом, когда в даташите говориться о 3.0 и ниже вольт?

Для этого есть своего рода причина, и это связано с тем, как вы измеряете напряжение.

Здесь я разряжаю аккумулятор до 2.5 вольт током в 2А, когда я отключаю нагрузку, напряжение начинает довольно быстро повышаться до 3.3 вольт.

Требуется 12 секунд для повышения напряжения от 2.5 до 3.1 вольт. Это означает, что если вы начнете измерять напряжение на аккумуляторе, вы никогда не увидите 2.5 вольта.

Давайте попробуем с другим аккумулятором.

Напряжение поднимается от 2.5 до 3.1 вольт за 3 секунды и через 7 секунд составляет около 3.2 вольт.

Как далеко скачки напряжения зависят от тока разряда, более низкий ток даст меньший скачок и по химическому составу аккумулятора, различные химикаты дают разные скачки напряжения. Это означает, что измерительные действия с аккумулятором вне оборудования не даст правильной информации о минимальном напряжении.

Из-за вышеперечисленного довольно сложно понять, какое фактическое напряжение аккумулятора находящийся внутри фонарика когда он включен. И можно предположить, что он разряжен, когда ненагруженное напряжение ниже «некоторого» значения. 3.6 вольт отлично подходит для некоторых батарей, но оказывается это не предел.

Читать еще:  Arduino byte to char array

Первый ответ на этот вопрос прост, проверьте техническое описание:

Вот некоторые значения из 4 разных таблиц. Самые распространенные значения сегодня — 2,75 В и 2,5 В.

Эти значения являются самым низким напряжением, которое допускается на аккумуляторы, если необходимо достичь полного срока службы. Это означает, что для любого нормального использования это самое низкое значение для разрядки аккумулятора. Это напряжение не включает в себя ток. Предел не тот, который может быть разряжен только при высоких токах, он может разряжаться и очень низким током в соответствии этой спецификацией. Вот несколько иллюстраций из справочников про Li-Ion:

Вот некоторые данные от Samsung, защита от разрядки находиться вне нормального диапазона использования.

И если я расширю таблицу, то можно увидеть, что минимальное напряжение защиты зависит от устройства (нагрузки). При высоком токе защита может быть и при более низком напряжении.

Из этой таблицы видно, что допустимо разряжать аккумуляторы LCO / LMO ниже минимального значения.

Вот несколько иллюстраций из справочника про Li-Ion:

В обеих иллюстрациях есть:

Рабочий диапазон — то есть диапазон напряжения из таблицы данных.

Диапазон защиты (безопасности) — который охватывает более широкий диапазон напряжения, но может привести к дополнительному износу аккумулятора.

Непригодный диапазон — очень низкое или очень высокое напряжение.

В руководствах Samsung также указано минимальное напряжение.

Три последних иллюстраций показывают нам о допустимом минимальном напряжении на разных аккумуляторах от разных производителей в 1.5 вольта, где-то ниже 2.3 вольт или в 1 вольт.

Еще одна важная деталь — предварительная зарядка, когда напряжение низкое номинальному, батарею нельзя заряжать при номинальном токе. Необходимо использовать уменьшенный ток.

Когда аккумулятор разряжается до ниже допустимого напряжения, он может потерять некоторую мощность за очень короткое время.

Причиной не заряжать номинальным током сильно разряженный аккумулятор является то, что химия ломается при низких напряжениях. В зависимости от того, насколько химия ухудшилась, аккумулятор может очень сильно нагреться при зарядке!

С учетом вышеизложенного я порекомендую следующее:

1) Не используйте защиту от разряда в качестве сигнала о том, что аккумулятор полностью разряжен.

2) Не заряжайте номинальным током аккумуляторы под напряжением менее 2 вольт, за исключением случаев, когда у вас есть данные, говорящие, что они безопасны.

3) Только потому, что ячейка восстанавливает напряжение, не делайте целесообразным разрядку ниже пределов.

И помните, что если во время зарядки аккумулятор становится более горячим, чем обычно, или он не заряжаться полностью (то есть зарядное устройство не отключается), он будет мертвым, и возможно, опасным.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector