Зарядка/разрядка аккумуляторов

[anton]

Источник: http://www.strikeup.ru/blog/35.html#comment123

Собственно с того момента, как я приобрел умную зарядку, я задался вопросом, как правильно заряжать аккумы. Читал форумы, рекомендации на сайтах разных магазинов, но нигде так и не нашел всей нужной информации, соединенной вместе, может просто плохо искал. Но решил соединить все рекомендации вместе и поделиться с вами. Большинство информации я копировал, кое что писал сам.



Начнём:
Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-Cd аккумуляторов



Время зарядки = ( Емкость батарей, мА/ч + 10% ) / Сила тока ЗУ, мА

Ni-Cd аккумуляторы необходимо разряжать после использования, чтобы избежать «эффекта памяти», сокращающий срок службы аккумулятора. Если каждый раз неполностью разряжать батарею, постепенно уменьшается его свойство держать заряд. Если Вы хотите полностью разрядить аккумуляторную батарею, нельзя разряжать меньше порогового значения 0,9 в на 1 элемент. Ниже приведена таблица по которой Вы можете правильно разрядить свою аккумуляторную сборку.

Никогда не оставляйте никелевые батареи в зарядном устройстве больше, чем на несколько дней, даже в медленном (trickle) зарядном устройстве. Свойство длительного заряда вызывает образование кристаллов, т.н. «эффект памяти».
Необходимо периодически полностью разряжать аккумуляторную сборку (один раз в месяц) приблизительно до 0,9 В на элемент (например при 10,8-вольтовой сборке, состоящей из 9 элементов по 1,2 В, разрядить её до ~ 9 В, но не ниже!).
Никелевые батареи, когда выходят из завода, необходимо подвергать «тренировке». Использование 4-6 циклов (количество циклов, необходимое для достижения полной емкости, разное у разных производителей) ЗУ заряда/разряда при нормальном использовании выводит их в рабочий режим. Батареи, собранные из высококачественных элементов японских производителей, достигают показателей после 4-6 циклов. Другие батареи могут потребовать 50-100 циклов для достижения приемлемых уровней емкости. Процесс тренировки требуется только для новых батарей.
Всегда давайте остыть батарее до комнатной температуры (~20 C) перед зарядом. Заряд батарей при температурах ниже 5 C или выше 50 C значительно снижает срок службы батарей.
Не заряжайте аккумуляторную батарею, если Вы не собираетесь её использовать (или всегда разряжайте её, в этом случае). Если постоянно забывать разряжать Ni-Cd батарею, она постепенно теряет свои свойства держать заряд. Со временем зарядное устройство будет вообще бессильно зарядить такую батарею.
Процесс циклирования (Инициализация) рекомендуется для возврата утерянной емкости никелевых батарей после длительного хранения (6 мес. или более). Циклирование может быть выполнено путем медленного заряда и последующего одного или нескольких циклов разряда/разряда. Следует избегать большого колличества циклирования из-за эффекта износа.


Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-Mh аккумуляторов



Время зарядки = ( Емкость батарей, мАч + 10% ) / Сила тока ЗУ, мА
1. Храните Ni-Mh батареи с небольшим количеством заряда ( 30 — 50% ).

2. Никель-металгидридные батареи более чуствительны к нагреву чем никель-кадмиевые, поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на способности батареи держать и выдавать заряд. Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak» (определение пика напряжения зарядки), то вы можете заряжать аккумуляторы без риска перезарядки и разрушения оных.

3. Никелевые батареи, когда выходят из завода, необходимо подвергать «тренировке». Использование 4-6 циклов (количество циклов, необходимое для достижения полной емкости, разное у разных производителей) ЗУ заряда/разряда при нормальном использовании выводит их в рабочий режим. Батареи, собранные из высококачественных элементов японских производителей, достигают показателей после 4-6 циклов. Другие батареи могут потребовать 50-100 циклов для достижения приемлемых уровней емкости. Процесс тренировки требуется только для новых батарей.

4. Всегда давайте остыть батарее до комнатной температуры (~20 C) перед зарядом. Заряд батарей при температурах ниже 5 C или выше 50 C значительно снижает срок службы батарей.

5. Если хотите разрядить Ni-Mh батарею, то не разряжайте её менее чем до 0,9 В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых батарей падает ниже 0,9 В на элемент, обычное электронное зарядное устройство (быстрое или медленное (trickle)) может не смочь активировать батарею и завершить успешный заряд. Такие батареи нужно зарядить до напряжения 0,9 В/элемент током 100-150 mA, затем зарядить до полной емкости током 300 mA (для балансировки элементов).

6. Необходимо периодически полностью разряжать аккумуляторную сборку (один раз в месяц) приблизительно до 0,9 В на элемент (например при 10,8-вольтовой сборке, состоящей из 9 элементов по 1,2 В, разрядить её до ~ 9 В, но не ниже!).



Рекомендации по зарядке/разрядке LiPo аккумуляторов



1. LiPo аккумуляторы по праву заслужили такие отзывы как «самые привередливые, опасные, ненадежные и маложивущие», но несмотря на все эти недостатки, использование данных аккумуляторов в страйкболе достаточно широко, так как они имеют возможность отдавать большие токи разряда.

2. LiPo аккумуляторы очень чувствительны к режимам эксплуатации. Так, в случае разряда такой батареи ниже допустимого она необратимо выходит из строя. Превышение напряжения на батарее может привести к ее взрывному самовозгоранию.



3. При заряде LiPo заряжайте их только специальным зарядным устройством для LiPo и только под присмотром. В случае какого-то внутреннего повреждения во время заряда может произойти самовозгорание и пожар.

4. Никогда не заряжайте аккумулятор без балансира — устройства, контролирующего и выравнивающего напряжения на каждой «банке» в последовательно соединенной батарее. Для автоматических устройств всегда выбирайте режим Balance Charge вместо просто LiPo Charge. Последний не балансирует и не контролирует каждую из банок.

5. Для заряда используйте ток величиной не более 1С, но рекомендуют 0.5-0.7С. По некоторым данным, более медленный заряд продлит срок службы аккумулятора.

6. Заряжайте LiPo аккумуляторы только в режиме LiPo.

7. Если есть возможность — старайтесь использовать батареи с некоторым запасом по номинальному току. Это продлит срок их службы.

Кратко перечислим основные правила эксплуатации LiPo аккумуляторов, дав ниже подробные объяснения причин для интересующихся:

1. LiPo батареи очень чувствительны к режиму эксплуатации. При заряде их используется метод CC-CV. То есть, исходно батарея заряжается некоторым фиксированным током (constant current — CC), при этом напряжение на банках батареи растет. По достижении напряжения 4.20 вольт на каждой банке батарея уже заряжена примерно на 95%, и зарядное устройство переходит ко второй фазе алгоритма заряда CV (constant voltage, постоянное напряжение). При этом ток постепенно снижается так, чтобы напряжение на каждой банке не превысило 4.20 вольт. Эта величина определяется химией LiPo батареи. Превышение ее допустимо не более, чем до 4.25 вольт, а достижение значения 4.30 и выше чревато взрывным самовозгоранием.

2. При разряде в процессе эксплуатации недопустимо снижение напряжения на каждой из банок ниже 3-х вольт. Достаточно один раз посадить LiPo батарею до 2.5 вольт на банку, и ее, как правило, можно будет выбросить. После такого разряда батарея может «вздуться», она теряет более половины емкости и перестает отдавать номинальный ток разряда. В течение некоторого времени батарея теряет емкость, практически, полностью.

3. Отсюда проблема эксплуатации LiPo заключается в том, что при заряде необходимо контролировать напряжение на каждой из банок, чтобы не вывести ее из строя, а при последующем разряде все банки разряжались одинаково, но не ниже допустимого минимума. Обычное зарядное устройство может контролировать напряжение на батарее в целом, но при большом разбросе напряжений на банках вполне возможен вариант, когда на одной из них еще 4.05 вольт, а на второй уже 4.30. Зарядка видит только суммарные 8.35 и продолжает заряжать батарею до 8.40 (4.20*2). При этом напряжение на второй банке превышает 4.30, что с большой вероятностью приводит к возгоранию. При разряде несбалансированной батареи эта же проблема способна привести к переразряду отдельно взятой банки несмотря на то, что суммарное напряжение еще выше, чем 3 вольта х количество банок.

4. Для решения этой проблемы используется специальное устройство, называемое балансиром. В процессе заряда оно следит за напряжением на каждой из банок и выравнивает их между собой. При этом зарядное устройство отключит заряд вовремя, не выводя аккумулятор из строя. При разряде сбалансированной батареи на модели все банки также разряжаются более-менее равномерно, и при снижении суммарного напряжения до 3 вольт на банку должна сработать отсечка регулятора, что предотвратит выход батареи из строя. Многие современные зарядные устройства уже имеют встроенный балансир, которым обязательно следует пользоваться, подключая отдельный балансировочный разъем батареи наряду с силовым и выбирая соответствующий режим заряда. Для устройств, не имеющих встроенного балансира, следует купить отдельное внешнее устройство.

5. Ток заряда LiPo не должен превышать емкости аккумулятора, т.е. максимальный ток заряда равен 1С. Например, для заряда аккумулятора емкостью 2200 мАч ток заряда не должен превышать 2.2 А. В то же время не следует ставить ток заряда меньше, чем 0.5С.

6. Принудительно разряжать или циклировать литиевый аккумулятор нет никакого смысла, так как эти батареи не имеют эффекта памяти и должны храниться в заряженном состоянии (наиболее оптимальный режим хранения — 60% заряда). Ток разряда аккумулятора может быть любым, но не более его номинала, указанного на этикетке также в единицах величины емкости C. Например 20С на аккумуляторе 1000 мАч означает, что максимальный непрерывный ток разряда равен 20*1000=20000 мА=20 А. Следует заметить, что если не использовать аккумулятор на пределе его возможностей, то он проживет гораздо большее количество циклов. Скажем, для одного из фирменных дорогих LiPo с номинальным током 30С приводятся такие типовые данные: при заряде и разряде токами в 1С производитель гарантирует 500 циклов без существенной потери емкости. При заряде током 1С, но разряде максимальным допустимым током в 30С количество циклов составит всего 50 (упадет в 10 раз). Это дает хороший пример того, почему желательно иметь запас по току батареи при подборе силовой установки.

Зарядка LiFePO4 (литий-феррофосфатные, также известные как А123, LiFe, LiFo,
литий-фосфаты) аккумуляторов





1. Оригинальные аккумуляторы выпускает американская компания A123 Systems, откуда и пошло их популярное название A123. Они являются развитием направления литий-полимеров и в своей основе имеют химическую формулу LiFePO4 (феррофосфат лития). Благодаря этой формуле они получили много альтернативных названий — LiFe, LiFo, литий-фосфаты, и т.п. Данные батареи обладают массой преимуществ: неприхотливые, неубиваемые, долгоживущие, нетребовательные к частой балансировке, не боятся умеренных перезарядов и переразрядов, отдают большие токи, и главное — штатно допускают очень быстрый заряд за 15-20 минут.

2. Недостатки: ограниченный ряд емкостей, немалый по сравнению с LiPo вес, низкое напряжение на банке и достаточно большая его просадка под нагрузкой. Все китайские аналоги имеют меньшие отдаваемые токи, что сводит на «нет» все остальные их достоинства.

3. Зарядка осуществляется только на специальном зарядном устройстве. Собственно я пока не пользовался ими, поэтому написать полную характеристику по зарядке не могу. Если кто-то может добавить про них, то пишите, я думаю многие уже могут это сделать.

Практические советы по основным типам батарей:

NiMh, NiCd

Ток заряда: от 0.3С до 0.5С, где С — емкость аккумулятора в ампер-часах. При условии хорошего охлаждения и контроля температуры — до 1С.

Ток разряда: от 0.3С до 0.1А (чем меньше – тем лучше, но дольше).

Минимальное напряжение при разряде определяется как U=1.25*(N-1) или в расчете на каждую банку U=1.25*(N-1)/N.

Пример для батареи NiMh 1500 мАч 8 банок:
— ток заряда 0.5-0.8 А;
— ток разряда при циклировании 0.1-0.4А (меньше — лучше);
— минимальное напряжение на батарее 8.8 вольт или 1.1 вольт/банку.

LiPo

Ток заряда: 0.5-1С (меньше — лучше).

Ток разряда: циклирование не требуется, но в целом не выше номинального, выраженного в единицах емкости C.

Минимальное напряжение: 3 вольта на банку.

Пример для батареи LiPo 2200 20C 11.1в:
— ток заряда 1.1-2.2 А;
— ток разряда: до 44А;
— минимальное напряжение на батарее: 9 вольт (но не менее 3 вольта на каждой из банок).

[Лесник]

нельзя разряжать меньше порогового значения 0,9 в на 1 элемент

Справедливо для тех, у кого есть балансировочный разъём, т. е. есть возможность проконтролировать каждый элемент отдельно. Если банки соединены в батарею и напряжение проверяется сразу на всей батарее, то лучше придерживаться правила 1В на банку. Потому что банки заряжаются и разряжаются по-разному, напряжение на них разное - сам проверял. Так, что если на 7 банках 6,3В, то наверняка какие нибудь аккумуляторы разрядились ниже 0,9В. Это плохо.

Ni-Cd аккумуляторы необходимо разряжать после использования

Не заряжайте аккумуляторную батарею, если Вы не собираетесь её использовать (или всегда разряжайте её, в этом случае).

Не согласен. Ni-Cd аккумуляторы необходимо разряжать перед зарядом!
Т. к. у Ni-Cd аккумуляторов имеет место саморазряд, если хранить уже разряженный (до 0,9В на банку) аккумулятор, он разрядится ещё больше в процессе хранения. Так можно постепенно убить аккумулятор.

NiMh, NiCd

Ток заряда: от 0.3С до 0.5С, где С — емкость аккумулятора в ампер-часах. При условии хорошего охлаждения и контроля температуры — до 1С.

Ток разряда: от 0.3С до 0.1А (чем меньше – тем лучше, но дольше).

Цифры вполне допустимые. Только следует помнить, что медленная зарядка продлевает жизнь аккумулятора.
Исходный гидроксид никеля может существовать в двух формах: α- и β-Ni(OH)2, отличающихся степенью гидратации и плотностью. В разряженном электроде могут присутствовать обе формы Ni(OH)2. При заряде β-Ni(OH)2 переходит в β-NiOOH (при небольших изменениях кристаллической решетки вещества). На последней стадии заряда может образовываться γ-NiOOH. Соотношение β- и γ-фаз NiOOH зависит от условий заряда. γ-Фаза образуется при больших скоростях заряда и/или при существенных перезарядах. Ее образование приводит к коренной перестройке структуры оксидов. Плотность β-NiOOH равна 4,15 г/см3, плотность γ-NiOOH - 3,85 г/см3, поэтому при существенном перезаряде при образовании оксидов высшей валентности объем активной массы оксидно-никелевого электрода изменяется. Ёмкость будет меньше.Электрохимическое поведение двух форм гидроксида никеля также различное. Заряд γ-NiOOH протекает с меньшей эффективностью, а коэффициент использования по току ниже, чем у β-NiOOH.

Стандартные рекомендации по Ni-Cd аккумуляторам таковы:
Номинальное напряжение герметичных Ni-Cd аккумуляторов - 1,2 В.
Номинальный (стандартный) режим заряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,1 С в течение 16 ч.
Номинальный режим разряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,2 С до напряжения 1 В.

Очень интересны зарядные устройства в которых зарядный ток не постоянный, а уменьшается по экспоненциальной кривой. Это даёт возможность уменьшить время заряда и избежать сильного повышения температуры в конце зарядки, а также избежать перезаряда. Пытаюсь сделать такую, но пока на стадии разработок и испытаний.