Ładowanie ogniw Li Ion 3.7V

Cześć

W tym artykule chciałbym poruszyć temat sprzętu, potrzebnego do naładowania ogniwa Li Ion 3.7V. Sprawa jest poważna i nie można jej bagatelizować gdyż technologia Li Ion jest bezpieczna tak długo, jak długo eksploatujemy ją w odpowiedni sposób. Nie będę przytaczał wybuchających telefonów, tabletów czy spadających dronów… Obrazuje to problem, nawet największe firmy koncerny mają problem aby te baterie ładować poprawnie. Bez obaw damy radę. Chciałbym powiedzieć wprost o urządzeniach, które ładują tę technologie. Zaczynając od najbardziej podstawowych, na finezyjnych kończąc.

Warunki :

Aby naładować ogniwo Li Ion musimy wiedzieć jakie jest jego napięcie ładowania i jaki jest prąd ładowania. Brzmi łatwo natomiast bardzo często o tym zapominamy. Prąd ładowania w ogniwach litowo jonowych zmienia się wraz z postępem technologicznym tworzenia kompozytów, związków chemicznych wchodzących w skład ogniwa. Jeśli mamy możliwość sprawdzenia, jaki jest model naszego akumulatora – REWELACJA. Wpisujemy model wprost z akumulatora do wyszukiwarki google i dopisujemy DATASHEET.

Przykładowy datasheet dla ogniwa Samsung ICR18650-22P. PDF LINK

W takim PDFie szukamy informacji na temat : CHARGING VOLTAGE, CHARGING CURRENT.

Zatem odczytujemy z punktu 3. Nominal Specifications

3.3 Charging Voltage 4.2V±0.05 V

3.6 Charging Current Standard charge: 1075mA Rapid charge : 2150mA

No właśnie, tutaj pojawiają nam się pierwsze chochliki. Rapid Charge… 2.15A. Zazwyczaj stosowany w pojazdach elektrycznych. Jest to absolutne maksimum które jest w stanie przyjąć ogniwo. Może w tym momenciie się grzać i na pewno nie zagwarantuje nam w pełni naładowanego ogniwa… ale o tym później. Dobrze mamy zatem prąd ładowania 4.2V oraz 1,075A. A co jeśli nie mamy modelu ogniwa ? Jest to no name. Zazwyczaj przyjmuje się, że bezpieczny prąd ładowania to połowa pojemności. Tak jest też w tym wypadku.

Co zrobić, jeśli nie znamy nawet pojemności ogniwa?  Należy je ładować możliwie najniższym prądem, a następnie sprawdzić jaka jest pojemność ogniwa. Można to zrobić na dwa sposoby. Użyć przyrządu pomiarowego, które jest w stanie wyznaczyć pojemność ogniwa. (np. Ładowarki modelarskie) Drugim sposobem jest oszacowanie pojemności, na podstawie czasu pracy zasilanego urządzenia np. latarka na ogniwie 3500mAh świeci 3 godziny zatem jeśli na nieznanym ogniwie będzie świećiła 1,5 godziny ogniwo będzie miało około 1700mAh. Trzeba natomiast pamiętać, że tego typu szacowanie jest obarczone dość dużą niepewnością pomiaru.

Przyrządy nadające się do ładowania ogniw Li Ion

Jest to temat rzeka ale zacznijmy od najtańszych a na finezyjnych zakończmy.

TP4056 (cena 1-5 PLN)

Jeden z najbardziej znanych układów, występuje w różnych formach od prostych układów jednokanałowych, przez układy z zabezpieczeniem przed rozładowaniem, po układy o zwiększonym prądzie ładowania.

Układ ten charakteryzuje się napięciem wyjściowym  4.2V±0.05 V  oraz prądem ładowania, który możemy sobie zaprogramować za pomocą opornika (standardowo zaprogramowany jest 1A lub 0.5A w zależności od źródła).

Jest to bardzo przyjemny układ, który podłączamy pod USB micro lub USB mini, posiada zieloną lub niebieską i czerwoną diodę sygnalizującą o naładowanym i rozładowanym akumulatorze.

Wada tego urządzenia jest jedna, ogromna i może powodować dość spore zamieszanie w rękach osoby niedoświadczonej. Mianowicie podłączenie akumulatora do tego układu, z odwrotną polaryzacją, czyli pomylenie plusa z minusem nie tylko powoduje natychmiastowe uszkodzenie układu, ale również przebicie układu zasilającego do wyprowadzen Bat+ Bat-. Ok ale co to znaczy… Zasilając taki układ kablem USB z naszej ładowarki doprowadzamy po uszkodzeniu do naszego ogniwa 5V zamiast 4.2 !!! Może to prowadzić do poważnych uszkodzeń pakietu a nawet eksplozji lub rozszczelnienia. Ok, jest tanio ale może jest coś czym można naładować nasze ogniwa bezpieczniej … Oczywiście.

Litokala/Nitecore (39-300PLN)

Są to firmy produkujące ładowarki do ogniw cylindrycznych typu 0 czyli np. 18650, 21650, AAA, AA ect. Za pomocą takiej ładowarki nie tylko jesteśmy w stanie naładować ogniwa Li Ion 3.7V ale również NiMH, a czasem nawet LiFe lub LiHV. (Tutaj nieco więcej o dwóch ostatnich) Ponadto wersje z wyświetlaczem podają nam informacje o aktualnym napięciu na ogniwie, czasem o rezystancji wewnętrznej, niektóre nawet wyposażone są w pomiar pojemności. Może być lepiej ? Może …

Ładowarki modelarskie (150-2000PLN)

Ładowarka modelarska to kombajn, możemy w niej ładować praktycznie każde ogniwo dostępne na rynku. Ponadto daje nam duże możliwości ładowania dużych pakietów baterii np 3.7V 7.4V 11.1V ect. Często z możliwością podpięcia krokodylków, konektorów XT60 i przede wszystkim bananów. Daje nam to już dużą swobodę ładowania mając jednocześnie pewność, że naładujemy nasz pakiet baterii lub pojedyncze ogniwo w sposób bezpieczny. Ilość funkcji przytłacza i jest zależna od wybranego urządzenia. Ale do najbardziej istotnych należą : Pomiar napięcia, Rezystancji wewnętrznej, Pojemności, Temperatury no i oczywiście funkcje ładowania. Niektóre z nich są wyposażone nawet w wycinarki do styropianu lub grzałki do wyginania plastiku. Obecnie producenci wsadzają do nich wszystko oczywiście za swoją cenę.

W trakcie wyboru takiej ładowarki powinniśmy sugerować się przede wszystkim ilością kanałów oraz ilością portów balansujących, oraz przede wszystkim mocą. Co innego naładować ogniwo baterii laptopowej, inaczej też ładuje się rower elektryczny lub samochód czy łódź. Zatem moc będzie na pewno decydującym czynnikiem świadczącym o cenie i jakości urządzenia.

Zasilacz laboratoryjny (180-9999999PLN)

Cena kończy się na tym czego oczekujemy. Poczciwe zasilacze laboratoryjne pomogą nam naładować każdy typ ogniwa litowego. Dowolna regulacja napięcia, prądu powoduje że są doskonałe do testowania ogniw. Nie jest to rozwiązanie konsumenckie i na pewno się nim nie stanie. Ale dla każdego elektronika posiadającego taki sprzęt tryb CC CV w zupełności wystarczy jeśli tylko nie ma do czynienia z olbrzymim rozbalansowanym pakietem. 🙂

W wypadku ładowania ogniw połączonych szeregowo w pakiety 36V, 48V, 72V itd. oprócz zasilacza CC CV należy zaopatrzyć się w układ balansujący zwany również BMSem (ang. Battery Management System).

Ładowarka skrojona na wymiar (100-2000PLN)

Ładowarki takie są tak na prawdę źródłem identycznym do zasilacza laboratoryjnego. Wyjątek stanowi fakt, że ładowarką do pakietu 48V nie naładujemy pakietu 36V i vice versa. W przypadku zasilacza laboratoryjnego wystarczy zmienić nastawy na wyświetlaczu (np. w zakresie 0-60V) i możemy naładować każdy pakiet do napięcia 60V.

Jeśli macie ochotę zobaczyć jak wygląda to zarówno w teorii jak i w praktyce, serdecznie zapraszam do obejrzenia 2 filmów z serii moich poradników do ogniw Li Ion.