Как зарядить аккумулятор блоком питания

Сначала определите тип аккумулятора

Перед подключением нужно знать его химию и допустимый режим заряда.

Это может быть:

• Li-ion или LiPo;
• LiFePO4;
• свинцово-кислотный;
• NiMH;
• NiCd.

У них различаются максимальное напряжение, алгоритм заряда и допустимый ток.

Поэтому нельзя взять произвольный аккумулятор, установить на блоке «примерно нужное напряжение» и считать такой способ универсальным.

Обычный адаптер и лабораторный блок питания – не одно и то же

Обычный адаптер может иметь, например:

12 В 2 А

Это означает, что он поддерживает примерно 12 В и способен отдать ток до 2 А.

Но он не обязательно умеет ограничивать зарядный ток аккумулятора по нужному алгоритму.

Лабораторный источник питания обычно имеет две регулируемые величины:

CV – Constant Voltage

стабилизация напряжения;

CC – Constant Current

ограничение тока.

Именно возможность одновременно задать максимальное напряжение и ограничить ток позволяет использовать регулируемый источник для некоторых режимов зарядки.

Почему одного напряжения недостаточно

Разряженный аккумулятор может попытаться потребить большой ток.

Если просто подключить его к мощному источнику постоянного напряжения без ограничения тока, зарядный ток может превысить допустимое значение.

Последствия:

• сильный нагрев;
• ускоренная деградация;
• срабатывание защиты;
• повреждение аккумулятора;
• для литиевых элементов – повышенный риск возгорания.

Поэтому источник для прямой зарядки должен иметь контролируемое ограничение тока.

Что означают CC и CV

При зарядке от регулируемого источника обычно используются два режима.

CC – источник ограничивает ток заданным значением. Напряжение при этом зависит от состояния аккумулятора.

CV – источник удерживает заданное напряжение, а ток постепенно уменьшается.

Для литий-ионных аккумуляторов типичный алгоритм называется:

CC/CV

Сначала заряд идёт с ограничением тока, затем при достижении конечного напряжения источник переходит к стабилизации напряжения, а зарядный ток уменьшается.

Зарядка Li-ion от лабораторного блока

Для Li-ion сначала нужно точно знать:

• количество элементов последовательно;
• максимально допустимое напряжение одного элемента;
• рекомендуемый зарядный ток;
• наличие и состояние защиты.

Для стандартного Li-ion элемента с номиналом 3,6–3,7 В конечное напряжение часто составляет 4,2 В, но существуют элементы с другими пределами.

Поэтому значение нужно брать из документации конкретного аккумулятора.

Например, для одного стандартного элемента 18650 нельзя использовать источник 5 В напрямую только потому, что 5 В есть у USB.

Как устанавливать ограничение тока

Допустимый зарядный ток задаётся производителем аккумулятора.

Он может указываться:

• в амперах;
• в миллиамперах;
• через коэффициент C.

Например, если ёмкость составляет:

2000 мА·ч

то ток:

0,5C

равен:

1 А

Но это лишь пример расчёта.

Нельзя считать 0,5C универсально допустимым током для любого аккумулятора. Максимальное и рекомендуемое значения нужно проверять по datasheet.

Сначала настройте источник, потом подключайте аккумулятор

У регулируемого лабораторного блока сначала устанавливают необходимые ограничения согласно характеристикам батареи.

До подключения аккумулятора нужно проверить:

• выходное напряжение;
• ограничение тока;
• полярность проводов.

После этого питание отключают, подключают аккумулятор с правильной полярностью и только затем начинают заряд.

Так снижается риск случайно подать на батарею неправильное напряжение.

Полярность особенно важна

Красный провод источника обычно используется как:

плюс

чёрный:

минус

Но ориентироваться только на цвет проводов недостаточно.

Перед подключением проверьте обозначения клемм и при необходимости измерьте полярность мультиметром.

Обратная полярность способна повредить аккумулятор, источник питания или защитную электронику.

Что происходит во время заряда Li-ion

В начале заряда источник может работать в режиме ограничения тока.

Например, установлен предел:

1 А

На дисплее источника будет видно, что ток держится около заданного значения, а напряжение аккумулятора постепенно растёт.

Когда напряжение достигает установленного максимума, источник переходит в CV.

После этого напряжение остаётся практически постоянным, а ток начинает снижаться.

Именно уменьшение тока является важной частью окончания CC/CV-заряда.

Нельзя заканчивать заряд только по напряжению

Если аккумулятор достиг 4,2 В, это ещё не означает, что нужно мгновенно отключить источник.

В нормальном CC/CV-цикле после достижения предельного напряжения ток постепенно уменьшается.

Специализированное зарядное устройство завершает заряд при заданном токе окончания.

Если заряд проводится лабораторным источником, этот критерий тоже должен быть известен из документации аккумулятора или зарядного алгоритма.

А BMS заряжает аккумулятор?

Не всегда.

Это распространённая ошибка.

BMS обычно отвечает за защиту аккумуляторной сборки:

• от перенапряжения;
• глубокого разряда;
• слишком большого тока;
• короткого замыкания;
• иногда контролирует температуру;
• в некоторых версиях выполняет балансировку.

Но наличие BMS не означает, что на батарею можно подавать любое напряжение и ток.

Источник зарядки всё равно должен соответствовать напряжению и алгоритму конкретной сборки.

Зарядка аккумуляторной сборки

Если аккумуляторы соединены последовательно, напряжение зарядки увеличивается соответственно числу элементов.

Для сборки обозначение может выглядеть:

2S

3S

4S

и так далее.

Например, у стандартных Li-ion элементов схема 3S имеет другое конечное зарядное напряжение, чем одиночный 1S.

Нельзя заряжать многосекционную батарею как один элемент.

Кроме того, для последовательных литиевых сборок обычно требуется BMS или балансирующая зарядная система.

Можно ли зарядить 18650 обычным блоком на 5 В

Напрямую – нет.

USB-блок на 5 В является только источником питания.

Между ним и Li-ion элементом должен находиться зарядный контроллер.

Для одиночных 1S Li-ion часто используются специализированные микросхемы или модули зарядки.

Они ограничивают ток и конечное напряжение автоматически.

Сам факт, что зарядное устройство питается от 5 В, не означает, что на аккумулятор подаётся 5 В.

Свинцовый аккумулятор

Свинцово-кислотные аккумуляторы тоже можно заряжать регулируемым источником, если правильно заданы напряжение и ограничение тока.

Но режим зависит от:

• номинального напряжения аккумулятора;
• типа AGM, GEL или обычного жидкостного;
• температуры;
• режима циклического или буферного использования.

Поэтому универсальное значение напряжения для всех свинцовых батарей использовать нельзя.

Нужные пределы указывает производитель.

NiMH и NiCd требуют другого подхода

Для никель-металлгидридных и никель-кадмиевых аккумуляторов простой режим CC/CV, применяемый к Li-ion, не является универсальным алгоритмом окончания заряда.

Зарядные устройства могут контролировать:

• изменение напряжения;
• температуру;
• время;
• зарядный ток.

Поэтому заряжать такие элементы лабораторным источником без понимания метода окончания заряда нежелательно.

Почему обычный блок 12 В не подходит для аккумулятора 12 В автоматически

Одинаковые цифры на корпусах ничего не гарантируют.

Например:

аккумулятор 12 В

и:

блок питания 12 В

не означают, что их можно просто соединить.

Номинальные 12 В аккумулятора – это обозначение его системы, а фактическое зарядное напряжение может отличаться.

Кроме того, блоку может не хватать напряжения для заряда либо у него может отсутствовать необходимое ограничение тока.

Что делать, если блок сразу переходит в ограничение тока

Сам по себе режим CC при зарядке может быть нормальным.

Но если источник установлен на небольшой допустимый ток и постоянно упирается в ограничение, нужно следить:

• не нагревается ли аккумулятор;
• растёт ли его напряжение;
• правильно ли выбран предел;
• нет ли короткого замыкания;
• исправен ли сам аккумулятор.

Если батарея быстро нагревается, вздувается или имеет механические повреждения, заряд нужно прекратить.

Контролируйте температуру

Исправный аккумулятор при нормальном режиме заряда не должен резко перегреваться.

Немедленно прекратите зарядку, если появились:

• заметное вздутие;
• резкий нагрев;
• запах электролита;
• шипение;
• повреждение оболочки;
• дым.

Повреждённый литиевый элемент не следует пытаться «восстановить» повышенным током или напряжением.

Глубоко разряженный Li-ion

Если литиевый элемент разряжен ниже нормального диапазона, обычный режим зарядки может быть небезопасен.

Специализированные контроллеры иногда используют предварительный заряд небольшим током.

Лабораторный источник сам по себе не знает, в каком состоянии находится элемент.

Поэтому сильно переразряженный Li-ion лучше сначала оценить отдельно и не пытаться автоматически «толкнуть» повышенным напряжением.

Когда лабораторный блок удобен

Регулируемый источник полезен:

• при испытаниях аккумуляторов;
• в лаборатории;
• при проверке зарядных алгоритмов;
• для зарядки известных элементов под контролем;
• при разработке электроники.

Но для повседневной зарядки проще и безопаснее использовать специализированное зарядное устройство или контроллер, предназначенный именно для данного аккумулятора.

Что нужно знать до подключения

Минимум пять параметров:

1. Химия аккумулятора.
2. Количество последовательно соединённых элементов.
3. Максимальное зарядное напряжение.
4. Допустимый зарядный ток.
5. Критерий окончания заряда.

Если хотя бы один из этих параметров неизвестен, сначала найдите документацию батареи, а не подбирайте настройки экспериментально.